Các thụ thể tế bào là gì?

Cơ thể người được cấu tạo từ các tế bào và chúng không sống biệt lập, chúng “giao tiếp” với nhau bằng cách truyền tin qua các tín hiệu hóa học và điện. Các tín hiệu hóa học thường là protein hoặc các phân tử khác được tiết ra từ tế bào đích vào không gian ngoại bào và đến gắn kết với tế bào nhận. Vị trí chất truyền tin gắn kết với tế bào nhận được gọi là thụ thể. Vậy, các thụ thể tế bào là gì và có các loại thụ thể tế bào nào?

Các thụ thể tế bào (receptor) là thành phần đại phân tử (thường là các protein) tồn tại với một lượng giới hạn trong tế bào hoặc trên bề mặt tế bào, đóng vai trò tham gia vào quá trình truyền tín hiệu thông qua gắn kết với các phối tử.

Phối tử (ligand) là các chất truyền tin hóa học (chemical signal) được tiết ra từ các tế bào truyền tín hiệu (signaling cells). Phối tử có thể là các chất hóa học, acid amin, protein, lipid; hoặc cũng có thể là các hormone, các chất dẫn truyền thần kinh hoặc thuốc.

Thụ thể có chức năng nhận dạng phối tử và gắn kết đặc hiệu với các phối tử bằng liên kết hóa học. Sau đó, chuyển tác dụng tương hỗ giữa phối tử và thụ thể thành một tín hiệu để gây ra được đáp ứng tế bào. Thụ thể tế bào có tính đặc hiệu, tức là chỉ có thể gắn kết với một số phối tử nhất định. Một cách đơn giản, thụ thể giống như một ổ khóa và phối tử chính là chìa khóa. Chỉ có những chất chìa khóa (các phối tử nhất định) mới gắn được vào ổ khóa đó (thụ thể cụ thể.)

Khi phối tử liên kết với thụ thể tại vị trí tiếp hợp, một chuỗi các phản ứng đáp ứng sinh học sẽ xảy ra sau đó, kèm theo đó là sự hoạt hóa hay bất hoạt hoạt động của các protein. Các phối tử hoạt hóa thụ thể để dẫn truyền tín hiệu được gọi là chất chủ vận (hay còn gọi là chất đồng vận - agonist). Ngược lại, một số phối tử có khả năng ức chế hoặc ngăn thụ thể tiếp nhận thông tin gọi là phối tử đối vận (hay còn gọi là chất đối vận - antagonist). Các phối tử đối vận cạnh tranh với phối tử đồng vận và do đó, ức chế hoạt tính của chất đồng vận.

Trong điều trị bệnh, cả chất đồng vận và chất đối vận đều có giá trị ứng dụng. Ví dụ, một chất đồng vận với thụ thể beta adrenergic là adrenalin. Khi adrenalin gắn vào thụ thể beta adrenergic, làm hoạt hóa thụ thể dẫn đến tác dụng co mạch máu. Ngược lại, các chất đối được gọi là chất ức chế thụ thể beta (beta blocker) có thể sử dụng với vai trò là thuốc điều trị tăng huyết áp, bởi vì chúng ức chế thụ thể beta và do đó, làm giãn mạch.

Tế bào có thể sử dụng các thụ thể tương tự nhau cho những tác dụng khác nhau hoàn toàn. Ví dụ, thụ thể histamin H1 là tham gia vào quá trình dị ứng, trong khi đó, thụ thể histamin H2 ở dạ dày lại đóng vai trò thúc đẩy sự tiết acid dịch vị dạ dày.

Thụ thể đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu, liệu pháp miễn dịch và đáp ứng miễn dịch. Hiện nay, có thể phân loại thụ thể thành hai loại là các thụ thể trong tế bào và thụ thể trên bề mặt tế bào.

2.1. Các thụ thể trong tế bào

Các thụ thể trong tế bào còn được gọi là thụ thể nội bào. Có hai loại thụ thể trong tế bào là:

• Thụ thể bào tương: Được tìm thấy trong bào tương, ví dụ như thụ thể của các loại hormon steroid khác nhau.
• Thụ thể nhân tế bào: Là thụ thể nằm trên nhân tế bào, ví dụ thụ thể của hormone tuyến giáp T3, T4, chúng kết hợp trực tiếp với một hay nhiều nhiễm sắc thể trong nhân tế bào đích.

Các thụ thể nội bào đáp ứng với các phối tử kỵ nước, có khả năng xuyên qua màng tế bào (plasma membrane) và đóng vai trò điều hòa hoạt động gen.

Cơ chế hoạt động của các thụ thể trong tế bào là các phối tử có kích thước phân tử nhỏ và tan trong lipid như corticosteroid, hormon sinh dục (progesterone, estrogen,...) đi xuyên qua màng tế bào để gắn với thụ thể của chúng trong tế bào chất. Phức hợp phối tử - thụ thể sau đó sẽ di chuyển vào nhân tế bào và gắn vào những vị trí đặc hiệu trên phân tử ADN của nhiễm sắc thể, hoạt hoá sự sao chép gen để tạo thành mRNA. Các mRNA sau khi được tạo thành, sẽ khuếch tán từ nhân ra bào tương và thúc đẩy quá trình dịch mã tại ribosom, cuối cùng, tổng hợp ra các protein mới (những protein này có thể là men chuyển hoá, các protein vận tải, protein cấu trúc).

2.2. Thụ thể trên bề mặt tế bào

Thụ thể trên bề mặt tế bào chiếm đa số các thụ thể tế bào có trong cơ thể.

Mỗi thụ thể trên bề mặt tế bào có ba thành phần chính: Vùng liên kết phối tử bên ngoài, vùng xuyên màng kỵ nước và vùng nội bào bên trong tế bào. Đặc điểm của các vùng này rất khác nhau, tùy thuộc vào loại thụ thể.

Khác với các thụ thể trong tế bào, cơ chế hoạt động của thụ thể trên bề mặt tế bào là chúng liên kết với các phân tử phối tử bên ngoài, tức là các phối tử tương tác với các thụ thể trên bề mặt tế bào mà không cần phải xâm nhập vào tế bào mà chúng tác động. Sau đó, hoạt hóa vùng nội bào phía trong tế bào và gây ra các tác dụng sinh học đặc hiệu.

Dựa vào cơ chế truyền tín hiệu, các thụ thể trên bề mặt tế bào được chia làm ba loại: Thụ thể liên kết kênh ion, thụ thể liên kết với protein G (G protein-coupled receptor – GPCR) và thụ thể liên kết với enzym.

• Thụ thể liên kết với kênh ion (ion – channel linked receptor): Các thụ thể tế bào là các kênh ion nằm trên màng tế bào, thường gặp hơn trong hoạt động của hệ thần kinh (acetylcholine, GABA, glutamid, aspartate và glycine). Khi phối tử gắn với thụ thể sẽ kích hoạt mở các kênh ion và làm tăng vận chuyển các ion thích hợp (Na+/ Ca2+/ K+,...) qua màng dẫn đến thay đổi điện thế màng. Kết quả gây ra các biến đổi sinh học. Ví dụ, GABA gắn vào thụ thể của nó gây mở kênh Cl-, tạo ra điện thế hậu synap, ức chế hoạt động của hệ thần kinh trung ương, kết quả giảm cảm giác lo lắng, sợ hãi, căng thẳng.
• Thụ thể liên kết với enzym (như tyrosine kinase): Thường gặp trong hoạt động của các yếu tố tăng trưởng như yếu tố tăng trưởng biểu bì, các hormon loại polypeptide điều hòa sự tăng trưởng, biệt hóa. Khi phối tử gắn với thụ thể tế bào nằm trên enzyme xuyên màng làm thay đổi hoạt tính của enzym nằm phía trong tế bào. Ví dụ, insulin gắn vào tiểu đơn vị alpha ở mặt ngoài tế bào, kích hoạt tyrosine kinase ở mặt trong tế bào để hoạt hóa kênh vận chuyển glucose.
• Thụ thể liên kết với protein G (G-protein coupled receptors): Thường gặp nhất trong hoạt động của hệ nội tiết, là thụ thể của acid amin, ecosanoid và nhiều hormone peptid. Các thụ thể tế bào liên kết với protein G liên kết một phối tử và kích hoạt protein màng gọi là protein G. Sau đó, protein G được hoạt hóa sẽ tương tác với kênh ion hoặc enzym trong màng (adenylyl cyclase, phospholipase C và phospholipase A2) dẫn đến thay đổi nồng độ chất truyền tin thứ hai nội bào như AMP vòng, GMP vòng, Ca2+. Chính các chất truyền tin thứ hai này làm thay đổi hoạt tính tế bào.

Mọi tế bào trong tất cả các cơ quan của cơ thể đều cần trao đổi thông tin để duy trì chức năng sinh lý của cơ thể. Tuy nhiên, thụ thể tế bào cũng liên quan đến cơ chế bệnh sinh của một số bệnh lý. Do đó, hiểu được cơ chế bệnh sinh và các hoạt động của thụ thể tế bào giúp các nhà khoa học tìm ra các thuốc điều trị bệnh hiệu quả.

Nguồn tham khảo: ncbi.nlm.nih.gov, sciencedirect.com