Vai trò của Elastin trong sự phát triển của phổi và bệnh sinh

Ở trong phổi có ba hệ thống sợi đàn hồi hiện diện và phát triển độc lập, chúng bao gồm: mô liên kết giữa các phân thùy và màng phổi, hệ thống mạch máu; và phế quản và các đơn vị hô hấp. Cả ba tiếp tục phát triển sau khi sinh cho đến giai đoạn trưởng thành, trước khi quá trình sản xuất elastin giảm dần. Đánh giá này sẽ thảo luận về ba mạng lưới chứa elastin này và tập trung vào tầm quan trọng của elastin đối với cấu trúc và chức năng của phổi.

Elastin được phân bố rộng rãi trong các khoang của phổi động vật có vú bao gồm màng phổi, vách ngăn, mạch máu lớn và sụn đàn hồi. Nồng độ elastin cao nhất là trong nhu mô hô hấp, nơi nó chiếm 20–30% trọng lượng khô của mô liên kết thô. Hàm lượng elastin của mạch máu phổi là 7–16% và của đường dẫn khí là 3–5%. Nhiều loại tế bào tạo ra elastin trong phổi, bao gồm tế bào trung biểu mô, tế bào biểu mô đường thở, tế bào cơ trơn mạch máu và đường thở, tế bào nội mô, nguyên bào sợi kẽ và chứa nhiều lipid

Có hai liên kết ngang chức năng chính trong elastin: dehydrolysinonorleucine, được hình thành thông qua sự ngưng tụ của một gốc allysine và một gốc lysine, và allysine aldol được hình thành thông qua sự liên kết của hai gốc allysine. Hai liên kết chéo này có thể ngưng tụ với nhau hoặc với các chất trung gian khác để tạo thành các liên kết chéo tứ chức desmosine hoặc isodesmosine. Các liên kết chéo khác đã được xác định bao gồm liên kết ngang ba chức năng, dehydromerodesmosine, một liên kết ngang ba chức năng cyclopentenosine được hình thành thông qua sự ngưng tụ của ba gốc allysine, và desmopyridine và isodesmopyridine được tìm thấy ở dạng vết mà hình thành thông qua sự ngưng tụ của amoniac và allysine. Cũng có bằng chứng cho thấy các liên kết ngang desmosine/isodesmosine có thể bị oxy hóa bởi các loại oxy phản ứng dẫn đến các dạng dihydrooxopyridine

Mô hình liên kết của Elastin

Đã có nhiều nghiên cứu về sự biểu hiện của elastin trong giai đoạn phát triển phổi muộn của thai nhi và sau khi sinh, nhưng sự biểu hiện của protein sợi đàn hồi trong quá trình phát triển phổi sớm vẫn chưa được hiểu rõ. Trong số những tế bào sớm nhất tạo ra elastin là tế bào màng phổi lót bề mặt phổi

Elastin được tạo ra đầu tiên bởi tế bào màng phổi

Màng phổi tạng góp phần tạo nên tính chất cơ học của phổi và liên kết cơ học với nhu mô phổi. Sự sắp xếp cấu trúc này giúp phân phối các ứng suất cơ học trong phổi, tạo điều kiện thuận lợi cho sự thông thoáng của phế nang và tiểu phế quản hô hấp. Ngoài việc góp phần vào tính đàn hồi của phổi, mô liên kết màng phổi giúp ngăn không khí rò rỉ từ phế nang gần bề mặt phổi. Những thay đổi trong chức năng rào cản này có thể giải thích tại sao các rối loạn di truyền của protein sợi đàn hồi, chẳng hạn như đột biến fibrillin liên quan đến hội chứng Marfan gây ra tràn khí màng phổi.

Nhiều nghiên cứu cho thấy sự hình thành sợi đàn hồi ở vùng hô hấp của phổi có liên quan chặt chẽ với sự hình thành phế nang. Khi một lượng lớn elastin được sinh ra và thành phế nang mỏng đi trong thời kỳ đầu sau khi sinh, diện tích phổi sẽ tăng lên và quá trình đàn hồi diễn ra nhanh chóng. Ở người, quá trình phế nang hóa bắt đầu vào cuối thời kỳ bào thai và tiếp tục trong suốt 8 đến 10 năm đầu đời.

Thoái hóa elastin sẽ gây ra viêm và khí phế thũng. Việc phát hiện ra mối liên quan giữa khí phế thũng và sự thiếu hụt α1- antitrypsin, cùng với việc sử dụng các mô hình động vật phát triển khí phế thũng sau khi nhỏ vào phổi các enzym phân hủy đàn hồi, dẫn đến sự thừa nhận rằng sự phá hủy elastin là trung tâm của sinh bệnh học. Phân tích cấu hình tế bào trong phế nang và đường thở nhỏ của những người hút thuốc cho thấy sự gia tăng tất cả các loại tế bào liên quan đến bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD), bao gồm đại thực bào, tế bào lympho T, tế bào lympho B và bạch cầu trung tính.

Có thể nói rằng:

Sự xuất hiện của elastin ở động vật có xương sống rất quan trọng đối với sự ra đời của hệ thống tuần hoàn khép kín và phổi đàn hồi.

Ở phổi đang phát triển, elastin được thể hiện trong màng phổi, hệ thống mạch máu, phế quản và các đơn vị hô hấp.

Elastin cần thiết cho sự phát triển bình thường của phổi và quá trình sản xuất sợi đàn hồi ở vùng hô hấp của phổi được liên kết chặt chẽ với sự hình thành phế nang.

Sự phá hủy elastin, hoặc sự bất thường trong việc lắp ráp sợi đàn hồi, là những yếu tố chính gây ra khí phế thũng và các bệnh phổi phá hủy.

Tài liệu tham khảo:

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6041195/ (Elastin trong sự phát triển của phổi và bệnh sinh)