Ma trận ngoại bào (ECM) là một thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ quan và đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và sửa chữa mô. Trong khi ECM từ lâu được cho là chỉ có các chức năng thụ động bằng cách cung cấp sự ổn định vật lý cho các mô, thì việc đặc trưng hóa chi tiết cấu trúc vật lý và đặc tính sinh hóa đã phát hiện ra một loạt các chức năng chưa từng thấy. Hiện nay, rõ ràng rằng ECM không chỉ là khối cấu tạo cơ bản của các mô mà còn hỗ trợ và duy trì sự tương tác động giữa các ngăn mô cũng như các tế bào viêm cư trú. Mặt khác, một số mầm bệnh như vi khuẩn và virus đã không ngừng tiến hóa để khai thác cấu trúc ECM nhằm xâm nhiễm các tế bào và mô, gây đột biến trong các protein ECM có thể gây ra nhiều điều kiện di truyền khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét thành phần, cấu trúc và chức năng của ECM trong duy trì cân bằng da, các bệnh viêm da như vảy nến và viêm da dị ứng cũng như nhiễm trùng để hiểu rõ vai trò thực sự của ECM.

Ma trận ngoại bào là gì?

Da người được có ba tầng chính gồm Thượng bì (biểu bì), Trung bì, Hạ bì. Trong đó, lớp hạ bì bên dưới bao gồm các nguyên bào sợi, mạch máu và bạch huyết, sợi thần kinh và ma trận ngoại bào (ECM). Ngoài ra, lớp hạ bì còn chứa nhiều tập hợp tế bào miễn dịch, các phần phụ của da như nang lông, tuyến và các cơ quan cảm giác.

Phân tích hình: Lớp ngoài cùng của da người được cấu tạo bởi biểu bì phân tầng. Lớp dưới cùng được gọi là lớp đáy và chứa các tế bào sừng đáy đang phân chia, được neo vào màng đáy. Trong quá trình phân biệt, các tế bào này di chuyển từ lớp đáy qua lớp gai, lớp hạt và lớp sáng đến lớp sừng. Lớp hạ bì có mạch máu được chia thành lớp nhú trên và lớp lưới dưới. Các phần phụ của da, như nang lông, được nhúng trong lớp hạ bì và kéo dài qua biểu bì, trong khi các phần phụ khác chủ yếu nằm trong lớp hạ bì. Lớp trong cùng của da được gọi là lớp dưới da và được cấu tạo bởi các tế bào mỡ lưu trữ chất béo. 

Ma trận ngoại bào (ECM) giống như một “bộ khung thần bí” của cơ thể, đầy quyến rũ và mạnh mẽ. Hãy tưởng tượng ECM như một mạng lưới ma thuật kết nối mọi tế bào, tạo thành một thế giới ba chiều sống động, không chỉ đơn thuần là một khối cấu trúc. Chúng giống như bộ xương bảo vệ và hỗ trợ mọi tế bào, giúp chúng có nơi bám vào và phát triển.

ECM không chỉ cung cấp độ bền vững và đàn hồi cho các mô mà còn là “người dẫn dắt” trong các quá trình sinh học quan trọng. Từ việc giúp tế bào di cư, tăng sinh, đến phân hóa – ECM đều đóng vai trò chủ chốt. Các thành phần của ECM như collagen, elastin, glycoprotein và proteoglycan, là những “người lính” không mệt mỏi bảo vệ sự sống còn của các mô.

Ngoài ra, ECM còn là một “nhạc trưởng” điều tiết tín hiệu giữa các tế bào, giúp chúng giao tiếp và phản ứng nhanh chóng với môi trường xung quanh. Khi da bị tổn thương, ECM sẽ trở thành “vệ sĩ” mạnh mẽ, cung cấp nền tảng tạm thời cho các tế bào mới di cư và sửa chữa.

Với ECM, cơ thể chúng ta không chỉ là một tập hợp các tế bào đơn thuần mà là một bức tranh nghệ thuật sống động, nơi mọi thứ đều được kết nối và tương tác hoàn hảo để duy trì sự sống. 

Thành phần, cấu trúc, đặc tính của ECM

Ma trận ngoại bào (ECM) không chỉ là nền tảng vật lý cho các tế bào mà còn đóng vai trò then chốt trong nhiều quá trình sinh học phức tạp. Dưới đây là cái nhìn chuyên sâu về các protein ma trận ngoại bào.

Collagen

Collagen là protein cấu trúc chính của ECM, cung cấp độ bền kéo và cấu trúc cho mô, chiếm khoảng 30% tổng lượng protein trong cơ thể người. Collagen bao gồm các chuỗi polypeptide dài xoắn lại thành các sợi. Có ít nhất 28 loại collagen, với collagen loại I, III và V phổ biến nhất trong da. Collagen loại IV chủ yếu có trong màng đáy, tạo ra mạng lưới linh hoạt đặc trưng cho các mô biểu mô. 

Collagen cung cấp độ bền kéo và hỗ trợ cơ học cho các mô, tạo nền tảng cho sự bám dính và phát triển của các tế bào, đồng thời tham gia vào các quá trình tái tạo và sửa chữa mô.

Elastin

Elastin là một protein có tính đàn hồi cao, chứa nhiều lysine, cho phép các mô kéo giãn và trở lại hình dạng ban đầu. Elastin được bao quanh bởi các vi sợi fibrillin, tạo thành các sợi đàn hồi có khả năng chịu lực kéo mạnh mẽ. Elastin thường tập trung ở các mô cần tính đàn hồi cao như da, phổi và động mạch và giúp mô duy trì hình dạng sau khi bị kéo dài hoặc nén. Chúng cũng giúp các cơ quan và mô chịu đựng các lực cơ học và trở về trạng thái ban đầu.

Proteoglycan và Glycosaminoglycan (PG/GAGs)

Proteoglycan là các protein liên kết với các chuỗi glycosaminoglycan (GAG) dài. Các GAG phổ biến bao gồm chondroitin sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfate và hyaluronan. Các GAG này có khả năng giữ nước và tạo độ nhớt cho ECM, điều tiết độ ẩm và cân bằng ion, cung cấp cấu trúc và hỗ trợ cơ học cho ECM. Chúng cũng tham gia vào các quá trình sinh học quan trọng như phát triển mô, chữa lành vết thương và phản ứng viêm.

Glycoprotein

Glycoprotein là các protein liên kết với các chuỗi oligosaccharide. Fibronectin và laminin là hai glycoprotein quan trọng trong ECM. Fibronectin chủ yếu có trong ma trận gian bào, hỗ trợ tế bào bám dính và di cư. Laminin là thành phần chính của màng đáy, cung cấp nền tảng cho tế bào bám dính và phát triển. Cả hai cùng tham gia vào quá trình sửa chữa và tái tạo mô.

Enzyme Liên Kết Chéo

• Lysyl Oxidase (LOX): LOX xúc tác quá trình chuyển đổi các dư lượng lysine và hydroxylysine thành các nhóm aldehyde, tạo ra các liên kết chéo liên phân tử giữa các sợi collagen và elastin, tăng cường độ cứng và tính ổn định của ECM. LOX còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình chữa lành vết thương và điều hòa sự phát triển của mô.
• Transglutaminase: Xúc tác phản ứng giữa các dư lượng glutamine và lysine trên protein ECM, tạo ra các liên kết amid cộng hóa trị và thay đổi cấu trúc vi mô của ECM. 

Sản Phẩm Glycation Không Enzyme (AGEs)

AGEs hình thành từ quá trình glycation tự nhiên của cơ thể, ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của collagen. Quá trình này thường tăng lên trong các bệnh như tiểu đường và trong quá trình lão hóa. Các adduct protein-AGE tạo ra các liên kết chéo liên phân tử với các protein lân cận, làm cứng ma trận và thay đổi các đặc tính cơ học của ECM.

Mỗi thành phần của ECM không chỉ cung cấp hỗ trợ cơ học mà còn đóng vai trò trong việc điều tiết tín hiệu tế bào, di cư tế bào và chữa lành vết thương. ECM không phải là một khối cấu trúc thụ động mà là một hệ thống động, tương tác liên tục với các tế bào và môi trường xung quanh, ảnh hưởng sâu sắc đến sức khỏe và bệnh tật của cơ thể.

Lợi ích của ma trận ngoại bào

Ma trận ngoại bào (ECM) không chỉ là một nền tảng cấu trúc hỗ trợ các tế bào mà còn là một mạng lưới phức tạp mang lại nhiều lợi ích thiết yếu cho cơ thể. Tưởng tượng ECM như một bản giao hưởng hoàn hảo, nơi mỗi thành phần đều đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng và sức khỏe của các mô.

Hỗ trợ cơ học và độ bền

Trước hết, ECM cung cấp sự ổn định cơ học cho các mô, giúp chúng chịu đựng được các lực tác động hàng ngày. Collagen và elastin trong ECM giống như các sợi dây đàn chắc chắn, giữ cho cơ thể luôn vững chắc nhưng vẫn linh hoạt. Nhờ có ECM, các tế bào có nơi bám vào, di chuyển và tương tác, tạo điều kiện cho sự phát triển và sửa chữa mô hiệu quả.

Truyền tải tín hiệu sinh học

ECM còn là một hệ thống thông tin phức tạp, truyền tải các tín hiệu sinh học giữa các tế bào. Các glycoprotein và proteoglycan trong ECM hoạt động như những người đưa tin tài năng, giúp các tế bào giao tiếp và phản ứng nhanh chóng với những thay đổi trong môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình chữa lành vết thương, khi các tín hiệu cần được truyền tải nhanh chóng để kích thích sự tái tạo mô mới.

Duy trì cân bằng ion và độ ẩm

Hơn nữa, ECM còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng ion và độ ẩm cho các mô, nhờ các glycosaminoglycan có khả năng giữ nước cao. Điều này giúp da luôn mềm mại và đàn hồi, ngăn ngừa tình trạng khô da và lão hóa sớm.

Điều chỉnh sự di cư và phát triển tế bào

ECM không chỉ là nơi neo giữ mà còn là nền tảng cho sự di cư và phát triển của tế bào. Nó cung cấp các điểm neo cho các tế bào bám dính, giúp chúng di chuyển đến các vị trí cần thiết trong quá trình sửa chữa và tái tạo mô. Sự tương tác giữa tế bào và ECM cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự phân chia và phân hóa của tế bào, đảm bảo rằng các mô phát triển và hoạt động một cách hài hòa.

Chống lại sự xâm nhập của mầm bệnh

ECM cũng đóng vai trò như một hàng rào bảo vệ chống lại sự xâm nhập của mầm bệnh. Nó tạo ra một môi trường vật lý và hóa học không thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn và virus, đồng thời hỗ trợ các tế bào miễn dịch trong việc phát hiện và tiêu diệt mầm bệnh.

Với những lợi ích vượt trội như vậy, ECM thực sự là một hệ thống không thể thiếu cho sự tồn tại và phát triển của cơ thể. Không chỉ đơn thuần là một bộ khung hỗ trợ, ECM còn là một mạng lưới sống động và tương tác, giúp duy trì sức khỏe và sự cân bằng của mọi mô và cơ quan. 

Viêm và nhiễm trùng làm thay đổi ma trận ngoại bào

Viêm và nhiễm trùng da có thể gây ra nhiều thay đổi phức tạp và ảnh hưởng sâu sắc đến ma trận ngoại bào (ECM). Dưới đây là cái nhìn chi tiết và chuyên sâu về cách viêm và nhiễm trùng có thể thay đổi ECM:

Kích hoạt các phản ứng viêm

Khi da bị viêm, cơ thể phản ứng bằng cách giải phóng một loạt các tín hiệu sinh học, như cytokine và chemokine, để triệu tập các tế bào miễn dịch đến vùng bị tổn thương. Các cytokine như interleukin-1 (IL-1), interleukin-6 (IL-6), và yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF-α) đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt và điều tiết phản ứng viêm. Các tế bào miễn dịch như đại thực bào, tế bào lympho và bạch cầu trung tính sẽ xâm nhập vào mô viêm và giải phóng các enzyme và chất trung gian gây viêm.

Tái cấu trúc ma trận ngoại bào

Quá trình viêm và nhiễm trùng thường liên quan đến việc tái cấu trúc ECM. Các enzyme phân giải ma trận như matrix metalloproteinases (MMPs) được các tế bào viêm tiết ra để phân giải các protein cấu trúc của ECM, bao gồm collagen và elastin. Sự phân giải này giúp tạo ra không gian cho các tế bào miễn dịch di chuyển và loại bỏ các mầm bệnh, nhưng cũng có thể dẫn đến mất tính toàn vẹn cấu trúc của ECM.

Thay đổi thành phần ECM

Viêm và nhiễm trùng có thể làm thay đổi thành phần của ECM bằng cách tăng sự sản xuất hoặc giảm sự phân hủy của các thành phần ECM. Ví dụ, TGF-β (yếu tố tăng trưởng biến đổi beta) là một cytokine có thể kích thích sản xuất collagen và các protein ECM khác, góp phần vào quá trình sửa chữa và tái cấu trúc mô. Tuy nhiên, sự sản xuất quá mức của collagen và các protein khác có thể dẫn đến tình trạng xơ hóa và hình thành sẹo.

Phân tích hình: ECM thay đổi tình trạng viêm da. Các bệnh viêm da có thể làm thay đổi thành phần và cấu trúc của ECM.

(A) Ở làn da khỏe mạnh, collagen loại IV xây dựng một mạng lưới với các laminin xen kẽ để tạo thành BM. Điều này cung cấp các điểm gắn cho các tế bào keratinocytes cơ bản của lớp biểu bì và tạo thành một lớp bảo vệ để kiểm soát sự di chuyển của bạch cầu thông qua các kích thước khoảng cách được điều chỉnh và hạn chế sự xâm nhập của những kẻ xâm lược có hại thông qua việc kết hợp PG/GAG dính.

(B) Bệnh vẩy nến được xác định bằng sự thâm nhập cao của các tế bào T trợ giúp IL-17 và IL-22. BM trong bệnh vẩy nến rất không có cấu trúc và dày hơn so với da khỏe mạnh và cho thấy mức độ laminin và fibronectin tăng cao.

(C) Trong viêm da dị ứng, một bệnh viêm da do T trợ giúp 2 điều khiển, collagen loại IV và fibronectin bị giảm, dẫn đến BM mỏng hơn. Tăng hyaluronan và MMP là đặc điểm nữa của bệnh viêm da dị ứng (không được minh họa ở đây). Không phải tất cả các tế bào miễn dịch có liên quan đều được minh họa.

Ảnh hưởng đến tính cơ học của da

Sự phân hủy và tái cấu trúc của ECM do viêm và nhiễm trùng có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học của da. Sự phân hủy collagen và elastin làm giảm độ bền kéo và tính đàn hồi của da, khiến da dễ bị tổn thương và khó phục hồi hơn. Ngoài ra, sự tích tụ của các sợi collagen mới không được liên kết chặt chẽ có thể dẫn đến tình trạng da cứng và kém đàn hồi.

Tác động của các mầm bệnh

Một số mầm bệnh như vi khuẩn và virus có khả năng lợi dụng ECM để xâm nhập và lây nhiễm tế bào. Ví dụ, một số loại vi khuẩn có thể tiết ra các enzyme phân giải ECM như hyaluronidase để phá vỡ các glycosaminoglycan và tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập vào mô. Các virus cũng có thể tương tác với các thụ thể trên bề mặt tế bào và ECM để xâm nhập vào tế bào chủ.

Hình minh họa: Filopodia lấy các hạt virus ra khỏi ma trận. Virus xâm nhập vào mô bám vào protein ECM, chẳng hạn như HSPG, hoặc khuếch tán tự do trong dịch kẽ. Sau khi lây nhiễm tế bào, một số virus biến đổi bộ khung tế bào và có thể tạo ra các tế bào lồi ra gọi là filmaia. Khi filmaia khám phá và tương tác với các thành phần của ECM, chúng gặp phải các hạt vi rút trôi nổi tự do hoặc gắn với HSPG và loại bỏ chúng khỏi ma trận. Virus nhảy từ ma trận HSPG lên HSPG màng tế bào thứ cấp và có thể lướt dọc theo trục sợi nấm về phía thân tế bào, nơi chúng xâm nhập và lây nhiễm vào tế bào đích.

Quá trình chữa lành và tái cấu trúc

Sau khi quá trình viêm và nhiễm trùng được kiểm soát, cơ thể bắt đầu quá trình chữa lành và tái cấu trúc ECM. Các nguyên bào sợi sẽ tăng cường sản xuất collagen và các protein ECM khác để sửa chữa tổn thương và tái tạo mô. Tuy nhiên, sự sản xuất quá mức hoặc không cân bằng của các thành phần ECM có thể dẫn đến hình thành sẹo và xơ hóa, ảnh hưởng đến chức năng và thẩm mỹ của da.

Viêm và nhiễm trùng da có thể gây ra nhiều thay đổi phức tạp và sâu sắc trong ECM, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn, chức năng và tính chất cơ học của da. Việc hiểu rõ các quá trình này có thể giúp phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn để kiểm soát viêm, ngăn ngừa nhiễm trùng và hỗ trợ quá trình chữa lành vết thương. 

Combo M.O.C gồm 2 “chuyên gia” phục hồi sâu và toàn diện giúp da lành thương nhanh, rút ngắn giai đoạn viêm da theo cơ chế tự nhiên của da.