Astrocyte: Tế bào hình sao giữ vai trò sống còn trong não bộ

Astrocyte là một dạng tế bào thần kinh đệm quan trọng, giúp nuôi dưỡng nơron, điều hòa dòng máu não và bảo vệ mô thần kinh trước tổn thương. Nhờ cấu trúc đặc biệt cùng khả năng tham gia hàng loạt quá trình sinh học, astrocyte được xem là “hậu phương” thầm lặng giúp não bộ duy trì hoạt động ổn định và khỏe mạnh.

Astrocyte là gì?

Astrocyte là một loại tế bào thần kinh đệm (glial cell) trong não, có hình dạng giống ngôi sao và đảm nhận vai trò “hậu cần” cực kỳ quan trọng cho toàn bộ hệ thần kinh. Astrocyte giúp nuôi dưỡng neuron, điều hòa môi trường hóa học xung quanh synapse, kiểm soát lưu lượng máu não và tham gia vào quá trình hình thành – củng cố trí nhớ.

Tầm quan trọng của astrocyte đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu khoa học. Vào năm 1999, nhóm của GS. Philip Haydon (Đại học Pennsylvania, Mỹ) công bố trên Nature Neuroscience rằng, astrocyte có khả năng giải phóng glutamate để điều chỉnh hoạt động synapse, chứng minh chúng không chỉ là “tế bào phụ trợ” mà còn trực tiếp tham gia truyền tin thần kinh.

Tiếp đó, năm 2013, nhà khoa học Maiken Nedergaard (Đại học Rochester, Mỹ) phát hiện hệ thống glymphatic – cơ chế “dọn rác” của não – hoạt động nhờ astrocyte kiểm soát luồng dịch não tủy. Kết quả nghiên cứu này đăng trên Science cho thấy astrocyte góp phần loại bỏ protein độc hại như beta-amyloid, yếu tố liên quan bệnh Alzheimer.

Cấu trúc và phân loại Astrocyte

Dù mang hình dạng giống ngôi sao nhưng astrocyte thực chất là một tế bào có cấu trúc ba chiều vô cùng tinh vi. Từ thân tế bào trung tâm, chúng tỏa ra hàng nghìn nhánh siêu nhỏ theo mọi hướng, tạo nên mạng lưới tiếp xúc dày đặc. Nhờ hệ thống nhánh phức tạp này, mỗi astrocyte có thể kết nối cùng lúc với neuron, mạch máu và hàng chục nghìn synapse, hình thành một lớp “hỗ trợ nền” bao phủ gần như toàn bộ vỏ não.

Cấu trúc siêu vi của astrocyte

Astrocyte có cấu trúc siêu vi khá tinh vi nhưng có thể hiểu đơn giản như sau: Mỗi tế bào gồm một thân chính và nhiều nhánh nhỏ tỏa ra giống hình ngôi sao. Bên trong các nhánh này chứa protein GFAP – một “dấu hiệu nhận diện” giúp các nhà khoa học phân biệt astrocyte khi quan sát mô não.

Trong số các nhánh, endfeet là phần tiếp xúc trực tiếp với mạch máu. Các nghiên cứu công bố trên Nature Neuroscience năm 2021, cho thấy endfeet có thể bao phủ tới hơn 90% bề mặt mao mạch. Nhờ đó, astrocyte đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa lượng máu chảy đến các vùng não.

Không chỉ làm việc với mạch máu, mỗi astrocyte còn tiếp xúc với khoảng 100.000 synapse ở người trưởng thành. Điều này giúp chúng kiểm soát tốt môi trường hóa học quanh neuron, giữ cho quá trình truyền tín hiệu diễn ra ổn định.

Ngoài ra, protein Aquaporin-4 (AQP4) tập trung rất nhiều ở vùng endfeet. AQP4 giúp vận chuyển nước và tham gia vào hệ thống glymphatic – cơ chế “dọn rác” trong não do nhóm Maiken Nedergaard phát hiện năm 2013, giúp loại bỏ chất thải và giữ cho mô não khỏe mạnh.

Phân loại astrocyte trong não bộ

Dựa trên vị trí và đặc điểm mô học, astrocyte được chia thành ba nhóm chính, mỗi nhóm đảm nhiệm chức năng riêng trong hệ thần kinh trung ương:

Astrocyte dạng nguyên sinh (Protoplasmic astrocyte):

• Vị trí: Nhiều ở chất xám, gần synapse và thân neuron.
• Đặc điểm: Nhánh ngắn, mềm và phân nhánh dày đặc.
• Chức năng: Bao bọc synapse, điều chỉnh ion K⁺, tái hấp thu glutamate, giữ cân bằng nội môi và hỗ trợ trao đổi chất quanh neuron.

Astrocyte dạng sợi (Fibrous astrocyte):

• Vị trí: Chủ yếu ở chất trắng, nằm xen giữa các sợi trục (axon).
• Đặc điểm: Nhánh dài, thẳng và ít phân nhánh.
• Chức năng: Làm khung nâng đỡ cho các bó sợi thần kinh, duy trì cấu trúc mô và hỗ trợ dẫn truyền tín hiệu.

Astrocyte phản ứng (Reactive astrocyte)

• Xuất hiện khi: Não bị viêm, chấn thương hoặc thiếu máu cục bộ.
• Đặc điểm: Tế bào và nhánh phình to, tăng mạnh biểu hiện GFAP, giải phóng cytokine và yếu tố tăng trưởng.
• Vai trò: Tham gia đáp ứng viêm, hạn chế lan rộng tổn thương và hỗ trợ tái tạo mô.

Các nhóm astrocyte đặc biệt khác

Nhờ kỹ thuật giải trình tự tế bào đơn, nhiều nhóm astrocyte chuyên biệt đã được phát hiện, ví dụ như:

• Astrocyte điều hòa lưu lượng máu não.
• Astrocyte tham gia kiểm soát nhịp sinh học.
• Astrocyte hỗ trợ vận động hoặc xử lý thông tin.

Các nhóm này có đặc tính protein và kênh ion riêng, astrocyte đa dạng và linh hoạt hơn nhiều so với hình dung truyền thống về “tế bào đệm” đơn thuần.

Chức năng sinh lý của Astrocyte là gì?

Astrocyte giữ vai trò thiết yếu trong hoạt động của não bộ, không chỉ nâng đỡ mà còn trực tiếp điều khiển môi trường sinh lý quanh neuron. Dưới đây là các chức năng quan trọng nhất của Astrocyte:

Điều hòa môi trường hóa học quanh tế bào não

Astrocyte liên tục “quét dọn” ion và chất dẫn truyền thần kinh dư thừa, giúp nơron hoạt động ổn định. Một nghiên cứu kinh điển năm 1994 của Takayasu và đồng nghiệp, thực hiện tại Đại học Kyoto, chứng minh astrocyte có khả năng hút glutamate dư thừa cực nhanh, ngăn ngừa hiện tượng kích thích độc hại gây chết tế bào.

Nuôi dưỡng neuron thông qua cung cấp năng lượng

Astrocyte chuyển hóa glucose thành lactate – nguồn nhiên liệu quan trọng cho neuron khi hoạt động mạnh. Cơ chế này được mô tả chi tiết trong nghiên cứu năm 2003 của Pierre Magistretti (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), cho thấy “chu trình lactate thần kinh–glia” là yếu tố then chốt giúp não duy trì chức năng nhận thức.

Bảo vệ tế bào não khỏi tổn thương

Khi não bị viêm hoặc chấn thương, astrocyte kích hoạt trạng thái “phản ứng” nhằm cô lập vùng tổn thương, đồng thời tiết ra chất chống oxy hóa để bảo vệ neuron. Nghiên cứu năm 2012 của Sofroniew & Vinters (UCLA) cho thấy astrocyte là tuyến phòng thủ đầu tiên trước stress oxy hóa và độc tố thần kinh.

Điều khiển lưu lượng máu não

Các nhánh endfeet của astrocyte bao quanh mạch máu, giúp điều chỉnh lưu lượng máu theo nhu cầu hoạt động của neuron – cơ chế gọi là “ghép nối chuyển hóa – mạch máu”. Một nghiên cứu năm 2006 của Zonta và cộng sự tại Đại học Milan chứng minh astrocyte có thể giải phóng prostaglandin để mở rộng mạch máu, tăng cung cấp oxy và dưỡng chất.

Kiểm soát hoạt động synapse và khả năng học tập – ghi nhớ

Astrocyte không chỉ đứng ngoài synapse mà còn tham gia vào quá trình truyền tín hiệu theo mô hình “synapse ba thành phần”. Nghiên cứu năm 2014 của Araque et al. (University of Minnesota) cho thấy astrocyte điều hòa phóng thích chất dẫn truyền thần kinh, ảnh hưởng trực tiếp đến hình thành trí nhớ dài hạn.

Thanh lọc chất thải của não qua hệ Glymphatic

Khi ngủ, astrocyte co giãn khoảng gian bào để tăng dòng chảy dịch não tủy, giúp loại bỏ beta-amyloid – chất liên quan Alzheimer. Cơ chế này được mô tả năm 2013 bởi Maiken Nedergaard (University of Rochester), mở ra góc nhìn mới về vai trò hàng đầu của astrocyte trong phòng ngừa thoái hóa thần kinh.

Nhìn chung, astrocyte không chỉ là “tế bào hỗ trợ” mà là trung tâm điều phối môi trường sinh lý của toàn bộ hệ thần kinh. Chúng chăm sóc, bảo vệ và tối ưu hoạt động của neuron từng giây, trở thành yếu tố không thể thiếu trong duy trì sức khỏe của tế bào não.

Astrocyte trong tương lai điều trị bệnh não

Astrocyte đang trở thành tâm điểm trong nghiên cứu điều trị các bệnh lý não nhờ khả năng điều hòa môi trường thần kinh, bảo vệ tế bào và tham gia trực tiếp vào hoạt động synapse. Không còn chỉ là “tế bào nền”, astrocyte đang được xem như một công cụ tiềm năng trong y học hiện đại.

Một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn là tái lập trình astrocyte thành neuron. Các nhà khoa học đang thử nghiệm biến đổi astrocyte bị tổn thương thành các nơron mới để thay thế tế bào chết. Nghiên cứu năm 2020 của Marius Wernig tại Stanford University cho thấy việc kích hoạt một số yếu tố phiên mã có thể biến astrocyte thành neuron chức năng trong não chuột. Kết quả này mở ra triển vọng phục hồi tế bào ở người bệnh Alzheimer hoặc Parkinson trong tương lai.

Trong các bệnh thoái hóa thần kinh, astrocyte thường chuyển sang trạng thái “phản ứng” và vô tình gây viêm thần kinh. Nghiên cứu năm 2017 của Shawn Sofroniew tại UCLA chỉ ra rằng điều chỉnh các đường truyền tín hiệu JAK/STAT có thể giúp astrocyte trở lại trạng thái bảo vệ, giảm tổn thương mô thần kinh. Đây là một chiến lược tiềm năng để kiểm soát viêm não trong các bệnh lý thoái hóa.

Astrocyte còn có thể được tận dụng như công cụ dẫn thuốc vào não. Do tiếp xúc trực tiếp với mạch máu và neuron, chúng có thể trở thành “trạm trung chuyển thuốc” đến vùng tổn thương. Nhiều thử nghiệm đang phát triển các nano-hạt hoặc vector gene nhắm trúng astrocyte, nhằm tăng hiệu quả điều trị u não hoặc các bệnh viêm thần kinh.

Một ứng dụng khác là kích hoạt hệ glymphatic để làm sạch não. Astrocyte kiểm soát dòng chảy dịch não tủy – cơ chế loại bỏ amyloid và các độc tố tích tụ. Trong tương lai, các thuốc hoặc công nghệ kích hoạt kênh aquaporin-4 (AQP4) trên astrocyte có thể giúp điều trị Alzheimer bằng cách tăng tốc “quá trình làm sạch” não.

Tóm lại, astrocyte đang dần khẳng định vai trò trung tâm trong điều trị các bệnh lý não. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ gen, nano-y học và tế bào gốc, astrocyte hứa hẹn sẽ là một trụ cột trong các chiến lược điều trị thần kinh trong thập kỷ tới.

Dù còn nhiều bí ẩn cần khám phá, vai trò quan trọng của astrocyte trong não bộ ngày càng được khẳng định. Từ việc hỗ trợ hoạt động neuron, duy trì cân bằng môi trường thần kinh, đến tiềm năng trong các liệu pháp điều trị bệnh lý não, astrocyte đang mở ra những hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn cho y học hiện đại.

Nguồn tham khảo:

• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37066295/
• https://www.mdpi.com/2073-4409/13/2/150/
• https://www.mdpi.com/2076-3425/15/3/279/
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40537147/