Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện lao động ca kíp đến mức độ biểu hiện gen điều hòa nhịp sinh học và một số chỉ số hóa sinh máu của bộ đội trinh sát kỹ thuật

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện lao động ca kíp đến mức độ biểu hiện gen điều hòa nhịp sinh học và một số chỉ số hóa sinh máu của bộ đội trinh sát kỹ thuật

1. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN LAO ĐỘNG CA KÍP ĐẾN MỨC ĐỘ BIỂU HIỆN GEN ĐIỀU HÒA NHỊP SINH HỌC VÀ MỘT SỐ CHỈ SỐ HÓA SINH MÁU CỦA BỘ ĐỘI TRINH SÁT KỸ THUẬT Nguyễn Minh Phương*; Lê Văn Sơn*; Nguyễn Tùng Linh* TÓM TẮT Lao động ca kíp (LĐCK) làm rối loạn nhịp sinh học (NSH) và mức độ biểu hiện của các gen điều khiển NSH, đồng thời liên quan đến các rối loạn chức năng của cơ thể. Tiến hành nghiên cứu trên 58 bộ đội trinh sát kỹ thuật (BĐTSKT) (thuộc đơn vị X), chia làm 2 nhóm: nhóm 1: 31 người làm việc chuyên môn trực tiếp (phải làm việc theo ca kíp), nhóm 2: 27 người làm các công việc phục vụ khác (chỉ làm theo giờ hành chính) nhằm đánh giá ảnh hưởng của điều kiện LĐCK đến mức độ biểu hiện một số gen điều hòa NSH và một số chỉ số hóa sinh máu ở BĐTSKT. Cả 2 nhóm được lấy máu xét nghiệm mức độ biểu hiện gen, bao gồm: gen Clock, Bmal1, Per1, Per2 và xét nghiệm hàm lượng glucose, cholesterol và triglycerid trong máu. Kết quả: mức độ biểu hiện gen Clock và Per2 giảm ở nhóm 1 so với nhóm 2. Hàm lượng glucose, cholesterol và triglycerid trong máu ở nhóm 1 tăng cao hơn so với nhóm 2, đồng thời, hàm lượng cholestrol và triglycerid tăng cao liên quan đến giảm mức độ biểu hiện gen Clock và Per2. * Từ khóa: Lao động ca kíp; Nhịp sinh học; Gen điều hòa nhịp sinh học; Mức độ biểu hiện gen. STUDY ON THE EFFECT OF WORKSHIFT CONDITION ON THE GENE EXPRESSION OF SOME CLOCK GENES AND SOME BLOOD BIOCHEMISTRY INDICES AMONG TECHNICAL SCOUT SOLDIERS SUMMARY Workshift results in circardian rhythm disorder, change of Clock gene expression and relates to some funtional disorders of body. The aim of this study was to investigate the effect of workshift condition on gene expression of some Clock genes and some blood biochemistry indices. This study was carried out in 58 technical scout soldiers (unit X). The subjects were divided into two groups: group 1 included 31 soldiers who were professional soldiers and have to work with workshift schedule (professional soldiers), group 2 included 27 soldiers doing as office serviceman or administrative work and work in day time (non-professional soldiers). All subjects were done blood test to evaluate gene expression of Clock, Bmal1, Per1 and Per2 and blood levels of glucose, cholesterol and triglycerid as well. The results showed that the professional soldiers displayed significant decreases in gene expression of Clock and Per2 compared with those of non-professional soldiers. The blood levels of glucose, cholesterol and triglycerid in professional soldiers were higher than that in non- professional soldiers and the increase in blood levels of cholestrol and triglicerid had relation to decrease in gene expression of Clock and Per2. * Key words: Workshift; Circardian rhythm; Clock genes; Gene expression. * Học viện Quân y Phản biện khoa học: PGS. TS. Phạm Ngọc Châu PGS. TS. Trần Văn Khoa 1
2. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 ĐẶT VẤN ĐỀ ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hiện nay, LĐCK khá phổ biến và là một trong những nguyên nhân gây ra nhiều bệnh 1. Đối tƣợng nghiên cứu. mạn tính. LĐCK là đặc thù của nhiều ngành 58 BĐTSKT khỏe mạnh, công tác tại đơn vị nghề khác nhau như: y tế, quân đội, an ninh... X, không có các bệnh lý tim mạch, thần kinh Một trong những cơ chế ảnh hưởng đến sức và bệnh lý mạn tính khác. Hiện tại, không có khỏe và gây ra bệnh tật của LĐCK là do rối bệnh lý cấp tính phải dùng thuốc. loạn NSH ngày đêm, hay mất đồng bộ NSH. Mất đồng bộ NSH xảy ra là do không phù hợp Chia đối tượng nghiên cứu thành 2 nhóm: giữa nhịp bên ngoài môi trường với NSH bên - Nhóm 1: 31 người, làm chuyên môn kỹ trong cơ thể, gây ra mất ổn định các chức thuật nghiệp vụ trực tiếp (phải làm việc theo năng sinh lý. Nhiều nghiên cứu đã chứng ca kíp). minh mất đồng bộ NSH cơ thể trong LĐCK liên - Nhóm 2: 27 người, làm các công việc quan đến nhiều bệnh lý như: rối loạn tâm sinh phục vụ khác như hành chính, văn phòng, lý, các hội chứng rối loạn chuyển hóa, bệnh đái hậu cần (làm việc theo giờ hành chính). tháo đường, ung thư và bệnh tim mạch [5, 7]. Ở cấp độ phân tử, NSH được điều khiển 2. Phƣơng pháp nghiên cứu. bởi một số gen như: Clock, Bmal1, Per1, * Các chỉ số nghiên cứu: Per2, Per3, Cry. Nhiều nghiên cứu đã chứng - Mức độ biểu hiện gen tham gia điều hòa minh sự hiện diện của các gen tham gia điều NSH trong tế bào máu ngoại vi bao gồm: gen khiển NSH này cũng diễn ra theo chu kỳ ngày Clock, Bmal1, Per1, Per2. đêm và liên quan đến nhiều quá trình, chức - Các chỉ số hóa sinh máu: glucose, năng khác nhau của mô và tế bào. Vì vậy, khi mất đồng bộ NSH, mức độ biểu hiện của gen cholesterol, triglycerid. tham gia điều hòa NSH cũng bị biến đổi và * Phương pháp lấy mẫu máu: mất đi chu kỳ sinh học bình thường, nhiều Tất cả nhịn ăn sáng, lấy 5 ml máu tại thời chức năng khác nhau ở tế bào và ở mô sẽ bị điểm 7 giờ 30 phút sáng, chia vào 2 ống có ảnh hưởng và rối loạn, đó là nguyên nhân gây chống đông bằng heparin, 1 ống 3 ml và 1 ra các bệnh lý trong cơ thể [1, 9]. ống 2 ml. Bảo quản mẫu máu trong hộp BĐTSKT là một lực lượng đặc biệt của đá ở 4oC, vận chuyển ngay trong thời gian 1 quân đội, do tính chất yêu cầu nhiệm vụ, phải tiếng về labo xét nghiệm của Trung tâm làm việc theo ca kíp, do vậy, có thể có những Nghiên cứu Sinh-Y-Dược học quân sự, Học ảnh hưởng nhất định đến chức năng trong cơ viện Quân y. thể. Ống chứa 3 ml máu được tách huyết Chúng tôi tiến hành nghiên cứu này nhằm: tương và làm ngay xét nghiệm xác định các Đánh giá ảnh hưởng của LĐCK đến mức độ chỉ số hóa sinh. biểu hiện một số gen điều khiển NSH và một Ống chứa 2 ml được bảo quản ở -80oC để số chỉ số hóa sinh máu của BĐTSKT. làm xét nghiệm xác định mức độ biểu hiện gen điều hòa NSH ở tế bào máu ngoại vi. 2
3. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 * Phương pháp xét nghiệm mức độ biểu phát hiện bởi thay đổi của tín hiệu huỳnh hiện gen điều hòa NSH: quang. Sau khi rã đông, lấy 600 μl mỗi mẫu máu Mức độ biểu hiện của các gen được biểu thị để tách chiết ARN tổng số, sử dụng bằng số lượng tương đối của mARN tương MasterPure™ RNA Purification Kit (hãng ứng, tính toán theo phương pháp 2-∆Ct Epicentre). với gen β-actin làm gen chuẩn hóa. Trong đó: Lấy 1 μg ARN tổng số cho phản ứng phiên ∆Ct = giá trị Ct của gen β-actin - giá trị Ct mã ngược tổng hợp cADN sử dụng MMLV của gen nghiên cứu Reverse Transcriptase 1st-Strand cDNA Số lượng mARN tương đối được chuẩn Synthesis Kit (Epicentre), thể tích cho mỗi hóa với gen β-actin là 2-∆Ct. phản ứng của mỗi mẫu là 20 μl. Thực hiện phản ứng RT-PCR với các mẫu cADN thu * Phương pháp xét nghiệm các chỉ số hóa được để xác định mức độ biểu hiện gen, trong sinh máu: đó gen β-actin được sử dụng làm gen để Ống chứa 3 ml máu được tách huyết chuẩn hóa. tương, làm ngay xét nghiệm xác định các chỉ Bảng 1: Trình tự cặp mồi của các gen điều số hóa sinh, bao gồm: hàm lượng glucose, hòa NSH cho phản ứng RT-PCR. cholesterol và triglycerid trên máy xét nghiệm hóa sinh tự động Sysmec Chemix 180. TÊN CẶP MỒI CHO PHẢN ỨNG RT-PCR GEN Đơn vị hàm lượng glucose, cholesterol và Clock Mồi xuôi: 5’-TCCTCAACACCAACCAAG-3’ triglycerid là mmol/l. Mồi ngược: 5’-TCCAGAAGAAAGTTGAACGG-3’ Bmal1 Mồi xuôi: 5’-CGTCGGGATAAAATGAACAg-3’ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mồi ngược: 5’-GGAAGTCCAGTTTTTGCATC-3’ Bảng 2: Mức độ biểu hiện một số gen điều Per1 Mồi xuôi: 5’-AGCAGCAGCCTCGGTTTT-3’ khiển NSH ở tế bào máu ngoại vi của Mồi ngược: 5’-CTCCTCCTCCATAGCCAAGT-3’ BĐTSKT nhóm trực tiếp và gián tiếp (X ± SD). Per2 Mồi xuôi: 5’-CTTTCTTTTGCCGTGTCAGT-3’ Mồi ngược: 5’-ATGGGAGAATAGTCGAAAGG-3’ MỨC ĐỘ BIỂU HIỆN CÁC GEN (số lượng tương đối của mARN) p β-actin Mồi xuôi: 5’-CGCGTCCGCCCCGCGAGC-3’ ĐIỀU KHIỂN Mồi ngược: 5’- CGTCCCAGTTGGTGACGATGCCG NSH Nhóm 1 Nhóm 2 TGCT-3’ (n = 31) (n = 27) Clock 0,87 ± 0,14 1,20 ± 0,22 < 0,05 Thực hiện phản ứng RT-PCR trên máy RT-PCR Chromo 4 - P500 (hãng Bio-Rad), sử Bmal1 1,09 ± 0,15 1,07 ± 0,19 > 0,05 dụng SsoFast EvaGreen (hãng Bio-Rad) làm Per1 1,14 ± 0,16 1,07 ± 0,24 > 0,05 chất đánh dấu phát huỳnh quang, với 40 chu kỳ nhiệt, mỗi chu kỳ 10 giây ở 90oC và 1 phút Per2 0,89 ± 0,16 1,15 ± 0,18 < 0,05 ở 60oC. Đọc tín hiệu huỳnh quang ở 60oC. Mức độ biểu hiện của gen Clock và Per2 ở Máy tính sẽ tự động xác định giá trị Ct nhóm 1 (0,87 và 0,89) thấp hơn so với nhóm 2 (Threshold cycle) của từng gen để tính toán mức độ biểu hiện gen. Ở đây, Ct là số chu kỳ (1,02 và 1,15) có ý nghĩa (p < 0,05). mà tại đó sản phẩm khuếch đại có thể được Mức độ biểu hiện của gen Bmal1 và gen Per1 ở 2 nhóm không khác biệt có ý nghĩa. 3
4. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 Bảng 3: Hàm lượng glucose, cholesterol và hơn so với nhóm có hàm lượng triglycerid < 2,1 triglycerid trong máu của BĐTSKT (X ± SD). mmol/l có ý nghĩa (p < 0,05). CHỈ TIÊU NHÓM 1 NHÓM 2 p Mức độ biểu hiện các gen Bmal1 và Per1 (n = 31) (n = 27) không khác biệt giữa 2 nhóm có cholesterol cao hơn và thấp hơn 5,2 mmol/l, cũng như Glucose (mmol/l) 5,20 ± 0,49 4,48 ± 0,60 < 0,05 giữa 2 nhóm có triglycerid cao hơn và thấp Cholesterol (mmol/l) 5,24 ± 0,83 4,79 ± 0,28 < 0,05 hơn 2,1 mmol/l. Triglycerid (mmol/l) 2,12 ± 0,87 1,54 ± 0,24 < 0,05 BÀN LUẬN Hàm lượng glucose, cholesterol và triglycerid trong máu ở nhóm 1 (5,2 mmol/l, 5,24 mmol/l và Trong những năm gần đây, nhiều tác giả 2,12 mmol/l) cao hơn so với nhóm 2 (4,48 đã chứng minh LĐCK ảnh hưởng đến chu kỳ mmol/l, 4,79 mmol/l và 1,54 mmol/l) (p < biến đổi của mức độ biểu hiện gen điều khiển 0,05). NSH. Nhiều nghiên cứu khác cũng cho thấy LĐCK làm tăng nguy cơ mắc các bệnh Bảng 4: Mức độ biểu hiện gen tham gia điều hòa NSH theo phân loại cholesterol và chuyển hóa như: rối loạn chuyển hóa lipid, đái triglycerid máu của BĐTSKT nhóm 1 (X ± SD). tháo đường; các bệnh tim mạch như huyết áp cao. Các tác giả cho rằng, những biểu hiện CÁC GEN MỨC ĐỘ BIỂU HIỆN này có liên quan đến mất chu kỳ biểu hiện ĐIỀU (số lượng tương đối của mARN) KHIỂN NSH bình thường của các gen điều hòa NSH do Phân loại cholesterol Phân loại triglycerid phải LĐCK [9, 10]. < 5,2 ≥ 5,2 < 2,1 ≥ 2,1 mmol/l mmol/l mmol/l mmol/l Trong nghiên cứu của chúng tôi, đối tượng (n = 18) (n = 13) (n = 20) (n = 11) là BĐTSKT, được xác định mức độ biểu hiện Clock 0,93 ± 0,15 0,81 ± 0,14 0,92 ± 0,16 0,80 ± 0,11 của các gen điều hòa NSH tại một thời điểm, p < 0,05 p < 0,05 do đó, chưa thể xác định chính xác nhất chu kỳ biểu hiện của những gen này. Tuy nhiên, trên Bmal1 1,07 ± 0,15 1,11 ± 0,13 1,08 ± 0,12 1,10 ± 0,13 thực tế, mức độ biểu hiện của gen điều hòa p > 0,05 p > 0,05 NSH ở tế bào máu ngoại vi tại một thời điểm Per1 1,16 ± 0,17 1,12 ± 0,13 1,16 ± 0,16 1,11 ± 0,14 đã được nhiều tác giả sử dụng để xác định p > 0,05 p > 0,05 mất chu kỳ biểu hiện bình thường của các gen đó, đồng thời chứng minh mối liên quan đến Per2 0,96 ± 0,16 0,76 ± 0,12 0,94 ± 0,17 0,76 ± 0,13 một số bệnh lý như: đái tháo đường, rối loạn p < 0,05 p < 0,05 giấc ngủ và biến đổi các chỉ số của hội chứng chuyển hóa [1, 2]. Kết quả nghiên cứu bảng 2 Mức độ biểu hiện gen Clock và Per2 ở cho thấy mức độ biểu hiện của gen Clock và nhóm có hàm lượng cholesterol > 5,2 mmol/l Per2 giảm ở tế bào máu ngoại vi của nhóm 1 thấp hơn so với nhóm có hàm lượng cholesterol < (LĐCK) so với ở nhóm 2 (chỉ làm việc theo 5,2 mmol/l có ý nghĩa (p < 0,05). Tương tự, giờ hành chính). Kết quả của chúng tôi cũng mức độ biểu hiện gen Clock và Per2 ở nhóm phù hợp với nghiên cứu của Ando H [3], theo có hàm lượng triglycerid > 2,1 mmol/l thấp 4
5. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 tác giả, ở những người LĐCK biểu hiện của cholesterol và triglycerid máu. Kết quả này phù gen Clock giảm hơn so với những người lao hợp với nghiên cứu của Gómez-Abellán P và động theo giờ hành chính. Theo chúng tôi, có lẽ CS [4], tác giả đã chỉ ra giảm biểu hiện gen LĐCK ở BĐTSKT đã làm mất đi chu kỳ sinh Clock ở những người có hàm lượng học bình thường của cơ thể, làm rối loạn chu cholesterol máu tăng, đồng thời có mối liên kỳ biểu hiện bình thường của gen điều khiển quan giữa giảm mức độ biểu hiện gen Per2 với NSH, thể hiện bằng giảm biểu hiện của một tăng số đo vòng bụng, nhưng chưa thấy rõ số gen điều hòa NSH như Clock và Per2 được mối liên quan giữa giảm biểu hiện gen trong máu ngoại vi. Per2 với tăng các chỉ số cholesterol và Kết quả xét nghiệm hàm lượng glucose, triglycerid máu. Theo chúng tôi, có lẽ LĐCK ở cholesterol và triglycerid trong máu của BĐTSKT đã làm mất đi chu kỳ sinh học bình BĐTSKT (bảng 3) cho thấy, hàm lượng thường của cơ thể, làm rối loạn chu kỳ biểu glucose, cholesterol và triglycerid ở nhóm 1 hiện bình thường của các gen điều khiển cao hơn so với ở nhóm 2 có ý nghĩa (p < 0,05). NSH, thể hiện bằng giảm biểu hiện của một Theo chúng tôi, nhóm 1 phải làm việc theo ca số gen điều hòa NSH như Clock và Per2 kíp nên đã gây ra sự mất đồng bộ NSH, đồng trong máu ngoại vi, đây là một yếu tố nguy cơ thời có trạng thái căng thẳng cảm xúc cao gây ra các biểu hiện hội chứng chuyển hóa ở hơn so với nhóm 2, điều này dẫn đến tăng tiết BĐTSKT như tăng cao hàm lượng cholesterol các hormon như cortisol, catecholamin nhiều hơn và triglycerid máu. so với nhóm gián tiếp, làm hàm lượng glucose, cholesterol và triglycerid ở họ cao KẾT LUẬN hơn so với ở nhóm 2. Như vậy, BĐTSKT - Tính chất LĐCK của BĐTSKT đã làm nhóm trực tiếp lao động theo ca kíp có nguy giảm mức độ biểu hiện gen tham gia điều hòa cơ bị các bệnh rối loạn chuyển hóa cao hơn NSH Clock và Per2 trong tế bào máu ngoại vi. so với nhóm gián tiếp. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của các tác giả: Kobayashi Y - Hàm lượng glucose, cholesterol và và CS nghiên cứu trên nhân viên bán hàng triglycerid trong máu của BĐTSKT nhóm phải thấy, trạng thái căng thẳng nghề nghiệp càng làm việc theo ca kíp cao hơn so với nhóm làm cao liên quan tới tăng cao hàm lượng việc theo giờ hành chính, trong đó, hàm cholesterol trong máu [8]; Hedberg GE và CS lượng cholesterol và triglycerid trong máu thấy hàm lượng cholesterol và triglycerid ở tăng cao liên quan đến giảm biểu hiện gen những lái xe đường dài cao hơn so với nhóm Clock và Per2. lao động khác ít căng thẳng hơn [6]. TÀI LIỆU THAM KHẢO Về mối liên quan giữa mức độ biểu hiện 1. Ando H, Takamura T, Matsuzawa-Nagata N, gen với hàm lượng cholesterol và triglycerid Shima KR, Eto T, Misu H, Shiramoto M, Tsuru T, máu, kết quả bảng 4 cho thấy, mức độ biểu Irie S, Fujimura A, Kaneko S. Clock gene expression in peripheral leucocytes of patients with hiện của các gen Clock và Per2 thay đổi type 2 diabetes. Diabetologia. 2009, 52, pp.329-335. ngược hướng với biến đổi hàm lượng 5
6. TẠP CHÍ Y - DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ 4-2012 2. Ando H, Ushijima K, Kumazaki M et al. 7. Jamal MB. Stress and health of employees Associations of metabolic parameters and ethanol on non-standard work schedules: a study of consumption with messenger RNA expression of clock Canadian workers. Stress and Health. 2004, 20, genes in healthy men. Chronobiol Int. 2010, 27 (1), pp.113-119. pp.194-203. 8. Kobayashi Y, Hirose T, Tada Y, Tsutsumi A, 3..Ando H, Ushijima K, Kumazaki M, Takamura T, Yokota N, Saito T, Irie S, Kaneko S, Kawakami N. Relationship between two job Fujimura A. Influence of age on clock gene stress models and coronary risk factors among expression in peripheral blood cells of healthy Japanese part-time female emplyees of retail women. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2010, 65 company. J Occup Health. 2005, 47, pp.201-210. (1), pp.9-13. 9. Scott EM, Carter AM, Grant PJ. Association 4. Gómez-Abellán P, Hernández-Morante JJ, between polymorphisms in the Clock gene, Luján JA, Madrid JA, Garaulet M. Clock genes are obesity and the metabolic syndrome in man. Int J implicated in the human metabolic syndrome. Int J Obes (Lond). 2008, 32 (1), pp.121-128. Obes (Lond). 2008, 32, pp.658-662. 10. Sookoian S, Gemma C, Gianotti TF, Burgueno 5. Haines VY, Marchand A, Rousseau V, A, Castano G, Pirola CJ. Genetic variants of Clock Demers A. The mediating role of work-to-family transcription factor are associated with individual conflict in the relationship between shiftwork and susceptibility to obesity. Am J Clin Nutr. 2008, 87, depression. Work & Stress. 2008, 22 (4), pp.341-356. pp.1606-1615. 6. Hedberg GE, Jacobsson KA, Janlert U, Langendoen S. Risk indicators of ischemic heart disease among male professsional drivers in Sweden. Scand J Work Eviron Health. 1993, 19, pp.326-333. 6