Loại đột biến hiếm gặp khiến trẻ mới sinh đã có cơ bắp như lực sĩ

Thông thường, một đứa trẻ sơ sinh 5 tháng tuổi khi được bế nâng hai tay lên sẽ chỉ buông thõng đôi chân một cách tự nhiên.

Thế nhưng, tại tiểu bang Michigan (Mỹ), cậu bé Liam Hoekstra ở độ tuổi này đã khiến gia đình và giới y khoa kinh ngạc khi tự đu người sang ngang để thực hiện tư thế xà vòng đầy phức tạp. Đây là kỹ thuật mà các vận động viên thể dục dụng cụ chuyên nghiệp phải mất nhiều năm luyện tập mới có thể làm được.

Đến khi 8 tháng tuổi, Liam đã có thể tự hít xà đơn và chạm mốc 9 tháng tuổi là thời điểm cậu bé bắt đầu bước lên các bậc cầu thang một cách dễ dàng. Mẹ của Liam chia sẻ đó chính là khoảnh khắc gia đình nhận ra đứa con của mình sở hữu những điểm vô cùng đặc biệt.

Các chuyên gia y tế sau đó đã đưa ra chẩn đoán chính xác về tình trạng phì đại cơ bắp do đột biến gen myostatin, còn giới truyền thông quốc tế lại ưu ái gọi đây là "gen Hercules", dựa theo tên vị á thần nổi tiếng với sức mạnh phi thường trong thần thoại Hy Lạp.

Cậu bé Liam Hoekstra khiến gia đình và giới y khoa kinh ngạc bởi sức khỏe phi thường ngay từ khi mới sinh. Ảnh: Medium

Bảy năm trước khi trường hợp tại Mỹ gây chú ý, các nhà khoa học tại Bệnh viện Charite ở thủ đô Berlin (Đức), do Tiến sĩ Markus Schuelke dẫn đầu, đã công bố một nghiên cứu chấn động trên tạp chí New England Journal of Medicine về trường hợp một bé trai sơ sinh mang đột biến tương tự.

Ngay từ 6 ngày tuổi, kết quả siêu âm đã ghi nhận khối lượng cơ bắp của em gần như gấp đôi so với tiêu chuẩn thông thường. Đến khi được 4 tuổi rưỡi, cậu bé có thể dang thẳng hai tay ra hai bên và giữ nguyên 2 quả tạ nặng 3 kg trong tư thế nằm ngang, một khả năng không một đứa trẻ cùng lứa tuổi nào có thể thực hiện.

Tìm hiểu sâu hơn về gia cảnh, các bác sĩ phát hiện nhiều người thân trong gia đình cậu bé cũng sở hữu sức mạnh phi thường, tiêu biểu là một người họ hàng làm nghề xây dựng có thể di chuyển những khối đá vỉa hè bằng tay không.

Phân tích di truyền cho thấy toàn bộ hiện tượng này cũng xuất phát từ chỉ một loại đột biến duy nhất, vừa đủ để ngăn chặn hoàn toàn việc tạo ra protein myostatin trong cơ thể.

Đi tìm "bộ phanh" kìm hãm cơ bắp

Sự tồn tại của gen Hercules đã khép lại hành trình tìm kiếm kéo dài nhiều thập kỷ của ngành sinh học cơ bắp.

Suốt một thời gian dài, các nhà nghiên cứu luôn tập trung tìm kiếm yếu tố thúc đẩy sự phát triển của cơ bắp. Tuy nhiên, năm 1997, nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học Alexandra McPherron, Ann Lawler và Lee Se Jin tại Đại học Johns Hopkins (Mỹ) đã phát hiện một cơ chế hoàn toàn ngược lại khi đăng công trình khoa học trên tạp chí Nature.

Họ đã nhận diện được một loại protein trước đây chưa từng được biết đến mang tên GDF-8, được sản sinh gần như duy nhất trong cơ xương. Khi các nhà khoa học tiến hành vô hiệu hóa gen mã hóa loại protein này ở chuột thử nghiệm, kết quả thu được vô cùng bất ngờ khi từng nhóm cơ của chúng phát triển gấp 2-3 lần so với kích thước bình thường, trong khi các chỉ số sinh lý khác vẫn hoàn toàn ổn định.

Những cá thể chuột được vô hiệu hóa gen mã hóa protein GDF-8 có nhóm cơ phát triển gấp 2-3 lần so với kích thước bình thường, trong khi các chỉ số sinh lý khác vẫn hoàn toàn ổn định. Ảnh: Lee Se Jin

Protein GDF-8 về sau được đổi tên thành protein myostatin, với vai trò cốt lõi là tạo ra một bộ phanh kìm hãm tự nhiên. Hầu hết mọi loài động vật có xương sống đều mang một phiên bản gen này nhằm âm thầm phát tín hiệu yêu cầu các tế bào cơ dừng phát triển trước khi đạt đến giới hạn tối đa mà chúng có thể đạt được.

Giáo sư Dominic Wells từ Đại học Hoàng gia London (Anh) từng hóm hỉnh chia sẻ với đài ABC News rằng đây chính là một trong những lý do khiến ông không có được thân hình vạm vỡ như tài tử Arnold Schwarzenegger.

Hiện tượng này không chỉ xuất hiện ở người hay chuột mà còn được ghi nhận trên loài chó đua whippet.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Gen Người Quốc gia Mỹ phát hiện những con chó mang một bản sao gen đột biến sẽ có cơ bắp vượt trội và tốc độ chạy nhanh hơn đáng kể trên đường đua, trong khi những con mang hai bản sao đột biến sẽ có cơ bắp phát triển quá đà, dễ bị co rút cơ và hầu như không còn khả năng cạnh tranh thể thao.

Dù cơ chế hoạt động của gen Hercules đã được làm sáng tỏ trên nhiều loài động vật, các trường hợp đột biến gen này ở con người vẫn thuộc dạng cực kỳ hiếm gặp trên thế giới. Cơ sở dữ liệu MedlinePlus Genetics ghi nhận tỷ lệ xuất hiện của đột biến này ở người hiện chưa thể xác định, đồng thời chưa ghi nhận bất kỳ tác động tiêu cực nào về mặt sức khỏe đi kèm.

Tiến sĩ Lee Se Jin từ trường Đại học John Hopkins từng khẳng định trường hợp em bé tại Đức vào năm 2004 là minh chứng rõ ràng và duy nhất về đột biến gen Hercules ở người mà ông ghi nhận được trong suốt nhiều năm nghiên cứu.

Đột biến gen Hercules không chỉ xuất hiện ở người hay chuột mà còn được ghi nhận trên loài chó đua whippet. Ảnh: PetSure

Bước ngoặt từ "cơn sốt" giảm cân

Sự quý hiếm này cùng cơ chế sinh học đặc biệt đã nhanh chóng kích thích ngành dược phẩm bước vào cuộc đua phát triển các loại thuốc can thiệp vào gen Hercules nhằm điều trị các bệnh lý teo cơ suy nhược.

Tuy nhiên, chặng đường thương mại hóa các phát kiến y khoa lại gian nan hơn dự kiến rất nhiều. Suốt 2 thập kỷ, hàng loạt nỗ lực nghiên cứu thuốc ức chế myostatin đã thất bại thảm hại.

Thử nghiệm lâm sàng đáng chú ý đầu tiên với kháng thể MYO-029, do nhà nghiên cứu Kathryn Wagner cùng các đồng nghiệp thực hiện trên những bệnh nhân mắc chứng loạn dưỡng cơ, được công bố kết quả trên tạp chí Annals of Neurology vào năm 2008.

Kết quả cho thấy thuốc dù đạt độ an toàn tương đối cao, trừ một số phản ứng ngoài da ở liều cao, nhưng hoàn toàn không mang lại bất kỳ sự cải thiện nào về sức mạnh hay chức năng vận động của cơ bắp.

Hàng loạt ứng viên thuốc tiếp theo thử nghiệm trên các bệnh nhân mắc chứng suy giảm cơ bắp cũng lần lượt thất bại theo cùng một kịch bản trong gần 20 năm sau đó.

Bối cảnh nghiên cứu chỉ thực sự đảo chiều khi các loại thuốc giảm cân thế hệ mới thuộc nhóm GLP-1 như semaglutide hay tirzepatide bùng nổ trên thị trường toàn cầu. Người dùng các dòng thuốc này khi giảm trọng lượng cơ thể nhanh chóng không chỉ mất đi lượng mỡ thừa mà còn bị tiêu hao một phần đáng kể khối lượng cơ nạc.

Điều này gây ra mối lo ngại lớn đối với bệnh nhân cao tuổi hoặc những người đang đứng trước nguy cơ suy giảm cơ bắp tuổi già. Nhu cầu cấp thiết về một loại thuốc bổ trợ giúp bảo tồn khối cơ trong quá trình giảm cân đã vô tình mở ra một thị trường tiềm năng hoàn toàn mới cho các chất ức chế myostatin, vốn từng bị coi là bế tắc trong việc điều trị bệnh teo cơ.

Bối cảnh nghiên cứu chỉ thực sự đảo chiều khi các loại thuốc giảm cân thế hệ mới thuộc nhóm GLP-1 bùng nổ trên thị trường toàn cầu. Ảnh minh họa: Flarer

Tháng 6 năm nay, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Richard Pratley dẫn đầu đã công bố kết quả thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 2 mang tên EMBRAZE trên tạp chí Nature Medicine.

Thử nghiệm được thực hiện trên 102 người trưởng thành bị thừa cân hoặc béo phì, kết hợp sử dụng thuốc tirzepatide cùng với apitegromab, một loại kháng thể có khả năng ngăn chặn sự kích hoạt myostatin.

Kết quả thu được cho thấy tổng khối lượng cân nặng giảm được ở 2 nhóm là tương đương nhau, nhưng nhóm sử dụng apitegromab đã giữ lại được nhiều hơn 1,9 kg cơ nạc so với nhóm dùng giả dược, tương đương mức duy trì khối cơ đạt tới 54,9%. Tỷ lệ mất cơ nạc trên tổng trọng lượng giảm giảm từ 30% xuống chỉ còn khoảng 15%.

Dù đây mới chỉ là thử nghiệm quy mô nhỏ trong 24 tuần và chưa đo lường sự gia tăng chức năng vận động thể chất, kết quả này đã đánh dấu một bước ngoặt lớn.

Từng được biết đến qua những em bé mang sức mạnh phi thường từ khi chưa biết bò, đột biến gen Hercules giờ đây đang trở thành nền tảng cho loại thuốc bảo vệ cơ bắp.