Butyrate từ lâu đã được biết đến là một trong những sản phẩm quan trọng của hệ vi sinh đường ruột. Khi chúng ta ăn chất xơ, một số vi khuẩn trong đại tràng sẽ lên men chất xơ và tạo ra các axit béo chuỗi ngắn, trong đó có butyrate. Những chất này có nhiều vai trò đối với hàng rào ruột và hệ miễn dịch.

Điểm mới của nghiên cứu là butyrate dường như không chỉ tạo ra tác dụng chống viêm trong thời gian nó hiện diện. Nó còn có thể thay đổi hoạt động của tế bào biểu mô ruột, tạo ra một chương trình điều hòa miễn dịch kéo dài.

Các nhà nghiên cứu cho chuột uống butyrate trong một khoảng thời gian rồi ngừng điều trị. Đáng chú ý, hai tuần sau khi ngừng butyrate, tế bào T CD4+ của chuột vẫn sản xuất nhiều IL-10 hơn bình thường. IL-10 là một cytokine có tác dụng làm dịu phản ứng miễn dịch và đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế viêm ở ruột.

Để kiểm tra tác dụng này, các nhà khoa học gây viêm đại tràng ở chuột. Những con vật từng được điều trị bằng butyrate trước đó bị tổn thương nhẹ hơn so với nhóm không được điều trị.

Chúng ít bị sụt cân hơn, có mức độ các dấu hiệu viêm thấp hơn và tổn thương mô ruột nhẹ hơn. Các thí nghiệm cho thấy khả năng bảo vệ này phụ thuộc vào tín hiệu IL-10.

Đặc biệt, hiệu ứng trên không đơn giản là do butyrate làm thay đổi hệ vi sinh vật. Khi thử nghiệm trên những con chuột không có vi khuẩn đường ruột, các nhà nghiên cứu vẫn quan sát được khả năng tạo ra môi trường điều hòa miễn dịch kéo dài sau khi tiếp xúc với butyrate.

Điều này cho thấy butyrate có thể trực tiếp tạo ra một “dấu ấn sinh học” trên tế bào ruột, thay vì chỉ tác động thông qua việc thay đổi thành phần vi khuẩn.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào tế bào biểu mô ruột (IEC) – lớp tế bào tạo thành hàng rào ngăn cách cơ thể với hệ vi sinh vật bên trong đường ruột.

Khi tiếp xúc với butyrate, các tế bào này có thể tiết ra những tín hiệu giúp tế bào T chuyển sang trạng thái sản xuất nhiều IL-10 hơn. Hiện tượng này được quan sát trong các thí nghiệm sử dụng cả tế bào chuột và tế bào người.

Các nhà khoa học cũng xác định N1-acetylspermidine có thể thúc đẩy tế bào T tạo IL-10.

Ở cấp độ phân tử, butyrate kích hoạt kéo dài hoạt động của gene Sat1 trong tế bào biểu mô ruột thông qua những thay đổi về phiên mã và biểu sinh. Sat1 tham gia vào quá trình tạo N1-acetylspermidine.

Phát hiện này có thể đặc biệt quan trọng đối với các bệnh viêm ruột mạn tính (IBD) như bệnh Crohn và viêm loét đại tràng. Các phương pháp điều trị IBD hiện nay thường nhằm kiểm soát hoặc ức chế phản ứng miễn dịch. Nghiên cứu mới gợi ý một hướng tiếp cận khác: thay vì chỉ liên tục dập tắt tình trạng viêm, các nhà khoa học có thể tìm cách “huấn luyện” hàng rào ruột duy trì trạng thái dung nạp miễn dịch.

Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng đây chưa phải là phương pháp điều trị đã được chứng minh ở người. Phần lớn bằng chứng bảo vệ trực tiếp trong nghiên cứu đến từ mô hình chuột, trong khi các thí nghiệm với tế bào người mới được thực hiện trong phòng thí nghiệm.