Đọc bảng thành phần trên các hộp sữa hoặc thực phẩm chế biến sẵn, nhiều người tiêu dùng thường bắt gặp cái tên carrageenan. Sự xuất hiện phổ biến của phụ gia này khiến nhiều người thắc mắc liệu việc tiêu thụ hàng ngày có âm thầm kích hoạt phản ứng miễn dịch hay gây viêm loét đường ruột hay không.
Về mặt khoa học, carrageenan có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch bẩm sinh và thúc đẩy phản ứng viêm tại đường tiêu hóa thông qua các thụ thể miễn dịch đặc hiệu [1]. Đáng chú ý, mức độ ảnh hưởng phụ thuộc lớn vào việc chất này bị phân hủy thành dạng có trọng lượng phân tử thấp, tình trạng hệ vi sinh vật đường ruột và việc niêm mạc ruột có đang bị tổn thương hay không [1].
Carrageenan là gì và vì sao lại kích hoạt hệ miễn dịch?
Carrageenan là một polysaccharide tự nhiên có chứa gốc sulfate, được chiết xuất từ các loài tảo đỏ [2]. Nhờ đặc tính tạo gel đặc biệt, chất này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm với vai trò chất làm dày, chất ổn định và chất nhũ hóa [2]. Hợp chất này tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như kappa, iota và lambda, mỗi dạng có đặc tính riêng phù hợp với từng loại sản phẩm [2].
Mặc dù được các cơ quan quản lý đánh giá là an toàn khi tiêu thụ ở lượng nhỏ, carrageenan vẫn làm dấy lên lo ngại về khả năng gây rối loạn tiêu hóa và viêm ruột ở những người nhạy cảm [2]. Khả năng kích hoạt hệ miễn dịch bẩm sinh của carrageenan bắt nguồn từ cấu trúc hóa học đặc trưng của nó [1]. Phân tử chất này sở hữu liên kết alpha-1,3-galactosidic bất thường vốn không tồn tại ở cơ thể người, do đó bị hệ thống phòng vệ của cơ thể nhận diện là một quyết định tố kháng nguyên lạ (immune epitope) [1].
Khi đi vào ruột, quyết định tố kháng nguyên này tương tác trực tiếp với thụ thể giống Toll 4 (TLR4) trên bề mặt tế bào, từ đó kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh [1]. Sự gắn kết với TLR4 thúc đẩy con đường truyền tín hiệu qua protein BCL10 và yếu tố phiên mã NF-kappaB, bên cạnh một con đường khác thông qua các gốc oxy phản ứng (ROS) [3]. Quá trình này dẫn đến việc sản sinh các chất trung gian gây viêm (cytokine) như IL-8 và huy động các tế bào miễn dịch đến vị trí tiếp xúc [2]. Hệ quả là tình trạng viêm có thể làm suy giảm chức năng hàng rào bảo vệ ruột, tạo điều kiện cho các kháng nguyên trong lòng ruột xâm nhập sâu hơn và làm trầm trọng thêm phản ứng miễn dịch [2].
Vai trò của dạng carrageenan phân hủy và hệ vi sinh đường ruột
Không phải mọi dạng carrageenan đều gây tác động như nhau trên đường tiêu hóa. Các bằng chứng khoa học chỉ ra rằng carrageenan có trọng lượng phân tử thấp hay còn gọi là carrageenan phân hủy (dCGN) chính là thủ phạm gây ra các tác dụng bất lợi [1]. Dạng phân hủy này gây phá vỡ cấu trúc lysosome trong đại thực bào, dẫn đến loét biểu mô ruột, đồng thời làm tăng tiết các chất gây viêm như TNF-alpha và phân tử kết dính ICAM ở tế bào bạch cầu đơn nhân [1]. Giả thuyết được đặt ra là carrageenan có trọng lượng phân tử thấp có tốc độ khuếch tán vào lớp biểu mô cao hơn, khiến mô ruột tiếp xúc nhiều hơn với độc tính [1].
Sự hình thành dạng phân hủy này có sự góp mặt quan trọng của hệ vi sinh vật tại đại tràng. Một số chủng vi khuẩn đường ruột có khả năng tiết ra các enzyme galactosidase và carrageenase để cắt nhỏ phân tử carrageenan thành dạng dCGN, làm tăng sự lộ diện của kháng nguyên alpha-gal với thụ thể TLR4 [1]. Một nghiên cứu năm 2011 đã kiểm chứng cơ chế này bằng cách xử lý carrageenan với các enzyme khác nhau [3]. Kết quả cho thấy khi dùng enzyme alpha-1-(3,6)-galactosidase để cắt liên kết alpha, mức tăng chất gây viêm IL-8 và BCL10 giảm xuống đáng kể, trong khi các galactosidase khác (alpha-1,6, beta-1,4 và beta-1,3,6) không có tác dụng [3]. Ngược lại, khi dùng enzyme kappa- hoặc iota-carrageenase (vốn cắt liên kết beta-1,4-galactosidic), lượng IL-8 và BCL10 lại tăng vọt do làm lộ nhiều vùng kháng nguyên alpha-1,3-galactosidic hơn [3]. Con đường tạo gốc oxy tự do (ROS) không bị ảnh hưởng khi xử lý kappa-carrageenan với enzyme kappa-carrageenase ở nồng độ 3 mg/L hay alpha-1-(3,6)-galactosidase ở mức 20 mU/ml [3].
Do sự phụ thuộc vào enzyme vi khuẩn, mức độ viêm ruột khi tiếp xúc với carrageenan có thể khác nhau giữa từng cá nhân hoặc thay đổi theo thời gian trên cùng một người tùy thuộc vào cấu trúc hệ vi sinh đường ruột [1]. Ở cấp độ tế bào, phụ gia này còn làm giảm lượng glycoprotein tại lớp biểu mô đại tràng và ức chế sự tương tác bình thường giữa đại thực bào với tế bào lympho [4].
Các nghiên cứu trên động vật nói gì về nguy cơ viêm loét?
Nhiều thí nghiệm trên động vật từ thập niên 1980 đến nay đã làm sáng tỏ cách carrageenan tương tác với niêm mạc ruột và hệ miễn dịch.
Một nghiên cứu công bố năm 1984 đã khảo sát hậu quả miễn dịch của việc tiêu thụ carrageenan cấp thực phẩm trên một dòng chuột cống thuần chủng [5]. Chuột trưởng thành được uống nước pha 0,5% carrageenan cấp thực phẩm (dạng kappa, lambda hoặc iota) trong suốt 90 ngày [5]. Bằng kỹ thuật nhuộm mô học Alcian blue đặc hiệu, các nhà khoa học phát hiện một lượng nhỏ carrageenan đã xuyên qua hàng rào ruột nguyên vẹn để đi vào các tế bào giống đại thực bào nằm ở nhung mao và lớp đệm ruột non, dù không gây ra tổn thương bệnh lý hay viêm tại chỗ [5]. Việc uống chất này không làm thay đổi phản ứng kháng thể tại chỗ hoặc toàn thân đối với vi khuẩn đường ruột hay hồng cầu cừu đưa vào qua đường uống [5]. Tuy nhiên, khi tiêm hồng cầu cừu qua đường ngoài tiêu hóa, phản ứng tạo kháng thể ngưng kết hồng cầu ở giai đoạn giữa (từ ngày 14 đến ngày 28) bị ức chế tạm thời ở nhóm chuột ăn carrageenan [5]. Dạng lambda và iota làm giảm phản ứng rõ rệt, trong khi dạng kappa (L100) ít hiệu quả hơn nhưng vẫn gây ức chế đáng kể vào ngày thứ 21 [5]. Tuy nhiên, các chỉ số đã trở về mức bình thường sau 35 ngày và năng lực miễn dịch tế bào T không bị ảnh hưởng [5].
Để đánh giá tác động của kích thước phân tử, một nghiên cứu năm 2010 đã tiến hành thử nghiệm trên chuột cống đực ăn thức ăn tiêu chuẩn và chia thành các nhóm, mỗi nhóm 6 con [1]. Nhóm thứ nhất uống nước chứa iota-carrageenan phân hủy (dCGN) kích thước 10 kDa, nhóm thứ hai nhận loại 40 kDa và nhóm thứ ba là nhóm đối chứng không dùng chất này [1]. Sau 55 ngày, kết quả ghi nhận mối tương quan chặt chẽ giữa mức độ viêm và kích thước phân tử dCGN [1]. Tất cả chuột uống dCGN đều bị tiêu chảy và bị ngắn chiều dài đại tràng, đặc biệt nghiêm trọng nhất ở nhóm tiếp nhận phân tử kích thước 40 kDa [1].
Một báo cáo tổng quan năm 2017 cũng dẫn lại các thí nghiệm trên chuột lang cho thấy vai trò quyết định của vi khuẩn đường ruột [4]. Chuột lang thông thường khi ăn carrageenan phân hủy đã phát triển vết loét manh tràng chỉ trong vòng 21 đến 30 ngày [4]. Ngược lại, những con chuột lang vô trùng ăn carrageenan suốt 6 tháng hoặc lâu hơn hoàn toàn không xuất hiện bất kỳ tổn thương ruột nào [4]. Khi điều trị đồng thời carrageenan với metronidazole (một thuốc kháng khuẩn tác động chủ yếu lên vi khuẩn kỵ khí), chuột lang thông thường đã được ngăn ngừa khỏi tình trạng loét ruột [4]. Đặc biệt, loài vi khuẩn Bacteroides vulgatus đóng vai trò rất lớn: những động vật được gây miễn dịch với B. vulgatus trước khi dùng carrageenan đã phát triển bệnh nhanh hơn và bị tổn thương nặng hơn nhóm chỉ dùng carrageenan đơn độc [4]. Những con vật không được gây miễn dịch trước đó cũng tự phát triển kháng thể chống lại B. vulgatus trong quá trình ăn carrageenan, chứng tỏ một phản ứng miễn dịch thích ứng đã xảy ra sau khi ruột bị loét [4]. Một nghiên cứu khác đánh giá 8 chủng B. vulgatus cũng nhận thấy biến thể protein màng ngoài (gọi là alpha phenon) có liên quan đến việc làm tăng nặng tình trạng viêm đại tràng [4].
Tác động cộng hưởng khi đường ruột đang tổn thương
Một phát hiện quan trọng trong các nghiên cứu gần đây là carrageenan hoạt động như một tác nhân gây viêm có điều kiện, tức là nó làm bùng phát mạnh mẽ phản ứng viêm khi đường ruột đang ở trạng thái không khỏe mạnh [6].
Nghiên cứu công bố năm 2016 trên chuột nhắt chủng BALB/c đã kiểm tra giả thuyết này bằng cách cho chuột dùng kappa-carrageenan qua đường dạ dày trước khi gây viêm đại tràng bằng hóa chất oxazolone [6]. Kết quả cho thấy việc nạp kappa-carrageenan làm trầm trọng thêm tình trạng sụt cân, giảm tỷ lệ sống sót và làm nặng thêm mức độ viêm đại tràng ở chuột [6]. Xét nghiệm máu và mô đại tràng ghi nhận sự sụt giảm tỷ lệ tế bào T điều hòa (Tregs - nhóm tế bào CD4+CD25+/CD4+ có nhiệm vụ kìm hãm phản ứng miễn dịch quá mức) và giảm biểu hiện gen FOXp3 [6]. Đồng thời, nồng độ các cytokine gồm IL-4, IL-10, TNF-alpha và IL-6 tăng lên đáng kể, kèm theo sự gia tăng biểu hiện của TLR4, NF-kappaB và kháng nguyên nhân tế bào tăng sinh tại niêm mạc đại tràng, kích hoạt đáp ứng miễn dịch phụ thuộc Th2 [6].
Tương tự, một nghiên cứu năm 2017 khảo sát trên dòng tế bào HT-29 và mô hình chuột bị viêm ruột do vi khuẩn Citrobacter freundii chủng DBS100 cũng cho kết quả đồng nhất [7]. Khi dùng một mình, kappa-carrageenan không làm kích hoạt các chất gây viêm IL-6, TNF và cũng không làm thay đổi mức tế bào Tregs [7]. Thế nhưng, khi kết hợp với vi khuẩn C. freundii, phụ gia này đã làm tăng vọt nồng độ IL-6, TNF, các cytokine của tế bào Th1 (gồm IFN-gamma và IL-2) cũng như IL-17A [7]. Ở nhóm chuột nhiễm khuẩn, kappa-carrageenan còn làm giảm tỷ lệ tế bào Tregs theo kiểu phụ thuộc vào liều lượng và thúc đẩy tiết NF-kappaB thông qua con đường truyền tín hiệu Bcl10-NF-kappaB [7]. Biểu hiện của thụ thể TLR4 cũng tăng lên trong mô hình này, dù vai trò cụ thể của sự gia tăng này cần được nghiên cứu thêm [7].
Hiểu đúng về lợi ích, rủi ro và giới hạn của bằng chứng
Nhìn vào bức tranh tổng thể từ một bài tổng quan năm 2024 phân tích cơ sở dữ liệu MEDLINE và SCOPUS, các phụ gia thực phẩm trong chế độ ăn phương Tây đang được xem xét kỹ lưỡng về khả năng làm thay đổi hệ vi sinh, giảm độ đa dạng vi khuẩn và làm tăng tính thấm thành ruột (hội chứng "rò rỉ ruột") [8]. Bên cạnh nguy cơ gây viêm loét ở dạng phân hủy, carrageenan còn bị nghi ngờ làm tăng tình trạng bất dung nạp glucose và kháng insulin [8]. Ở chiều ngược lại, một số nghiên cứu gợi ý chất này có thể ức chế sự phát triển của tế bào ung thư thông qua việc tác động vào chu kỳ tế bào, nhưng hiệu quả chống ung thư này vẫn chưa rõ ràng [8].
Tuy nhiên, người tiêu dùng cần tránh những hiểu lầm cực đoan. Thứ nhất, các cơ quan quản lý an toàn thực phẩm hiện vẫn công nhận carrageenan là an toàn khi sử dụng ở hàm lượng nhỏ trong thực phẩm [2]. Thứ hai, bản thân dạng kappa-carrageenan khi dùng đơn độc trên mô hình thực nghiệm không tự động kích hoạt cơn bão cytokine hay làm suy giảm tế bào điều hòa miễn dịch nếu đường ruột hoàn toàn khỏe mạnh, không có tác nhân nhiễm trùng hay viêm cấp tính đi kèm [7]. Thứ ba, phần lớn các dữ liệu về loét ruột và ức chế miễn dịch hiện nay đều đến từ mô hình động vật (chuột cống, chuột nhắt, chuột lang) hoặc nuôi cấy tế bào [4]. Các nhà khoa học khẳng định tác động cụ thể của carrageenan trên bệnh nhân viêm ruột (IBD) ở người vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ và cần thêm nhiều công trình lâm sàng để đi đến kết luận cuối cùng [8].
Ai nên thận trọng khi sử dụng thực phẩm chứa carrageenan?
Dựa trên cơ chế "gây viêm có điều kiện" đã được chứng minh, nhóm đối tượng đầu tiên cần lưu ý là những người đang mắc các bệnh lý viêm đường ruột mạn tính (IBD) hoặc có hội chứng tăng tính thấm thành ruột [8]. Khi hàng rào niêm mạc đã bị tổn thương, sự hiện diện của carrageenan có thể kích hoạt mạnh mẽ con đường TLR4-NF-kappaB và làm giảm các tế bào điều hòa miễn dịch, khiến đợt viêm cấp tính trở nên tồi tệ hơn [6]. Dù các nhà khoa học cho rằng cần thêm nghiên cứu để quyết định có nên loại bỏ hoàn toàn carrageenan khỏi thực đơn của người bệnh IBD hay không, sự thận trọng vẫn là điều cần thiết [8].
Nhóm thứ hai là những người đang bị nhiễm trùng đường tiêu hóa cấp tính do vi khuẩn [7]. Như thí nghiệm trên chuột đã chỉ ra, sự kết hợp giữa vi khuẩn gây bệnh và phụ gia này có thể tạo ra hiệu ứng cộng hưởng làm tăng vọt các chất trung gian gây viêm [7]. Ngoài ra, những người có cơ địa rối loạn tiêu hóa hoặc có nguy cơ rối loạn đường huyết, kháng insulin cũng nên theo dõi phản ứng của cơ thể khi tiêu thụ nhóm phụ gia này [8]. Nếu đang có bệnh nền đường tiêu hóa hoặc đang dùng thuốc điều trị, người bệnh nên tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa để được tư vấn chế độ dinh dưỡng phù hợp, tuyệt đối không tự ý bỏ thuốc điều trị.
Cách áp dụng thực tế trong đời sống hàng ngày
Trong sinh hoạt hàng ngày, bạn không cần phải hoang mang loại bỏ tuyệt đối mọi hộp sữa hay thực phẩm có chứa carrageenan nếu hệ tiêu hóa hoàn toàn khỏe mạnh. Thay vào đó, hãy tập trung vào việc đọc kỹ nhãn thành phần trên bao bì để kiểm soát tổng lượng thực phẩm chế biến sẵn nạp vào cơ thể, ưu tiên chế độ ăn cân bằng với thực phẩm tươi sống nhằm giảm sự phụ thuộc vào các chất phụ gia công nghiệp [8].
Đối với những giai đoạn cơ thể đang gặp vấn đề tiêu hóa như tiêu chảy nhiễm khuẩn, đau bụng cấp tính hoặc đang trong đợt bùng phát viêm đại tràng, bạn nên tạm thời hạn chế các loại sữa đóng hộp, đồ uống hoặc thực phẩm có sử dụng chất làm dày carrageenan [6]. Song song đó, việc duy trì một lối sống lành mạnh, uống đủ nước và nuôi dưỡng hệ vi sinh vật đường ruột cân bằng sẽ giúp bảo vệ lớp hàng rào niêm mạc ruột, từ đó giảm thiểu nguy cơ phân hủy carrageenan thành các phân tử nhỏ gây kích ứng miễn dịch [1].
Tóm lại, carrageenan trong thực phẩm được phép sử dụng ở liều lượng nhỏ nhưng mang cấu trúc có thể tương tác với thụ thể miễn dịch và thúc đẩy phản ứng viêm nếu bị phân hủy hoặc gặp môi trường ruột đang tổn thương [2]. Người tiêu dùng khỏe mạnh có thể sử dụng bình thường ở mức độ vừa phải, trong khi người có bệnh lý viêm nhiễm đường tiêu hóa nên chủ động kiểm tra nhãn thực phẩm và tham vấn bác sĩ để bảo vệ sức khỏe đường ruột tối ưu.
