›
›

Đại cương về kháng thể

doc 39 trang phuongnguyen 60
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đại cương về kháng thể", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docdai_cuong_ve_khang_the.doc

Nội dung text: Đại cương về kháng thể

  1. Đại cương về kháng thể 1
  2. MỤC LỤC PHẦN I 1 PHẦN II 2 NỘI DUNG 2 I. KHÁNG THỂ 2 1. Đại cương về kháng thể 2 2. Nguồn gốc của kháng thể 4 3. Cấu trúc của kháng thể 4 Hình 4: Sự phân bố của vùng siêu biến đổi, vùng khung 6 4. Các lớp kháng thể 6 4.1. Kháng thể IgG 6 4.2. Kháng thể IgM 7 4.3. Kháng thể IgA 8 Hình 6: Cấu trúc IgA 8 4.4. Kháng thể IgE 9 4.5. Kháng thể IgD 10 II. PHỨC HỢP HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) 10 Hình 7: Bản đồ cụm gen MHC ở người và chuột nhắt 11 2.1. Các phân tử lớp I 11 Hình 9: Sơ đồ các phân tử MHC lớp I 13 2.2. Các phân tử lớp II 13 Hình 10: Cấu trúc của các phân tử MHC lớp I và lớp II 14 2.2.1. Vùng gắn peptide 14 2.2.2. Vùng giống Ig 14 Hình 11: Các gene trong locus gene hoà hợp mô chủ yếu (phức hợp MHC) 15 2.2.3. Các vùng xuyên màng và vùng trong bào tương 15 Hình 12. Con đường trình diện kháng nguyên nội sinh virus của phân tử MHC lớp I 17 3.2. Chức năng điều hòa đáp ứng miễn dịch 17 Hình 13: Vai trò của việc trình diện kháng nguyên cùng với phân tử 18 III. BỔ THỂ 18 2.1. Đường cổ điển 19 Hình 14: Hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển 19 2.2. Đường cạnh 20 Hình 15: Nguyên lý của phản ứng dây chuyền 21 2.3. Con đường hiệu ứng hay con đường chung 21 Hình 16: Hoạt hóa bổ thển theo con đường cạnh 22 III. INTERFERON 23 Hình 17: Interferon alpha 25 Hình 18: Interferon beta 26 Hình 19: Interferon gamma 27 Hình 20: Cơ chế tác động của Interferon 28 6.3.1. Đối với trâu bò 32 6.3.2. Đối với lợn 33 6.3.3. Đối với gia cầm 33 PHẦN III 34 KẾT LUẬN 34 I. ĐỐI VỚI KHÁNG THỂ 34 II. ĐỐI VỚI PHỨC HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) 34 2
  3. III. ĐỐI VỚI BỔ THỂ 35 IV. ĐỐI VỚI INTERFERON 36 3
  4. PHẦN I MỞ ĐẦU Sinh vật sống trong môi trường và buộc phải trao đổi tích cực với môi trường đó để tồn tại, phát triển và sinh sản. Sự trao đổi này là cần thiết song chính nó cũng thường xuyên mang lại cho sinh vật các nguy cơ đe dọa đến sự sống còn. Để thoát được các nguy cơ này, trong quá trình tiến hóa của sinh vật đã hình thành và hoàn thiện dần một hệ thống để bảo vệ cho mình, đó chính là hệ thống miễn dịch. Khả năng của cơ thể nhận biết và loại trừ các vật lạ ấy gọi là miễn dịch. Miễn dịch là khả năng bảo vệ của cơ thể khi cơ thể đã có tiếp xúc với kháng nguyên một cách chủ động hay ngẫu nhiên hoặc do được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hoặc truyền kháng thể. Đáp ứng miễn dịch bao gồm miễn dịch đặc hiệu và miễn dịch không đặc hiệu. Sự phân chia này hoàn toàn không có nghĩa là 2 loại đáp ứng miễn dịch này tách biệt với nhau, mặc dù chúng có nhiều điểm khác nhau. Để thực hiện chức năng bảo vệ cơ thể, hai loại đáp ứng miễn dịch bổ túc cho nhau, lồng ghép vào nhau, khuyếch đại và điều hòa hiệu quả của chúng. Trong lịch sử tiến hóa của hệ miễn dịch, các đáp ứng miễn dich không đặc hiệu được hình thành rất sớm và phát triển, đến lớp động vật có xương sống thì các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu tự nhiên và thu được mới được hình thành. 4
  5. PHẦN II NỘI DUNG I. KHÁNG THỂ 1. Đại cương về kháng thể Vào những năm 1950 - 1960 Porter .R và Edelman .G đã chứng minh cấu trúc cơ bản của globulin miễn dịch. Porter phân cắt các phân tử globulin miễn dịch bằng các enzyme để thu được các mảnh peptide, trong khi đó Edelman đã tách phân tử globulin miễn dịch bằng cách khử các cầu disulfide liên chuỗi. Kết quả của mỗi phương pháp đã bổ sung cho nhau và cho phép chúng ta hiểu được cấu trúc cơ bản của phân tử globulin miễn dịch. Cả Porter và Edelman lần đầu tiên đã phân tách phần globulin của huyết thanh bằng siêu ly tâm để thu được hai phần nhỏ: phần thứ nhất có trọng lượng phân tử cao có hằng số lắng là 19S; phần thứ hai có trọng lượng phân tử thấp và hằng số lắng là 7S. Các tác giả đã tách riêng phần 7S xác định được trọng lượng phân tử là 150.000 Da và ký hiệu là globulin miễn dịch G (IgG). Porter đã phân cắt IgG bằng enzyme papain thành các mảnh khác nhau. Mặc dù papain là một enzyme hoạt động thủy phân protein không đặc hiệu và phân cắt toàn bộ phân tử protein, nhưng nếu thời gian tác dụng ngắn thì enzyme này chỉ phân cắt các cầu disulfide nhạy cảm nhất. Trong điều kiện như vậy papain đã phân cắt phân tử IgG thành hai mảnh giống nhau (mỗi mảnh có trọng lượng phân tử là 45.000) được gọi là các mảnh Fab (antigen binding fragment), bởi vì mảnh Fab vẫn giữ nguyên khả năng gắn với kháng nguyên của phân tử kháng thể nguyên vẹn. Ngoài hai mảnh Fab tác giả còn thu được một mảnh nữa có trọng lượng phân tử là 50.000 được gọi là mảnh Fc vì khi bảo quản trong lạnh chúng bị kết tinh hoá (chữ c bắt nguồn từ chữ cristalliable nghĩa là có khả năng kết tinh). Nisonoff .A cũng tiếp cận nghiên cứu bằng cách tương tự nhưng dùng enzyme pepsin thay cho enzyme papain. Khi cho pepsin tác dụng ngắn với phân tử IgG thì thu được một mảnh có trọng lượng phân tử 100.000 gồm 2 mảnh Fab gộp lại và ký hiệu là F(ab')2. Mảnh F(ab')2 cũng gây kết tủa kháng nguyên. Tuy nhiên 5
  6. khi xử lý bằng pepsin không thu được mảnh Fc mà thay vào đó là một số mảnh peptide nhỏ. Cấu trúc chuỗi của IgG lần đầu tiên được nghiên cứu bởi Edelman và sau này được khẳng định bởi Porter. Edelman đã khử các cầu disulfide của phân tử IgG bằng mercaptoethanol rồi tiến hành điện di trên gel tinh bột trong môi trường urê 8M để khử các cầu disulfide trong chuỗi và liên chuỗi làm cho phân tử được trải ra mà không gấp. Tác giả thu được 2 vệt điện di và điều này chứng tỏ rằng phân tử IgG có nhiều hơn một chuỗi protein. Porter cũng phát triển thí nghiệm này bằng cách tạo ra phản ứng khử nhẹ hơn sao cho chỉ cắt các cầu disulfide liên chuỗi mà thôi, sau đó tiến hành alkyl hoá các nhóm Hình 1: Cấu tạo của kháng thể sulfhydryl (SH) lộ ra bên ngoài bằng iodoacetamide để ngăn cản sự tái tạo ngẫu nhiên của các cầu disulfide. Ngoài ra tác giả còn cho thêm acid propionic hữu cơ để ngăn cản sự ngưng tập. Sau đó tiến hành sắc ký trên cột để phân tách các phân tử dựa trên kích thước của chúng. Thí nghiệm này đã cho thấy phân tử IgG có trọng lượng phân tử 150.000 Da được hợp thành bởi hai chuỗi peptide, mỗi chuỗi có trọng lượng phân tử 50.000 được ký hiệu là các chuỗi nặng (chuỗi H - heavy chain) và hai chuỗi mỗi chuỗi có trọng lượng phân tử là 25.000 được ký hiệu là các chuỗi nhẹ (chuỗi L - light chain). Porter đã sử dụng kháng huyết thanh dê được gây miễn dịch bởi các mảnh Fab và Fc của phân tử IgG của thỏ. Ông đã phát hiện thấy rằng kháng thể kháng Fab có thể tương tác với cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, trong khi đó kháng thể kháng 6
  7. Fc thì chỉ phản ứng với chuỗi nặng mà thôi. Điều này chứng tỏ Fab có chứa các thành phần của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ còn Fc thì chỉ chứa các thành phần của chuỗi nặng. Các kết quả này đã khẳng định mô hình đầu tiên về cấu trúc phân tử IgG mà Porter đã đưa ra. Theo mô hình này thì phân tử IgG bao gồm hai chuỗi nặng giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ giống hệt nhau được liên kết với nhau bằng các cầu disulfua. Enzyme papain phân cắt ngay phía trên cầu disulfua liên chuỗi nối giữa hai chuỗi nặng còn enzyme pepsin thì phân cắt ngay phía dưới cầu disulfua này và vì thế hai enzyme thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩn phân rã khác nhau. Khi sử dụng mercaptoethanol để khử và akyl hoá sẽ cho phép ta tách riêng được các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. 2. Nguồn gốc của kháng thể Các kháng thể (antibody) hay còn gọi là các globulin miễn dịch (immunoglobulin - ám chỉ thành phần cung cấp khả năng miễn dịch nằm ở phần globulin của huyết thanh khi phân tích bằng điện di) là những phân tử protein hoạt động như những thụ thể trên bề mặt tế bào lympho B để nhận diện kháng nguyên hoặc như những sản phẩm tiết của tế bào plasma. Về nguồn gốc, tế bào plasma chính là tế bào lympho B sau khi đã nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá và biệt hoá thành. Những kháng thể do tế bào plasma tiết ra có tính đặc hiệu với kháng nguyên giống hệt như tính đặc hiệu của phân tử kháng thể trên bề mặt tế bào B đóng vai trò là thụ thể dành cho kháng nguyên đã nhận diện kháng nguyên ban đầu. Các kháng thể này sẽ lưu hành trong máu và bạch huyết, chúng hoạt động như những thành phần thực hiện của đáp ứng miễn dịch dịch thể bằng cách phát hiện và trung hòa hoặc loại bỏ các kháng nguyên. Các kháng thể thực hiện hai chức năng chính: chúng gắn một cách đặc hiệu vào một kháng nguyên và chúng tham gia trong một số chức năng sinh học khác. 3. Cấu trúc của kháng thể Tất cả các kháng thể đều có cấu trúc giống nhau gồm 4 chuỗi polypeptid, hai chuỗi nhẹ (light chain) kí hiệu là L và hai chuỗi nặng (heavy chain) kí hiệu là H gắn với nhau bởi cầu disulfua (S-S). 7
  8. Chuỗi nhẹ (L): có khoảng 214 axit amin, trật tự axit amin của hai chuỗi nhẹ giống nhau và được chia làm hai vùng. Vùng có trật tự axit amin thay đổi gọi là vùng biến đổi (variable light) kí hiệu là VL, nằm phía đầu amin (-NH 2) của phân tử. Vùng có trật tự không thay đổi gọi là vùng hằng định (constant light) kí hiệu là CL, nằm ở phía đầu carboxyl (-COOH). Trật tự axit amin vùng cố định của chuỗi nhẹ luôn luôn giống nhau ở tất cả các lớp kháng thể, hoặc theo trật tự dạng Lamda, hoặc theo trật tự dạng Kappa, có khối lượng khoảng 23KDa. Ngược lại trật tự của vùng biến đổi luôn luôn khác nhau, kể cả ở các lớp kháng thể do cùng một tế bào sinh ra. Vùng chức năng sinh học Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của phân tử kháng thể Hình 3: Vị trí của các điểm chức năng trên phân tử IgG Chuỗi nặng (H): có khoảng 446 axit amin, có khối lượng khoảng 75KDa. Mỗi cuỗi nặng có 4 vùng axit amin, một vùng biến đổi và ba vùng cố định. Vùng biến đổi (variable heavy) kí hiệu là VH, nằm phía đầu amin đối xứng với vùng biến đổi của chuỗi nhẹ tạo thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop). Vùng cố định nằm phía đầu axit carboxyl, chia làm ba vùng nhỏ mỗi vùng xấp xỉ khoảng 110 axit amin lần lược được kí hiệu là CH1, CH2, CH3. Chuỗi nặng có 5 loại: 8
  9. - M (Muy - μ) tương ứng có kháng thể IgM. - G (Gama - У) tương ứng có kháng thể IgG - D (Deta - Δ) tương ứng có kháng thể IgD - E (Epsilon - ε) tương ứng có kháng thể IgE - A (Alpha - α) tương ứng có kháng thể IgA Hình 4: Sự phân bố của vùng siêu biến đổi, vùng khung trên chuổi nhẹ và chuổi nặng trong phân tử kháng thể 4. Các lớp kháng thể Có 5 lớp kháng thể mang tên chuỗi nặng là IgG, IgM, IgA, IgD, và IgE. 4.1. Kháng thể IgG IgG có nồng độ cao nhất trong huyết thanh, chiếm khoảng 80% tổng lượng globulin miễn dịch trong huyết thanh. Phân tử IgG là một monomer gồm có hai chuỗi nặng gama và chuỗi nhẹ (hoặc kappa hoặc lamda). Có 4 lớp nhỏ IgG ở người được đánh dấu theo nồng độ giảm dần của chúng trong huyết thanh: IgG1 (9 mg/ml), IgG2 (3 mg/ml) IgG3 (1 mg/ml), và IgG4 (0,5 mg/ml) Sự khác biệt về acid amine giữa các lớp nhỏ của IgG đã làm cho hoạt tính sinh học của phân tử có những khác nhau. IgG1, IgG3 và IgG4 có thể chuyển vận dễ dàng qua nhau thai và đóng vai trò trong việc bảo vệ thai phát triển. Một số lớp nhỏ IgG có thể hoạt hoá bổ thể mặc dù hiệu quả của chúng khác nhau. Lớp nhỏ IgG3 hoạt hoá bổ thể hiệu quả nhất, tiếp theo là IgG1 rồi đến IgG2 còn IgG4 thì không có khả năng hoạt hoá bổ thể. IgG cũng hoạt động như một kháng thể 9
  10. opsonin do chúng có thể gắn vào thụ thể dành cho Fc có trên bề mặt đại thực bào, nhưng chức năng này cũng thay đổi tuỳ theo lớp nhỏ: IgG1 và IgG3 có ái lực cao với thụ thể dành cho Fc, trong khi IgG4 có ái lực yếu hơn và IgG2 có ái lực rất yếu. Hình 5: Cấu trúc IgM 4.2. Kháng thể IgM IgM chiếm 5 - 10% tổng lượng globulin miễn dịch huyết thanh, có nồng độ khoảng 1 mg/ml, có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng muy (μ). IgM do tế bào plasma tiết ra có cấu tạo pentamer do 5 đơn vị monomer nối với nhau bởi các cầu disulfide giữa các lãnh vực của đầu C tận cùng chuỗi nặng (Hình 5). 5 đơn vị monomer này bố trí sao cho phần Fc quay về phía trung tâm của pentamer và 10 vị trí kết hợp kháng nguyên quay ra phía ngoại vi của pentamer. Mỗi một pentamer có thêm một chuỗi polypeptide được gọi là chuỗi J. Chuỗi J có vai trò trong quá trình polymer hoá các monomer để hình thành pentamer. Chuỗi J được gắn với các gốc cystein ở đầu C tận cùng của 2 trong số 10 chuỗi nặng bằng cầu disulfide. IgM là lớp globulin miễn dịch đầu tiên xuất hiện trong đáp ứng lần đầu với một kháng nguyên và cũng là lớp globulin miễn dịch đầu tiên được tổng hợp ở trẻ sơ sinh. Cấu trúc pentamer của IgM đã làm cho lớp kháng thể này có một số tính chất riêng biệt. Hoá trị của phân tử tăng lên vì chúng có 10 vị trí kết hợp kháng nguyên. Một phân tử IgM có thể gắn với 10 hapten nhỏ; nhưng 10
  11. đối với những kháng nguyên lớn, do sự hạn chế về không gian nên IgM chỉ có thể gắn với 5 phân tử trong cùng một thời điểm. Như vậy phân tử IgM có tính "hám" kháng nguyên cao hơn các loại globulin miễn dịch khác. Tính chất này của IgM đã tạo ra khả năng dễ kết hợp với các kháng nguyên đa chiều như các hạt virus và hồng cầu. Để trung hoà các virus thì lượng IgM cũng cần ít hơn lượng IgG. IgM có hiệu quả hơn IgG trong việc hoạt hoá bổ thể. Sự hoạt hoá bổ thể đòi hỏi phải có 2 mảnh Fc rất gần nhau, phân tử IgM đã đáp ứng được điều này vì vậy chúng hoạt hoá mạnh. Do có kích thước lớn - trọng lượng phân tử 900.000, hằng số lắng 19S – nên IgM chỉ có trong lòng mạch và có nồng độ rất thấp ở dịch gian bào. Sự có mặt của chuỗi J làm cho phân tử có thể kết hợp với các thụ thể trên tế bào tiết và được chuyển vận qua hàng rào biểu mô vào dịch tiết. 4.3. Kháng thể IgA IgA chỉ chiếm 10 - 15% tổng lượng globulin miễn dịch trong huyết thanh, có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng là alpha (α). Nó là lớp globulin miễn dịch chính trong dịch ngoại tiết như sữa, nước bọt, nước mắt, dịch nhầy khí phế quản, đường tiết niệu sinh dục, đường tiêu hoá. Trong huyết thanh IgA tồn tại dưới dạng monomer, nhưng đôi khi cũng tồn tại dưới dạng polymer như dimer, trimer và cả tetramer. Hình 6: Cấu trúc IgA IgA trong dịch ngoại tiết được gọi là IgA tiết, tồn tại dưới dạng dimer hoặc tetramer, có thêm chuỗi polypeptide J và một chuỗi polypeptide nữa được gọi là mảnh tiết. Chuỗi J giống với chuỗi J của IgM pentamer cần thiết cho quá trình polymer hoá của IgA huyết thanh lẫn IgA tiết. Mảnh tiết là một polypeptide 11
  12. 70.000Da do tế bào biểu mô của màng nhầy đường tiêu hoá, hô hấp, trong hốc mắt, tuyến nước bọt nhỏ, đường tiết niệu, và tử cung sản sinh ra. Có khoảng 2,5x1010 tế bào plasma tiết IgA, lớn hơn số lượng tế bào plasma của tuỷ xương, hạch lympho và lách cộng lại. Mảnh tiết cần thiết cho sự chuyển vận IgA dimer qua tế bào biểu mô nhầy vào dịch tiết nhầy. IgA có thể gắn một cách chặt chẽ với thụ thể trên bề mặt tế bào biểu mô nhầy dành cho phân tử globulin miễn dịch polymer. Sự có mặt của mảnh tiết còn có tác dụng bảo vệ phân tử IgA không bị tác dụng của các enzyme thủy phân protein có trong dịch tiết phân hủy. IgA tiết còn có một chức năng hết sức quan trọng trong việc sinh ra miễn dịch tại chỗ của đường tiêu hoá, đường hô hấp, tiết niệu sinh dục vì đây là những con đường chính để phần lớn các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể. IgA tiết gắn với các cấu trúc của bề mặt vi khuẩn hoặc virus và ngăn cản các vi sinh vật gắn vào tế bào nhầy. Vì vậy IgA tiết có tác dụng ngăn cản sự nhiễm virus và ức chế quá trình xâm nhập của vi khuẩn. IgA là kháng thể chủ yếu của sữa đầu do đó giúp cho vật sơ sinh chống lại các pathogen xâm nhập bằng đường ruột. 4.4. Kháng thể IgE Mặc dù IgE có nồng độ trong huyết thanh rất nhỏ (chỉ 0,3g/ml) nhưng người ta có thể nhận biết được qua hoạt động sinh học của chúng, có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng epsilon (ε). Các kháng thể IgE gây ra các phản ứng quá mẫn tức thì với những tính chất của sốt rơm, hen, mày đay và sốc phản vệ. IgE gắn với các thụ thể dành cho Fc trên bề mặt bạch cầu ái kiềm ở máu ngoại vi và tế bào mast (dưỡng bào) ở mô. Sau khi đã gắn lên bề mặt các tế bào này thì các vị trí kết hợp kháng nguyên ở phần Fab của IgE vẫn có thể gắn với kháng nguyên và kháng nguyên sẽ nối các phân tử IgE kề nhau lại. Sự liên kết chéo của các phân tử IgE đã gắn với thụ thể bởi kháng nguyên đã dẫn đến hiện tượng thoát bọng của bạch cầu ái kiềm và tế bào mast làm giải phóng các chất trung gian hoá học như serotonin, histamin. Các chất trung gian hoạt mạch này gây 12
  13. tăng tính thấm mao mạch giúp cho các kháng thể trong máu và các đại thực bào dễ dàng lọt qua thành mạch để đến những nơi mà kháng nguyên có thể xâm nhập vào cơ thể (da, niêm mạc). Do tác dụng làm tăng tính thấm mao mạch mà hệ thống [IgE - tế bào mast - các amin hoạt mạch] được ví như "người canh cửa" tại những nơi mà kháng nguyên có thể vào cơ thể. Tuy nhiên khi hiện tượng thoát bọng xảy ra quá mạnh, lượng amine hoạt mạch được giải phóng quá nhiều và rầm rộ thì sẽ làm xuất hiện các triệu chứng dị ứng. Ngoài ra sự thoát bọng của tế bào mast bởi IgE cũng có thể làm giải phóng các chất trung gian hoá học có tác dụng chiêu mộ các loại tế bào khác nhau để chống lại ký sinh trùng. 4.5. Kháng thể IgD IgD có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa hoặc lamda và hai chuỗi nặng là Delta (Δ), được phát hiện lần đầu tiên ở một bệnh nhân bị bệnh đa u tuỷ mà protein đa u tuỷ của bệnh nhân này không phản ứng với kháng huyết thanh kháng isotype kháng lại các isotype đã biết lúc đó là IgG, IgM và IgA. Nếu lấy protein đa u tuỷ này gây miễn dịch cho thỏ thì thu được kháng huyết thanh phản ứng với một lớp kháng thể mới có trong huyết thanh người bình thường với nồng độ thấp. Lớp kháng thể này được gọi là IgD có nồng độ khoảng 30 mg/ml huyết thanh chiếm 0,2% tổng lượng globulin miễn dịch huyết thanh. Cho đến nay người ta chưa rõ chức năng sinh học của IgD. Trong huyết thanh những người bị nhiễm khuẩn mạn tính có IgD tăng nhưng không đặc hiệu cho một loại nào. IgD có trong kháng thể kháng nhân, kháng tuyến giáp, kháng insulin, kháng penicilin, kháng độc tố bạch cầu. IgD không kết hợp bổ thể, không gây phản vệ thụ động trên da chuột lang và không qua được nhau thai. II. PHỨC HỢP HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) 1. Đại cương phức hợp hòa hợp mô chủ yếu Được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1940, khi ghép mô cho các cá thể khác nhau và thấy rằng các kháng nguyên MHC (Major Histocompability complex) là các nhóm quyết định chính của phản ứng thải ghép dị gen. Sản phẩm của cụm gen 13
  14. này gọi là các kháng nguyên MHC, biểu lộ trên bề mặt nhiều loại tế bào trong cơ thể. Đến năm 1960 B. Benacerraf, Hugh Mc Devitt và cộng sự lại chứng minh thêm rằng đáp ứng miễn dịch là một đặc điểm di truyền trội, gen kiểm soát đáp ứng miễn dịch được gọi là gen Ir (Immune response), cư trú trong cụm gem MHC. Vai trò trung tâm của gen MHC trong đáp ứng miễn dịch với kháng nguyên protein được chứng minh đầy đủ vào năm 1970. Các tế bào T đặc hiệu kháng nguyên không nhận biết các kháng nguyên hòa tan mà chỉ nhận biết kháng nguyên đã được xử lý và trình diện trên màng APC kết hợp với các phân tử MHC. Như vậy, MHC hoạt động như là phân tử trình diện kháng nguyên và phân biệt kháng nguyên lạ với kháng nguyên quen. Nó tương tác đặc hiệu với cả kháng nguyên và TCR. Vì vậy nó là nhóm thứ 3 của các phân tử kết hợp kháng nguyên và đóng vai trò trong toàn bộ đáp ứng miễn dịch. Hình 7: Bản đồ cụm gen MHC ở người và chuột nhắt 2. Cấu trúc của các phân tử MHC 2.1. Các phân tử lớp I Tất cả các phân tử lớp I đều là các glycoprotein, gồm có hai loại chuỗi đa peptid: Chuỗi alpha (α; hay chuỗi nặng), xấp xỉ 40kD ở người; 47kD ở chuột nhắt, do gen MHC mã và chuỗi beta (β) không do gen MHC mã, xấp xỉ 12kD ở cả hai loài trên. Chuỗi α gồm một nhân đa peptid khoảng 40kD và chứa 1 (ở người) hay 2 (ở chuột nhắt) oligosaccharide gắn với đầu –N, 3/4 của chuỗi α có đầu tận amin 14
  15. hướng về ngoại bào; 1 đoạn ngắn kỵ nước xuyên màng và nhóm tận cacboxyl khoảng 30 axit amin nằm trong bào tương. Chuỗi β gắn không đồng hoá trị với phần ngoại bào của chuỗi và không gắn trực tiếp với tế bào. Dựa trên cấu trúc tinh thể của các phân tử HLA-A2; phân tử HLA-An 68 và dựa trên kết quả phân tích trình tự acid amin người ta đã chia các phân tử lớp I thành 4 vùng riêng biệt: 1 vùng có tận cùng amin ngoại bào để gắn peptid, 1 vùng ngoại bào giống phân tử Ig, 1 vùng xuyên màng và một vùng trong bào tương Hình 8: Kiểu gấp của chuỗi peptid để tạo rãnh cho peptid khi gắn vào phân tử MHC lớp II 15
  16. Hình 9: Sơ đồ các phân tử MHC lớp I 2.2. Các phân tử lớp II Cấu trúc của các phân tử lớp II cũng giống các phân tử lớp I. Chúng đều gồm hai chuỗi đa peptid α và β kết hợp không đồng hoá trị với nhau. Chuỗi α lớn hơn chuỗi β một ít do glycosyl hóa nhiều hơn. Cả hai chuỗi đều có tận cùng amin ngoại bào và đầu tận cacboxyl nội bào. Hơn 2/3 mỗi chuỗi là ở phần ngoại bào. Cả hai chuỗi đều do gen MHC đa hình mã hoá. Các phân tử lớp II cũng có 4 vùng như các phân tử lớp I. 16
  17. Hình 10: Cấu trúc của các phân tử MHC lớp I và lớp II 2.2.1. Vùng gắn peptide Các đoạn ngoại bào của cả hai chuỗi α và β đều được chia nhỏ thành hai đoạn dài khoảng 90 acid amin, được gọi là α1 và α2; β1 và β2. Vùng gắn peptide liên quan đến hai chuỗi α1 và α2, khác với các phân tử lớp I, α1 và β1 gập lại để tạo thành nền là lá β có 8 lớp, đỡ hai cánh là α1 và β1, tạo nên rãnh gắn peptide, α1 của các phân tử lớp II không có đầu nối disulfua, trong lúc β1 có, giống như cầu nối của α2 của lớp I. Tính đa hình của MHC lớp II tập trung trong cấu trúc của α1 và β1 của rãnh gắn peptide, tạo các bề mặt có cấu trúc hóa học đặc hiệu của rãnh, quyết định tính đặc hiệu và ái tính gắn peptide của rãnh. Ngoài ra tính đa hình của gen MHC còn quyết định sự nhận biết đặc hiệu của TCR với phân tử MHC. Tuy vậy giống như các phân tử lớp I, tính đặc hiệu và ái tính với peptide lạ của các phân tử MHC lớp II thấp hơn nhiều khi so với receptor kháng nguyên thực sự (như sIg hay TCR). 2.2.2. Vùng giống Ig Cả hai đoạn α2 và β2 của lớp II có các cầu nối disunfua bên trong chuỗi. Phân tích chuỗi acid amin của các peptide α2 và β2 thấy các phân tử này thuộc gia đình các Ig, có lẽ giống với α2 và β2-microglobulin của lớp I, α2 và β2 về cơ bản là không đa hình nhưng khác biệt nhau trong các cụm gen khác nhau. Tất cả các α2 17
  18. của -DR đều giống nhau, nhưng khác với α2 của –DP hay –DQ. Các phân tử CD+ của Th gắn với vùng không đa hình là vùng giống Ig của các phân tử lớp II, do đó chỉ đáp ứng đặc hiệu trong giới hạn của các phân tử lớp II. Các tương tác này rất mạnh, chỉ bị phá vỡ trong các điều kiện phân tử bị biến tính. Nhìn chung chuỗi α của một cụm gen chỉ cặp đôi với chuỗi β của cùng cụm gen đó và ít khi thấy cặp đôi với chuỗi β của cụm gen khác. Hình 11: Các gene trong locus gene hoà hợp mô chủ yếu (phức hợp MHC) 2.2.3. Các vùng xuyên màng và vùng trong bào tương Vùng xuyên màng của α2 và β2 có 25 acid amin kỵ nước. Tách mạnh bằng papain, có thể tách rời đoạn ngoại bào với vùng xuyên màng mà không bị rối loạn cấu trúc. Vùng xuyên màng của cả hai chuỗi α2 và β2 đều tận cùng bằng các acid amin kiềm, tiếp theo là một đuôi ái nước ngắn trong bào tương, tạo thành đầu tận cacboxyl của mỗi chuỗi đa peptide. Chúng ta còn biết rất ít về vùng nội bào tương của các phân tử lớp II. Các phân tử lớp II có thể có vai trò trong dẫn truyền tín hiệu và vùng nội bào có thể có vai trò chuyển thông tin qua màng. 18
  19. 3. Chức năng sinh học của MHC 3.1. Chức năng trình diện kháng nguyên của protein MHC. MHC hoạt động như là phân tử trình diện kháng nguyên và phân biệt kháng nguyên lạ với kháng nguyên quen. Nó tương tác đặc hiệu với cả kháng nguyên và TCR, vì vậy nó là nhóm thứ 3 của các phân tử kết hợp kháng nguyên và đóng vai trò trong toàn bộ đáp ứng miễn dịch. Protein MHC làm nhiệm vụ như là nơi trung chuyển phân tử. Nhìn chung, khi một kháng nguyên lạ bị tế bào ký chủ bắt giữ, nó sẽ bị chế biến hoặc phân huỷ. Kháng nguyên đã qua chế biến sẽ gắn vào protein MHC tạo thành phức hệ kháng nguyên-MHC. Phức hệ này xuyên qua màng sinh chất và di chuyển dần ra mặt tế bào. Tế bào T thông qua TCR của mình sẽ gắn với MHC, sau đó nhận diện được kháng nguyên lạ vì chúng đã gắn với MHC. Các kháng nguyên lạ không gắn được vào MHC thì không được tế bào T nhận diện. Có 2 cách trình diện kháng nguyên. Một cách cho protein lớp I và một cho protein lớp II. Theo cách cho lớp I thì kháng nguyên sau khi được tế bào ký chủ chế biến nhờ các enzym phân giải, sẽ được gắn với protein MHC lớp I trong lưới nội chất. Cách gắn kháng nguyên này rất quan trọng trong nhiễm vi rút, nơi tế bào chủ chế biến protein virut. 19
  20. Hình 12. Con đường trình diện kháng nguyên nội sinh virus của phân tử MHC lớp I 1. Sự tự sao của gen lớp I và gen virus 2. Sự tổng hợp protein virus trong bào tương 3. Thực bào và xử lý protein virus 4. Vận chuyển peptide của virus đã xử lý đến lưới nội nguyên sinh 5. Vận chuyển peptide MHC qua bộ máy Golgi trong các nang 6. Hòa nang với màng bào tương 7. Giới thiệu phức hợp peptide-MHC với tế bào T CD8+ Các peptit virus được giải phóng ra là kháng nguyên lạ, sẽ tạo phức hệ với protein lớp I rồi chuyển đến bề mặt tế bào. ở đây chúng được tế bào Tc đặc hiệu peptide nhận mặt thông qua TCR đặc hiệu với phức hệ kháng nguyên-MHC, cùng với sự trợ giúp của đồng thụ thể CD8. Về phần mình, tế bào T được kích thích sản xuất ra lymphokin, làm tan tế bào nhiễm. 3.2. Chức năng điều hòa đáp ứng miễn dịch Chức năng điều hòa đáp ứng miễn dịch liên quan đến cường độ đáp ứng miễn dịch, đến tính cảm thụ bệnh lý của gen MHC. 20
  21. Hình 13: Vai trò của việc trình diện kháng nguyên cùng với phân tử MHC đối với việc nhận diện vi sinh vật của các tế bào TCD4++ và TCD8++ III. BỔ THỂ 1. Đại cương về bổ thể Hệ thống bổ thể bao gồm khoảng 30 thành phần, thuộc hệ thống miễn dịch bẩm sinh không đặc hiệu, bình thường có mặt trong huyết tương ở dạng tiền hoạt động, muốn hoạt động phải được hoạt hóa. Khi được hoạt hóa theo chuỗi dây chuyền bổ thể có nhiều hoạt tính sinh học đặc biệt quan trọng: - Tăng tuần hoàn tại chỗ và tăng tính thấm thành mạch. - Opsonin hoá (C3b) - Chiêu mộ bạch cầu - Làm thủng màng tế bào, màng vi khuẩn dẫn đến ly giải. 21
  22. Hệ thống bổ thể có 9 protein kí hiệu từ C1 đến C9 (Theo trình tự mà chúng tham gia phản ứng, riêng C4 là ký hiệu trình tự phát hiện bổ thể), và các yếu tố B, D, P (propecdin) và nhiều yếu tố tham gia vào điều hòa hoạt hóa bổ thể. 2. Hoạt hóa bổ thể 2.1. Đường cổ điển Có nhiều yếu tố có khả năng kích thích gây hoạt hóa bổ thể: Có sự kết hợp kháng nguyên-kháng thể, 1 số loại virus (như AIDS), 1 số vi khuẩn Gram (-), Salmonella, E.coli, Plasmin, Thrombin, Protein phản ứng C, các polyssaccharide. Sự kết hợp kháng nguyên–kháng thể làm bộc lộ thụ thể nằm trên Fc của kháng thể dành cho bổ thể. Hình 14: Hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển Nhận dạng phức hệ kháng nguyên–kháng thể bởi C1: C1 gồm 3 thành phần C1q, C1s, C1r. C1q gồm 3 tiểu đơn vị hợp thành, mỗi tiểu đơn vị có hình chữ Y, đầu hình cầu. Ba tiểu đơn vị dính vào nhau nhìn như 6 bông tuylip. Hai phân tử C1r và 2 phân tử C1s cũng xoắn quanh cuống của C1q nhờ liên kết peptide vơí sự có mặt của Ca ++. Nếu không có Ca thì 3 thành phần này sẽ rời nhau ra. Sau khi được gắn vào giữa 2 đoạn Fc của kháng thể thì C1 được hoạt hóa. C4 và C2 gắn vào vị trí liền kề với C1 trên màng nguyên sinh chất: C1s đã được hoạt hóa sẽ kích thích để hoạt hóa C4 và C4 được tách thành C4a có hoạt 22
  23. năng phản vệ và C4b. Nếu có màng sinh chất của tế bào thì C4b sẽ bám vào màng và vào C2. Lúc đó C1s hoạt hóa phức hợp C4bC2 để tách C2 thành C2a và C2b (hoạt năng như một kinin). C1s hoạt hóa cũng có thể tách C2 thành C2a và C2b nhưng với hiệu quả thấp. Sau đó C2a và C4b kết hợp với nhau tạo thành C4b2a- một loại enzyme để hoạt hóa C3, được gọi là C3 convertaza. Quá trình này đòi hỏi sự tham gia của Mg++ Hoạt hóa C3, C3 do đại thực bào sản xuất và đóng vai trò trung tâm của hệ thống bổ thể. C3 convertaza tách C3 thành C3a (có hoạt năng gây phản vệ và hóa ứng động ) và C3b. C3b gắn vào màng sinh chất của tế bào đích và vào C4b2a để tạo thành phức hợp C4b2a3b, đó là enzym phân giải C5 nên được gọi là C5 convertaza, có nhiệm vụ hoạt hóa C5. 2.2. Đường cạnh Con đường cạnh là một trong những hàng rào bảo vệ đầu tiên của cơ thể chống lại yếu tố gây bệnh trước khi hình thành đáp ứng miễn dịch, nghĩa là có trước cả con đường cũ. Các vi sinh vật và nhiều chất khác khi chưa gây mẫn cảm có thể lại hoạt hóa con đường này như trực khuẩn Gram (+) hay (-),virus, nấm (Candida albicans), ký sinh trùng (Trypanosom, schistosom ) và một số chất khác: polyssaccharide vi khuẩn, nội độc tố vi khuẩn, zymosan, huyết cầu tố, bụi Con đường cạnh cũng có thể được hoạt hóa bởi các phức hợp miễn dịch của IgG hay IgA. Cách hoạt hóa này không cần có sự tham gia của kháng thể bám vào tế bào đích, cũng không cần C1, C4, C2 mà vẫn tách được C3. Các thành phần của đường cạnh: C3: Thường xuyên có những lượng nhỏ C3b trong huyết tương do dung giải C3 nguyên sơ bởi các protease lưu hành dưới dạng liên kết với nước C3 (H 2O). Những phân tử C3b này cố định lên thành các vi sinh vật hay các tế bào nhiễm. Đến lượt nó sẽ tác động lên yếu tố B với sự có mặt của ion Mg. Yếu tố B: Là một cấu thành của con đường khuếch đại, yếu tố B bị tách thành Ba và Bb. Phức hợp C3bBb hình thành trước với sự có mặt của ion Mg tạo ra C3 convertase của đường cạnh. C3 convertase làm tách thêm các phân tử C3 23
  24. thành C3b nên có tính chất tự khuếch đại. Quá trình hoạt hóa cấp tập C3 sẽ sản sinh ra nhiều C5 convertase (C3bBb)n của đường cạnh. Yếu tố D: Yếu tố này giống như C1 có sẵn trong huyết thanh dưới hình thức hoạt động ngay trước khi có hoạt hóa, tách yếu tố B thành Bb giúp cho sự hình thành phức hợp C3bBb Hình 15: Nguyên lý của phản ứng dây chuyền 2.3. Con đường hiệu ứng hay con đường chung Đây là con đường chung mà cả 2 đường cổ điển và đường cạnh đều sử dụng để đi đến sự hoạt hóa cuối cùng. Quá trình hoạt hóa là từ các C5 convertase của cả đường cũ C4b2a(C3b)n và của đường cạnh (C3bBb)n. Các C5 convertase tách C5 thành một mảnh nhỏ tự do C5a còn C5b cố định lên trên tế bào đích. C5a có thể gắn với thụ thể của C5a có trên tế bào Mast và bạch cầu ái kiềm. C5b kéo theo liên kết C6, C7, C8. Các phức hợp C5b, 6,7,8 hoạt hóa nhiều phân tử C9, C9 là một protein có khả năng ken vào trong màng tế bào, làm ly giải tế bào. 24
  25. Hình 16: Hoạt hóa bổ thển theo con đường cạnh 3. Chức năng sinh học của bổ thể 3.1. Vai trò trong phản ứng viêm C3a, C4a, C5a là những anaphylatoxin. Chúng có thể cố định trên bạch cầu ái kiềm và tế bào mast dẫn đến sự phóng thích histamin và làm giãn mạch, là những yếu tố đầu tiên của quá trình viêm. C2b (C2 kinin) có khả năng làm tăng tính thấm thành mạch. C5a có hoạt năng hóa ứng động dương tính đối với bạch cầu đa nhân trung tính và làm vón tụ bạch cầu đa nhân ở ngay tại nơi có hoạt hóa bổ thể. Các cấu thành C5, C6, C7 cố định trên màng hay trên các phức hợp miễn dịch cũng thu hút các bạch cầu đa nhân. C3e gây tăng bạch cầu trong máu. 3.2. Sự đề kháng chống nhiễm khuẩn Bằng ly giải các vi sinh hay con đường gây độc tế bào nhờ kháng thể và bổ thể. Các yếu tố gây nhiễm bên ngoài tế bào được phủ bổ thể hoặc do hoạt hóa trực tiếp (đường cạnh hoạt hóa trực tiếp C3), hoặc thông qua các kháng thể chống vi khuẩn có cố định bổ thể. Cuối cùng, do có sự tham gia của các phức hợp tấn công màng (cấu thành C5-C9) mà có sự dung giải các vi sinh khác nhau ấy như vi khuẩn, virus, ký sinh trùng. Đó là hoạt động ly giải tế bào trực tiếp của bổ thể với 25
  26. sự tham gia của các cấu thành sau cùng. Ngoài hoạt năng chống nhiễm khuẩn ấy, bổ thể còn có thể ly giải hồng cầu hay bạch cầu. Bằng quá trình bám dính miễn dịch hay sự opsonin hóa. Cũng nhờ những cơ chế như vậy mà các nhân tố gây nhiễm có thể được bao phủ bởi C3b hay C3bi rồi qua đó mà được các thụ thể có trên mặt các thực bào khác nhau nhận biết: bạch cầu đa nhân trung tính và đại thực bào. Sau khi các thực bào bám dính được vào rồi thì chúng sẽ nuốt và tiêu các vi khuẩn. 3.3. Chuyển hóa các phức hợp miễn dịch Sự thanh thải các phức hợp miễn dịch được làm cho dễ dàng nhiều là nhờ ở bổ thể. Phức hợp miễn dịch khi đã được bao phủ bởi C3b thì có thể bám dính lên hồng cầu, rồi được chuyên chở đến tận các tế bào Kuppfer ở gan, ở đó chúng sẽ bị thực bào bởi các tế bào ấy. C1q có đặc tính làm tủa các phức hợp miễn dịch invitro. Đặc tính ấy là cơ sở của một số kỹ thuật dùng để phát hiện phức hợp miễn dịch tuần hoàn. 3.4. Kiểm soát đáp ứng miễn dịch Bổ thể tham gia vào việc điều hòa đáp ứng miễn dịch. Trên các tế bào lympho B có thụ thể với C3d. Như vậy khi hình thành các phức hợp miễn dịch có bổ thể bao phủ thì sẽ gây kích thích và có một vai trò nhất định trong sự điều hòa đáp ứng miễn dịch. III. INTERFERON 1. Đại cương về Interferon Interferon được phát minh vào năm 1957 do 2 nhà Khoa học Anh là Briton Alick Isacs và Swiss Jean Lindemann dùng để điều trị viêm gan siêu vi B hay C mãn tính. Tại thời điểm này thì ứng dụng của Interferon còn hạn chế nhưng với sự tiến bộ của Khoa học kỹ thuật thì ngày nay Interferon ngày càng quan trọng, có thể chữa trị các bệnh như ung thư và tăng cường hệ thống miễn dịch cho cơ thể. Interferon (IFN) là nhóm các protein tự nhiên được sản xuất bởi các tế bào của hệ miễn dịch ở hầu hết các động vật nhằm chống lại bất kỳ tác động của các thông tin ngoại lai khác như virus, vi khuẩn, ký sinh trùng và tế bào ung thư. Nó 26
  27. chỉ được tổng hợp khi có mặt của chất sinh Interferon (còn gọi là interferonogen). Interferon có phân tử lượng thấp từ 18 kDa đến 24 kDa, bền với axit, dễ bị men phân giải như trypxin, pepxin, mất hoạt tính khi đun 600 – 7000C trong 1 giờ. Interferon thuộc lớp lớn của glycoprotein được biết dưới tên Cytokine (chất hoạt hóa tế bào). Interferon không có tác dụng đặc hiệu đối với virus mà chỉ gây nên trong tế bào trạng thái kháng virus, tế bào chịu ảnh hưởng của Interferon sẽ làm giảm sự nhân lên của ARN hay AND của virus. Interferon là một loại Cytokine được tế bào sản xuất ra khi tế bào cảm thụ với virus, chất này có đặc tính bằng mọi con đường có thể ức chế sự hoạt động của mARN dẫn đến ức chế sự sinh sản của virus, ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của các tế bào khối u và tế bào bình thường nhất định nào đó, do vậy Interferon được sử dụng như một chất điều trị không đặc hiệu cho mọi nhiễm trùng do virus. Trạng thái kháng virus của tế bào có thể truyền từ tế bào này sang tế bào khác bởi các tác dụng không phụ thuộc Interferon, điều này giải thích tại sao hoạt động của cơ thể lại nhanh như vậy để chống lại virus ở tất cả các cơ quan cảm ứng. 2. Sự hình thành Interferon Interferon không phải chỉ sản sinh khi tế bào nhiễm virus mà Interferon còn được tạo thành khi tế bào bị kích thích bởi một số chất lạ như axit nucleic, vi khuẩn, độc tố của vi khuẩn, rekettsia, nguyên sinh động vật. Vì vậy sự hình thành Interferon là do sự kích thích của nguồn thông tin lạ hay dưới tác động của bất cứ nguồn thông tin ngoại lai nào. Trong các tế bào không bị nhiễm virus, các gen cấu trúc chịu trách nhiệm tổng hợp Interferon luôn ở trạng thái không hoạt động, tức là bị kìm hãm, do đó ở tế bào bình thường không tạo nên Interferon. Khi virus xâm nhập hoặc các chất kích thích ngoại lai khác vào tế bào, chúng giải tỏa sự kìm hãm và hoạt hóa các gen cấu trúc này, thông tin từ gen cấu trúc này được sao chép thành mARN tương ứng của tế bào và chính mARN điều khiển việc tổng hợp Interferon. Interferon sau 27
  28. khi sinh ra một phần ở lại trong tế bào, còn phần lớn ngấm qua vách tế bào để ngấm vào các tế bào khác. 3. Phân loại và nguồn gốc Hình 17: Interferon alpha Có 3 lớp Interferon chính: alpha, beta và gamma. Chúng thường có chung các tác dụng như kháng virus, kháng khối u, hoạt háo đại thực bào và tế bào lympho NK (Natural Killer), tăng cường sự biểu hiện của các phân tử MHC lớp I và II. Interferon alpha và beta được sản sinh bởi nhiều loại tế bào bao gồm T, B, đại thực bào, nguyên bào xơ, tế bào màng trong, nguyên bào xương và các loại khác. Chúng đều có đặc tính kháng virus và đặc tính kháng ung thư, chúng kích thích cả đại thực bào và tế bào NK. 28
  29. Hình 18: Interferon beta Interferon gamma cũng được giải phóng bởi các tế bào T hỗ trợ 1 (T helper 1) và các tế bào bạch cầu mới ở vị trí nhiễm trùng, kết quả của phản ứng viêm. Nó cũng kích thích đại thực bào giết vi khuẩn. Interferon gamma được giải phóng bởi tế bào T hỗ trợ 1 cũng có vai trò điều hòa quan trọng đối với phản ứng của tế bào T hỗ trợ 2. Ngoài 3 loại interferon thông dụng trên còn có interferon omega, được tế bào bạch cầu sản sinh ra ngay tại nơi nhiễm trùng và tại khối u. Cơ thể động vật sản xuất hai loại interferon là interferon I và interferon II. Interferon I có tính kháng virus bao gồm interferon-α và interferon-β. Cả hai loại Interferon này có tác dụng chống lại sự sinh sản của tế bào, đặc biệt là interferon-α. 29
  30. Hình 19: Interferon gamma Các interferon riêng biệt có phạm vi hoạt động khác nhau trong các loài khác nhau. Interferon-α đã chứng tỏ hiệu quả chống lại bệnh hairy-cell leukemia và viêm gan C. Ngoài ra nó còn có hoạt tính chống viêm gan B mạn tính, cũng như điều trị bướu sinh dục và một vài bệnh ung thư như ung thư máu và tủy xương. 4. Cơ chế hoạt động của Interferon Phần lớn ARN và ADN của virus đều nhạy cảm với Interferon nhưng cơ chế và cường độ tác động thay đổi tùy loại virus. Interferon chỉ tác dụng chống virus ở trong tế bào, không có tác dụng chống virus ở ngoài tế bào, interferon không trực tiếp mà gián tiếp tác động lên virus. Tác dụng chống virus của interferon thực chất không phải là ngăn cản sự hấp phụ của virus lên vách tế bào cũng như ngăn cản sự xâm nhập của virus vào tế bào, interferon không có tác dụng giải thể virus. Interferon có thể tác dụng theo nhiều cơ chế như sau: Ức chế sự gắn virus vào receptor ở bề mặt tế bào Ngăn cản sự thoát vỏ bọc của virus Ức chế sự tổng hợp mARN Sự mã hóa các protein virus 30
  31. Đối với nhiều virus, hiệu lực chính của interferon là ức chế sự tổng hợp protein virus. Hình 20: Cơ chế tác động của Interferon Sau khi nhiễm virus, tế bào bị cảm ứng và sản sinh ra interferon, interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bệnh cạnh nhưng đến giai đoạn sao chép thông tin của virus thì interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp mARN của virus, mARN của virus không được tổng hợp thì sự chuyển hóa axit nucleic và protein của virus cũng không tiến hành được, do đó không có hạt virus mới được giải phóng ra. Nguyên nhân là khi interferon ngấm vào tế bào đã gây cảm ứng để hoạt hóa một đoạn gen của tế bào này nhằm tổng hợp ra một chất gọi là protein kháng virus (AVP: antivaral protein). Chính protein kháng virus này là nhân tố ngăn cản sự nhân lên của virus. Cụ thể là cản trở sự phiên dịch thông tin từ mARN. Các interferon này kích hoạt 20-30 protein và nhiều chức năng của chúng vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ. Tuy nhiên có 3 loại protein đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt trạng thái kháng virus. Sự xuất hiện 1 trong các loại 31
  32. protein này (2’5’ oligo A synthase) dẫn đến sự hoạt hóa thứ hai của chúng (một ribonuclease) có thể phá hủy mARN và sự xuất hiện của protein thứ 3 (một protein kinase) dẫn đến sự ức chế bước đầu tiên của quá trình tổng hợp protein. Điều này ức chế quá trình tổng hợp protein của virus nhưng cũng làm ức chế sự tổng hợp protein của tế bào chủ. Vì vậy các protein này chỉ được tạo ra và hoạt hóa khi cần. Interferon đã kích hoạt sự tổng hợp dạng không hoạt động của các protein này trong tế bào đích. Double-stranded ARN là nhân tố hoạt hóa các protein này, nó trực tiếp hoạt hóa 2’5’ oligo A synthase và protein kinase R và hoạt hóa gián tiếp ribonuclease L. Sự hoạt hóa các protein này đôi khi dẫn đến sự chết của tế bào nhưng ít nhất quá trình cảm nhiễm của virus bị ngăn chặn. 5. Vai trò của interferon Con người đã phát hiện rằng Interferon đóng vai trò là hàng rào bảo vệ đầu tiên của cơ thể chống lại virus và sự phát triển bất thường của tế bào. Nhìn chung Interferon có 7 hoạt tính sau: Kháng virus, điều hòa mễn dịch, chống tăng sinh khối, kích thích sự biệt hóa tế bào, điều hòa sinh trưởng của tế bào, giải độc, kháng đột biến. Từ 7 hoạt tính này, con người đã vận dụng vào việc bào chế các loại thuốc chữa bệnh an toàn và hiệu quả. 5.1. Tác dụng kháng virus Nhiều virus chứa ARN hoặc AND bị ức chế bởi Interferon. Ví dụ virus AND như: herpes virus loại 1 và 2, cytomegalovirus. Ví dụ virus ARN như: rhinovirus và virus hợp bào phổi. Ngoài ra Interferon có tác động hiệp lực với nhiều tác nhân kháng virus. Tuy nhiên mức độ kháng virus không chỉ phụ thuộc vào loại virus mà còn phụ thuộc vào đặc tính của tế bào đích, loại Interferon, và tỷ lệ virus nhiễm với số tế bào. Interferon giúp tế bào đề kháng với sự nhiễm virus bằng cách tác động đến các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ nhân bản của virus. Nó có thể ức chế các giai đoạn sớm, ví dụ gắn; nhập bào qua trung gian thụ thể; mất bao; phiên mã, sự dịch mã các mARN và sự trưởng thành của virus bao gồm cả việc đâm chồi của virion 32
  33. trên màng tế bào. Các bằng chứng khác cho thấy Interferon làm giảm khả năng nhiễm của các virion thế hệ sau. 5.2. Tác dụng kháng tế bào Interferon có thể ức chế sự tăng trưởng của nhiều loại tế bào bình thường và tế bào ung thư In vitro. Tác dụng kháng tăng trưởng Interferon chủ yếu có tính kìm hãm, ví dụ ngăn cản sự phân bào hơn là tiêu diệt, ví dụ như trực tiếp giết chết tế bào. Tính nhạy cảm với tác dụng ức chế của Interferon thay đổi, ngay cả đối với các tế bào có cùng kiểu mô học. Điều này có thể do sự khác nhau về thụ thể của Interferon hay ái lực của Interferon trên thụ thể. Sự phối hợp các Interferon và tác nhân hóa trị liệu có tính hiệp lực hay cộng lực trong việc kháng khối u. Sự hiệp lực là kết quả của một chuỗi các yếu tố tương tác phức tạp, bao gồm bản chất ung thư, cơ chế tác động các tác nhân diệt tế bào, chế độ liều dùng Interferon và tác nhân hóa trị liệu. Tác động hiệp lực phụ thuộc nhiều vào chế độ sử dụng, ví dụ dùng Interferon trước hoặc sau tác nhân hóa trị liệu, hoặc dùng đồng thời, nhiều tác nhân hóa trị liệu không có tác động hiệp lực với Interferon. Một khía cạnh quan trọng trong tác động kháng tế bào của Interferon là có khả năng điều hòa trạng thái biệt hóa của tế bào, có thể là ức chế hay kích thích. Interferon cũng tương tác hiệp lực với các tác nhân ức chế biệt hóa khác. Sự cảm ứng biệt hóa tế bào ung thư có vai trò nhất định trong tác động kháng ung thư của Interferon vì mức độ biệt hóa tế bào tỷ lệ nghịch với tốc độ phân bào. 5.3. Tác dụng kháng ung thư Interferon kích thích hệ miễn dịch của cơ thể chống lại khối ung thư, làm trì hoàn hoặc dừng sự phân chia của các tế bào ung thư - giảm khả năng tư bảo vệ của các tế bào ung thư đối với hệ miễn dịch của cơ thể - tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể. Interferon thường được sử dụng để điều trị một số loại ung thư bao gồm: ung thư thận, u hắc tố ác tính, ung thư xương, ung thư mạch, u lympho bào và bệnh bạch cầu 33
  34. 5.4. Tác dụng điều hòa miễn dịch Nhiều chức năng miễn dịch có thể ảnh hưởng bởi Interferon. Các đáp miễn dịch có thể thông qua trung gian tế bào hay kháng thể. Interferon có thể hoạt hóa hay ức chế chức năng miễn dịch tế bào và dịch thể. Hoạt tính các tế bào NK cũng như hoạt tính diệt và ức chế khối u của đại thực bào có thể được tăng lên đáng kể bởi cả Interferon alpha và Interferon gamma. Các tế bào miễn dịch khác được hoạt háo bởi Interferon bao gồm lympho bào T, tế bào có hoạt tính tiêu diệt phụ thuộc kháng thể và tế bào Mast. Các Interferon của cả ba loại cảm ứng sự biểu hiện của kháng nguyên loại 1 của phức hợp hòa hợp mô chính (MHC) và Interferon gamma cảm ứng sự biểu hiện của kháng nguyên MHC loại 2. Đặc tính này quan trọng vì kháng nguyên MHC loại 1 đóng vai trò trong sự ly giải của các tế bào bị nhiễm virus và tế bào ung thư, do đó làm tăng sự nhận diện bởi các tế bào T độc và chúng đều có khả năng hoạt hóa tế bào NK để có thể giết các tế bào bị nhiễm virus. Kháng nguyên MHC loại 2 cần thiết cho đại thực bào hoạt động như tế bào trình diện kháng nguyên do đó làm tăng sự phô bày của kháng nguyên đối với tế bào T helper. Interferon còn có thể hoạt hóa đại thực bào chống lại sự nhiễm virus. Tuy nhiên cả hai nhóm kháng nguyên MHC đều quan trọng để đạt được đáp ứng tối đa. Tất cả các loại Interferon dường như có tác động ức chế sản xuất kháng thể, mặc dù trong một số điều kiện nhất định về liều và thời gian có sự gia tăng sản xuất kháng thể. 6. Ứng dụng điều trị bằng Interferon trong thú y 6.1. Interferon được sử dụng như là tá dược trong vacxin. - Đối với gai cầm: Interferon gamma khi được dùng chung với kháng nguyên có tác dụng tăng cường đáp ứng kháng thể thứ cấp duy trì nồng độ cao trong một thời gian dài. Hơn nữa việc kết hợp kháng nguyên với Interferon gamma đã làm giảm liều sử dụng vacxin. - Đối với gia súc: Interferon alpha và beta được sử dụng kết hợp với vacxin phòng bệnh lở mồm long móng, hội chứng PRRS cho hiệu quả cao. 34
  35. 6.2. Interferon dùng để chẩn đoán - Interferon gamma dùng để chẩn đoán: bệnh lao bò (Bovine tuberculosis), John’s disease, brucellosis Ngoài ra còn dùng để chẩn đoán bệnh lao, bệnh phong ở người. - Interferon alpha dùng để chẩn đoán bệnh IBR (Infectious Bovine Rhinotracheitis). 6.3. Interferon dùng trong phòng, trị bệnh cho gia súc và gia cầm Sử dụng Interferon alpha trong việc phòng và trị bệnh cho gia súc, gia cầm là một giải pháp thay thế kháng sinh an toàn – hiệu quả cao. Intereferon alpha được sử dụng như tá dược trong vacxin làm giảm liều lượng và tăng hoạt tính của vacxin sử dụng, là tác nhân để chẩn đoán một số bệnh trên gia súc gia cầm như bệnh lao ở bò; bệnh John; brucellosis; bệnh IBR (Infectious Bovine Rhinotracheitis), được dùng để điều trị các bệnh do virus gây ra trên gia súc gia cầm như bệnh viêm đường hô hấp; bệnh viêm vú; PRRS; TGEV; các bệnh cúm; Marek; Gumboro; viêm gan B Ngoài ra còn hỗ trợ điều trị với kháng sinh mang lại hiệu quả cao, hạn chế hiện tượng nhờn thuốc của một số vi khuẩn. Tuy nhiên việc ứng dụng Interferon vào trong Thú y còn gặp nhiều khó khăn vì vấn đề giá thành sản phẩm. 6.3.1. Đối với trâu bò Bệnh viêm đường hô hấp: Bovine herpasvirus 1 – BHV 1 là nguyên nhân gây nên bệnh viêm đường hô hấp trên truyền nhiễm do virus. Đây là một bệnh phổ biến trên toàn thế giới. Khi bò mắc bệnh này nếu được điều trị sớm với Interferon alpha thì sẽ giảm triệu chứng lâm sàng, giảm tỷ lệ chết do nhiễm khuẩn kế phát. Bệnh viêm vú: Liệu pháp sử dụng kháng sinh chỉ mang lại hiệu quả vừa phải nên việc kết hợp điều trị với Interferon đã mang lại hiệu quả cao hơn, giảm hiện tượng kháng thuốc của vi khuẩn và vấn đề tồn dư kháng sinh trong sản phẩm chăn nuôi. Bệnh do Salmonella: Điều trị kết hợp với Interferon alpha đã làm giảm nhiễm trùng máu, giảm sốt, hạn chế tiêu chảy và tỷ lệ chết. 35
  36. 6.3.2. Đối với lợn Interferon alpha được sử dụng như là một chất tăng cường tác dụng của hệ miễn dịch không đặc hiệu trong trường hợp con vật mắc các bệnh truyền nhiễm do virus như PRRS virus, TGEV (Transmissible gastroenteritis Virus). 6.3.3. Đối với gia cầm Tăng sức đề kháng với bệnh truyền nhiễm do Salmonella, Ecoli Ứng dụng hiệu quả trong điều trị các bệnh do virus gây ra như: cúm, Marek, Gumboro ở gia cầm. 36
  37. PHẦN III KẾT LUẬN I. ĐỐI VỚI KHÁNG THỂ Bản chất của kháng thể là protein, nên các tác nhân hóa, lý như axít, kiềm nhiệt độ đều có thể phá huỷ kháng thể. Hoạt tính của kháng thể phụ thuộc vào pH của môi trường và nhiều yếu tố khác. Amone sulfat, natri sulfat, cồn ở 5°C có thể làm kết tủa kháng thể nhưng không làm mất tính chất của chúng, do đó người ta lợi dụng tính chất này để tinh khiết kháng thể. Hai đặc tính sinh học quan trọng của kháng thể là khả năng phản ứng đặc hiệu với kháng nguyên và khả năng biểu hiện như một kháng nguyên, tức là kích thích sinh kháng thể chống laị chính nó. Kháng thể chống lại kháng thể gọi là kháng kháng thể. Có thể tạo kháng thể chống từng loại Ig hoặc chống từng phần cấu trúc của phân tử Ig. II. ĐỐI VỚI PHỨC HÒA HỢP MÔ CHỦ YẾU (MHC) Việc tồn tại hai con đường trình diện kháng nguyên thông qua phân tử MHC lớp I và phân tử MHC lớp II là để cho hệ thống miễn dịch có thể chống trả một cách hiệu quả nhất đối với các vi sinh vật ngoại bào và các vi sinh vật nội bào. Các vi sinh vật ngoại bào bị bắt giữ bởi các tế bào trình diện kháng nguyên (bao gồm các các tế bào lympho B và các đại thực bào) sau đó được trình diện bởi các phân tử MHC lớp II, hiển nhiên là các phân tử chủ yếu được bộc lộ bởi các tế bào trình diện kháng nguyên (và cả trên các tế bào có tua). Do tính đặc hiệu của phân tử CD4 với phân tử MHC lớp II nên các peptide được trình diện bởi phân tử MHC lớp II được nhận diện bởi các tế bào TCD4 + là các tế bào có chức năng như những tế bào T hỗ trợ. Các tế bào T hỗ trợ này sẽ hỗ trợ các tế bào lympho B tạo ra kháng thể, hỗ trợ các đại thực bào nuốt và phá huỷ vi sinh vật và như vậy là đã hoạt hoá hai cơ chế thực hiện hữu hiệu nhất để loại bỏ các vi sinh vật ngoại bào và các vi sinh vật đã bị các tế bào thực bào ăn vào. Tuy nhiên, cả hai cơ chế này đều không có tác dụng đối với các virus nhiễm vào và nhân lên bên trong bào tương của các tế bào của túc chủ. 37
  38. Các kháng nguyên ở trong bào tương được xử lý rồi trình diện bởi các phân tử MHC lớp I là những phân tử có ở tất cả các tế bào có nhân bởi đúng như dự đoán tất cả các tế bào có nhân có thể bị nhiễm với một số virus. Các peptide gắn với các phân tử MHC lớp I được nhận diện bởi các tế bào lympho TCD8 + là các tế bào sẽ biệt hoá thành các lympho T gây độc. Tế bào lympho T gây độc sẽ giết chết tế bào bị nhiễm và loại bỏ được nhiễm trùng, đây là cơ chế hữu hiệu nhất để loại bỏ các vi sinh vật sinh sống trong bào tương của tế bào túc chủ. Bằng cách đó đáp ứng miễn dịch bảo vệ được tối ưu hóa bằng cách liên kết các đặc điểm của việc trình diện kháng nguyên và nhận diện kháng nguyên bởi các tế bào lympho T: các con đường xử lý các kháng nguyên ở trong các bọng và các kháng nguyên ở ngoài bào tương, sự biểu lộ của các phân tử MHC lớp I và lớp II trên các loại tế bào khác nhau, tính đặc hiệu của các phân tử đồng thụ thể CD4 và CD8 đối với các phân tử tương ứng là MHC lớp II và MHC lớp I, và chức năng của các tế bào TCD4+ là các tế bào hỗ trợ còn các tế bàoTCD8+ là các tế bào lympho T gây độc. III. ĐỐI VỚI BỔ THỂ Hệ thống bổ thể bao gồm ít nhất là 30 protein và glycoprotein trong máu và gắn trên các màng. Bổ thể đóng vai trò quan trọng trong cả đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và đáp ứng miễn dịch thích ứng do kháng thể thực hiện. Sau khi có sự hoạt hoá của một thành phần đầu tiên thì các thành phần bổ thể khác nhau tương tác với nhau dưới sự điều hoà chặt chẽ của một chuỗi các enzyme tạo ra các sản phẩm phản ứng có tác dụng thúc đẩy sự thanh lọc các kháng nguyên và sự tạo thành của một đáp ứng viêm. Có ba con đường hoạt hoá bổ thể: con đường cổ điển (classical pathway), con đường không cổ điển (còn gọi là con đường khác - alterlative pathway), và con đường thông qua lectin gọi tắt là con đường lectin (lectin pathway). Ba con đường này khác nhau ở cách khởi động nhưng đều có chung một chuỗi phản ứng cuối cùng tạo ra một đại phân tử được gọi là phức hợp tấn công màng (membrane attack complex - viết tắt là MAC) có tác dụng làm tan một số tế bào, vi khuẩn và virus khác nhau. Hoạt hoá bổ thể theo con đường cổ điển là một cơ chế phòng vệ của đáp ứng miễn dịch dịch thể (một nhánh của miễn dịch thích 38
  39. ứng) do các kháng thể thực hiện. Hoạt hoá bổ thể theo con đường không cổ điển và con đường lectin là các cơ chế phòng vệ của miễn dịch bẩm sinh. IV. ĐỐI VỚI INTERFERON Interferon có ý nghĩa quan trọng trong điều trị bệnh và tăng cường hệ thống miễn dịch cho cơ thể. Interferon ngăn ngừa sự nhân lên của virus, chống tăng sinh các tế bào đột biến có thể dẫn đến ung thư. Người ta có thể sản xuất Interferon bằng kỹ thuật di truyền tái tổ hợp. Interferon ngăn cản sự nhân lên của virus khi tế bào chưa bị nhiễm virus còn khi tế bào bị nhiễm virus thì tác dụng này bị hạn chế. Thực tế Interferon chỉ dùng để điều trị dự phòng hoặc dùng để điều trị các tổn thương nông như viêm. Vì Interferon có tính đặc hiệu loài nên việc ứng dụng và dùng trong điều trị bệnh cho vật nuôi còn nhiều hạn chế, giá thành quá cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi. Vì thế việc sản xuất ra Interferon là điều khó khăn và cần giải quyết đối với ngành CÔNG NGHỆ SINH HỌC hiện nay. Có thể nói, việc sử dụng Interferon làm thuốc điều trị đang mở ra những hứa hẹn to lớn có giá trị khoa học và thực tiễn cao. 39