Giáo trình Miễn dịch học

216 trang phuongnguyen 3311

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Miễn dịch học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_mien_dich_hoc.pdf

Nội dung text: Giáo trình Miễn dịch học

Giáo trình Miễn dịch học
Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MIỄN DỊCH HỌC Tên gọi tiếng Anh “immunity” (tính miễn dịch) có nguồn gốc từ tiếng Latinh “immunitas” có nghĩa là miễn trừ sự cáo buộc pháp luật dành cho các nghị sĩ quốc hội trong thời gian âæång chức. Trong lịch sử, miễn dịch được dùng để chỉ sự không mắc bệnh, mà cụ thể là các bệnh nhiễm trùng. Trong cơ thể, tất cả các tế bào và phân tử hoá học chịu trách nhiệm về tính miễn dịch hợp thành hệ thống miễn dịch, và toàn bộ những đáp ứng của chúng tạo ra đối với những chất lạ xâm nhập vào cơ thể được gọi là đáp ứng miễn dịch. Chức năng sinh lý của hệ thống miễn dịch là bảo vệ một cơ thể chống lại các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể đó. Tuy nhiên, những chất lạ không gây bệnh xâm nhập vào cơ thể cũng gây ra đáp ứng miễn dịch. Hơn nữa, cơ chế bảo vệ bình thường còn có khi gây ra một số thương tổn cho cơ thể. Do đó, người ta đã đưa ra một định nghĩa bao hàm hơn đối với tính miễn dịch là phản ứng đối với các chất lạ, bao gồm cả vi khuẩn và các đại phân tử như protein, các polysaccharide, không kể phản ứng đó là sinh lý hay bệnh lý. Miễn dịch học là môn học nghiên cứu tính miễn dịch với nghĩa rộng này đối với các hoạt động phân tử và tế bào xảy ra sau khi các vi sinh vật và đại phân tử xâm nhập vào cơ thể. Các nhà sử học kể rằng: Thucydides, một người Hy Lạp ở Athens, là người đầu tiên vào thế kỷ thứ V trước Công nguyên đề cập đến tính miễn dịch chống lại bệnh nhiễm trùng mà lúc đó được gọi là “bệnh dịch”. Khái niệm “tính miễn dịch” có lẽ đã tồn tại rất lâu trước đó ở Trung Quốc vì người dân ở đây có tập tục cho người dân hít chất bột làm từ da của người bị đậu mùa đã khỏi để phòng ngừa bệnh này. Còn miễn dịch học, với tư cách là một môn học hiện đại, lại là một ngành khoa học thực nghiệm, trong đó các hiện tượng miễn dịch được giải thích dựa trên những quan sát thực nghiệm. Miễn dịch học, với tư cách là một môn học thực nghiệm, đã tiến hoá theo năng lực của con người hiểu biết và kiểm soát chức năng của hệ thống miễn dịch. Bằng chứng đầu tiên trong lịch sử về năng lực này là thành công của Edward Jenner trong việc chủng ngừa phòng bệnh đậu mùa. Jenner là một thầy thuốc người Anh, ông đã quan sát thấy rằng những người vắt sữa đã bị bệnh đậu bò và sau đó hồi phục thì không bao giờ mắc bệnh đậu mùa nữa. Dựa vào nhận định này, ông đã lấy dịch từ vết thương của người bị đậu bò tiêm cho một đứa trẻ 8 tuổi. Đứa trẻ này sau đó cho tiếp xúc trực tiếp với người bệnh đậu mùa thì đã không mắc bệnh và ông gọi cách bảo vệ của mình là "vaccination” (chủng ngừa) (chữ vaccination bắt nguồn từ tiếng
Latinh “vacca” nghĩa là con bò cái) và đã cho xuất bản quyển sách “Vaccination” vào năm 1798. Từ đó biện pháp phòng bệnh nhiễm trùng này đã phát triển rộng rãi và cho đến nay nó vẫn là phương pháp phòng ngừa hiệu quả nhất đối với các bệnh nhiễm trùng (Bảng 1.1). Một văn bản có ý nghĩa quan trọng đối với ngành Miễn dịch học là công bố của Tổ chức Y tế Thế giới năm 1980 rằng bệnh đậu mùa là căn bệnh đầu tiên trên thế giới đã bị loại trừ nhờ vào công tác chủng ngừa. Từ những năm 1960, chúng ta đã có một sự chuyển biến trong hiểu biết về hệ thống miễn dịch và chức năng của nó. Các tiến bộ về kỹ thuật nuôi cấy tế bào (kể cả kỹ thuật sản xuất kháng thể đơn dòng), hoá miễn dịch, phương pháp DNA tái tổ hợp, động vật biến đổi gen, đã chuyển miễn dịch học từ chỗ chủ yếu là các hoạt động mô tả thành một ngành khoa học mà trong đó các hiện tượng miễn dịch được giải thích bằng những thuật ngữ sinh hoá và cấu trúc. Trong chương này chúng tôi trình bày những đặc điểm chung của đáp ứng miễn dịch cũng như giới thiệu những khái niệm tạo nên những bước ngoặc trong ngành miễn dịch học hiện đại. Bảng 1.1. Hiệu quả của vắc-xin đối với một số bệnh nhiễm trùng thường gặp tại Hoa Kỳ Số bệnh nhân Số bệnh nhân Tỷ lệ Bệnh năm 2000 năm 2000 phần trăm Bạch hầu 206.939 (1921) 2 -99,99 Sởi 894.134 (1941) 63 -99,99 Quai bị 152.209 (1968) 315 -99,99 Ho gà 265.269 (1934) 6.755 -97,73 Bại liệt 21.269 (1952) 0 -100,00 Rubella 57.686 (1969) 152 -99,84 Uốn ván 1.560 (1923) 26 -98,44 H. Znfluenza typ B ~20.000 (1984) 1.212 -93,14 Viêm gan B 26.611 (1985) 6.646 -75,03 1.1. Tính miễn dịch bẩm sinh và thu được Sự đề kháng chống lại vi sinh vật trong cơ thể ban đầu là những phản ứng của hệ thống miễn dịch bẩm sinh và sau đó là của miễn dịch thu được (Hình 1.1, Bảng 1.2). Hệ miễn dịch bẩm sinh (còn gọi là miễn dịch tự nhiên) bao gồm các cơ chế đề kháng đã tồn tại trong cơ thể khi chưa có nhiễm trùng và sẵn sàng đáp ứng rất nhanh khi vi sinh vật xâm nhập. Các cơ chế này chủ yếu phản ứng chống lại vi sinh vật chứ không phản ứng với các vật lạ không phải là vi sinh vật; đồng thời chúng phản ứng theo một cơ chế giống hệt nhau khi vi sinh vật xâm nhập tái đi tái lại. Các thành phần chính của miễn
dịch bẩm sinh bao gồm: (1) các hàng rào vật lý và hoá học như da, niêm mạc, các chất kháng khuẩn được tiết ra trên các bề mặt này; (2) các tế bào thực bào (tế bào trung tính, đại thực bào) và tế bào NK (tế bào giết tự nhiên); (3) các protein trong máu, bao gồm các thành phần của hệ thống bổ thể và các chất trung gian khác của phản ứng viêm; và (4) các protein gọi là cytokin có vai trò điều hoà và phối hợp các hoạt động của tế bào trong hệ miễn dịch bẩm sinh. Cơ chế hoạt động của hệ miễn dịch bẩm sinh chỉ đặc hiệu cho những cấu trúc chung của từng nhóm vi sinh vật và không đặc hiệu cho những khác biệt tinh tế trong từng nhóm này. Hệ miễn dịch bẩm sinh tạo ra những phản ứng đầu tiên chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật. Ngược với hệ miễn dịch bẩm sinh, có những đáp ứng miễn dịch khác được kích thích bởi sự tiếp xúc với vi sinh vật và tạo ra cường độ tăng dần nếu sự tiếp xúc này được lặp đi lặp lại. Bởi vì dạng đáp ứng này chỉ xuất hiện sau khi vi sinh vật xâm nhập cơ thể nên nó được gọi là miễn dịch thu được. Tính chất đặc biệt của đáp ứng miễn dịch thu được là tính đặc hiệu đối với từng phân tử và khả năng “nhớ” khi phân tử đó xâm nhập trở lại cơ thể để tạo ra một đáp ứng mạnh hơn nhiều so với lần xâm nhập đầu tiên. Hệ miễn dịch thu được có khả năng nhận diện và phản ứng lại với nhiều vật lạ có bản chất nhiễm trùng hoặc không nhiễm trùng. Ngoài ra, nó còn có khả năng tuyệt vời trong viãûc phân biệt sự khác nhau rất nhỏ giữa các vật lạ này và vì vậy mà nó còn được gọi là miễn dịch đặc hiệu. Các thành phần của miễn dịch thu được là tế bào lymphô và các sản phẩm của chúng. Những chất lạ tạo ra đáp ứng miễn dịch đặc hiệu hoặc chịu tác động của hệ miễn dịch này được gọi là kháng nguyên. Theo thói quen, các thuật ngữ “đáp ứng miễn dịch” và “hệ thống miễn dịch” thường dùng cho đáp ứng miễn dịch thu được, trừ khi có những nhấn mạnh riêng khác đến miễn dịch bẩm sinh. Hình 1.1. Miễn dịch bẩm sinh và thu được
Các cơ chế của miễn dịch tự nhiên cung cấp sức đề kháng ban đầu đối với nhiễm trùng. Đáp ứng miễn dịch thu được đến muộn hơn với sự hoạt hoá tế bào lymphô. Mức độ mạnh hay yếu của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thu được phụ thuộc từng loại nhiễm trùng. Bảng 1.2. Đặc điểm của miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thu được Đặc điểm Bẩm sinh Thu được Đối với cấu tạo chung Đối với kháng nguyên có Tính đặc hiệu của nhóm vi sinh vật hoặc không nhiễm trùng Tính đa dạng Ít Rất nhiều Tính nhớ Không Có Tính không đáp ứng Có Có với bản thân Các thành phần tham gia Hàng rào lý hoá Da, niêm mạc, các hoá Tế bào lymphô niêm mạc; chất kháng khuẩn kháng thể ở niêm mạc Các protein máu Bổ thể Kháng thể Tế bào Thực bào, tế bào NK Tế bào lymphô Các thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thu được thường xen lẫn với nhau trong một cơ chế đề kháng chung của cơ thể thông qua nhiều loại tế bào và phân tử. Riêng miễn dịch bẩm sinh có thể giúp cơ thể thoát khỏi sự tấn công của một số vi sinh vật, nhưng nhiều vi sinh vật gây bệnh có khả năng vượt qua hàng rào miễn dịch này nên sự loại trừ chúng cần đến một cơ chế đề kháng mạnh hơn nhiều, đó là miễn dịch thu được. Có hai mối liên kết quan trọng giữa miễn dịch bẩm sinh và thu được. Thứ nhất, miễn dịch bẩm sinh có khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch thu được và ảnh hưởng đến bản chất của miễn dịch thu được. Đáp ứng của miễn dịch thu được có sử dụng nhiều cơ chế hiệu quả của miễn dịch bẩm sinh để loại trừ vi sinh vật và có khả năng tăng cường hoạt động kháng khuẩn của miễn dịch thu được. Miễn dịch bẩm sinh về mặt di truyền thuộc hệ thống đề kháng cổ nhất của cơ thể chủ, còn miễn dịch thu được thì mới có được nhờ tiến hoá về sau. Ở động vật có xương sống, sức đề kháng của cơ thể chủ chống lại vi sinh cơ thể chủ yếu được đảm trách bởi miễn dịch bẩm sinh, bao gồm các thực bào, và các phân tử protein lưu động trong máu. Miễn dịch thu được bao gồm tế bào lymphô và kháng thể, xuất hiện đầu tiên ở loài xương sống có hàm và càng biệt hoá đối với các loài tiến hoá về sau. 1. 2. Các kiểu đáp ứng miễn dịch thu được Có hai kiểu đáp ứng miễn dịch thu được, đó là đáp ứng thể dịch và đáp ứng qua trung gian tế bào. Cả hai kiểu này đều có sự tham gia của rất nhiều thành phần của hệ thống miễn dịch với mục đích là loại trừ nhiều loại vi sinh
vật khác nhau ra khỏi cơ thể (Hình 1.2). Miễn dịch dịch thể được thực hiện qua trung gian của những phân tử hiện diện trong máu và dịch niêm mạc có tên là kháng thể, được sản xuất bởi tế bào lymphô B (còn gọi là tế bào B). Kháng thể có khả năng nhận diện kháng nguyên vi sinh vật, trung hoà tính gây bệnh và tác động lên vi sinh vật để loại trừ nó qua nhiều cơ chế hiệu quả khác nhau. Miễn dịch dịch thể là cơ chế đề kháng chủ yếu chống lại các vi sinh vật ngoại bào cũng như độc tố của chúng theo cơ chế kháng thể liên kết với các vi sinh vật hoặc độc tố để xúc tiến việc loại trừ. Bản thân kháng thể là những phân tử được chuyên môn hoá, những tuýp kháng thể khác nhau có thể tạo ra nhiều cơ chế loại bỏ kháng nguyên khác nhau. Một số tuýp kháng thể có khả năng xúc tiến hoạt động thực bào, một số khác lại kích thích tế bào bạch cầu sản xuất ra các chất trung gian của phản ứng viêm. Miễn dịch qua trung gian tế bào (còn gọi là miễn dịch tế bào) là kiểu đáp ứng được thực hiện qua trung gian của tế bào lymphô T (còn gọi là tế bào T). Các vi sinh vật nội bào như virus và một số vi khuẩn có khả năng sống và nhân lên trong đại thực bào cũng như một số tế bào chủ khác, vì thế chúng không chịu tác động trực tiếp của kháng thể lưu động trong máu. Sự đề kháng chống lại những vi sinh vật kiểu này là chức năng của miễn dịch tế bào.
Ngăn chặn nhiễm trùng và loại bỏ các vi sinh vật ngoại bào Hình 1.2. Các kiểu miễn dịch thu được Trong miễn dịch dịch thể, tế bào B tiết ra kháng thể để ngăn chặn nhiễm trùng và loại bỏ các vi khuẩn ngoại bào. Trong miễn dịch qua trung gian tế bào, tế bào T hoạt hóa đại thực bào để tiêu diệt vi khuẩn đã bị ăn vào bên trong tế bào này hoặc tế bào T gây độc trực tiếp tiêu diệt tế bào đã bị nhiễm khuẩn. Miễn dịch bảo vệ chống lại một vi sinh vật có thể được tạo ra nhờ kích thích của vi sinh vật đó hoặc nhờ truyền kháng thể hoặc tế bào lymphô đặc hiệu từ bên ngoài vào (Hình 1.3). Cách thức tạo kháng thể qua kích thích trực tiếp với vật lạ được gọi là miễn dịch chủ động vì cá thể tiếp xúc với vật lạ đã đóng vai trò chủ động trong việc đáp ứng với kháng nguyên. Những cá thể hoặc tế bào lymphô chưa từng được tiếp xúc với một kháng nguyên nào đó được gọi là “nguyên vẹn” hay “nguyên” (naive). Còn những cá thể được tiếp xúc với một kháng nguyên vi sinh vật nào đó rồi và sau đó được bảo vệ chống lại những lần tiếp xúc khác được gọi là miễn nhiễm (immune). Hình 1.3. Miễn dịch chủ động và thụ động Miễn dịch chủ động được tạo ra khi cơ thể chủ tiếp xúc với vi sinh vật hoặc kháng nguyên vi sinh vật, trong khi đó miễn dịch thụ động được vay mượn nhờ truyền kháng thể hay tế bào lymphô T đặc hiệu. Cả hai loại đều tạo ra sức đề kháng đối với vi sinh vật nhưng chè có miễn dịch chủ động là có tính nhớ miễn dịch.
Người ta cũng có thể mang tính miễn dịch đến cho một cá thể bằng cách truyền huyết thanh hoặc tế bào lymphô từ một cá thể khác đã được gây miễn dịch. Cách làm này được gọi là truyền miễn dịch thụ động, thường hay thực hiện trên động vật thí nghiệm. Cơ thể nhận sau đó sẽ có tính miễn dịch chống lại kháng nguyên tương ứng mặc dù chưa lần nào tiếp xúc với kháng nguyên này. Do đó kiểu miễn dịch này được gọi là miễn dịch thụ động. Gây miễn dịch thụ động là một phương pháp hữu ích để cung cấp sức đề kháng nhanh, không phải chờ cho đến khi miễn dịch chủ động xuất hiện. Một ví dụ của miễn dịch thụ động là truyền kháng thể từ mẹ sang con trong thời kỳ bào thai giúp cho đưa trẻ chống lại nhiễm trùng trong thời kỳ chờ đợi miễn dịch chủ động của trẻ hình thành. Người ta cũng đã dùng phương pháp miễn dịch thụ động để chống lại độc tố vi khuẩn gây chết người (ví dụ độc tố uốn ván) bằng cách truyền kháng thể từ con vật đã được gây miễn dịch bởi vi sinh vật đó. Kỹ thuật truyền miễn dịch thụ động (hay còn gọi là tạo miễn dịch vay mượn) cũng có thể thực hiện với những tế bào và phân tử khác nhau miễn là chúng có năng lực miễn dịch đặc hiệu. Thật ra, thuật ngữ “miễn dịch dịch thể” (humoral immunity) ban đầu được định nghĩa như một kiểu miễn dịch có thể truyền được sang cho con vật chưa nhiễm bằng chất dịch trong máu có chứa kháng thể và không có tế bào (tức là huyết thanh hoặc huyết tương mà từ cổ gọi là thể dịch - humor). Cũng vậy, miễn dịch qua trung gian tế bào (cell-mediated immunity) được định nghĩa là một dạng miễn dịch có thể truyền sang cho cá thể chưa nhiễm dưới dạng tế bào (lymphô T) chứ không phải dịch thể. Năm 1890, Emil von Behring và Shibasaburo Kitasato đã trình diễn thí nghiệm đầu tiên về miễn dịch dịch thể. Họ cho thấy rằng, nếu huyết thanh của con vật đã khỏi bệnh bạch hầu được truyền cho con vật chưa nhiễm thì con vật này sẽ có khả năng đề kháng đặc hiệu đối với bệnh bạch hầu. Thành phần hiệu lực trong huyết thanh lúc đó được gọi là kháng độc tố vì nó trung hoà tác dụng bệnh lý của độc tố bạch hầu. Đầu những năm 1890, Karl Landsteiner và các nhà nghiên cứu khác chứng minh rằng không phải chỉ có độc tố mà những chất không có nguồn gốc vi sinh vật khác cũng có thể tạo ra đáp ứng miễn dịch dịch thể. Từ các thí nghiệm đó, người ta đã đưa ra một thuật ngữ mới là “kháng thể” (antibody) để chỉ thành phần protein huyết thanh tạo ra tính miễn dịch dịch thể. Những chất liên kết với kháng thể và tạo ra sự sản xuất kháng thể được gọi là “kháng nguyên” (antigen). Năm 1900, Paul Ehrlich đã đưa ra một lý thuyết mới về tính đặc hiệu của phản ứng kháng nguyên – kháng thể, mà những bằng chứng thực nghiệm cho lý thuyết này đã lần lượt được đưa ra trong suốt 50 năm kể từ khi có phát hiện của Lansteiner. Lý thuyết của Ehrlich về sự khớp nhau về mặt lý hoá của kháng nguyên và kháng thể rất có giá trị vào thời kỳ đầu của miễn dịch học. Sự nhấn mạnh về kháng thể trong lý thuyết này đã dẫn đến sự thừa nhận
chung tầm quan trọng của miễn dịch dịch thể, miễn dịch được trung gian bởi những chất hiện diện trong các dịch cơ thể. Lý thuyết tế bào về miễn dịch được Metchnikoff đưa ra. Trình diễn của ông về sự thực bào xảy ra xung quanh chiếc gai hồng được đâm vào cơ thể trong suốt của ấu trùng sao biển được xuất bản năm 1893. Đây có lẽ là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về vai trò đáp ứng tế bào đối với vật lạ xâm nhập vào cơ thể. Các quan sát của Sir Almroth Wright vào đầu những năm 1900 cho thấy rằng, trong huyết thanh miễn dịch có những yếu tố thúc đẩy sự thực bào vi khuẩn bằng cách bọc xung quanh vi khuẩn, điều này làm người ta tin rằng kháng thể đã chuẩn bị vi khuẩn để thực bào dễ bắt giữ hơn, quá trình này được gọi là opsonin hoá. Những người theo trường phái tế bào này không chứng minh được rằng tính đặc hiệu của miễn dịch đối với vi sinh vật cũng thể hiện được qua miễn dịch tế bào. Lý thuyết tế bào trong miễn dịch đã được khẳng định vào những năm 1950, khi George Mackaness chứng tỏ rằng, sự đề kháng đối với một loài vi sinh vật nội bào, con Listeria monocytogenes, có thể vay mượn bằng cách truyền tế bào chứ không phải truyền huyết thanh. Chúng ta biết rằng tính đặc hiệu của miễn dịch tế bào là do lymphô, tế bào này có chức năng làm nhạc trưởng để điều khiển các tế bào khác như đại thực bào nhằm loại bỏ vi sinh vật. Trên lâm sàng, tính miễn dịch đối với một vi sinh vật bị nhiễm trước đây có thể đo được một cách gián tiếp bằng cách định lượng các sản phẩm của miễn dịch hiện diện trong cơ thể (ví dụ kháng thể đặc hiệu trong huyết thanh) hoặc chiết xuất các chất từ cơ thể vi sinh vật và đánh giá phản ứng của cơ thể đối với các chất này. Một phản ứng của cá thể đối với một kháng nguyên vi sinh vật nào đó chỉ xảy ra nếu trước đó cá thể đã tiếp xúc với kháng nguyên này rồi; khi đó cá thể được gọi là đã được “mẫn cảm” đối với kháng nguyên đó. Người ta cho rằng các cá thể được mẫn cảm có khả năng tạo ra đáp ứng miễn dịch bảo vệ đối với vi sinh vật đó. 1.3. Các đặc điểm chính của đáp ứng miễn dịch thu được Tất cả đáp ứng dịch thể và tế bào đối với vật lạ có nhiều tính chất cơ bản phản ánh tính chất của tế bào lymphô làm trung gian cho phản ứng này (Bảng 1.3). Bảng 1.3. Các đặc điểm chính của đáp ứng miễn dịch thu được Đặc điểm Ý nghĩa chức năng Đặc hiệu Đảm bảo các kháng nguyên khác nhau tạo ra đáp ứng đặc hiệu riêng cho chúng Đa dạng Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được nhiều loại kháng nguyên Nhớ Dẫn đến đáp ứng mạnh hơn đối với kháng nguyên
đã từng tiếp xúc Chuyên môn hoá Tạo ra đáp ứng tối ưu chống lại nhiều loại vi sinh vật khác nhau Tự giới hạn Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được với các kháng nguyên mới xâm nhập Không phản ứng với Ngăn ngừa các tổn thương đối với cơ thể chủ trong bản thân suốt quá trình phản ứng với kháng nguyên lạ 1.3.1. Tính đặc hiệu và đa dạng Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu cho từng kháng nguyên khác nhau và cả ngay cho từng thành phần cấu trúc của kháng nguyên như protein, polysaccharide hoặc đại phân tử (Hình 1.4). Những thành phần này của kháng nguyên được gọi là quyết định kháng nguyên hay epitop. Tính đặc hiệu này có được là nhờ trên màng của các tế bào lymphô riêng lẻ có những thụ thể riêng để nhận diện những cấu trúc kháng nguyên khác nhau. Trong cơ thể được gây miễn dịch có nhiều clôn tế bào lymphô với tính đặc hiệu khác nhau tồn tại, chúng có thể nhận diện và đáp ứng lại tất cả kháng nguyên ngoại lai. Khái niệm này là nền tảng của lý thuyết chọn clôn mà chúng ta sẽ đề cập đến về sau này. Hình 1.4. Tính đặc hiệu, nhớ, và tự giới hạn của đáp ứng miễn dịch
Kháng nguyên X và Y tạo ra sự sản xuất các kháng thể khác nhau (tính đặc hiệu). Đáp ứng lần thứ hai đối với kháng nguyên X thì nhanh hơn và mạnh hơn (nhớ). Mức độ kháng thể giảm dần theo thời gian sau mỗi lần gây miễn dịch (tự giới hạn). Người ta cũng thấy có hiện tượng tương tự thế này đối với miễn dịch tế bào. Tổng số tính đặc hiệu của tế bào lymphô trong một cơ thể là một con số cực kỳ lớn và được gọi là kho lymphô (lymphocyte repertoire). Người ta ước tính rằng hệ thống miễn dịch của một cá thể có thể phân biệt từ 107 đến 109 quyết định kháng nguyên khác nhau. Điều này tạo nên tính đa dạng của kho lymphô. Một hệ quả có thể thấy là các diện kết hợp kháng nguyên của kháng thể và thụ thể kháng nguyên trên tế bào lymphô cũng có cấu trúc rất đa dạng tương ứng với kho lymphô này. 1.3.2. Nhớ miễn dịch Sự tiếp xúc của hệ miễn dịch với kháng nguyên lạ làm tăng cường đáp ứng với kháng nguyên đó khi nó xâm nhập cơ thể các lần sau. Đáp ứng các lần lặp lại về sau đối với một kháng nguyên được gọi là đáp ứng miễn dịch thứ cấp. Đáp ứng này thường nhanh hơn, mạnh hơn và khác về chất so với đáp ứng sơ cấp khi cơ thể tiếp xúc kháng nguyên lần đầu tiên (xem Hình 1.4). Nhớ miễn dịch có được một phần là do cứ mỗi lần tiếp xúc với cơ thể thì kháng nguyên mở rộng clôn lymphô đặc hiệu cho kháng nguyên đó. Đồng thời, sự kích thích tế bào lymphô nguyên vẹn của kháng nguyên tạo ra các tế bào nhớ tồn tại lâu dài. Tế bào nhớ có tính chất đặc biệt làm cho chúng loại bỏ kháng nguyên hiệu quả hơn so với tế bào lymphô nguyên vẹn. Ví dụ, tế bào lymphô B nhớ sản xuất kháng thể liên kết với kháng nguyên với ái lực mạnh hơn so với tế bào B chưa từng tiếp xúc với kháng nguyên đó. Tế bào T nhớ cũng có khả năng trở về nơi nhiễm trùng nhanh hơn tế bào T nguyên vẹn (tức chưa từng tiếp xúc kháng nguyên). 1.3.3. Chuyên môn hoá Hệ thống miễn dịch đáp ứng một cách đặc biệt và khác nhau đối với từng vi sinh vật sao cho có thể tạo hiệu quả tối đa cho cơ chế đề kháng. Như vậy, miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào được hình thành một cách khác nhau dưới sự kích thích của những loại vi sinh vật khác nhau hoặc các giai đoạn nhiễm trùng khác nhau (ngoại bào và nội bào) của một vi sinh vật để bảo vệ cơ thể chủ chống lại loại vi sinh vật đó vào giai đoạn nhiễm trùng đó. Và ngay trong từng kiểu miễn dịch dịch thể hay tế bào thì bản chất của kháng thể hay tế bào T được tạo ra cũng khác nhau tuìy loại vi sinh vật kích thích. 1.3.4. Tự giới hạn Tất cả đáp ứng miễn dịch bình thường sẽ phai nhạt dần theo thời gian để trả lại hệ miễn dịch ở trạng thái nghỉ ban đầu, tình trạng này gọi là hằng định nội môi (homeostasis). Tình trạng cân bằng dịch thể được duy trì chủ yếu là vì đáp ứng miễn dịch được khởi động bởi kháng nguyên và nhắm đến
loại trừ kháng nguyên, và như vậy tức là loại trừ nguyên nhân gây hoạt hoá tế bào lymphô. Ngoài ra, kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch còn kích thích cơ chế điều hoà nhằm ức chế chính đáp ứng này. 1.3.5. Không phản ứng với bản thân Một trong những tính chất quan trọng của hệ miễn dịch của người bình thường là khả năng nhận biết, đáp ứng và loại bỏ kháng nguyên lạ (không phải của bản thân) và không phản ứng lại để gây hại cho cơ thể (bản thân). Tính chất không đáp ứng miễn dịch này còn được gọi là dung nạp. Dung nạp đối với kháng nguyên bản thân, tức tự dung nạp, được duy trì bởi nhiều cơ chế. Những cơ chế này bao gồm loại bỏ tế bào lymphô có mang thụ thể đặc hiệu cho kháng nguyên bản thân và cho phép tế bào lymphô tiêu diệt các kháng nguyên tự thân có khả năng tạo ra phản ứng chống lại bản thân. Những bất thường về khả năng tự dung nạp có thể dẫn đến đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên bản thân (tự kháng nguyên) và hình thành các bệnh tự miễn. Các tính chất trên đây của miễn dịch thu được rất cần thiết để duy trì chức năng đề kháng bình thường của cơ thể chủ. 1.4. Các thành phần tế bào của hệ thống miễn dịch thu được Các tế bào chính của hệ miễn dịch là tế bào lymphô, tế bào trình diện kháng nguyên, và tế bào hiệu quả. Tế bào lymphô là những tế bào có khả năng nhận diện một cách đặc hiệu kháng nguyên lạ và tạo phản ứng chống lại chúng. Do vậy, lymphô bào là tế bào trung gian của cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào. Có nhiều tiểu quần thể tế bào lymphô khác nhau về cả cách nhận diện kháng nguyên lẫn chức năng của chúng (Hình 1.5). Tế bào lymphô B là tế bào duy nhất có thể sản xuất kháng thể. Chúng nhận diện kháng nguyên ngoại bào (kể cả kháng nguyên trên bề mặt tế bào) và biệt hoá thành tế bào tiết kháng thể, do đó chúng tác dụng như tế bào trung gian của miễn dịch dịch thể. Tế bào lymphô T nhận diện kháng nguyên của vi sinh vật nội bào và có chức năng tiêu diệt những vi sinh vật này hoặc những tế bào bị nhiễm trùng. Thụ thể kháng nguyên của chúng là những phân tử màng khác với kháng thể nhưng có cấu trúc liên quan. Tế bào T có tính đặc hiệu rất chặt chẽ đối với kháng nguyên. Chúng chỉ nhận diện những phân tử peptid gắn với một protein bản thân được mã hoá bởi những gen trong phức hệ hòa hợp mô chủ yếu (MHC) và được thể hiện trên bề mặt của những tế bào khác. Như vậy, tế bào T nhận diện và phản ứng với kháng nguyên gắn trên bề mặt tế bào chứ không phải kháng nguyên hoà tan. Tế bào T có nhiều nhóm mang chức năng khác nhau. Được biết nhiều nhất là tế bào T giúp đỡ,
T gây độc. Khi đáp ứng với kháng nguyên, tế bào T giúp đỡ tiết ra những protein gọi là cytokin có chức năng kích thích sự tăng sinh và biệt hoá của tế bào T và một số tế bào trong đó có tế bào B, đại thực bào và các bạch cầu khác. Tế bào T gây độc giết các tế bào sản xuất ra kháng nguyên lạ như các tế bào bị nhiễm virus hay những vi khuẩn nội bào khác. Một số tế bào T được gọi là T điều hoà có chức năng ức chế đáp ứng miễn dịch. Bản chất và vai trò sinh lý của tế bào T điều hoà chưa được biết đầy đủ. Có một nhóm tế bào lymphô thứ ba là tế bào giết (NK), đây là những tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch bẩm sinh chống lại nhiễm trùng virus và các vi sinh vật nội bào khác. Sự khởi động và phát triển đáp ứng miễn dịch thu được bao giờ cũng đòi hỏi kháng nguyên phải được bắt giữ và trình diện cho tế bào lymphô. Tế bào chịu trách nhiệm làm việc này được gọi là tế bào trình diện kháng nguyên (APC). Tế bào trình diện kháng nguyên được chuyên môn hoá cao nhất là tế bào hình sao (dendritic), chúng bắt giữ những vi sinh vật từ bên ngoài xâm nhập vào, vận chuyển những kháng nguyên này đến các cơ quan lymphô và trình diện kháng nguyên cho những tế bào T để khởi động đáp ứng miễn dịch. Sự hoạt hoá tế bào lymphô bởi kháng nguyên dẫn đến sự hình thành nhiều cơ chế loại bỏ kháng nguyên. Sự loại bỏ kháng nguyên đòi hỏi sự tham gia của những tế bào gọi là tế bào hiệu quả. Tế bào lymphô hoạt hoá, thực bào đơn nhân, và một số bạch cầu khác có thể làm chức năng tế bào hiệu quả trong những đáp ứng miễn dịch khác nhau. Tế bào lymphô và những tế bào hỗ trợ của hệ miễn dịch được tập trung tại các cơ quan lymphô; ở đó chúng tương tác với nhau để tạo ra đáp ứng miễn dịch. Tế bào lymphô cũng hiện diện trong máu. Từ máu chúng có thể theo máu tuần hoàn đến các mô lymphô và các vị trí ngoại biên nơi kháng nguyên thường xâm nhập để loại trừ chúng.
Hình 1.5. Các tiểu quần thể lymphô bào Lymphô bào B nhận diện kháng nguyên hoà tan và phát triển thành tế bào tiết kháng thể. Lymphô bào T giúp đỡ nhận diện kháng nguyên trên bề mặt của tế bào trình diện kháng nguyên và tiết ra cytokin để kích thích các cơ chế của phản ứng miễn dịch và viêm. Lymphô bào T gây độc nhận diện kháng nguyên trên tế bào nhiễm trùng và giết những tế bào này. Tế bào NK (giết tự nhiên) dùng những thụ thể (chưa được xác định đựợc hoàn toàn) để nhận diện và giết tế bào đích, ví dụ tế bào nhiễm trùng. 1.5. Các giai đoạn của đáp ứng miễn dịch thu được Quá trình đáp ứng miễn dịch thu được có thể chia thành nhiều giai đoạn khác nhau: nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá tế bào lymphô, và giai đoạn hiệu quả (loại trừ kháng nguyên). Sau đó là sự trở lại hằng định nội môi và duy trì tính nhớ miễn dịch (Hình 1.6). Tất cả đáp ứng miễn dịch đều được khởi đầu bằng nhận diện kháng nguyên đặc hiệu. Sự nhận diện này dẫn đến hoạt hoá tế bào lymphô và sau đó là hình thành các cơ chế hiệu quả để làm chức năng loại bỏ kháng nguyên. Sau khi kháng nguyên được loại bỏ, đáp ứng miễn dịch dịu đi và trở lại tình trạng hằng định nội môi.
Hình 1.6. Các giai đoạn của đáp ứng miễn dịch thu được Ba giai đoạn đầu có tên là nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá tế bào lymphô và hiệu quả (loại bỏ kháng nguyên). Đáp ứng tắt dần và các tế bào lymphô được kháng nguyên kích thích sẽ chết dần do hiện tượng chết lập trình (apoptosis), những tế bào đặc hiệu kháng nguyên còn lại là tế bào nhớ. Thời gian của mỗi giai đoạn thay đổi tuỳ theo bối cảnh đáp ứng. Trục y tượng trưng cho cường độ của đáp ứng. Mô hình này áp dụng cho cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào. 1.5.1. Nhận diện kháng nguyên Mỗi cá thể sở hữu một lượng tế bào lymphô với rất nhiều clôn khác nhau. Mỗi clôn mang sẵn những yếu tố để nhận diện và đáp ứng với một quyết định kháng nguyên nhất định. Khi kháng nguyên xâm nhập cơ thể nó tìm đến clôn lymphô tương ứng và hoạt hoá nó (Hình 1.7). Quan niệm cơ bản này được gọi là thuyết chọn clôn (clonal selection hypothesis), lần đầu tiên được Niels Jerne đưa ra vào năm 1955 và được Macfarlane Burnet làm sáng tỏ vào năm 1957. Đây là giả thuyết giải thích tại sao hệ thống miễn dịch lại có thể đáp ứng với một số lượng rất lớn các loại kháng nguyên khác nhau. Theo giả thuyết này, các clôn lymphô đặc hiệu kháng nguyên đã có sẵn trong cơ thể trước khi tiếp xúc với kháng nguyên. Những tế bào trong cùng clôn mang thụ thể kháng nguyên giống hệt nhau và khác với tế bào của clôn khác. Mặc dù rất khó để xác định giới hạn trên của số lượng quyết định kháng nguyên mà hệ miễn dịch của một cá thể động vật có vú có thể nhận diện được, nhưng người ta thường cho rằng con số này là vào khoảng từ 107 đến 109. Đây là con số ước lượng hợp lý đối với số lượng protein thụ thể kháng nguyên được sản xuất và do đó người ta cho rằng số lượng clôn tế bào lymphô hiện diện trong cơ thể cũng như thế. Kháng nguyên lạ sẽ tương tác với clôn tế bào lymphô đặc hiệu cho kháng nguyên đó tồn tại sẵn trong mô lymphô để tạo ra đáp ứng miễn dịch.
Hình 1.7. Thuyết chọn clôn Mỗi kháng nguyên (x hoặc y) chọn một clôn lymphô đặc hiệu đã có sẵn và kích thích sự tăng sinh, biệt hoá của clôn đó. Sơ đồ này chỉ trình bày quá trình lymphô B phát triển thành tế bào hiệu quả và tiết ra kháng thể, nhưng nguyên lý này cũng áp dụng cho cả tế bào T. Những nguyên lý cơ bản của thuyết chọn clôn đã dần được chứng minh một cách thuyết phục qua nhiều thí nghiệm và tạo nên nền tảng cho quan niệm hiện nay về sự nhận diện kháng nguyên của tế bào lymphô đặc hiệu. 1.5.2. Hoạt hoá tế bào lymphô Sự hoạt hoá tế bào lymphô đòi hỏi 2 tín hiệu khác nhau: tín hiệu thứ nhất là kháng nguyên và tín hiệu thứ hai là các sản phẩm vi sinh vật hoặc là các thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh đối với vi sinh vật (Hình 1.8). Ý tưởng này được gọi là thuyết hai tín hiệu đối với sự hoạt hoá lymphô bào. Yêu cầu về kháng nguyên (tức tín hiệu 1) nhằm đảm bảo tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch. Còn yêu cầu về kích thích phụ do sản phẩm vi khuẩn hoặc của đáp ứng bẩm sinh đối với vi khuẩn nhằm đảm bảo phản ứng chỉ được tạo ra khi cần thiết (tức để chống vi khuẩn hoặc chất có hại khác) chứ không chống lại các chất vô hại bao gồm kháng nguyên bản thân.
Hình 1.8. Yêu cầu hai tín hiệu đối với hoạt hoá lymphô bào Sự nhận diện kháng nguyên của lymphô bào cung cấp tín hiệu 1 cho sự hoạt hoá, và các thành phần của vi sinh vật hoặc các chất tạo ra trong quá trình đáp ứng miễn dịch bẩm sinh cung cấp tín hiệu 2. Trong hình này, tế bào lymphô là tế bào B, nhưng đối với tế bào T cũng có nguyên lý như vây. Đáp ứng của lymphô bào đối với kháng nguyên và tín hiệu thứ hai bao gồm sự tổng hợp các protein mới, tăng sinh tế bào, và biệt hoá thành tế bào hiệu quả và tế bào nhớ. 1.5.3. Giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch: loại bỏ kháng nguyên Trong suốt giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch, các lymphô bào đã được kháng nguyên hoạt hoá sẽ tạo ra những chức năng hiệu quả để tiến đến việc loại bỏ kháng nguyên. Kháng thể loại bỏ kháng nguyên ngoại bào và tế bào T loại bỏ kháng nguyên nội bào. Chức năng này của kháng thể và tế bào T thường yêu cầu sự tham gia của các tế bào hiệu quả khác không thuộc hệ lymphô và cả cơ chế đề kháng của miễn dịch bẩm sinh. Như vậy, cũng những cơ chế miễn dịch bẩm sinh đó hoạt động như phòng tuyến đầu tiên nhưng về sau lại còn tham gia vào phòng tuyến thứ hai của miễn dịch thu được để loại bỏ kháng nguyên ra khỏi cơ thể. Thật ra, như đã nói ở trên, một chức năng quan trọng của đáp ứng miễn dịch thu được là nhằm tăng cường cơ chế hiệu quả của miễn dịch bẩm sinh và hướng những cơ chế hiệu quả này vào các mô hoặc tế bào chứa kháng nguyên lạ. 1.5.4. Tính hằng định nội môi: giảm dần đáp ứng miễn dịch
Vào cuối đáp ứng miễn dịch, hệ thống miễn dịch trở lại trạng thái nghỉ cơ bản do phần lớn các tế bào tiền thân (progeny) của lymphô bị kháng nguyên kích thích đã chết do hiện tượng chết lập trình (apoptosis). Chết lập trình là một dạng chết sinh lý được chuẩn bị trước, trong đó nhân tế bào bị đặc lại và vỡ ra từng mảnh, màng bào tương nổi bọt, không còn sự tách biệt của lớp lipid màng và tế bào chết nhanh chóng bị thực bào mà các chất nội bào không cần bị giải phóng ra ngoài (quá trình chết này ngược với kiểu chết hoại tử, trong đó nhân và màng bào tương bị phân giải và các chất nội bào bị vỡ ra ngoài tạo ra một phản ứng viêm tại chỗ). Một lượng lớn tế bào lymphô đã bị kháng nguyên kích thích sẽ chết đi theo kiểu lập trình. Giải thích điều này, người ta cho rằng có lẽ do sự tồn tại của lymphô bào phụ thuộc vào kháng nguyên và các yếu tố phát triển do kháng nguyên khởi động nên khi đáp ứng miễn dịch loại bỏ hết kháng nguyên thì tế bào lymphô không còn nhận được những kích thích cần thiết cho sự sống.
Chương 2 CÁC CƠ QUAN CỦA HỆ THỐNG MIỄN DỊCH 2.1. Các mô lymphô Mô lymphô được phân loại thành cơ quan lymphô trung ương (hay cơ quan lymphô sơ cấp) là nơi mà tế bào lymphô lần đầu tiên thể hiện thụ thể kháng nguyên và trưởng thành về mặt chức năng và cơ quan lymphô ngoại biên (hay cơ quan lymphô thứ cấp) là nơi xảy ra đáp ứng của tế bào lymphô với kháng nguyên lạ. Cơ quan lymphô trung ương của động vật có vú bao gồm tuỷ xương, nơi sản xuất ra toàn bộ tế bào lymphô, và tuyến ức, nơi tế bào T trưởng thành và đạt đến giai đoạn phát triển chức năng đầy đủ. Cơ quan và mô lymphô ngoại biên bao gồm hạch bạch huyết, lách, hệ thống miễn dịch da và hệ thống miễn dịch niêm mạc. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy một số tế bào lymphô trong các mô liên kết và tất cả các cơ quan trừ hệ thần kinh trung ương. 2.1.1. Tuỷ xương Ở người trưởng thành, tuỷ xương là nơi sản sinh tất cả các tế bào máu lưu động kể cả tế bào lymphô non. Tuỷ xương cũng là nơi trưởng thành của tế bào B. Trong quá trình phát triển bào thai, sự sản xuất tế bào máu, gọi là quá trình tạo máu, xuất hiện đầu tiên trong các đảo máu của túi phôi và trong nhu mô cạnh động mạch chủ và sau đó thì tại gan và lách. Chức năng này được chuyển giao dần dần cho tuỷ xương và đặc biệt là các xương dẹt sao cho đến tuổi dậy thì thì chức năng tạo máu chủ yếu xảy ra ở xương ức, đốt sống, xương chậu và xương sườn. Tuỷ đỏ là loại tuỷ của các xương này được tìm thấy trong một cấu tạo lưới dạng mô xốp nằm giữa các bè dài. Khoảng không giữa các cấu tạo này được làm đầy bởi tế bào mỡ, nguyên bào sợi, và tế bào tiền thân của tế bào máu. Những tế bào tiền thân này sẽ phát triển đến trưởng thành và đi ra khỏi tuỷ qua một hệ thống dày đặc các xoang mạch để vào hệ tuần hoàn. Khi tuỷ xương bị tổn thương, hoặc khi có các nhu cầu tạo nhiều tế bào máu mới thì gan và lách cũng được huy động để làm chức năng tạo máu. Tất cả tế bào máu đều xuất phát từ một loại tế bào gọi là tế bào mầm, những tế bào này rồi sẽ phân hoá để tạo ra nhiều dòng tế bào máu khác nhau (bao gồm dòng tuỷ, dòng đại nguyên hồng cầu, dòng hạt, dòng lymphô) (Hình 2.1). Tế bào mầm không có các dấu ấn của tế bào biệt hoá và thay vào
đó là 2 protein màng có tên là CD34 và kháng nguyên-1 của tế bào mầm (Sca-1). Những dấu ấn này dùng để nhận diện và làm giàu tế bào mầm từ các hỗn dịch tuỷ xương để dùng cho ghép tuỷ. Sự tăng sinh và trưởng thành của tế bào máu tiền thân trong tuỷ xương được kích thích bởi các cytokin. Có nhiều cytokin có tên gọi là yếu tố kích thích colony (colony-stimulating factor) vì ban đầu người ta khảo sát chúng qua chức năng kích thích sự phát triển của nhiều colony dòng bạch cầu và dòng hồng cầu trong tuỷ xương. Các cytokin tạo máu được sản xuất bởi tế bào đệm và đại thực bào trong tuỷ xương tạo nên một môi trường tạo máu thuận lợi. Chúng cũng được sản xuất bởi tế bào T được kháng nguyên kích thích hoặc các đại thực bào bị cytokin hay vi sinh vật kích thích tạo nên một cơ chế bổ sung cho các bạch cầu đã bị tiêu hao do phản ứng miễn dịch hoặc viêm. Hình 2.1. Sơ đồ của hoạt động tạo máu Sự phát triển của các dòng tế bào máu được tóm tắt trong “cây tạo máu” này. Ngoài các tế bào mầm và các thế hệ tế bào tiếp theo do chúng sinh ra, tuỷ xương còn chứa nhiều Z tương bào sản xuất kháng thể. Những tương bào này được tạo ra trong mô lymphô ngoại biên (do sự kích thích của kháng nguyên lên tế bào B) và di chuyển vào tuỷ xương, chúng sẽ sống ở đây và sản xuất kháng thể trong nhiều năm. 2.1.2. Tuyến ức
Tuyến ức là nơi trưởng thành của tế bào T. Tuyến ức là một cơ quan có hai thuỳ nằm ở trung thất trước. Mỗi thuỳ được phân chia thành nhiều tiểu thuỳ ngăn cách nhau bởi các vách sợi và mỗi tiểu thuỳ có vùng vỏ bên ngoài và vùng tuỷ bên trong (Hình 2.2). Vùng tuỷ chứa dày đặc tế bào T lymphô và vùng tuỷ thì ít tế bào hơn nhưng cũng chủ yếu là tế bào lymphô. Rải rác trong tuyến ức là các tế bào biểu mô không phải lymphô (đó là những tế bào có nhiều bào tương), đại thực bào có nguồn gốc tuỷ xương và tế bào hình sao. Một số tế bào hình sao trong tuyến ức có mang các dấu ấn như CD8α là dấu ấn đặc trưng của tế bào lymphô nên được gọi là tế bào hình sao dạng lymphô để phân biệt với tế bào hình sao dạng tuỷ đã trình bày ở phần trên. Ở vùng tuỷ có những cấu trúc gọi là tiểu thể Hassall được cấu tạo bởi những vòng xoắn tế bào biểu mô mà có lẽ là vết tích của các tế bào thoái hoá. Tuyến ức được cung cấp mạch máu rất dồi dào và cả những mạch đi dẫn đến hệ thống bạch mạch vùng trung thất. Tuyến ức được hình thành trong quá trình lõm vào của ngoại bì (ectoderm) trong thời kỳ bào thai để tạo nên cổ và ngực. Trong một dòng chuột trụi lông đặc biệt, một đột biến gen đã làm cho chúng mất khả năng biệt hoá các tế bào biểu mô là tế bào cần thiết để hình thành tuyến ức và các nang tạo lông. Kết quả là chuột này không có tế bào T và không có lông. Ở người, những trẻ có hội chứng DiGeorge cũng không có tế bào T do đột biến ở gen cần thiết cho sự hình thành tuyến ức.
Hình 2.2. Hình thái tuyến ức A. Hình ảnh kính hiển vi quang học của một thuỳ tuyến ức cho thấy có vùng tuỷ và vùng vỏ. Tế bào bất thuốc nhuộm xanh gọi là tế bào tuyến ức là lymphô bào T đang trưởng thành . B. Sơ đồ tuyến ức cho thấy thuỳ được chia thành nhiều tiểu thuỳ ngăn cách bởi các bè sợi. Tế bào lymphô trong tuyến ức, còn được gọi là tế bào tuyến ức, là tế bào T ở các giai đoạn phát triển khác nhau. Nói chung, hầu hết tế bào T non đều đi vào vỏ tuyến ức qua hệ thống mạch máu. Sự trưởng thành xảy ra trong vùng vỏ, và khi tế bào tuyến ức trưởng thành chúng sẽ di cư qua vùng tuỷ, do đó vùng tuỷ chứa chủ yếu là tế bào T đã trưởng thành. Chỉ có tế bào T trưởng thành mới đi ra khỏi tuyến ức để vào máu và mô lymphô ngoại biên. 2.1.3. Hạch bạch huyết và hệ thống bạch mạch Hạch bạch huyết là những cơ quan nhỏ dạng nốt của mô lymphô được tìm thấy dọc theo hệ thống bạch mạch ở khắp cơ thể. Một hạch bạch huyết có vùng vỏ bên ngoài và vùng tuỷ bên trong. Mỗi hạch được bao bọc bởi
một nang sợi có nhiều mạch bạch huyết đến xuyên qua để đưa bạch huyết vào vùng dưới vỏ tức vào các xoang nằm sát mặt ngoài của hạch. Bạch mạch thấm qua vùng vỏ để vào vùng tuỷ và rời hạch qua các bạch mạch đi ở vùng rốn hạch. Bên dưới những tiểu mao mạch của lớp vỏ là những đám tế bào tập trung dày đặc được gọi là nang. Một số nang có ở giữa một trung tâm mầm bắt thuốc nhộm nhạt hơn. Những nang không có trung tâm mầm được gọi là nang sơ cấp, còn những nang có trung tâm mầm được gọi là nang thứ cấp. Vùng vỏ xung quanh nang được tổ chức thành những khoảng không gian hình dãi chứa tế bào lymphô, tế bào hình sao và thực bào đơn nhân; những tế bào này được bố trí xung quanh những xoang bạch mạch và máu. Tế bào lymphô và tế bào trình diện kháng nguyên trong những khoảng không gian này thường nằm cạnh nhau nhưng không tạo nên những cầu nối liên bào và điều này cần thiết để tế bào lymphô có thể di chuyển và lưu thông trong máu, hệ bạch mạch hoặc các mô. Bên dưới vùng vỏ là vùng tuỷ được cấu tạo bởi những dãi tuỷ dẫn đến những xoang tuỷ. Những dãi này chứa đại thực bào và tương bào. Máu được dẫn vào hạch qua một động mạch đến đi vào rốn hạch rồi chia nhánh nhỏ dần thành các mao mạch đến vùng vỏ ngoài. Máu đi khỏi hạch qua một tĩnh mạch duy nhất ở vùng rốn. Các loại tế bào lymphô khác nhau được bố trí ở những vùng riêng biệt trong hạch bạch huyết (Hình 2.3). Các nang là vùng của tế bào B. Nang sơ cấp chứa chủ yếu là tế bào B trưởng thành và còn nguyên vẹn. Các trung tâm mầm được tạo ra khi có đáp ứng kháng nguyên. Đó là nơi xảy ra tăng sinh tế bào B, lựa chọn tế bào B để sản xuất kháng nguyên có tính đặc hiệu cao, và sản xuất ra tế bào B nhớ. Các sợi tua bào tương của tế bào hình sao vùng nang đan xen vào nhau để tạo ra một cáúu trúc hình lưới dày đặc trong trung tâm mầm. Tế bào lymphô T được bố trí chủ yếu ở bên dưới và giữa các nang, trong vùng vỏ. Đa số (khoảng 70%) tế bào T là tế bào T giúp đỡ CD4+, trộn lẫn với một số rải rác tế bào CD8+. Tế bào hình sao cũng tập trung ở vùng tế bào T trong hạch bạch huyết. Sự chia tách về mặt giải phẫu của các loại tế bào lymphô trong hạch bạch huyết là quá trình phụ thuộc vào cytokin (Hình 2.3). Tế bào lymphô T và B nguyên vẹn được đưa vào hạch qua động mạch. Những tế bào này rời tuần hoàn và đi vào vùng đệm của hạch qua một loại mạch máu đặc biệt gọi là tiểu tĩnh mạch giàu nội mô nằm ở vùng vỏ. Tế bào T nguyên vẹn có mang một thụ thể dành cho một cytokin hấp dẫn hoá học gọi là chemokin; thụ thể này có tên là CCR7. CCR7 chỉ nhận diện những chemokin được sản xuất trong vùng tế bào T của hạch bạch huyết, và những chemokin này có chức
năng thu hút tế bào T nguyên vẹn vào vùng tế bào T này. Tế bào hình sao cũng mang CCR7, và đó là lý do vì sao chúng di cư vào cùng một nơi với tế bào T nguyên vẹn trong hạch. Tế bào B nguyên vẹn mang thụ thể của một chemokin khác là CXCR5 có chức năng nhận diện một chemokin chỉ được sản xuất trong nang. Vì thế mà tế bào B được thu hút vào nang là vùng của tế bào B trong hạch bạch huyết. Có một chemokin khác có tên là lymphotoxin có khả năng kích thích sự sản xuất chemokin ở các vùng khác nhau trong hạch, nhất là vùng nang. Người ta đã xác định chức năng của các cytokin khác nhau nhờ vào các thí nghiệm trên chuột. Vùng tế bào T Vùng tế bào B
Hình 2.3. Sự chia tách các vùng của tế bào B và T trong hạch A. Sơ đồ về các đường xâm nhập của tế bào T và B vào hạch bạch huyết. B. Trong tiêu bản này ca hạch bạch huyết, tế bào B trong các nang được nhuộm xanh, còn tế bào T ở vùng vỏ cận nang thì nhuộm đỏ (theo phương pháp nhuộm miễn dịch huỳnh quang). Sự phân cách về mặt giải phẫu của tế bào T và B là nhằm đảm bảo cho mỗi tế bào được tiếp xúc trực tiếp với tế bào trình diện kháng nguyên thích hợp (ví dụ tế bào T thì tiếp xúc với tế bào hình sao còn tế bào B thì với tế bào hình sao vùng nang). Hơn nữa, sự phân cách chính xác này giúp cho các quần thể tế bào T và B được giữ riêng rẽ nhau cho đến khi cần tương tác để thực hiện chức năng. Sau khi được kháng nguyên kích thích, tế bào T và B mất sự ngăn cách về mặt giải phẫu và di chuyển về phía nhau. Tế bào T hoạt hoá cuối cùng rồi có thể đi ra khỏi hạch để vào tuần hoàn, trong khi đó tế bào B tiến vào các trung tâm mầm hoặc vùng tuỷ, từ đó chúng sẽ tiết ra kháng thể. Trình diện kháng nguyên và khở i động đáp ứng tế bào T B ắt giữ và v ận chuyển kháng nguyên
Hình 2.4. Hệ thống bạch mạch Hình bên phải là sơ đồ hệ thống bạch mạch và các hạch bạch huyết chủ yếu. Hình bên trái minh hoạ cách kháng nguyên được bắt giữ và chuyển đến hạch bạch huyết để tạo ra đáp ứng miễn dịch. Kháng nguyên được vận chuyển đến hạch chủ yếu qua hệ thống bạch mạch. Hệ bạch mạch đảm trách chức năng thu thập và vận chuyển kháng nguyên từ nơi xâm nhập đến hạch bạch huyết (Hình 2.4). Da, biểu mô và những cơ quan có nhu mô chứa rất nhiều mao mạch bạch huyết là nơi để hấp thụ và vận chuyển dịch gian bào (thoát ra từ bào tương) đi khỏi các nơi này. Dịch gian bào được hấp thụ vào được gọi là bạch huyết, nó sẽ di chuyển dần qua các mao mạch lớn hơn để cuối cùng đổ vào một mạch bạch huyết lớn nhất gọi là ống ngực. Bạch huyết từ ống ngực được đổ vào tĩnh mạch chủ trên để trở lại hệ tuần hoàn. Mỗi ngày có nhiều lít bạch huyết được đổ vào hệ tuần hoàn, do đó tắc hệ bạch mạch sẽ nhanh chóng dẫn đến phù ở các mô. Vi sinh vật thường xâm nhập vào cơ thể qua da, đường tiêu hoá và hô hấp. Tất cả các mô này đều được bao phủ bởi một lớp biểu mô chứa nhiều tế bào hình sao. Tế bào hình sao bắt giữ kháng nguyên vi sinh vật và di chuyển vào bạch mạch. Các hạch bạch huyết được bố trí dọc theo hệ bạch mạch và hoạt động như những cơ quan lọc mẫu vật trong bạch huyết trước khi bạch huyết đổ vào hệ tuần hoàn. Như vậy khi kháng nguyên bị bắt giữ nó sẽ được chuyển đến hạch bạch huyết. Những kháng nguyên không phải là tế bào cũng có thể được vận chuyển trong bạch mạch. Mạch bạch huyết đưa bạch huyết đến hạch được gọi là bạch mạch đến, còn bạch mạch dẫn bạch huyết ra khỏi hạch được gọi là bạch mạch đi. Bởi vì các hạch bạch huyết tạo thành chuỗi dọc theo bạch mạch nên một mạch đi của hạch này có thể là mạch đến của hạch kia. Khi bạch huyết đi vào một hạch bạch huyết qua hệ thống bạch mạch, nó sẽ thấm vào vùng đệm của hạch. Các tế bào hình sao mang kháng nguyên sẽ đi vào vùng tế bào T và ở lại vùng này. Các kháng nguyên hoà tan đến theo bạch mạch có thể được tế bào hình sao hoặc đại thực bào hiện diện trong vùng đệm của hạch thu thập. Kết quả là kháng nguyên được tập trung với đậm độ cao hơn ở hạch đủ để trình diện cho tế bào T đặc hiệu.
2.1.4. Lách Hình 2.5. Hình thái học của lách A. Sơ đồ cấu tạo của lách với các vùng tế bào T và B tạo nên nhu mô trắng. B. Hình ảnh kính hiển vi quang học của tiêu bản lách với động mạch có bè sợi và nang lymphô.
C. Hình ảnh nhuộm hoá miễn dịch của tiêu bản lách. Vùng tế bào T màu đỏ và tế bào B màu xanh. Lách là vị trí chủ yếu của đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên đến từ máu. Lách là một cơ quan nặng 150gam ở người lớn, nằm trong ổ bụng, vùng hạ sườn trái. Lách được tưới máu bởi một động mạch duy nhất là động mạch lách. Khi đi vào lách động mạch chia nhiều nhánh nhỏ dần; các nhành này được bao bọc và nâng đỡ bởi các bè sợi (Hình 2.5). Các tiểu động mạch nhỏ được bao bọc bởi tế bào lymphô, đó là vùng tế bào T của lách. Do vị trí giải phẫu của nó, các nhà hình thái học gọi vùng này tấm lymphô quanh tiểu động mạch. Các nang lymphô (một số có trung tâm mầm) được gắn liền với vùng tế bào T giống như trong hạch. Nang lymphô là vùng tế bào B. Các nang này được bao bọc bởi một vòng tế bào lymphô và đại thực bào gọi là vùng viền. Những mô dày đặc tế bào lymphô này tạo nên mô lách trắng. Các tiểu động mạch cuối cùng đổ vào các xoang mạch nằm rải rác trong lách. Các xoang này chứa chủ yếu là hồng cầu, đại thực bào, tế bào hình sao, một ít tế bào lymphô và tương bào. Các xoang này tạo nên mô tuỷ đỏ của lách. Từ các xoang máu sẽ đổ về tĩnh mạch lách sau đó đi khỏi lách qua hệ thống tuần hoàn cửa. Các loại tế bào lymphô được phân bố tách biệt trong lách giống như trong hạch và cơ chế của sự tách biệt này giống nhau ở cả hai cơ quan (Hình 2.3). Kháng nguyên và tế bào lymphô đi vào lách qua các xoang mạch máu. Khi chemokin được sản xuất thì tế bào T được thu hút đến vùng tế bào T nằm bên cạnh các tiểu động mạch, còn tế bào B thì đi vào các nang. Lách là một cơ quan lọc máu quan trọng. Các đại thực bào trong mô lách đỏ chịu trách nhiệm làm sạch các vi sinh vật và vật lạ khác có trong máu; đồng thời lách là nơi chủ yếu để thực hiện việc thực bào các vi sinh vật đã được gắn kháng thể (tức là đã opsonin hoá). Những cá thể mất lách rất dễ bị nhiễm trùng đối với các vi khuẩn có vỏ bọc như phế cầu, màng não cầu vì những vi khuẩn này thường được loại bỏ nhờ sự opsonin hóa và thực bào và khi mất lách thì chức năng này không thực hiện được. 2.1.5. Hệ thống miễn dịch da Da có chứa một hệ thống miễn dịch được chuyên môn hoá bao gồm tế bào lymphô và tế bào trình diện kháng nguyên. Da là cơ quan rộng nhất trong cơ thể tạo nên hàng rào vật lý quan trọng nhất ngăn cách cơ thể với vi sinh vật và các vật lạ của môi trường bên ngoài. Da còn là một bộ phận tích cực của hệ thống bảo vệ cơ thể có khả năng tạo ra phản ứng viêm và đáp ứng miễn dịch tại chỗ. Nhiều kháng nguyên lạ đã đi vào cơ thể qua đường da, do đó da cũng là nơi khởi động nhiều đáp ứng miễn dịch toàn thân khác.
Quần thể tế bào chính trong lớp biểu mô là tế bào sừng (keratinocyte), tế bào hắc tố (melanocyte), tế bào Langerhans biểu mô và tế bào T trong biểu mô (intraepithelial T cell) (Hình 2.6). Tế bào sừng và tế bào hắc tố hình như không có vai trò quan trọng trong miễn dịch thu được, mặc dù tế bào sừng có thể sản xuất nhiều cytokin đóng góp cho phản ứng miễn dịch bẩm sinh và phản ứng viêm ở da. Tế bào Langerhanx nằm ở phía trên lớp màng căn bản của biểu mô, đây là những tế bào hình sao chưa trưởng thành của hệ thống miễn dịch da. Tế bào Langerhans tạo nên một mạng lưới gần như liên tục cho phép bắt giữ hầu như toàn bộ những kháng nguyên nào xâm nhập vào cơ thể qua da. Khi bị kích thích bởi các cytokin tiền viêm, tế bào Langerhans sẽ co các sợi tua của mình lại, mất tính kết dính với tế bào biểu mô và di chuyển vào lớp bì. Sau đó chúng theo đường bạch mạch trở về nhà của chúng là các hạch bạch huyết, quá trình này được kích thích bởi các chemokin chỉ tác động đặc hiệu lên tế bào Langerhans. Hình 2.6. Các thành phần tế bào của hệ thống miễn dịch da Thành phần chủ yếu của hệ thống miễn dịch da trong sơ đồ này là tế bào sừng, Langerhans, và lymphô trong biểu mô, tất cả đều nằm trong lớp biểu mô; và các tế bào còn lại bao gồm tế bào T và đại thực bào thì nằm trong lớp bì. Tế bào lymphô trong biểu mô chiếm chỉ 2% tế bào lymphô liên quan đến da (số tế bào lymphô còn lại nằm ở lớp bì), và chúng đa số là tế bào T CD8+. Tế bào T trong biểu mô có thể mang một bộ thụ thể kháng nguyên có tính hạn chế cao hơn tế bào lymphô T ở đa số các mô ngoài da. Ở chuột nhắt (và một số loài khác), nhiều tế bào lymphô trong biểu mô là tế bào T mang
một loại thụ thể kháng nguyên tạo bởi chuỗi γ và δ thay vì chuỗi α và β thông thường như ở tế bào T CD4+ và CD8+. Lớp bì có chứa tế bào lymphô T (cả CD4+ và CD8+), chủ yếu ở xung quanh các mạch máu, và rải rác trong lớp bì là đại thực bào. Điều này cũng tương tự như các mô liên kết ở các cơ quan khác. Tế bào T thường mang các dấu ấn kiểu hình đặc trưng cho tế bào nhớ hoặc tế bào hoạt hoá. Người ta cũng chưa rõ đây là những tế bào thường xuyên cư trú trong lớp bì hay chỉ ở lại thoáng qua khi dòng máu và bạch mạch mang chúng đến đây. Nhiều tế bào T lớp bì còn mang một epitop hydrat các-bon có tên là kháng nguyên-1 lymphô bào da, kháng nguyên này có tham gia vào quá trình di chuyển đặc hiệu của tế bào về da. 2.1.6. Hệ thống miễn dịch niêm mạc Trong lớp niêm mạc của hệ tiêu hoá và hô hấp có tụ tập của nhiều tế bào lymphô và và tế bào trình diện kháng nguyên có vai trò khởi động đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên đường tiêu hoá (ăn vào) và hô hấp (hít vào). Cũng giống như da, lớp biểu mô niêm mạc là hàng rào quan trọng ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật. Những hiểu biết của chúng ta về miễn dịch niêm mạc dựa chủ yếu vào những nghiên cứu ở đường tiêu hoá, còn những hiểu biết về miễn dịch niêm mạc hô hấp thì rất ít mặc dù đây cũng là đường xâm nhập rất thường xuyên của vi sinh vật. Tuy nhiên, hình như các khía cạnh của đáp ứng miễn dịch giống nhau ở cả hai mô lymphô niêm mạc này.
Hình 2.7. Hệ thống miễn dịch niêm mạc A. Sơ đồ các thành phần tế bào của hệ thống miễn dịch niêm mạc. B. Hình ảnh kính hiển vi quang học của mô lymphô niêm mạc ở ruột thừa người. Người ta tìm thấy những đám tế bào lymphô giống nhau nằm rải rác dọc theo đường tiêu hoá và đường hô hấp. Trong niêm mạc của đường tiêu hoá, rất nhiều tế bào lymphô tập trung ở ba khu vực: trong lớp biểu mô, phân tán rộng rãi ở các lamina propria, và ở những tấm Peyer (tức là những lamina propria được tổ chức lại) (Hình 2.7). Tế bào tại mỗi khu vực có đặc điểm kiểu hình và chức năng khác nhau. Đa số lymphô trong biểu mô là tế bào T. Ở người, phần lớn những tế bào này là CD8+. Ở chuột nhắt, khoảng 50% tế bào lymphô trong biểu mô mang thụ thể tế bào T (TCR) dạng γδ, tương tự như lymphô bào trong biểu mô ở da. Ở người chỉ 10% tế bào lymphô trong biểu mô là γδ, nhưng tỉ lệ này vẫn
còn cao hơn tỉ lệ tế bào γδ trong các mô khác. Tế bào lymphô trong biểu mô mang TCR αβ và γδ có tính đa dạng về thụ thể kháng nguyên rất thấp. Tất các những phát hiện vừa đề cập đều phù hợp với ý kiến cho rằng lymphô bào trong biểu mô rất hạn chế về tính đặc hiệu, khác với hầu hết với các tế bào T khác. Các lamina propria trong đường tiêu hoá chứa nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm lymphô T, mà đa số là CD4+, có kiểu hình của tế bào hoạt hoá. Người ta nhận thấy rằng đầu tiên tế bào T đi ra khỏi ruột non để nhận diện và đáp ứng với kháng nguyên trong hạch mạc treo rồi quay trở lại ruột non và tập trung ở lamina propria. Điều này cũng giống như nguồn gốc giả định của tế bào T trong lớp bì của da. Lamina propria còn chứa nhiều tế bào B hoạt hoá và tương bào cũng như đại thực bào, tế bào hình sao, tế bào ái toan và dưỡng bào (tế bào mast). Bên cạnh những tế bào lymphô nằm rải rác khắp nơi trong niêm mạc ruột, hệ thống miễn dịch niêm mạc còn chứa những mô lymphô được tổ chức hoá, mà nổi bật nhất là các tấm Peyer của ruột non. Cũng giống như các nang lymphô ở lách và hạch, vùng trung tâm của những nang niêm mạc này là vùng giàu tế bào B. Các tấm Peyer còn chứa một lượng nhỏ tế bào T CD4+, chủ yếu là nằm ở vùng liên nang. Ở chuột nhắt trưởng thành, 50% - 70% lymphô bào của tấm Peyer là tế bào B, và 10% - 30% là tế bào T. Có một số tế bào biểu mô nằm phủ lên tấm Peyer, đó là những tế bào M (màng) được chuyên môn hoá. Tế bào M không có vi mao, bắt giữ vật lạ một cách chủ động và vận chuyển các đại phân tử từ lòng ruột non vào mô dưới biểu mô. Các tế bào M này đóng vai trò quan trọng trong việc đưa kháng nguyên đến cho các tấm Peyer. (Lưu ý rằng tế bào M không có chức năng giống như tế bào trình diện kháng nguyên). Các nang giống như tấm Peyer hiện diện rất nhiều trong ruột thừa, còn trong đường tiêu hoá và hô hấp thì ít thôi. Hạch hạnh nhân ở cổ cũng là các cấu tạo nang lymphô niêm mạc tương tự như tấm Peyer. Đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên đường miệng có một số điểm khác biệt cơ bản với đáp ứng đối với kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể theo các đường khác. Hai điểm khác biệt nổi bật là: mức sản xuất kháng thể IgA rất cao trong mô niêm mạc, và miễn dịch đường miệng đối với kháng nguyên protein có xu hướng tạo ra dung nạp tế bào T hơn là hoạt hoá tế bào T. 2.2. Các con đường và cơ chế tái tuần hoàn và homing của tế bào lymphô
Tế bào lymphô liên tục di chuyển trong máu và bạch mạch, từ mô lymphô ngoại biên (thứ cấp) này đến mô lymphô ngoại biên khác và đến địa điểm viêm ở ngoại biên (Hình 2.8). Sự di chuyển của tế bào lymphô giữa các vị trí này được gọi là sự tái tuần hoàn lymphô bào, và hiện tượng những tiểu quần thể lymphô đặc biệt được chọn lọc đi vào những mô nhất định mà không đi vào các mô khác được gọi là hiện tượng homing (về nhà) của tế bào lymphô. Hiện tượng tái tuần hoàn giúp cho lymphô bào thực hiện những chức năng quan trọng của mình trong đáp ứng miễn dịch thu được. Trước hết, nó giúp cho một tế bào lymphô có thể tìm ra kháng nguyên tương ứng của mình dù kháng nguyên đó ở bất cứ nơi nào trong cơ thể. Thứ hai, nó đảm bảo cho một tiểu quần thể lymphô có thể được đưa đến một vi môi trường thích hợp trong mô để tạo ra đáp ứng miễn dịch chứ không đưa đến một nơi mà chúng không tạo được hiệu quả nào cả. Ví dụ, con đường tái tuần hoàn của tế bào lymphô nguyên vẹn khác với con đường của tế bào hiệu quả và tế bào nhớ, và sự khác biệt này rất quan trọng cho từng giai đoạn khác nhau của đáp ứng miễn dịch. Nói một cách cụ thể, tế bào lymphô nguyên vẹn tái tuần hoàn qua các cơ quan lymphô ngoại biên, tế bào lymphô hiệu quả thì di chuyển đến các mô ngoại biên nơi có nhiễm trùng và viêm. Những điều được nói ở đây liên quan chủ yếu đến tế bào T vì những hiểu biết về tái tuần hoàn tế bào B còn rất hạn chế. Sự tái tuần hoàn và di chuyển của lymphô bào đến những mô nhất định được trung gian bởi các phân tử kết dính hiện diện trên tế bào lymphô, tế bào nội mô và gian chất ngoại bào, cũng như trung gian của các chemokin trong lớp tế bào nội mô và trong các mô. Sự kết dính hoặc không của tế bào lymphô với tế bào nội mô nằm ở các tiểu tĩnh mạch sau mao mạch trong một mô nào đó sẽ quyết định tế bào lymphô có đi vào mô đó hay không. Sự kết dính và tách rời các thành phần gian chất ngoại bào trong một mô sẽ quyết định tế bào lymphô ở lại bao lâu trong vùng ngoại bào đó trước khi vào bạch mạch để vào máu. Các phân tử kết dính trên bề mặt lymphô bào được gọi là thụ thể homing (homing receptor), còn đầu kết nối tương ứng (ligand) của chúng trên tế bào nội mô được gọi là addressin. Thụ thể homing trên tế bào lymphô bao gồm ba họ phân tử: selectin, integrin và siêu họ (superfamily) Ig. Những thụ thể homing này hoàn toàn khác với thụ thể kháng nguyên, và quy trình tái tuần hoàn độc lập với kháng nguyên. Vai trò duy nhất của nhận diện kháng nguyên trong tái tuần hoàn lymphô bào là làm tăng ái lực (affinity) của integrin trên lymphô bào đối với các đầu nối tương ứng của chúng dẫn đến sự duy trì của các tế bào đó tại nơi hiện diện của kháng nguyên.
2.2.1. Tái tuần hoàn lymphô bào nguyên vẹn qua các cơ quan ngoại biên Tế bào T nguyên vẹn có xu hướng homing và tái tuần hoàn qua các cơ quan lymphô ngoại biên để ở đó chúng sẽ nhận dạng và đáp ứng với kháng nguyên. Luồng tế bào lymphô di chuyển qua hạch rất lớn; người ta ước tính mỗi ngày có khoảng 25x109 tế bào đi qua hạch (tức trung bình một lymphô bào đi qua mỗi hạch một lần trong ngày). Kháng nguyên được tập trung trong hạch và lách, ở đó chúng được trình diện bởi tế bào trình diện kháng nguyên hoặc tế bào hình sao trưởng thành để kích thích đáp ứng từ các tế bào T nguyên vẹn. Như vậy việc di chuyển của tế bào lymphô nguyên vẹn ngang qua các hạch lymphô và lách là nhằm tăng cơ hội tối đa cho việc tìm gặp kháng nguyên tương ứng và khởi động đáp ứng miễn dịch thu được.
Hình 2.8. Các con đường tái tuần hoàn của lymphô bào T Tế bào T nguyên vẹn có xu hướng rời mạch máu để vào hạch ở khu vực tiểu tĩnh mạch giàu nội mô. Tế bào hình sao mang kháng nguyên sẽ đi vào hạch qua đường bạch huyết. Nếu tế bào T nhận diện kháng nguyên, chúng được hoạt hoá và trở về máu qua bạch mạch, về ống ngực, tĩnh mạch chủ trên và vào tim để trở lại tuần hoàn động mạch.
Hình 2.9. Tiểu tĩnh mạch giàu nội mô A. Hình ảnh kính hiển vi quang học của tiểu tĩnh mạch giàu nội mô trong hạch bạch huyết. B. Thể hiện của đầu liên kết L-selectin trên tiểu tĩnh mạch giàu nội mô. C. Hình ảnh tế bào lymphô gắn một cách chọn lọc vào tế bào nội mô của tiểu tĩnh mạch giàu nội mô. D. Hình ảnh kính hiển vi điện tử (quét) của tế bào lymphô gắn vào tiểu tĩnh mạch giàu nội mô. Khi đi vào hạch, tế bào lymphô nguyên vẹn sẽ rời hệ tuần hoàn ở một vùng mạch máu có cấu tạo giải phẫu đặc biệt gọi là tiểu tĩnh mạch giàu nội mô (high endothelial venule) (Hình 2.9). Tiểu tĩnh mạch giàu nội mô còn có thể gặp trong mô lymphô niêm mạc (tại tấm Peyer của ruột) nhưng không có trong lách. Tế bào T nguyên vẹn di chuyển từ hệ tuần hoàn vào vùng đệm
của hạch trải qua một chuỗi nhiều bước tương tác giữa tế bào và tế bào nội mô trong tiểu tĩnh mạch giàu nội mô. Chuỗi tương tác này, cũng giống như trong quá trình di chuyển của bạch cầu vào các mô ngoại biên, bao gồm ban đầu là bước tương tác ái lực thấp qua trung gian của selectin, và sau đó là bước tăng cường ái lực integrin của tế bào T do chemokin làm trung gian, và cuối cùng là bước dính chặt tế bào T vào tiểu tĩnh mạch giàu nội mô qua trung gian của integrin. Tế bào lymphô nguyên vẹn mang một thụ thể homing thuộc họ selectin có tên là L-selectin (CD62L). Các tiểu tĩnh mạch giàu nội mô có chứa những glycosaminoglycan sulfat được gọi bằng tên chung là “addressin hạch ngoại biên” (peripheral node addressin, PNAd); đây là những đầu liên kết (ligand) của L-selectin. Các gốc đường liên kết với L-selectin có thể được gắn với nhiều sialomucin khác nhau trên tế bào nội mô của nhiều mô khác nhau. Ví dụ, trên tiểu tĩnh mạch giàu nội mô của hạch bạch huyết, PNAd có thể làm cho bộc lộ nhờ hai sialomucin gọi là GlyCAM-1 (phân tử kết dính tế bào số 1 mang glycan) và CD34. Trong các tấm Peyer của đường tiêu hoá, đầu kết nối L-selectin là một phân tử có tên là MadCAM-1 (phân tử kết dính tế bào số 1 mang addressin niêm mạc). Như vậy, những phân tử khác nhau mang đầu liên kết đường đối với L-selectin có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tụ tập tế bào T nguyên vẹn đến lớp nội mô của những mô khác nhau. Sự liên kết của L-selectin vào đầu liên kết của nó là một tương tác có ái lực yếu và dễ đứt do lực cắt của dòng huyết động. Kết quả là các tế bào T dính vào tiểu tĩnh mạch giàu nội mô với lực dính lỏng lẻo trong một vài giây, rồi lại tách ra, dính vào và lăn trên bề mặt nội mô. Trong lúc đó, các chemokin được sản xuất trong hạch có thể xuất hiện trên bề mặt của tế bào nội mô gắn glycosaminoglycan. Tế bào T lăn trên lớp nội mô có thể gặp các chemokin này và gia tăng lực kết dính, có thể co dãn thành dạng vận động và trườn qua khe hở giữa các tế bào nội mô để vào vùng đệm của hạch. Tế bào lymphô đi khỏi tiểu tĩnh mạch giàu nội mô nhờ vào độ chênh nồng độ chemokin. Như đã đề cập trước đây, tế bào T nguyên vẹn có mang thụ thể CCR7 và di chuyển vào vùng tế bào T là vùng sản xuất ra chemokin có ái tính với CCR7; còn tế bào B mang CXCR5 nên di chuyển vào vùng nang là nơi sản xuất chemokin liên kết với CXCR5. Vai trò quan trọng của L-selectin và chemokin trong hiện tượng homing của tế bào lymphô về các mô lymphô thứ cấp đã được nhiều tác giả chứng minh bằng thực nghiệm. Hiện nay, người ta còn ít biết về bản chất của thụ thể homing hay addressin tham gia vào quá trình tái tuần hoàn tế bào lymphô ngang qua lách, mặc dù đã biết rằng tỉ lệ của lượng lymphô bào qua lách trong 24 giờ bằng một nửa tổng số tế bào lymphô. Phân tử MadCAM-1 trên bề mặt tế bào nội mô nằm ở các xoang mạch xung quanh vùng tế bào T của lách hình như có liên quan đến hiện tượng homing của tế bào T nguyên vẹn. Lách không có các tiểu tĩnh mạch giàu nội mô có thể nhận ra bằng hình thái học, và có lẽ
hiện tượng homing của lymphô bào về lách không có tính chọn lọc như các lymphô bào homing về hạch. Tế bào nguyên vẹn đi vào hạch có thể được hoạt hoá bởi những kháng nguyên được vận chuyển đến hạch. Sau một vài giờ tiếp xúc với kháng nguyên ở ngoại biên, lượng máu đến mạch có thể được huy động tăng lên hơn 20 lần nhằm làm tăng số lượng tế bào lymphô nguyên vẹn đến vị trí có kháng nguyên. Đồng thời, lúc này lượng máu ra khỏi hạch giảm đi. Những thay đổi này là do một phản ứng viêm chống lại vi sinh vật hay chống lại tá chất đi cùng kháng nguyên. Tế bào T nguyên vẹn đi vào vùng tế bào T của hạch sẽ rà soát toàn bộ tế bào hình sao trong vùng này để tìm ra kháng nguyên và nhận diện chúng. Khi đã nhận diện kháng nguyên, tế bào T chịu sự tăng sinh để phát triển clôn, rồi biệt hoá thành tế bào hiệu quả hoặc tế bào nhớ để sau đó bước vào các con đường tái tuần hoàn khác nhau. Nếu tế bào T không nhận diện kháng nguyên chúng sẽ đi ra khỏi hạch theo bạch mạch đi để vào hệ tuần hoàn và rồi homing tại một hạch khác. 2.2.2. Sự di cư của lymphô bào hiệu quả và lymphô bào nhớ đến nơi có viêm Tế bào T hiệu quả và T nhớ đi ra khỏi hạch và có xu hướng muốn di cư đến các mô ngoại biên nơi có nhiễm trùng; tại đó chúng sẽ làm nhiệm vụ loại bỏ vi sinh vật, đó là giai đoạn hiệu quả đáp ứng miễn dịch thu được. Sự biệt hoá của tế bào T nguyên vẹn thành tế bào hiệu quả trong cơ quan lymphô ngoại biên kéo theo sự thay đổi của nhiều phân tử kết dính. Sự thể hiện của L-selectin giảm xuống, nhưng số lượng một số integrin, các đầu liên kết của E- và P-selectin và CD44 thì gia tăng. Sự biệt hoá của tế bào T hiệu quả cũng gây ra mất thụ thể chemokin CCR7. Do đó, tế bào hiệu quả không còn được giữ lại trong hạch nữa, chúng sẽ theo bạch mạch đi để vào hệ tuần hoàn. Tại vị trí nhiễm trùng, phản ứng miễn dịch bẩm sinh sản xuất ra nhiều cytokin. Một số cytokin này tác động lên nội mô mạch máu tại chỗ để kích thích thể hiện các đầu liên kết đối với integrin và E- cũng như P- selectin. Đồng thời chúng cũng kích thích tiết một số chemokin tác động lên tế bào T. Những chemokin này làm tăng ái lực liên kết của integrin trên tế bào T vào các đầu liên kết của nó. Nhờ vậy, tế bào T bám chặt vào tế bào nội mô và chui ra khỏi thành mạch để đến vị trí nhiễm trùng. Bởi vì các integrin và CD44 cũng liên kết với các protein của cơ chất ngoại bào nên tế bào T hiệu quả được lưu giữ lại tại các nơi này. Do đó tế bào hiệu quả có thể thực hiện chức năng loại bỏ nhiễm trùng của chúng. Tế bào T nhớ rất đa dạng về cách thức thể hiện các phân tử kết dính và xu hướng di cư đến những mô khác nhau. Một số tế bào nhớ di chuyển đến mô da và niêm mạc; một số phân tử kết dính đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Ví dụ, một số tế bào nhớ mang integrin (α4β6) là phân tử có thể tương tác với addressin MadCAM của tế bào nội mô niêm mạc và
nhờ thế đã kích thích quá trình homing của tế bào T nhớ về mô lymphô niêm mạc. Tế bào T nhớ trong biểu mô đường tiêu hoá mang một integrin khác (αEβ7) là phân tử có thể kết nối với phân tử E-cadherin trên tế bào biểu mô, và cho phép tế bào T lưu lại như những lymphô bào trong biểu mô. Những tế bào T nhớ khác có xu hướng di cư về da mang một đầu kết nối cacbon hyđrat có tên là CLA-1 (cutaneous lymphocyte antigen-1) có khả năng kết nối với E-selectin. Lại còn những tế bào nhớ khác mang L- selectin và CCR7, và những tế bào này có xu hướng di chuyển đến hạch bạch huyết, ở đó chúng có thể mở rộng clôn nhanh chóng nếu gặp kháng nguyên thích hợp. 2.2.3. Tái tuần hoàn của lymphô bào B Về nguyên tắc, sự di chuyển của tế bào lymphô B đến các mô khác nhau cũng giống như sự di chuyển của tế bào T và được điều hoà bởi cơ chế phân tử tương tự. Tế bào B nguyên vẹn di chuyển đến hạch, cụ thể là đến các nang nhờ vào sử dụng các thụ thể L-selectin và chemokin CXCR5. Khi được hoạt hoá, tế bào B mất đi phân tử bề mặt CXCR5 và đi khỏi nang để vào vùng tế bào T của cơ quan lymphô. Tế bào T hoạt hoá có mang các integrin và dùng chúng để di chuyển đến các mô ngoại biên. Một số tương bào sản xuất kháng thể di chuyển vào tuỷ xương; phân tử nào tham gia vào việc này thì chưa rõ. Các tế bào tiết kháng thể khác ở lại trong cơ quan lymphô và kháng thể do chúng sản xuất sẽ đi vào tuần hoàn để tìm kháng nguyên trong khắp cơ thể.
Chương 3 KHÁNG THỂ Một trong những thông báo thực nghiệm đầu tiên về đáp ứng miễn dịch thu được là sự trình bày về miễn dịch dịch thể chống lại độc tố vi khuẩn. Vào những năm đầu của thập kỷ 1900, bệnh nhân bị nhiễm trùng bạch hầu có thể bị nguy hiểm tính mạng nhưng có thể điều trị được bằng cách tiêm huyết thanh của những ngựa được gây miễn dịch với độc tố bạch hầu. Thể dạng miễn dịch này được gọi là miễn dịch dịch thể và được trung gian bởi một họ glycoprotein có tên là kháng thể. Kháng thể, phân tử MHC (phức hệ hoà hợp mô chủ yếu), và thụ thể kháng nguyên của tế bào T là ba loại phân tử tham gia vào việc nhận diện kháng nguyên trong miễn dịch thu được. Trong ba loại phân tử này thì kháng thể liên kết với nhiều cấu trúc kháng nguyên nhất, có khả năng tốt nhất trong việc phân biệt các kháng nguyên khác nhau, và liên kết với kháng nguyên với lực mạnh nhất. Kháng thể cũng là phân tử được nghiên cứu nhiều nhất trong ba phân tử liên kết kháng nguyên này. 3.1. Phân bố tự nhiên và sản xuất kháng thể Kháng thể được phân bố trong các dịch sinh học ở khắp cơ thể và được tìm thấy trên bề mặt một số tế bào. Lymphô bào B là tế bào duy nhất sinh tổng hợp được phân tử kháng thể. Trong tế bào B, kháng thể hiện diện trong các bộ phận liên kết với mang trong bào tương (như hệ lưới nội bào và hệ Golgi) và trên bề mặt tế bào nơi mà chúng được xem như là một protein màng. Dạng tiết của kháng thể hiện diện trong huyết tương, dịch niêm mạc, và dịch gian bào của các mô. Kháng thể do tế bào B tổng hợp và sản xuất sẽ gắn lên bề mặt của một số tế bào hiệu quả miễn dịch như thực bào đơn nhân, tế bào NK (giết tự nhiên), và dưỡng bào là những tế bào có thụ thể đặc hiệu dành cho phân tử kháng thể. Khi máu hay huyết tương tạo thành cục đông, kháng thể nằm trong khối dịch còn lại gọi là huyết thanh. Huyết thanh có chứa kháng thể chống lại một kháng nguyên nhất định nào đó được gọi là kháng huyết thanh. (Do đó, những nghiên cứu về kháng thể và tương tác của nó với kháng nguyên được gọi một cách kinh điển là huyết thanh học). Nồng độ của kháng thể trong huyết thanh chống lại một kháng nguyên đặc biệt nào đó thường được đo bằng cách tính xem đến độ pha loãng nào thì phản ứng giữa kháng nguyên và kháng thể không còn thấy được nữa. Độ pha loãng đó được gọi là hiệu giá kháng thể.
Một người lớn khoẻ mạnh nặng 70 kg sản xuất khoảng 3 g kháng thể mỗi ngày. Khoảng 2/3 trong số này là kháng thể có tên là IgA được sản xuất bởi tế bào B trong thành ruột và đường hô hấp và sau đó chuyển vào lớp dịch niêm mạc của những nơi này. Một lượng lớn IgA đã được sản xuất chứng tỏ các cơ quan này có bề mặt niêm mạc rất lớn. Sau khi tiếp xúc với một kháng nguyên nào đó, đáp ứng tạo kháng thể ban đầu đa số xảy ra ở các mô lymphô, chủ yếu là lách, hạch bạch huyết và mô lymphô niêm mạc; nhưng những tế bào tạo ra kháng thể lâu dài thì có thể nằm ở các mô khác, nhất là ở tủy xương. Những kháng thể đã đi vào tuần hoàn thì có thời gian nửa đời sống rất ngắn. Loại kháng thể có nhiều nhất trong huyết thanh là IgG chỉ có thời gian nửa đời sống là 3 tuần. 3.2. Cấu trúc phân tử của kháng thể Các nghiên cứu trước đây về kháng thể chủ yếu là lấy kháng thể từ máu các cá thể được gây miễn dịch rồi sau đó tinh chế để khảo sát. Nhưng cách này thì không thể dùng để xác định cấu trúc của kháng thể một cách chính xác, bởi vì huyết thanh chứa quá nhiều loại kháng thể được sản xuất bởi nhiều clôn tế bào B đáp ứng với nhiều quyết định kháng nguyên (epitốp) khác nhau (và được gọi là kháng thể đa clôn). Có hai phát hiện đột phá đã tạo điều kiện để có thể kháo sát cấu trúc kháng thể một cách chính xác. Phát hiện thứ nhất là bệnh nhân đa u tủy có một khối u tương bào tiết ra kháng thể đơn clôn với lượng đủ lớn trong máu và nước tiểu để có thể xác định tính chất hóa sinh của chúng. Phát hiện thứ hai, quan trọng hơn, là kỹ thuật tạo ra kháng thể đơn clôn được Georges Kohler và Cesar Milstein mô tả năm 1975. Họ đã tìm được cách làm cho tế bào sản xuất kháng thể bất tử bằng kỹ thuật tạo “u lai” (hybridoma); những u lai này cho phép sản xuất kháng thể chống lại chỉ một tính đặc hiệu kháng nguyên đã định trước. Việc tạo ra được quần thể tế bào sản xuất kháng thể thuần nhất này đã giúp cho các nhà nghiên cứu xác định được trình tự acid amin của từng phân tử kháng thể. 3.2.1. Đặc điểm chung của cấu trúc kháng thể Các glycoprotein huyết tương hoặc huyết thanh trước đây thường được phân chia theo tính chất hòa tan của chúng thành albumin và globulin và phân chia sâu hơn dựa theo tính điện di của chúng. Hầu hết kháng thể được tìm thấy trong thành phần điện di nhanh thứ ba của globulin và được gọi là gamma globulin (gamma là chữ cái thứ ba trong mẫu tự Hy Lạp). Một tên thường gọi nữa của kháng thể là immunoglobulin (globulin miễn dịch), viết
tắt là Ig. Trong quyển sách này hai thuật ngữ immunoglobulin và kháng thể thường được dùng với cùng một ý nghĩa. Tất cả mọi phân tử kháng thể đều có chung một cấu trúc cơ bản giống nhau, và sự khác biệt chỉ thấy ở vị trí kết hợp kháng nguyên. Sự khác biệt của vùng kết hợp kháng nguyên giúp cho kháng thể liên kết dễ dàng với kháng nguyên về mặt cấu trúc. Trong mỗi cá thể có khoảng từ 107 đến 109 phân tử kháng thể khác nhau mang những vùng kết hợp kháng nguyên khác nhau. Các chức năng hiệu quả và tính chất hóa lý của kháng thể thường do phần không liên quan đến kháng nguyên đảm trách và những phần này thường không khác nhau mấy giữa các kháng thể. Mỗi phân tử kháng thể có một cấu trúc lõi đối xứng được cấu tạo bởi hai chuỗi nặng và hai chuỗi nhẹ giống hệt nhau (Hình 3.1). Mỗi chuỗi nhẹ có trọng lượng phân tử khoảng 24 kD, và mỗi chuỗi nặng khoảng 55-70 kD. Một chuỗi nhẹ âæåüc liên kết đồng hóa trị với một chuỗi nặng bằng một cầu disulphua và các chuỗi nặng cũng nối với nhau bằng những cầu disulphua. Cả chuỗi nhẹ và nặng đều chứa những chuỗi đơn vị đồng nhất và lặp đi lặp lại. Mỗi đơn vị có độ dài 110 acid amin cuộn lại một cách độc lập thành những búi gọi là lĩnh vực Ig (Ig domain). Một lĩnh vực Ig chứa hai tấm gấp β, mỗi lớp có 3-5 chuỗi polypeptid. Có nhiều protein quan trọng khác trong hệ thống miễn dịch cũng chứa những lĩnh vực có cấu tạo mô-típ tấm gấp tương tự như vậy và có các chuỗi acid amin giống như Ig. Tất cả những phân tử chứa cấu tạo theo mô-típ này được đặt chung một tên là siêu họ Ig (Ig superfamily), và tất cả những gen mã hóa cho các lĩnh vực Ig của những phân tử này được cho là đều tiến hóa từ một gen tổ tiên.
Hình 3.1. Cấu trúc của một phân tử kháng thể A. Sơ đồ cấu trúc của một phân tử IgG. Diện kết hợp kháng nguyên được tạo bởi lĩnh vực thay đổi của chuỗi nhẹ (VL) và chuỗi nặng (VH) nằm cạnh nhau. Các vùng C của chuỗi nặng tận cùng tại phần đuôi. B. Sơ đồ cấu trúc của phân tử IgM gắn trên màng tế bào lymphô B. IgM có nhiều hơn IgG một lĩnh vực vùng C chuỗi nặng (CH) và tận cùng bằng một đoạn C cắm xuyên qua màng tế bào. C. Cấu trúc của IgG người được vẽ nhờ phép chụp tinh thể bằng tia X. Trong sơ đồ này chuỗi nặng được vẽ bằng màu xanh nước biển và đỏ, còn chuỗi nhẹ có màu lục. Cả chuỗi nặng và nhẹ đều mang một đầu tận cùng amin luôn thay đổi (gọi là vùng biến đổi hay vùng V) tham gia vào việc nhận diện kháng nguyên và một đầu tận cùng cacboxyl hằng định (gọi là vùng hằng định hay vùng C); vùng hằng định của chuỗi nặng làm trung gian cho các chức năng hiệu quả. Trên chuỗi nặng, vùng V chỉ có 1 lĩnh vực Ig, nhưng vùng C thì có 3-4 lĩnh vực Ig. Mỗi chuỗi nhẹ chỉ cấu tạo bởi 1 lĩnh vực Ig vùng V và 1 lĩnh vực Ig vùng C. Vùng biến đổi của mỗi phân tử kháng thể giúp phân biệt kháng thể được sản xuất bởi một clôn tế bào B này với kháng thể được sản xuất bởi một clôn tế bào B khác. Vùng biến đổi của chuỗi nặng (được gọi là VH) nằm sát bên cạnh vùng V của chuỗi nhẹ (được gọi là VL) để tạo nên diện kết hợp kháng nguyên (Hình 3.1). Bởi vì đơn vị cấu tạo cơ bản của mỗi phân tử kháng thể chứa 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ nên nó có 2 diện kết hợp kháng nguyên. Các lĩnh vực của vùng C tách biệt với diện kết hợp kháng nguyên và không tham gia vào quá trình nhận diện kháng nguyên. Các vùng C của chuỗi nặng có khả năng tương tác với các phân tử và tế bào hiệu quả
khác của hệ miễn dịch nên do đó đảm trách hầu hết các chức năng sinh học của kháng thể. Ngoaìi ra, đầu tận cùng cacboxyl của các chuỗi nặng có tác dụng gắn các phân tử kháng thể màng vào màng tế bào B. Vùng C của chuỗi nhẹ không tham gia vào các chức năng hiệu quả và cũng không dính vào màng tế bào. 3.2.2. Đặc điểm cấu trúc của vùng biến đổi và mối liên quan với sự liên kết kháng nguyên Mỗi một kháng thể thường mang 3 đoạn ngắn acid amin ở vùng V (của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ) rất riêng cho kháng thể đó và được gọi là vùng siêu biến. Những vùng siêu biến này có độ dài khoảng 10 acid amin và được giữ yên tại vị trí của nó chuỗi peptid tạo nên lĩnh vực của vùng V. Trong mỗi phân tử kháng thể, 3 vùng siêu biến của vùng VL và 3 vùng siêu biến của vùng VH được kéo lại với nhau để tạo nên một cấu trúc không gian ba chiều, đó là diện kết hợp kháng nguyên. Bởi vì cấu tạo này được tạo ra sao cho khớp với cấu trúc không gian ba chiều của phân tử kháng nguyên tương ứng nên những vùng siêu biến này còn được gọi là vùng xác định tính bổ khuyết (complementarity-determined regions, CDR). Trên mỗi chuỗi acid amin của VL hoặc VH, các vùng này được đặt tên là CDR1, CDR2 và CDR3. Vùng CDR3 của cả VL và HL là vùng có độ biến đổi cao nhất trong số 3 vùng vừa kể. Có những cơ chế di truyền tạo ra tính đa dạng cao hơn ở CDR3 so với CDR1 và CDR2. Nghiên cứu hình ảnh tinh thể của kháng thể cho thấy các CDR tạo ra những cung hóa học đưa ra bề ngoài kháng thể để sẵn sàng tương tác với kháng nguyên. Sự khác biệt về trình tự acid amin trong các CDR của các phân tử kháng thể khác nhau tạo ra cấu trúc hóa học riêng biệt cho chúng và được thể hiện ra bề mặt của kháng thể để tạo nên tính đặc hiệu đối với kháng nguyên. 3.2.3. Đặc điểm cấu trúc của vùng hằng định và mối liên quan với chức năng hiệu quả Các phân tử kháng thể có thể được chia thành nhiều lớp khác nhau dựa trên sự khác biệt về cấu trúc vùng C của chuỗi nặng. Các lớp kháng thể còn được gọi là isotyp và gồm có 5 lớp được đặt tên là: IgA, IgD, IgE, IgG, và IgM. Ở người, các isotyp IgA và IgG có thể được chia thành các tiểu lớp và đặt tên là: IgA1, IgA2, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4. (ở chuột nhắt, loài động vật thường được dùng trong nghiên cứu miễn dịch học, thì lớp IgG được chia thành các tiểu lớp IgG1, IgG2a, IgG2b, và IgG3.) Vùng C của chuỗi nặng của tất cả các phân tử kháng thể trong một lớp hoặc tiểu lớp đều có chung một trình tự acid amin. Trình tự này khác với trình tự của lớp khác hay tiểu lớp khác. Các chuỗi nặng được đặt tên theo chữ cái Hy Lạp tương ứng với isotyp kháng thể: IgA1 chứa chuỗi nặng α1; IgA2 chứa α2; IgD chứa δ; IgE chứa ε; IgG1 chứa γ1; IgG2 chứa γ2; IgG3 chứa γ3; IgG4 chứa γ4 và IgM
chứa μ. Trong kháng thể của IgM và IgE người, vùng C chứa 4 lĩnh vực Ig nối tiếp nhau. Vùng C của IgG, IgA, và IgD chỉ chứa 3 lĩnh vực Ig. Những lĩnh vực này được ký hiệu là CH và được đánh số từ đầu tận cùng amin đến đầu tận cùng cacboxyl (ví dụ CH1, CH2, .v.v.). Trong mỗi isotyp, các vùng này được ký hiệu cụ thể hơn (ví dụ Cγ1, Cγ2 trong IgG). Kháng thể có thể có tác dụng như một kháng nguyên khi nó được đưa vào một cơ thể lạ và kích thích cơ thể đó tạo kháng - kháng thể. Bằng cách gây miễn dịch một con vật bằng kháng thể lấy từ một con vật khác loài, chúng ta có thể sản xuất ra các kháng - kháng thể đặc hiệu cho một lớp hoặc tiểu lớp Ig, và kháng thể kiểu này thường được dùng thường xuyên trong các nghiên cứu lâm sàng hoặc thực nghiệm về đáp ứng miễn dịch dịch thể. Những lớp và tiểu lớp kháng thể khác nhau sẽ tạo nên những chức năng hiệu quả khác nhau. Nguyên nhân là vì hầu hết các chức năng hiệu quả đều qua trung gian của sự kết hợp vùng C chuỗi nặng vào thụ thể của nó lên các loại tế bào như đại thực bào, tế bào NK, tế bào mast, hoặc kết hợp với các loại protein huyết tương khác nhau như protein bổ thể. Các lớp và tiểu lớp kháng thể khác nhau ở vùng C nên cũng khác nhau về chức năng hiệu quả. Chuỗi nhẹ của kháng thể có hai lớp và được gọi là κ và λ phân biệt nhờ vùng hằng định tận cùng bằng cacboxyl. Một phân tử kháng thể có thể có hoặc là 2 chuỗi nhẹ κ hoặc là 2 chuỗi nhẹ λ, và không bao giờ có mỗi loại một chuỗi. Trình tự acid amin của vùng C chuỗi nhẹ κ (Cκ) khác với trình tự đó của vùng C chuỗi nhẹ λ (Cλ), nhưng trình tự Cκ của tất cả các phân tử kháng thể đều giống hệt nhau, và trình tự Cλ cũng vậy. Mặc dù có khác nhau về trình tự acid amin nhưng Cκ và Cλ hoàn toàn đồng nhất về mặt cấu trúc, và đều gập vào trong cùng một lĩnh vực Ig. Ở người, khoảng 60% phân tử kháng thể có chuỗi nhẹ κ và 40% có chuỗi λ. Người ta tìm thấy tỉ lệ này thay đổi rất rõ trên bệnh nhân u tế bào B đơn clôn bởi vì các clôn tế bào ung thư đã sản xuất những phân tử kháng thể với cùng một lớp chuỗi nhẹ mà thôi. Và người ta đã dùng tỉ lệ tế bào mang κ và tế bào mang λ để chẩn đoán u lymphô tế bào B. Ở chuột, lượng kháng thể chứa κ nhiều gấp 10 lần lượng kháng thể chứa λ. Khác với lớp chuỗi nặng, các lớp chuỗi nhẹ không tạo ra điều gì khác nhau về chức năng của kháng thể. Kháng thể có thể xuất hiện dưới dạng chất tiết (dạng tiết) hoặc nằm trên màng tế bào (dạng màng). Dạng kháng thể này khác với kháng thể huyết thanh về trình tự acid amin ở đầu tận cùng cacboxyl của vùng C chuỗi nặng. Dạng tiết gặp ở trong máu và các dịch ngoại bào. Đối với dạng này, trình tự acid amin của vùng CH được tận cùng bằng các acid amin ưa nước và tích điện. Đây là cấu trúc đặc trưng cho các protein gắn trên màng tế bào. Các kháng thể IgG và IgE được tiết ra dưới dạng đơn phân tử tức ở dạng đơn vị kháng thể cơ bản (bao gồm 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ). Ngược lại, các kháng thể IgM và IgA thì thường tạo nên những phức hợp đa
phân tử tức bao gồm từ 4 chuỗi nặng và 4 chuỗi nhẹ trở lên. Các kháng thể đa phân tử IgM và IgA còn chứa một polypeptid phụ với trọng lượng phân tử 15 kD gọi là chuỗi J (liên kết), gắn với các phân tử kháng thể bởi các cầu nối disulphua và có chức năng làm bền vững các phức hợp đa phân tử này. 3.2.4. Sự tổng hợp và biểu hiện của phân tử Ig Các chuỗi nặng và nhẹ của Ig được tổng hợp trong các ribosom nằm trên bề mặt của hệ lưới nội bào. Sự kết hợp đồng hóa trị của các chuỗi nặng và các chuỗi nhẹ được thực hiện nhờ các cầu nối disulphua và cũng xảy ra trong hệ lưới nội bào. Sau khi được hình thành phân tử Ig được chuyển đến thể Golgi từ đó chuyển ra màng tế bào trong các nang nhỏ và sau đó được tiết ra khỏi tế bào qua một quá trình gọi là thoát bào (exocytosis). Các protein khác cần gắn vào Ig như các chuỗi J cũng đồng thời được thực hiện trước khi bài tiết ra khỏi tế bào. Trong những tế bào sản xuất kháng thể lớp IgA và IgM thì sự sao chép của gen chuỗi nặng và gen chuỗi nhẹ được thực hiện đồng thời với sự sao chép gen chuỗi J. Sự trưởng thành của các tế bào B trong tủy xương thường đi kèm với sự thay đổi biểu hiện gen Ig để dẫn đến sản xuất các phân tử Ig dưới các dạng khác nhau (Hình 3.2). Các tế bào sớm nhất của dòng lymphô B được gọi là tế bào tiền B sản xuất ra các dạng màng của chuỗi nặng μ, nhưng đa số các protein ở lại trong bào tương. Hầu hết các chuỗi nặng μ nội bào trong tế bào tiền B đều tự phân hủy ngay trong tế bào. Chỉ một lượng nhỏ các phân tử này được biểu hiện ở màng tế bào và kết hợp với những protein có tên là chuỗi nhẹ thay thế để tạo nên thụ thể của tế bào tiền B. Các tế bào B træåíng thành hoặc chưa trưởng thành đều sản xuất các chuỗi nhẹ κ hoặc λ để liên kết với chuỗi nặng μ tạo nên phân tử IgM. Sự tổ hợp này bảo vệ cho chuỗi nặng khỏi bị phân hủy trong nội bào và cho phép IgM biểu hiện trên bề mặt tế bào. Tế bào B trưởng thành có biểu hiện của IgM và IgD trên bề mặt. Các thụ thể Ig màng này có chức năng nhận diện kháng nguyên và khởi động quá trình hoạt hóa tế bào B. Thụ thể kháng nguyên của tế bào B liên kết không đồng hóa trị với hai protein màng khác là Igα và Igβ để tạo nên các phức hợp phân tử và điều này rất cần đối với việc thể hiện IgM và IgD bề mặt. Khi tế bào B được kháng nguyên hoặc các kích thích khác hoạt hóa, chúng biệt hóa thành các tế bào sản xuất kháng thể. Quá trình này thường phối hợp với sự biến đổi các thể dạng sản xuất Ig. Một trong những biến đổi đó là sự chuyển từ Ig màng sang Ig tiết. Một biến đổi thứ hai là xuất hiện các biểu hiện khác của isotyp chuỗi nặng ngoài IgM và IgD. Quá trình này gọi là chuyển mạch isotyp chuỗi nặng.
Hình 3.2. Sự bộc lộ Ig trong quá trình trưởng thành tế bào B Các giai đoạn trưởng thành tế bào B thường đi kèm với các biến đổi trong sản xuất chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của Ig. 3.3. Sự kết hợp kháng nguyên – kháng thể 3.3.1. Các đặc điểm liên quan đến quá trình nhận diện kháng nguyên Phân tử kháng thể có nhiều đặc điểm cấu trúc rất quan trọng đối với quá trình nhận diện kháng nguyên cũng như thực hiện chức năng hiệu quả. Các đặc điểm này nằm chủ yếu ở vùng V của phân tử kháng thể. 3.3.1.1. Tính đặc hiệu (specificity) Kháng thể bao giờ cũng kết hợp rất đặc hiệu cho kháng nguyên tương ứng của mình. Chỉ cần một khác biệt nhỏ về cấu trúc hóa học là có thể làm cho sự kết hợp kháng nguyên-kháng thể bị trở ngại. Tính đặc hiệu tinh tế của phân tử kháng thể hiện diện trên tất cả các lớp phân tử. Ví dụ, kháng thể có thể phân biệt hai quyết định kháng nguyên khác nhau chỉ ở một vị trí acid amin được thể hiện rất ít trên cấu trúc cấp hai. Bởi vì cấu tạo sinh hóa của tất cả sinh vật sống đều cơ bản là tương tự nhau, nên tính đặc hiệu cao này rất cần để kháng thể tạo được đáp ứng với một kháng nguyên của một vi khuẩn mà không tạo đáp ứng với phân tử có cấu trúc tương tự của cơ thể mình hay của vi khuẩn khác. Tuy vậy, cũng có trường hợp một số kháng thể được sản xuất để chống lại một kháng nguyên lại có thể liên kết với một kháng nguyên khác có cấu trúc liên quan. Điều này được gọi là phản ứng chéo. Kháng thể được tạo ra để chống vi khuẩn đôi khi lại cho phản ứng chéo với tự kháng nguyên của cơ thể mình và có thể gây ra một số bệnh lý miễn dịch. 3.3.1.2. Tính đa dạng (diversity) Như đã trình bày ở phần trước, một cá thể có khả năng tạo ra một số lượng lớn (đến 109) kháng thể có tính đặc hiệu khác nhau. Sự hiện diện của lượng lớn kháng thể với tính đặc hiệu khác nhau này được gọi là tính đa
dạng của kháng thể và toàn bộ sưu tập kháng thể với tính đặc hiệu khác nhau này được gọi là “hồ chứa” (repertoire) kháng thể. Cơ chế di truyền của tính đa dạng này nằm ở tế bào lymphô. Chúng được thực hiện trên cơ sở sự tái tổ hợp ngẫu nhiên của một số bộ trình tự DNA di truyền vào các gen chức năng mã hóa cho vùng V của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. Một cơ sở khác của tính đa dạng là sự thêm ngẫu nhiên các trình tự nucleotide không theo khuôn mẫu vào các gen đoạn V. Hàng triệu dạng cấu trúc khác nhau tập trung chủ yếu vào vùng siêu biến của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ để tạo nên tính đặc hiệu đối với kháng nguyên. 3.3.1.3. Ái lực (affinitive) và ái tính (avidity) Khả năng trung hòa độc tố và vi sinh vật của kháng thể luôn phụ thuộc vào sự gắn kết chặt chẽ của chúng vào kháng thể. Sự gắn kết này có được là do ái lực và ái tính cao của sự tương tác. Cơ chế tạo ra ái lực cao của kháng thể là do những biến đổi tinh vi tại vùng V của phân tử kháng thể trong giai đoạn đáp ứng dịch thể. Những biến đổi này được tạo ra do quá trình đột biến thân của tế bào lymphô B sau khi được kháng nguyên kích thích. Kết quả là hình thành những cấu trúc mới của lĩnh vực V, trong số đó có những cấu trúc gắn kết có ái lực cao hơn nhiều so với cấu trúc ban đầu của các lĩnh vực V (Hình 3.3). Những tế bào B sản xuất kháng thể có ái lực cao rất dễ được kháng nguyên kích thích và trở nên tế bào B chủ đạo đối với những lần tiếp xúc kháng nguyên về sau. Quá trình này được gọi là “sự trưởng thành về ái lực” có khả năng làm tăng dần ái lực trung bình của kháng thể đối với kháng nguyên trong việc tạo ra đáp ứng dịch thể. Ví dụ, nếu một kháng thể trong đáp ứng miễn dịch tiên phát đối với một kháng nguyên có hệ số ái lực liên -7 -9 kết Kd là 10 đến 10 M thì trong đáp ứng thứ phát đối với kháng nguyên đó -11 ái lực sẽ gia tăng và hệ số Kd bây giờ sẽ là 11 M hay thậm chí nhỏ hơn. 3.3.2. Các đặc điểm liên quan đến chức năng hiệu quả Các chức năng hiệu quả của kháng thể thường liên quan đến đoạn Fc của phân tử kháng thể, do đó những isotyp khác nhau ở đoạn Fc sẽ tạo ra chức năng hiệu quả khác nhau. Ví dụ, phân tử IgG thường gắn với tế bào vi khuẩn để chuyển vi khuẩn đến cho tế bào trung tính hoặc đại thực bào tiêu diệt. Điều này thực hiện được là nhờ phân tử IgG có gắn kháng nguyên nhờ có đoạn Fc mà có thể liên kết với chuỗi nặng γ của mình với phân tử thụ thể đặc hiệu cho đoạn Fc nằm trên bề mặt của tế bào trung tính và đại thực bào. Ngược lại, phân tử IgE gắn vào cơ thể giun tròn để chuyển chúng đến cho tế bào ái toan tiêu diệt vì trên tế bào này có nhiều thụ thể đặc hiệu dành cho IgE. Một cơ chế hiệu quả khác phụ thuộc Fc trong miễn dịch dịch thể là sự
hoạt hóa hệ thống bổ thể theo con đường cổ điển. Hệ thống bổ thể tạo ra các hóa chất trung gian của phản ứng viêm và thúc đẩy quá trình thực bào cũng như ly giải tế bào đích. Quá trình này được bắt đầu với sự liên kết của một protein bổ thể có tên là C1q vào đoạn Fc của phân tử kháng thể IgG hoặc IgM trong phức hợp kháng nguyên – kháng thể. FcR và vị trí kết hợp bổ thể của kháng thể đều nằm ở khu vực C của chuỗi nặng của tất cả các isotyp. Tất cả các hiệu quả chức năng của kháng thể đều chỉ được thực hiện khi kháng thể đã liên kết với kháng nguyên chứ không phải ở dạng Ig tự do. Nguyên nhân là cần phải có ít nhất 2 đoạn Fc nằm kế cận nhau để có thể tác động vào các hệ thống hiệu quả như các protein bổ thể và FcR của âaûi thực bào. Yêu cầu phải có những phân tử liền kề này đảm bảo cho chức năng hiệu quả được thực hiện một cách đặc hiệu đến đúng kháng nguyên đích và loại bỏ chúng và cũng là nhằm làm cho các kháng thể lưu động tự do trong máu không tác động thừa vào hệ thống hiệu quả. Hình 3.3. Các thay đổi của cấu trúc kháng thể trong quá trình đáp ứng miễn dịch dịch thể
Trong quá trình trưởng thành ái lực, đột biến có thể xảy ra ở vùng V dẫn đến thay đổi tính đặc hiệu trong khi chức năng hiệu quả phụ thuộc vùng C không thay đổi gì. Tế bào B hoạt hóa có thể chuyển các phân tử Ig màng sang Ig tiết. Ig tiết có thể có đột biến gen hoặc không. Trong quá trình chuyển mạch isotyp, có biến đổi ở vùng C trong khi vùng V không có gì thay đổi. Việc chuyển mạch isotyp có thể gặp ở cả Ig màng lẫn Ig tiết. Sự thay đổi của isotyp kháng thể trong quá trình đáp ứng dịch thể sẽ ảnh hưởng việc đáp ứng miễn dịch hoạt động loại bỏ kháng nguyên nơi nào và ở đâu. Sau khi được kháng nguyên kích thích, một clôn tế bào B sẽ sản xuất kháng thể với các isotyp khác nhau nhưng có cùng lĩnh vực V tức laì đặc hiệu cùng 1 kháng nguyên. Các tế bào B chưa tiếp xúc kháng nguyên sẽ đồng thời sản xuất IgM và IgD có tác dụng như là thụ thể bề mặt đối với kháng nguyên. Khi tế bào B tiếp xúc với một vi khuẩn chẳng hạn thì trong tế bào sẽ xảy ra một quá trình gọi là “chuyển mạch isotyp” (isotype switching) trong đó typ của vùng CH do tế bào B sản xuất bị chuyển đổi nhưng còn vùng V và tính đặc hiệu thì không thay đổi (Hình 3.3). Vì quá trình chuyển mạch isotyp mà các tế bào tiền thân của tế bào B sản xuất IgD và IgM sản xuất được các isotyp khác có khả năng tiêu diệt kháng nguyên tốt hơn. Ví dụ, kháng thể chống vi khuẩn và virus chủ yếu là typ IgG là typ có xu hướng thúc đẩy quá trình thực bào vi khuẩn, còn typ chuyên đối phó với giun tròn thì chủ yếu là IgE là typ có khả năng phá hủy ký sinh trùng này. Vùng C trên chuỗi nặng của kháng thể cũng quyết định vị trí phân bố của phân tử kháng thể ở các mô. IgA thường là isotyp duy nhất có thể được bài tiết qua lớp thượng bì của niêm mạc và do đó IgA là lớp kháng thể chủ yếu của các dịch tiết kể cả sữa. Trẻ sơ sinh được bảo vệ khỏi các bệnh nhiễm trùng nhờ kháng thể IgG được truyền từ mẹ sang trong quá trình mang thai và trong giai đoạn sớm của thời kỳ bú mẹ. Sự truyền này được thực hiện qua trung gian của một thụ thể Fc đặc biệt có trong bánh nhau (giúp kháng thể đi vào tuần hoàn phôi) và trong đường tiêu hóa của trẻ sơ sinh (giúp hấp thụ kháng thể từ sữa mẹ).
Chương 4 KHÁNG NGUYÊN 4.1. Các tính chất của kháng nguyên Đáp ứng tạo kháng nguyên như ta đã biết sẽ xảy ra khi có một “vật lạ” đột nhập vào cơ thể và tiếp xúc với hệ thống miễn dịch. Vật lạ đó được gọi là chất gây kháng thể (antibody generator) hay kháng nguyên (antigen). Tuy nhiên, không phải vật lạ nào vào cơ thể cũng có tính chất kháng nguyên. Kháng nguyên có hai tính chất sau: (1) kích thích được cơ thể tạo ra đáp ứng miễn dịch, tính chất này gọi là tính sinh miễn dịch, và (2) có khả năng kết hợp đặc hiệu với kháng thể tương ứng, tính chất này là tính đặc hiệu. 4.1.1. Tính sinh miễn dịch Tính sinh miễn dịch của một kháng nguyên phụ thuộc vào các yếu tố sau: (1) Tính lạ của kháng nguyên: Kháng nguyên càng lạ bao nhiêu thì khả năng kích thích tạo kháng thể càng mạnh bấy nhiêu. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, trong một số trường hợp bệnh lý thì thành phần của chính bản thân cơ thể cũng có thể gây ra đáp ứng kháng thể chống lại nó, ta gọi những thành phần này là tự kháng nguyên. (2) Cấu trúc hóa học của kháng nguyên: Các kháng nguyên thuộc loại protein và polysaccharid có tính sinh miễn dịch cao. Kháng nguyên càng phức tạp về cấu trúc hóa học bao nhiêu thì tính sinh miễn dịch càng mạnh bấy nhiêu. Trên cấu trúc đó có những cấu tạo chịu trách nhiệm chính trong việc kích thích tạo kháng thể, đó là các quyết định kháng nguyên hay epitop. (3) Cách gây miễn dịch và liều kháng nguyên: Hầu hết các kháng nguyên hữu hình (vi khuẩn, hồng cầu, các polymer lớn, ) khi đưa vào cơ thể bằng đường tĩnh mạch đều dễ dàng gây đáp ứng tạo kháng thể. Trong khi đó, có một số phân tử cần phải kèm thêm một chất hỗ trợ khác mới gây được đáp ứng tốt, ta gọi chất hỗ trợ đó là tá chất adjuvant. Loại tá chất thường dùng là tá chất Freund, đó là một hỗn dịch vi khuẩn lao chết trộn trong nước và dầu. (4) Sự di truyền khả năng đáp ứng của cơ thể: cùng một kháng nguyên nhưng các cơ thể khác nhau thì tạo ra các đáp ứng miễn dịch ở mức độ khác nhau. Vì thế mà Landsteiner đã phân biệt hai khái niệm: Tính kháng nguyên
và tính miễn dịch, trong đó: Tính sinh miễn dịch = tính kháng nguyên + khả năng đáp ứng của cơ thể. 4.1.2. Tính đặc hiệu Tính đặc hiệu của mỗi đáp ứng miễn dịch có được là do mỗi kháng nguyên có một cấu trúc riêng. Tính đặc hiệu của kháng nguyên không phải do toàn bộ phân tử kháng nguyên quyết định, mà do một hoặc nhiều đoạn nhỏ nằm trên phân tử kháng nguyên quyết định. Nhưng đoạn nhỏ này các là quyết định kháng nguyên hay epitop. Epitop có hai chức năng, một là kích thích cơ thể tạo ra đáp ứng miễn dịch đặc hiệu với kháng nguyên đó, và hai là làm vị trí để kháng thể hoặc tế bào lympho mẫn cảm có thể gắn vào một cách đặc hiệu. Một kháng nguyên protein phức tạp có thể nhiều quyết định kháng nguyên khác nhau, do đó mà nó có thể kích thích tạo ra nhiều loại kháng thể khác nhau cùng một lúc. Tùy theo kháng nguyên có thể phản ứng cùng một lúc với một hay nhiều kháng huyết thanh chứa kháng thể do nó tạo ra mà người ta gọi là kháng nguyên đơn giá hay kháng nguyên đa giá. Trong các phản ứng huyết thanh học chỉ có những kháng nguyên đa giá mới có thể tạo ra mạng lưới kết tủa hoặc ngưng kết. 4.1.3. Phản ứng chéo Phân tử kháng thể có tính đặc hiệu rất cao, nhưng cũng có trường hợp kháng thể của kháng nguyên A lại tác dụng với kháng nguyên B, ta gọi là phản ứng chéo. Nguyên nhân của phản ứng chéo có thể là do trên hai kháng nguyên này có hai epitop giống nhau hoặc ít nhất là cũng tương tự nhau. Trong thực nghiệm chúng ta có thể loại trừ được phản ứng chéo bằng phương pháp cho hấp thụ. Ví dụ, ta biết kháng huyết thanh kháng A thường cho phản ứng chéo với kháng nguyên B cho nên khi làm phản ứng tìm kháng nguyên A thì kết tủa dễ sai lạc do tìm nhầm cả B. Như vậy, trước khi tìm A ta cho ủ kháng nguyên huyết thanh kháng A với kháng nguyên B, nhưng phân tử nào cho phản ứng chéo sẽ tạo phức hợp với B. Sau khi ly tâm loại phức hợp ta sẽ còn kháng huyết thanh A không còn phản ứng chéo với B. 4.1.4. Hapten Hapten hay bán kháng nguyên là một kháng nguyên không toàn năng, có trọng lượng phân tử thấp, không có tính sinh miễn dịch nhưng có tính đặc hiệu kháng nguyên. Khi hapten được gắn với một chất protein tải thành một phức hợp thì phức hợp này có tính sinh miễn dịch. Nói rõ hơn, trong thực nghiệm, nếu ta chỉ đưa hapten vào cơ thể thì
Không có KT Kháng Kháng chất Hapten tải Hình 4.1. Sơ đồ minh họa đáp ứng với hapten
Bản thân hapten không tạo ra đáp ứng, nhưng khi được liên kết in vitro và/hoặc in vivo với cộng hợp protein thì sẽ tạo ra kháng thể phản ứng cả với hapten và với cộng hợp protein đó. 4.2. Một số kháng nguyên quan trọng 4.2.1. Hệ kháng nguyên nhóm máu ABO Hệ này bao gồm 4 nhóm máu khác nhau: A, B, AB và O. Ký hiệu nhóm máu biểu thị kháng nguyên có mặt trên bề mặt hồng cầu. Cơ thể nhóm máu A thì có kháng nguyên A, nhóm B thì có kháng nguyên B, nhóm AB có kháng nguyên A và B và nhóm O thì không có cả A và B trên hồng cầu. Một đặc điểm khác của cơ thể là người máu A có mang kháng thể chống B trong huyết thanh, người máu B thì có huyết thanh chống A, người AB thì huyết thanh không có kháng thể chống hai kháng nguyên này còn nhóm O thì có cả hai loại kháng thể. Các kháng nguyên thuộc hệ ABO do một locus gen kiểm soát với ba allel A, B, và O, trong đó A và B trội hơn O. Tính đặc hiệu kháng nguyên nhóm máu trong hệ ABO được quyết định bởi sự có mặt của một số gốc “ose” trong phần polysaccharid. Các kháng nguyên này đều có chung một lõi sphingolipid- polysaccharid. Nếu lõi này được gắn thêm gốc fucose thì xuất hiện chất H. Chất này có trên bề mặt hồng cầu của hầu hết các cơ thể và là nền để suất hiện kháng nguyên A và kháng nguyên B. Nếu tại vị trí galactose cuối cùng của chất H có gắn thêm N-acetyl galactosamin thì xuất hiện kháng nguyên A. Còn nếu gắn thêm một galactose nữa thì xuất hiện kháng nguyên B (Hình 4.2). Hình 4.2. Sơ đồ cấu tạo kháng nguyên ABO Các gen A hoặc B mã hóa cho enzym transferase gắn N-acetylgalactosamin hoặc galactose vào chất H để tạo 3 nên nhóm 2 máu A hoặc B. OLIGOSACCARIT Nếu
không có gen A hoặc B thì máu thuộc nhóm O. Về mặt di truyền, tham gia vào sự hình thành kháng nguyên nhóm máu có hai hệ gen, đó là hệ Hh đối với chất H và hệ ABO. Hai hệ này hoạt động độc lập với nhau. Đại đa số chúng ta có gen H, nhưng cũng có người không có (cơ thể đồng hợp tử hh). Những người này dù có gen của hệ ABO nhưng trên hồng cầu vẫn không có kháng nguyên A hoặc B nên được ghi nhận là nhóm O nhưng khi truyền máu O thực sự vào người này (tức đưa chất H vào cho người không có H) thì có thể gây tai biến truyền máu. Nhóm đặc biệt này được gọi là nhóm O Bombay. 4.2.2. Hệ kháng nguyên nhóm máu Rh Năm 1930, Landsteinner và Wiener đã phát hiện ra nhóm máu Rh. Họ gọi những người có hồng cầu ngưng kết với huyết thanh thỏ kháng hồng cầu của khỉ Rhessus là người Rh+, số người còn lại là Rh-. Nhưng rồi sau này, người ta đã phát hiện ra rằng, kháng nguyên trong hệ Rh không đơn giản như vậy. Hệ Rh có nhiều kháng nguyên, phần lớn có tính sinh miễn dịch yếu và hay gây phản ứng chéo. Chỉ có kháng nguyên D là có tính sinh miễn dịch mạnh. Khi hồng cầu có kháng nguyên D thì được gọi là Rh+ mà không cần để ý đến các kháng nguyên khác trong hệ này. Kháng thể kháng D không xuất hiện tự nhiễm trong máu như các kháng thể của hệ ABO. Vì kháng nguyên Rh phân bố thưa thớt trên hồng cầu nên thường khó gây ngưng kết hồng cầu khi làm phản ứng xác định nhóm máu Rh, vì thế người ta phải dùng đến thử nghiệm Coombs giám tiếp (Hình 4.3)
Hình 4.3. Phản ứng Coombs gián tiếp (a). Hình ảnh phản ứng âm tính; (b) Hình ảnh phản ứng dương tính; (c) Cơ chế phản ứng trong trường hợp bất đồng nhóm máu Rh. 4.2.3. Kháng nguyên vi sinh vật Kháng nguyên vi sinh vật là loại kháng nguyên rất phức tạp: kháng nguyên vỏ, kháng nguyên thân, kháng nguyên lông, kháng nguyên ngoại tế bào, v.v Về kháng nguyên vỏ thì kháng nguyên vỏ của phế cầu thường hay được nghiên cứu nhiều nhất. Kháng nguyên này thuộc loại polysaccaride, có tới 80 typ huyết thanh khác nhau. Về kháng nguyên thân thì ở các vi khuẩn ruột non, lớp ngoài của vách vi khuẩn có một lipopolisaccharide: phần lipid có tính độc, còn phần polysaccharid thì có tính kháng nguyên và đây chính là kháng nguyên thân (còn gọi là kháng nguyên O). Ở Salmonella có đến hơn 60 kháng nguyên O mà cấu trúc có hai phần: phần nhân cơ bản và phần chuổi ngang. Phần nhân giống nhau ở tất cả các Salmonella. Phần chuổi ngang gồm nhưng tiểu đơn vị oligosaccharide sắp xếp lặp đi lặp lại. Chính các chuổi ngang quyết định tính đặc hiệu của mỗi nhóm Salmonella. Các kháng nguyên lông của Salmonella có bản chất là protein, còn được gọi là kháng thể H, quyết định tính đặc hiệu của mỗi typ Salmonella. Người ta đã phát hiện Salmonella có hơn 1000 typ huyết thanh khác nhau. Các kháng nguyên ngoại tế bào như độc tố và các enzym cũng có bản chất protein. Một loại kháng nguyên ngoại tế bào của liên cầu là Streptolysin O thường được dùng trong chẩn đoán huyết thanh. Các vi khuẩn trong bạch hầu, uốn ván có ngoại độc tố gây bệnh và các vaccin phòng các bệnh này đây là độc tố đã được giải độc. Kháng thể virus có thể ở trên bề mặt hạt virus (capsid) hoặc ở bên trong. Tùy theo tính đặc hiệu, có thể phân biệt các kháng nguyên nhóm, các kháng nguyên typ và kháng
nguyên typ phụ. Trong các kháng nguyên nhóm, có thể kể làm ví dụ kháng nguyên nucleoprotein (NPA), là kháng nguyên typ, chẳng hạn trong bệnh bại liệt, cho phép phân biệt ba typ virus bại liệt khác nhau. Trong trường hợp virus cúm, ngoài việc phân biệt ba typ A, B, C, người ta còn phân biệt typ phụ nữa. Các typ phụ của A và B là kết quả của những biến đổi của kháng nguyên bề mặt. 4.2.4. Kháng nguyên hòa hợp mô Từ lâu, người ta đã biết rằng, việc truyền máu sở dĩ thành công là nhờ, sự phù hợp giữa máu của người cho và máu của người nhận. Trong bài phát biểu khi nhận giải Nobel vào năm 1931, Ladsteiner đã cho rằng có lẽ có “những nhóm giống nhóm máu” liên quan đến việc chấp nhận hoặc thải bỏ những mô ghép khác. Ý tưởng này đã dẫn dắt Gorer đi đến việc xác định một nhóm kháng nguyên ở chuột mà khi nhóm kháng nguyên này giống nhau giữa con cho và con nhận thì mảnh ghép có thời gian sống lâu hơn. Tên gọi kháng nguyên hòa hợp mô đã được dùng để chỉ kháng nguyên tham gia vào việc thải ghép này. Người ta cũng nhận thấy rằng phụ trách mã hóa các kháng nguyên này là một vùng đặc biệt của genom và ta gọi vùng này là Phức hệ hòa hợp mô chủ yếu (Major Histocompatibility Complex, MHC); ở chuột nhắt nó mang tên là vùng H-2, và nằm trên nhiễm sắc thể 17. Những hệ thống tương đương với phức hệ hòa hợp mô chủ yếu ở chuột cũng đã phát hiện được trên tất cả các động vật có vú khác. Ở người, phức hệ hòa hợp mô chủ yếu là cụm gen HLA trên nhiễm sắc thể số 6. Sự tái tổ hợp giữa các cực của phức hệ gen xảy ra khoảng 1% các gia đình, nhờ đó có thể tính được rằng HLA chiếm khoảng 1/3.000 trong toàn bộ genom. Điều này có nghĩa rằng có thể có hàng trăm gen nằm trong cụm HLA này. Mặc dù MHC lần đầu tiên được phát hiện nhờ vai trò của nó trong thải ghép, nhưng ngày nay người ta đã biết rằng, các protein sản phẩm của đoạn gen này đã tham gia vào nhiều công đoạn trong nhận diện miễn dịch, bao gồm tương tác giữa các tế bào lympho khác nhau cũng như các lympho bào với tế bào trình diện kháng nguyên. 4.2.4.1. Sự sắp xếp các gen MHC Người ta đã xác định được phức hợp gen MHC mang nhiều gen riêng lẻ; và mặc dù phức hợp có chức năng chung, tương đối giống nhau giữa các loài, nhưng chi tiết về phân bố thì mỗi loài mỗi khác. Gần đây, người ta đã thiết lập được bản đồ gen hoàn chỉnh cho MHC ở chuột nhắt. Nhờ đó mà chúng ta biết được rằng locus nào thì chịu trách nhiệm mã hóa cho đoạn polypeptid nào. Chỉ còn điều vướng mắc là cách thức các polypeptid và protein thực hiện chức năng của mình như thế nào cho phù hợp với quy định của MHC mã hóa tìm ra được