Bài giảng hoá sinh động vật - Chương II: Hoá sinh của quá trình miễn dịch

CHƯƠNG II: HÓA SINH CỦA QUÁ TRÌNH MIỄN DỊCH I. SỰ ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH  Miễn dịch: là khả năng một sinh vật nhận diện và tự bảo vệ cơ thể chống lại sự xâm nhập của mầm bệnh hoặc kháng nguyên.  Đáp ứng miễn dịch: là hàng rào bảo vệ thứ 3 của hệ thống miễn dịch. Bao gồm quá trình sản xuất kháng thể và các dòng tế bào lympho chuyên biệt để chống lại kháng nguyên đặc hiệu. 1.1. Các dạng miễn dịch • Hàng rào biểu mô • Da • Màng nhầy Miễn dịch bẩm sinh (tự nhiên) • Miễn dịch dịch thể: tế bào lympho b • Miễn dịch qua trung gian tế bào: tế bào lympho T Miễn dịch thu được (thích ứng) Miễn dịch bẩm sinh và thu được 1.1.1. Miễn dịch bẩm sinh  Là hàng rào bảo vệ cơ học; phản ứng với kháng nguyên không đặc hiệu.  Hàng rào thứ nhất:  Da: pH thấp, peptide kháng sinh (β-defensins)  Tế bào biểu mô trong đường hô hấp và tiêu hóa  Nước măt, nước bọt, sữa: lysozyme, phosphorylase A  Dạ dày: HCl, pepsin  Hàng rào thứ hai: các tế bào đại thực bào, phản ứng viêm, tế bào NK, bạch cầu Hàng rào thứ hai của miễn dịch bẩm sinh dựa vào khả năng nhận diện carbohydrate màng (glycocalyx) 1.1.2. Các dạng miễn dịch thu được Miễn dịch thu được tự nhiên: có được trong đời sống hàng ngày  Miễn dịch thu được tự nhiên chủ động  Miễn dịch thu được tự nhiên bị động  Miễn dịch thu được nhân tạo: có được do được tiêm vaccine hoặc huyết thanh miễn dịch  Miễn dịch thu được nhân tạo chủ động  Miễn dịch thu được nhân tạo bị động Miễn dịch thu được tự nhiên Miễn dịch thu được tự nhiên chủ động Miễn dịch thu được tự nhiên bị động Miễn dịch thu được nhân tạo Miễn dịch thu được nhân tạo chủ động Miễn dịch thu được nhân tạo bị động 1.1.3. Các dạng đáp ứng miễn dịch thu được ĐƯMD Đáp ứng miễn dịch dịch thể Tế bào lympho B (thành thục ở tủy xương của đv có vú và ở túi huyệt của chim) Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào Tế bào lympho T (thành thục ở tuyến ức) Các dạng đáp ứng miễn dịch thu được Đặc điểm Vai trò Tính đặc hiệu Khả năng nhận diện và đáp ứng với nhiều loại VSV khác nhau Trí nhớ Các đáp ứng mạnh hơn đối với các trường hợp tái phát hoặc nhiễm lại Tính chuyên biệt Các đáp ứng chống lại các VSV khác nhau được tối ưu hoá để chống lại VSV đó Tính không phản ứng với các KN của cơ thể Ngăn cản các đáp ứng miễn dịch gây tổn thương cho các TB Đặc điểm của đáp ứng miễn dịch thu được  Chống lại các VSV sống bên ngoài TB.  Được thực hiện bởi các kháng thể (antibody) do các TB lympho B tạo ra.  KT có khả năng nhận diện đặc hiệu và nhiều loại phân tử KN khác nhau của VSV: protein, carbohydrate và lipid.  Các KT có vai trò trung hoà và loại bỏ các VSV cùng các độc tố do chúng tạo ra xuất hiện trong máu và trong các lumen của các cơ quan có màng nhầy che phủ như đường tiêu hoá và đường hô hấp. Miễn dịch dịch thể  Chống lại các VSV sống bên trong tế bào của vật chủ.  Được thực hiện bởi các TB có tên gọi là các TB lympho T  Các TB lympho T thì nhận diện các KN được tạo ra bởi các VSV nội bào.  Các TB lympho T chỉ nhận diện các KN có bản chất là protein của vi sinh vật Miễn dịch qua trung gian tế bào  Các kiểu phản ứng miễn dịch qua trung gian tế bào: A. Các tế bào T CD4+ nhận diện KN của vi khuẩn đã được tế bào thực bào ăn vào và hoạt hóa các thực bào này để tiêu diệt vi khuẩn và tạo ra phản ứng viêm.  Sự hoạt hóa thực bào và phản ứng viêm là kết quả của đáp ứng đối với các cytokin do tế bào T tiết ra. B. Tế bào T CD8+ giết tế bào bị vi sinh vật nhiễm vào bào tương. Miễn dịch qua trung gian tế bào Perforin II. KHÁNG THỂ 2.1. Cấu trúc kháng thể  Kháng thể (immunoglobin) là một phân tử đối xứng, cấu tạo bởi 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ khác nhau đôi một. Chuỗi nhẹ L (Light)  Là một chuỗi polypeptide cấu tạo bởi khoảng 214 aa và được chia thành 2 vùng: (1) Vùng hằng định C (Constant) (2) Vùng thay đổi (Variable)  Có 2 loại chuỗi nhẹ khác nhau: chuỗi κ và chuỗi λ, trong phân tử kháng thể hai chuỗi nhẹ giống nhau (2 chuỗi κ hoặc 2 chuỗi λ). Chuỗi nhẹ L (Light) Chuỗi nặng H (Heavy)  Mỗi chuỗi nặng là một chuỗi polypeptide cấu tạo bởi khoảng 446 aa và được chia thành 3 hoặc 4 vùng tùy theo từng chuỗi nặng.  Có 5 loại chuỗi nặng: Chuỗi γ, chuỗi α, chuỗi µ, chuỗi δ và chuỗi ε. Chuỗi nặng H (Heavy) 2.2. Các mảnh chức năng của kháng thể  IgG một kháng thể thường gặp có thể bị tách ra bởi papain tạo thành 3 mảnh có trọng lượng khoảng 50kD: 2 mảnh Fab giống nhau và mảnh còn lại là Fc.  Hai mảnh Fab tạo thành hai cạnh chữ Y của phân tử IgG.  Mỗi mảnh Fab bao gồm một chuỗi L và đầu N một nửa của chuỗi H, chứa vị trí liên kết với kháng nguyên. Các mảnh chức năng của kháng thể IgM  Khối lượng phân tử 900.000, hệ số lắng 19S.  Dạng pentamer gồm 5 đơn vị, liên kết nhau bởi cầu disulfide.  Chuỗi phụ J và nhiều đơn vị oligosaccharide liên kết với chuỗi μ  Xuất hiện đầu tiên khi bị kích thích bởi KN  Được sinh ra sau 2-3 ngày tiếp xúc với kháng nguyên 2.3. Cấu trúc của các lớp kháng thể  Hệ số lắng 7S, KLPT 150.000  Chiếm 70-75% tổng lựơng kháng thể  Phân bố nội mạch, ngoại mạch.  Là kháng thể chính của đáp ứng miễn dịch thứ cấp  Có 4 dưới lớp IgG1, IgG2, IgG3, IgG4.  Bắt đầu được tạo ra 2-3 ngày sau khi xuất hiện IgM.  Là kháng thể duy nhất đi qua nhau thai IgG  Khối lượng phân tử 380.000 gồm 1 đơn vị IgA, một mảnh S và một chuỗi J, hệ số lắng 11S  IgA là kháng thể chủ yếu trong dịch tiết  Có 2 dưới lớp IgA1 (93%) và IgA2 (7%)  Kháng thể chính trong sữa và sữa đầu IgA  Chiếm <1% tổng lượng KT  KLPT 180.000, hệ số lắng 7S  IgD có trên bề mặt Lympho B có vai trò như 1 thụ thể kháng nguyên của Lympho B IgD  Khối lượng phân tử: 200.000  IgE: xuất hiện trong máu với nồng độ thấp, là loại chống lại ký sinh trùng và tham gia vào các phản ứng dị ứng. IgE Liên kết với kháng nguyên Hoạt hóa bổ thể Hoạt hóa các tế bào miễn dịch 2.4. Vai trò của kháng thể Liên kết với kháng nguyên  Các KT có khả năng nhận diện và gắn một cách đặc hiệu với 1 KN tương ứng nhờ các domain biến thiên.  ĐV có khả năng tạo ra hàng tỉ KT khác nhau để chống lại bất kỳ KN nào xâm nhập, do có sự tái tổ hợp các đoạn gen khác nhau của chuỗi nhẹ và chuỗi nặng để hình thành những vùng biến đổi của phân tử KT. Liên kết với kháng nguyên  Một trong những cơ chế bảo vệ cơ thể của KT là việc hoạt hóa dòng thác bổ thể.  Bổ thể là tập hợp các protein huyết tương khi được hoạt hóa sẽ tiêu diệt các VK bằng cách:  (1) đục các lỗ thủng trên vi khuẩn.  (2) tạo điều kiện cho hiện tượng thực bào.  (3) thanh lọc các phức hợp miễn dịch.  (4) phóng thích các phân tử hóa hướng động. Hoạt hóa bổ thể  Sau khi gắn vào KN ở đầu biến thiên (Fab), KT có thể liên kết với các tế bào miễn dịch ở đầu hằng định (Fc). Như vậy, các KT gắn với một vi khuẩn có thể liên kết với một đại thực bào và khởi động hiện tượng thực bào.  Các tế bào lympho NK (Natural Killer) có thể thực hiện chức năng gây độc tế bào và ly giải các vi khuẩn bị opsonine hóa bởi các KT. Hoạt hóa các tế bào miễn dịch  3.1. Khái niệm Tế bào T có khả năng nhận diện KN thông qua thụ thể bề mặt, viết tắt là TCR (T-cell receptor). Sự nhận diện này mang tính đặc hiệu cao. III. RECEPTOR CỦA TẾ BÀO B VÀ T 2.2. Cấu trúc của TCR  TCR có cấu tạo gần giống KT, gồm hai chuỗi peptide: α và β, gắn với nhau bởi cầu nối disulfide.  TCR cũng có hai vùng: vùng biến đổi nằm ở phía đầu amin của mỗi chuỗi tạo nên vị trí kết hợp KN. Vùng cố định nằm phía đầu cacboxyl và cắm sâu vào màng sinh chất của tế bào T. 2.2. Cấu trúc của TCR 2.3. So sánh cấu trúc của TCR với KT  Các gen của thụ thể tế bào T: Các gen mã hóa cho các chuỗi α và β của TCR rất giống với các gen mã hóa KT.  Vùng biến đổi của TCR được mã hóa bởi các gen V và MHC-I đối với chuỗi α và các gen V, D, MHC-I đối với chuỗi β.  Hầu hết khả năng biến đổi được tập trung tại các điểm nối giữa V-J và V-D-J, tạo thành những vùng chứa vị trí liên kết với KN lúc KN này đang nằm trên rãnh của MHC. 2.3. So sánh cấu trúc của TCR với KT  Do vậy, sự đa dạng của TCR cũng được thực hiện theo cùng một cơ chế như cơ chế tạo ra sự đa dạng của thụ thể tế bào B và KT.  Tuy nhiên, có một số điểm khác là vùng cố định của TCR không có các biến dị idiotyp, không tồn tại ở dạng tiết và không có vùng xuyên màng. So sánh cấu trúc của TCR với KT  2.1. Khái niệm: MHC (Major Histocompability Complex) là các kháng nguyên màng có bản chất là glycoprotein được mã hóa bởi cụm gen MHC, có vai trò quan trọng trong trình diện kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch. Vai trò: giảm thiểu tự miễn dịch hoặc tự phản ứng của hệ miễn dịch IV. PHỨC HỢP HÒA HỢP TỔ CHỨC CHÍNH 5.2. Các gen của locus MHC  Cả hai loại MHC đều có chứa các khe gắn peptide và các đoạn không đổi dùng để liên kết với CD8 (domain α3 của lớp I) hoặc CD4 (domain α2 của lớp II). 5.3. Cấu trúc của các phân tử MHC lớp I và lớp II 5.4. Sự liên kết của peptide kháng nguyên vào phân tử MHC 5.5. MHC lớp I  MHC lớp I gồm hai chuổi polypeptid riêng biệt liên kết không đồng hóa trị với nhau.  Chuỗi α gắn với đường có KLPP ~ 44.000 Da, gồm 345 aa và một chuỗi không có đường là β2 (microglobulin), có KLPP ~ 12.000 Da.  Chuỗi α gồm có 3 khu nằm ngoài TB α1, α2 và α3; có một phần xuyên màng khoảng 26 aa và một phần bên trong TB chất.  β2 Microglobulin có KLPP 11,5kD, với 99 aa. Nó không tham gia vào bề mặt kháng nguyên của phân tử MHC nhưng nó cần cho quá trình thể hiện của lớp I. Nếu thiếu bẩm sinh β2 microglobulin thì quyết định KN của lớp I không thể hiện được. 5.5.1. Cấu trúc của MHC lớp I 5.5.2. Chức năng của MHC lớp I  Các phân tử MHC lớp I trình diện KN trên bề mặt TB đích cho tế bào T CD8 trong các phản ứng miễn dịch.  Các protein lạ (TB ung thư, virus nhiễm vào trong TB...) bị thoái hóa trong TBC của TB dưới tác động của các enzym tiêu hóa protein (proteasom), tạo thành nhưng đoạn peptid khoảng 9 a.a. Chúng sẽ được chuyển đến mạng lưới nội nguyên sinh để kết hợp với khu α1, α2 của MHC lớp I và cùng với phân tử này trình diện trên bề mặt của các tế bào nhiễm.  Các thụ thể của tế bào T (TCR) trên TCD8 sẽ nhận diện phức hợp KN-MHC lớp I. Quá trình nhận diện này tạo ra tín hiệu đầu tiên để họat hóa các TB. Các phân tử CD8 và các cặp phân tử bám dính khác trên hai TB này sẽ hoàn tất mối tương tác và kết quả là tế bào T CD8 sẽ được họat hóa, tiết ra chất perforin gây ly giải TB nhiễm. 5.5.2. Chức năng của MHC lớp I 5.6. MHC lớp II  Cấu trúc của MHC lớp II gồm hai chuỗi polypeptid khác nhau α và β liên kết với nhau bởi lực nối không đồng hóa trị. Cả hai chuỗi đều cắm vào màng tế bào và đều mang các đơn vị đường.  Chuỗi β có TLPT ~ 30 kDa, có 2 khu ngoài TB β1 và β2. Chuỗi α có TLPT ~ 32 kDa, cũng có 2 khu ngoài TB α1, α2; một phần xuyên màng và một phần nằm bên trong TBC.  Khi khảo sát riêng từng chuỗi peptid α và β đa số các biến thể chỉ xảy ra ở chuỗi β. 5.6.1. Cấu trúc của MHC lớp II Chức năng của MHC lớp II  Các phân tử MHC lớp II trình diện KN trên bề mặt TB trình diện KN (APC = Antigen Presentating Cell ) cho TB lympho T CD4.  Vi khuẩn, protein ngọai lai... được các TB đơn nhân/đại thực bào, TB lympho B, TB tua thu tóm và xử lý thành các peptid KN có từ 9-24 aa. Tiếp đó những peptid KN này liên kết với phân tử MHC lớp II và toàn bộ phức hợp được biểu lộ trên bề mặt các TB trình diện KN  TB lympho T hỗ trợ (T CD4) sẽ nhận diện KN thông qua thụ thể TB lympho T. Quá trình nhận diện này tạo ra tín hiệu đầu tiên để họat hóa các TB. Ngoài ra phân tử CD4 và các cặp phân tử bám dính trên cả hai TB (CD2-LAF3 và LAF1-ICAM1) sẽ hoàn tất mối tương tác. Cuối cùng TB T CD4 họat hóa, sản xuất các cytokin để tự kích họat và kích họat các TB hiệu ứng miễn dịch khác thực hiện chức năng tiêu diệt KN của mình. Chức năng của MHC lớp II  Như vậy, KN MHC với hai lớp chính: lớp I và lớp II có chức năng trình diện KN, tạo môi tương tác giữa các TB trong hệ miễn dịch. Nếu thiếu một vài gen của hệ MHC sẽ làm giảm khả năng chống đỡ của cơ thể và bệnh nhân sẽ chết vì suy giảm miễn dịch.  Một số nghiên cứu cho thấy rằng: có mối liên quan giữa HLA với một vài bệnh tự miễn. Ví dụ: bệnh viêm đốt sống xơ cứng với HLA-B27; bệnh đái đường phụ thuộc insulin với HLA- DR3, HLA-DR4. Đó chính là đặc điểm di truyền của phức hợp hòa hợp tổ chức chính. Chức năng của MHC lớp II  Khái niệm: Là toàn bộ các protein huyết tương và protein màng có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật, làm thuận lợi cho quá trình thực bào, cảm ứng các chất gây viêm.  Các protein của bổ thể được sinh ra ở các TB gan và đại thực bào. Chúng tồn tại trong hệ thống tuần hoàn như những phân tử không hoạt động.  Một vài protein của bổ thể thì ở dạng tiền enzyme (Pro–enzyme). Khi được hoạt hóa, các phân tử này trở thành các enzyme protease. Các enzyme này sẽ cắt cầu nối peptide của những protein bổ thể khác để hoạt hóa những protein này. V. HỆ THỐNG BỔ THỂ  Những protein thành phần của bổ thể được đánh số từ C1 đến C9 theo trình tự mà chúng tham gia phản ứng (trừ C4 là ký hiệu theo trình tự phát hiện bổ thể).  Trong quá trình hoạt hóa, một vài thành phần cấu trúc bổ thể được xẻ làm 2 phần. Phần lớn hơn của phân tử được gọi là b (binding) thường gắn kết với mầm bệnh, phần nhỏ hơn gọi là a (activated) có thể phân tán đi (trừ C2: phần lớn là C2a và phần nhỏ là C2b, vì vậy ngày nay để tránh nhầm lẫn, một số tài liệu kí hiệu phần lớn là C2b và phần nhỏ là C2a).  Các yếu tố: B, H, I, P (properdin), MBL, MASP – 1, MASP – 2 (MBL Assosiated Serine Protease)  Yếu tố điều hòa: C1 Inhibitor (C1 – INH = Serpin), C4 – Binding protein (C4 – PB)  Yếu tố tăng cường thoái biến (Decay Accellerating factor)  Thụ thể 1 (CR1)  Protein – S (vitronectin). Các protein thành phần của hệ thống bổ thể Chức năng sinh học chủ yếu của bổ thể  Hoạt tính làm tan TB: phức hợp tấn công màng MAC (membrane attack complex) chọc thủng màng TB, tạo các lỗ trên màng làm tan TB, gây chết TB. Tổ hợp MAC được hình thành nhờ sự phối hợp của C5b, C6, C7, C8 và C9.  Tham gia cơ chế opsonin hóa: làm cho việc thực bào dễ dàng hơn  Tăng cường đáp ứng viêm:các độc tố phản vệ có tác dụng co bóp cơ trơn, tăng tính thấm thành mạch giúp cho sự thoát mạch, kích thích tế bào Mast giải phóng các chất trung gian gây viêm như histamin  Tính hóa hướng động: có khả năng thu hút các tế bào thực bào Chức năng sinh học chủ yếu của bổ thể Các con đường hoạt hóa bổ thể  Hoạt hóa bổ thể xảy ra theo 2 con đường:  (1) Con đường cổ điển (classical pathway): Bắt đầu từ C1q và khởi động bằng phức hợp KN-KT  (2) Con đường hoạt hóa thay đổi (alternative pathway): Không phụ thuộc vào phức hợp KN-KT và khởi động tử C3. Các con đường hoạt hóa bổ thể