Hệ thống bổ thể Miễn dịch tự nhiên hay miễn dịch bẩm sinh natural immunity hay innateimmunity, còn gọi là miễn dịch không đặc hiệu non specific immunity, đượchình thành trong quá trình
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN QUÂN Y
NGỤY THỊ ĐIỆP
CHUYÊN ĐỀ 2:
VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG BỔ THỂ TRONG ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH BẢO VỆ CƠ THỂ
VÀ SỐT XUẤT HUYẾT DENGUE
Chuyên ngành: Khoa học Y Sinh
Mã số: 9 72 01 01
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS TS NGUYỄN LĨNH TOÀN
TS HOÀNG VĂN TỔNG
HÀ NỘI, THÁNG 10 - 2022
Trang 2MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ 2
1 Hệ thống bổ thể và các con đường hoạt hóa 2
1.1 Hệ thống bổ thể 2
1.2 Các con đường hoạt hóa bổ thể 3
1.3 Con đường cổ điển (classical pathway) 5
1.4 Con đường lectin 8
1.5 Con đường cạnh (alternative pathway) 9
2 Vai trò của hệ thống bổ thể trong đáp ứng miễn dịch bảo vệ cơ thể và sốt xuất huyết Dengue 11
2.1 Các protein liên quan hệ thống bổ thể 11
2.2 Vai trò của hệ thống bổ thể trong đáp ứng miễn dịch bảo vệ cơ thể 12
2.3 Vai trò của hệ thống bổ thể trong sốt xuất huyết Dengue 16
2.4 Một số nghiên cứu trên thế giới về vai trò của bổ thể trong sốt xuất huyết Dengue 18
2.5 Một số nghiên cứu trong nước về vai trò của bổ thể 21
KẾT LUẬN 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO 23
Trang 3DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MBL Mannose Binding Lectin
MASP MBL Assosiated Serine Protease
SLE Systemic lupus erythematous
DNA Deoxyribonucleic acid
PTX3 Pentraxin-related protein
HMGB High mobility group box
TNF Tumor necrosis factor
Trang 4DANH MỤC HÌNH
Hình 1 Chức năng của hệ thống bổ thể 3
Hình 2 Các con đường hoạt hóa bổ thể 5
Hình 3 Cấu trúc của C1q và sự kết hợp EAC1qrs 7
Hình 4 Hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển 8
Hình 5 Bước đầu khởi động con đường lectin 9
Hình 6 Hình thành phức hợp C5-convertase trên con đường nhánh 11
Hình 7 Các protein liên quan trong hệ thống bổ thể 13
Hình 8 Hình thành phức hợp tấn công màng 14
Hình 9 Vai trò của hệ thống bổ thể trong đáp ứng miễn dịch 16
Hình 10 Sự hoạt hóa BT và trốn thoát bởi protein NS1 của Flavirius 18
Trang 5ĐẶT VẤN ĐỀ
Miễn dịch (immunity) là khả năng của cơ thể nhận biết và loại bỏ các yếutố lạ, là phương thức tự vệ hết sức quan trọng của cơ thể Đáp ứng miễn dịchđược chia thành hai loại là đáp ứng miễn dịch tự nhiên (hay miễn dịch khôngđặc hiệu) và miễn dịch thu được (hay miễn dịch đặc hiệu) Miễn dịch tự nhiênlà khả năng của cơ thể chống lại các tác nhân gây độc từ môi trường bằng cácphản ứng không đặc hiệu của cơ thể Miễn dịch tự nhiên có tác dụng đối với cácvật lạ xâm nhập ngay cả khi cơ thể chưa từng tiếp xúc với tác nhân đó trước đây
Nó được xem là một cơ chế quan trọng giúp bảo vệ cơ thể trong lúc các phảnứng đặc hiệu chưa đáp ứng kịp Trong đó hệ thống bổ thể là một phần quantrọng của miễn dịch bẩm sinh, có vai trò phát hiện và loại bỏ mầm bệnh từ giaiđoạn rất sớm
Bổ thể là hệ thống các protein enzyme hoạt động theo dây chuyền Chúngđóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vật chủ chống lại mầm bệnh thông quacác cơ chế chính như: làm tan tế bào, tham gia vào cơ chế opsonin hóa, tăngcường đáp ứng viêm và hóa hướng động các tế bào thực bào Từ cơ chế trên, bổthể có vai trò quan trọng trong nhiều bệnh lý như: sốt xuất huyết Dengue, ungthư…
Chuyên đề này tập trung thảo luận về hệ thống bổ thể, các con đường hoạthóa bổ thể và vai trò của hệ thống bổ thể trong đáp ứng miễn dịch cơ thể vàtrong sốt xuất huyết Dengue
Trang 6NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
1 Hệ thống bổ thể và các con đường hoạt hóa
1.1 Hệ thống bổ thể
Miễn dịch tự nhiên hay miễn dịch bẩm sinh (natural immunity hay innateimmunity), còn gọi là miễn dịch không đặc hiệu (non specific immunity), đượchình thành trong quá trình tiến hóa của động vật để chống lại sự xâm nhập của
các vi sinh gây bệnh [2] Miễn dịch tự nhiên không để lại trí nhớ, khá ổn định, ít
bị sai sót Điểm đặc biệt là hệ miễn dịch bẩm sinh có tính chất di truyền, khácnhau giữa các loài và các cá thể trong cùng một loài Các yếu tố thuộc miễn dịchkhông đặc hiệu là phương tiện chung dùng để chống lại sự xâm nhập các các visinh gây bệnh không phân biệt đó là vi khuẩn hay ký sinh trùng hoặc virus Cónhiều chất, phân tử trong các mô, các dịch của cơ thể tham gia vào quá trình đápứng miễn dịch tự nhiên, trong đó, hệ thống bổ thể đóng vai trò quan trọng hơn
cả
Bổ thể được phát hiện bởi Jules Bordet và Paul Ehrlich vào cuối thế kỷXIX [3] Trong những năm sau đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện
ra rằng sự hoạt động của bổ thể là kết quả của sự tương tác giữa một nhóm phức
hệ gồm hơn 30 glycoprotein Hầu hết các thành phần của bổ thể được tổng hợp
ở gan bởi các tế bào gan, mặc dù một số cũng được sản xuất bởi các loại tế bàokhác như: bạch cầu đơn nhân, đại thực bào mô, fibroblasts và các tế bào biểu môcủa đường tiêu hóa và đường sinh dục
Bổ thể hoạt động không có tính chất đặc hiệu loài, bổ thể của bất cứ loàiđộng vật nào cũng có khả năng làm tan vi khuẩn sau khi ngưng kết với khángthể của loài khác Bất cứ tế bào nào sau khi bị kháng thể làm ngưng kết cũng cóthể bị tan do bổ thể, do đó bổ thể được xếp vào miễn dịch không đặc hiệu Tuynhiên hoạt tính của bổ thể là khác nhau giữa các loài như cao nhất ở chuột lang,trung bình ở người và chó, thấp nhất ở chuột nhắt và thỏ [2]
*Hệ thống bổ thể bao gồm các nhóm sau:
- Những protein thành phần của bổ thể được đánh số từ C1 đến C9 theotrình tự mà chúng tham gia phản ứng (trừ C4 là ký hiệu theo trình tự phát hiện
Trang 7bổ thể) Trong suốt quá trình hoạt hóa, một vài thành phần cấu trúc bổ thể được
phân tách làm 2 phần Phần lớn hơn của phân tử được gọi là b (binding) thường gắn kết với mầm bệnh, trong khi 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 ký hiệu phần lớn làC2b 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).
Hình 1 Chức năng của hệ thống bổ thể
(Nguồn: Wikipedia tiếng Việt)
1.2 Các con đường hoạt hóa bổ thể
Ở những động vật cấp thấp, hệ thống bổ thể rất đơn giản, chỉ có C3, yếutố B (protein) và yếu tố D (enzyme) C3 thường xuyên bị tách thành C3a (đi vàomôi trường) và C3b (bám vào thụ thể của một số tế bào) Đồng thời yếu tố Dthường xuyên có tác dụng tách yếu tố B thành Bb (bám vào tế bào) và Ba (đivào môi trường) Cuối cùng cũng hình thành phức hợp C3bBb Mức hoạt hóathường trực này rất thấp, nhưng khi có vi khuẩn xâm nhập (có các protease của
vi khuẩn, giúp tăng cường phân cắt C3), hoạt hóa bổ thể sẽ mạnh lên, các sảnphẩm tạo ra sẽ bám lên màng vi khuẩn và làm tổn thương vi khuẩn Vòng xoắnnày làm vi khuẩn bị tổn thương, thu hút bạch cầu đến thực bào, vi khuẩn bị tiêudiệt [2]
Trang 8Phương thức mà động vật cấp thấp sử dụng vẫn tồn tại ở động vật bậccao, nhưng rất yếu và trở thành sự hoạt hóa thường trực Ở động vật bậc cao, sựxuất hiện yếu tố P (properdin) trong quá trình tiến hóa với vai trò làm bền vữngcác phức hợp bổ thể mới hình thành, sự hoạt hóa bổ thể càng tinh vi và đạt hiệuquả cao trong cơ chế bảo vệ cơ thể
Sự hoạt hóa bổ thể theo phản ứng dây truyền và theo một trật sự nhấtđịnh Một bổ thể sau khi hoạt hóa lại có khả năng kích thích sự hoạt hóa của bổthể tiếp theo Có 3 con đường hoạt hóa bổ thể là: con đường cổ điển (classicalpathway), con đường lectin (lectin pathway), cuối cùng là con đường cạnh(alternative pathway)
Con đường cổ điển có thể được bắt đầu bằng sự liên kết của C1q (proteinđầu tiên trong hệ thống bổ thể) trực tiếp lên bề mặt mầm bệnh Nó cũng có thểđược kích hoạt trong phản ứng miễn dịch đáp ứng bằng cách gắn C1q với khángthể Con đường lectin được bắt đầu bằng cách liên kết của với carbohydrateschứa mannose trên bền mặt của vi khuẩn hoặc virus Cuối cùng là còn đườngnhánh có thể được khởi động khi một thành phần bổ thể được kích hoạt tự phátliên kết với bề mặt của mầm bệnh Mỗi con đường theo một chuỗi các phản ứngkhác nhau nhưng cuối cùng để tạo ra một protease gọi là C3 convertase (có khảnăng phân tách phân tử C3 thành hai mảnh là C3a và C3b) Protease hoạt độngđược giữ lại ở bề mặt mầm bệnh và điều này đảm bảo rằng zymogen bổ sungtiếp theo trong con đường cũng được phân cắt và kích hoạt Ngược lại, đoạnpeptide nhỏ được giải phóng khỏi vị trí phản ứng có thể đóng vai trò trung gianhòa tan [2, 4, 5]
Trang 9Hình 2 Các con đường hoạt hóa bổ thể
(Nguồn: Trích dẫn từ Immunology của Kuby[6])
1.3 Con đường cổ điển (classical pathway)
*Tác nhân hoạt hóa:
- Kháng thể kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên là tác nhân phổ biến, mạnh
mẽ nhất, gây ra hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển Chỉ có kháng thể IgMvà một số lớp của IgG (IgG1, IgG2, IgG3) có khả năng này Đây là nhữngkháng thể có nồng độ cao nhất trong máu và dịch cơ thể, do vậy sự hoạt hóa bổthể theo con đường cổ điển xảy ra rất phổ biến
Trường hợp kháng nguyên không gắn trên màng tế bào, mà ở dạng hòa tan,khi kết hợp với kháng thể tạo nên một cấu trúc phân tử khổng lồ dạng lưới gọi làphức hợp miễn dịch cũng gây được sự hoạt hóa bổ thể
- Sự vón tụ của các phân tử IgM, IgG (mặc dù không có mặt kháng nguyên)cũng là tác nhân gây hoạt hóa
Trang 10- Ngoài ra, còn một số vius hoặc chất plasmin, thrombin, protein phảnứng…ở nồng độ cao cũng là tác nhân gây hoạt hóa bổ thể theo con đường cổđiển.
*Các bước hoạt hóa:
Mô hình thực nghiệm đầu tiên nghiên cứu về hoạt hóa bổ thể theo conđường cổ điển gồm kháng nguyên là hồng cầu cừu, viết tắt là E (Erythocyte) với
ưu tiên là dễ kiếm, bảo quản và dễ đo mức độ tan huyết dựa vào lượnghemoglobin giải phóng ra; kháng thể (ký hiệu là A: Antibody) chống hồng cầulà hemolysin, được sản xuất bằng cách tiêm hồng cầu cừu cho thỏ
+ Sự kết hợp kháng thể với hồng cầu cừu:
Khi kết hợp với kháng nguyên, phân tử Fc của kháng thể IgM, IgG thayđổi cấu hình làm bộc lộ vị chí mà C1q có thể gắn vào Đó là sự mở màn cho quátrình hoạt hóa, nó cũng giải thích vì sao thiếu kháng nguyên thì C1q không gắnvào kháng thể để khởi động chuỗi phản ứng
+ Kết hợp với C1
C1q gồm 6 tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị gồm 3 chuỗi peptide xoắn nhau,đầu tận cùng C (đầu có nhóm –COOH tự do) tạo thành 1 hình bầu dục (5x7 nm)chính là nơi gắn Fc, phần còn lại là “cuống” bó lại với nhau Cấu hình của C1qgiống như một bó hoa sen 6 bông, khi gắn vào kháng thể thì các cành hoa uốncong giúp phần đài nụ tỏa ra xa nhau để có thể kết hợp đồng thời với ít nhất 2phân tử IgG: đó là điều kiện để phản ứng tiếp tục diễn ra Do đó, nếu các phân
tử IgG nằm quá xa nhau thì quá trình hoạt hóa bổ thể cũng không xảy ra Khácvới IgG, IgM được tạo thành từ 5 đơn vị với 5 Fc chụm lại với nhau, nên IgM dễhoạt hóa bổ thể hơn IgG
Tiếp đó C1r và C1s gắn vào C1q tạo thành phức hợp C1qrs, với sự có mặtcủa Ca++ Phức hợp hình thành để lộ ra một đoạn peptide thuộc C1s có hoạt tínhenzyme esterase:
EA + C1q EAC1qEAC1q + C1sC1r EAC1qrs
Trang 11Hình 3 Cấu trúc của C1q và sự kết hợp EAC1qrs
(Nguồn: Trích dẫn từ Miễn Dịch Học[7])
+Hoạt hóa C4 và C2
EAC1qrs là một protease phân cắt đặc hiệu C4, loại ra mảnh C4a, còn mảnh C4b gắn vào phức hợp Lúc này, nó có hoạt tính mạnh mẽ lên C2, làm bật
ra mảnh C2a, C2b lớn hơn gắn vào phức hợp, tạo ra enzyme đặc hiệu phân cắt C3 mà vị trí hoạt động ở C2b Phản ứng xảy ra như sau:
EAC1s + C4 EAC1,4b + C4aEAC1,4b + C2 EAC1,4b,2b + C2aThời gian bán hủy của C4b2b chỉ kéo dài 5 phút (37o) vì C2b rất dễ bong ra.+ Hoạt hóa C3
Phức hợp có C2b nói trên với sự có mặt của Mg++ tách C3 thành C3a vàC3b C3b bám vào phức hợp tạo ra enzyme C5-convertase tác dụng đặc hiệu lên C5
EAC1,4b,2b + C3 EAC1,4b,2b,3b + C3a
Trang 12Hình 4 Hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển
(Nguồn: Trích dẫn từ Miễn Dịch Học[7])
1.4 Con đường lectin
Con đường lectin giống với con đường cổ điển, được hoạt hóa thông quakích hoạt C3-convertase nhờ C4b và C2a Tuy nhiên, thay vì dựa vào kháng thể
để nhận ra các mối đe dọa từ vi sinh vật và kích hoạt quá trình hoạt hóa Conđường lectin được khởi động khi protein trong huyết thanh có tên gọi làmannose-binding lectin (lectin gắn mannose, viết tắt là MBL) gắn vào các gốcmannose là thành phần của các glycoprotein hoặc các phân tử carbohydrate trên
bề mặt của các vi sinh vật Vì các gốc mannose chỉ có trên bề mặt các vi sinh vật
như: Salmonella, Listeria, Neisseria, C neoformans của nấm và thậm chí màng của một số virus như HIV-1, chứ không có trên các tế bào của động vật có vú
nên con đường lectin được coi là một biện pháp để hệ thống miễn dịch phân biệt
“lạ-quen” [4] Bên cạnh MBL, một họ protein huyết tương có cấu trúc giốngcollagen đã được công nhận cũng có thể hoạt hóa bổ thể theo con đường lectinnày, trong đó có ficolin
Trang 13Về cơ chế hoạt động, con đường lectin khá giống với con đường cổ điển.MBL là một protein của pha cấp được tạo ra trong các phản ứng viêm Về cấutrúc thì MBL có hình dạng tương tự như phân tử C1q và về chức năng proteinnày cũng hoạt động tương tự như phân tử C1q trong quá trình hoạt hoá conđường cổ điển Phân tử MBL gắn với hai phân tử enzyme protease có cấu trúcvà hoạt tính tương tự như C1r và C1s bám vào là mannose-associated serineprotease 1 và 2 (lần lượt được kí hiệu là MASP1 và MASP2) Phức hợp MBL-MASP1-MASP2 hoạt hoá C4 và C2 để tạo thành C4bC2a mang hoạt tính C3convertase trong con đường cổ điển Như vậy con đường lectin hoà vào với conđường cổ điển từ bước hoạt hoá C3 Các cấu thành liên quan đến sự hình thànhcủa C3/C5 convertase trong các con đường cổ điển.
Hình 5 Bước đầu khởi động con đường lectin
(Nguồn: Trích dẫn từ Immunology của Kuby)
1.5 Con đường cạnh (alternative pathway)
Con đường cạnh giống với con đường lectin là không cần đến sự tươngtác giữa kháng nguyên-kháng thể để kích hoạt phản ứng, và được coi là mộtphần của hệ thống miễn dịch bẩm sinh Tuy nhiên con đường này không giốngvới con đường lectin ở chỗ: sử dụng C3-convertase và C5-convertase đặc biệthơn Con đường này liên quan đến 4 protein huyết thanh đó là C3, yếu tố B, yếutố D và properdin
Trang 14Thành phần C3 trong huyết thanh có một liên kết thioester không bền làchỗ dễ bị thuỷ phân tự nhiên một cách từ từ thành C3a và C3b C3b có thể gắnvào các kháng nguyên trên bề mặt lạ (ví dụ như các kháng nguyên trên các tếbào vi khuẩn hoặc các hạt virus) hoặc với ngay cả các tế bào của bản thân túcchủ Trong thành phần của màng ở hầu hết các động vật có vú đều có lượng acidsialic cao, điều này góp phần làm bất hoạt nhanh các phân tử C3b đã gắn trêncác tế bào của túc chủ Vì các bề mặt có kháng nguyên lạ như thành tế bào vikhuẩn, thành tế bào nấm men, vỏ của một số virus nhất định có lượng acid sialicthấp, do vậy C3b gắn vào các màng này giữ nguyên được trạng thái hoạt độngtrong một thời gian dài C3b cố định có thể gắn vào một protein huyết thanhkhác được gọi là yếu tố B bằng một liên kết phụ thuộc Mg++ Sự gắn của C3blàm bộc lộ ra một vị trí ở trên yếu tố B đóng vai trò như là cơ chất cho yếu tố D.Yếu tố D, một protein huyết thanh có hoạt động chuyển hoá enzyme, phân cắtyếu tố B đã gắn C3b giải phóng ra một mảnh nhỏ (mảnh Ba), mảnh này khuếchtán đi, và tạo ra C3bBb Phức hợp C3bBb giống như phức hợp C4b2a trong conđường cổ điển có cả hoạt tính C3 và C5 convertase Hoạt tính C3 convertase củaC3bBb có thời gian bán huỷ chỉ 5 phút trừ khi có protein huyết thanh khác làproperdin gắn vào nó làm ổn định nó và kéo dài thời gian bán huỷ của hoạt tínhenzyme convertase của nó lên tới 30 phút.
C3bBb được tạo ra trong con đường không cổ điển có thể hoạt hoá C3không bị thuỷ phân để tạo ra nhiều C3b hơn theo con đường tự chuyển hoá Kếtquả là các bước đầu tiên được lặp lại và khuếch đại, vì thế trong vòng không đầy
5 phút đã có tới hơn 2106 phân tử C3b lắng đọng trên bề mặt có kháng nguyên.Giống như phức hợp C4b2a3b trong con đường cổ điển, hoạt động C3convertase của C3bBb tạo ra phức hợp C3bBb3b có hoạt tính C5 convertase.Hoạt tính C5 convertase của C3bBb3b sau đó thuỷ phân C5 đã gắn vào phứchợp này để tạo ra C5a và C5b, mảnh C5b sẽ gắn vào bề mặt có kháng nguyên
Trang 15Hình 6 Hình thành phức hợp C5-convertase trên con đường nhánh
(Nguồn: Trích dẫn từ Immunology của Kuby[6])
2 Vai trò của hệ thống bổ thể trong đáp ứng miễn dịch bảo vệ cơ thể và sốt xuất huyết Dengue
2.1 Các protein liên quan hệ thống bổ thể
2.1.1 Các bổ thể khởi đầu (Initator complement componets)
Các protein này đáp ứng các dòng thác bổ thể tương ứng bằng gắn vớicác phân tử hòa tan hoặc phân tử liên kết màng Sau khi liên kết sẽ tạo thànhphối tử hoạt hóa, làm thay đổi về cấu trúc dẫn đến những thay đổi trong hoạttính sinh học của bổ thể Ví dụ: C1q, Mannose Binding Lectin (MBL) và cácFicolin [6]
2.1.2 Các enzym trung gian
Một số thành phần bổ thể, (ví dụ, C1r, C1s, MASP2 và yếu tố B) là cácenzym phân giải protein Chúng phân cắt và hoạt hóa các thành phần khác củadòng bổ thể này Các enzyme protease được hoạt hóa bởi sự liên kết với các đạiphân tử khác và gây ra sự thay đổi về cấu trúc Một số khác không hoạt độngcho đến khi bị phân cắt bởi enzym protease khác và do đó chúng được gọi là cáczymogen: các protein được hoạt hóa bởi các enzyme phân cắt protein Haienzym phân cắt bổ thể C3 và C5 tương ứng, là enzyme C3 và C5 chuyển đổi(C3 và C5 convertases) và có vị trí trung tâm trong các dòng thác bổ thể [6]
2.1.3 Các thành phần gắn màng hoặc opsonin
Sự hoạt hóa bổ thể, một số protein được phân cắt thành hai đoạn, mỗiđoạn đảm nhận một vai trò cụ thể Đối với C3 và C4, các đoạn lớn hơn, C3b vàC4b, đóng vai trò như opsonin, tăng cường khả năng thực bào bằng cách liên kết
