Giáo trình Miễn dịch học - chương 4

Đối với đáp ứng miễn dịch dịch thể các kháng thể hoà tan, chính xác hơn là các globulin miễn địch đảm đương chức năng này, nó được sản xuất từ tế bào plasma tương bào, biệt hoá từ tế bào

CHƯƠNG IV

TẾ BÀO B VÀ ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH DỊCH THỂ

Khi có một yếu tố lạ xâm nhập vào cơ thể, hệ thống miễn dịch có nhiệm vụ nhận biết, sau đó có những hoạt động có hiệu quả tiếp theo để loại trừ nó, nhằm mục đích bảo vệ tính toàn vẹn của cơ thể Đáp ứng miễn dịch dịch thể và đáp ứng miễn dịch tế bào, là hai phương thức mà hệ thốõng miễn dịch sử dụng Đối với đáp ứng miễn dịch dịch thể các kháng thể hoà tan, chính xác hơn là các globulin miễn địch đảm đương chức năng này, nó được sản xuất từ tế bào plasma (tương bào), biệt hoá từ tế bào lympho B

I TẾ BÀO LYMPHO B

1.1 Nguồn gốc và cư trú

Tế bào lympho B là tế bào sinh kháng thể, chúng được gọi là lympho B hoạt dộng của chúng phụ thuộc vào túi Fabricius (Bursa Fabricius) Ở người không có

cơ quan nào tương đương với túi Fabricius Người ta tìm thấy các tế bào tiền thân của lympho B trong gan bào thai và trong tuỷ xương của người trưởng thành, sau đó các tiền lympho B trưởng thành ngay trong tủy xương* Các tề bào này vào máu ngoại vi đến trú ngụ tại vùng vỏ ngoài của hạch ngoại vi, đầu tuỷ trắng của lách, tạo ra các nang lympho Khi có kháng nguyên xâm nhập, trong

cơ thể diễn ra đáp ứng miễn dịch : kháng nguyên bị đại thực bào bắt, nuốt và tiêu đi Các đại thực bào này sẽ đến các hạch lympho gần nhất, mang theo kháng nguyên đã xử lý, truyền thông tin cho các lympho B, biến chúng thành những tế bào mẫn cảm Cũng có trường hợp chính tự lympho B xử lý và nhận diện kháng nguyên (kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức) Sau đó những tế bào này trở thành những nguyên tương bào và phát triển thành những quần thể không những tại hạch địa phương mà còn đi đến các hạch khác trong toàn cơ thể Lúc này ỡ các hạch lympho thấy các nang nới rộng và xuất hiện tâm điểm mầm: Một số các nguyên tương bào sẽ chuyển thành tế bào plasma (tương bào) để sản xuất ra kháng thể Mỗi dòng tế bào plasma chỉ sản xuất ra một kiểu globulin miễn dịch

Quá trình tăng sinh, biệt hoá tế bào lympho B thành tế bào plasma, sản xuất

ra globulin miễn dịch đã được nghiên cứu nhiều và cho đến nay người ta đã có những hiểu biết nhất định về nó

1.2 Quá trình tăng sinh, biệt hoá lympho B

Dưới kính hiển vi điện tử các tế bào lympho B có bề mặt xù xì, nổi gai đó là các globulin miễn dịch bề mặt, viết tắt là sIg (Surface immunoglobuline) Quá trình tăng sinh và biệt hoá lympho B thành tế bào plasma (sản xuất kháng thể) diễn ra có kèm theo sự thay đổi sIg Một cách khái quát ta có thể chia quá trình này thành hai giai đoạn:

1.2.1 Giai đoạn 1

Hình 1 Cơ sở tế bào của sự sản xuất kháng thể

Các tế bào nguồn (tế bào gốc trong tuỷ xương) phát triển thành tiền lympho B, các tế bào này có đặc điểm là chưa có sIg mà chỉ có IgM trong bào tương Tiếp theo các tiền lympho bào B phát triển thành lympho bào B chưa chín, các tế bào này đã có sIgM Sau đó các tế bào này tiếp tục phát triển thành lympho bào B chín với sự xuất hiện sIgM và sIgD (một số nhỏ có sIgG và sIgA) Mỗi lympho

B có khoảng 0,5 - 1, 5.105 phân tử sIg và chúng hoạt động như các thụ thể tiếp nhận kháng nguyên Các lympho bào B chín này chưa phải là tế bào tiết kháng

thể Ở giai đoạn này sự phát triển của lympho B không cần sự kích thích của kháng nguyên và sự hỗ trợ của lympho T

1.2.2 Giai đoạn II

Các lympho B chín tăng sinh và biệt hoá thành tế bào plasma Trong giai

đoạn này cần có sự kích thích của kháng nguyên và sự hợp tác của tế bào

lympho T hỗ trợ (với những kháng nguyên phụ thuộc tuyến ức) Các kháng nguyên sau khi vào cơ thể sẽ chọn lọc và gắn với các lympho bào B chín có các sIg (thụ thể) thích hợp Việc kháng nguyên gắn với sIg trên bề mặt lympho bào

B là một trong những điều kiện cơ bản cho sự phát triển một đáp ứng miễn địch dịch thể, kháng nguyên gắn với sIg sẽ hình thành phức hợp ''Kháng nguyên -sIg'' Phức hợp này sẽ được chuyển vào trong tế bào Lúc này tế bào lympho B sẽ trải qua một quá trình tăng sinh, biệt hoá thành dòng tế bào plasma tiết ra kháng thể dịch thể hay globulin miễn dịch, chúng có cấu trúc giống như sIg mà kháng nguyên đã chọn lọc để gắn nhưng với ái tính cao hơn khi kết hợp với kháng nguyên đặc hiệu Trong khi một số biệt hoá thành tế bào plasma thì một số khác chuyển thành tể bào nhớ (memory B cell) giúp cho đáp ứng lần sau với chính kháng nguyên đó nhanh và mạnh hơn (hình l)

II KHÁNG THỂ DỊCH THỂ

2.1 Định nghĩa

Kháng thể dịch thể nếu hiểu chung có thể coi là tất cả những chất dịch giúp sinh vật chống đỡ các loại yếu tố kháng nguyên có hại xâm nhập vào cơ thể Song kháng thể dịch thể mà chúng ta đề cập tới ở đây là kháng thể đặc hiệu, nó thuộc thành phần globulin huyết thanh, được tạo ra do quá trình đáp ứng miễn dịch và gọi là “globulin miễn dịch'' Theo định nghĩa quốc tế (OMS - 1964) thì ''các globulin miễn dịch là tất cả các protein huyết thanh và nước tiểu có tính kháng nguyên và cấu trúc giống như globulin, được ký hiệu tắt là Ig (chữ đầu của Immunoglobulin) hoặc  (gamma)''

Trong huyết thanh, thành phần globulin miễn dịch chiếm khoảng 20% Ngày nay nhờ những tiến bộ trong lĩnh vực sinh học phán tử người ta đã hiểu ngày càng sâu và đầy đủ về câú trúc cũng như chức năng của phân tử globulin miễn dịch

2.2 Cấu trúc của globulin miễn dịch

2.2.1 Cấu trúc khái quát cửa phân tử globulin miễn dịch

Phân tử globulin miễn dịch gồm một hay nhiều đơn vị hình thành, chúng có cấu trúc tương đối giống nhau Mỗi đơn vị là một phần tử protein có 4 chuỗi polypeptit giống nhau từng đôi một: 2 chuỗi nhẹ và 2 chuỗi nặng, nối với nhau bằng những cầu nối disulfur

2.2.2 Chuỗi nhẹ ký hiệu L (light chain)

Chuỗi nhẹ có trọng lượng phán tử khoảng: 23.000 Có 2 loại chuỗi nhẹ chung cho tất cả các lớp globulin miễn dịch: chuỗi nhẹ Kappa (ký hiệu K hay ) và chuỗi nhẹ Lambda (ký hiệu )

Tính kháng nguyên của hai loại chuỗi nhẹ này hoàn toàn khác nhau Tỷ lệ mang chuỗi nhẹ K và  của các globulin miễn dịch có khác nhau giữa các loài

Ở người, tỷ lệ này là 2:1 Một phân tử globulin miễn dịch chứa chuỗi nhẹ hoặc

, hoặc , không khi nào mang cả hai loại Không những 2 chuỗi nhẹ của phân tử globulin miễn dịch cùng loại, mà về cấu trúc chúng cũng hoàn toàn giống nhau Cho đến nay, người ta thấy rằng chỉ có một loại chuỗi nhẹ , nhưng ít nhất có 4 loại chuỗi nhẹ  Về cấu tạo chung, chuỗi nhẹ gồm 211 - 221 axit amin và chia thành 2 phần dài bằng nhau:

 Phần hằng định, ký hiệu C(constant) cos tận cùng -COOH với trình tự axit amin tương đối hằng định và được ký hiệu là C (cho typ kappa) vả 'C (cho typ lambda)

 Phần thay đổi,ký hiệu V (variable) có tận cùng -NH2 Trật tự axit amin trong phần này thay đổi từng nhóm một, rất khác nhau từ cá thể này đến cá thể khác và ngay trong một cá thể, phần này được ký hiệu V (cho typ kappa) và Vø (cho typ lambda) Trong phần này có những vị trí sự sắp xếp của các axit amin cực kỳ thay đổi

Hình: Cấu trúc cơ bản của một đơn vị globulin miễn dịch

Hình Các phần V và C của đơn vị Ig 2.2.3 Chuỗi nặng, ký hiệu H (Heavy chain)

Chuỗi nặng có trọng lượng phân tử từ 50.000 đến 70.000 Chúng được chia thành 5 lớp: , , , ,  Các chuỗi nặng có tính đặc hiệu riêng và quyết định globulin miễn dịch thuộc lớp nào Tương ứng với mỗi lớp chuỗi nặng là một loại globulin miễn dịch, còn chuỗi nhẹ có thể là  hoặc  vì vậy ta có:

Chuỗi nặng -globulin IgG, có thể ký hiệu 22 hoặc 22

Chuỗi nặng -globulin IgA, có thể ký hiệu 22 hoặc 22

Chuỗi nặng -globulin IgM, có thể ký hiệu 22 hoặc 22

Chuỗi nặng -globulin IgD có thể ký hiệu 22 hoặc 22

Chuỗi nặng -globulin IGE, có thể ký hiệu 22 hoặc 22

Chuỗi nặng có khoảng 440 axit amin và cũng chia thành 2 phần:

 Phần hằng định C ,cũng tận cùng bằng -COOH, có số axít amin nhiều gấp

3 lần số axit amin của phần hằng định chuỗi nhẹ, tức là khoảng 330 axit amin Do sự khác biệt về tính kháng nguyên ở vùng hằng định này mà một số lớp globulin miễn địch còn, được chia thành các dưới lớp như 1,

2, 3, 4 hoặc 1, 2

 Phần thay đổi: cũng giống như phần thay đổi chuỗi nhẹ, vùng thay đổi

chuỗi nặng ở phía tận cùng - NH2 Trong trật tự axit amin có một số đoạn cực kỳ thay đổi, xen giữa những đoạn tương đối ổn định Ở cả hai chuỗi nhẹ và chuỗi nặng, vùng cực kỳ thay đổi được xác, định ở gần vị trí các axit amin 30, 50 và 95 Những vùng cực kỳ thay đổi như thế tham gia trực tiếp vào việc hình thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop)

Những vùng cực kỳ thay đổi còn được gọi là vùng quyết định bổ cứu (complementarity determining regions: CDR) và những đoạn peptit xen giữa tương đối ổn định gọi là vùng khung (Framework regions: FR) Ở cả hai vùng thay đổi của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ có 3 CDR (CDR1 CDR3) và 4 FR (FR1 -FR4)

2.2.4 Cầu disulfua và các domain globulin miễn dịch.

Trong phân tử globulin miễn dịch cầu disulfua hình thành ở các axit amin cystein, chúng nối các chuỗi polypeptit lại với nhau duy trì cấu trúc bậc 4 của phân tử

Ở người cầu disulfua giữa chuỗi nặng và chuỗi nhẹ hầu hết ỡ phần tận cùng amino của CH1 và phần tận cùng carboxyl của C và C Cầu disulfua giữa những chuỗi nặng của các lớp và dưới lớp globulin miễn dịch khác nhau về số

lượng và vị trí (hình 16) Nhìn chung cầu disulfua ở chuỗi nặng thường có ở vùng

bản lề giữa CH1 và CH2, chuỗi  và  ở CH2 Với các chuỗi và µ cầu disulfua ở

phía tận cùng carboxyl còn tham gia vào việc polymer hóa phân tử IgA hoặc IgM Cầu disulfua, ngoài việc nối các chuỗi lại với nhau, còn nối các axit amin ở những vị trí cách xa nhau trong cùng một chuỗi làm chúng uốn cong lại tạo ra cấu trúc hình cầu và được gọi là domain Chuỗi nhẹ có 2 domain, chuỗi nặng có

4 domain, mỗi domain có khoảng 100 axit amin

Nhờ việc nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X chuỗi nhẹ của phân tử IgG mà người ta biết khá chi tiết cấu trúc của các domain Nói chung các domain đều có cấu trúc

cơ bản giống nhau, trong đó, chuỗi polypeptit được gấp lại (tại những vị trí có các axit amin glycin), thành những đoạn song song Những đoạn này được xếp thành hai lớp chạy theo hướng ngược nhau Một lớp có 4 đoạn, lớp kia có 3 đoạn Hai lớp được giữ với nhau bởi một cầu nối disulfua

Chi tiết hơn, người ta thấy rằng các domain V của chuỗi nhẹ và chuỗi nặng tiếp xúc với nhau qua các lớp có 3 đoạn, trong khi các domain C tiếp xúc với nhau qua lớp 4 đoạn Những vòng peptit nối các đoạn ở các bề mặt tiếp xúc của

2 domain V chính là những vùng cực kỳ thay đổi Ba vòng cực kỳ thay đổi trên domain V của chuỗi nặng cùng với 3 vòng cực kỳ thay đổi trên domain V của chuỗi nhẹ được xếp lại cùng nhau để tạo ra cấu trúc bề mặt gắn kháng nguyên (paratop)

2.2.5 Vùng bản lề.

Trong chuỗi nặng, vùng giáp gianh giữa domain CH1 và CH2 được gọi là vùng bản lề Chuỗi  và  không có vùng bản lề thay vào đó là domain C2 và C2 Ở vùng bản lề của chuỗi 1 có chứa những axit amin CP-F-C (prolin và cystein), tại đây các axit amin cystein hình thành cầu nối disulfua giữa các chuỗi nặng (H-H) tạo ra vòng octapeptit:

-C-P-P-C-Vòng này hoạt động như một miếng đệm mềm dẻo tạo nên đặc tính mềm mại của vùng bản lề Kết quả là 2 cánh của phân tử globulin miễn dịch di động được, nó có thể mở ra, khép vào từ 0 - 180o, nhờ đó mà nó dễ dàng kết hợp với kháng nguyên

Vùng bản lề còn là nơi dễ bị tác động của các enzym phân giải protein Vùng bản lề của chuỗi 1 do có các vi trí gắn nhóm carbohydrat nên nó có khả nàng kháng lại các proteinase ỡ ruột

2.2.6 Các nhóm carbohydrat

Globulin miễn dịch có bản chất là glycoprotein vì vậy bản thân nó có một lượng đáng kể các nhóm carbohydrat Số lượng và vị trí gắn các nhóm này ở các phần tử globulin miễn dịch rất khác nhau Các nhóm carbohydrat thường thấy ở

vùng hằng định của chuỗi nặng, hợp phần tiết và chuỗi J

Cho đến nay chức năng của các nhóm carbohydrat được biết còn ít Người ta

cho rằng nó có vai trò trong việc duy trì cấu trúc bậc 3 thông qua việc gấp chính

xác phân tử globulin miễn dịch Có ý kiến cho rằng, nó có vai trò trong việc tiết các globulin miễn dịch bởi tế bào plasma và điều hoà tốc độ chuyển hoá của globulin miễn dịch

2.2.7 Các mảnh của phân tử globulin miễn dịch

Vùng bản lể của phân tử globulin miễn dịch ngoài tính mềm mại còn là vị trí bộc lộ ra ngoài dễ bị tấn công bởi các enzym proteinase Nếu dùng papain và pepsin cắt phân tử globuiin miễn dịch IgG, kết quả ta sẽ thu được các mảnh khác nhau

2.2.7a Với papain: thu được 3 mảnh:

 2 mảnh Fab (antigen binding fragment), mỗi mảnh gồm một chuỗi nhẹ và một phần chuỗi nặng có tận cùng -NH2, gồm các domain VH

và VH1 Mảnh này có trọng lượng phân tử 50.000 và chỉ có một vị trí kết hợp được với kháng nguyên

 1 mảnh Fc (crystalizable fragment), mảnh này có trọng lượng phân tử 60.000, có tính kháng nguyên, có khả năng liên kết với một số tế bào khác và giữ vai trò nhất định trong việc hoạt hoá bổ thể

2.2 7b Với pepsin: thu được 2 mảnh:

 Mảnh lớn có trọng lượng phân tử 100.000, có hai hoá trị (bivalent) gọi là mảnh F(ab')2 Vì có 2 hoá trị cho nên mảnh này có hoạt tính như một kháng thể hoàn toàn, do đó tạo được phản ứng kết tủa (precipitation) và ngưng tụ (agglutination) với kháng nguyên đặc hiệu Mảnh F(ab')2 đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp cần sử dụng tính kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên và loại bỏ phản ứng phụ không cần thiết do mảnh Fc gây ra

 Mảnh nhỏ còn lại Fc có trọng lượng phân tử khoảng 56.000.

Hình : Các mảnh của phân tử Ig dưới tác dụng của enzym pepsin.

2.3 Lớp và dưới lớp của globulin miễn dịch

Dựa vào cấu trúc và tính khác biệt kháng nguyên của các phân tử globulin miễn dịch người ta có thể phân chúng thành các lớp và các dưới lớp (phân lớp)

2.3.1 Globulin miễn dịch G-IgG

Ở người, IgG chiếm khoảng 70 - 75% tổng số Ig của huyết thanh người bình thường Nồng độ trung bình 1000 mg/100 ml, của người Việt Nam là 1.400 mg/100 ml Phân tử IgG tồn tại ở dạng monomer với hằng số lắng 7s và trọng

lượng phân tử 140.000 Căn cứ vào sự khác biệt tính kháng nguyên ở vùng hằng

định của chuỗi gamma, globulin miễn dịch IgG được chia thành 4 dưới lớp IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 Tương quan tỷ lệ giữa các lớp dưới là: IgG1: 60-70%, IgG2: 14-20%, IgG3: 4-8%, IgG4: 2-6% Tuy nhiên tỷ lệ nảy có thể thay đổi đôi chút giữa các cá thể Các dưới lớp của IgG có một số tính chất sinh học:

 IgG1, IgG2, IgG3 có khả năng hoạt hoá bổ thể theo đường cổ điển Khả năng hoạt hoá này chiû thực hiện được sau khi phân tử IgG đã kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên, và có 2 phân tử IgG nằm kề nhau

 Trừ IgG2, các IgG khác có khả năng gắn lên màng tế bào mast Hiện nay người ta thấy rằng không chỉ tế bào mast mà một số tế bào khác như tế bào mono, đại thực bào, bạch cầu trung tính, bạch cầu ái toan, tiểu cầu, tế bào NK đều có receptor với phần Fc của chuỗi gamma

 Các phân tử của cả 4 dưới lớp IgG đều có khả năng chuyển qua rau thai vào máu thai nhi, khả năng này không phái IgG có kích thước thích hợp mà do tế bào rau thai có receptor đặc hiệu cho Fc của phân tử IgG Nhờ có đặc điểm này mà IgG giúp đứa trẻ mới sinh có khả năng phòng ngự ở những tuần đầu tiên của cuộc sống

IgG là lớp kháng thể chủ yếu trong đáp ứng miễn dịch thứ phát, nó cũng là lớp globulin miễn dịch độc quyền kháng độc tố

2.3.2 Globulin miễn dịch A IgA

Có hai loại IgA: IgA trong huyết thanh và IgA tiết.

IgA huyết thanh chiếm khoảng 15 - 20% tổng số Ig có trong huyết thanh Trong máu, IgA có nồng độ 200 mg/100 ml, người Việt Nam 350 mg/100ml IgA huyết thanh có hằng số lắng 7s và trọng lượng phân tử 160.000 Ơù người hơn 80% IgA tồn tại dưới dạng monomer với 4 chuỗi cơ bản

IgA tiết có trong nước bọt, nước mắt, nước mũi, mồ hôi, sữa non, dịch tiết của phổi, đường sinh dục - tiết niệu, ống tiêu hoá IgA tiết là loại dimer có hằng số lắng 11S và trọng lượng phân tử 400.000 Dạng dimer của IgA tiết gồm 2 monomer nồi với nhau bới chuỗi J và hợp phần tiết Sc (secretory component) Chuỗi J cũng là sản phẩm của tế bào plasma, nó là một chuỗi polypeptit có khoảng 137 axit amin Chuỗi J liên kết đồng hoá trị với gốc cystein ỡ gần đoạn

cuối của chuỗi  và  Sự có mặt của chuỗi J tạo điều kiện thuận lợi cho việc

trùng hợp những đơn vị cơ bản của các phần tử IgA thành dimer (đôi khi thành trimer hoặc nhiễu hơn) và IgM thành pentamer

Hợp phần tiết là sản phẩm của tế bào biểu mô nhầy, nó là một chuỗi polypeptit có trọng lượng phân tử khoảng 70.000 với một lượng carbohydrat cao

Hợp phần tiết kết hợp với IgA qua liên kết đồng hoá trị hoặc không đồng hoá trị

(tuỳ thuộc vào loại) Người ta có thể tìm thấy hợp phần tiết ở dạng tự do trong dịch tiết

Kết quả IgA tiết là sản phẩm của sự hoạt dộng phối hợp giữa hai loại tế bào: plasma và biểu mô nhầy Hợp phần tiết ngoài chức năng nối hai monomer IgA với nhau, nó còn giúp IgA tiết chống lại các enzym proteinase IgA có 2 lớp phụ là IgA1 và IgA2

IgA tiết là phương tiện bảo vệ tại chỗ của cá thể, nó ngăn cản sự xâm nhập của kháng nguyên (virut, vi khuẩn, tế bào lạ ) IgA tiết có thể chịu được pH thấp của dạ dày vì vậy trẻ còn bú được hưởng một lượng lớn IgA tiết từ sữa mẹ

2.3.3: Globulin miễn dịch M - IgM

IgM chiếm khoảng 10% tổng lượng Ig huyết thanh với nồng độ 120 mg/100

ml, người Việt Nam 170 mg/100ml Về cấu trúc, IgM do 5 đơn vị cơ bản hợp thành, giống hình sao 5 cánh, các đơn vị nối với nhau bởi chuỗi J IgM có hằng số lắng 19S và trọng lượng phân tử khoảng 900.000

Do có 5 F(ab’)2 chìa ra 5 phía nên phân tử IgM có háo tính cao trong việc kết hợp với các quyết định kháng nguyên và thuận tiện trong việc tạo phản ứng ngưng kết hoặc ngưng tụ

IgM có khả năng liên kết bổ thể mạnh nhất vì nó luôn đáp ứng yêu cầu của bổ thể là có hai Fc nằm kế nhau Khi có kháng nguyên xâm nhập IgM là loại

xuất hiện đầu tiên, vì vậy nó có vai trò quan trọng trong những trường hợp

nhiễm khuẩn sớm; IgG xuất hiện muộn hơn và sẽ thay thế cho IgM

Trong sự phát triển của lympho bào B, IgM và IgD là 2 globulin miễn dịch chủ yếu xuất hiện trên màng lympho B Đặc biệt phần tử IgM xuất hiện sớm hơn Vì vậy nó còn là một dấu hiệu để nhận biết giai đoạn biệt hoá của lympho

B Tuy nhiên IgM xuất hiện trên màng tề bào không phải là dạng pentamer mà là dạng monomer (1 dơn vị 4 chuỗi peptid), nó có một đoạn kỵ nước gắn vào đầu

C tận cùng của chuỗi nặng giúp cho việc neo phân tử vào màng tế bào sIgM cũng chính là receptor kháng thể chủ yếu mà lympho B dùng để nhận biết kháng

nguyên khởi đầu cho một đáp ứng miễn dịch