Thuật ngữ “bổ thể” đã được Paul Ehrlich giới thiệu vào cuối thập niên 1890 trong một phần của học thuyết về hệ thống miễn dịch của ông. Theo học thuyết này, hệ thống miễn dịch gồm có những tế bào có các thụ thể đặc biệt trên bề mặt của nó để nhận diện kháng nguyên. Nhờ vào sự tạo miễn dịch với kháng nguyên, rất nhiều receptor được hình thành, và sau đó chúng được giải phóng ra từ tế bào vào vòng tuần hoàn máu. Những receptor này được gọi là kháng thể và được Ehrlich gọi là “định kháng thể lưỡng hợp” để nhấn mạnh hai chức năng gắn kết của chúng:
Trang 1A BỔ THỂ VÀ VAI TRÒ CỦA BỔ THỂ
I Mở đầu
Cuối thế kỷ 19, người ta tìm thấy trong huyết tương những nhân tố hay yếu tố có khả năng diệt vi khuẩn Năm 1895, Jules Bordet chứng minh rằng yếu tố này có thể được phân tích thành 2 thành phần: thành phần ổn định với nhiệt và thành phần không ổn định với nhiệt (nó mất hiệu lực nếu huyết thanh đã được đun nóng đến 56 °C) Thành phần không ổn định với nhiệt ngày nay được biết đến với tên gọi là bổ thể (complement)
Thuật ngữ “bổ thể” đã được Paul Ehrlich giới thiệu vào cuối thập niên 1890 trong một phần của học thuyết về hệ thống miễn dịch của ông.Theo học thuyết này, hệ thống miễn dịch gồm có những tế bào có các thụ thể đặc biệt trên bề mặt của nó để nhận diện kháng nguyên Nhờ vào sự tạo miễn dịch với kháng nguyên, rất nhiều receptor được hình thành, và sau đó chúng được giải phóngra từ tế bào vào vòng tuần hoàn máu Những receptor nàyđược gọi là kháng thểvà được Ehrlich gọi là “định kháng thể lưỡng hợp” để nhấn mạnh hai chức năng gắn kết của chúng:
+ Nhận ra và bắt kháng nguyên đặc hiệu
+ Nhận ra và liên kết với các thành phần không ổn định với nhiệt chống vi khuẩn
Vì thế, Ehrlich đặt tên cho thành phần không ổn định với nhiệt là bổ thể, vì nó là thứ ở trong máu nhưng lạibổ sung cho tế bào trong hệ thống miễn dịch
Năm 1889 Buchner phát hiện thấy trong huyết thanh tươi dù không có kháng thể vẫn có tính chất diệt và làm tan vikhuẩn Tính chất này sẽ mất đi nếu đem huyết thanh đun nóng lên 560C Tuy nhiên tác dụng làm tan vikhuẩn chỉ rõ khi cho thêm kháng thể
Năm 1898 Bordet đã có nhận xét rằng huyết thanh con vật khỏi bệnh có khả năng làm ngưng kết vikhuẩn gây bệnh, sau đó còn làm vi khuẩn tan ra Hiện tượng này được làm sángtỏ: Nó do hai yếu tố phụ trách:
+Yếu tố thứ nhất bền với nhiệt, chịu được nhiệt độ 560 C trong 30 phút, chỉ xuất hiện sau khi con vật bị nhiễm khuẩn, gây ngưng kết đặc hiệu nhưng chưa làm chết vi khuẩn đó là kháng thể
+ Yếu tố thứ hai có sẵn trong huyết thanh, không bền với nhiệt có tác dụng làm tan vikhuẩn sau khi bị kháng thể làm ngưng kết được gọi là bổ thể (Complement) do tác dụng bổ sung của nó
Ngoài tác dụng làm tan vikhuẩn, người ta xếp bổ thể vào miễn dịch không đặc hiệu vì vai trò của nó trong viêm Những cơ thể thiếu bổ thể bẩm sinh rất dễ nhiễm khuẩn
II Khái niệm về bổ thể
Bổ thể là một nhómprotein đặc hiệu có sẵn trong huyết tương dưới dạng chưa hoạt hóa, chủ yếu do gan sản xuất
Sự kết hợp của bổ thể và kháng thể có vai trò rất quan trọng trong việc loại trừ mầm bệnh.Bổ thể được kích hoạt ngay khi mầm bệnh vừa xâm nhập vào cơ thể và không có tính đặc hiệu của kháng nguyên nên bổ thể được xem như là thành phần thuộc hệ thống miễn dịch bẩm sinh không đặc hiệu Ngoài ra, kháng thể cũng có khả năng hoạt hóa một vài protein của bổ thể.Quá trình này cũng là một phần trong miễn dịch dịch thể
Hệ thống bổ thể bao gồm ít nhất là 30 protein và glycoprotein trong máu và gắn trên các màng.Bổ thể đóng vai trò quan trọng trong cả đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và đáp ứng miễn dịch thích ứng do kháng thể thực hiện Sau khi có sự hoạt hoá của một thành phần đầu tiên thì các thành phần bổ thể khác nhau tương tác với nhau dưới sự điều hoà chặt chẽ của một chuỗi các enzyme tạo ra các sản phẩm phản ứng có tác dụng thúc đẩy sự thanh lọc các kháng nguyên và sự tạo thành của một đáp ứng viêm
Các protein của bổ thể được sinh ra ở các tế bào 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.Một protease có thể hoạt hóa được rất nhiều phân tử protein.Quá trình hoạt hóa này sẽ được khuếch đại một cách nhanh chóng để tạo nên hàng triệu phân tử hoạt động
2.1 Thí nghiệm của Buchner
- Mẫu 1: Huyết thanh dê có kháng thể kháng vikhuẩn tả + vi khuẩn tả
Kết quả: Vikhuẩn tả bị ngưng kết, rồi bị vỡ
- Mẫu 2: Huyết thanh dê có kháng thể kháng vi khuẩn tả, được hâm nóng ở 560Ctrong30 phút + vi khuẩn tả
Kết quả:Vikhuẩn tả bị ngưng kết, không bị vỡ
Nếu cho huyết thanh bình thường vào mẫu 2 thì vikhuẩn tả bị vỡ
Trang 2Kết luận:Trong huyết thanh bình thường cóyếu tố tham gia làm vỡ tế bào vi khuẩn Yếu tố này mất tác dụng khi bị hâm nóng
ở 560C trong 30 phút.Buchner đặt tên yếu tố này là bổ thể vì cúng có vai trò bổ sung cho tác dụng của kháng thể
- Bổ thể là một nhómprotein đặc hiệu có sẵn trong huyết tương dưới dạng chưa hoạt hóa, chủ yếu do gan sản xuất
- Bổ thể là một hệ thống gồm nhiều thành phần, trong đó có những thành phần không bền với nhiệt Hiện nay người ta đã tách biệt được 9 thành phần của bổ thể và được ký hiệu theoquy ước quốc tế chung là C (complement) Các thành phần của bổ thể được ký hiệu từ C1, C2, C3 C9.Riêng C1 có 3 đơn vị nhỏ (3 thành phần khác nhau) là C1q, C1r, C1s
- Sau khi một thành phần được hoạt hoá thì các mảnh peptide được ký hiệu bằng các chữ viết thường Mảnh nhỏ hơn được
ký hiệu bằng chữ “a”, mảnh lớn hơn được ký hiệu bằng chữ “b” ví dụ như C3a, C3b (ngoại trừ trường hợp C2 thì kí hiệu C2a là mảnh lớn, C2b là mảnh nhỏ Các mảnh lớn “b” gắn vào đích gần với vị trí hoạt hoá,còn các mảnh nhỏ “a” thì khuếch tán ra khỏi vị trí này và đóng vai trò trong việc hình thànhđáp ứng viêm cục bộ.Các mảnh bổ thể tương tác với một mảnh khác để tạo thành các phức hợp chức năng
- Có khoảng 10 yếu tố thamgia điều hòa sự hoạt hóa các thành phần của bổ thể: C1INH, I, H, B, D, P, C4bp, DAF, CR1 và protein S
- Bổ thể và các yếu tố điều hòa hợp thành hệ thống bổ thể
- Các thành phần của bổ thể được sản xuất ở nhiều tổ chức tế bào như: Gan, đại thực bào, tế bào nội mô
III Quá trình hoạt hóa bổ thể
Có ba con đường hoạt hoá bổ thể:
+ Con đường cổ điển (classical pathway)
+ Con đường không cổ điển (con đường tắt - alterlative pathway)
+ Con đường thông qua lectin(lectin pathway)
Ba con đường này khác nhau ở cách khởi động nhưng đều có chung một chuỗi phảnứngcuối cùng tạo ra một đại phân tử được gọi là phức hợp tấn công màng (membrane attack complex - viết tắt là MAC) có tác dụng làm tan một số tế bào, vi khuẩn và virus khác nhau Hoạt hoá bổ thể theocon đường cổ điển là một cơ chế phòng vệ của đáp ứng miễn dịch dịch thể (một nhánh của miễn dịch thích ứng) do các kháng thể thực hiện Hoạt hoá bổ thể theocon đường tắtvà con đường lectin là các cơ chế phòng vệ của miễn dịch bẩm sinh
- Con đường cổ điển đi từ C1đến C9theo thứ tự C1, C2, C3, C4, C6, C7, C8,C9
- Gọi là cổ điển vì nó xuất hiện trước nhưng về mặt tiến hóa thì nó xuất hiện sau con đường tắt
- Kháng thể kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên là tác nhân phổ biến nhất gây ra hoạt hoá bổ thể theocon đường cổ điển Chỉ có loại kháng thể thuộclớp hoặc dưới lớp IgM và IgG1, IgG2, IgG3 là có khả năng hoạt hoá bổ thể
- Sự vón tụ của các phân tử IgG, IgM cũng là một tác nhân hoạt hoá
-Ngoài ra một số virus, màng virut ARN, một số trực khuẩn Gram âm, chất thrombin, protein phản ứng C với nồng độ cao cũng gây được hoạt hoá bổ thể
- Hoạt hoá yếu tố C1: Khi kháng thể kết hợp với kháng nguyên thì các phần Fc tươngtác với nhau để lộ ra một vị trí ổn định
bổ thể trên vùng CH2 mà C1q có thể gắn vào Đó là sự mở màn cho quá trình hoạt hoá.Trong đó, C1q được gọi là đơn vị nhận diện
Trang 3Hình 1 Phức hợp C1qr 2 s 2 gắn vào kháng thể đã tạo phức hợp
với kháng nguyên trên bề mặt vi sinh vật
- Sự hoạt hóa C1 là sự kết nối của C1 vào kháng thể thông qua C1q dẫn đến sự hoạt hóa C1r, và tiếp đó là sự hoạt hóa của C1s Kết quả là tạo thành phức hợp C1qrs hoạt hóa và nó sẽ cắt C4 thành 2 phần là C4a và C4b
- Sự hoạt hóa C2 và C4 (sự tạo thành C3 convertase(men chuyển C3)): mảnh C4b gắn kết vào màng và mảnh C4a được phóng thích ra ngoài dịch Tiếp đó thì C1qrs sẽ cắt C2 thành C2a và C2b (C2a là mảnh lớn còn C2b là mảnh nhỏ).C2a gắn vào màng, kết nối với C4btạo thành phức hợp C4bC2a (gọi là C3 convertase)và nó sẽ cắt C3 thành C3a và C3b
- Sự hoạt hóa C3 (sự tạo thành C5 convertase(men chuyển C5)): C3b gắn và màng bằng cách liên kết với C4b và C2b, còn C3a được giải phóng ra thể dịch Kết quả tạo thành phức hợp C4bC2aC3b, hay chính là C5 convertase.Sự tạo thành C5 convertase là kết thúc con đường hoạt hóa cổ điển
Đến đây bổ thể hoạt hoá theocon đường cổ điển sẽ nhập vào con đường hoạt hoá chung (dây chuyền hoạt hóa)
a Sơ đồ hoạt hóa:
a Đặc điểm của giai đoạn hoạt hóa men
- Khi một thành phần bổ thể được hoạt hóa thìtrở thành men cắt protein hạn chế, cắt thành phần bổ thể tiếp theo thành 2 mảnh: mảnh nhỏ nằm trong pha lỏng, mảnh lớn trở thành men tiếp tục tham gia dây chuyền hoạt hóa
- Sự hoạt hóa có tính khuếch đại: một phân tử bổ thể được hoạt hóa sẽ gây hoạt hóa nhiều phân tử bổ thể tiếp theo
- Tạo ra các men chuyển C3, C5
*Chú ý:Cơ chế hoạt hóa bổ thể theocon đường cổ điển được hiểu kĩ hơn như sau:
- Việc tạo thành phức hợp giữa kháng nguyên với kháng thể đã gây nên những biến đổi về mặt hình thái ở phần Fc của phân tử kháng thể, bộc lộ một vị trí kết hợp dành cho thành phần bổ thể C1 C1 tồn tại trong huyết thanh dưới dạng phức hợp đại phân tử bao gồm C1q, hai phân tử C1r và hai phân tử C1s gắn với nhau dưới dạng phức hợp (C1qr2s2).Phức hợp này được giữ cho ổn định nhờ ion Ca2+.Phân tử C1q được cấu thành bởi 18 chuỗi polypeptide liên kết với nhau tạo nên 6 cánh tay xoắn kiểu lò xo chập ba giống như một bó hoa tulip có 6 bông, đỉnh của các cánh tay này (là các bông hoa) gắn vào các vị trí kết hợp đã được bộc lộ ở lãnh vực C2 của phân tử kháng thể
Hình 2 C1q cần phải gắn với ít nhất là hai Fc vào các đầu hình cầu để tạo ra liên kết bền vững
- Ðể cho tương tác ổn định giữa kháng thểvà C1q thì mỗi phân tử C1q phải gắn với ít nhất là hai Fc vào các đầu hình cầu của nó Khi một phân tử IgM pentamer gắn vào kháng nguyên hoặc vào bề mặt đích sẽ có ít nhất là 3 vị trí kết hợp dành cho C1q được bộc lộ.Tuy nhiên hình dạng của IgM trong máu lại là hình phẳng và ở dạng này thì các vị trí kết hợp với C1q lại không được bộc lộ.Vì thế tự IgM trong máu không có khả năng hoạt hoá chuỗi bổ thể.Ngược lại,phân tử IgG chỉ chứa có 1
vị trí kết hợp C1q ở phần Fc, khi hai phân tử IgG ở cách nhau 30-40 nm ở trên một bề mặt đích hoặc ở trong một phức hợp
sẽ cho ra hai vị trí gắn C1q nên chúngtạo ra liên kết vững chắc với C1q Sự khác nhau về phương diện cấu trúc giữa IgM
và IgG giải thíchtại sao chỉ một phân tử IgM gắn vào một tế bào hồng cầu là đủ để hoạt hoábổ thể theo con đường cổ điển
và làm tan tế bào hồng cầu, trong khi đó phải cần tới 1.000 phân tửIgGphân bố một cách ngẫu nhiên, để có hai phân tử đứng đủ gần nhau mới cósự gắn C1q
Các thành phần của con đường cổ điển tham gia hình thành C5 convertase được tóm tắt như sau:
Thành
phần
Protein hoạt động/ sản
Trang 4C1r Serine protease: enzyme hoạt hoá C1s
C1s Serine protease: enzyme hoạt hoá C4 và C2
C4 C4a Peptide trung gian hoá học của phản ứng viêm (độc tố
phản vệ - anaphylatoxin)
C4b Gắn và tạo phức hợp với C2 sau đó được phân cắt
bởi C1s tạo ra C4b2a
C2 C2a Serine protease: C4b2a hoạt động như C3 convertase
C3 C3a Peptide trung gian hoá học của phản ứng viêm (độc tố
phản vệ - anaphylatoxin)
C3b Gắn vào C4b2a tạo ra C5 convertase; chất opsonin
chính
Bảng 1 Các thành phần của con đường cổ điển tham gia hình thành C5 convertase
Những bước cuối của quá trình hoạt hoá bổ thể có liên quan đến C5b, C6, C7, C8 và C9.Các thành phần này tương tác tuần tự với nhau để tạo ra một cấu trúc đại phân tử được gọi là phức hợp tấn công màng.Phức hợp này chiếm chỗ của các phospholipid màng, tạo thành một kênh xuyên màng, gây rối loạn màng và cho phép các ion cùng các phân tử nhỏ khuếch tán ra vào qua màng một cách tự do
Hình 3 Quá trình hình thành phức hợp tấn công màng
Ởcả ba con đường (cổ điển, con đường tắtvà lectin), thành phần C5 gồm 2 chuỗi protein (a và b) đều bị enzyme C5 convertase phân cắt.Sau khi C5 gắn vào cấu thành C3b không có tính enzyme của C3 convertase, đầu tận cùng amine của chuỗi (bị phân cắt tạo ra mảnh nhỏ C5a khuếch tán đi và mảnh lớn C5b Mảnh C5b này cung cấp một vị trí kết hợp cho các cấu thành sau đó của phức hợp tấn công màng Cấu thành C5b rất kém ổn định và bị bất hoạt trong vòng 2 phút nếu không được thành phần C6 gắn vào và làm ổn định hoạt tính cho nó
Các tương tác của bổ thể đều diễn ra trên mặt ái nước của các màng hoặc trên các phức hợp miễn dịch trong phadịch lỏng Trong khi phức hợp C5b6 gắn vào C7 nó trải qua quá trình chuyển đổi cấu trúc ái nước - lưỡng cực bộc lộ ra những vùng kỵ nước, những vùng này đóng vai trò như những vị trí kết hợp với phospholipid của màng.Nếu tương tác diễn ra trên màng tế bào đích thì vị trí kết hợp kỵ nước có thể cho phép phức hợp C5b67 cài vào màng phospholipid kép.Tuy nhiên nếu tương tác xảy ra trên một phức hợp miễn dịch hoặc trên một bề mặt hoạt hoá không thuộc tếbào khác thìvị trí kết hợp kỵ nước không thể giữ cố định được phức hợp và nó bị giải phóng.Phức hợp C5b67 được giải phóng ra có thể gắn vào các tế bào lân cận làm tan các tế bào “ngoại phạm” này Trong một số bệnh có sự tạo thành của các phức hợp miễn dịch thì tổn thương mô là do hiện tấn công nhầm, “tên bay đạn lạc”làm tan các tế bào “ngoại phạm” này
Sự gắn của C8 vào C5b67 đã gắn trước trên màng tạo nên một biến đổi về hình thái của C8 và vì thế nó cũng trải qua quá trình chuyển trạng thái cấu trúc ái nước-lưỡng cực bộc lộ ra một vùng kỵ nước, vùng này sẽ tương tác với màng nguyên sinh chất Phức hợp C5b678 tạo nên một lỗ nhỏ có đường kính khoảng 10Å; lỗ được hình thành có thể dẫn tới tan các tế bào hồng cầu nhưng không tan các tế bào có nhân Bước cuối cùng trong quá trình hình thành phức hợp tấn công màng đó
là sự gắn và polymer hoá C9 vào phức hợp C5b678 Cứ khoảng từ 10 đến 16 phân tử C9 có thể gắn vào và bị polymer hoá
Trang 5bởi 1 phức hợp C5b678 Trong quá trình polymer hoá, các phân tử C9 cũng trải qua quá trình chuyển đổi ái nước-lưỡng cực và vì thế chúng cũng có thể cài cắm được vào màng
Phức hợp tấn công màng hoàn chỉnh sẽ có dạng hình ống và kích thước lỗ hoạt động chức năng từ 70 - 100 Å, bao gồm 1 phức hợp C5b678 bao xung quanh là một phức hợp polymer của C9.Vì thế các ion và các phân tử nhỏ có thể khuếch tán qua lại tự do qua kênh trung tâm của phức hợp tấn công màng, tế bào không thể duy trì được tình trạng ổn định về áp xuất
thẩm thấu của nó và bị tan do chứa quá nhiều nước và mất các yếu tố điện giải
- Sự hoạt hóa bổ thể theocon dường tắt không cần có sự tham gia của kháng thể nên nó là một thành phần của cơ chế miễn dịch bẩm sinhbảo vệ cơ thể, đặc biệt quan trọng khi cơ thể chưa có kháng thể đặc hiệu
- Con đường này liên quan đến 4 protein huyết thanh:C3, yếu tố B, yếu tố D và properdin Hoạt hóa bổ thể theocon đường tắt, đầu tiên cần phải có kháng thể để hoạt hoá bởi các thành phần của bề mặt tế bào khác nhau(thành phầnđược coi là lạ đối với tế bào cơ thể) Ví dụ,cả vi khuẩn gram âm vàvi khuẩn gram dương đều có các thành phần của thành tế bào có thể hoạt hoá con đường tắt
- Phức hợp C3bBb được ổn định nhờ sự gắn vào của properdin Sự chuyển đổi của C5b cố định thành phức hợp tấn công màng diễn ra theotrình tự các phản ứng giống như trong con đường cổ điển đã trình bày ở trên
- Nhiều chủng vikhuẩn gram âm và gram dương
- Thành tế bào nấm và nấm men (zymosan)
- Một số virus và tế bào nhiễm virus, nấm, kí sinh trùng (các loài trypanosoma)
- Một số tế bào ung thư(raji)
- Phức hợp kháng nguyên -kháng thể (kháng thể thuộc lớp IgA : IgA1 và IgA2)
Bình thường trong cơ thể luônluôn có một lượng nhỏ C3b được tạo ra, rồi bị bất hoạt ngay nếu không có yếu tố gây hoạt hóa
Vòng hoạt hóa C3 xảy ra theosơ đồ:
Thành phần C3 trong huyết thanh có một liên kết thioester không bền là chỗ dễ bị thuỷ phân tự nhiên một cách từ từ thành C3a và C3b C3b có thể gắn vào các kháng nguyên trên bề mặt lạ (ví dụ như các kháng nguyên trên các tế bào vi khuẩn hoặc các hạt virus) hoặc với ngay cả các tế bào của vậtchủ Trong thành phần của màng ở hầu hết các động vật có vú đều
có lượng acid sialic cao, góp phần làm bất hoạt nhanh các phân tử C3b đã gắn trên các tế bào cơ thể.Vì các bề mặt tế bào
cơ thể có kháng nguyên lạ như thành tế bào vi khuẩn, thành tế bào nấm men, vỏ của một số virus nhất định có lượng acid sialic thấp.Do vậy,C3b gắn vào các màng nàyvàgiữnguyên trạng thái hoạt động trong một thời gian dài C3b cố định có thể gắn vào một protein huyết thanh khác được gọi là yếu tố B bằngliên kết phụ thuộc Mg2+.Sự gắn của C3b làm bộc lộ ra một vị trí ở trên yếu tố B đóng vai trò như là cơ chất cho yếu tố D
Yếu tốD làmột protein huyết thanh có hoạt động chuyển hoá enzyme, phân cắt yếu tố B đã gắnvàoC3b giải phóng ra một mảnh nhỏ (mảnh Ba), mảnh này khuếch tán đi, và tạo ra C3bBb Phức hợp C3bBb giống như phức hợp C4b2a trong con đường cổ điển có cả hoạt tính C3 và C5 convertase Hoạt tính C3 convertase của C3bBb có thời gian bán huỷ chỉ5 phút Nếucó protein huyết thanh khác (properdin)gắn vào nó làm ổn địnhvà kéo dài thời gian bán huỷ của hoạt tính enzyme convertaselên tới 30 phút
Phức hợp C3bBb được tạo ra trong con đường tắtcó thể hoạt hoá C3 không bị thuỷ phân để tạo ra nhiều C3b hơn con đường tự chuyển hoá Kết quả, trong vòng 5 phút đã có hơn 2.106 phân tử C3b lắng đọng trên bề mặt có kháng nguyên Giống như phức hợp C4b2a3b trong con đường cổ điển, hoạt động C3 convertase 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 phức hợp này để tạo ra C5a và C5b, mảnh C5b sẽ gắn vào bề mặt có kháng nguyên
Giống như con đường cổ điển, quá trình hình thành phức hợp tấn công màng theocon đường tắt diễn ra theo sơ đồ sau:
Trang 6- Gần đây,người taphát hiện thêm một con đường hoạt hoá bổ thểkháccũng không cần có sự tham gia của kháng thể Con đường này được khởi động thông qua các protein có khả năng bám vào carbohydrate được gọi là các lectin.Vì thế, con đường hoạt hoá bổ thể này được gọi là con đường lectin(lectin pathway)
- Giống như con đường tắt, do không cần kháng thể nên con đường lectin cũng là thành phần của hệ thống đáp ứng miễn dịch bẩm sinh
- Nhiều chủng vikhuẩn gram âm và gram dương
- Thành phần của các glycoprotein hoặc các phân tử carbohydrate trên bề mặt của
cácvi sinh vật
Con đường lectin được khởi động khi protein trong huyết thanh có tên gọi là mannose-binding lectin (lectin gắn mannose, viết tắt là MBL) gắn vào các gốc mannose là thành phần của các glycoprotein hoặc các phân tử carbohydrate trên bề mặt của các visinh vật
Vì các gốc mannose chỉ có trên bề mặt các vi sinh vật (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” MBL là một protein của phacấp được tạo ra trong các phản ứng viêm Về cấu trúc,MBL có hình dạng tương tự như phân tửC1q;Về chức năng, protein nàyhoạt động tương tự như phân tử C1q trong quá trình hoạt hoá con đường cổ điển
-Phân tử MBL có hai phân tử enzyme protease có cấu trúc và hoạt tính tương tự như C1r và C1s bám vào là mannose-associated serine protease 1 và 2 (lần lượtkí hiệu là MASP1 và MASP2)
- Phức hợp MBP-MASP1-MASP2 hoạt hoá C4 và C2 để tạo thành C4bC2a mang hoạt tính C3 convertase trong con đường
cổ điển Như vậy con đường lectin hoà vào với con đường cổ điển từ bước hoạt hoá C3 Các cấu thành liên quan đến sự hình thành của C3, C5 convertase trong các con đường cổ điển, con đường tắtvà con đường lectin được tóm tắt như sau:
Con đường cổ điển Con đường lectin Con đường tắt
Các protein tiền thân C4 + C2 C4 + C2 C3 + yếu tố B
Bảng 3 Các thành phần liên quan đến sự hình thành của C3 convertase và C5 convertase
Ở giai đoạn cuối cùngcủa quá trình hoạt hoá bổ thể có liên quan đến C5b, C6, C7, C8 và C9.Các thành phần này tương tác tuần tự với nhau để tạo ra một cấu trúc đại phân tử được gọi là phức hợp tấn công màng.Phức hợp này chiếm chỗ của các phospholipid màng, tạo thành một kênh xuyên màng, gây rối loạn màng và cho phép các ion cùng các phân tử nhỏ khuếch tán ra vào qua màng một cách tự do
Ởcả ba con đường (cổ điển, tắtvà lectin), thành phần C5 gồm 2 chuỗi protein (a và b) đều bị enzyme C5 convertase phân cắt.Sau khi C5 gắn vào cấu thành C3b không có tính enzyme của C3 convertase, đầu tận cùng amine của chuỗi bị phân cắt tạo ra mảnh nhỏ C5a khuếch tán đi và mảnh lớn C5b Mảnh C5b này cung cấp một vị trí kết hợp củaphức hợp tấn công màng Cấu thành C5b rất kém ổn định và bị bất hoạt trong vòng 2 phút nếu không được thành phần C6 gắn vào và làm ổn định hoạt tính cho nó
Tất cả các tương tác của bổ thể đều diễn ra trên mặt ái nước của các màng hoặc trên các phức hợp miễn dịch trong pha dịch lỏng Trong khi phức hợp C5b6 gắn vào C7 nó trải qua quá trình chuyển đổi cấu trúc ái nước - lưỡng cực bộc lộ ra những vùng kỵ nước.Những vùng này đóng vai trò như những vị trí kết hợp với phospholipid của màng.Nếu tương tác diễn
Trang 7ra trên màng tế bào đích thì vị trí kết hợp kỵ nước có thể cho phép phức hợp C5b67 cài vào được màng phospholipid kép Tuy nhiên nếu tương tác xảy ra trên một phức hợp miễn dịch hoặc trên một bề mặt hoạt hoá không thuộc tếbào khác thì khi phức hợp này được hình thành,vị trí kết hợp kỵ nước không thể giữ cố định được phức hợp và nó bị giải phóng.Phức hợp C5b67 được giải phóng ra có thể gắn vào các tế bào lân cận dẫn đến làm tan các tế bào “ngoại phạm” này Ởmột số bệnh
có sự tạo thành của các phức hợp miễn dịch,tổn thương mô là do quá trìnhtấn công nhầm (“tên bay đạn lạc”)các tế bào
“ngoại phạm” này
Sự gắn của C8 vào C5b67 đã gắn trước trên màng tạo nên một biến đổi về hình thái của C8.Vì thế,nó cũng trải qua quá trình chuyển trạng thái cấu trúc ái nước-lưỡng cực bộc lộ ra một vùng kỵ nước, vùng này sẽ tương tác với màng nguyên sinh chất.Phức hợp C5b678 tạo nên một lỗ nhỏ có đường kính khoảng 10Å; lỗ nàycó thể dẫn tới tan các tế bào hồng cầu nhưng không tan các tế bào có nhân Bước cuối cùng trong quá trình hình thành phức hợp tấn công màng đó là sự gắn và polymer hoá C9 vào phức hợp C5b678 Cứ khoảng từ 10 đến 16 phân tử C9 có thể gắn vào và bị polymer hoá bởi 1 phức hợp C5b678 Trong quá trình polymer hoá, các phân tử C9 cũng trải qua quá trình chuyển đổi ái nước-lưỡng cực; Vì thế, chúng cũng có thể cài cắm được vào màng Phức hợp tấn công màng hoàn chỉnh sẽ có dạng hình ống và kích thước lỗ hoạt động chức năng từ 70 - 100 Å, bao gồm 1 phức hợp C5b678 bao xung quanh là một phức hợp polymer của C9.Vì thế các ion và các phân tử nhỏ có thể khuếch tán qua lại tự do qua kênh trung tâm của phức hợp tấn công màng, tế bào không thể duy trì được tình trạng ổn định về áp xuất thẩm thấu của nó và bị tan do chứa quá nhiều nước và mất các yếu tố điện giải
Quá trình hoạt hóa bổ thể theo3 con đường: con đường cổ điển, con đường tắt, con đường lectin được tóm tắc theo sơ đồ sau:
Hình 4 Tổng quan về ba con đường hoạt hoá bổ thể.
+ Con đường cổ điển được khởi động khi C1 gắn vào phức hợp kháng nguyên-kháng thể
+ Con đường tắtđược khởi động khi C3b gắn vào các bề mặt hoạt hoá như thành của tế bào vikhuẩn
+ Con đường lectin được khởi động khi lectin gắn mannose (MBL) gắn vào bề mặt vật lạ
Cả ba con đường đều tạo ra enzyme C3 convertase, C5 convertase và C5b.Thành phần này sau đó lại được chuyển thành một phức hợp tấn công màng theo trình tự chung của các tương tác cuối giống nhau ở cả ba con đường
Hình 5 Mối quan hệ giữa con đường hoạt hóa cổ điển, con đường tắt và con đường lectin.
IV Ðiều hoà hệ thống bổ thể
Trang 8C1 INH Huyết
thanh Cắt đứt liên kết của C1 đã hoạt hóa
C4 binding protein (C4BP) Huyết
thanh
Cắt đứt liên kết C3 convertase ở con đường cổ điển Cofactor cho yếu
tố I
thanh
Cắt đứt liên kết của C3 convertase trong con đường nhánh Cofactor cho yếu tố I
thanh Làm thóai biến C4b và C3bkhi có sự hỗ trợ của H và thụ thể CR1
thanh Bất hoạt độc tố phản vệ (C3a, C4a)
thanh Ngăn cản sự gắn kết lên màng của C567
Decay Accelerating Factor (DAF, CD55) Màng Cắt đứt C3, C5 convertase Cofactor cho yếu tố I
Membrane Cofactor Protein (MCP, CD46) Màng Cofactor cho yếu tố I
Homologous RestrictionFactor (HRF,
MIRL (protectin, CD59) Màng Ức chế sự hình thành MAC
- Vì hệ thống bổ thể không mang tính đặc hiệu, nó có thể tấn công cả các vi sinh vật cũng
như các tếbào cơ thể.Do vậy, tế bào cơ thể có các yếu tố tham gia hủy các thành phần
bổ thể và tránh được sự tấn công của MAC để giới hạn cho phản ứng chỉ tập trung vào
các tế bào nhất định.Quá trình này phụ thuộc vào các yếu tố:
+CR1 (complement receptor) và MCP: là 2 lọai protein màng tế bào máu ngoại vi Khi C3b
và C4b đến bám vào tế bào thì CR1 gắn kết C3b và C4b đồng thời là cofactor cho yếu tố I
Tạo điều kiện cho yếu tố I bất hoạt C3b và C4b Thành tế bào vi khuẩn thiếu những
protein bảo vệ này sẽkhông thể tăng cường sự phá hủy C3b và C4b Thay vào đó những
protein này hoạt động như những vị trí gắn kết cho yếu tố B và C2, tăng cường sự hoạt hóa
bổ thể
+DAF (Decay Accelerating Factor) :DAF là yếu tố điều hòa cần thiết cho con đường tắt
vì nó ngăn cản sự hoạt hóa tự động C3b bằng cách ngăn cản sự gắn kết của yếu tố B vào
C3b.Cơ chế hoạt động của DAF: Khi C3b gắn kết vào thụ thể CR1 trên màng tế bào vật
chủ, nó đồng thời được gắn kết vào DAF trên màng và làm hoạt hóa DAF DAF được hoạt
hóa sẽcó chức năng như môt bức tường gạch ngăn cản sự kết hợp giữa C3b và yếu tố
B Thêm vào đó, C3b gắn kết với Bb trước khi đến gắn kết vớiCR1 của màng tế bào vật
chủ làm choDAF sẽ có tác dụng tách Bb ra khỏi C3b, dẫn đến phá vỡ phức hợp C3bBb và
C4b2a
-Nhờ cơ chế trên mà sự hoạt hóa bổ thể xảy ra cường độ thích hợp Nếu quá yếu thìcơ
thể dễ bị nhiễm trùng, tái đi tái lại (như trường hợp thiếu C2) Nếu quá mạnh thì tế bào cơ
Trang 9thể bị tổn thương (như trường hợp thiếu C1 INH).
Mỗi tế bào hồng cầu cũng như bạch cầu lưu hành trong máu đều bộc lộ các thụ thể dành cho các mảnh bổ thể Các thụ thể dành cho bổ thể này tham gia vào rất nhiều hoạt động sinh học của hệ thống bổ thể Hơn thế nữa một số thụ thể dành cho bổ thể còn đóng vai trò trong việc điều hoà hoạt động của bổ thể bằng cách gắn các thành phần bổ thể có hoạt động sinh học và thoái hoá chúng thành các sản phẩm bất hoạt
Bả ng 4 Các thụ thể dành cho bổ thể và phối tử tương ứng
V Vai trò sinh học của bổ thể
Bổ thể có vai trò như một thành phần trung gian quan trọng của đáp ứng thể dịch bằng cách khuếch đại đáp ứng lên và chuyển nó thành các cơ chế đề kháng hữu hiệu để phá huỷ các vi sinh vật và các virus xâm nhập vào cơ thể
- MAC: có tác dụng đục thủng từng lỗ nhỏ (100A0) ở tế bào đích tế bào đích bị trương nước rồi vỡ ra
- Đại thực bào có CRI (thụ thể của C3b) và CR3 (thụ thể của C3bi) Khi C3 và C3bi bám vào vi khuẩn gây ra hiện tượng opsonin hóa đại thực bào qua trung gian các thụ thể này, giúp cho đại thực bào dễ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn
Trong quá trình hoạt hóa hệ thống bổ thể, hoạt động phân cắt C4,C3hay C5(C3a và C5a
là những anaphylatoxin mạnh)nhờ các phức hợp xúc tác luôn tạo ra 2 mảnh : 1 nhỏ và 1 lớn Mảnh lớn được giữ lại trong các phức hợp để tiếp tục tham gia tạo MAC(membrane
bào Còn các mảnh nhỏ được giải phóng ra ngòai thể dịch thực hiện chức năng riêng của nó
Các mảnh nhỏ được đề cập chính là các C3a,C4avà C5a, hoạt động trên các receptor riêng biệt để gây nên các đáp ứng viêm cục bộ Trong 3 chất thì C5a là có hoạt tính cao nhất
Cả C3a,C4a,C5a đều gây ra các triệu chứng như co thắt cơ trơn, tăng tính thấm thành mạch, tăng cường sự liên kết của bạch cầu lên thànhmạch tại nơi bị viêm Dẫn đến: + Rò rỉ các chất dịch từ mạch máu
+ Sự thóat khỏi mạch máu các phân tử miễn dịch và bổ thể
+ Tăng sự di chuyển của các đại thực bào, lympho hay PMNs đến vùng mô có sự xâm nhiễm của mầm bệnh Đồng thời hoạt động của các tế bào này cũng được tăng cường Đặc biệt C5a còn :
+ Hoạt hóa tế bào Mast giải phóng ra các chất hóa học trung gian như histamine(từ dưỡng bào và bạch cầu ái kiềm)và TNF-α gây ra các đáp ứng khi viêm
+ C5a có tính hóa hướng động hấp dẫn các bạch cầu (đơn nhân, đa nhân) trung tính, đại thực bào đếntiếp cận, thực bào tiêu diệt các vật ngọai laivà tăng cường phản ứng viêm
Trang 10Hình 5 Sự tăng cường đáp ứng viêm
- Một mầm bệnh lạ khi xâm nhập vào cơ thể, sẽ xảy ra quá trình tiếp xúc giữa kháng nguyên
và bổ thể Khi đó,hệ thống bổ thể đựợchoạt hóa để chống lại mầm bệnh Đặc biệt, C5a
có tính hóa hướng động, vì thế có thể xem như một tác nhân hấp dẫn, mời gọi các bạch cầu trung tính, đại thực bào đến vây bắtvà tiêu diệtvật lạ(tiêu diệt mầm bệnh)xâm nhập cơ thể Tuy nhiên, cũng cần một yếu tố để giúp các bạch cầu này dễ dàng nhận diện, đây chính là vai trò của C3b trong cơ chế opsonin :
• + Nếu kháng nguyên lạ xâm nhập cơ thể lần đầu tiên thì kháng nguyên đó sẽ được bao phủ bởi yếu tố bổ thể C3b; Đây là điều quan trọng giúp cho các tế bào thực bào, đặc biệt là các đại thực bào nhận diện và “ăn” kháng nguyên lạ đó.Vì trên các tế bào ấy có các receptor cho yếu tố C3b, nên đã tạo được điều kiện thuận lợi cho sự thực bào
• + Nếu kháng nguyên lạ đã từng xâm nhập vào cơ thể, thì cơ thể sẽvừacó kháng thể chống lại bệnh,vừa có bổ thể gắn lên bề mặt Điều này tạo sự dễ dàng hơn cho việc gắn kháng nguyên vào tế bào thực bào Chính sự gắn kết này đã thúc đẩy cho tiến trình phá hủy kháng nguyên
Hình 6 Tác dụng opsonin hóa của bổ thể
Tóm lại:Trong cơ thể vật chủ, hệ thống bổ thể có vai trò: chống nhiễm trùng, tăng cường phản ứng viêm, opsonin hóa và tiêu diệt mầm bệnh đảm bảo cho cơ thể bước đầu chóng lại mầm bệnh
Hình 7 Các tác dụng sinh học của hoạt hóa bổ thể
Hình 8 Vai trò sinh học của bổ thể
B CYTOKINE
I Sơ lược lịch sử về Cytokine
Một số nhà nghiên cứu cho rằng cytokine đầu tiên được phát hiện vào năm 1957 Cytokine