VÀ SỰ HOẠT HÓA MỘT SỐ LOẠI TẾ BÀO
Chương 10 MIỄN DỊCH CHỐNG VI KHUẨN
III. MIỄN DỊCH CHỐNG VI KHUẨN CỦA CƠ THỂ ĐỘNG VẬT
Cơ thể động vật đề kháng lại sự nhiễm khuẩn theo các mức độ phòng ngự như sau.
3.1. Mức độ đề kháng thứ nhất: Ngăn cản sự xâm nhập và loại bỏ mầm bệnh ra khỏi cơ thể
Sự phòng ngự thứ nhất của cơ thể động vật là khả năng chống lại sự sống sót và thâm nhập của mầm bệnh, trong đó có các mầm bệnh vi khuẩn, vào trong cơ thể. Vì bề
mặt ngoài cơ thể con vật tiếp xúc với môi trường, nghĩa là thường xuyên tiếp xúc với vi khuẩn, nên sức đề kháng cũng được thể hiện từ đây. Da của con vật tạo nên sự bảo hộ hoàn hảo vì không một loại vi khuẩn nào có thể đi qua da nếu da luôn nguyên lành. Mồ hôi, với nồng độ muối nào đó, cũng là điều kiện không thuận lợi với hầu hết các loại vi khuẩn. Miệng, phổi và ngay cả đường tiêu hóa cũng được coi là phía ngoài bởi vì màng niêm mạc của những vị trí đó cũng luôn tiếp xúc với môi truờng. Những phần khác của cơ thể tiếp xúc với môi trường bên ngoài cũng được bao phủ bằng lớp niêm mạc. Tất cả những phần “mở” được bảo vệ bằng sự loại bỏ thường xuyên vi khuẩn: mắt sản sinh ra nước mắt có chứa các chất diệt khuẩn. nước bọt loại trừ vi khuẩn có trong miệng khi con vật nuốt thức ăn. Màng nhầy của đường hô hấp có tác dụng giữ vi khuẩn, các hạt bụi nhỏ không cho chúng thâm nhập vào trong (Hình 1). Những lông nhỏ có trong tai và các ống dẫn khí sẽ loại bỏ, nhờ sự di chuyển liên tục của chúng, các hạt bụi nhỏ và các vi khuẩn đã bị bắt giữ ở các niêm mạc. Đường niệu - sinh dục, đường tiêu hóa cũng được làm sạch mỗi khi con vật bài thải nước tiểu và phân. Nếu không bị đẩy ra ngoài, để có thể bám vào bề mặt biểu mô, trực khuẩn phải gắn vào được thụ cảm quan. Các yếu tố miễn dịch của cơ thể cố gắng bám trước vào các vi khuẩn và phong bế các thụ cảm quan đó không kết gắn đuợc với vi khuẩn nữa. Các IgA do tế bào B sản xuất ra có thể được vận chuyển qua biểu mô từ bề mặt trong ra bề mặt ngoài. Để làm được điều đó, trước hết nó phải kết gắn được với thụ cảm quan trên bề mặt trong của tế bào biểu mô. Tế bào sẽ hút IgA gắn vào thụ cảm quan của nó và tạo ra một bọng di chuyển vào ra phía ngoài. Ở bề mặt phía ngoài của ruột, IgA được giải phóng ra sau khi tách khỏi thụ cảm quan và được tiết vào đường niệu sinh dục. Khi IgA gặp một vi khuẩn, nó có thể kết gắn với các thụ cảm quan nằm trên bề mặt vi khuẩn. Điều đó làm cho vi khuẩn không thể bám vào tế bào biểu mô được nữa và nó bị dòng chảy của ruột đẩy ra ngoài.
Thêm vào đó, độ axit trong dịch dạ dày và ruột cũng có tác dụng diệt nhiều loại vi khuẩn mà con vật ăn vào. Ngoài ra, sự có mặt của các vi khuẩn hội sinh trong ruột cũng bảo vệ đường ruột chống lại sự xâm nhiễm của nhiều loại vi khuẩn mầm bệnh. Tất cả các khả năng đề kháng này là thụ động và không đặc hiệu, nhưng rất có hiệu quả.
Hình 1. Biểu mô đường hô hấp được bao phủ bằng lớp màng nhầy (niêm mạc) có tác dụng bắt giữ vi khuẩn. Các dịch tiết vào niêm mạc có tác dụng diệt khuẩn, hoặc
con vật sẽ ho tống các vật lạ ra ngoài.
3.2. Mức độ đề kháng thứ hai: Tiêu diệt vi khuẩn một cách không đặc hiệu
Nếu như sự phòng ngự ở mức độ thứ nhất không đủ (và đôi khi hoàn toàn không có), cơ thể con vật sẽ huy động khả năng miễn dịch không đặc hiệu chống lại vi khuẩn (cũng như đối với các mầm bệnh khác, ví dụ như virus) đó xâm nhập thành công vào cơ thể và có thể gây hại đối với cơ thể. Các cơ chế miễn dịch không đặc hiệu gặp ở hầu hết các loài động vật với các mức độ hoàn thiện, tiến hóa khác nhau.. Khả năng phòng vệ không đặc hiệu này bao gồm một số chất có mặt trong máu và dịch thể, ví dụ như bổ thể (xem Bảng 1). Bổ thể có khả năng diệt hầu hết các loại vi khuẩn xâm nhập vào cơ thể.
Hơn nữa, một số tế bào máu, trắng (bạch cầu) giám sát cơ thể thường xuyên để bắt giữ và tiêu hủy những mầm bệnh xâm nhập vào gây hại cho cơ thể. Đó chính là các tế bào thực bào và hiện tượng thực bào. Những khả năng đề kháng này nằm trong hệ thống miễn dịch tự nhiên, không đặc hiệu đối với mầm bệnh. Đối với các đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu ở mức độ đề kháng thứ hai, người ta quan tâm đến ba yếu tố chính là bổ thể, các chất opsonin và sự thực bào.
Bổ thể có thể diệt khuẩn theo hai cách: (i) Giỏn tiếp. Bổ thể opsonin hóa vi khuẩn để thúc đẩy quá trình thực bào và diệt khuẩn nội bào. (ii) Trực tiếp. Bổ thể giáng hóa và lắp ghép thành phức hợp tấn công màng C5b - 9 có tác dụng dung giải tế bào vi khuẩn.
Theo cách thức nhất: Thành phần C3 được hoạt hóa do sự dung giải prôtêin không hoàn toàn bằng các enzyme có tên là convertaza C3. Có hai enzyme convertaza, một enzyme được tạo ra do sự hoạt hóa đường chuyển hóa cổ điển phụ thuộc kháng thể (IgM và IgG); trong khi đó đường chuyển hóa thay thế được hoạt hóa không cần sự có mặt của các kháng thể. Đường chuyển hóa cổ điển được bất hoạt khi dưới tiểu phần (subcomponent) C1q của thành phần bổ thể thứ nhất kết gắn với hai phần tử IgG hoặc một phần tử IgM. Dưới tiểu phần C1s của thành phần C1 trở nên một enzyme proteaza hoạt động và kích hoạt thành phần C4 và C2 để tạo nên đường chuyển hóa cổ điển với enzyme convertaza C3 là phức hợp của thành phần C4 và C2 đó được hoạt hóa (C4b và C2a) được ký hiệu là C4b2a. Đường chuyển hóa thay thế được hoạt hóa khi vi khuẩn tiếp xúc với dịch thể của cơ thể. Cách chuyển hóa này thường được hoạt hóa một cách từ từ để tạo ra một số lượng nhỏ thành phần C3 đó được hoạt hóa (C3b). Khi thành phần C3b kết gắn với vi khuẩn, quá trình hoạt hóa đường chuyển hóa thay thế sẽ được thúc đẩy và nhờ đó một số lượng lớn enzyme convertaza C3 được tạo ra trên bề mặt. Theo cách thứ hai: Bổ thể cũng có thể diệt vi khuẩn một cách trực tiếp (Hình 2). Một khi thành phần C3b đó được tạo ra, các liên kết tương tự với emzyme convertaza C3 sẽ biến đổi nó thành enzyme convertaza C5 có tác dụng hoạt hóa thành phần C5 thành C5b.
Tiếp sau đó, các thành phần C6, C7, C8 và C9 sẽ cùng kết gắn với C5b để tạo ra một hình cầu rỗng có khả năng xuyên qua màng tế bào vi khuẩn và tạo nên sự dung giải vi khuẩn. Phức hợp bổ thể này được gọi là phức hợp tấn công màng.
Hình 2. Bổ thể trực tiếp diệt vi khuẩn
Bảng 1. Một số chất tham gia trong đáp ứng miễn dịch
Các chất Tác dụng
Các prôtêin pha cấp tính
Là các prôtêin của gan được giải phóng ra trong các pha cấp tính, có tác dụng như các opsonin và thúc đẩy đáp ứng viêm
Các chemotaxin Là các phần tử có khả năng lôi kéo các tế bào thực bào tới vị trí nhiễm trùng, được gọi là các chất hóa hướng động
Các cytokin Là các prôtêin do một quần thể tế bào giải phóng ra có tác động lên sự phát triển và hoạt tính của một quần thể tế bào khác.
Các opsonin Là các prôtêin và khi chúng bao phủ mầm bệnh sẽ làm cho các tế bào thực bào nhận biết mầm bệnh và tiêu hóa chúng nhanh hơn, bao gồm:
các kháng thể, các prôtêin pha cấp tính và các prôtêin bổ thể.
Các pyrogen Là các chất gây sốt
Bổ thể Là các prôtêin của huyết tương và màng tế bào có tác dụng như các chất opsonin và có tác dụng gây dung giải tế bào/vi khuẩn và là các chất trung gian trong phản ứng viêm.
Interleukin - 1 Cytokin của tế bào đại thực bào, có tác dụng trung gian trong phản ứng viêm và gây sốt.
Lysozyme Một loại enzyme ngoại bào có tác dụng diệt vi khuẩn Phức hợp tấn công
màng
Là một phức hợp prôtêin có tác dụng tạo lỗ của màng được tạo ra trong quá trình giáng hóa của bổ thể cho phép nước và các ion đi qua màng vào trong vi khuẩn, dung giải vi khuẩn.
Perforin Là một prôtêin có tác dụng tạo lỗ của màng, cho phép các granzyme đi vào tế bào, do tế bào NK và tế bào T gây độc tế bào sản xuất ra.
Superoxide anion (O - )
Chất ô xi hóa khử mạnh có trong lysosome của các tế bào thực bào.
Opsonin hóa là quá trình bao phủ các vi khuẩn bằng các prôtêin có trong huyết tương để làm tăng khả năng kết dính của chúng đối với các tế bào thực bào nhằm chuẩn bị cho quá trình thực bào. Có hai chất opsonin chủ yếu là kháng thể thuộc lớp IgG và thành phần thứ 3 của bổ thể (C3) có khả năng kết gắn với bề mặt của vi khuẩn. Các tế bào thực bào có các thụ cảm quan trên màng đối với tiểu phần Fc của phân tử IgG và đối với thành phần thứ 3 của bổ thể đã được hoạt hóa (được gọi là C3b). Kháng thể lớp IgG kết gắn với vi khuẩn vì tiểu phần Fc nhận biết các điểm quyết định kháng nguyên của vi khuẩn. Thành phần thứ 3 của bổ thể đã được hoạt hóa (C3b) kết gắn được với vi khuẩn vì trong quá trình hoạt hóa thành phần C3, cầu nối thiol được bộc lộ ra ngoài cho phép hình thành các cầu nối ester hoặc các cầu nối amide (liên kết đồng hóa trị) với cấu trúc bề mặt của màng vi khuẩn.
Các tế bào trung tính và các tế bào monocyte/tế bào đại thực bào là hai loại tế bào thực bào đặc biệt quan trọng. Các tế bào trung tính và các tế bào monocyte lưu hành trong máu và di chuyển vào mô bào. Đầu tiên chúng bám vào các tế bào nội mô rồi di chuyển qua các điểm nối giữa các tế bào. Trong mô bào, chúng di chuyển hướng tới vi khuẩn theo một quá trình có tên là hóa hướng động (chemotaxis) được định nghĩa là sự di chuyển trực tiếp của tế bào dựa theo sự sai khác về nồng độ của các tác nhân hóa hướng động ví dụ như thành phần C5a của bổ thể, leukotriene B4, IL - 8, các peptide của vi khuẩn. Các tế bào thực bào nhận biết các mục tiêu của chúng thông qua các gốc đường (mannose hoặc LPS) nhưng sự kết gắn sẽ được tăng lên gấp rất nhiều lần nếu như vi khuẩn được opsonin hóa với phân tử IgG và/hoặc thành phần C3b. Các tế bào thực bào có các thụ cảm quan Fc và C3b và giữa các thụ cảm quan này có sự hiệp đồng rất chặt chẽ. Chính vì vậy, nếu một vi khuẩn được opsonin hóa bằng phân tử IgG và thành phần C3b, chúng sẽ bị thực bào nhanh hơn. Quá trình “nuốt” (thực bào) vi khuẩn là một quá trình cần năng lượng. Màng tương bào sẽ bao quanh vi khuẩn và khép kín lại rồi đứt rời ra tạo nên một cái bọng nằm trong tế bào được gọi là phagosome. Sự dung hợp sau đó giữa các bọng phagosome và các hạt lysosome sẽ tạo nên các túi phagolysosome và vi khuẩn sẽ bị tiêu diệt trong các túi phagolysosome đó theo các quá trình có tên gọi là các cơ chế diệt vi khuẩn nội bào phụ thuộc ô - xy và không phụ thuộc ô - xy (Bảng 2).
Bảng 2. Các cơ chế diệt vi khuẩn nội bào
Phụ thuộc ô - xy Không phụ thuộc ô - xy
Hydrogen peroxide
O - xy
Gốc Hydroxyl
Hypohalite
Ôxit Nitric
Lysozyme
Chất chứa trong Lysosome
Acid hydrolases
Cationic prôtêins
Lactoferrin
Các prôteaza trung tính