VÀ SỰ HOẠT HÓA MỘT SỐ LOẠI TẾ BÀO
II. SỰ NHẬN BIẾT KHÁNG NGUYÊN CỦA HỆ THỐNG MIỄN DỊCH BẨM SINH
2.4. Hệ thống miễn dịch bẩm sinh và các vi khuẩn hội sinh
Ruột già của động vật (bao gồm cả người), mà đặc biệt là kết tràng có chứa rất nhiều quần thể vi sinh vật với số lượng lớn (>1013). Hầu hết các loài vi khuẩn sống ở đó không có hại cho cơ thể con vật và vì thế chúng được gọi là những vi khuẩn hội sinh.
Thậm chí, một số loại vi khuẩn còn có lợi vì chúng tổng hợp được các vitamin. Mặc dù có tên là “liên kết với mầm bệnh”, nhưng cũng có thể thấy các PAMP có cả ở trên các vi khuẩn không gây bệnh. Người ta cũng đã chứng minh rằng những vi sinh vật có lợi này, ngoài việc chúng không gây viêm, sự có mặt của chúng là cần thiết (ít nhất là ở chuột) để duy trì một kết tràng khỏe khoắn. Để chứng minh điều này, người ta nuôi chuột trong môi trường hoàn toàn sạch và dùng kháng sinh để tiêu diệt hết vi khuẩn trong kết tràng. Quan sát thấy chuột có biểu hiện không khỏe mạnh và đường tiêu hóa của chúng trở nên dễ bị tổn thương. Tuy nhiên nếu sau đó cho chuột uống LPS (chiết từ các vi khuẩn gram âm) hoặc axit lipoteichoic (chiết từ peptidoglycan của vi khuẩn gram dương), kết tràng của chúng sẽ không bị tổn thương. Thêm vào đó, chuột “knock-out”
TLR-2 hoặc TLR-4 hoặc chuột không truyền được tín hiệu qua TLR của chúng, sẽ không được bảo hộ khi tiến hành điều trị tương tự. Những kết quả này cho thấy (i) mặc dù thấp, nhưng sự hoạt động liên tục của hệ thống miễn dịch bẩm sinh là quan trọng đối với sức khỏe, ngay cả trong trường hợp không có mặt của mầm bệnh; (ii) giải thích lý do tại sao việc bổ sung trong thức ăn các loại vi khuẩn vô hại (probiotíc) cho người hay gia súc có thể chữa các bệnh ở kết tràng; (iii) cung cấp thêm lý do nhằm tránh sự sử dụng bừa bãi các loại kháng sinh diệt cả vi khuẩn có hại và vi khuẩn có lợi.
a. Miễn dịch bẩm sinh có thể khởi phát miễn dịch thích ứng
Các tế bào đại thực bào và các tế bào hình sao là những tế bào thực bào và chúng cũng chịu trách nhiệm cho việc “trình diện” các kháng nguyên tới các tế bào T để khởi động cả đáp ứng miễn dịch qua trung gian kháng thể và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào. Các mảnh kháng nguyên của mầm bệnh được nuốt vào đã được tiêu hóa sẽ được vận chuyển tới màng tế bào và kết gắn với các phân tử MHC loại II. Sự sao chép gen được khởi động nhờ sự tương tác của các PAMP và các TLR sẽ làm cho các phân tử xuyên màng có tên là B7 xuất hiện trên màng tế bào. Các tế bào T có một thụ cảm quan cho phân tử B7 có tên là CD28. Sự kết gắn đồng thời của CD28 với B7 và của phức hợp kháng nguyên/MHC loại II với các TCR đặc hiệu với nó sẽ hoạt hóa tế bào T và điều đó sẽ dẫn đến sự gián phân liên tục để tạo ra các clones của các tế bào T CD4+ thực hiện các đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào và kích thích các tế bào B tiết ra các kháng thể có tính đặc hiệu tưong ứng với kháng nguyên đó. Để được hoạt hóa, các tế bào T không những phải kết gắn với epitope (MHC-peptide) thông qua TCR của chúng mà còn phải nhận được một tín hiệu thứ hai từ tế bào trình diện kháng nguyên (APC). Việc nhận được tín hiệu thứ hai này được gọi là “đồng kích thích”. Các yếu tố đồng kích thích quan trọng nhất là các phân tử có trên các tế bào APC ký hiệu là B7 và ligand của chúng trên tế bào T ký hiệu là CD28 (Hình 6). Sự kết gắn của CD28 với B7 tạo nên tín hiệu thứ hai cần thiết để hoạt hóa các tế bào T.
Hình 6. Phương thức “đồng kích thích” là cần thiết để hoạt hóa tế bào T.
Nếu tế bào T không nhận được “tín hiệu 2”, nó sẽ bị chết theo chương trình đã định sẵn. B7 có hai dạng:
B7-1 (CD80) và B7-2 (CD86).
Sự tương tác của các PAMP và các TLR trên bề mặt của các tế bào hình sao sẽ kích thích các tế bào này tiết ra các cytokines bao gồm interleukin 6 (IL-6) có khả năng giao thoa với khả năng của các tế bào T điều hòa để làm triệt tiêu các đáp ứng của các tế bào T thực hiện đối với kháng nguyên.
Các tế bào B cũng là các tế bào trình diện kháng nguyên. Tế bào B kết gắn với kháng nguyên bằng các BCR và “nuốt” kháng nguyên vào lysosomes. Sau đó, các mảnh kháng nguyên đã được tiêu hóa sẽ được vận chuyển tới bề mặt tế bào hợp thành phức hợp với các phân tử MHC loại II tương tự như đối với các tế bào đại thực bào và các tế bào hình sao. Các tế bào B cũng có các TLR. Khi một PAMP ví dụ như LPS kết gắn với TLR, nó sẽ thúc đẩy đáp ứng của tế bào B đối với kháng nguyên. Về mặt kinh điển, người ta biết rằng muốn một vacxin có hiệu quả, chế phẩm vacxin không những chỉ chứa kháng nguyên mà còn có các chất bổ trợ. Một vài chất bổ trợ cũng chứa PAMP và sự kích thích của chúng tới hệ thống miễn dịch bẩm sinh sẽ thúc đẩy đáp đáp ứng của hệ thống miễn dịch thích ứng với kháng nguyên trong vacxin.
Các mầm bệnh kết gắn với các mảnh prôtein C3 của bổ thể không chỉ được opsonin hóa tạo điều kiện thuận lợi cho sự thực bào mà chúng còn kết gắn chặt hơn với các tế bào B thông qua các BCR. Tác động hiệp lực này sẽ cho phép sự sản xuất kháng thể xảy ra thậm chí với liều lượng kháng nguyên kích thích thấp hơn nhiều so với lượng cần có thông thường. Một số tác giả cho rằng, trong thực tế, miễn dịch thích ứng sẽ không thể xảy ra nếu không có sự trợ giúp của các cơ chế của miễn dịch bẩm sinh.
b. Các peptides có tính chất kháng khuẩn
Động vật có xương sống (bao gồm cả con người), động vật không xương sống (ví dụ ruồi dấm - Drosophila) và thậm chí cả thực vật đều tiết ra các peptides có khả năng diệt khuẩn (antimicrobial peptides). Các peptides này bảo hộ cho cơ thể sống chống lại sự xâm nhiễm của các mầm bệnh. Trong thực tế, tất cả các sinh vật đa bào đều sử dụng dạng miễn dịch bẩm sinh này. Ở người, các peptides kháng khuẩn được nghiên cứu kỹ hơn cả là defensin và cathelicidin.
Defensins: Bề mặt biểu mô được bảo vệ bằng defensins: da, bề mặt đường tiêu hóa, đường niệu sinh dục, phổi và hệ hô hấp (mũi). Một số defensin do chính các tế bào biểu mô tiết ra, một số khác do các tế bào bạch cầu đặc biệt là bạch cầu trung tính mang đến.
Một số defensin được tiết ra một cách liên tục, một số khác chỉ được tiết ra khi cơ thể phản ứng lại sự tấn công của mầm bệnh. Trong một vài trường hợp, các gen của chúng trở nên hoạt động nhờ các TLR đã được hoạt hóa. Các defensin được tổng hợp từ các tiền chất lớn hơn được mã hóa trong bộ gen. Tiền chất này được cắt nhỏ ra tạo thành các peptide hoạt động. Các peptide này có độ dài từ 29 tới 42 axit amin. Chúng có chứa một số phân tử cystein bất biến có các cầu nối disulfide trợ giúp để tạo ra một cấu trúc bậc hai có chứa các tấm beta. Chúng tấn công bề mặt ngoài của màng tế bào bao quanh mầm bệnh, sau đó đục màng tế bào tạo nên các lỗ và mầm bệnh bị chết. Không giống với các tế bào nhân thật, các hợp chất phospholipid trong màng ngoài của vi khuẩn mang rất nhiều điện âm và vì thế có lẽ các phần mang điện dương trên các defensin tạo điều kiện cho chúng chui qua màng của vi khuẩn trong khi đó lại bỏ qua màng tế bào vật chủ.
Cathelicidin: Cathelicidin của người được nghiên cứu kỹ nhất là LL37 - một peptide có 37 axit amin do các tế bào biểu mô và các tế bào bạch cầu trung tính tiết ra.
Không giống các defensin, cấu trúc bậc hai của chúng là chuỗi xoắn alpha. LL37 và defensin hoạt động hiệp lực, nghĩa là hiệu quả diệt của LL37 tăng lên nếu như có mặt một defensin. Trong y học, những người bị viêm da (chàm có liên quan đến dị ứng qua trung gian IgE tương tự như hen xuyễn hay sốt mùa cỏ khô (hay fever) sẽ mẫn cảm với nhiễm trùng ngoài da. Các trường hợp bệnh lý này xuất hiện hoặc khi không có LL37 hoặc khi không có defensin. Ở những chuột chuyển gen mà gen tương đồng với gene mã hóa cho LL37 đã bị thay thế sẽ trở nên cực kỳ mẫn cảm với nhiễm trùng ngoài da.
c. Một ví dụ về các peptide kháng khuẩn và đường tiêu hóa
Thức ăn luôn có chứa rất nhiều vi sinh vật. Tuy nhiên, hầu hết các vi sinh vật đó không gây nên các trở ngại gì cho con vật nhờ hàng rào là các chất peptide kháng khuẩn có từ miệng tới hậu môn. Biểu mô của miệng và lưỡi được bảo vệ bằng một lớp peptide kháng khuẩn cũng như các chất kháng khuẩn được tiết vào nước bọt. Dạ dày cũng được bảo vệ bằng các peptides kháng khuẩn do men pepsin từ các tiền chất có kích thước lớn cũng như độ pH thấp của dịch dạ dày. Dịch lỏng sau khi rời dạ dày nhanh chóng được trung hòa bằng các ion bicarbonate có trong dịch tụy. Tuy nhiên, bất kỳ vi khuẩn nào sống sót được sau khi đi qua dạ dày (ví dụ vi khuẩn E. coli có các bơm proton làm cho chúng sống sót được trong môi trường axit cao của dịch dạ dày) đều phải chịu tác động của các peptide kháng khuẩn do các tế bào Paneth của ruột non tiết ra. Vì thế, các chất chứa trong ruột non chỉ chứa một số lượng vi khuẩn rất thấp. Ruột già, đặc biệt là kết tràng, lại không phải như vậy. Kết tràng chứa một lượng lớn vi sinh vật (>1013) nhưng hiếm khi các vi sinh vật này tấn công niêm mạc kết tràng vì trên bề mặt niêm mạc có lớp bảo vệ là các peptide kháng khuẩn cũng như tác động phòng hộ do sự kích thích liên tục của vi khuẩn hội sinh gram dương vào các TLR-2 và của các vi khuẩn hội sinh gram âm vào TLR-4. Niêm mạc trực tràng cũng được bảo hộ bằng các peptide kháng khuẩn.