Các cytokin trung gian và điều hòa miễn dịch bẩm sinh

TNF (tumor necrosis factor)

TNF là chất trung gian chính của phản ứng viêm cấp chống vi khuẩn gram âm và một số vi sinh vật khác. TNF đồng thời cũng là chất chịu trách nhiệm về nhiều biến chứng toàn thân của nhiễm trùng nặng. TNF lần đầu tiên được tìm thấy trong huyết thanh động vật xử lý với nội độc tố vi khuẩn (LPS) và có tác dụng gây ra sự hoại tử của các khối u trong cơ thể khi hiện diện với lượng lớn.

Nguồn gốc, thụ thể

Nguồn sản xuất TNF chủ yếu là thực bào đơn nhân, tuy nhiên một số tế bào khác như lymphô T, NK, dưỡng bào cũng có thể tiết ra chất này. Kích thích mạnh nhất đối với đại thực bào để dẫn đến sản xuất TNF là LPS. Ngoài ra, một lượng lớn cytokin này còn được sản xuất bởi các vi khuẩn gram âm. Các interferon γ do tế bào T và NK sản xuất cũng có tác dụng khuyếch đại sinh tổng hợp TNF của đại thực bào đã được LPS kích thích.

Có 2 loại thụ thể của TNF, loại có trọng lượng phân tử 55 kD có tên là THF-RI và loại có trọng lượng phân tử 75 kD có tên là TNF-RII. Các thụ thể này có mặt trên hầu hết các loại tế bào trong cơ thể.

Hoạt tính sinh học

Chức năng sinh lý chính của TNF là kích thích tập trung tế bào trung tính và tế bào mono đến nơi nhiễm trùng và hoạt hóa những tế bào này để tiêu diệt vi khuẩn.

TNF làm bộc lộ các phân tử kết dính trên tế bào nội mô làm dính lại tế bào bạch cầu, trung tính và mônô tại đây. Hai phân tử kết dính quan trọng ở đây là selectin và ligand dành cho integrin bạch cầu.

TNF kích thích tế bào nội mô và đại thực bào tiết ra chemokin nhằm tăng cường ái lực của integrin bạch cầu đối với ligand của chúng và tạo nên sự tập trung bạch cầu. TNF còn kích thích thực bào đơn nhân tiết IL-1 là chất có tác dụng rất giống TNF.

Ngoài vai trò trong viêm, TNF còn khởi động cái chết lập trình đối với một số tế bào.

Trong nhiễm trùng trầm trọng, TNF được sản xuất với lượng lớn và gây nên những triệu chứng lâm sàng toàn thân cùng với các tổn thương giải phẫu bệnh. Nếu sự kích thích sản xuất TNF đủ mạnh thì nó có thể gây ra sản xuất thừa TNF và lượng này sẽ tràn vào máu để đến gây ra các tác động ở xa vị trí nhiễm trùng như một hooc-môn vậy. Các tác động toàn thân của TNF bao gồm:

TNF tác động lên vùng dưới đồi để gây ra sốt, do đó người ta gọi nó là chất gây sốt nội sinh (để phân biệt với LPS là chất gây sốt ngoại sinh). Sốt xảy ra do TNF (và cả IL-1) được thực hiện qua trung gian của sinh tổng hợp prostaglandin. Do vậy, các chất kháng prostaglandin có thể giảm sốt do TNF và IL-1.

TNF tác động lên tế bào gan làm tăng tổng hợp protein huyết thanh. Những protein huyết tương do gan sản xuất dưới tác động của TNF, IL-1 và IL-6 tạo nên đáp ứng pha cấp của phản ứng viêm.

Sự sản xuất TNF kéo dài gây ra tiêu hao tế bào cơ và mỡ và cuối cùng dẫn đến suy kiệt.

Khi một lượng lớn TNF được sản xuất thì khả năng co cơ tim và cơ

trơn thành mạch bị ức chế gây ra tụt huyết áp và đôi khi cả sốc.

Hình. Các hoạt tính sinh học của TNF

Với nồng độ thấp, TNF tác động lên bạch cầu và nội mô để khởi động phản ứng viêm. Ở nồng độ trung bình, TNF làm trung gian các tác động toàn thân của phản ứng viêm. Và với nồng độ cao, TNF gây ra các bất thường bệnh lý của sốc nhiễm trùng.

TNF gây ra huyết khối nội mạch do tế bào nội mô mất tính chất chống đông bình thường. TNF kích thích tế bào nội mô bộc lộ yếu tố mô là một chất hoạt hóa đông máu mạnh. Khả năng của chất này trong việc hoại tử u như tên gọi của nó là kết quả của huyết khối trong các mạch máu của u.

Lượng TNF lớn lưu thông trong máu còn có thể gây ra rối loạn chuyển hóa, cụ thể là hạ đường huyết do tăng tiêu thụ đường nhưng gan không bù lại được.

Có một biến chứng nặng của nhiễm trùng gram âm là sốc nhiễm trùng (còn gọi là sốc nội độc tố). Bệnh cảnh sốc bao gồm trụy tim mạch, đông máu nội mạch rải rác và rối loạn chuyển hóa. Hội chứng này chính là do TNF và một số cytokin khác như IL-12, INF-γ và IL-1 được sản xuất ra nhiều dưới tác động của LPS vi khuẩn. Đo nồng độ TNF huyết thanh có thể dự báo được bệnh cảnh sốc này. Các chất đối kháng TNF có thể ngăn ngừa tử vong trong mô hình thực nghiệm nhưng trên lâm sàng thì không, mà lý do có lẽ ngoài TNF các cytokin cũng có tác động như TNF và mạnh không kém.

Interleukin-1 (IL-1)

Chức năng chính của IL-1, cũng giống như TNF, là làm trung gian cho đáp ứng viêm của cơ thể chủ chống lại nhiễm trùng cũng như các kích thích viêm khác. IL-1 hoạt động cùng với TNF trong hệ miễn dịch bẩm sinh.

Nguồn gốc, thụ thể

Nguồn sản xuất chủ yếu của IL-1, cũng giống như TNF, là thực bào đơn nhân hoạt hóa. Nhưng khác với TNF, IL-1 còn được sản xuất bởi một số tế bào khác như tế bào trung tính, tế bào biểu mô, tế bào nội mô.

Có hai dạng IL-1 gọi là IL-1α và IL-1β, cả hai đều gắn vào một loại thụ thể tế bào và có hoạt tính sinh học như nhau. Cả hai đều được sản xuất dưới dạng một tiền chất 33 kD và một mảnh cắt 17 kD. Dạng hoạt động của IL-1β là mảnh cắt trong khi dạng hoạt động của IL-1α là cả tiền chất lẫn mảnh cắt. Đa số IL-1 tìm thấy trong tuần hoàn là IL-1β.

Có hai thụ thể màng cho IL-1 được gọi là thụ thể typ I và thụ thể typ II. Cả hai đều thuộc siêu họ Ig. Thụ thể typ I có trên hầu hết tế bào còn thụ thể typ II  được thấy chủ yếu trên tế bào B, tuy nhiên cũng có thể kích thích tạo ra trên một số tế bào khác.

Hoạt tính sinh học

Hoạt tính sinh học của IL-1 cũng giống như của TNF và phụ thuộc vào số lượng được sản xuất.

Khi được tiết với nồng độ thấp, IL-1 tác động như một chất trung gian của phản ứng viêm tại chỗ. Nó tác động lên tế bào nội mô để tăng bộc lộ các phân tử bề mặt kết dính bạch cầu như ligand của integrin.

Khi được tiết với lượng lớn, IL-1 đi vào máu và có tác dụng như nội tiết tố. Tác dụng toàn thân của IL-1 giống với TNF là gây sốt, kích thích gan sản xuất các protein huyết tương pha cấp, và tạo ra sự suy kiệt.

Sự giống nhau về tác động của IL-1 và TNF rất đáng ngạc nhiên. Tuy vậy chúng cũng có những khác nhau như: IL-1 không trung gian quá trình chết lập trình (apoptosis) của tế bào ngay cả khi có nồng độ cao và bản thân nó không gây sốc nhiễm trùng.

Thực bào đơn nhân có sản xuất ra một chất ức chế tự nhiên đối với IL-1. Chất này có chung thụ thể với IL-1 hoạt động như một chất ức chế tương tranh với IL-1 do đó nó được gọi là chất đối kháng thụ thể IL-1 (IL-1 receptor antagonist, IL-1ra). IL-1ra có thể là một chất điều hòa nội sinh của IL-1.

Chemokin

Chemokin là một họ gồm nhiều cytokin có khả năng kích thích bạch cầu di chuyển và điều hòa sự di chuyển của chúng từ máu đến các mô. Từ chemokin là viết tắt của chemotactic cytokin có nghĩa là cytokin hóa hướng động. Một số chemokin có thể được sản xuất bởi nhiều loại tế bào khác nhau để đối phó với kích thích viêm và thu hút bạch cầu đến chỗ viêm. Một số chemokin khác được sản xuất bởi nhiều mô khác nhau ngay cả khi không có viêm và cũng thu hút bạch cầu (chủ yếu là lymphô) đến mô.

Cấu tạo, nguồn gốc, thụ thể

Tất cả các chemokin đều là những polypeptid có trọng lượng phân tử 8- 12 kD và chứa 2 cầu di-sulfua bên trong. Người ta đã xác định được khoảng 50 chemokin và tương lai có thể phát hiện thêm. Chemokin được chia thành nhiều họ dựa trên số lượng phân tử cystein có đầu tận cùng N. Hai họ chủ yếu là họ chemokin CC có các phân tử cystein tận cùng nằm cạnh nhau và họ CXC có các phân tử cystein tận cùng nằm cách nhau bởi một acid amin. Khi có phản ứng viêm thì chemokin CXC tác động chủ yếu lên tế bào trung tính, còn CC thì tác động lên tế bào mono, lymphô và ái toan. Chemokin còn có họ C tức chỉ có một phân tử cystein hoặc họ CX3C tức có 2 phân tử Cystein cách nhau bởi 3 acid amin.

Về nguồn gốc, các chemokin liên quan đến phản ứng viêm được sản xuất bởi tế bào bạch cầu khi có các kích thích đến từ bên ngoài. Còn các chemokin điều hòa sự lưu thông tế bào qua các mô thì được sản xuất bởi những tế bào khác nhau trong các mô này.

Người ta đã xác định được 11 loại thụ thể dành cho chemokin CC và được đặt tên từ CCR1 đến CCR11, 6 thụ thể dành cho CXC được đặt tên từ CXC1 đến CXC6 và đây chưa phải là hết. Thụ thể của chemokin được thể hiện trên tế bào bạch cầu, đặc biệt trên tế bào T người ta thấy có rất nhiều thụ thể chemokin. Tất cả thụ thể chemokin có chung một cấu trúc đặc trưng là bao gồm những domain có cấu tạo 7 vòng xoắn α xuyên màng.

Có một số thụ thể chemokin như CCR5 và CXCR4 có tác động như những đồng thụ thể đối với HIV. Một số lymphô bào T hoạt hóa có thể tiết ra những chemokin liên kết với CCR5 và cạnh tranh cùng với virus qua đó phong bế nhiễm trùng HIV.

Hoạt tính sinh học

Chemokin được phát hiện là nhờ vào chức năng hóa hướng động của chúng nhưng thật ra chúng còn có nhiều chức năng quan trọng khác trong hệ miễn dịch cũng như các hệ thống khác.

Chemokin tập trung các loại tế bào của cơ thể chủ đến vị trí nhiễm trùng. Chemokin hiện diện trên tế bào nội mô tác động lên các bạch cầu đi qua làm cho các integrin bạch cầu tăng ái lực kết gắn với ligand của chúng. Điều này rất quan trọng để giữ bạch cầu lại nội mô của mao mạch vùng tổn thương. Ngoài ra, chemokin còn kích thích sự di chuyển của bạch cầu đến nơi có tổn thương trên cơ sở độ chênh nồng độ của chemokin tại nơi tổn thương và các nơi khác. Các chemokin khác nhau kích thích các tế bào khác nhau nhờ thế mà kiểm soát được thành phần của các tế bào tại ổ viêm. Ví dụ, chemokin IL-8 huy động chủ yếu tế bào trung tính, còn chemokin eotaxin tập trung tế bào ái toan.

Chemokin điều hòa sự lưu thông của tế bào lymphô và các bạch cầu khác trong các mô lymphô ngoại biên. Đây là một phát hiện mới trong miễn dịch học. Các chemokin có khả năng thúc đẩy các tế bào hiệu quả đã được hoạt hóa và tế bào T nhớ di chuyển đến các mô không phải thuộc hệ lymphô bao gồm cả da và niêm mạc. Sự chọn lựa những tế bào khác nhau để đưa đến các mô khác nhau phụ thuộc vào số lượng và thụ thể trên tế bào của từng loại chemokin.

Interferon (IFN) typ I

Interferon typ I là những chất làm trung gian đáp ứng sớm của miễn dịch bẩm sinh chống lại các nhiễm trùng virus.

Cấu tạo, nguồn gốc và thụ thể

IFN typ I gồm có 2 nhóm protein có tên là IFN-α và IFN-β. IFN-α là một  họ  gồm có  20  polypeptid có  cấu  trúc  liên  quan với  nhau và  mỗi polypeptid được mã hóa bởi một gen riêng. IFN-α được sản xuất chủ yếu bởi các thực bào đơn nhân và đôi khi còn được gọi là interferon bạch cầu. IFN-β là một protein được sản xuất bởi nhiều loại tế bào như nguyên bào sợi và vì thế mà đôi khi nó còn được gọi là interferon nguyên bào sợi. Kích thích hiệu quả nhất đối với sự tổng hợp interferon là nhiễm trùng virus, nhất là các virus RNA chuỗi kép do virus tạo ra trong quá trình nhân lên của chúng trong tế bào chủ. Trong phòng thí nghiệm, việc sản xuất IFN typ I được kích thích bởi các RNA chuỗi kép nhân tạo có tín hiệu rất giống với nhiễm trùng virus. Tế bào T được kháng nguyên hoạt hóa cũng kích thích thực bào đơn nhân tổng hợp IFN typ I.

Mặc dầu IFN-α   và IFN-β khác nhau về cấu tạo nhưng chúng lại gắn vào cùng một thụ thể và tạo ra đáp ứng sinh học giống nhau.

Hoạt tính sinh học

Hoạt tính của IFN typ I là bảo vệ cơ thể chống lại nhiễm trùng virus và thúc đẩy đáp ứng miễn dịch tế bào chống lại các vi sinh vật nội bào.

IFN typ I ức chế sự nhân lên của virus. IFN kích thích tế bào sản xuất ra nhiều loại enzym như 2’5’synthetase oligoadenylate có tác dụng ngăn cản sao chép của virus DNA hoặc RNA và ức chế sự nhân lên của chúng. Tác dụng chống virus của IFN typ I vừa mang tính tự thân (autocrine) tức là ức chế được sự nhân lên của virus trong bản thân mình vừa có tác động kế cận (paracrine) nghĩa là có tác dụng bảo vệ các tế bào chưa nhiễm bên cạnh.

IFN typ I có tác dụng gia tăng sự bộc lộ của phân tử MHC lớp I. Tế bào T CD8+ có khả năng nhận diện kháng nguyên lạ liên kết với MHC lớp I, và IFN typ I thúc đẩy sự nhận diện đối với phức hợp gồm lớp I và kháng nguyên virus trên tế bào nhiễm, qua đó tế bào gây độc dễ dàng nhận ra tế bào chứa virus và tiêu diệt chúng.

IFN typ I kích thích sự phát triển của tế bào Th1ở người. Hiệu ứng này có được là nhờ IFN typ I đã thúc đẩy sự bộc lộ các thụ thể chức năng của tế bào T đối với cytokin khởi động Th1 là IL-12. IFN typ I còn có khả năng gia tăng hoạt tính ly giải tế bào của tế bào NK.

Hình. Hoạt tính sinh học của interferon typ I.

IFN typ I (IFN-α và IFN-β) được sản xuất bởi các tế bào nhiễm virus và đại thực bào. IFN typ I ức chế nhiễm trùng virus và thúc đẩy hoạt tính CTL chống lại tế bào đã nhiễm virus.

Trong phòng thí nghiệm, IFN typ I ức chế sự tăng sinh của nhiều loại tế bào, kể cả lymphô. Cơ chế ức chế tăng sinh này của IFN typ I vẫn chưa được rõ.

Tóm lại, chức năng chủ yếu của IFN typ I là ức chế và loại bỏ nhiễm trùng virus. Trong lâm sàng người ta đã dùng IFN-α như một thuốc chống virus để điều trị một số thể viêm gan. Còn IFN-β thì được dùng để điều trị đa xơ hóa (multiple sclerosis), nhưng cơ chế tác động thì chưa được rõ lắm.

Ngoài ra, trong đáp ứng miễn dịch bẩm sinh còn có một số cytokin khác tham gia như IL-10, IL-6, IL-5, IL-15, IL-18, IL-19, IL-20, IL-21, IL-22, IL-23, IL-24 nhưng cơ chế tác động của chúng chưa hoàn toàn được sáng tỏ nên trong phạm vi quyển sách này chúng tôi chưa có điều kiện để trình bày.