Một số kháng nguyên quan trọng

Hệ kháng nguyên nhóm máu ABO

Hệ này bao gồm 4 nhóm máu khác nhau: A, B, AB và O. Ký hiệu nhóm máu biểu thị kháng nguyên có mặt trên bề mặt hồng cầu. Cơ thể nhóm máu A thì có kháng nguyên A, nhóm B thì có kháng nguyên B, nhóm AB có kháng nguyên A và B và nhóm O thì không có cả A và B trên hồng cầu. Một đặc điểm khác của cơ thể là người máu A có mang kháng thể chống B trong huyết thanh, người máu B thì có huyết thanh chống A, người AB thì huyết thanh không có kháng thể chống hai kháng nguyên này còn nhóm O thì có cả hai loại kháng thể.

Các kháng nguyên thuộc hệ ABO do một locus gen kiểm soát với ba allel A, B, và O, trong đó A và B trội hơn O. Tính đặc hiệu kháng nguyên nhóm máu trong hệ ABO được quyết định bởi sự có mặt của một số gốc “ose” trong phần polysaccharid. Các kháng nguyên này đều có chung một lõi sphingolipid- polysaccharid. Nếu lõi này được gắn thêm gốc fucose thì xuất hiện chất H. Chất này có trên bề mặt hồng cầu của hầu hết các cơ thể và là nền để suất hiện kháng nguyên A và kháng nguyên B. Nếu tại vị trí galactose cuối cùng của chất H có gắn thêm N-acetyl galactosamin thì xuất hiện kháng nguyên A. Còn nếu gắn thêm một galactose nữa thì xuất hiện kháng nguyên B.

Hình. Sơ đồ cấu tạo kháng nguyên ABO.

Các gen A hoặc B mã hóa cho các enzym transferase gắn Acetylgalactosamin hoặc galactose vào chất H để tạo lên nhóm máu A hoặc B, nếu không có gen A hoặc B thì nhóm máu O.

Về mặt di truyền, tham gia vào sự hình thành kháng nguyên nhóm máu có hai hệ gen, đó là hệ Hh đối với chất H và hệ ABO. Hai hệ này hoạt động độc lập với nhau. Đại đa số chúng ta có gen H, nhưng cũng có người không có (cơ thể đồng hợp tử hh). Những người này dù có gen của hệ ABO nhưng trên hồng cầu vẫn không có kháng nguyên A hoặc B nên được ghi nhận là nhóm O nhưng khi truyền máu O thực sự vào người này (tức đưa chất H vào cho người không có H) thì có thể gây tai biến truyền máu. Nhóm đặc biệt này được gọi là nhóm O Bombay.

Hệ kháng nguyên nhóm máu Rh

Năm 1930, Landsteinner và Wiener đã phát hiện ra nhóm máu Rh. Họ gọi những người có hồng cầu ngưng kết với huyết thanh thỏ kháng hồng cầu của khỉ Rhessus là người Rh+, số người còn lại là Rh-. Nhưng rồi sau này, người ta đã phát hiện ra rằng, kháng nguyên trong hệ Rh không đơn giản như vậy. Hệ Rh có nhiều kháng nguyên, phần lớn có tính sinh miễn dịch yếu và hay gây phản ứng chéo. Chỉ có kháng nguyên D là có tính sinh miễn dịch mạnh. Khi hồng cầu có kháng nguyên D thì được gọi là Rh+ mà không cần để ý đến các kháng nguyên khác trong hệ này. Kháng thể kháng D không xuất hiện tự nhiễm trong máu như các kháng thể của hệ ABO. Vì kháng nguyên Rh phân bố thưa thớt trên hồng cầu nên thường khó gây ngưng kết hồng cầu khi làm phản ứng xác định nhóm máu Rh, vì thế người ta phải dùng đến thử nghiệm Coombs giám tiếp.

Hình. Phản ứng Coombs gián tiếp

(a). Hình ảnh phản ứng âm tính; (b) Hình ảnh phản ứng dương tính;

(c) Cơ chế phản ứng trong trường hợp bất đồng nhóm máu Rh.

Kháng nguyên vi sinh vật

Kháng nguyên vi sinh vật là loại kháng nguyên rất phức tạp: kháng nguyên vỏ, kháng nguyên thân, kháng nguyên lông, kháng nguyên ngoại tế bào, v.v…

Về kháng nguyên vỏ thì kháng nguyên vỏ của phế cầu thường hay được nghiên cứu nhiều nhất. Kháng nguyên này thuộc loại polysaccaride, có tới 80 typ huyết thanh khác nhau.

Về kháng nguyên thân thì ở các vi khuẩn ruột non, lớp ngoài của vách vi khuẩn có một lipopolisaccharide: phần lipid có tính độc, còn phần polysaccharid thì có tính kháng nguyên và đây chính là kháng nguyên thân (còn gọi là kháng nguyên O). Ở Salmonella có đến hơn 60 kháng nguyên O mà cấu trúc có hai phần: phần nhân cơ bản và phần chuổi ngang. Phần nhân giống nhau ở tất cả các Salmonella. Phần chuổi ngang gồm nhưng tiểu đơn vị oligosaccharide sắp xếp lặp đi lặp lại. Chính các chuổi ngang quyết định tính đặc hiệu của mỗi nhóm Salmonella.

Các kháng nguyên lông của Salmonella có bản chất là protein, còn được gọi là kháng thể H, quyết định tính đặc hiệu của mỗi typ Salmonella. Người ta đã phát hiện Salmonella có hơn 1000 typ huyết thanh khác nhau.

Các kháng nguyên ngoại tế bào như độc tố và các enzym cũng có bản chất protein. Một loại kháng nguyên ngoại tế bào của liên cầu là Streptolysin O thường được dùng trong chẩn đoán huyết thanh. Các vi khuẩn trong bạch hầu, uốn ván có ngoại độc tố gây bệnh và các vaccin phòng các bệnh này đây là độc tố đã được giải độc.

Kháng thể virus có thể ở trên bề mặt hạt virus (capsid) hoặc ở bên trong. Tùy theo tính đặc hiệu, có thể phân biệt các kháng nguyên nhóm, các kháng nguyên typ và kháng nguyên typ phụ. Trong các kháng nguyên nhóm, có thể kể làm ví dụ kháng nguyên nucleoprotein (NPA), là kháng nguyên typ, chẳng hạn trong bệnh bại liệt, cho phép phân biệt ba typ virus bại liệt khác nhau. Trong trường hợp virus cúm, ngoài việc phân biệt ba typ A, B, C,  người ta còn phân biệt typ phụ nữa. Các typ phụ của A và B là kết quả của những biến đổi của kháng nguyên bề mặt.

Kháng nguyên hòa hợp mô

Từ lâu, người ta đã biết rằng, việc truyền máu sở dĩ thành công là nhờ, sự phù hợp giữa máu của người cho và máu của người nhận. Trong bài phát biểu khi nhận giải Nobel vào năm 1931, Ladsteiner đã cho rằng có lẽ có “những nhóm giống nhóm máu” liên quan đến việc chấp nhận hoặc thải bỏ những mô ghép khác. Ý tưởng này đã dẫn dắt Gorer đi đến việc xác định một nhóm kháng nguyên ở chuột mà khi nhóm kháng nguyên này giống nhau giữa con cho và con nhận thì mảnh ghép có thời gian sống lâu hơn. Tên gọi kháng nguyên hòa hợp mô đã được dùng để chỉ kháng nguyên tham gia vào việc thải ghép này. Người ta cũng nhận thấy rằng phụ trách mã hóa các kháng nguyên này là một vùng đặc biệt của genom và ta gọi vùng này là Phức hệ hòa hợp mô chủ yếu (Major Histocompatibility Complex, MHC); ở chuột nhắt nó mang tên là vùng H-2, và nằm trên nhiễm sắc thể 17. Những hệ thống tương đương với phức hệ hòa hợp mô chủ yếu ở chuột cũng đã phát hiện được trên tất cả các động vật có vú khác. Ở người, phức hệ hòa hợp mô chủ yếu là cụm gen HLA trên nhiễm sắc thể số 6. Sự tái tổ hợp giữa các cực của phức hệ gen xảy ra khoảng 1% các gia đình, nhờ đó có thể tính được rằng HLA chiếm khoảng 1/3.000 trong toàn bộ genom. Điều này có nghĩa rằng có thể có hàng trăm gen nằm trong cụm HLA này. Mặc dù MHC lần đầu tiên được phát hiện nhờ vai trò của nó trong thải ghép, nhưng ngày nay người ta đã biết rằng, các protein sản phẩm của đoạn gen này đã tham gia vào nhiều công đoạn trong nhận diện miễn dịch, bao gồm tương tác giữa các tế bào lympho khác nhau cũng như các lympho bào với tế bào trình diện kháng nguyên.

Sự sắp xếp các gen MHC

Người ta đã xác định được phức hợp gen MHC mang nhiều gen riêng lẻ; và mặc dù phức hợp có chức năng chung, tương đối giống nhau giữa các loài, nhưng chi tiết về phân bố thì mỗi loài mỗi khác.

Gần đây, người ta đã thiết lập được bản đồ gen hoàn chỉnh cho MHC ở chuột nhắt. Nhờ đó mà chúng ta biết được rằng locus nào thì chịu trách nhiệm mã hóa cho đoạn polypeptid nào. Chỉ còn điều vướng mắc là cách thức các polypeptid và protein thực hiện chức năng của mình như thế nào cho phù hợp với quy định của MHC mã hóa tìm ra được là nhờ kỹ thuật miễn dịch học (dùng kháng thể đơn clôn), do đó mà người ta thường gọi các protein này là kháng nguyên MHC.

Các protein của MHC gồm có 3 lớp khác nhau về cả cấu trúc lẫn chức năng:

Protein lớp I (tức kháng nguyên MHC lớp I) gồm có hai  polypeptid. Peptid lớn được mã hóa bởi MHC, peptid này liên kết với một polypeptid thứ hai là   β2- microglobulin được mã hóa bởi một gen ngoài đoạn MHC.

Các protein lớp II (tức kháng nguyên MHC lớp II) gồm có hai peptid không đồng hóa trị với nhau có tên là chuỗi α và chuỗi β, cả hai đều là sản phẩm của MHC.

Các protein lớp III (tức kháng nguyên MHC lớp II) là các thành phần bổ thể được mã hóa bởi MHC.

Ngoài ra còn có những locus phụ nằm ngoài phức hợp H-2 (phức hợp TLA) tham gia mã hóa cho protein lớp I và bởi vì những protein này cũng có chức năng miễn dịch nên cũng được đưa vào bản đồ gen ở.

Hình. Sơ đồ vị trí các gen MHC

Có 17 gen Qa trong vùng Qa và 12 gen trong vùng Tla mặc dù đa số chúng ở dạng nghỉ.

Ở người, những vùng chính là D, B, C, và A. Các vùng A và B ở người là vùng có chức năng tương đương với vùng K và D ở chuột, điều đó có nghĩa rằng những sản phẩm của chúng tác động với tư cách là những phân tử nhận diện trên bề mặt tế bào, và tế bào T gây độc sẽ nhận diện những phân tử này khi thực hiện chức năng của nó. Vùng D của người tương đương với vùng I của chuột và sản phẩm của chúng (hai chuỗi protein α và β) tham gia vào quá trình hợp tác của tế bào giữa tế bào của hệ miễn dịch. Các sản phẩm vùng I của chuột được gọi là kháng nguyên Ia. Tương đương với kháng nguyên DR, DP,  và DQ của người. Người ta nhận thấy rằng, cường độ của đáp ứng miễn dịch trên chuột được xác định một phần bởi các gen đáp ứng miễn dịch.

Phân bố của kháng nguyên MHC

Ở người, tất cả các tế bào có nhân đều nhất thiết phải mang các kháng nguyên của vùng A, B, C, nhưng còn kháng nguyên được mã hóa bởi vùng D thì chỉ phân bố hạn chế ở những tế bào tương đương với tế bào chuột có mang kháng nguyên I. Kháng nguyên lớp I chỉ có trên tế bào B, đại thực bào, tế bào mono và có lẽ cả tế bào biểu mô. Ngoài ra, một số kháng nguyên lớp I xuất hiện cả trên tế bào T ức chế và kháng nguyên lớp II thì có trên tế bào T được hoạt hóa.

Bảng. Phân bố của kháng nguyên MHC ở các mô.

Cấu trúc của kháng nguyên MHC

Những công trình gần đây nghiên cứu các kháng nguyên MHC riêng biệt đã giúp làm sáng tỏ cấu trúc của chúng. Với tư cách là phân tử tham gia vào tương tác tế bào, kháng nguyên MHC thường được tìm thấy trên màng tế bào. Chúng là những phân tử glycoprtein cắm vào màng tế bào, do đó để nghiên cứu được chúng ta thường phải tách rời chúng khởi màng bằng hai cách:

Hoặc là dùng các chất tẩy (detergent) để giải phóng chúng khỏi màng.

Hoặc là dùng enzym papain để cắt phần MHC nằm thòi ra khỏi bề dày của màng. Khi phân tử này được cắt bằng enzym thì chúng có khác với kháng nguyên MHC nguyên vẹn bởi vì chúng đã mất phần cắm sâu vào màng tế bào. Người ta làm tinh khiết kháng nguyên hòa tan bằng các kỹ thuật hóa sinh kinh điển như sắc ký ái tính, dùng lectin hoặc kháng huyết thanh. Người ta nhận thấy rằng tinh luyện kháng nguyên MHC bằng sắc ký ái tính trên cột kháng thể đơn clôn có nhiều ưu điểm hơn các kỹ thuật hóa sinh khác.

Mỗi kháng nguyên lớp I bao gồm một polypeptid được gắn đường có trọng lượng phân tử khoảng 45.000 liên kết không đồng hóa trị với một peptid không có đường (tức β2  -microglobulin,  có  trọng  lượng  phân  tử  khoảng  12.000).  Dù  β2  -  microglobulin không tham gia vào bề mặt kháng nguyên của phân tử HLA, nhưng nó cần cho quá trình thể hiện của lớp I. Nếu một cá thể nào đó thiếu bẩm sinh β2 - microglobulin thì quyết định kháng nguyên của lớp I không thể hiện được.

Hình. Sơ đồ minh họa cấu trúc các phân tử MHC lớp I và II.

Sơ đồ cho thấy các phân tử MHC luôn có cấu trúc cắm sâu vào màng tế bào.

Cấu trúc của lớp II ít được biết rõ hơn lớp I, chúng gồm hai chuỗi poypeptid khác nhau α và β gắn với nhau bởi lực nối không đồng hóa trị, cả hai chuỗi đều cắm vào màng tế bào. Chuäùi ngắn mang các kháng nguyên allotyp, và hai chuäùi đều có mang các đơn vị đường.

Người ta biết nhiều về cấu trúc của vùng H-2I của chuột hơn vùng tương đương với vùng này ở người là vùng HLA-D. Trên chuột, người ta đã phát hiện thêm những tiểu vùng của H-2I, đó là tiểu vùng I-A và I-E.

Khảo sát riêng từng vùng peptid và của kháng nguyên I-E ở chuột cho thấy rằng, đa số các biến đổi cấu trúc chỉ xảy ra ở chuỗi β (trường hợp kháng nguyên HLA-D cũng vậy).

Chức năng của kháng nguyên MHC

Các kháng nguyên MHC rất cần thiết cho các quá trình nhận diện miễn dịch. Các kháng nguyên MHC khác nhau được nhận diện bởi những loại tế bào T khác nhau. Những tế bào T gây độc tham gia vào việc nhận diện và loại bỏ các tế bào nhiễm virus và mô ghép lạ có khả năng nhận diện các phân tử H-2K và H-2D (tương đương HLA-A và HLA-B ở người) trên các tế bào lạ, và khi hợp tác với tế bào T giúp đỡ thì sẽ gây phá hủy tế bào lạ.

Hình. Tóm tắt các chức năng của MHC ở chuột.

Tế bào T gây độc nhận diện kháng  nguyên  lạ  kết  hợp  với  H- 2K/D và tiêu diệt tế bào đích.

Tế bào T giúp đỡ nhận diện kháng nguyên kết hợp với H-2I trên tế bào trình diện kháng nguyên.

Tế bào Ts ức chế đặc hiệu hoạt động của đại thực bào, tế bào B và Th. Đây là các ức chế phụ thuộc H- 2IJ.

Đa số tế bào nhiễm virus thể hiện kháng nguyên virus trên bề mặt của chúng, và những kháng nguyên này được nhận diện bởi tế bào T gây độc. Đồng thời người ta cũng biết được rằng tế bào T gây độc chỉ nhận diện được kháng nguyên virus khi có phối hợp với việc nhận diện kháng nguyên K-2K và -D có mặt trên tế bào bị nhiễm. Bằng cách này tế bào T gây độc có thể giết chết tế bào nhiễm.

Như vậy, phân tử H-2 trên bề mặt tế bào nhiễm virus tác động như một dấu hiệu hướng dẫn đưa tế bào T gây độc đến tiếp cận bào đích, và giúp nó để phân biệt tế bào đích với các tế bào khác mang kháng nguyên virus.

Người ta vẫn chưa biết rõ rằng tế bào gây độc đã nhận diện cùng một lúc tính đặc hiệu virus và kháng nguyên MHC tế bào đích như thế nào. Có hai giả thuyết.

Tế bào gây độc đã nhận diện độc lập hai kháng nguyên này.

Sự kết hợp của kháng nguyên virus và kháng nguyên MHC trên bề mặt tế bào tế bào đã làm biến đổi hình dạng cấu trúc của phân tử MHC, do đó mà nó nhận diện như một thành phần bản thân đã bị biến đổi.

Hình. Hai giả thuyết về việc tế bào Tc nhận diện kháng nguyên virus và MHC trên bề mặt tế bào đích.

Tế bào Tc có thể nhận diện độc lập các phân tử kháng nguyên virus và MHC (giả thuyết 1) hoặc nhận diện chung phức hợp tạo nên bởi kháng nguyên virus và MHC (giả thuyết 2).

Nhiều chức năng của MHC khác sẽ được đề cập cụ thể hơn, chúng ta nghiên cứu các bộ phận của hệ thống miễn dịch vì MHC tham gia vào hết các quá trình nhận diện miễn dịch. Những hiểu biết gần đây cho thấy rằng, MHC và phân tử khác tham gia và nhận diện miễn dịch giống nhau ở một phần cấu trúc, và điều này có lẽ có liên quan về mặt tiến hóa với những phân tử nhận diện đầu tiên trong thời kỳ bào thai.

Có một điều chúng ta cần lưu ý là có rất nhiều thay đổi allotyp xảy ra cho các kháng nguyên MHC. Sự xuất hiện của những tính đặc hiệu mới của MHC có thể thấy ở những loài khác nhau và có liên quan với nhau. Nguyên nhân của sự thay đổi lớn này chưa được rõ. Vì tính chất rất đặc thù của từng cá thể sinh vật mà trong một quần thể không có yếu tố bệnh nguyên nào có thể gây biến đổi giống nhau cho toàn bộ các cá thể ở mức độ nhận diện kháng nguyên. Tuy vậy, chúng ta cần biết rằng trong một quần thể có thể có hiện tượng một cá thể mang một kháng nguyên MHC đặc biệt nào đó thì có tính dễ mắc một bệnh tương ứng hoặc không mắc một bệnh tương ứng so với những người khác. Đó là đặc điểm di truyền của MHC.