Kháng nguyên, kháng thể và các hợp chất sinh học (antigen, antibody and cytokin)

KHÁNG NGUYÊN, KHÁNG THỂ VÀ CÁC HỢP CHẤT SINH HỌC(ANTIGEN, ANTIBODY AND CYTOKIN) Th.S. ĐỖ HIẾU LIÊM 1. Định nghĩa 2. Tính chất 2.1. Tính sinh miễn dịch 2.2. Tính đặc hiệu 2.3. Epitop 3. Phân loại 3.1. Dựa vào nguồn gốc 3.2. Dựa vào cấu tạo hoá học 3.3. Dựa vào sự hợp tác với tuyến ức 4. Các loại antigen 4.1. Antigen vi sinh vật 4.2. Antigen không có nguồn gốc vi sinh vật ANTIGEN ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH (IMMUNE RESPONSE) Sự thành thục lymphocyte T MÀNG SINH HỌC Cấu tạo của màng sinh học 1. ĐỊNH NGHĨA Antigen (chất sinh bệnh – pathogen) có nguồn gốc từ nấm mốc, vi khuẩn, virus hay các loại protein ngoại lai có khả năng sinh bệnh (gây bệnh) cho vật chủ. Antigen hoàn chỉnh có 2 thuộc tính: tính sinh miễn dịch, tính đặc hiệu. Hapten (semiantigen) là hợp chất hữu cơ không có tính sinh miễn dịch, nếu được gắn với protein tải sẽ tạo thành antigen hoàn chỉnh. 2. TÍNH CHẤT CỦA ANTIGEN 2.1.Tính sinh miễn dịch Trọng lượng phân tử (polypeptide-10.000 dal, polysaccharide-100.000) Nhóm quyết định antigen (antigenic determinant) với amino acid vòng (Tyr, Trp, His...) Yếu tố cơ địa của vật chủ Antigen (vaccin) phụ thuộc:  Tính “lạ hay quen” của antigen  Tính “dễ hay khó phân hủy” của antigen  Tính “dễ hay khó bắt giữ” bởi monocyte, macrophage Thành phần tá dược trong vaccin 2.2. Tính đặc hiệu antigen Tính đặc hiệu của antigen  Các domain cấu trúc-”nhóm quyết định antigen” = Trung tâm hoạt động của enzyme Nhóm quyết định antigen-Epitop -Nhận diện kháng thể tương ứng -Liên kết với thụ thể của lymphocyte T hoặc kháng thể 2.3. Epitop - Kích thước 1-3nm, MW=5 Kdal -Cấu tạo 6-8 cấu tử amino acid hoặc 4-6 phân tử monosaccharide - Số lượng epitop là hoá trị của antigen Trên phân tử antigen có nhiều epitop Tính đặc hiệu của antigen dựa vào tính đặc hiệu của epitop. Antigen đơn giá (Monotonous antigen)-polysaccharide, có một epitop đặc hiệu. Antigen đa giá (Polytonous antigen)-polypeptide, có nhiều epitop đặc hiệu. Epitop nhận diện kháng thể (lyphocyte B)  Epitop nhận diện lymphocyte T. Lyphocyte T nhận diện epitop được xử lý và trình diện bởi MHC. Liên kết chéo (crossing linking): 2 antigen có một hay nhiều epitop hoàn toàn giống nhau Vaccin bệnh đậu (human pox=cow pox) Vaccin bệnh dại (rabies) từ não bê 3. PHÂN LOẠI 3.1. Dựa vào nguồn gốc Antigen vi sinh vật (vi khuẩn, virus và các VSV khác) Antigen không có nguồn gốc vi sinh vật (antigen bề mặt tế bào, antigen tự động) 3.2. Dựa vào cấu tạo hoá học Protein, polysaccharide, lipoprotein, glycolipid, nucleic acid 3.3. Dựa vào sự hợp tác với tuyến ức Antigen phụ thuộc tuyến ức Antigen đa giá, tạo trí nhớ miễn dịch tốt, tăng hiệu ứng thì hai (antigen nhóm máu, protein cấy ghép, antigen virus...) kích thích miễn dịch với lymphocyte T helper Antigen không phụ thuộc tuyến ức Antigen đơn giá, kích thích lymphocyte B sản sinh kháng thể (lipopolysaccharide của vi khuẩn Gr -) 4.CÁC LOẠI ANTIGEN 4.1.Antigen vi sinh vật 4.1.1. Antigen vi khuẩn Cấu tạo của vi khuẩn : vách tế bào, capsule, flagella và pili Vi khuẩn Gr - Antigen O (thân Ohne-Endotoxin): lipopolysaccharide Antigen K (capsule): polysaccharide Antigen F (Pili), Antigen H (fimbriae):flagelin -protein Exotoxin (porin): protein Nucleic acid Vi khuẩn Gr + Exotoxin: peptidoglycan Endotoxin: protein Nucleic acid Exotoxin + formaldehyde TOXOID (Antitoxin-kháng độc tố) Cấu tạo hoá học peptidoglycan NAM: N- Acetyl muramic acid NAG: N- Acetyl glucosamine 4.1.2. Antigen virus Capsid: protein Envelope: lipoprotein, glycoprotein Virion: protein Nucleic acid Protein là endogenous antigen 4.1.3. Antigen của các vi sinh vật khác Nấm, protozoa, ký sinh trùng (máu, giun sán) Protein Carbohydrate Antigen có tính sinh miễn dịch yếu Nucleic acid 4.2. Antigen không có nguồn gốc vi sinh vật -Antigen bề mặt tế bào: Antigen nhóm máu, antigen MHC -Antigen tự động (Autoantigen) có tác động đến hiện tượng tự miễn của cơ thể (hormone, thành phần lipid phức tạp của màng, protein ty thể, nucleoprotein hay nucleic acid, receptor hormone đặc hiệu... ) Antigen bề mặt tế bào - Nhóm máu của một số loài động vật NHÓM MÁU CỦA BÒ - 11 nhóm máu; trong đó, nhóm B, C và J quan trọng - Nhóm B: gồm 60 loại antigen protein, hình thành nhiều phenogroup khác nhau theo giống, cá thể. - Nhóm C: gồm 10 antigen, hình thành 90 phenogroup. - Nhóm J là antigen lipid, tự do trong dịch thể, bám vào mặt ngoài hồng cầu, không có ở bê sơ sinh nhưng tăng dần khi bê được 6 tháng tuổi. 1. Định nghĩa 2. Cấu trúc phân tử 2.1. Chuỗi L và H 2.2. Domain và vùng siêu biến 3. Các lớp globulin miễn dịch 3.1.Immunoglobulin G 3.2.Immunoglobulin M 3.3.Immunoglobulin A 3.4.Immunoglobulin D 3.5.Immunoglobulin E 4. Sinh tổng hợp kháng thể 5. Tác động sinh học của kháng thể 6. Các hợp chất sinh học tham gia miễn dịch KHÁNG THỂ (ANTIBODY-IMMUNOGLOBULIN) VÀ CÁC HỢP CHẤT SINH HỌC 1. ĐỊNH NGHĨA Kháng thể là những phân tử globulin miễn dịch (Ig) được tổng hợp từ các lymphocyte B và tương bào (plasma cell) có 2 đặc tính: -Nhận diện antigen -Kết hợp đặc hiệu với nhóm quyết định antigen 2. CẤU TRÚC PHÂN TỬ 2.1. Chuỗi nhẹ (L) và chuỗi nặng (H) -Cấu trúc không gian đối xứng gồm 2 đôi tạo hình chữ Y, mỗi đôi gồm chuỗi L và H liên kết bằng cầu nối disulfide (S-S) -Chuỗi L (23 Kd) gồm 2 loại là chuỗi  và , cấu tạo khoảng 220 cấu tử amino acid; vùng biến đổi (VL)-110aa và vùng không biến đổi (CL)-110aa -Chuỗi H (53-75 Kd) gồm 5 loại là chuỗi , , ,  và ; từ đầu N có vùng biến đổi (VH)-110 aa và các vùng không biến đổi (CH)-330-340 aa 2.2. Domain và vùng siêu biến Vùng biến đổi (Variable region)-bộ amino acid thay đổi theo từng loại Ig, VL và VH hình thành khu vực V Vùng không biến đổi (Constant region)- bộ amino acid không thay đổi giữa các loại Ig hình thành khu vực C Domain là những nút được hình thành trong từng chuỗi H và L, do cầu nối disulfide, khoảng 60 cấu tử amino acid. Chuỗi L có 2 domain (VL và CL). Chuỗi H có 4-5 domain (VH, CH1, CH2, và CH3) Domain VLvà VH tạo khu vực liên kết với nhóm quyết định antigen thông qua các vùng siêu biến Vùng siêu biến (HVR-hypervariable region) hay vùng quyết định bổ trợ (CDR-complementary determinant region) có thành phần amino acid rất thay đổi, VL và VH có 3 vùng siêu biến, xen giữa các vùng siêu biến là đoạn peptide có thành phần amino acid ít thay đổi hơn và gọi là vùng sườn (FR-framework region) 2.3.Các mảnh phân tử Ig Giữa CH1 và CH2 (phân đoạn Ig- chuỗi H) được gọi và khu vực bản lề (hinge region)  Papain cắt phân tử Ig cho 3 tiểu phần (fragment) gần bằng nhau: -2 Fab (fragment antigen binding) ở đầu (VL-VH), có khả năng liên kết với antigen Fc (fragment cristallisable) ở đầu CH có các đặc tính quan trọng (tính đặc hiệu của antigen, bám vào bề mặt của macrophage, liên quan đến bổ thể) Pepsin cắt phân tử Ig cho 2 tiểu phần không bằng nhau: -F(ab)2 do 2 Fab còn liên kết bởi S-S, có khả năng liên kết với antigen và Fc 3. CÁC LỚP IMMUNOGLOBULIN 3.1. Immunoglobulin G (IgG) IgG1(70%), IgG2(28%), IgG3(8%) và IgG4(4%) Chức năng sinh học: -Trung hoà độc tố -Ngưng kết tế bào vi khuẩn -Phối hợp với bổ thể phân giải tế bào vi khuẩn -Opsonin hoá (gắn tế bào vi khuẩn lên bề mặt đại thực bào) -Di chuyển qua màng nhau thai 3.2. Immunoglobulin M (IgM) IgM là loại kháng thể đầu tiên được tổng hợp trong cơ thể động vật sơ sinh; đồng thời xuất hiện trước nhất khi có sự kích thích của antigen, sau đó thay thế bằng IgG. Chức năng sinh học: - Trung hoà độc tố - Ngưng kết vi khuẩn - Phối hợp với bổ thể phân giải tế bào vi khuẩn - Liên kết bề mặt các lymphocyte B tạo thành thụ thể cho antigen đặc hiệu 3.3. Immunoglobulin A (IgA) -IgA huyết thanh và Ig A ngoại tiết (sữa, nước bọt, nước mắt, dịch tiết đường hô hấp, dịch tiết đường tiêu hoá, dịch tiết đường niệu dục) -IgA1(93%) và IgA2(7%) Có hoạt tính kháng khuẩn cao nhất, đảm nhận vai trò chính trong sự cảm nhiễm vi khuẩn 3.4.Immunoglobulin D (IgD) -Dễ bị biến tính bởi nhiệt và bị phân giải bởi enzyme -IgD trong huyết thanh tăng trong các trường hợp nhiễm khuẩn mãn tính -IgD có vai trò như thụ thể antigen đặc hiệu gắn trên bề mặt lymphocyte B (mảnh đuôi) 3.5.Immunoglobulin E (IgE) -Gắn lên bề mặt tế bào Mast và basophil (Cc4), kết hợp với antigen sẽ giải phóng các chất trung gian (histamin) gây phù nề, nổi mận đỏ. -Tăng tính thấm thành mạch 4. SINH TỔNG HỢP IMMUNOGLOBULIN -Do 2 tập đoàn polysome khác nhau -Chuỗi L được tổng hợp trước, khi được 19-22 cấu tử thì chuỗi H bắt đầu được tổng hợp, tổng hợp đến đâu sẽ liên kết với chuỗi L đến đó. -Hình thành các domain -Liên kết với các phân tử glucid -Phân tiết hoặc đóng gói zymogen trong lymphocyte B 5. TÁC ĐỘNG SINH HỌC CỦA IMMUNOGLOBULIN 6.CÁC HỢP CHẤT SINH HỌC THAM GIA MIỄN DỊCH 6.1. Hệ thống bổ thể (Complement system) Nhóm protein huyết thanh, có hoạt tính enzyme (miễn dịch tự nhiên-miễn dịch không đặc hiệu), bị phá hủy ở 560C trong 30 phút. Gồm 9 loại protein (C1-C9) Tổng hợp từ gan, macrophage, monocyte và liên bào ở lớp niêm mạc ruột Vai trò sinh học: - Hoạt tính phản vệ (C3a và C5a)-Anaphylatoxin - Hoạt tính hoá hướng động (C5a) - Opsonin hoá (giúp cho macrophage thực bào) - Ly giải màng tế bào vi khuẩn - Kích thích lymphocyte sản sinh Immunoglobulin - Ngăn ngừa và loại bỏ phức hợp antigen-kháng thể Cơ chế tác động -Con đường cổ điển (Classical pathway) -Con đường tắt (Alternative pathway) 6.2. Phức hợp hoà hợp mô chính (MHC - Major histocompatibility complex) - Histocompatibility antigen hay transplantation antigen MHC là những cấu trúc phân tử trên bề mặt tế bào động vật bị cảm nhiễm, cấu tạo là glycoprotein - Vai trò: trình diện antigen lạ cho tập đoàn lymphocyte T - Gồm 2 loại: MHC lớp I và MHC lớp II 6.2.1. MHC lớp I 2 chuỗi polypeptide, chuỗi  hay chuỗi H (43 Kdal) và chuỗi  hay chuỗi 2 microglobulin (12 Kdal) Chuỗi  với phần đầu N tận cùng nằm ngoài tế bào với 3 domain cấu trúc (8-10 AA)là 1, 2 và 3. -Domain 1, 2 có thành phần cấu tử amino acid thay đổi, đảm nhận vai trò nhận diện, liên kết với antigen và liên kết với TCR (T cell receptor) của Cytotoxic T cell. -Domain 3 với bộ AA không thay đổi liên kết với CD8+ của lymphocyte T, đoạn giữa khoảng 25 cấu tử AA ưa nước nằm xuyên qua màng. Ở đầu C tận cùng với khoảng 30 cấu tử AA nằm trong tế bào chất. Chuỗi  với domain 2 liên kết với 2 microglobulin Cytotoxic T cell là các lymphocyte T có chức năng tiêu diệt các loại tế bào: -Tế bào bị nhiễm virus -Tế bào cảm nhiễm vi khuẩn hoặc ký sinh trùng, hiện diện trong tế bào chất. -Tế bào bướu 6.2.2. MHC lớp II Được sản xuất và biểu lộ trên bề mặt của một số loại tế bào như liên bào tuyến ức (nurse cell), tế bào thần kinh nhỏ (microglial cell), tế bào nội mạc mạch máu, monocyte, macrophage và lymphocyte B. Cấu tạo gồm 2 chuỗi polypeptide: Đầu N tận cùng nằm ngoài tế bào Chuỗi  (34 Kdal) với 2 domain cấu trúc 1 và 2 Chuỗi  (28 Kdal) với 2 domain cấu trúc 1 và 2 Domain 1 và 1 có thành phần AA thay đổi, đảm nhận vai trò liên kết với antigen để trình diện và liên kết với TCR của lymphocyte T CD4+(Helper T cell) Domain 2 và 2 có thành phần AA không thay đổi Đầu C tận cùng của 2 chuỗi   nằm trong tế bào chất. TCR (T cell receptor) 6.3. Cytokine Cytokine có cấu tạo hoá học là glycoprotein, được tổng hợp và sản sinh từ các tế bào tham gia trong hệ thống miễn dịch của cơ thể động vật. Bao gồm: Interferon, interleukin, tumor necrosis factor và chemokin. 6.3.1. Interferon (IFN) IFN (16-25 Kdal) được sản sinh khi tế bào động vật bị cảm nhiễm virus, rickettsia hoặc protozoa. 5 loại IFN:  IFN - Tế bào hình răng cưa  IFN - Tế bào lá phôi  IFN - Nguyên sợi bào  IFN - Tế bào lá phôi IFN - helper Tcell 1  IFN - Tế bào lá phôi Vai trò: - Chống sự nhiễm và nhân lên của virus trong tế bào - Kích thích sự thực bào của macrophage - Ức chế sự phát triển các khối u 6.3.2. Interleukin (IL)(8-75 Kdal) Gồm 18 loại IL-1 đến IL-18 Vai trò: Điều hoà sự tương tác giữa lymphocyte với các loại bạch cầu khác. Nguồn gốc: macrophage, helper T cell 1, helper T cell 2, sinh sợi bào, tế bào bản thể, lymphocyte B, CD8+ T cell, CD4+ T cell. 6.3.3. Tumor necrosis factor (TNF)(17-25 Kdal) Vai trò: Tiêu diệt các tế bào bướu Nguồn gốc: Macrophage và lymphocyte T 6.3.4. Chemokin (8-10 Kdal) Vai trò: Dự phần vào phản ứng viêm, tạo hoá hướng động Nguồn gốc: macrophage, neutrophil CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA MACROPHAGE Trình diện Antigen Thực bào và tiêu diệt vi khuẩn Tái tổ chức mô bào và sự lành vết thương PHÂN TIẾT Tiêu diệt tế bào bướu Cytokin IL 1 IL 6 IL 12 IL18 TNF- Enzyme Lysozyme Protease Collagenase Elastase Plasminogen activator Các yếu tố khác Prostanoid Complement Fibronectin Yếu tố đông máu CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA CYTOKIN - MACROPHAGE Interleukin-1 -Đồng kích thích của Th2 cell -Kích thích sự đáp ứng pha mãn tính Interleukin-6 -Sự biệt hoá Lym B -Kích thích sự đáp ứng pha mãn tính Interleukin-12 Đồng kích thích Th1 cell Tumor necrosis factor- -Cytotoxic -Kích thích sự tăng trưởng T cell -Kích thích sự đáp ứng pha mãn tính Interleukin-18 Sự sản xuất IFN- của Th1 cell SỰ THỰC BÀO CỦA MACROPHAGE CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA ACIDOPHIL O2- H2O2 Phospholipase D Lysophopholipase Histaminase Catalase Prostaglandin D2 Prostaglandin E2 Prostaglandin F2 Leukotriene A-E4 PAF Protein chính Eosinophil cationic protein Eosinophil neurotoxin Eosinophil peroxidase IL-1 TGF-  IL-2 TGF- IL-3 TNF- IL-4 GM-CSF IL-6 PDGF IL-10 IL-16 IL-8 MIP-1 RANTE Cytokin Cationic Protein Chất chuyển hoá lipid Chemokine Enzyme