TÌM HIỂU VỀ HỆ MIỄN DỊCH: CÁCH THỨC NÓ HOẠT ĐỘNG (UNDERSTANDING THE IMMUNE SYSTEM: HOW IT WORKS)

CÁC TẾ BÀO MIỄN DỊCH VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA CHÚNG

Hệ miễn dịch dự trữ một kho chứa khổng lồ các tế bào, không chỉ các tế bào bạch huyết, mà còn chứa các thực bào và họ hàng của chúng. Một số tế bào miễn dịch đối phó với tất cả những kẻ xâm nhập, trong khi đó, các tế bào miễn dịch khác được luyện tập với các mục tiêu khá chuyên biệt. Để hoạt động một cách hiệu quả, đa số các tế bào miễn dịch cần sự hợp tác của các đồng đội. Thỉnh thoảng, các tế bào miễn dịch liên lạc với nhau bằng cách tiếp xúc trực tiếp, thỉnh thoảng bằng cách tiết ra các chất hóa học đưa tin (chemical messenger).

Hệ miễn dịch lưu trữ chỉ một vài tế bào khác nhau cần thiết để xác định hàng triệu kẻ thù tiềm tàng. Khi một kháng nguyên xuất hiện, một số tế bào phù hợp sẽ tăng quân số trở thành một lực lượng chính quy. Sau khi hoàn tất nhiệm vụ, các tế bào này sẽ dần dần biến mất, để lại đội canh gác nhằm đề phòng các cuộc tấn công trong tương lai.

Antigen-binding site: Vị trí gắn kết kháng nguyên

Heavy chain: Chuỗi nặng

Light chain: Chuỗi nhẹ

Variable region: Khu vực biến đổi

Constant region: Khu vực ổn định

Kháng thể được cấu tạo bởi hai chuỗi nặng và hai chuỗi nhẹ. Khu vực biến đổi (có các kháng thể khác nhau) cho phép kháng thể xác định kháng nguyên phù hợp với nó.

Tất cả các tế bào miễn dịch bắt đầu bằng các tế bào gốc chưa trưởng thành trong tủy xương. Chúng đáp ứng lại nhóm các protein miễn dịch cytokine khác nhau và các tín hiệu khác để phát triển thành các loại tế bào miễn dịch chuyên biệt, chẳng hạn như các tế bào T (T cells), các tế bào B (B cells), hoặc các thực bào (phagocytes). Bởi vì các tế bào gốc vẫn chưa định hướng cho tương lai, do đó chúng sẽ là một ứng viên lý thú cho việc điều trị một số rối loạn của hệ miễn dịch. Các nhà nghiên cứu hiện đang điều tra xem các tế bào gốc của một cá nhân có thể được sử dụng để tái tạo các phản ứng miễn dịch bị hủy hoại trong các chứng bệnh tự miễn dịch và trong các rối loạn suy giảm miễn dịch (immune deficiency disorders), chẳng hạn như nhiễm HIV.

Các Tế Bào Bạch Huyết B

Các tế bào B và T là các loại tế bào bạch huyết chính. Các tế bào B hoạt động chủ yếu bằng cách tiết ra các hợp chất được gọi là kháng thể (antibody) vào trong các chất dịch của cơ thể. Các kháng thể phục kích các kháng nguyên đang tuần hoàn trong máu. Tuy nhiên, các kháng thể này không thể xâm nhập vào các tế bào. Nhiệm vụ tấn công các tế bào mục tiêu – có thể là các tế bào đã bị nhiễm virut hoặc các tế bào đã bị biến dạng do ung thư – là dành cho các tế bào T hoặc các tế bào miễn dịch khác (được mô tả dưới đây).

Plasma cell: Tương bào

B cell: Tế bào B

Antibody: Kháng thể

B cells mature into plasma cells that produce antibodies: Các tế bào B phát triển thành các tương bào và các tương bào sản sinh ra các kháng thể.

Mỗi tế bào B được lập trình để tạo ra một kháng thể chuyên biệt. Ví dụ, một tế bào B sẽ sản sinh ra một kháng thể có tác dụng ngăn chặn virut gây ra cảm lạnh, trong khi đó, một tế bào B khác sản sinh ra một kháng thể có tác dụng tấn công một loại vi khuẩn gây ra viêm phổi.

Khi một tế bào B chạm trán với kháng nguyên mục tiêu, nó sẽ làm tăng số lượng các tế bào lớn có tên là tương bào (plasma cell). Một cách cơ bản, mỗi tương bào sản sinh ra một kháng thể. Mỗi tương bào có nguồn gốc từ một tế bào B sẽ sản sinh ra hàng triệu các phân tử kháng thể giống nhau rồi đưa chúng vào trong máu.

Kháng nguyên tương ứng với kháng thể cũng giống như chìa khóa tương xứng với ổ khóa. Một số tương xứng rất hoàn hảo; còn số khác thì tương xứng theo kiểu chìa khóa vạn năng. Nhưng bất cứ khi nào kháng nguyên và kháng thể khớp vào nhau, thì kháng thể sẽ đánh dấu kháng nguyên đó cần bị tiêu diệt.

Các kháng thể thuộc một nhóm các phân tử lớn có tên là immunoglobulin. Mỗi loại khác nhau đóng một vai trò khác nhau trong chiến lược phòng thủ miễn dịch.

- Immunoglobulin G, hoặc IgG, hoạt động một cách hiệu quả bằng cách bọc bên ngoài các vi sinh vật, giúp các tế bào khác trong hệ miễn dịch gia tăng quá trình hấp thụ các vi sinh vật này.

- IgM rất hiệu quả trong việc tiêu diệt các vi khuẩn.

- IgA tập trung trong các chất dịch cơ thể - nước mắt, nước bọt, các chất do đường hô hấp và đường tiêu hóa tiết ra – canh phòng các lối vào cơ thể.

- IgE, nhiệm vụ tự nhiên có lẽ là bảo vệ chống lại các tình trạng nhiễm ký sinh trùng, là yếu tố chịu trách nhiệm cho các triệu chứng của dị ứng.

- IgD duy trì gắn kết với các tế bào B, và đóng một vai trò trong việc kích hoạt các phản ứng ban đầu của tế bào B.

Immunoglobins

Các Tế Bào T

Không giống như các tế bào B, các tế bào T (T cells) không gắn kết với các kháng nguyên di chuyển tự do. Tuy nhiên, bề mặt của chúng chứa các thụ thể (bộ phận tiếp nhận) chuyên biệt giống như kháng thể mà nó có thể tìm thấy được các mảnh kháng nguyên trên các bề mặt của các tế bào bị nhiễm hoặc bị ung thư. Các tế bào T góp phần vào các phòng tuyến miễn dịch theo hai cách chính: một số điều khiển và kiểm soát các phản ứng miễn dịch; một số khác tấn công trực tiếp các tế bào bị nhiễm hoặc các tế bào ung thư.

Các tế bào T hỗ trợ (Helper T cells), hoặc các tế bào Th (Th cells), phối hợp các phản ứng miễn dịch bằng cách liên lạc với các tế bào khác. Một số tế bào Th kích thích các tế bào B lân cận để sản sinh các kháng thể, trong khi đó các tế bào khác yêu cầu sự giúp đỡ của các thực bào, còn các tế bào khác kích hoạt các tế bào T.

Các tế bào T tiêu diệt (killer T cells) – còn được gọi là các tế bào bạch huyết T độc hại tế bào (cytotoxic T lymphocytes or CTLs) – đảm trách một chức năng khác. Các tế bào này tấn công trực tiếp các tế bào mang theo một số phân tử lạ hoặc phân tử không bình thường trên bề mặt của chúng. Các tế bào T tiêu diệt đặc biệt hữu dụng cho việc tấn công các virut bởi vì các virut thường lẫn tránh các bộ phận khác của hệ miễn dịch trong khi chúng phát triển bên trong các tế bào bị nhiễm. Các tế bào T tiêu diệt gắn kết với các mảnh nhỏ của các virut này lộ ra từ màng tế bào và mở một cuộc tấn công để tiêu diệt tế bào này.

Immature T cell: Tế bào T chưa trưởng thành

Mature helper T cell: Tế bào T hỗ trợ trưởng thành

Mature cytotoxic T cell: Tế bào T độc hại tế bào trưởng thành

Some T cells are helper cells, others are killer cells: Một số tế bào T là các tế bào hỗ trợ, một số khác là các tế bào tiêu diệt.

Killer cell: Tế bào tiêu diệt

Target cell: Tế bào mục tiêu

Target-oriented granules: Các khối kết nhắm tới mục tiêu

Killer cell makes contact with target cell, trains its weapons on the target then strikes: Tế bào tiêu diệt tiếp cận với tế bào mục tiêu, huấn luyện các vũ khí của nó nhắm tới mục tiêu và rồi tấn công.

Trong đa số các trường hợp, các tế bào T chỉ gắn kết với một kháng nguyên nếu nó mang theo trên bề mặt của tế bào bởi một trong số các phân tử MHC (nhóm gien chính xác định kháng nguyên tương hợp mô - major histocompatibility complex) của cơ thể. Các phân tử MHC là các protein được gắn kết bởi các tế bào T khi phân biệt giữa “thuộc cơ thể” và “không thuộc cơ thể”. Một phân tử MHC “thuộc cơ thể” tạo ra một kết cấu hỗ trợ có thể gắn kết được để chuyển giao một kháng nguyên lạ cho tế bào T.

Mặc dù các phân tử MHC rất cần thiết cho các phản ứng của tế bào T chống lại những kẻ lạ xâm nhập, nhưng chúng cũng gây khó khăn trong quá trình cấy ghép các cơ quan. Thực sự mỗi tế bào trong cơ thể đều được bao bọc bởi các protein MHC, nhưng mỗi cá nhân có một tập hợp khác nhau các protein này trên các tế bào của họ. Nếu một tế bào T gắn kết với một phân tử MHC “không thuộc cơ thể” trên một tế bào khác, nó sẽ tiêu diệt tế bào này. Do đó, các bác sĩ phải xem xét tính chất tương xứng giữa bộ phận cơ thể của người nhận và người cho để chọn được người có thành phần MHC phù hợp nhất. Nếu không thì các tế bào T của người nhận chắc chắn sẽ tấn công bộ phận được cấy ghép, đưa đến tình trạng bài kháng bộ phận cấy ghép (graft rejection).

Các tế bào tiêu diệt tự nhiên (natural killer cells – NK cells) là một tế bào bạch huyết tiêu diệt khác. Giống như các tế bào T tiêu diệt, các tế bào tiêu diệt tự nhiên được trang bị với các khối kết chứa đầy các chất hóa học có uy lực lớn. Nhưng trong khi các tế tiêu diệt T tìm kiếm các mảnh kháng nguyên liên kết với các phân tử MHC “thuộc cơ thể”, thì các tế bào tiêu diệt tự nhiên kết nối với các tế bào không có các phân tử MHC “thuộc cơ thể”. Do đó, các tế bào tiêu diệt tự nhiên có khả năng tấn công nhiều loại tế bào lạ.

Monocyte: Bạch cầu đơn nhân

Eosinophil: Bạch cầu ưa eosin

Macrophage: Đại thực bào

Neutrophil: Bạch cầu trung tính

Basophil: Bạch cầu ưa bazơ

Mast cell: Dưỡng bào

Phagocytes, granulocytes, and mast cells, all with different methods of attack, demonstrate the immune system’s versatility: Thực bào, bạch cầu hạt, và dưỡng bào, tất cả với các phương pháp tấn công khác nhau, biểu dương tính linh hoạt của hệ miễn dịch.

Cả hai loại tế bào tiêu diệt sẽ tiêu diệt kẻ thù khi tiếp xúc. Những kẻ ám sát nguy hiểm này sẽ gắn kết với các mục tiêu của chúng, dương vũ khí, và sau đó cho nổ tung ra các chất hóa học có tính sát thương.

Các Thực Bào và Các Tế Bào Có Liên Quan

Thực bào là các bạch cầu lớn mà chúng có thể nuốt chửng và tiêu hóa các vi sinh vật cũng như các phần tử lạ khác. Đơn bào là các thực bào tuần hoàn trong máu. Khi các đơn bào di chuyển vào trong các mô, thì chúng phát triển thành các đại thực bào. Các loại đại thực bào chuyên biệt có thể được tìm thấy trong nhiều cơ quan, bao gồm phổi, thận, não, và gan.

Các đại thực bào đóng nhiều vai trò. Với vai trò kẻ ăn thịt, chúng loại bỏ các tế bào đã bị hư hao và các mảnh vụn khác. Các tế bào này phô bày các mảnh kháng nguyên lạ để gây sự chú ý của các tế bào bạch huyết tương xứng. Và các tế bào này sản sinh ra một số lượng lớn các tín hiệu hóa học có tác dụng mạnh, được gọi là monokine, các tín hiệu này rất quan trọng đối với các phản ứng miễn dịch.

Bạch cầu hạt (granulocyte) là một loại tế bào miễn dịch khác. Chúng chứa các hạt chứa đầy các chất hóa học có tác dụng mạnh, mà các chất hóa học này cho phép các bạch cầu hạt tiêu diệt các vi sinh vật. Một số các chất hóa học này, chẳng hạn như histamine, cũng góp phần gây ra tình trạng viêm và dị ứng.

Một loại bạch cầu hạt, gọi là bạch cầu trung tính (neutrophil), cũng thuộc dạng đại thực bào; nó sử dụng các chất hóa học được trang bị sẵn để phân hủy các vi sinh vật mà nó nuốt vào. Các bạch cầu ưa eosin (eosinophil) và các bạch cầu ưa bazơ (basophil) là các bạch cầu hạt có tác dụng “phóng thích hạt”, tưới các chất hóa học vào các tế bào gây hại hoặc các vi sinh vật ở lân cận.

Dưỡng bào (mast cell) là một tế bào sinh đôi của bạch cầu ưa bazơ, ngoại trừ một điều là nó không phải là một tế bào máu. Trái lại, nó được tìm thấy trong phổi, da, lưỡi, và các niêm mạc ở mũi và đường ruột, ở đó nó chịu trách nhiệm gây ra các triệu chứng dị ứng.

Một cấu trúc có liên quan, tiểu huyết cầu, là một mảnh tế bào (cell fragment). Tiểu huyết cầu cũng chứa các phân tử bào tương (granules). Ngoài tác dụng thúc đẩy quá trình kết khối máu và chữa lành vết thương, các tiểu huyết cầu còn kích hoạt một số các lực lượng phòng thủ miễn dịch.

Cytokines

Các thành phần của hệ miễn dịch liên lạc với nhau bằng cách trao đổi các chất hóa học đưa tin có tên là cytokine. Các protein này được các tế bào tiết ra và tác động lên các tế bào khác để phối hợp tiến hành một phản ứng miễn dịch thích hợp. Cytokine bao gồm một tập hợp phong phú các hợp chất interleukin, interferon, và các yếu tố tăng trưởng.

Một số cytokine là những bộ ngắt mạch hóa học có tác dụng bật tắt một số dạng tế bào miễn dịch.

Một loại cytokine, có tên là interleukin 2 (IL-2), có tác dụng kích thích hệ miễn dịch sản sinh các tế bào T. Các đặc tính tăng cường miễn dịch của IL-2, theo truyền thống, đã biến nó thành một chất có triển vọng chữa trị một số chứng bệnh. Các nghiên cứu lâm sàn đang được tiến hành để kiểm tra các lợi ích của nó đối với các chứng bệnh khác như ung thư, viêm gan C, nhiễm virut HIV và bệnh SIDA (AIDS). Các loại cytokine khác cũng đang được nghiên cứu vì các lợi ích lâm sàn tiềm tàng.

Lymphokines: Các hợp chất (không phải là kháng thể) do các tế bào T tiết ra để đáp ứng lại các kháng nguyên, và đóng vai trò (kích hoạt các đại thực bào) trong hệ miễn dịch qua trung gian tế bào.

Monokines: Một dạng cytokine được sản sinh chủ yếu bởi các đơn bào và các đại thực bào.

Mature helper T cell: Tế bào T hỗ trợ trưởng thành

Macrophage: Đại thực bào

Cytokines include lymphokines, produced by lymphocytes, and monokines, made by monocytes and macrophages: Các cytokine bao gồm các lymphokine, do các tế bào bạch huyết sản sinh, và monokine được sản sinh bởi các đơn bào và các đại thực bào.

Các loại cytokine khác thu hút các tế bào riêng biệt bằng các chất hóa học. Các cytokine này có tên chemokine được các tế bào tiết ra ở khu vực bị tổn thương hoặc nhiễm trùng, và triệu tập các tế bào miễn dịch khác đến khu vực này để giúp phục hồi nơi bị tổn thương hoặc tiêu diệt kẻ xâm nhập. Chemokine thường đóng vai trò gây ra tình trạng viêm và là mục tiêu triển vọng cho các loại thuốc mới nhằm giúp kiểm soát các phản ứng miễn dịch.

Nhóm Protein Bổ Sung

Hệ thống bổ sung được cấu tạo bởi 25 protein cùng làm việc với nhau để “bổ sung” chức năng hoạt động của các kháng thể trong việc tiêu diệt các vi khuẩn. Nhóm protein bổ sung cũng giúp loại bỏ các kháng nguyên được bọc kháng thể (antigen-antibody complexes) ra khỏi cơ thể. Các protein bổ sung (làm cho mạch máu bị phình to và bị rò rỉ) góp phần gây ra tình trạng nổi đỏ, cảm giác ấm, sưng, đau nhức, và mất chức năng hoạt động, đây là đặc trưng của phản ứng viêm.

Các protein bổ sung tuần hoàn trong máu dưới dạng không hoạt động. Khi protein đầu tiên trong nhóm bổ sung được kích hoạt – thường bởi kháng thể đã khóa chặt vào kháng nguyên – thì nó sẽ di chuyển theo hiệu ứng domino. Mỗi thành viên sẽ lần lượt di chuyển theo một chuỗi các bước chính xác có tên là chuỗi nối tiếp bổ sung (complement cascade). Sản phẩm cuối cùng sẽ là một khối hình trụ được đưa vào bên trong thành tế bào và tạo ra một lổ hổng bên trong. Khi các chất dịch và các phân tử di chuyển ra vào, thì các tế bào sẽ phình to và nổ tung. Các thành viên khác của hệ thống bổ sung làm cho các vi khuẩn dễ bị nuốt chửng và bị tiêu diệt hoặc thu hút các tế bào khác đến khu vực này.