Giáo trình Miễn dịch học thú y - Chương 5 docx

48
Chương 5
CÁC GLOBULIN MIỄN DỊCH
I. Định nghĩa
Globulin miễn dịch hay kháng thể là các protein có trong huyết
thanh hoặc dịch sinh học của cơ thể (nước tiểu, sữa ) có khả năng liên kết
đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích sinh ra nó. Kháng thể theo đinh
nghĩa trên đây được gọi là kháng thể miễn dịch hay kháng thể đặc hiệu.
Những kháng thể có sẵn từ trước khi có sự tiếp xúc với kháng nguyên
được gọi là kháng thể tự nhiên hay kháng thể không đặc hiệu. Ở đây
chúng ta chỉ xem xét kháng thể đặc hiệu.
Bản chất của kháng thể là protein, nên các tác nhân hóa, lý như
axít, kiềm nhiệt độ đều có thể phá huỷ kháng thể.
Hoạt tính của kháng thể phụ thuộc vào pH của môi trường và nhiều
yếu tố khác. Amone sulfat, natri sulfat, cồn ở 5°C có thể làm kết tủa kháng
thể nhưng không làm mất tính chất của chúng, do đó người ta lợi dụng
tính chất này để tinh khiết kháng thể.
Hai đặc tính sinh học quan tr
ọng của kháng thể là khả năng phản
ứng đặc hiệu với kháng nguyên và khả năng biểu hiện như một kháng
nguyên, tức là kích thích sinh kháng thể chống laị chính nó. Kháng thể
chống lại kháng thể gọi là kháng kháng thể. Có thể tạo kháng thể chống
từng loại Ig hoặc chống từng phần cấu trúc của phân tử Ig (mảnh Fab
hoặc Fc).
II.
Cấu trúc của kháng thể miễn dịch
Tất cả các kháng thể đều được cấu tạo từ một (monomer) hay
nhiều đơn vị cấu trúc giống nhau. Mỗi đơn vị là một phân tử protein chứa
4 chuỗi polypeptit, 2 chuỗi nhẹ (ngắn) ký hiệu là L và 2 chuỗi nặng (dài)
ký hiệu là H được gắn với nhau bởi cầu nối disulfua (S-S). Trình tự axit

amin ở kháng thể giống hệt nhau theo từng đôi chuỗi nặng và từng đôi
chuỗi nhẹ. C
ả phân tử kháng thể có cấu tạo đối xứng.
Chuỗi nhẹ: có trọng lượng phân tử là 25.000, chứa khoảng 211-
221 axit amin. Có 2 loại chuỗi nhẹ, chuỗi kappa (κ) hoặc lambda (λ). Mỗi
phân tử Ig chỉ chứa hoặc 2 chuỗi kappa hoặc 2 chuỗi lambda mà không
bao giờ chứa cả 2 loại. Mỗi chuỗi nhẹ chứa 2 vùng axit amin. Một vùng có
trật tự axit amin có thể thay đổi gọi là vùng biến đổi, ký hiệu V
L

(variable). Vùng này nằm ở phía đầu amin (-NH2) của phân tử. Vùng còn
lại có trật tự axit amin không bao giờ thay đổi gọi là vùng cố định
C
L
(constant). Vùng này nằm ở phía đầu cacboxyl (-COOH). Trật tự axit

49
amin vùng cố định của chuỗi nhẹ luôn giống nhau ở tất cả các lớp kháng
thể, hoặc theo trật tự kappa hoặc theo trật tự lambda. Ngược lại trật tự axit
amin của vùng biến đổi luôn khác nhau kể cả ở các kháng thể do cùng một
tế bào sinh ra.
Chuỗi nặng: Có trọng lượng phân tử khoảng 50.000-70.000, chứa
khoảng 450 axit amin. Có 5 loại chuỗi nặng là γ, μ, α, δ, ε
ứng với 5 lớp
kháng thể là IgG, IgM, IgA, IgD và IgE. Mỗi chuỗi nặng chứa 4 vùng axit
amin: 1 vùng biến đổi và 3 vùng cố định. Cũng tương tự như ở chuỗi nhẹ,
vùng biến đổi của chuỗi nặng nằm ở phần đầu amin. Vùng này ký hiệu là
V
H
. Vùng cố định nằm ở đầu cacboxyl và có trật tự axit amin giống nhau ở

tất cả globulin miễn dịch thuộc cùng một lớp. Ba vùng cố định của chuỗi
nặng được ký hiệu là C
H1
, C
H2
, C
H3
. Hai vùng biến đổi của chuỗi nặng và
chuỗi nhẹ nằm kề nhau tạo thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop) do
vậy bảo đảm tính đa dạng của phân tử kháng thể. Vùng nằm giữa C
H1
và
C
H2
của chuỗi nặng gọi là vùng bản lề, có khả năng mở ra hoặc khép lại từ
0°C-180°C giúp cho việc gắn phù hợp với 2 quyết định kháng nguyên.
Vùng gấp khúc (domain) và các mảnh phân tử Ig. Các cầu nối disulfua
vừa nối các chuỗi polypeptit lại với nhau để tạo nên phân tử globulin miễn
dịch, vừa nối các axit amin (Cystein) nằm trong cùng chuỗi để tạo nên
những gấp khúc xoắn (domain) hoặc cuộn hình câù nằm trên các đoạn
peptit vùng cố định hoặc vùng biến đổi. Mỗi chuỗi nhẹ có 2 gấp khúc và
mỗi chuỗi nặng có 4 gấp khúc. Mỗi gấp khúc có khoảng 60 axit amin.
Edelman (1970) cho rằng chức năng vùng gấp khúc V
H
và V
L
là hợp tác
với nhau để tạo nên bề mặt của vị trí kết hợp với kháng nguyên. Các vùng
gấp khác làm nhiệm vụ trung gian cho các chức năng của kháng thể (gắn
với bổ thể, gắn với thụ thể của các tế bào thực bào).

Điểm kết nối
kháng nguyên
Điểm kết nối
kháng nguyên
Điểm hoạt
hóa
bổ thể
Điểm kết nối
với bổ thể
Chuổi nh
ẹ
Vùn
gb
ả
nl
ề
Chuổi nặng
Vùng chức nặn
g

sinh học
Cầu nối
disuffide
Hình 10. Sơ đồ cấu trúc phân
tử kháng thể (Theo Ian R.
Tizard. 2004
)
Hình 11. Vị trí của các điểm
chức năng trên phân tử IgG
(Theo Ian R. Tizard. 2004)
Điểm kết nối
kháng nguyên

50











Dưới tác dụng của enzym phân giải protein (papain hoặc pepsin),
phân tử Ig được phân giải ra thành các mảnh nhỏ.
Với papain: Thu được 3 mảnh
+ 2 mảnh Fab (Antigen binding fragment), mỗi mảnh gồm một

chuỗi nhẹ và một phần chuỗi nặng có tận cùng-NH
2
, gồm các domain VH
và CH
1
. Mảnh này có trọng lượng phân tử 50.000 và chỉ có một vị trí kết
hợp được với kháng nguyên.
+ 1 mảnh Fc (Crystalizable fragment), mảnh này có trọng lượng
phân tử 60.000, có tính kháng nguyên, có khả năng liên kết với một số tế
bào khác và giữ vai trò nhất định trong việc hoạt hóa bổ thể. Với pepsin
thu được 2 mảnh: Mảnh lớn có trọng lượng phân tử 100.000, có 2 hóa trị,
gọi là mảnh F(ab)`2. Vì có 2 hóa trị cho nên mảnh này có hoạt tính như
một kháng thể
hoàn toàn, do đó tạo được phản ứng kết tủa (precipitation)
và ngưng kết (agglutination) với kháng nguyên đặc hiệu. Mảnh F(ab)`2
đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp cần sử dụng tính kết hợp đặc hiệu với
kháng nguyên và loại bỏ phản ứng phụ không cần thiết do mảnh Fc gây ra.
Mảnh nhỏ còn lại Fc có trọng lượng phân tử khoảng 56.000.

III. Chức năng của kháng thể
Sự kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên là một trong những chức
năng chính của kháng thể, bên cạnh những chức năng khác như hoạt hóa
bạch cầu, hoạt hóa bổ thể, hoạt hóa cơ chế vận chuyển qua màng tế
bào vv.
Chức năng của kháng thể liên quan chặt chẽ với cấu trúc, do cấu
trúc quy định.
Hình 12. Sự phân bố của vùng siêu biến đổi và vùn
g
khun
g

trên chuổi nhẹ và chuổi nặng trong phân tử kháng thể
(Theo Ian R. Tizard. 2004)

C
L
C
H
1
Chuỗi nhẹ

Chuỗi nặng

Vùng khung
Vùng siêu biến đổi
NH
2
NH
2

51

Đoạn Fab: Có chức năng kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên, làm
bất hoạt nó, mà các kết quả lý hóa đã được nghiên cứu và ứng dụng trong
nhiều kỹ thuật miễn dịch.
Đoạn Fc: Nối 2 đoạn Fab với nhau, có chức năng kết hợp với các
thụ thể trên bề mặt tế bào (hoặc phân tử), khởi động các cơ chế hoạt hóa:
Bạ
ch cầu, bổ thể Như vậy kháng thể có chức năng hoạt hóa hệ miễn dịch
không đặc hiệu
Hình 15. Cấu trúc phân tử IgM (Theo Ian R. Tizard. 2004)
Thành
phần tiết
Phân

t
ử

IgA tiết
Hình 14. Cấu trúc của phân tử
IgA và IgA tiết (Theo
Ian R.
Tizard. 2004)
Xử lý bằng
p
e
p
sin
Fab
Fab
Fc
F(ab)2
Hình 13. K
ế
t quả x
ử
l
ý
b
ằ
n
g
pepsin
và papain của phân tử IgG (Theo Ian
R. Tizard. 2004

)
Xử lý bằng
p
a
p
ain

52
Fab và Fc không hoạt động riêng rẽ, mà có sự quan hệ phối hợp rất
chặt chẽ. Ví dụ: Khi Fab tách khỏi Fc bằng enzyme thì nó vẫn kết hợp
được với kháng nguyên, nhưng sẽ không gây được kết tủa, ngưng kết. Ví
dụ khác: IgE thường gắn phần Fc vào thụ thể của bạch cầu Mast nhưng chỉ
khi nào phần Fab của nó kết hợp với kháng nguyên thì tế bào Mát mới giải
phóng các yếu tố gây viêm
Tóm lại, các kháng thể có chức năng bất hoạt một cách đặc hiệu
kháng nguyên, đồng thời hoạt hóa các cơ chế miễn dịch không đặc hiệu
của cơ thể, kết hợp chặt chẽ miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu.

1. Chức năng nhận biết và kết hợp kháng nguyên

Khi bị kháng thể kết hợp, kháng nguyên không bị biến đổi về mặt
cấu trúc hóa họ
c nhưng bị thay đổi về tính chất sinh học. Vi khuẩn hoặc vi
rút mang kháng nguyên khi bị kháng thể đặc hiệu kết hợp sẽ mất khả
năng nhân lên làm rối loạn chuyển hóa nội bào, thoái biến, dễ bị thực bào
và bổ thể tiêu diệt. Các phân tử có hoạt tính khi bị kháng thể kết hợp sẽ
mất hoạt tính vv
1.1. Sự làm bất hoạt các phân tử có hoạt tính:
Từ lâu người ta đã biết s
ản xuất kháng thể chống độc tố (uốn ván,

bạch hầu) dùng trong phòng bệnh và điều trị. Trong bệnh lý kháng thể
chống insulin, thyroglobulin gây suy giảm chức năng tuyến tụy, tuyến
giáp. Kháng thể chống enzyme có tác dụng khử hoạt enzyme.
Cơ chế khử hoạt có thể là:
Vị trí hoạt động của phân tử kháng nguyên bị kháng thể che phủ
bằng sự kết hợp khiến nó không tiếp xúc được đối tượng tác động nữa (ví
dụ, thụ thể tế bào đích)
Cấu hình của vị trí có hoạt tính bị biến dạng, không còn đặc hiệu
với đích.với đích nữa.
Phân tử có hoạt tính: Thay đổi về hình thể không gian.
1.2. Bất hoạt vi rút:
Kháng thể làm cho vi rút mất khả năng kết hợp với thụ thể của tế
bào đích, do vậy vi rút không thâm nhập được vào nội bnooijsexnhanh
chóng chết
ở ngoài ngoại bào.
Trường hợp vi rút đã lọt vào nội bào, kháng thể vẫn có khả năng
gây bất hoạt theo một cơ chế khác. Vi rút tồn tại và phát triển trong tế bào
sẽ hình thành một số kháng nguyên (epitop) đưa lên bề mặt tếbaofeef, và

53
bị kháng thể kết hợp. Kháng thể không trực tiếp diệt vi rút nhưng có tác
dụng hấp dẫn đại thực bào và NK (tế bào diệt tự nhiên) đến diệt cả tế bào
nhiễm lẫn vi rút bên trong. Đó là cơ chế gây độc tế bào phụ thuộc kháng
thể.
1.3. Bất hoạt vi khuẩn, ký sinh vật và ấu trùng của chúng.
Xoắn khuẩn mất khả năng di động khi bị kháng thể kết hợp
Tốc độ nhân lên của vi khuẩn giảm đi rõ rệt hoặc mất hẳn (không
tạo được khuẩn lạc trong nuôi cấy ở gen thạch). Các quá trình trao đổi chất
qua màng và chuyển hóa nội bào bị rối loạn, gián đoạn hoặc ngừng. Vi
khuẩn chết.

Tuy nhiên, vi khuẩn bị tiêu diệt nhanh hơn do thực bào, do hoạt
hóa bổ thể hoặc do thuốc mà sự kết hợp kháng thể nói trên là tác nhân
mở màn.
Các ký sinh vật
đơn bào và một số đa bào (sốt rét, trypanosoma,
amip, giun chỉ ) bị kháng thể diệt trực tiếp, như cơ chế diệt vi khuẩn.
Nhiều loại ấu trùng giun sán bị IgG và IgA ở ruột làm chậm hoặc ngừng
phát triển, tỷ lệ nở và trường thành giảm rõ rệt, hoặc không thâm nhập
được qua niêm mạc ruột để vào máu. IgE trong các mô có vai trò rất quan
trọng trong bất hoạt và diệt ký sinh trùng. Sự kết hợp của kháng thể với ký
sinh trùng tạo điều kiện cho bạch cầu ưa a xít và đại thực bào tiêu diệt
chúng.
1.4. Chức năng tập trung kháng nguyên:
Bằng cách gây tủa, gây ngưng kết, kháng thể có vai trò làm cho
kháng nguyên từ dạng phân tán trở thành tập trung, do vậy hạn chế khả
năng lan rộng của kháng nguyên, đồng thời tạo điều kiện quy tụ các biện
pháp bảo vệ không đặc hiệu vào nơi kháng nguyên bị tập trung (viêm,
thực bào, độc t
ế bào, bổ thể )
2. Chức năng hoạt hóa hệ miễn dịch không đặc hiệu
2.1. Chức năng hoạt hóa bạch cầu.
Nhiều loại bạch cầu có thụ thể với Fc của kháng thể.
Bạch cầu đa nhân trung tính vẫn có khả năng bám và thực bào tự
nhiên , nhưng Fc của kháng thể (và C3b của bổ thể) là những chất opsonin
mạnh, tức là có khả năng kích hoạt sự bám dính, ă
n, tiêu hủy các đối
tượng thực bào
Các tế bào gây độc: Nhiều loại tế bào có khả năng tiết ra các
cytokine-toxin gây độc, gây chết cho các tế bào mang kháng nguyên. Đối
tượng của chúng là những tế bào mang kháng nguyên đã bị đoạn Fab của

54
kháng thể kết hợp, còn đoạn Fc tự do có vai trò hấp dẫn các tế bào gây độc
(vốn có thụ thể với Fc). Đây là cách gây độc phụ thuộc kháng thể.
Ví dụ: Bạch cầu ưa eosin có thể trở thành tế bào gây độc nếu thụ
thể của nó (với Fc) được Fc gắn vào. Bằng cách này, người ta thấy bạch
cầu ưa eosin diệt các ký sinh trùng và ấu trùng của nó, sau khi các đối
tượng này bị phủ bởi kháng thể đặc hiệu.
Tế bào NK: Tương tự như vậy, tính gây độc của NK tăng lên và
chúng trở thành có định hướng khi có mặt kháng thể làm cầu nối giữa
chúng với tế bào đích. Bằng cách này, NK diệt tế bào mang vi rút, tế bào
ung thư.
Tế bào ái kiềm: Tế bào ái kiềm có thụ thể gắn được với Fc của
phân tử IgE. Phần Fab của IgE khi bị kháng nguyên kết hợp sẽ thông qua
thụ thể nói trên, khởi động một cơ chế giải phóng các hạt chứa các chất
gây viêm(tăng thấm mạch) ra xung quanh, tham gia diệt ký sinh trùng.
2.2. Chức năng hoạt hóa đại thực bào:
Đại thực bào có thể nuốt và tiêu hủy nhiều đối tượng thực bào khác
nhau, nhưng khi kháng thể gắn Fab vào các đối tượng đó (kháng nguyên)
còn gắn Fc vào thụ thể của đại thực bào thì đại thực bào được hoạt hóa rất
mạnh, tăng cường khả
năng bắt giữ, nuốt và tiêu hủy dối tượng thực bào.
Những ký sinh trùng bị phủ bởi IgE cũng là đối tượng hấp dẫn và hoạt hóa
đại thực bào. Có thể hình dung kháng thể là cầu nối phân tử giữa các tế
bào thực bào với đối tượng thực bào.
3. Hoạt hóa cơ chế vận chuyển Ig qua màng tế bào
Tế bào biểu mô ruột có thụ thể với Fc (mặt trong biểu mô) giúp
cho các IgA ở thể
lưỡng phân (dimere) có thể gắn vào. Chính sự gắn kết
này đã hoạt hóa một cơ chế vận chuyển: Thoạt đàu cả IgA và thụ thể lặn

vào trong tế bào dưới dạng một nang nhỏ (không bào). rồi di chuyển
xuyên tế bào, sang phía đối diện, để cuối cùng được giải phóng ra lòng
ruột thực hiện vai trò bảo vệ niêm mạc ruột.
4. Hoạt hóa bổ thể
Phần Fc của kháng thể còn có chức n
ăng hoạt hóa bổ thể sau khi
Fab của kháng thể kết hợp với kháng nguyên. Loại kháng thể hoạt hóa
được bổ thể là IgM và đa số IgG: Đó là những kháng thể chiếm tỷ lệ lớn
nhất trong cơ thể, do vậy bổ thể được hoạt hóa trong đa số trường hợp kết
hợp kháng nguyên-kháng thể.
Nhiều kháng nguyên có thể hoạt hóa trực tiếp bổ thể, không cần sự
tham gia của bổ thể. Nhưng trong quá trình tiến hóa miễn dịch, khi đã xuất
hiện kháng thể thì số kháng nguyên gây hoạt hóa bổ thể tăng lên gấp bội,

55
mà vai trò hoạt hóa này là tạo ra các cơ chế bảo vệ cơ thể (Viêm, thực bào,
ly giải tế bào mang kháng nguyên)
5. Chức năng của kháng thể trong phối hợp miễn dịch đặc hiệu và không
đặc hiệu
Sự kết hợp của kháng thể với kháng nguyên chỉ là một trong nhiều
chức năng của kháng thể. Tuy vậy, đây là chức năng được hình thành sau
cùng của hệ miễn dịch đặc hiệu trong quá trình tiến hóa. Trong nhiều
trường hợp, chức năng này được thực hiện là tiền đề để các chức năng
khác của kháng thể được thực hiện, chẳng hạn chức năng hoạt hóa bổ thể
(Các thành phần của bổ thể hoạt hóa khi có sự kết hợp với kháng nguyên-
kháng thể). Đoạn Fc có thụ thể với hầu hết các tế bào và phân tử của hệ
miễn dịch không đặc hiệu, gồm cả bổ thể và các tế bào của phản ứng viêm
nên kháng thể làm nhiệm vụ như cái cầu nối phân tử cho sự phối hợp miễn
dịch đặc hiệu và miễn dịch không đặc hiệu, đó là chức năng tổng quát của
mọi kháng thể. Khi không có kháng thể thì các biện phánp miễn dịch đặc

hiệu vẫn được huy động nhằm bảo vệ cơ thể, nhưng khi kháng thể kết hợp
với kháng nguyên thì kháng nguyên bị tập trung lại (thể hiện bằng phản
ứng tủa, ngưng kết )đồng thời hấp dẫn và hoạt hóa các cơ chế miễn dịch
không đặc hiệu hướng về nơi tập trung kháng nguyên, nhờ vậy kháng
nguyên càng nhanh chóng bị loại trừ.
Thiếu kháng thể bẩm sinh hay mắc phải đều dẫn đến đe dọa sự
sống còn của cơ thể. Sự xuất hiện của kháng thể trong quá trình tiến hóa
đem lại cho sinh vật khả năng trực tiếp loại trừ kháng nguyên và tăng
cường sự định hướng của miễn dịch không đặc hiệu loại trừ kháng
nguyên. Sự xuất hiện kháng thể còn làm cho phản ứng viêm thêm phong
phú về cơ chế bệnh sinh: một mặt kháng thể kết hợp đặc hiệu với kháng
nguyên, mặt khác nó hoạt hóa không đặc hiệu các cơ chế dịch thể và tế
bào, là một trong những tác nhân quan trọng gây ra viêm theo các cơ chế:
- Sản phẩm C3a, C5a gây tăng thấm mạch và hấp dẫn bạch cầu đa
nhân.
- Các chất có hoạt tính từ tế bào mast giải phóng ra.
- Các cytokine của bạch cầu trung tính và đại thực bào.
- Các phức hợp miễn dịch hình thành tại chỗ, hay lắng đọng tự môi
trường dịch thể
.
Sự hấp dẫn các tế bào viêm tới vị trí xảy ra sự kết hợp kháng nguyên-
kháng thể (hoặc nơi chúng lắng đọng).