hoá sinh động vật

Chương 7. HĨA SINH MIỄN DỊCH
Tóm tắt chương:
Miễn dịch (immunity) là khả năng một cơ thể sống nhận ra và loại bỏ các yếu tố lạ xâm
nhập để bảo vệ sự toàn vẹn của cơ thể.
Miễn dịch gồm hai dạng miễn dịch tự nhiên và miễn dịch thu được. Miễn dịch tự nhiên là
khả năng tự bảo vệ của cơ thể có từ lúc mới sinh và mang tính di truyền trong loài. Miễn dịch thu
được là trạng thái miễn dịch xuất hiện khi cơ thể đã tiếp xúc với kháng nguyên. Miễn dịch thu
được có thể có được khi cơ thể được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hay kháng thể.
Động vật có hai phương thức đáp ứng miễn dịch thu được là đáp ứng miễn dịch dịch thể
và đáp ứng miễn qua trung gian tế bào. Đáp ứng miễn dịch dịch thể là sự bảo vệ cơ thể chống lại
sự xâm nhập của kháng nguyên ngoại bào, được thực hiện bởi các kháng thể do các tế bào
lympho B sản sinh ra.Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bàolà sự bảo vệ cơ thể chống lại
kháng nguyên nội bào, được thực hiện bởi các tế bào lympho T.
Kháng thể (Ig) là một nhóm các phân tử glycoprotein có cấu trúc gồm 4 chuỗi: 2 chuỗi
nhẹ (L)và hai chuỗi nặng (H)giống nhau từng đôi một, mỗi chuỗi H có gắn một đoạn
oligosaccharide. Những chuỗi này liên kết với nhau bằng cầu nối disulfide và các liên kết phụ
tạo ra một cấu trúc cấu trúc đối xứng dạng chữ Y. Chuỗi H và L chứa vùng hằng định (C) và
vùng biến đổi (V). Vùng V trên chuỗi H và L của Ig thường tổ hợp ngẫu nhiên với nhau tạo ra sự
đa dạng của Ig.Hầu hết động vật có vú cónăm lớp Ig là IgG, IgA, IgM, IgD và IgE.
Receptor của tế bào T (TCR) là một phân tử nằm trên bề mặt của tế bào lympho T để
nhận biết kháng nguyên khi liên kết với phức hợp hịa hợp tổ chức chính (MHC). TCR gồm hai
chuỗi polypeptide α và β nối với nhau bằng một liên kết disulfide. Lympho T CD4 nhận biết
peptide kháng nguyên liên kết với MHC lớp II. Lympho T CD8 nhận biết peptide kháng nguyên
liên kết với MHC lớp I.
Phức hợp hịa hợp tổ chức chínhlà các glycoprotein gắn trên màng tế bào có vai trị quan
trọng trong trình diện kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch. MHC được chia thành hai lớp có cấu
trúc và chức năng khác nhau: MHC lớp I, trình diện peptide kháng nguyên cho tế bào T độc và
MHC lớp II, trình diện peptide kháng nguyên cho tế bào T hỗ trợ.
Bổ thể là một hệ thống các protein huyết tương phản ứng với mầm bệnh và đánh dấu
chúng giúp cho quá trình tiêu diệt mầm bệnh của đại thực bào. Có ba con đường hoạt hóa bổ thể:
con đường cổ điển,con đường MB-lectin và con đường thay thế.

7.1. CÁC DẠNG ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH
Tất cả động vật đều có nguy cơ bị các sinh vật khác tấn cơng. Vì thế, động vật được trang
bị nhiều phương thức để bảo vệ cơ thể. Tuy nhiên, tác nhân gây bệnh là các vi sinh vật thường
tấn công cơ thể một cách âm thầm và ngày càng trầm trọng. Để chống lại các tác nhân đó, trong
q trình tiến hóa, động vật được trang bị một hệ thống phịng vệ phức tạp; đó là hệ thống miễn

192


dịch. Các mầm bệnh có thể qua được rào cản đầu tiên của hệ thống phòng vệ là da và niêm mạc,
song sẽ bị nhận diện là yếu tố ngoại lai và bị tiêu diệt.
Miễn dịch (immunity) là khả năng một cơ thể sống nhận ra và loại bỏ các yếu tố lạ
(ngoại lai) xâm nhập để bảo vệ sự tồn vẹn của cơ thể.
7.1.1. Miễn dịch khơng đặc hiệu hay miễn dịch bẩm sinh
Miễn dịch không đặc hiệu là khả năng tự bảo vệ của cơ thể có từ lúc mới sinh, không cần
tiếp xúc trước với các kháng ngun và mang tính di truyền trong lồi.
Hệ thống da và niêm mạc
Da lành lặn và không bị tổn thương, lớp thượng bì đã sừng hóa ln được bong ra và thay
thế, tạo ra rào cản vật lý trước sự xâm nhập của kháng nguyên.
Niêm mạc được bao phủ bởi lớp chất nhầy, tạo ra lớp màng bảo vệ chống lại sự xâm
nhập của mầm bệnh. Đặc biệt, lớp niêm mạc đường hơ hấp có các vi nhung ln rung động ngăn
cản bụi mang theo các tác nhân gây bệnh.
Trong thành phần của thượng bì và biểu bì có mồ hôi chứa NaCl và lactic acid; đây là hai
yếu tố mơi trường tại chỗ có tác dụng diệt khuẩn thơng qua áp suất thẩm thấu và độ pH. Những
vi khuẩn có vách tế bào khơng vững chắc sẽ dễ dàng bị tiêu diệt.
Niêm mạc được che chở bởi lớp chất nhầy giúp bề mặt tế bào không bị enzyme
neuraminidase của virus tác động.
Lysozyme, một enzyme thuộc nhóm glycosidasecó trong dịch tiết của các tuyến như
nước bọt, nước mắt, nước mũi, sữa… có thể thuỷ phân liên kết β-1,4glycoside của peptidoglycan
làm phá vỡ vách tế bào vi khuẩn.

Hệ thống bổ thể khi được hoạt hóa gây giãn mạch quản, kích thích bạch cầu ái kiềm giải
phóng các chất trung gian. Một số thành phần của hệ thống này cịn có khả năng bám dích vào vi
khuẩn, giúp cho các tế bào thực bào dễ tiếp cận và tiêu diệt vi khuẩn.
Các loại bạch cầu có hạt:
Bạch cầu trung tính (neutrophil): chiếm số lượng lớn, nhân thường chia thuỳ, có khả năng
diệt khuẩn mạnh số một. Trong các túi của bạch cầu chứa nhiều loại enzyme có hoạt tính cao, trong
đó có nhóm enzyme myeloperoxidase tham gia vào q trình bùng nổ oxy hố.
Có hai cách xử lý trong các thể thực bào phagosom (vi khuẩn hay vật lạ được bao bọc lại
bởi một phần màng tế bào):
Gắn với lysosom: Hệ thống hydrolase thuỷ phân rất mạnh, trong đó có cathepsin,
nuclease, glycanase, esterase, …(chỉ hoạt động trong môi trường pH 4,5-5). Khi phagosom và
lysosom tiếp xúc nhau, xảy ra sự hoà hợp màng và tạo ra lysosom cấp II. Đồng thời với quá trình
193


này, các bơm proton (H+) trên màng túi lysosom hoạt động mạnh. Proton được bơm từ bào tương
vào lysosom cấp II, làm cho pH từ gần trung tính hạ xuống 4,5-5, tạo điều kiện cho các enzyme
nói trên hoạt động. Do đó, vật lạ bị tiêu hố. Các sản phẩm tiêu hố này có thể được tế bào sử
dụng hoặc được thải ra ngồi nhờ q trình xuất bào.
Bùng nổ oxy hố: Ngồi con đường trên (phagosom gắn với lysosom), một số túi
lysosom được hoạt hoá đặc biệt, làm cho q trình oxy hố xảy ra rất mạnh, tạo oxy hoạt động
(gốc tự do) O2-, tác động vào những mạch carbon nối đôi, chuyển về dạng OH hay O- tạo phản
ứng dây chuyền, làm bùng nổ oxy hố. Q trình diễn ra rất mạnh, ngồi ra cịn tạo ra HClO là
dẫn xuất oxy hố cực mạnh. Do đó, các vật lạ xâm nhập nhanh chóng bị tiêu diệt. Tuy nhiên, sau
quá trình trên, bạch cầu cũng bị chết. Bạch cầu trung tính thường sống khoảng 3-8 ngày.
Bạch cầuái toan (eosinophil) thườngcó số lượng khơng nhiều. Trong các trường hợp bị
nhiễm ký sinh trùng, số lượng bạch cầu ái toan trong máu sẽ tăng. Bạch cầu ái kiềm (basophil)
thường gặp trong các trường hợp viêm, dị ứng.Vai trò của các bạch cầu ái toan, ái kiềm trong các
trường hợp này chưa được nghiên cứu kỹ.
7.1.2. Miễn dịch đặc hiệu hay miễn dịch thu được

Miễn dịch đặc hiệu là trạng thái miễn dịch xuất hiện khi cơ thể đã tiếp xúc với kháng
nguyên (ngẫu nhiên hay chủ động khi được tiêm vaccine). Miễn dịch thu được có thể có được khi
cơ thể được truyền các tế bào có thẩm quyền miễn dịch hay kháng thể.
Miễn dịch đặc hiệu có vai trị rất quan trọng đối với đời sống sinh vật. Đây là hệ thống rất
phức tạp, ln có sự tương tác với nhau giúp cho hoạt động miễn dịch được hoàn chỉnh. Động
vật có hai phương thức đáp ứng miễn dịch đặc hiệu là đáp ứng miễn dịch tế bào và đáp ứng miễn
dịch dịch thể.
a. Hệ thống miễn dịch tế bào (cellular immune system)
Đáp ứng miễn dịch tế bào là sự bảo vệ cơ thể chống lại các tế bào bị thâm nhiễm virus,
các loại nấm, ký sinh trùng và mô bào lạ; được thực hiện trung gian qua các lympho T.
Có hai loại lympho bào là lympho bào T và lympho bào B. Tất cả các lympho bào đều
sinh ra ở tủy xương. Lympho T di chuyển về tuyến ức (Thymus) và thành thục ở đây. Lympho T
đi vào máu và một ít di chuyển vào hạch lâm ba. Ở động vật có vú, lympho B thành thục ở tuỷ
xương (Bone marrow); cịn ở các lồi chim, tế bào này thành thục ở túi huyệt (Bursa Fabricius)
(Hình 7.1).

194


Hình 7.1. Sự phát triển của tế bào lympho từ một tế bào gốc đa chức năng ở tủy xương

Miễn dịch tế bào được thực hiện thông qua một hệ thống tương tác giữa các loại tế bào T
và B, những tế bào này liên kết đặc hiệu với kháng nguyên (Hình 7.2).
Đáp ứng miễn dịch tế bào là quá trình tiêu diệt các tế bào lạ. Quá trình bắt đầu khi đại
thực bào (macrophage) nuốt (1a; 1b) và phân giải một phần kháng nguyên (2a; 2b), rồi trình diện
những mảnh kháng ngun cịn lại trên bề mặt của mình (3a; 3b). Các mảnh kháng nguyên này
được gắn với một trong hai loại protein bề mặt gọi là protein của tổ hợp MHC hay MHC –
protein (MHC - major histocompatibility complex - phức hợp hịa hợp tổ chức chính). Các
MHC- protein tương đối đa dạng; nên hai cá thể thân thuộc cùng lồi thường khơng có các
MHC- protein giống hệt nhau. Vì vậy, MHC- protein là biểu hiện cho tính đặc trưng cao của

từng cá thể.
MHC – protein lớp I có trên bề mặt hầu hết các tế bào có nhân ở động vật xương sống.
Các đại thực bào trình diện MHC – protein lớp I được các receptor bề mặt của các tế bào T độc
chưa thành thục nhận biết. Tuy nhiên, để các receptor liên kết đặc hiệu với đại thực bào trình
diện kháng nguyên, các kháng nguyên phải tạo phức hợp đặc hiệu với MHC-protein lớp I (4a).
Tương tự như trên, đại thực bào trình diện các mảnh kháng nguyên kết hợp với MHC – protein
lớp II được gắn với các lympho bào T hỗ trợ (TH hay helper T) chưa thành thục (4b). Tế bào T
liên kết với đại thực bào trình diện kháng nguyên và MHC-protein được gây cảm ứng tới tăng
sinh, nó được gọi là sự chọn lọc vơ tính (clonal selection), q trình này được phát hiện đầu tiên
195


vào những năm 1950 bởi các nhà khoa học Niels Kaj Jerne, Macfarlane Burnet, Joshua
Lederberg và David Talmadge. Kết quả sự chọn lọc vơ tính là chỉ làm tăng sinh các tế bào T đã
nhận biết kháng nguyên đặc hiệu. Nguyên nhân là do khi đại thực bào liên kết với tế bào T giải
phóng một yếu tố protein sinh trưởng gọi là interleukin-1 (5a, 5b), chất này kích thích các tế bào
T nhân lên và biệt hóa (6a, 6b). Quá trình này được tăng cường do các tế bào T tự tiết ra
interleukin-2. Các tế bào T chỉ tạo ra receptor cho interleukin-2 khi chúng duy trì liên kết với
đại thực bào (7a, 7b), vì thế mà ngăn chặn được sự nhân lên vô hạn của tế bào T. Tuy nhiên, một
lượng lớn tế bào lympho T độc trưởng thành (8a) được sản sinh chỉ sau một vài ngày tiếp xúc với
kháng nguyên. Receptor trên tế bào lympho T độc là đích đặc hiệu cho tế bào vật chủ trình diện
cả kháng nguyên và MHC-protein lớp I. Tế bào lympho T độc hay còn gọi là T sát thủ (T killer)
gắn với tế bào vật chủ mang kháng nguyên (9), vào thời điểm tiếp xúc chúng tiết ra perforin (là
một protein có khối lượng 70kD) có khả năng phân giải tế bào đích (10) bằng cách tập trung và
tạo các lỗ hổng trên màng tế bào.
Chức năng chính của đáp ứng miễn dịch tế bào là ngăn chặn sự lây lan của virus bằng
cách tiêu diệt các tế bào vật chủ đã bị virus tấn công (protein trên lớp vỏ bọc của virus được trình
diện trên bề mặt của các tế bào động vật trong pha xâm nhiễm lần sau của virus). Hệ thống miễn
dịch tế bào cũng chống lại hiệu quả sự lây nhiễm của nấm, kí sinh trùng và một số loại ung thư.
Chức năng quan trọng có ý nghĩa sống cịn của đáp ứng miễn dịch tế bào đã được khẳng định

trong những năm gần đây khi hội chứng suy giảm miễn dịch (AIDS - acquired immune
deficiency syndrome) gây ra bởi virus HIV (human immunodeficiency virus) là loại virus tấn
công vào các tế bào TH. Đáp ứng miễn dịch tế bào cũng gây ra những khó khăn nhất định cho y
học hiện đại do chức năng loại bỏ các thành phần không phải của bản thân như mô hoặc cơ quan
ghép (từ một người lạ). Mô hoặc cơ quan ghép bị nhận diện là ngoại lai do chúng luôn mang
MHC- protein khác với MHC-protein của vật chủ.
b. Hệ thống miễn dịch dịch thể (humoral immunity)
Miễn dịch dịch thể là sự bảo vệ cơ thể hiệu quả nhất chống lại sự nhiễm khuẩn và virus;
được thực hiện bởi các kháng thể (antibody) hay còn gọi là các globulin miễn dịch
(immunoglobulin) do các lympho B (tế bào B) sản sinh ra.
Các tế bào B trình diện cả immunoglobulin (Ig) và MHC- protein lớp II trên bề mặt (4c).
Nếu tế bào B gặp kháng nguyên mà kháng nguyên này gắn đặc hiệu với Ig nó sẽ nuốt ln cả
phức hợp này (12) và phân giải một phần kháng nguyên (13), rồi trình diện mảnh kháng ngun
sót lại được gắn với MHC-protein lớp 2 trên bề mặt (14). Các tế bào T hỗ trợ (TH) thành thục
(8b) có các receptor đặc hiệu với phức hợp này sẽ gắn vào các tế bào B (15) và giải phóng
interleukin để kích thích các tế bào B tăng sinh và biệt hoá (16). Sự phân chia tế bào cứ tiếp tục
cho đến khi các tế bào B được kích thích bởi các tế bào T hỗ trợ (17).

196


Hình 7.2. Các con đường đáp ứng miễn dịch+
197


Các tế bàoTH lại ln phụ thuộc vào sự có mặt liên tục của kháng nguyên (1b-8b). Phần
lớn thế hệ sau của các tế bào B là tế bào sinh chất- plasmatic cells (18), đây là các tế bào chuyên
biệt tạo ra các Ig đặc hiệu. Các kháng thể này gắn các kháng nguyên và đánh dấu các kháng
nguyên ấy, làm cho chúng bị tiêu diệt nhờ bạch cầu (thực bào) hoặc nhờ sự hoạt hoá hệ thống bổ
thể (một loạt protein tương tác với nhau để phân giải tế bào và gây phản ứng viêm cục bộ).

Hầu hết các tế bào T và B chỉ tồn tại trong vài ngày nếu chúng khơng được kích thich bởi
kháng ngun tương ứng. Tuy nhiên, quá trình nhân lên của tế bào B bị hạn chế bởi sự tương tác
của chúng với tế bào T ức chế- Ts (suppressor T), các tế bào này là một trong những thế hệ sau
của tế bào lympho T, chúng có chức năng trái ngược với TH.
Một trong những chức năng của hệ thống miễn dịch là giúp cho động vật không bị nhiễm
lại lần thứ hai gây ra bởi cùng một tác nhân gây bệnh. Nghĩa là động vật sau khi phục hồi từ một
tác nhân gây bệnh nhất định thì cơ thể sẽ miễn dịch với tác nhân gây bệnh đó. Q trình này
được gọi là đáp ứng miễn dịch thứ cấp (secondary immuse respone) được thực hiện bởi các tế
bào T nhớ-TM (memory T cell) (11) và tế bào B nhớ-BM (20). Các loại này có khả năng sống rất
lâu và có thể ghi nhớ sự tiếp xúc với các kháng nguyên sau nhiều thập kỉ. Vì thế nếu các tế bào
nhớ này gặp lại kháng nguyên đã được nhận diện thì chúng sẽ nhân lên rất nhanh với số lượng
lớn hơn nhiều lần so với tế bào T và B nguyên thủy chưa tiếp xúc với kháng nguyên.
7.2. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA KHÁNG THỂ (IMMUNOGLOBULIN)
Kháng thể là một nhóm các phân tử glycoprotein xuất hiện trong huyết thanh và dịch mô
bào của động vật. Một số nằm trên bề mặt của tế bào B và làm nhiệm vụ như là các receptor
kháng nguyên đặc hiệu. Các kháng thế khác có mặt tự do trong máu hoặc bạch huyết. Sự liên hệ
giữa tế bào B và kháng nguyên là cần thiết giúp cho tế bào B phát triển thành tế bào tiết kháng
thể gọi là tế bào B sinh chất. Kháng thể màng trên tế bào tiền thân của tế bào B cũng có tính liên
kết đặc hiệu giống như kháng thể được sản sinh ra bởi tế bào B sinh chất (Hình 7.3).

Hình 7.3. Kháng thể bề mặt và kháng thể tiết. Receptor kháng nguyên tế bào B (trái) gồm hai
chuỗi nặng H và hai chuỗi nhẹ L giống nhau từng đơi một. Ngồi ra, thành phần phụ (Ig-α và
Ig-β) có liên quan mật thiết với receptor sơ cấp và chúng được xếp thành cặp làm nhiệm vụ
truyền tín hiệu nội bào. Kháng thể tiết (phải) có cấu trúc tương tự receptor kháng ngun tế bào
B, nhưng khơng có phần xuyên màng và phần trong bào tương.
198


7.2.1. Cấu trúc của kháng thể
Theo Gerald Edelman và Rodney Porter, phần lớn kháng thể bao gồm 4 chuỗi: 2 chuỗi

nhẹ giống nhau (L), khối lượng khoảng 23 kD và hai chuỗi nặng giống nhau (H), khối lượng 53
– 75 kD, mỗi chuỗi nặng có gắn một đoạn oligosaccharide. Những tiểu phần này liên kết với
nhau bằng cầu nối disulfide và các liên kết phụ tạo ra một cấu trúc cấu trúc đối xứng dạng chữ Y
(L-H)2 (Hình 7.4).

Hình 7.4. Sơ đồ cấu tạo phân tử IgG
Kháng thể - một họ các phân tử protein
Ở người có 5 lớp Ig kí hiệu là IgA, IgD, IgE, IgG và IgM. Các lớp này khác nhau do có
sự khác nhau ở các chuỗi nặng tương ứng là α, δ, ε, γ và μ.
Hầu hết động vật có vú có năm lớp Ig kí hiệu là IgG, IgA, IgM, IgD và IgE. Các lớp này
khác nhau về kích thước, điện tích, thành phần amino acid và carbohydrate. Ngoài sự khác biệt
giữa các lớp kháng thể, kháng thể trong mỗi lớp cũng không đồng nhất.
IgG - gồm 4 phân lớp, các phân lớp khác nhau ở trình tự xắp sếp amino acid. Hầu hết sự
khác nhau tập trung ở vùng bản lề và tạo ra các liên kết disulfide khác nhau giữa 4 phân tử
protein. Sự khác biệt lớn nhất trong cấu trúc là vùng bản lề kéo dài của IgG3, chính phần này
làm cho khối lượng của phân tử IgG3 lớn hơn và có thể làm tăng cường hoạt tính sinh học (Hình
7.5-2).
IgM - IgM ở người thường tồn tại ở dạng pentamer (Hình 7.5-3). Chuỗi μ và γ của IgM
khác nhau ở trình tự các amino acid và có thêm một vùng hằng định. Các tiểu đơn vị của
pentamer liên kết với nhau bằng liên kết disulfide giữa các domain Cμ3 hoặc giữa đầu C-tận và
199


phần đuôi peptide kéo dài gồm 18 amino acid. Một phân tử hồn chỉnh gồm vùng trung tâm có
mật độ xếp dày đặc và các cách tay tỏa ra xung quanh.
IgA - có chuỗi α gồm 472 amino acid được sắp xếp thành 4 domain: VH, Cα1, Cα2, Cα3.
Một đặc điểm giống với IgM là chuỗi J tạo liên kết disulfide với phân tử cystein trong chuỗi
peptide gồm 18 aa để tạo dạng dimer.
IgA tiết (s-IgA) - tồn tại chủ yếu ở dạng đơn phân có độ lắng là 11S (KLPT 380.000).
Một phân tử IgA hoàn chỉnh được tạo thành từ hai đơn vị, một phần tiết (KLPT 70.000) và một

chuỗi J có KLPT 15.000 (Hình 7.5- 4). Các chuỗi peptide khác nhau được liên kết như thế nào
thì vẫn chưa được làm sáng tỏ. Chuỗi J được tổng hợp bởi các tế bào sinh chất, nhưng thành
phần tiết thì lại được tổng hợp bởi các tế bào biểu mô. IgA duy trì trạng thái dimer nhờ chuỗi J
và được tiết ra bởi tế bào niêm mạc sinh chất, thành phần tiết liên kết với IgA khi phân tử này
được chuyển tới các tế bào biểu mô. Việc liên kết với thành phần tiết đóng vai trị quan trong
trong việc vận chuyển s-IgA tới vị trí bài tiết và bảo vệ các phân tử này không bị tấn công bởi
các enzyme phân giải protein.
IgD- chiếm gần 1% tổng các Ig trong huyết thanh. IgD nhạy cảm hơn với sự tấn công của
enzyme phân giải protein so với các phân tử IgG1, IgG2, IgA và IgM và có xu hướng trải qua
quá trình phân giải tự nhiên. Liên kết disulfide được hình thành giữa chuỗi δ và một lượng lớn
các phân tử carbohydrate, phân tử carbohydrate này phân phối thành nhiều đơn vị
oligosaccharide (Hình 7.5-5).
IgE- trong cấu trúc của IgE, khối lượng phân tử của chuỗi ε lớn hơn là do được tạo thành
từ nhiều amino acid hơn (khoảng 550 aa) và được chia thành 5 domain (VH, Cε1, Cε2, Cε3 và
Cε4) (Hình 7.5-6).

200


Hình 7.5. Đặc điểm cấu trúc các lớp kháng thể ở người
201


Lớp và phân lớp kháng thể phụ thuộc vào cấu trúc của chuỗi nặng
Lớp và phân lớp của một kháng thể được xác định bởi chuỗi nặng của kháng thể. Các
phân lớp IgG của người (IgG1, IgG2, IgG3 và IgG4) có các chuỗi nặng khác nhau tương ứng là
1, 2, 3 và 4. Tỷ lệ xuất hiện của phân lớp IgG (IgG1-IgG4) ở người lần lượt là 66%, 23%,
7% và 4%. IgA có các phân lớp là IgA1 và IgA2, tuy nhiên các phân lớp của IgM, IgD và IgE
vẫn chưa được xác định. Phạm vi lớp và phân lớp của kháng thể phản ánh sự thay đổi trong các
gien mã hóa kháng thể. Phân lớp kháng thể xuất hiện ở giai đoạn tiến hóa muộn. Do đó, phân lớp

IgG ở người rất khác so với phân lớp của kháng thể này trên chuột. Kháng thể đều có bản chất là
glycoprotein, nhưng thành phần carbohydrate ở các lớp kháng thể là khác nhau ở IgD là 2-3%, ở
IgM, IgD và IgE là 12-14%. Các đặc tính lý hóa của kháng thể được tóm tắt ở bảng 7.1.
Bảng 7.1. Đặc tính lý hóa của các lớp kháng thể ở người
Các loại kháng thể
Đặc tính

IgG1

IgG2

IgG3

IgG4

IgM

IgA1

IgA2

sIgA

IgD

IgE

Chuỗi nặng

1

2

3

4

μ

α1

α2

α1/ α2

δ

ε

Nồng độ trung bình
trong huyết thanh
(mg/ml)

9

3

1

0,5

1,5

3

0,5

0,05

0,03

0,00005

Độ lắng

7s

7s

19s

7s

7s

11s

7s

8s

7s

7s

KLPT (x 103)

146

146

170

146

970

160

160

385

184

188

Thời gian bán hủy
(ngày)

21

20

7

21

10

6

6

?

3

2

% phân bố nội
mạch

45

45

45

45

80

42

42

rất nhỏ

75

50

Cacbohydrate (%)

2-3

2-3

2-3

2-3

12

7-11

7-11

7-11

9-14

12

Mỗi lớp kháng thể có chuỗi nặng đặc trưng riêng. IgG chứa chuỗi nặng , IgM có chuỗi
μ, IgA có chuỗi α, IgD có δ và IgE có chuỗi ε. Sự biến đổi trong cấu trúc chuỗi nặng của mỗi
lớp tạo ra các phân lớp khác nhau của kháng thể. Ví dụ, IgG của người gồm 4 phân lớp thì
tương ứng có 4 loại chuỗi nặng khác nhau. Các lớp kháng thể khác nhau có đặc tính khác nhau.
Chú ý là ở dạng tiết, IgA tồn tại ở dạng dimer (s-IgA) liên quan đến chuỗi protein gọi là thành
phần tiết. Nồng độ s-IgA trong huyết thanh rất thấp, còn trong dịch tiết đường ruột có thể rất
cao.
Các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của phân tử Ig chứa những vùng hằng định C (costant
regions) và vùng biến đổi V (variable regions).

202


Chuỗi nhẹ của hầu hết động vật có xương sống gồm hai loại chuỗi là  và . Hilschmann,
Craig và các tác giả khác đã chứng minh rằng chuỗi nhẹ gồm hai vùng riêng biệt – vùng biến đổi
(VL) và vùng hằng định (CL). Các chuỗi nhẹ chứa vùng biến đổi VL (ở nửa đầu N) từ amino acid
1 đến amino acid 108 và vùng hằng định CL (từ amino acid 109 đến amino acid 214).
Các chuỗi nặng cũng chứa vùng biến đổi (VH) và vùng hằng định (CH). Chiều dài vùng V của
chuỗi nặng là khác nhau. Vùng V của chuỗi nặng (123 amino acid) có phần lớn ở chuỗi nhẹ (108
amino acid). Chiều dài của vùng V phụ thuộc vào độ dài của các vùng siêu biến hay còn gọi là
vùng xác định bổ sung -CDR (Complementarity determiningregion). Các đoạnCDR, đặc biệt là
CDR3 của IgM có thể rất lớn (Hình 7.6).

Hình 7.6. Trình tự amino acid của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ - xác định vùng biến đổi. Kháng thể
gồm chuỗi nặng và chuỗi nhẹ giống nhau từng đôi một. Mỗi chuỗi lại được chia thành hai vùng: vùng

biến đổi (V) và vùng hằng định (C). Đầu N của chuỗi chứa vùng biến đổi V, trong khi đầu C
(carboxyl) chứa vùng hằng định C. Vùng V có các đoạn biến đổi tăng cường gọi là đoạn siêu biến
hay vùng xác định bổ sung CDR (Complementarity Determining Region). Các số nằm ở phía dưới
mũi tên chỉ vị trí các amino acid. Vùng CDR của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ tạo ra vị trí liên kết với
kháng nguyên. Nhiều amino acid được giữ lại giữa các CDR và được gọi là amino acid khung.

Trình tự amino acid quyết định cấu trúc bậc 3 của phân tử protein, vì thế trình tự các amino
acid của mỗi vùng V tạo ra tính đa dạng về cấu trúc và tính đặc hiệu của kháng thể. Sự thay đổi
trình tự các amino acid trong vùng V không phải ngẫu nhiên mà được tổ chức một cách chính
xác. Nó được định vị ở một số đoạn nhất định trong vùng V của một chuỗi, và những đoạn này
tạo ra sự biến đổi trong các phân tử protein. Sự biến đổi lớn nhất trong chuỗi nhẹ thường xuất
203


hiện ở các amino acid 30, 55 và 95. Những vùng này được gọi là siêu biến hoặc vùng xác định
bổ sung (CDR) gồm CDR1, CDR2 và CDR3. Mỗi CDR có chiều dài khoảng 10 amino acid
(vùng V của chuỗi nặng có 3 CDR gần CDR của chuỗi nhẹ). Trình tự amino acid của CDR hạn
chế sự biến đổi của chuỗi này và sự khác biệt về trình tự các amino acid giữa các chuỗi là không
nhiều. Những phân đoạn bất biến tạo ra amino acid khung, nó chiếm khoảng 85% vùng V.
Amino acid khung quyết định vị trí CDR. Vùng V cuộn lại sao cho CDR nằm trên bề mặt của
mỗi chuỗi. Khi chuỗi nặng và chuỗi nhẹ liên kết với nhau, CDR của các chuỗi tạo ra một khe – là
vị trí liên kết với kháng nguyên của kháng thể. Trình tự amino acid của CDR quyết định hình
dạng và đặc tính ion hóa của vị trí liên kết với kháng ngun, do đó quyết định tính đặc hiệu của
kháng thể.
Vị trí gắn kháng nguyên của kháng thể
Phần lớn những hiểu biết về cấu trúc Ig là dựa vào các protein myeloma (protein tạo ra bởi
các tế bào ung thư, là tế bào tăng sinh đáp ứng lại các kháng nguyên). Các hapten gắn với protein
myelom được xác định khi theo dõi các chất khác nhau.
Cấu trúc tia X của phức hợp hapten- protein myeloma đã chỉ ra rằng vị trí liên kết kháng
nguyên được định vị tại đầu mỗi vùng Fab (ở rãnh giữa VL và VH). Kích thước và hình dáng của

rãnh này phụ thuộc vào trình tự các amino acid của VL và VH. Thí nghiệm đã chứng minh rằng,
phức hợp hapten-kháng thể gần giống như phức hợp enzyme-cơ chất, cả hai phức hợp này đều
chứa lực Van der Waals, tương tác kỵ nước, liên kết hydro và liên kết ion.
Các mảnh chức năng của kháng thể có thể được tách ra nhờ enzyme phân giải protein
Năm 1959, Porter đã thủy phân IgG của thỏ bằng enzyme papain với sự tham gia của các
chất khử cysteine. Papain thủy phân liên kết peptide trong phân tử IgG và tạo ra 3 mảnh có khối
lượng tương đương nhau (khoảng 50kD) nhưng tích điện khác nhau. Hai mảnh Fab giống nhau
(ab – antigen binding) có khả năng liên kết với kháng nguyên. Mảnh thứ 3 không liên kết với
kháng nguyên và kết tinh khi bảo quản lạnh. Porter gọi mảnh này là Fc (c-crystallizable). Porter
cho rằng tỷ lệ giữa Fab và Fc là 2:1. Edelman đã khẳng định kết quả của Porter bằng phương
pháp tách và điện di IgG của người thành hai mảnh nhận diện kháng nguyên khác nhau tương tự
như hai mảnh IgG của thỏ (Hình 7.7).
Trong các thí nghiệm tương tự, Alfred Nisonoff sử dụng pepsin, có thể thủy phân nhiều vị trí
khác nhau trên phân tử IgG hơn so với papain. IgG khi bị thủy phân bởi pepsin tạo ra một mảnh
lớn có khối lượng phân tử (100lD) lớn gấp đôi mảnh Fab, và rất nhiều mảnh nhỏ khác nhau.
Nisonoff gọi mảnh lớn là F(ab`)2. Mảnh này cũng có thể liên kết với kháng ngun, nhưng khơng
giống như mảnh Fab, nó tạo ra một phản ứng huyết thành có thể nhìn thấy. Mảnh F(ab`)2 có cả
hai vị trí liên kết với kháng ngun và có thể được xử lý tiếp để tạo ra hai mảnh giống Fab.
Papain chia tách phân tử ở một bên, và pepsin thì cắt ở bên kia của liên kết gắn các mảnh Fab với
nhau.

204


Hình 7.7. Sự phân mảnh IgG của thỏ bằng papain và pepsin
7.2.2. Chức năng của kháng thể
Chức năng chính của kháng thể là liên kết với kháng nguyên. Trong một số trường hợp
kháng thể có hiệu quả trực tiếp như trung hòa độc tố vi khuẩn, hoặc ngăn chặn sự bám dính của
virus với các tế bào vật chủ. Tuy nhiên, sự tương tác giữa kháng thể và kháng nguyên khơng có ý
nghĩa nếu khơng có các “yếu tố” chức năng thứ cấp (Bảng 7.2). Những yếu tố chức năng thứ cấp

này liên quan đến các phần khác nhau của vùng Fc.
Bảng 7.2. Một số chức năng thứ cấp của kháng thể người
Chức năng
Cố định bổ thể
(Con đường cổ điển)
Truyền qua nhau thai
Liên kết với receptor
trên bề mặt tế bào:
Đơn nhân

Bạch cầu trung tính

Tế bào lớn/bạch cầu ái kiềm

FcγRI
FcγRIIa
FcγRIIIa
FcμR
FcεRII
FcαR
FcγRIIa
FcγRIIIb
FcαR
FcεRI

Kháng thể
IgM IgA1
+++
-

IgG1
++

IgG2
+

IgG3
+++

IgG4
-

+

+

+

+

+

++
+
+
+
+
-

(+)

-

+++
++
+
+
+
-

++
-

+
-

205

IgA2
-

sIgA
-

IgD
-

IgE
-

-

-

-

-

-

++
++
-

++
++
-

++
++
-

-

++
+++

-


IgM: là lớp kháng thể đóng vai trị chính trong đáp ứng miễn dịch sơ cấp. Xuất hiện chủ yếu

trong máu và liên quan đến các đáp ứng miễn dịch với các kháng nguyên phức tạp, các sinh vật
gây bệnh qua đường máu. Đây là loại kháng thể đầu tiên được sản sinh ra để chống lại kháng
nguyên; được sinh ra sau 2-3 ngày tiếp xúc với kháng nguyên.
Khi liên kết với kháng nguyên, IgM trở thành một yếu tố hoạt hóa mạnh bổ thể theo con
đường cổ điển. Khơng giống như IgG khi hoạt hóa bổ thể cần hai phân tử ghép vào nhau, chỉ một
phân tử IgM có thể hoạt hóa dịng thác bổ thể do cấu trúc nội tại của vùng Fc.
IgG: là lớp kháng thể đóng vai trò quan trọng nhất trong đáp ứng miễn dịch thứ cấp, phân bố
đều giữa máu và dịch gian bào. IgG được sinh ra sau khi xuất hiện IgM 2-3 ngày.
Cơ chế chính của phân lớp IgG1 và IgG3 ở người là hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển.
IgG3 là một nhóm protein huyết thanh phức tạp liên quan đến việc loại bỏ các tác nhân gây bệnh
và điều hịa các phản ứng viêm. IgG2 hoạt hóa bổ thể kém hiệu quả hơn, cịn IgG4 hầu như
khơng hoạt động.
Ở người các phân tử IgG của tất cả các phân lớp đều đi qua nhau thai và tạo ra miễn dịch thụ
động cho trẻ sơ sinh. Ở một số loài như lợn, miễn dịch của mẹ chỉ được truyền cho con sau khi
sinh. Trong trường hợp này, IgG lựa chọn một kênh vận chuyển duy nhất là thông qua một
receptor đặc hiệu ở đường tiêu hóa. Các phân lớp IgG cũng tương tác với hàng loạt receptor của
Fc và do đó được biểu hiện ở nhiều loại tế bào khác nhau (Bảng 7.2).
IgA: Mặc dù IgA xuất hiện với nồng độ khá lớn trong huyết thanh của người, nhưng dạng
tiết của lớp kháng thể này mới đóng vai trị quan trọng trong đáp ứng miễn dịch. IgA cũng chính
là kháng thể có trong sữa và sữa đầu, bảo vệ trẻ em sơ sinh chống lại sự nhiễm khuẩn đường tiêu
hóa. Dạng tiết của IgA (dạng dimer) được hình thành trong q trình vận chuyển tích cực phân
tử này qua biểu mơ niêm mạc (Hình 7.8).
Trong huyết thanh của người, IgA1 là phân lớp chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 90% tổng IgA),
còn trong các dịch tiết như nước bọt, mồ hôi, nước mắt và sữa IgA1 chiếm khoảng 70-90% tổng
IgA. Tuy nhiên, ở ruột già thì IgA2 lại chiếm tỷ lệ lớn nhất (khoảng 60%). Một điều đáng quan
tâm là rất nhiều vi sinh vật ở đường hô hấp thích nghi với mơi trường sống nhờ giải phóng ra
enzyme phân giải protein có tác dụng phân giải IgA1.

206

Hình 7.8. Vận chuyển IgA qua biểu mơ niêm mạc. Dạng dimer của IgA được tiết vào niêm mạc ruột
non bởi các tế bào sinh chất khi chúng liên kết với receptor poly-IgA trên bề mặt các tế bào biểu mơ của niêm mạc
ruột. Phức hợp sIgA-receptor sau đó được nhập bào và vận chuyển qua tế bào ở trạng thái liên kết với màng của
bọc vận chuyển. Khi lớp màng của những bọc này bị phá vỡ ở mặt trong của biểu mô niêm mạc, IgA dạng dimer sẽ
được giải phóng, phân tử này có chứa thành phần tiết, thành phần này bắt nguồn từ sự phân tách receptor. Sự có
mặt của thành phần tiết giúp cho dimer IgA không bị thủy phân bởi các enzyme phân giải protein trong ruột non.

IgD: Chức năng sinh học của lớp này chưa được làm sáng tỏ mặc dù lớp kháng thể này có
thể đóng vai trị trong việc nhận diện kháng nguyên gây ra sự biệt hóa tế bào lympho.
IgE: Xuất hiện trong máu với nồng độ thấp, nhưng IgE được đặc trưng bởi khả năng liên kết
chính xác với bạch cầu ái kiềm và các tế bào lớn trong mô do có ái lực cao với thụ thể FcεRI.
Lớp này cũng nhạy cảm với các tế bào trên bề mặt niêm mạc mũi, kết mạc và niêm mạc phế
quản. IgE là lớp kháng thể chống lại ký sinh trùng; song ở các nước phát triển, lớp này thường
liên quan đến các bệnh như hen suyễn và dị ứng phấn hoa.
7.2.3. Sự phát sinh tính đa dạng của kháng thể
Khi khơng có kháng ngun kích thích hệ miễn dịch của người có thể sản sinh ra trên
12
10 loại kháng thể đặc hiệu khác nhau. Kháng thể có bản chất là protein nên được mã hóa bởi
các gien khác nhau. Sự đa dạng của kháng thể đã đặt ra một câu hỏi về di truyền: làm thể nào để
một động vật có thể sản sinh ra kháng thể nhiều hơn các gien có trong bộ gien của chúng? (Ví
dụ, bộ gien của người chỉ có khoảng 50.000 gien). Kết quả nghiên cứu cho thấy các vùng biến
đổi trên chuỗi nặng và chuỗi nhẹ của kháng thể thường tổ hợp ngẫu nhiên với nhau tạo ra các vị
trí liên kết với kháng nguyên. Giả sử rằng một con vật có 1000 gien mã hóa cho chuỗi nhẹ và
1000 mã hóa cho chuỗi nặng, kết quả sự tổ hợp ngẫu nhiên của các gien này sẽ tạo ra 1000x1000
(106) vị trí liên kết với kháng nguyên (mặc dù, trong thực tế không phải tất cả các chuỗi nhẹ đều
tổ hợp với chuỗi nặng để tạo ra vị trí liên kết với kháng nguyên). Hệ thống miễn dịch của động
vật có vú đã phát triển cơ chế di truyền đặc biệt, cho phép cơ thể tạo ra một số lượng gần như
207

không giới hạn các chuỗi nhẹ và chuỗi nặng khác nhau bằng cách liên kết các đoạn gien với nhau
trước khi chúng được sao chép. Chim và cá sử dụng rất nhiều cơ chế khác nhau để đa dạng hóa
kháng thể; cừu và thỏ cũng sử dụng các cơ chế khác so với người và chuột. Trong chương này,
chúng ta sẽ thảo luận cơ chế diễn ra trên người và chuột.
Gien mã hóa kháng thể được lắp rắp từ các đoạn gien riêng biệt trong quá trình
phát triển của tế bào B.
Từ những năm 1970, người ta đã biết phân tử DNA được sắp xếp lại trong quá trình phát
triển của tế bào B. Trên chuột, các nhà sinh học phân tử đã so sánh DNA từ phôi ở giai đoạn sớm
và chưa sản xuất kháng thể với DNA của tế bào ung thư B, các tế bào này sản sinh ra một dịng
kháng thể đặc hiệu. Trình tự bộ ba mã hóa các vùng biến đổi và vùng hằng định mà các tế bào
ung thư sử dụng là trên cùng một đoạn DNA giới hạn, nhưng ở phôi là trên các đoạn DNA giới
hạn khác nhau. Điều này chứng tỏ các đoạn DNA mã hóa một phân tử kháng thể đã được sắp
xếp lại trong một số giai đoạn phát triển của tế bào B (Hình 7.9).

Hình 7.9. Thí nghiệm chứng minh DNA được sắp xếp lại trong quá trình phát triển của tế bào B.
Các tế bào ung thư B sinh ra từ một tế bào B duy nhất và do đó tạo ra một loại phân tử kháng thể duy
nhất. Hai đoạn DNA có hoạt tính phóng xạ sử dụng trong thí nghiệm là đặc hiệu cho các chuỗi DNA mã
hóa vùng C và vùng V của chuỗi nhẹ do các tế bào ung thư tạo nên.

Mỗi chuỗi của kháng thể (chuỗi nhẹ κ, λ và các chuỗi nặng) có các vùng gien riêng biệt
trên các exons và từ đó các chuỗi polypeptide được tổng hợp. Các vùng này nằm trên nhiễm sắc
thể khác nhau và chứa một lượng lớn đoạn gien mã hóa cho vùng V của kháng thể, trong khi các
đoạn gien mã hóa cho vùng C thì ít hơn.Trong q trình phát triển của tế bào B, một chuỗi mã hóa
hồn chỉnh cho mỗi chuỗi của kháng thể được tổng hợp và lắp rắp bằng cách tái tổ hợp di truyền.
Bên cạnh vai trò liên kết các đoạn gien riêng biệt và các đoạn mã hóa vùng C của kháng thể, sự sắp
208


xếp lại cũng hoạt hóa q trình phiên mã từ gien khởi động thông qua sự thay đổi tương đối vị trí

các phần tăng cường và ức chế hoạt động trên promoter. Do đó, một kháng thể hồn chỉnh chỉ
được tổng hợp sau khi phân tử DNA được sắp xếp lại. Như vây, quá trình liên kết các đoạn gien đã
tạo ra sự đa dạng các vị trí liên kết với kháng nguyên theo nhiều cách khác nhau.
Mỗi vùng biến đổi được mã hóa khơng chỉ bằng một đoạn gien
Khi trình tự DNA của bộ gien mã hóa vùng C và V lần đầu tiên được phân tích, người ta
tìm thấy một khu vực duy nhất mã hóa vùng C của kháng thể, nhưng có hai hoặc nhiều nhiều khu
vực trên DNA được lắp ráp lại để mã hóa cho từng vùng V. Mỗi vùng V của chuỗi nhẹ được mã
hóa bằng một chuỗi DNA lắp rắp từ hai đoạn gien- một đoạn gien V dài và một đoạn ngắn, hoặc
với một đoạn gien J. Hình 7.10 minh họa cơ chế di truyền trong quá trình sản xuất chuỗi nhẹ κ ở
người-chuỗi polypeptide từ một gien mã hóa vùng C và các đoạn gien V, J riêng biệt.

Hình 7.10. Quá trình kết hợp giữa đoạn V và J trong sự sản sinh chuỗi nhẹ κ ở người. Trên phân tử
DNA “mầm” (nơi các gien mã hóa kháng thể khơng được biểu hiện vì thế khơng có sự sắp xếp lại), cụm
gồm 5 đoạn gien J được tách biệt với exon của vùng C bằng một đoạn intron ngắn và với 40 đoạn gien V
bởi hàng nghìn cặp nucleotide. Trong quá trình phát triển của tế bào B, đoạn gien V được chọn ngẫu
nhiên (trong trường hợp này là V3) được chuyển đến nằm chính xác bên cạnh một đoạn gien J (trong
trường hợp này là J3). Các đoạn gien J “thêm” (J4 và J5) vào trình tự các đoạn intron được phiên mã
sau đó bị loại bỏ trong trong quá trình hồn thiên RNA để tạo các phân tử mRNA trong đó các chuỗi V3,
J3 và C được xếp liền nhau. Những phân tử m RNA này sau đó đươc dùng để tổng hợp chuỗi nhẹ κ. Một
đoạn gien J mã hóa đầu C 15 hoặc các amino acid của vùng V, và đoạn nối V-J trùng với vùng siêu biến
thứ ba của chuỗi nhẹ, đây là phần biến đổi nhất của vùng V.

209


Mỗi vùng V của chuỗi nặng được mã hóa bằng một chuỗi DNA được lắp rắp từ ba đoạn
gien – đoạn V, J và D. Hình 7.11minh họa số lượng và tổ chức các đoạn gien sử dụng để tạo ra
các chuỗi nặng ở người.

Hình 7.11. Các đoạn gien mã hóa chuỗi nặng của kháng thể ở người. Có 51 đoạn V, 27 đoạn

D và 6 đoạn J và một trình tự các cụm gen mã hóa cho vùng C, mỗi cụm mã hóa cho một lớp khác nhau
của chuỗi nặng. Đoạn D mã hóa cho các animo acid trong vùng siêu biến thứ ba, là phần biến đổi nhất
của vùng V. Hình ảnh trên khơng mơ tả theo tỷ lệ: tổng chiều dài của gen mã hóa chuỗi nặng là trên 2
megabases và rất nhiều chi tiết bị lược bỏ. Ví dụ, mỗi vùng C được mã hóa bởi rất nhiều exons; có 4 cụm
gien của exon vùng Cγ(Cγ1, Cγ2, Cγ3, và Cγ4) và các đoạn gen VH được nhóm lại trên nhiễm sắc thể trong
cùng một họ. Cơ chế di truyền liên quan đến quá trình sản sinh một chuỗi nặng cũng tương tự như chuỗi
nhẹ ngoại trừ việc sắp xếp lại DNA phải diễn ra theo hai bước thay vì một. Đầu tiên một đoạn D liên kết
với đọan J, và sau đó đoạn V mới liên kết với đoạn tái tổ hợp DJ.

Một số lượng lớn các đoạn gien V, J và D sẵn có để mã hóa cho các kháng thể đã phần
nào tạo nên tính đa dạng của kháng thể, nhưng chính sự tổ hợp của các đoạn gien này (đa dạng
hóa tổ hợp) mới là nguyên nhân chính tạo nên tính đa dạng của kháng thể. Bất kì một đoạn
gienV trong nguồn 40 gien mã hóa cho chuỗi nhẹ κ cũng có thể tổ hợp với một trong 5 đoạn gien
J. Như vậy có ít nhất 200 (40x5) chuỗi κ khác nhau trong vùng V có thể được mã hóa bởi nguồn
gien này. Tương tự như vậy một trong 51 đoạn gien V trong nguồn gien mã hóa cho chuỗi nặng
của người có thể tổ hợp với một trong 6 đoạn gien J và một trong 27 đoạn gien D để tạo ra ít nhất
8262 (51x6x27) vùng V khác nhau của chuỗi nặng.
Sự đa dạng hóa tổ hợp là kết quả của việc lắp ráp các tổ hợp khác nhau của các đoạn gien
V, J và D. Đây chính là một cơ chế quan trong tạo nên sự đa dạng cho việc hình thành các vị trí
liên kết với kháng nguyên của kháng thể. Chỉ bằng cơ chế này, một người có thể tạo ra 287 vùng
VL (200 κ và 116 λ) và 8262 vùng VH khác nhau. Về nguyên tắc các tổ hợp này có thể kết hợp
với nhau để tạo ra khoảng 2.6 × 106 (316 × 8262) vị trí liên kết với kháng nguyên khác nhau.
Ngoài ra, cơ chế tổ hợp cũng làm tăng đáng kể số lượng tổ hợp (ước tính khoảng hơn 108 lần)
thậm chí nhiều hơn tổng số tế bào B (khoảng 1012) có ở người.
Sư tổ hợp khơng chính xác của các đoạn gien làm tăng tính đa dạng của vùng V
Trong q trình phát triển của tế bào B, các đoạn gien V và J (mã hóa chuỗi nhẹ) và gien
V, D và J (mã hóa chuỗi nặng) tổ hợp với nhau để mã hóa cho các vùng chức năng V L hoặc VH
thông qua con đường tái tổ hợp vị trí đặc biệt được gọi là tổ hợp V(D)J. Bảo tồn chuỗi DNA bên
của mỗi đoạn gien và đóng vai trị như là các vị trí nhận biết trong q trình tổ hợp, để đảm bảo
chỉ có những đoạn gien thích hợp mới tham gia vào q trình tái tổ hợp. Ví dụ, đoạn V sẽ luôn

210


luôn tổ hợp với đoạn J hoặc D mà không tổ hợp với một đoạn V khác. Quá trình tổ hợp này được
xúc tác bởi một phức hợp enzyme V(D)J recombinase. Phức hợp này gồm hai protein, một đặc
hiệu cho sự phát triển của các lympho bào và một giúp sửa chữa các DNA bị lỗi trong tất cả các
tế bào.
Protein đặc hiệu cho tế bào lympho của enzyme V(D)J recombinase được mã hóa từ hai
gien nằm cạnh nhau có tên gọi là rag-1 và rag-2 (rag = recombination activating genes). Các
protein RAG trình diện sợi kép tách trên chuỗi DNA cạnh và sau đó là q trình tái tổ hợp được
điều tiết bởi protein RAG và các enzyme tham gia vào quá trình sửa chữa sợi DNA xoắn kép.
Như vậy, nếu cả hai gien rag được đưa vào nhân tạo trong một ngun bào sợi, thì ngun bào
sợi có thể lắp ráp lại các gien này để sản xuất kháng thể, thí nghiệm này tương tự như q trình
sản xuất kháng thể của một tế bào B đang phát triển. Hơn nữa, khi các cá thể bị thiếu một trong
số các gienrag hoặc enzyme sửa chữa thì thường mẫn cảm với các bệnh truyền nhiễm do những
cá thể này khơng có khả năng tạo tổ hợp V(D)J và kết quả là khơng có các tế bào T và B chức
năng(tế bào T sử dụng cơ chế tái tổ hợp tương tự để lắp ráp các đoạn gien mã hóa cho các
receptor đặc hiệu tiếp nhận kháng nguyên).
Trong hầu hết các trường hợp tái tổ hợp vị trí đặc biệt, sự tổ hợp DNA là chính xác. Tuy
nhiên, trong quá trình tổ hợp các đoạn gien mã hóa kháng thể (và receptor của tế bào T), một
lượng nucleotide thường bị mất từ phần cuối của các đoạn gien tái tổ hợp và một hoặc nhiều
nucleotide ngẫu nhiên được thêm vào. Sự mất đi và thêm vào các nucleotide một cách ngẫu
nhiên tại các điểm nối được gọi là nối đa dạng hóa, và chính điều này làm tăng tính đa dạng của
chuỗi mã hóa cho vùng V, đặc biệt là vùng siêu biến thứ ba theo con đường tái tổ hợp. Tuy
nhiên, trong nhiều trường hợpnó gây ra một sự thay đổi trong bộ ba mã hóa tạo gien khơng có
chức năng. Bởi vì theo cách này thì có 2 trong 3 sắp xếp lại là “không tái sinh”, nhiều tế bào B
không bao giờ sản sinh ra kháng thể và kết quả là các tế bào này bị chết trong tủy xương. Các tế
bào B trong tủy xương sản sinh ra kháng thể và các phân tử kháng thể này liên kết chặt chẽ với
kháng nguyên tự thân được kích hoạt để biểu hiện lại protein RAG và trải qua vòng tái sắp xếp
V(D)J lần hai, điều này làm thay đổi tính đặc hiệu của kháng thể bề mặt tế bào- quá trình này

được gọi là chỉnh sửa receptor. Các tế bào B tự phản ứng không thể thay đổi tính đặc hiệu của
chúng theo cách này và bị loại bỏ thơng qua q trình chết vơ tính.
Kháng ngun gây siêu đột biến sinh dưỡngđịnh hướngđáp ứng kháng thể
Như đã đề cập ở trên, sau khi tiêm phòng một khoảng thời gian nhất định, ái lực của
kháng thể sẽ tăng dần để chống lại kháng nguyên đã được tiêm phòng. Hiện tượng này được gọi
là tăng cường ái lực; đây là kết quả của sự tích tụ các đột biến điểm trên các chuỗi mã hóa cho cả
chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. Các đột biến xuất hiện rất lâu sau khi các vùng mã hóa được lắp ráp,
khi tế bào B bị kích thích bởi kháng nguyên và tế bào T trợ giúp để khởi động các tế bào nhớ ở
một nang lympho trong cơ quan lympho ngoại vi. Các đột biến xuất hiện với tỷ lệ khoảng 1 lần
trên chuỗi mã hóa cho vùng V trong một thế hệ tế bào. Do tỷ lệ này lớn hơn tỷ lệ đột biến trên
211


các gien khoảng 1.000.000 lần, nên quá trình này được gọi là siêu đột biến sinh dưỡng. Tuy cơ
chế phân tử vẫn chưa được làm sáng tỏ, nhưng nó được cho là liên quan đến một số dạng sửa
chữa DNA bị lỗi với mục đích tái sắp xếp lại chuỗi mã hóa cho vùng V bằng cách kết hợp các
vùng DNA đặc hiệu bởi tổ hợp V(D)J. Chú ý là, cơ chế siêu đột biến đòi hỏi một enzyme của
quá trình chỉnh sửa RNA nhưng chức năng của enzyme này vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Một lượng nhỏ các receptor tiếp nhận kháng nguyên điều khiển bởi vùng siêu biến có thể
tăng ái lực với kháng nguyên. Chỉ một số tế bào B bộc lộ các receptor có ái lực cao hơn sẽ được
kích thích bởi kháng nguyên để sống sót và tăng sinh, cịn hầu hết các tế bào B khác bị chết theo
chương trình apoptosis. Do đó, kết quả tất yếu của sự lặp lại các vòng siêu đột biến sinh dưỡng
vàsự nhân lên của các tế bào B nhớ được lựa chọn vơ tính và kích thích bởi kháng nguyên.
Kháng thể có ái lực cao hơn sẽ được tạo ra với một số lượng khổng lồ trong phản ứng miễn dịch
vì vậy tạo ra sự bảo vệ hiệu quả hơn để chống lại tác nhân gây bệnh.
Các cơ chế chính tạo nên sự đa dạng của kháng thể được tóm tắt trong hình 7.12.

Hình 7.12. Bốn cơ chế chính tạo nên tính đa dạng của kháng thể. Ba cơ chế đầu xuất hiện trong quá
trình phát triển tế bào B ở tủy xương (hoặc gan của thai nhi), cơ chế thứ tư xuất hiện khi tế bào B bị kích
thích bởi kháng nguyên ngoại lai và các tế bào T hỗ trợ trong các cơ quan lympho ngoại vi để sản xuất tế

bào B nhớ.

7.3. RECEPTOR CỦA TẾ BÀO T VÀ NHẬN DIỆN KHÁNG NGUYÊN BỞI TẾ BÀO T
Receptor của tế bào T hay TCR là một phân tử được tìm thấy trên bề mặt của tế bào
lympho T (tế bào T) làm nhiệm vụ nhận biết kháng nguyên khi liên kết với phức hợp hòa hợp tổ
chức chính (MHC). Sự liên kết giữa TCR và kháng ngun có ái lực tương đối thấp và bị thối
hóa, điều này có nghĩa là nhiều TCR có thể cùng nhận biết một kháng nguyên và nhiều kháng
nguyên được nhận biết bởi cùng một TCR.

212


7.3.1. Đặc điểm cấu trúc của TCR
TCR gồm hai chuỗi polypeptide α và β nối với nhau bằng một liên kết disulfide. Các
chuỗi α và β có cấu trúc tương tự như mảnh Fab của kháng thể. Khoảng 95% receptor của tế bào
T được tạo thành từ chuỗi α và β (TCRαβ), trong khi đó chỉ 5% receptor của tế bào T chứa chuỗi
γ và δ (TCR γδ) . Vị trí nhận biết kháng nguyên tạo thành từ chuỗi γ và δ có đặc tính khác với
chuỗi α và β; tuy nhiên chức năng của TCR γδ trong đáp ứng miễn dịch vẫn chưa được làm sáng
tỏ. Cả hai loại TCR khác so với immunoglobin liên kết màng (receptor của tế bào B): TCR chỉ
có một vị trí liên kết với kháng nguyên, trong khi receptor của tế bào B có hai vị trí liên kết với
kháng ngun, TCR khơng bao giờ được giải phóng ra nhưng receptor của tế bào B có thể được
tiết ra để tạo kháng thể.
Trình tự amino acid của TCR cho thấy cả hai chuỗi của TCR đều có một vùng V, một
vùng C tương tự như của Ig và vùng bản lề gồm một chuỗi cysteine. Mỗi chuỗi xuyên qua lớp
phospholipid kép bằng một domain kị nước xuyên màng, và kết thúc bằng một đi ngắn trong
tế bào chất (Hình 7.13).

Hình 7.13. Cấu trúc receptor của tế bào T.TCR heterodimer gồm hai chuỗi glycoprotein xuyên màng α
và β. Phần ngoại bào của mỗi chuỗi bào bao gồm hai domain V và C tương tự như immunoglobin. Hai chuỗi đều có
carbohydrate gắn với mỗi domain. Một đoạn bản lề ngắn chứa cysteine, các phân tử cysteine này tạo liên kết

disulfide giữa domain với màng. Các xoắn xuyên màng của cả hai phân tử này mang amino acid tích điện dương
nằm trong lớp phospholipid màng: chuỗi β có 2 amino acid trong khi chuỗi α có một.

7.3.2. TCR nhận biết kháng nguyên ở dạng phức hợp - peptide kháng nguyên liên kết với
phân tử MHC
213


Kháng nguyên được nhận biết bởi TCR khác so với kháng nguyên được nhận biết bởi
receptor của tế bào B và kháng thể. Kháng nguyên nhận biết bởi tế bào B là những kháng nguyên
nguyên vẹn liên kết trực tiếp với kháng thể, kháng thể liên kết đặc hiệu với bề mặt các kháng
nguyên protein thông qua các phân tử amino acid, các phân tử này không gần nhau ở cấu trúc
bậc một nhưng lại gần nhau khi phân tử protein gập lại. Trái lại, TCR chỉ có thể nhận biết các
đoạn amino acid ngắn trong protein. Các đoạn amino acid này thường bị che lấp trong cấu trúc
của phân tử protein ngun vẹn, vì thế các TCR khơng thể nhận biết được trừ khi một số đoạn
amino acid không bị gập lại và quá trình xử lý các trình tự này thành các đoạn peptide kháng
nguyên xuất hiện.
Peptide kháng nguyên chỉ được nhận biết bởi tế bào T khi nó liên kết với một phân tử
MHC. Các phân tử glycoprotein bề mặt này được mã hóa bởi gien trong phức hợp hịa hợp tổ
chức chính (MHC). Như vậy, phức hợp nhận biết bởi tế bào T là một phức hợp gồm peptide và
phân tử MHC. Bằng chứng đầu tiên về sự có mặt của MHC trong q trình nhận biết kháng
nguyên của tế bào T là gián tiếp, nhưng gần đây sự có mặt của MHC đã được chứng minh rõ
ràng thơng qua thí nghiệm khích thích tế bào T bằng phức hợp peptide:MHC tinh chất. TCR
tương tác với các phức hợp này bằng cách kết hợp với phân tử MHC và peptide kháng nguyên.
Các tế bào T có chức năng khác nhau được nhận diện bởi protein bề mặt của tế bào CD4
hoặc CD8 và các tế bào T nhận biết peptide kháng nguyên liên kết với các lớp MHC khác
nhau.
Các tế bào T được chia thành hai lớp có các yếu tố chức năng khác nhau. Hai lớp này
được nhận biết bởi các protein bề mặt CD4 và CD8. Hai loại tế bào T nhận biết các lớp MHC
khác nhau. MHC gồm hai lớp MHC lớp I và MHC lớp II, hai lớp này khác nhau về cấu trúc và

sự biểu hiện trên các mô bào trong cơ thể. CD 4 và CD 8 là những phân tử đánh dấu của các tế
bào Tchúng đóng vai trị quan trọng trong sự nhận biết các phân tử MHC lớp II và MHC lớp I.
CD4 liên kết với phân tử MHC lớp II và CD8 liên kết với MHC lớp I. Quá trình nhận diện kháng
nguyên phụ thuộc vào loại tế bào T, phân tử CD4 hoặc CD8 trên bề mặt của tế bào T và TCR
liên kết với các vị trí khơng đổi của MHC trong phức hợp MHC: peptide. Sự liên kết này là cần
thiết để tế bào T tạo ra một đáp ứng hiệu quả, vì vậy CD4 và CD8 được gọi là các co-receptor.
CD 4 là một chuỗi đơn gồm 4 domain tương tự như Ig (Hình 7.14). Hai domain đầu tiên
(D1 và D2) của CD4 kết hợp chặt chẽ với nhau tạo thành một sợi cứng có chiều dài 60A0, sợi này
liên kết với một sợi tương tự được tạo thành từ domain thứ ba và bốn (D3 và D4) bằng một bản lề
linh hoạt.

214


Hình 7.14. Cấu trúc của các phân tử CD4 và CD8 co-receptor. Phân tử CD4 gồm 4 domain giống như Ig
(hình a diễn tả cấu trúc sơ lược và hình b là cấu trúc dạng dải). Domain amine-tận D1 có cấu trúc tương tự như
domain V của một Ig. Domain D2 mặc dù có cấu trúc gần giống với domain của Ig nhưng domain này vẫn có điểm
khác biệt so với hai domain V và C được gọi là domain C2. Hai domain đầu tiên của CD4 tạo thành một sợi cứng,
sợi nàyliên kết với hai domain carbon-tận bằng một liên kết linh hoạt. Vị trí liên kết với MHC lớp II được cho là
nằm trên hai domain này. Phân tử CD8 (hình a và c) là một heterodimer gồm một chuỗi α và β liên kết với nhau
băng cầu nối disulfide, một dạng cấu trúc khác của CD8 là homodimer của chuỗi α. Cấu trúc của CD8α và CD8β là
tương tự nhau, mỗi chuỗi có một domain đơn giống như domain V của Ig và chuỗi polypeptideliên quan đến phần
cấu trúc kéo dài, phần cấu trúc này liên kết vùng giống domain V với màng tế bào.

CD4 liên kết với MHC lớp II thông qua một vùng nằm bên cạnh của domain thứ nhất
(D1). CD4 liên kết với một vị trí của domain β2 trong phân tử MHC vị trí này nằm cách xa so với
vị trí liên kết của TCR do đó phân tử CD4 và TCR có thể liên kết với cùng một phức hợp
peptide:MHC lớp II. CD4 tương tác rất mạnh với tyrosine kinase (ở tế bào chất)được gọi là Lck
và có thể truyền tyrosine kinase này vào gần với hệ thống truyền tín hiệu trong phức hợp TCR.
Q trình này làm tăng cường tín hiệu được tạo ra khi TCR liên kết với phức hợp peptide:MHC

lớp II. Khi CD4 và TCR có thể liên kết với cùng một phức hợp peptide:MHC lớp II, sự nhạy cảm
của tế bào T với kháng nguyên được trình diện trên phân tử MHC lớp II tăng lên; trong trường
hợp này thì lượng kháng ngun để kích thích tế bào T nhỏ hơn 100 lần.
Liên kết giữa CD4 với phân tử MHC lớp II là rất yếu, vì vậy liên kết này có thể truyền tín
hiệu vào bên trong tế bào T hay không vẫn chưa được làm sáng tỏ. CD4 có thể tạo thành dạng
homodimer thơng qua một vị trí trên domain D4, đặc điểm này cho phép vị trí liên kết với MHC
tự do tương tác với một phân tử MHC lớp II. Như vậy, CD4 dạng dimer có thể tạo liên kết chéo
với hai phân tử MHC và hai TCR. Liệu sự dimer hóa của CD4 có đóng vai trị quan trong trọng
việc quyết định chức năng của các co-receptor hay không cho đến nay vẫn chưa được giải đáp.

215


Mặc dù CD4 và CD8 có chức năng như là các co-receptor, nhưng cấu trúc của chúng rất
khác nhau. CD8 là một heterodimer gồm một chuỗi α và một chuỗi β liên kết với nhau bằng liên
kết disulfide, mỗi chuỗi gồm một domain đơn giống Ig và liên kết với màng tế bào thơng qua
một đoạn polypeptide kéo dài (Hình 7.14). Đoạn polypeptide được glycosyl hóa, q trình này
đóng vai trị quan trọng trong việc duy trì đoạn polypeptide và bảo vệ chúng không bị phân giải
bởi protease. CD8α cũng có thể hình thành dạng homodimer, tuy nhiên dạng này khơng được tìm
thấy khi chuỗi CD8β xuất hiện.
CD8 liên kết lỏng lẻo với với một vị trí khơng đổi trên domain α3 của phân tử MHC lớp I
vị trí này tương đương với vị trí liên kết với CD4 trên phân tử MHC lớp II. Cho đến nay, sự
tương tác giữa CD8α homodimer với MHC lớp I đã được làm sáng tỏ đó là vị trí liên kết của
CD8 α:β heterodimer trên phân tử MHC lớp I được tạo ra từ sự tương tác giữa hai chuỗi CD8α
và β. Hơn nữa, CD8 (thơng qua chuỗi α)cịn tương tác với các amino acid trong domain α2 của
phân tử MHC lớp I. Bằng cách liên kết này, CD8 cho phép bề mặt phía trên của phân tử MHC
lớp I tiếp cận và tự do liên kết với TCR. Cũng giống như CD4, CD8 liên kết với Lck thông qua
đuôi nội bào của chuỗi α và mang phân tử này tiến gần hơn với TCR. Do vậy, sự xuất hiện của
CD8 làm tăng độ nhạy của tế bào T với kháng nguyên được trình diện bởi phân tử MHC lớp I
gấp 100 lần. Như vậy, CD4 và CD8 có chức năng tương tự nhau mặc dù cấu trúc của hai coreceptor protein này khơng hồn tồn liên quan với nhau.

7.4. PHỨC HỢP HỊA HỢP TỔ CHỨC CHÍNH
Phức hợp hịa hợp tổ chức chínhMHC (Major Histocompability Complex) là các
glycoprotein gắn trên màng tế bàocó vai trị quan trọng trong trình diện kháng ngun và đáp
ứng miễn dịch.MHC được chia thành hai lớp có cấu trúc và chức năng khác nhau: MHC lớp I,
trình diện peptide kháng nguyên cho tế bào T độc (TC) và MHC lớp II, trình diện peptide kháng
nguyên cho tế bào T hỗ trợ hay TH (Hình 7.15).

Hình 7.15. Nhận diện peptide kháng nguyên liên kết với phân tử MHC. Tế bào Tc nhận diện
peptide kháng nguyên liên kết với MHC lớp I, Th nhận diện peptide kháng nguyên liên kết với MHC lớp II. Cả hai
trường hợp này, phức hợp peptid:MHC được nhận diện trên bề mặt của một tế bào trình diện kháng ngun hoặc tế
bào đích

216