sinh lý bệnh và miễn dịch chủ đề 3 chức năng sinh học của các loại kháng thể

- Một phần cấu trúc của các chuỗi là vùng domain hằng định C constant, còn phần đầu của hai “cánh tay” là vùng biến đổi V variable giữa các kháng thể khác nhau, tạo nên các vị trí kết hợ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y-DƯỢC

-& -SINH LÝ BỆNH VÀ MIỄN DỊCH

Chủ đề 3 : CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA

CÁC LOẠI KHÁNG THỂ

Thực hiện nội dung : Nhóm 2

Lớp : Dược(B+C)

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Đăng Khoa

Hà Nội, tháng 11 năm 2023

I ĐẶC ĐIỂM CỦA KHÁNG THỂ

1 Khái niệm, nguồn gốc, cấu trúc của kháng thể

1.1 Khái niệm:

- Kháng thể (Antibody) là những chất được sản xuất khi cơ thể con người nhận biết được sự xâm nhập của các sinh vật lạ (vi khuẩn, virut gây bệnh);

là các phân tử globulin miễn dịch nên được gọi là immunoglobulin (có bản chất glycoprotein)

1.2 Nguồn gốc của kháng thể:

- Do các tế bào lympho B cũng như các tương bào (biệt hóa từ lympho B) tiết ra để hệ miễn dịch nhận biết và vô hiệu hóa các tác nhân lạ

1.3 Cấu trúc của kháng thể:

- Phân tử kháng thể cấu tạo từ 4 chuỗi polypeptide, gồm hai chuỗi nặng (H, Heavy Chain) giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ (L, Light Chain) cũng giống hệt nhau Các chuỗi của immunoglubin liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide (-S-S-) và có độ đàn hồi nhất định, tạo nên hình chữ Y

- Một phần cấu trúc của các chuỗi là vùng (domain) hằng định C (constant), còn phần đầu của hai “cánh tay” là vùng biến đổi V (variable) giữa các kháng thể khác nhau, tạo nên các vị trí kết hợp có khả năng phản ứng đặc hiệu với các kháng nguyên tương ứng, điều này tương tự như sự gắn của một enzym với cơ chất đặc hiệu của nó Có thể tạm ví sự đặc hiệu của phản ứng kháng thể – kháng nguyên như ổ khóa với chìa khóa

 Chuỗi nhẹ: L (Light Chain)

 Trọng lượng phân tử: 23kD

 Có hai loại chuỗi nhẹ là  (kappa) và  (lamda), do đó hai chuổi nhẹ của mỗi phân tử immunoglobulin chỉ có thể cùng là  hoặc cùng là 

 Chuỗi nhẹ gồm 211 – 221 acid amin chia thành 2 phần: VL( 110 acid amin) và CL (110 acid amin)

 Chuỗi nặng: H (Heavy Chain)

 Trọng lượng phân tử: 50 – 70 kD

 5 loại chuỗi nặng:

+ Chuỗi  (kí hiệu IgG))

+ Chuỗi  (kí hiệu IgA)

+ Chuỗi  (kí hiệu IgM)

+ Chuỗi  (kí hiệu IgD)

+ Chuỗi  (kí hiệu IgE))

- Chuỗi nặng gồm 440 acid amin chia thanh hai phần: VH (110 acid amin)

và CH ( khoảng 330 acid amin)

 Cầu disulfua và các domain globulin miễn dịch

 Cầu disulfua:

+ Hình thành ở các gốc cystein của hai chuỗi, trong đó nhóm SH liên kết nhau (sau khi loại bỏ hydro) để tạo thành – S – S – => nối các chuỗi

polypeptid lại với nhau duy trì cấu trúc bậc 4 của phân tử

+ Nối giữa các chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, giữa hai chuỗi nặng và trong mỗi chuỗi polypeptid đều được liên kết với nhau bằng cầu nối disulfua

 Domain: Đoạn peptid bị uốn cong được cuộn lại như hình cầu mà mỗi hình cầu có một cầu nối disulfua Chuỗi nhẹ có hai đầu nối nội chuỗi tạo ra 2 domain, chuỗi nặng có 4 domain, mỗi domain có khoảng 100 acid amin

 Các vùng hằng định C:

 Các vùng hẳng định đặc trưng bởi các chuỗi acid amin khá giống nhau giữa các kháng thể Vùng hằng định của chuỗi nhẹ kí hiệu CL, chuỗi nặng kí hiệu là H chứa 3 hoặc 4 vùng hằng định, tùy theo lớp kháng thể CH1, CH2, CH3 và CH4

 Các vùng hằng định không có vai trò nhận diện kháng nguyên, chúng chỉ có vai trò làm cầu nối giữa các phân tử kháng thể với các tế bào miễn dịch cũng như với bổ thể

 Các vùng biến đổi V:

 Là các vùng khác nhau về thành phần acid amin giữa các loại kháng thể Mỗi immunoglobulin có 4 vùng biến đổi ở đầu tận hai cánh tay của chữ Y Sự kết hợp giữa một vùng biến đổi trên chuỗi nặng (VH) và một vùng biến đổi trên chuỗi nhẹ (VL) tạo nên vị trí nhận diện kháng

nguyên Như vậy, mỗi Ig có hai vị trí gắn kháng nguyên Hai vị trí này giống nhau, qua đó một phân tử kháng thể có khả năng gắn với hai kháng nguyên giống nhau

 Các domain sở dĩ gọi là biến đổi vì chúng khác nhau rất nhiều giữa các kháng thể Sự khác nhau về thành phần acid amin ở vùng biến đổi giữa các loại kháng thể giúp cho các kháng tể nhận biết được nhiều tác nhân (kháng nguyên) gây bệnh khác nhau

 Mỗi kháng thể chỉ có thể nhận diện đặc hiệu một kháng nguyên duy nhất

 Vùng bản lề:

 Trong chuỗi nặng, có khoảng một chục acid amin nằm giữa domain Ch1 và C2 được gọi là vùng bản lề Vùng bản lề mang những cầu disulfua giữa các chuỗi nặng, do có nhiều prolin nên vùng này hoạt động như một miếng đệm mềm dẻo, giúp cho 2 cánh cửa của phân

tử globulin miễn dịch di động được, dễ dàng kết hợp với các epitop trên phân tử kháng nguyên kích thước lớn

 Các mảnh cấu phần của phân tử globulin miễn dịch

 Vùng bản lề của phân tử globulin miễn dịch ngoài tính mềm mại, nó còn là vị trí ra ngoài dễ bị tấn công bởi các enzym tiêu protein Nếu

dùng papain và pepsin cắt phân tử globulin miễn dịch IgG), ta thu được các mảnh khác nhau:

+ Papain: Thu được 3 mảnh

2 mảnh Fab: khi cắt ra khỏi kháng thể vẫn còn khả năng kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên Chỉ có một vị trí kết hợp được

1 mảnh Fc: Có khả năng gắn lên bề mặt một số tế bào G)iữ vai trò nhất định trong việc hoạt hóa bổ thể và thực bào

+ Pepsin: Thu được 2 mảnh

Mảnh lớn – F(ab’)2 trọng lượng phân tử khoảng 100kD có hai hóa trị nên có hoạt tính như một KT hoàn toàn, tạo được phản ứng kết tủa và ngưng tụ

Mảnh nhỏ - Fc’ trọng lượng phân tử khoảng 56kD

2 Phân loại, chức năng của kháng thể

2.1 Phân loại:

KHÁNG THỂ

Theo nghiên cứu, hiện nay kháng thể được chia thành 5 loại chủ yếu đó là IgG), IgM, IgA, IgE), IgD

2.2 Chức năng

- Liên kết với kháng nguyên:

Các Immunoglobulin có khả năng nhận diện vật thể lạ xâm nhập vào cơ thể

và gắn với một protein đặc hiệu tương ứng nhờ các vùng biến đổi Trong một phản ứng miễn dịch, các kháng thể được gắn vào các kháng nguyên (độc tố vi khuẩn, virus…) để trung hòa độc tố và ngăn cản sự bám dính của các độc tố này lên bề mặt của tế bào Từ đó, các tế bào của cơ thể tránh được các rối loạn do các độc tố này gây ra và hạn chế được các bệnh do chúng gây ra

Một số virus hay vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào cơ thể, chúng sẽ bám vào bề mặt của tế bào để gây bệnh Tùy từng loại tác nhân gây bệnh mà hệ thống miễn dịch sẽ điều phối các kháng thể đặc hiệu khác nhau:

+ Đối với với vi khuẩn, chúng sẽ sử dụng các adhesive - là các phân tử bám dính để bám vào các tế bào của cơ thể Các kháng thể kháng adhesive

sẽ được huy động để gắn vào các phân tử bám dính adhesive nhằm ngăn chặn chúng gắn vào các tế bào đích

+ Đối với virus, chúng sẽ sử dụng các protein trên lớp vỏ ngoài để bám vào các tế bào của cơ thể Khi đó, kháng thể kháng protein capsid sẽ được huy động để ngăn chặn chúng gắn vào các tế bào đích

- Kích hoạt hệ thống bổ thể:

Một trong những cơ chế quan trọng để bảo vệ cơ thể của kháng thể là hoạt hóa bổ thể Bổ thể là tập hợp các protein huyết tương khi được kháng thể hoạt hóa sẽ có tác dụng tiêu diệt các tác nhân gây bệnh xâm nhập vào cơ thể:

+ Xâm nhập và đục một lỗ thủng trên lớp vỏ của vi khuẩn

+ Tạo điều kiện và thúc đẩy quá trình thực bào

+ Thanh thải phức hợp miễn dịch

+ Phóng thích các phân tử hoạt hóa hướng động

- Huy động các tế bào miễn dịch

Các kháng nguyên có thể sẽ liên kết với các tế bào miễn dịch trong hệ thống miễn dịch ở đầu định hằng ngay sau khi gắn vào kháng nguyên ở đầu biến đổi Khi đó, các kháng nguyên có thể kết hợp gắn với một vi khuẩn và một đại thực bào hay một tế bào bạch cầu để kích hoạt hiện tượng thực bào xảy ra Quá trình thực bào diễn ra nhằm phá hủy, tiêu diệt hoặc vô hiệu hóa các độc tố vi khuẩn hay tế bào ung thư đã gắn kết với kháng nguyên đó

II CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA TỪNG LOẠI KHÁNG THỂ

1 IgG)

1.1 Cấu trúc

- Ở người, IgG) chiếm khoảng 70-75% tổng số Ig trong huyết thanh bình thường Nồng độ trung bình trên 1000 mg/100 ml Phân tử IgG) tồn tại ở dạng monomer (4 chuỗi) với hằng số lắng 7S và trọng lượng phân tử 140.000 Da Chuỗi nặng γ

- IgG) chia thành 4 dưới lớp: IgG)1, IgG)2, IgG)3, IgG)4

1.1.1 IgG)1

E)xon bản lề của IgG)1 bao gồm 15 axit amin và rất linh hoạt

1.1.2 IgG)2

IgG)2 có bản lề ngắn hơn IgG)1, có 12 gốc axit amin Vùng bản lề dưới của IgG)2 (thực tế được mã hóa bởi vùng CH2) cũng bị mất một axit, khiến IgG)2 có bản lề ngắn nhất trong tất cả các phân lớp IgG) Ngoài ra, các bản

lề của IgG)2 thậm chí còn cứng hơn nhờ chuỗi xoắn polyproline, được ổn định bởi tối đa bốn cầu nối disulfua chuỗi liên nặng Những đặc tính này hạn chế tính linh hoạt của phân tử IgG)2

1.1.3 IgG)3

IgG)3 có vùng bản lề dài hơn nhiều so với bất kỳ phân lớp IgG) hoặc kiểu mẫu Ig nào khác của con người, nghĩa là dài hơn khoảng bốn lần so với bản lề IgG)1, chứa tới 62 axit amin (trong đó 21 prolines và 11 cystein), tạo thành poly-proline Chuỗi xoắn có độ linh hoạt hạn chế Trong IgG)3, các đoạn Fab nằm tương đối xa đoạn Fc, điều này giúp cho phân tử có độ linh hoạt cao hơn Bản lề kéo dài của IgG)3 cũng là nguyên nhân khiến nó có trọng lượng phân tử cao hơn so với các phân lớp khác Sự khác biệt về tính linh hoạt của bản lề ảnh hưởng đến sự định hướng và chuyển động tương đối của cánh tay Fab và đuôi Fc của kháng thể IgG)

1.1.4 IgG)4

- Tương tự, vùng bản lề của IgG)4 cũng chứa 12 axit amin và do đó ngắn hơn vùng bản lề của IgG)1 Tính linh hoạt của nó ở mức trung gian giữa IgG)1

và IgG)2

- Độ linh hoạt tương đối của các nhánh Fab so với Fc khác nhau giữa các phân lớp như sau: IgG)3 > IgG)1 > IgG)4 > IgG)2, điều này cũng phản ánh sự liên kết tương đối của các phân lớp này với yếu tố bổ sung C1q và thụ thể Fcγ, mặc dù điều này chỉ giải thích một phần tác dụng tương ứng hoạt động của phân lớp IgG) Tính linh hoạt này cũng ảnh hưởng đến khả năng liên kết kháng nguyên và sự hình thành phức hợp miễn dịch

 Liên kết disulfua

Bốn phân lớp IgG) cũng khác nhau về số lượng liên kết disulphide giữa các chuỗi nặng ở vùng bản lề Ngoài ra, IgG)2 và IgG)4 được tìm thấy dưới dạng nhiều đồng phân, trong đó các liên kết disulfua bản lề được liên kết với nhau một cách khác nhau Một điểm khác biệt về cấu trúc giữa các phân lớp IgG) ở người là sự liên kết giữa chuỗi nặng và chuỗi nhẹ bằng liên kết disulfide Liên kết này kết nối cysteine đầu carboxy của chuỗi nhẹ với cysteine ở vị trí 220 (trong IgG)1) hoặc ở vị trí 131 (trong IgG)2, IgG)3 và IgG)4) trong miền CH1

1.2 Chức năng sinh học

1.2.1 Chức năng chung

- IgG) là kháng thể đa năng nhất bởi vì nó có khả năng thực hiện tất cả các

chức năng của kháng thể Bao gồm tới 80% các kháng thể được tìm thấy trong cơ thể người, IgG) là kháng thể nhỏ nhất nhưng phong phú nhất của con người và của các động vật có vú khác

- Kháng thể IgG) được tạo ra sau khi chuyển đổi lớp và trưởng thành của

phản ứng kháng thể, do đó chúng tham gia chủ yếu vào đáp ứng miễn dịch thứ phát Đáp ứng tiên phát được thực hiện bởi IgM và được tiếp sau đó

bằng tăng nồng độ IgG) IgG) ghi nhớ kháng nguyên vì vậy lần tiếp xúc tiếp theo với kháng nguyên, hệ thống miễn dịch sẽ đáp ứng ngay bằng IgG)

- Nó cũng là lớp globulin miễn dịch độc quyền kháng độc tố vi khuẩn IgG)

có thể liên kết các mầm bệnh, như vi rút, vi khuẩn và nấm, và do đó bảo vệ

cơ thể chống lại nhiễm trùng và độc tố

- Trung hòa, ngưng kết, kích hoạt bổ thể, opsonin hóa và gây độc tế bào qua trung gian tế bào phụ thuộc kháng thể IgG) là một chất opsonin tốt Liên kết của IgG) vào thụ thể Fc trên các loại tế bào khác sẽ hoạt hóa các chức năng khác IgG) cũng đóng một vai trò quan trọng trong gây độc tế bào qua trung gian tế bào phụ thuộc kháng thể (ADCC) và phân giải protein qua trung gian kháng thể nội bào

- Các phân tử của cả 4 dưới lớp IgG) đều có khả năng chuyển qua nhau thai,

từ mẹ vào máu thai nhi, do tế bào nhau thai có thụ thể đặc hiệu cho Fc của phân tử IgG) Nhờ có đặc điểm này mà IgG) giúp trẻ sơ sinh có khả năng phòng ngự ở những tháng đầu tiên của cuộc sống Cùng với IgA tiết ra trong sữa mẹ, IgG) còn được hấp thu qua nhau thai cung cấp cho trẻ sơ sinh một hệ miễn dịch dịch thể trước khi hệ thống miễn dịch riêng của mình phát triển

Ở những người có khả năng miễn dịch trước mầm bệnh, IgG xuất hiện khoảng 24 đến 48 giờ sau khi kích thích kháng nguyên Do đó, trong sáu tháng đầu đời, trẻ sơ sinh có các kháng thể giống như mẹ và đứa trẻ có thể

tự bảo vệ mình trước tất cả các mầm bệnh mà người mẹ gặp phải trong đời (ngay cả khi chỉ tiêm phòng) cho đến khi các kháng thể này giảm dần

và biến mất hoàn toàn khi trẻ được 5 tháng tuổi Chức năng này của

immunoglobulin rất quan trọng đối với trẻ sơ sinh vì chúng rất nhạy cảm với nhiễm trùng, đặc biệt là trong hệ hô hấp và tiêu hóa Sự tổng hợp IgG

ở trẻ nhỏ chỉ được bắt đầu vào tháng thứ 3 sau khi trẻ được sinh rồi phát triển và tăng dần để đạt được đến giá trị như người lớn khi trẻ được 2 tuổi.

- IgG) cũng tham gia vào việc điều chỉnh các phản ứng dị ứng Một trong hai con đường gây sốc phản vệ toàn thân là kháng nguyên liên kết chéo IgE) với thụ thể tế bào mast, kích thích giải phóng cả histamin và tiểu cầu, yếu

tố (PAF)

- Kháng thể IgG) có thể ngăn ngừa sốc phản vệ qua trung gian IgE) bằng cách chặn một kháng nguyên cụ thể trước khi nó liên kết tế bào mast với IgE)

Do đó, các kháng thể IgG) ngăn chặn sốc phản vệ toàn thân do một lượng nhỏ kháng nguyên gây ra nhưng có thể làm trung gian cho sốc phản vệ toàn thân do một lượng kháng nguyên lớn hơn gây ra

- IgG) cũng liên quan đến phản ứng quá mẫn loại II và loại III

1.2.2 Các chức năng cụ thể từng dưới lớp

- IgG)1, IgG)2, IgG)3 có khả năng hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển Các lớp phụ IgG) khác nhau về chức năng chủ yếu là khả năng kích hoạt bổ thể; IgG)1 và IgG)3 hiệu quả nhất, IgG)2 kém hiệu quả và IgG)4 không hiệu quả

- IgG)1 và IgG)3 là những chất trung gian hiệu quả của độc tế bào phụ thuộc vào tế bào kháng thể; IgG)4 và IgG)2 ít hơn

- Trừ IgG)2, các IgG) khác có khả năng “cắm” phần Fc lên thụ thể trên màng nhiều loại bạch cầu: tế bào mast, tế bào đơn nhân to, đại thực bào, bạch cầu trung tính, bạch cầu ái toan, bạch cầu ái kiềm, tiểu cầu, tế bào NK…vì các

tế bào này có receptor với phần Fc của các IgG)

 Sự thiếu hụt các phân lớp

IgG1

Phản ứng của kháng thể đối với các kháng nguyên protein hòa tan và protein màng chủ yếu tạo ra IgG)1, nhưng kèm theo sự bài tiết ở mức độ thấp hơn của các phân lớp khác, chủ yếu là IgG)3 và IgG)4 Vì IgG)1 thường

là phân lớp phổ biến nhất nên việc thiếu IgG)1 được thấy trong nhiều tình trạng thiếu hụt kháng thể nguyên phát và thứ phát có thể dẫn đến giảm tổng lượng IgG) (hạ đường huyết) Sự thiếu hụt IgG)1, đôi khi kết hợp với những thiếu hụt phân nhóm IgG) khác, có liên quan đến tình trạng nhiễm trùng tái phát

IgG2

Phản ứng của kháng thể G) của globulin miễn dịch đối với polysaccharide màng có thể hầu như bị giới hạn hoàn toàn ở IgG)2 và sự thiếu hụt IgG)2 có thể dẫn đến hầu như không có kháng thể IgG) đối với carbohydrate, mặc dù những phản ứng này cũng có thể được bù đắp bằng mức tăng của các phân lớp IgG) khác, đặc biệt là do nồng độ IgG)1 và IgG)3 tăng cao Tăng tính nhạy cảm đối với một số bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn có liên quan đến sự thiếu hụt IgG)2, cho thấy vai trò của IgG)2 trong việc bảo vệ chống lại các mầm bệnh này Nồng độ IgG)2 thấp thường xảy ra do thiếu hụt IgG)4

và/hoặc IgA1 và IgA2

IgG3

Kháng thể IgG)3 đặc biệt hiệu quả trong việc tạo ra các chức năng tác động Kháng thể IgG)3 kích hoạt phản ứng viêm mạnh mẽ, thời gian bán hủy ngắn hơn để hạn chế nguy cơ phản ứng viêm quá mức Nhiễm virus nói chung dẫn đến kháng thể IgG) thuộc phân lớp IgG)1 và IgG)3, với kháng thể IgG)3

xuất hiện đầu tiên trong quá trình lây nhiễm Ngoài ra, kháng thể chống lại kháng nguyên hồng cầu P và Pk phần lớn chỉ giới hạn ở IgG)3 Các phản ứng chống lại các kháng nguyên hồng cầu khác (ví dụ RhD) và tiểu cầu (ví dụ: kháng nguyên tiểu cầu 1a ở người), chẳng hạn như trong truyền máu và trong khi mang thai, thường bị chi phối bởi IgG)1, IgG)3 hoặc cả hai Mức

độ IgG)3 giảm thường liên quan đến sự thiếu hụt phân lớp IgG) khác

IgG4

Các chất gây dị ứng thường là tác nhân kích thích tốt IgG)1 và IgG)4, ngoài IgE) Kháng thể IgG)4 thường hình thành sau khi tiếp xúc nhiều lần hoặc lâu dài với kháng nguyên trong môi trường không lây nhiễm và có thể trở thành phân lớp chiếm ưu thế

Ngoài ra, bệnh giun sán hoặc nhiễm trùng giun chỉ ký sinh có thể dẫn đến

sự hình thành kháng thể IgG)4 và hiệu giá IgG)4 cao có thể liên quan đến nhiễm trùng không có triệu chứng

Sự thiếu hụt IgG)4 đơn độc rất hiếm; những hậu quả có thể xảy ra chưa được hiểu rõ Mặt khác, một nhóm rối loạn, ngày nay gọi là bệnh liên quan đến IgG)4, được đặc trưng bởi nồng độ IgG)4 trong huyết thanh tăng cao và thâm nhiễm mô bởi các tế bào plasma dương tính với IgG)4 và có thể ảnh hưởng đến một số cơ quan Phổ của các bệnh liên quan đến IgG)4 rất rộng

và bao gồm các bệnh nhân bị viêm tụy tự miễn, bệnh Mikulicz, viêm tuyến yên, viêm tuyến giáp Riedel, bệnh phổi kẽ, viêm thận kẽ, viêm tuyến tiền liệt, bệnh hạch bạch huyết, xơ hóa sau phúc mạc, viêm phình động mạch chủ và giả u viêm

2 IgM

2.1 Cấu trúc

- 5 đơn vị cơ bản hợp thành

- IgM có một domain phụ trên chuỗi muy (CH4) và nó có một protein đồng hóa trị liên kết thông qua một cầu nối disulfua được gọi là J, phần Fc liên kết lại bằng chuỗi này

- Các Fab chĩa ra các phía giống hình ngôi sao 5 cánh

- Có 5 F(ab)2 chĩa ra 5 phía nên phân tử IgM có háo tính cao trong việc kết hợp với kháng nguyên

2.2 Đặc điểm

- IgM có trọng lượng phân tử khoảng 900000, chiếm khoảng 10% tổng lượng Ig huyết thanh, với nồng độ 120mg/ 100ml