4. Điểm mới của đề tài
1.2.4. Kháng nguyên của virus
Virus mang hai loại gai kháng nguyên chính là yếu tố ngưng kết hồng cầu (haemagglutinin viết tắt là HA) và enzym trung hòa (neuraminidase viết tắt là NA). Có tất cả 16 biến thể HA (ký hiệu từ H1 đến H16) và 9 biến thể NA (ký hiệu từ N1 đến N9). Heamagglutinin được coi là yếu tố vừa quyết định tính kháng nguyên, vừa quyết
định độc lực của virus cúm A (Trần Xuân Hạnh, 2004).
Protein HA (hemagglutinin) bám dính vào thụ thể chứa acid neuraminic trên bề mặt hồng cầu mà gây ngưng kết hồng cầu. Phân tử HA có dạng hình trụ, dài khoảng 130 ăngstron (Å), cấu tạo gồm 3 đơn phân (trimer), mỗi đơn phân (monomer) được tạo thành từ HA1 (36 kDa) và HA2 (27 kDa), liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide (- S-S-). Các đơn phân sau khi tổng hợp sẽ được glycosyl hóa (hay glycosylation là quá trình gắn kết các phân tử protein với nhau dưới tác động của enzym) như sau: HA1 sẽ gắn vào mặt ngoài vỏ capsid là dưới đơn vị HA2, phần đầu tự do hình chỏm cầu được tạo bởi dưới đơn vị HA1 chứa đựng vị trí gắn với thụ thể thích hợp trên bề mặt màng tế bào đích (Bosch và cs, 1981; Bosch và cs, 1979).
Trên bề mặt capsid của một virus có khoảng 400 phân tử HA với 2 chức năng chính là : nhận diện và gắn virus với tế bào đích của vật chủ tương thích.
Protein HA còn là kháng nguyên bề mặt quan trọng của virus cúm A, kích thích cơ thể sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể đặc hiệu với từng type HA, và tham gia vào phản ứng trung hòa virus, được coi là protein vừa quyết định tính kháng nguyên, vừa quyết định độc lực của virus, là đích của bảo vệ miễn dịch học nhằm ngăn chặn sự xâm nhiễm của virus ở cơ thể nhiễm, cơ sở điều chế các vaccine phòng cúm hiện nay.
Protein NA là một kháng nguyên bề mặt của virus, tham gia kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể chủ, sinh ra kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên NA của các chủng virus đương nhiễm có tác dụng phong tỏa protein NA (Doherty và cs, 2006). Như vậy, kháng nguyên NA cùng với kháng nguyên HA của virus là các đích chủ yếu của cơ chế bảo hộ miễn dịch của cơ thể với virus cúm A, và là cơ sở điều chế các vaccine phòng cúm hiện nay cho người và gia cầm, nhằm ngăn chặn dịch cúm ở gia cầm và hạn chế lây truyền sang người (Suarez và Schultz-Cherry,2000; Wu và cs, 2008). Có 9 phân type (từ N1 đến N9) được phát hiện chủ yếu ở virus cúm gia cầm, hai phân type N1 và N2 được tìm thấy ở virus cúm người liên quan đến các đại dịch cúm trong lịch sử. Có khoảng 100 phân tử NA xen giữa các phân tử HA trên bề mặt capsid virus. Phân tử NA có dạng nút lồi hình nấm, đầu tự do (chứa vùng hoạt động) gồm 4 đơn vị giống như hình cầu nằm trên cùng một mặt phẳng, và phần kị nước gắn vào vỏ capsid (Castruccy và Kawanka, 1993; Wagner và cs, 2000). Kháng nguyên NA ở 36oC cắt đứt phân tử acid neuraminic nên làm cho virus tách khỏi hồng cầu (Phạm Hồng Sơn, 2013).
Các loại protein kháng nguyên: protein nhân (NP), protein đệm (matrix protein - M1), protein HA, protein enzym cắt thụ thể (NA) là những protein kháng nguyên được nghiên cứu nhiều nhất.
đổi và trao đổi kháng nguyên trong nội bộ gene và giữa gene haemagglutinin (HA) và gene neuraminidase (NA).Sự biến đổi trong nội bộ gen hay đột biến ngẫu nhiên (antigenic drift) là biến dị xảy ra liên tục thường xuyên trong quá trình tồn tại của viurs cúm. Quá trình đột biến ngẫu nhiên xảy ra ở gen mã hóa cho hemagglutinin và neuraminidase dẫn đến sự thay đổi một số acid amin trong protein hemagglutinin neuraminidase. Nhờ sự biến đổi này cho phép virus cúm A tạo nên 16 biến thể gen HA và 9 biến thể gen NA. Các biến chủng mới, khác với chủng cũ là nó có những thành phần kháng nguyên mới, thay thế cho những thành phần kháng nguyên cũ, do đó những kháng thể miễn dịch cũ không còn tác dụng với kháng nguyên mới. Trong đó kháng nguyên H có vai trò gây nhiễm của virus, còn kháng nguyên N giúp cho virus lan tràn trong cơ thể nó có giáng hoá các cảm thụ quan (receptor ) và thúc đẩy phóng thích các hạt virus ra khỏi tế bào. Ngoài ra cấu trúc (H) và (N) thường dễ thay đổi để trở thành typ và thứ typ mới.
Hiện tượng Antigen Drift này thường xảy ra ở các phân đoạn gen kháng nguyên NA và HA, tạo ra các bộ mã tổng hợp các amino acid mới, hoặc làm thay đổi cấu trúc dẫn đến thay đổi đặc tính của protein đó, hoặc có khả năng glycosyl hóa rất cao trong cấu trúc chuỗi polypeptide kháng nguyên, tạo ra một biến thể virus mới thay đổi độc lực gây bệnh hay đặc tính kháng nguyên mới.
Theo các dẫn liệu, nguyên nhân hiện tượng trên là do virus cúm A kí sinh nội bào bắt buộc, không có cơ chế “đọc và sửa bản sao - proof reading” trong quá trình phiên mã và sao chép ở nhân tế bào đích. Sự thiếu hụt enzyme sửa chữa RNA dẫn đến các enzyme sao chép phụ thuộc RNA sẽ có thể “gài” thêm (đột biến giãn nở), làm mất đi hoặc thay thế (đột biến trượt-xóa) (Lê Thanh Hòa, 2006) một hay nhiều nucleotide mà không được sửa chữa trong phân tử RNA chuỗi đơn mới của virus (Conenello G.M. và cs, 2007; Lê Thanh Hòa, 2006). Tuỳ thuộc vị trí xảy ra các đột biến trong bộ ba mã hóa, mà có thể trực tiếp làm thay đổi các amino acid trong trình tự của protein được mã hóa biểu hiện, dẫn đến thay đổi thuộc tính của protein, hoặc được tích lũy trong phân đoạn gen xảy ra đột biến (đột biến điểm). Theo nghiên cứu của Webster (1998) và Rabadan (2006), tần suất xảy ra đột biến điểm rất cao, cứ mỗi 10.000 nucleotide (tương ứng với độ dài của RNA hệ gen của virus cúm A) thì có 1 nucleotide sai khác (Runstadler và cs, 2007; Wagner và cs, 2002).
Theo Very.M và cộng sự (1992), nhờ hiện tượng Drift của virus có thể lý giải được rằng không phải các kháng nguyên H1, H5... đều giống nhau hoặc N1, N2... đều giống nhau. Sự khác nhau trong chính các H hay N đó do biến dị ngẫu nhiên tạo nên tính thích ứng với từng loại vật chủ khác nhau và mức độ độc lực gây bệnh khác nhau ở chính mỗi loại hình tái tổ hợp HA và NA (Trifonov và cs, 2009). Như vậy, gần như mỗi hạt virus mới được sinh ra đều chứa đựng một đột biến điểm trong hệ gen của nó,
và các đột biến này sẽ được tích lũy qua nhiều thế hệ virus sẽ làm xuất hiện một phân type virus mới có những đặc tính kháng nguyên mới có thể bị sai lệch.
Hiện tượng Antigen Shift còn được gọi là trộn kháng nguyên hay hiện tượng tái tổ hợp gen. Antigen Shift ít xảy ra hơn và chỉ có ở virus cúm và một số ít virus RNA gây bệnh trên gia cầm khác, cho phép virus có khả năng biến chủng rất cao (Hoa và cs, 2001).
Hệ gen gồm 8 phân đoạn gen riêng biệt của virus cúm A được 2 chủng virus cúm A khác nhau khi đồng nhiễm trong một tế bào trao đổi cho nhau, để có thể xảy ra sự hoà trộn (reassort) hoặc trao đổi (swap) các phân đoạn gen của hai chủng virus đó trong quá trình kết hợp lại RNA hệ gen, tạo ra các trạng thái khác nhau của RNA hệ gen của các hạt virus mới từ hai RNA hệ gen của những virus ban đầu. Kết quả là đã tạo ra thế hệ virus mới có các phân đoạn gen kết hợp, và đôi khi giúp cho chúng có khả năng lây nhiễm ở loài vật chủ mới hoặc gia tăng độc lực gây bệnh (Hilleman, 2002).
Hiện tượng Atigen Shift tuy chỉ xuất hiện với tần suất rất thấp nhưng khi hiện tượng tái tổ hợp gen xảy ra sẽ gây ra dịch lớn cho người và động vật, đồng thời cho thấy nguy cơ của sự lưu hành cùng một lúc nhiều loại virus lớn trong cùng một không gian và thời gian kéo dài. Điều đáng quan tâm ở đây là giữa các biến thể tái tổ hợp và biến chủng subtype về huyết thanh học không hoặc rất ít có phản ứng chéo. Chính vì vậy sẽ gây nên trở ngại lớn cho các nghiên cứu tạo ra vaccine cho người và động vật (Kawaoka, 1991; Very và cs, 1992).
Bên cạnh hiện tượng Antigen Drift và Antigen Shift còn có hiện tượng Glycosyl hóa (glycosylation) là sự gắn kết của một chuỗi carbonhydrate (oligosaccharide) vào với amino acid Asparagine (N) ở một số vị trí nhất định trong chuỗi polypeptide HA hay NA, hay một số polypeptide khác của virus cúm. Thông thường chuỗi oligosaccharide được gắn tại vị trí N-X-S/T (N = Asparagine; X = amino acid bất kì, trừ Proline; S/T = Serine hoặc Threonine). Đây là những vị trí được cho là gắn kết với các kháng thể được cơ thể sinh ra do kích thích của kháng nguyên, nhằm bảo vệ cơ thể nhiễm. Hiện tượng lệch kháng nguyên sinh ra đột biến điểm hình thành bộ mã của Asparagine, tạo tiền đề cho hiện tượng glycosyl hóa xảy ra khi tổng hợp chuỗi polypeptide HA hay NA, làm thay đổi biểu hiện đặc tính kháng nguyên của HA và NA, giúp cho virus thoát khỏi tác động miễn dịch bảo hộ của cơ thể chủ và điều hoà sự nhân lên của virus (Baigent và McCauley, 2001; Phan Văn Chi và cs, 2008).
Hình 1.4. Sơ đồ minh họa đột biến điểm của hiện tượng “ kháng nguyên” (antigenic drift)
(A) và đột biến tái tổ hợp của hiện tượng “trộn kháng nguyên” (antigenic shift)
ở virus cúm A (B).
(Nguồn: Lê Thanh Hòa (2010) The A/H5N1 influenza virus: insights os epidemiology, evolution, gennotype generation and compatibility of antigenicity - immunogenicity - vaccine)