L ỜI CẢM ƠN
1.3.3. Đặc tính 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 (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 để 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 vắc xin 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 (Dohertyvà 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 vắc xin phòng cúm hiện nay cho người và gia cầm, nhằm ngăn chặn dịch cúm ở gia cầm và hạn chế lây
truyền sang người (Suarezvà 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 (Castruccyvà Kawanka, 1993; Wagnervà cs, 2002). Kháng nguyên NA ở 36oC cắt đứt phân tử acid neuraminic
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.
Sự phức tạp trong diễn biến kháng nguyên mà virus cúm có được là do sự biến
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 thụquan (receptor ) và thúc đẩy phóng thích các hạt virus ra khỏi tế bào. Ngoài ra cấu trúc (H) và (N) thường dễthay 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 khảnăng 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.
Nguyên nhân hiện tượng trên là do virus cúm A kýsinh 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 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 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 (Trifonovvà 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 tếbào 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 vắc xin cho người và động vật (Kawaoka Y, 1991; Very M. 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 vịtrí được cho là gắn kết với các kháng thểđược cơ thể sinh ra do kích thích của kháng nguyên, nhằm bảo vệcơ 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 chủvà điều hoà sự nhân lên của virus (Baigentvà 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).