Lịch sử phát triển
Kháng nguyên bạch cầu người bắt đầu được đề cập đến từ khoảng đầu thế kỷ thứ 19, trong đó nổi bật có thể kể đến Lansteiner với cơng trình đạt giải Nobel năm 1931 khi tiên đốn rằng việc thải loại mảnh ghép có thể do sự tương kỵ về nhóm tổ chức. Vào năm 1936, trong khi nghiên cứu về thải loại ghép trên các dòng chuột thuần chủng, Peter Gover và các cộng sự khám phá ra một nhóm kháng nguyên giúp mảnh ghép tồn tại lâu hơn nếu có sự phù hợp giữa con cho và con nhận, từ đó đã đi đến kết luận sự thải loại ghép là do đáp ứng miễn dịch
đối với sự khác biệt về kháng nguyên tổ chức. Sau đó P.Gover cùng với George Snell xác định được một vùng gen mã hóa cho kháng nguyên phù hợp tổ chức chính được đặt tên là phức hợp nhóm phù hợp tổ chức chính hay phức hợp nhóm phù hợp mơ (Major Histocompatibility Complex, MCH). Vào khoảng 1958, Jaen Dausset cùng một số tác giả khác nhận thấy máu của những phụ nữ sinh đẻ nhiều lần hoặc đã từng được truyền máu có chứa kháng thể làm ngưng kết bạch cầu người, kháng nguyên bạch cầu người tương ứng có liên quan đến việc thải loại ghép được gọi là HLA [96]. Khi cấy mô ghép cho một cơ thể khác không giống nhau về các kháng ngun này (tức khơng hịa hợp với tổ chức) thì chúng sẽ kích thích cơ thể nhận đáp ứng miễn dịch, dẫn đến thải bỏ mô ghép.
Trong thập kỷ 70, Baruij và Hugh Mac Devitt đã tiến hành nghiên cứu theo một hướng khác và chứng minh MHC có vai trị quyết định đối với đặc điểm đáp ứng miễn dịch của cá thể mang chúng. Những phát hiện trên đây đã tạo một bước ngoặt trong sự hiểu biết về hoạt động của hệ thống miễn dịch, do đó 3 nhà khoa học có cơng khám phá là B.Benacerraf, J.Dausset và G.Snell đã nhận giải thưởng Nobel về Y học và sinh lý học năm 1980 [96]. Từ sau các thành quả này, nhiều nghiên cứu về cấu trúc phân tử, chức năng sinh học, các kỹ thuật phân tích, xác định HLA, mối liên hệ giữa hệ HLA với một số bệnh tật đã được thực hiện và có vai trị ứng dụng to lớn trong y học, pháp y.
Sơ lược hệ thống HLA
HLA gồm một vùng nằm trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể số 6 có chiều dài khoảng 4Mb, vùng này có nhiều locus liên kết chặt chẽ với nhau, mỗi locus có nhiều alen [96]. HLA ở người mang tính đa hình và phức tạp cao nhất, giữ vai trị then chốt trong đáp ứng miễn dịch cũng như nhiều loại bệnh lý khác trong y khoa [80]. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các
alen phát hiện được tăng nhanh theo từng năm, hiện đã có hơn 21000 alen được ghi nhận (phụ lục 5).
Các HLA gồm 3 lớp được gọi tên lần lượt là lớp I, II và III, trong đó lớp I và II là hai lớp chính; cả 2 lớp đều là các glycoprotein bề mặt làm nhiệm vụ trình diện kháng nguyên lạ hay các protein bất thường của cơ thể, từ đó hoạt hóa tế bào lympho T đáp ứng nhằm chống lại các tác nhân viêm nhiễm, ung thư. Những kháng nguyên MHC lớp I có trên bề mặt ở tất cả các tế bào có nhân ở động vật có xương sống, cịn protein MHC lớp II chỉ có trên bề mặt của một số loại tế bào như tế bào B, đại thực bào và các tế bào trình diện kháng nguyên. Lớp III nằm giữa lớp I và II, mã hóa cho bổ thể, một số cytokin và khơng liên quan đến tính chất hịa hợp tổ chức.
Hình 1.1 Vị trí các lớp HLA trên nhiễm sắc thể 6 HLA lớp I: HLA-A, HLA-B, HLA-C HLA lớp Ib: HLA-E, HLA-F, HLA-G HLA lớp II: HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP HLA lớp IIb: HLA-DM, HLA-DO
HLA lớp III: khơng có tên chữ
(Nguồn: Francis Thompson 2014) [68]
Phân tử HLA lớp I
Phân tử HLA lớp I có 3 alen chính (HLA-A, HLA-B và HLA-C), đóng vai trị là hệ thống giám sát miễn dịch; ngồi ra, cịn có các alen từ E đến H khơng mã hóa tổng hợp kháng ngun. Số lượng phân tử HLA lớp I thay đổi tùy theo loại tế bào, giai đoạn biệt hóa hay tình trạng hoạt hóa của tế bào.
HLA lớp I có cấu tạo gồm 2 chuỗi polypeptid. Một chuỗi là glycoprotein có tính đa hình cao (chuỗi nặng α) liên kết khơng cộng hóa trị với chuỗi
microglobulin (chuỗi nhẹ β2 được mã hóa bởi gen nằm trên nhiễm sắc thể số 15), chuỗi β2 khơng có tính đa hình và là một polypeptid nhỏ hơn nhiều so với chuỗi α, chúng gắn với các peptid ngoại lai chưa qua chế biến có nguồn gốc trong tế bào (peptid virus), giúp trình diện kháng nguyên cho tế bào T CD8+ phản ứng lại một số virus khi chúng xâm nhập vào cơ thể. Khối lượng của chuỗi α là 45 kDa, chuỗi β2-microglobulin là 12 kDa [96] (Hình 1.2a).
Phần ngoại bào của chuỗi nặng gồm 3 domain: α1, α2 và α3, mỗi domain khoảng 90 axit amin, trong đó chuỗi α2 và α3 liên kết với nhau bằng cầu nối disulful làm ổn định hình thái phân tử HLA. Phần xuyên màng gồm 25 axit amin và phần nội bào 30 axit amin. Sự thay đổi các nucleotid của chuỗi α1 và α2 tạo nên tính đa hình của phân tử HLA lớp I, trong khi chuỗi β2- microglobulin khơng có tính đa dạng kiểu hình và khơng được mã hóa bởi các gen thuộc phức hệ MHC.
HLA lớp I được biểu hiện trên bề mặt tế bào của tất cả tế bào có nhân, nhiệm vụ của chúng là bắt giữ và trình diện các mảnh peptide lạ đến các tế bào T có chức năng gây độc tế bào.
Các phân tử HLA lớp II
Không như MHC lớp I, các phân tử MHC lớp II chỉ có trên một số loại tế bào của hệ miễn dịch, như các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp (đại thực bào, tế bào tua) hoặc các lympho B, đã hoạt hóa. Các tế bào này thực bào các kháng nguyên, "biên tập" chúng thành các đoạn peptide trước khi gắn với MHC loại II rồi phơi bày trên màng tế bào.
Protein MHC lớp II gồm (HLA-DR, HLA-DQ, và HLA-DP) cũng có bản chất glycoprotein, tạo nên 2 chuỗi polypeptid là α và β glycoprotein; trong đó α1 và α2 là đoạn ngồi tế bào, chúng kết nối với phần trong nguyên sinh chất qua phần xuyên màng; β1 và β2 cũng là phần ngoài tế bào với kết cấu tương tự. Khối lượng của chuỗi α là 45 kDa, chuỗi β2-microglobulin là 12 kDa. Các
phân tử MHC lớp II gắn với các peptid đã qua chế biến có nguồn gốc chủ yếu protein màng tế bào và ngoại bào (như peptid vi khuẩn) ở vị trí giữa α1 và β1, sau đó trình diện cho tế bào T CD4+ [96]. Các locus MHC lớp II cũng có tính đa hình cao tới hàng trăm alen khác nhau (Hình 1b).
Các phân tử lớp III nằm giữa lớp I và lớp II nhưng khơng thuộc hệ HLA. Các gen này mã hóa cho bổ thể và một số cytokin.
(a) (b)
Hình 1.2 Cấu trúc phân tử HLA lớp I và HLA lớp II Hình a: HLA lớp I, hình b: HLA lớp II N: Đầu tận amino, C: Đầu tận carboxy
(Nguồn: Francis Thompson 2014 ) [68]
HLA-B*1502 Đặc điểm chung
HLA-B*1502 là alen thuộc lớp Ia của phân tử HLA (lớp này bao gồm HLA- A, -B, -C) [29]. Các alen HLA-B*1502 hoạt động trong cơ thể theo cơ chế đồng trội, nghĩa là dù con thừa hưởng một hoặc hai alen HLA-B*1502 thì vẫn có thể biểu hiện đặc tính của alen này trên lâm sàng.
Alen HLA được đặt tên dựa theo hệ thống của Ủy Ban Danh Pháp HLA của WHO [80], nhìn chung dựa vào nguyên tắc:
HLA – B * 15 02 Vị trí gen Nhóm Dưới nhóm Phương pháp xác định HLA-B*1502
Do tính rất phong phú của phân tử nhóm phù hợp mơ nên để định danh HLA tương đối phức tạp hơn so với định nhóm máu, các kỹ thuật chính được sử dụng là kỹ thuật huyết thanh và kỹ thuật sinh học phân tử. Trong đó kỹ thuật sinh học phân tử có thể sử dụng phương pháp giải trình tự vùng gen exon 2 và 3 của gen. Tuy nhiên phương pháp này có giá thành khá cao nên khó áp dụng rộng rãi; ngồi ra chúng ta cịn có thể sử dụng phương pháp Real-time PCR với giá thành phù hợp hơn. Phương pháp này khuyếch đại vùng đặc hiệu cho phân tử HLA với chuỗi phản ứng polymerase (PCR). Sản phẩm này đem lai ghép với các mồi đặc hiệu cho các biến thể alen, từ đó phân ra nhiều biến thể hơn hơn so với kỹ thuật huyết thanh. Tại Khoa Sinh Học Phân Tử Đại Học Y Dược TP Hồ Chí Minh, kỹ thuật Real-time PCR được sử dụng để khảo sát HLA- B*1502 thông qua bộ kit PG 1502 Detection Kit. Đây là bộ kit do công ty PHARM I-GEN sản xuất với độ nhạy hơn 99% và độ đặc hiệu là 98,35% và được chấp thuận bởi Khoa Sức Khỏe Đài Loan (Department of Health, Taiwan) [1].
Di truyền HLA-B*1502
Di truyền của các alen trong hệ thống HLA tuân theo định luật Menden, khi cha hoặc mẹ có mang một loại alen HLA thì khả năng con sẽ được di truyền alen đó từ 50% - 100% [110]. Một nghiên cứu tại Singapore trên những người có quan hệ huyết thống gần nhất (cha mẹ - con cái) với bệnh nhân phản ứng da
nặng khi sử dụng carbamazepine và có mang alen HLA-B*1502 cho kết quả 58% có mang alen này [34].
1.2.5.1 Liên quan giữa HLA và bệnh tật
Mối liên quan giữa hệ thống HLA và bệnh tật đã được biết đến từ nhiều thập kỷ và những hiểu biết này liên tục được bổ sung thêm; với sự phát triển của các phương pháp nghiên cứu và giải trình tự gen thế hệ mới, hệ thống HLA được xem là có vai trị quan trọng bậc nhất trong các bệnh lý có tính chất tự miễn, tuy nhiên cho đến hiện nay cơ chế chính xác của mối quan hệ này vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ [39].
Minh hoạ cho mối liên quan trên có thể kể đến HLA-B*5701, alen này được cho là làm tăng đáng kể nguy cơ phản ứng quá mẫn khi bệnh nhân sử dụng abacavir do kích hoạt đáp ứng của tế bào CD8+, trong khi đó HLA- B*5702 và HLA-B*5703 lại khơng làm tăng nguy cơ này (phụ lục 7). Ngồi ra, các alen HLA khác nhau có khả năng làm tăng nguy cơ các tình trạng bệnh lý khác nhau.
Liên quan giữa HLA và bệnh động kinh
Mối liên quan giữa HLA và bệnh động kinh cũng là một đề tài được quan tâm và nghiên cứu từ khá nhiều năm. Năm 1975, tác giả Smeraldi và cộng sự tiến hành nghiên cứu 20 loại HLA trên 22 bệnh nhi mắc hội chứng Lennox - Gastault so sánh với 22 người khỏe mạnh, kết quả cho thấy có sự khác nhau có ý nghĩa thống kê giữa 2 nhóm ở alen HLA-A*7 [94]. Tiếp đến nhóm nghiên cứu của tác giả Engelen lại tìm thấy mối quan hệ với bệnh nhân mắc hội chứng này và HLA-DR*5 [102]. Từ đó tác giả đưa ra giả thiết sự bất thường về gen làm ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch dẫn đến kết quả là hội chứng Lennox – Gastault trên lâm sàng.
HLA cịn được cho là có liên quan đến động kinh không rõ căn nguyên, nghiên cứu của tác giả Minev và tác giả Hafez trên 2 nhóm bệnh nhân động
kinh trẻ em khơng xác định căn nguyên khác nhau đã cho thấy có thể có vai trị của HLA-DR*5 và HLA-A*9 [45], [72].
Một trong những nghiên cứu đáng chú ý về mối liên hệ HLA và điều trị động kinh được công bố những năm gần đây thuộc về tác giả Horta và cộng sự. Nhóm nghiên cứu đã đánh giá hàng loạt alen HLA giữa 42 bệnh nhân động kinh xơ chai hải mã kháng thuốc và 89 người khỏe mạnh, từ đó tìm thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở HLA-DRB1*1302 (p=0,01) [50]. Tuy nhiên do mẫu nghiên cứu chưa đủ lớn, nhóm nghiên cứu cũng kiến nghị cần nhiều nghiên cứu mở rộng đánh giá thêm mối liên hệ giữa những alen HLA và các khía cạnh bệnh động kinh.
Tóm lại, số lượng HLA trong cơ thể rất lớn cũng như vai trò cụ thể của từng loại HLA đa phần vẫn chưa được làm sáng tỏ. Vì vậy để có được những kết quả ban đầu như trên, các tác giả thường phải khảo sát trên nhiều HLA khác nhau. Do đó các nghiên cứu củng cố mối quan hệ giữa bệnh lý và các loại HLA đã nêu cũng như HLA khác nhằm phục vụ cho thực hành lâm sàng cho bệnh nhân là rất cần thiết.
1.3 Mối liên quan HLA-B*1502 với phản ứng da do thuốc chống động kinh
Vai trò của HLA-B*1502 trong phản ứng da do thuốc chống động kinh
Hiện nay, cơ chế chính xác về phản ứng da do thuốc nói chung và thuốc chống động kinh nói riêng với sự tham gia của các alen HLA khác nhau trong cơ thể mỗi bệnh nhân vẫn chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên nhiều cơ chế được đề nghị nhằm giải thích hiện tượng thuốc đóng vai trị là kháng ngun gây hoạt hóa hệ thống miễn dịch từ đó gây tổn thương mơ đích. Cơ chế hapten, tương
tác dược lý và giả thiết thay đổi các peptid là các cơ chế được nhiều tác giả chấp nhận để giải thích phản ứng này ở mức độ phân tử:
a b
c
Hình 1.3 Giả thiết cơ chế thuốc gây hoạt hóa phản ứng miễn dịch
(Nguồn: Ogese 2017 [79])
TCR: thụ thể tế bào T
APC: tế bào trình diện kháng nguyên (a): giả thiết hapten
(b): giả thiết tương tác dược lý (c): giả thiết thay đổi peptid
Giả thiết hapten: hapten là những phân tử hóa học trọng lượng nhỏ có xu hướng gắn kết với protein. Trong giả thiết hapten, thuốc khi vào cơ thể sẽ
đóng vai trị như hapten, hapten liên kết với peptid hay protein hình thành nên phức hợp có tính kháng ngun. Tiếp đó phức hợp này sẽ liên kết cộng hóa trị với hệ thống MHC và được trình diện cho tế bào T, từ đó kích hoạt q trình miễn dịch dịch thể hay miễn dịch tế bào.
Giả thiết tương tác dược lý cho rằng thuốc có thể gắn kết trực tiếp khơng cộng hóa trị với thụ thể MCH mà không cần sự hiện diện của protein tương ứng [21]. Như vậy trong giả thiết này thì quá trình trình diện kháng ngun khơng cần sự hiện diện của protein đóng vai trị kháng ngun [37].
Giả thiết thay đổi peptide cho rằng thuốc có thể gắn kết với phức hợp peptide MHC theo nhiều cách khác nhau như trong rãnh gắn kết, ngồi rãnh gắn kết hay thậm chí trực tiếp tại vị trí trình diện kháng ngun để kích hoạt q trình miễn dịch. Trong giả thiết này thì peptide của cơ thể không nhất thiết phải gắn kết trực tiếp với HLA trong quá trình xảy ra phản ứng miễn dịch.
Trong các phản ứng da do thuốc chống động kinh thì carbamazepine là một trong những thuốc được sử dụng nhiều năm nay đồng thời cũng là thuốc thường được nghiên cứu về tác động đối với phản ứng miễn dịch của cơ thể đối với carbamazepine nói riêng và các thuốc chống động kinh khác nói chung. Carbamazepine khơng trực tiếp kích phát các phản ứng miễn dịch và kết hợp cùng với hệ thống MCH đặc trưng trong cơ thể bệnh nhân, từ đó trình kích thích các tế bào lympho T mà quan trọng nhất là CD4+ và CD8+, kết quả là sự nhân lên của 2 dòng tế bào T này. Tế bào CD4+ có xu hướng nhân lên nhanh chóng do phần lớn phức hợp được tạo ra bởi sự có mặt của carbamazepine trình diện cho loại tế bào này, tuy nhiên hiện tượng độc tế bào do quá trình này thường hạn chế, ngược lại chỉ 10% phức hợp trình diện cho tế bào CD8+ nhưng lại có thể có thể dẫn đến gây độc tế bào mạnh mẽ hơn. Hoạt động của CD4+ và CD8+ làm tiết ra một số chất như IFN-γ , IL-5, IL-4, IL-10; trong đó IFN-γ là một
cytokine thơng qua các MHC lớp I và lớp II làm tăng biểu hiện của các tế bào keratinocyte, từ đó làm chúng mẫn cảm với phản ứng gây độc của tế bào T; cịn