Các tế bào lympho là một trong năm loại tế bào bạch cầu (white blood cells or leukocytes) mà chịu trách nhiệm chính trong đáp ứng miễn dịch đặc hiệu. Ðặc điểm chính của chúng về phƣơng diện miễn dịch là tính đa dạng, tính đặc hiệu, ký ức, nhận biết những gì là của bản thân và không phải của bản thân. Các tế bào lympho chiếm 20% đến 40% tổng số bạch cầu của cơ thể lƣu hành trong máu, có khả năng di chuyển vào kẽ mô và các cơ quan dạng lympho. Dựa trên các dấu ấn bề mặt tế bào ngƣời ta chia tế bào lympho thành 2 loại lớn: các tế bào lympho B; tế bào lympho T. Cả 2 loại tế bào này đều là những tế bào nhỏ, di động. Về mặt hình thái thì không thể phân biệt đƣợc các loại tế bào này với nhau. Các tế bào B và tế bào T khi chƣa phản ứng với kháng nguyên thì đƣợc gọi là các tế bào nghỉ ngơi ở pha G0 của chu trình tế bào. Những tế bào nghỉ ngơi này là những tế bào lympho nhỏ có đƣờng kính khoảng 6 m, bào tƣơng của chúng hình thành một lớp mỏng xung quanh nhân. Những tế bào nghỉ ngơi này có nhiều chromatin đậm đặc, một số ít ty lạp thể và một hệ thống lƣới Golgi và lƣới nội bào tƣơng phát triển nghèo nàn. Sự tƣơng tác của tế bào T hoặc tế bào B sẽ kích thích tế bào lympho bƣớc vào các pha G1, S, G2 và M của chu trình tế bào.
Khi diễn ra chu trình tế bào, các tế bào lympho to ra thành một nguyên bào có đƣờng kính 15 m, đƣợc gọi là nguyên bào lympho. Những nguyên bào lympho có tỷ lệ bào tƣơng/nhân tăng lên và có nhiều phức hợp cơ quan của tế bào. Các nguyên
bào lympho biệt hoá tiếp thành các tế bào thực hiện khác nhau hoặc một quần thể tế bào mang trí nhớ miễn dịch. Nhìn chung các tế bào thực hiện có thời gian sống ngắn dao động từ vài ngày đến vài tuần. Các tế bào plasma (hay còn gọi là tƣơng bào) là những tế bào thực hiện của quá trình biệt hoá lympho B. Những tế bào này có bào tƣơng đặc trƣng điển hình cho sự chế tiết tích cực: có lƣới nội nguyên sinh phong phú phân bố thành các lớp dầy đặc và rất nhiều bộ máy Golgi. Các tế bào thực hiện của dòng lympho T gồm có các tế bào T trợ giúp (TH) và tế bào T độc (TC). Các tế bào mang trí nhớ miễn dịch có đời sống dài, tồn tại ở pha G0 cho đến khi đƣợc hoạt hoá bởi kháng nguyên đặc hiệu. Các dòng tế bào biệt hoá khác nhau hoặc các giai đoạn trƣởng thành có thể phân biệt đƣợc nhờ sự xuất hiện của các phân tử trên màng tế bào và có thể nhận biết đƣợc các phân tử này bằng các kháng thể đơn dòng đặc hiệu. Ðầu tiên mỗi phân tử trên màng đƣợc nhận diện bởi một kháng thể đơn dòng đƣợc đặt tên bởi các nhà nghiên cứu phát hiện ra chúng. Ðiều này đã dẫn tới những tên gọi khác nhau cho cùng một phân tử màng. Năm 1982 hội thảo Quốc tế đầu tiên về các kháng nguyên biệt hoá bạch cầu ngƣời đã đƣợc tổ chức để thống nhất thuật ngữ gọi tên các phân tử màng của bạch cầu. Hội thảo này đã thống nhất rằng cần phải tập hợp tất cả các kháng thể đơn dòng phản ứng với một phân tử trên màng đặc biệt thành một nhóm và gọi nhóm này là cụm biệt hoá (Cluster of Differentiation, viết tắt là CD). Những kháng thể đơn dòng mới có khả năng nhận biết đƣợc các phân tử của màng bạch cầu đã đƣợc phân tích để xem chúng thuộc vào một nhóm CD đã biết trƣớc hay là một CD mới nếu nhƣ chúng nhận biết một phân tử mới của màng. Mặc dù thuật ngữ CD đƣợc đặt ra đầu tiên khi nghiên cứu những phân tử màng bạch cầu của ngƣời. Nhƣng hiện nay các phân tử thuần khiết của màng tế bào các loài khác nhƣ chuột nhắt cũng đƣợc đặt tên bằng thuật ngữ CD.
Hình 2.10: Sự biệt hóa các tế bào gốc từ tủy xương. Các tế bào gốc từ tế bào tủy xƣơng sẽ đƣợc biệt hóa thành các tế bào tạo máu (myeloid) và các tế bào tiền khởi lympho (lymphoid). Hai dòng tế bào gốc chính này sẽ biệt hóa thành rất nhiều loại tế bào tham gia vào cả hệ thống miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Trong đó dòng tế bào myeloid chủ yếu tạo thành các tế bào trong hệ thống miễn dịch không đặc hiệu nhƣ Đại thực bào, thực bào đa nhân, tế bào có tua v…v; còn dòng tế bào lymphoid sẽ biệt hóa thành tế bào B, tế bào T tham gia vào miễn dịch đặc hiệu và tế bào giết tự nhiên (NK) tham vào miễn dịch không đặc hiệu.
Nguồn: 2010 Nature
2.2.2.1 Tế bào lympho B
Tế bào lympho B (gọi tắt là tế bào B) là một trong 2 loại tế bào lympho chính có nguồn gốc từ tủy xƣơng. Các tiền tế bào B chín thành các tế bào B sơ khai trong tủy xƣơng ở động vật có vú hoặc trong túi Fabricius ở các loài chim. Vì vậy nó
đƣợc gọi là tế bào B (tủy xƣơng-bone marrow, túi Fabricius - Bursa of Fabricius). Tế bào B chiếm khoảng 30% tổng các tế bào lympho trong hệ bạch huyết và nó đƣợc chọn lọc và trƣởng thành ở trong các germinal center của các hạch lympho. Tế bào B chịu trách nhiệm chính cho việc tạo kháng thể, hay đáp ứng miễn dịch dịch thể.
Quá trình biệt hóa
Trong suốt quá trình phát triển, mỗi tế bào lympho B đƣợc lập trình trong vật chất di truyền thông qua một loạt các phản ứng nối gen hoặc chuyển vị gen (gene- splicing or gene translocation) để tạo ra các phân tử kháng thể đặc hiệu (a specific 3-dimensional shape) mà mỗi loại kháng thể chỉ có thể liên kết với một loại kháng nguyên duy nhất. Phân tử kháng thể này đƣợc đặt trên bề mặt của tế bào B nên đƣợc gọi là thụ thể tế bào B (B-cell receptor, BCR) hay còn gọi là các phân tử kháng thể miễn dịch bề mặt (surface immunoglobulin, sIg). Tại đây các BCRs có thể phản ứng với phần gây đáp ứng miễn dịch của kháng nguyên (epitope) và hoạt hóa tế bào lympho B.
Hình 2.11: Sự tạo thành thụ thể tế bào B Nguồn: Đại học South Calorina, American
Cơ thể ngƣời có khả năng nhận biết 107 hoặc nhiều hơn các epitope khác nhau và có thể tạo ra đến 109 các loại kháng thể khác nhau với mỗi loại kháng thể có độ đặc hiệu là duy nhất. Để nhận biết số lƣợng lớn các epitope khác nhau này, cơ thể phải tạo ra 107
hoặc nhiều hơn các dòng tế bào B khác biệt nhau, với mỗi loại tế bào B chỉ mang một loại thụ thể trên bề mặt của chúng. Một tế bào B có thể mang đến 10 000 thụ thể bề mặt, nhƣng tất cả chúng đều giống nhau và đƣợc gọi là một dòng tế bào B. Mỗi dòng tế bào B chỉ có thể nhận diện một loại epitope có hình dạng tƣơng ứng với kháng thể bề mặt. Các tế bào B mang BCRs đƣợc gọi là các tế
bào B sơ khai (naïve B lymphocytes) đƣợc phát triển từ các tiền tế bào B (precursor B-lymphocytes) ở trong tủy xƣơng, sau đó đƣợc gởi đến các hạch và tổ chức lympho.
Hình 2.12: Tế bào B nhận biết epitope của virus bằng sIg Nguồn: Đại học South Carolina, American
Tế bào B có thể liên kết với các kháng nguyên hòa tan hoặc các vi sinh vật nhƣ virus khi chúng tiếp cận với thụ thể tế bào B. Thêm vào đó tế bào B có thể tiếp cận với các tế bào trình diện kháng nguyên và tiếp nhận các kháng nguyên đã qua chế biến từ bề mặt của các tế bào này. Một khi liên kết với các epitope có hình dạng tƣơng ứng cùng với sự tƣơng tác với các tế bào T- trợ giúp và đại thực bào, các tế bào B sơ khai sẽ đƣợc chọn lọc. Tế bào B đƣợc chọn lọc sẽ phân chia và biệt hoá tạo ra một quần thể tế bào plasma và tế bào mang trí nhớ miễn dịch. Các tế bào plasma không có các kháng thể gắn trên màng, thay vào đó chúng chế tiết một cách chủ động một trong năm lớp kháng thể.
Hình 2.13: Sự biệt hóa của tế bào B thành tế bào plasma tiết kháng thể và tế bào trí nhớ
Chức năng của tế bào B
Tế bào B tham gia vào quá trình đáp ứng miễn dịch dịch thể bằng cách tiết ra các kháng thể đặc hiệu làm ngƣng kết các kháng nguyên hoặc ít nhất làm ngăn cản các kháng nguyên này xâm nhập vào bên trong các tế bào của cơ thể.
Các kháng nguyên một khi liên kết với các BCRs sẽ đƣợc bao bọc lại bởi các phagosome để đƣa vào bên trong tế bào chất của tế bào B. Tại đây, chúng sẽ bị phân hủy ở trong các lysosome. Trong suốt quá trình phân hủy này, các protein kháng nguyên sẽ bị bẻ gãy thành một loạt các epitope ở dạng peptide. Các peptide này sẽ đƣợc gắn vào trong các rãnh của các phân tử MHC lớp II và sau đó đƣợc vận chuyển lên bề mặt của các tế bào lympho B. Các tế bào T có thể nhận biết phức hợp MHC lớp II-peptide thông qua thụ thể tế bào T và các phân tử CD4 và tiết ra các cytokine nhƣ interleukine (IL) 2, IL4, IL5, IL6. Các cytokine này sẽ: làm tăng sinh các tế bào B đã đƣợc hoạt hóa, kích thích các tế bào B đã đƣợc hoạt hóa tiết kháng thể, xúc tiến sự biệt hóa tế bào B thành tế bào plasma (tiết kháng thể) và tế bào mang trí nhớ miễn dịch, kích thích các tế bào plasma chuyển đổi các lớp kháng thể.
Hình 2.14: Quá trình trình diện kháng nguyên của tế bào B Nguồn: Đại học South Carolina, American
Kháng nguyên ngoại lai từ ngòai tế bào đi vào cơ thể. Các kháng nguyên này bao gồm vi khuẩn, virus, nấm, động vật nguyên sinh và độc tố. Kháng nguyên ngoại lai liên kết với thụ thể tế bào B và đi vào tế bào lympho B qua cơ chế thực bào. Sau khi lai hợp lysosome với thể thực bào (phagosome), kháng nguyên protein bị phân hủy bởi enzyme protease thành một loạt các peptide. Những peptide này thực sự liên kết với rãnh trên phân tử MHC lớp II và đƣợc vận chuyển tới bề mặt của tế bào lympho B. Tế bào lympho T hiệu quả sau đó có thể nhận diệm phức hợp MHC lớp II-peptide thông qua thụ thể tế bào T (TCR) và phân tử CD4.
1. Epitope của kháng nguyên ngoại lai, ví dụ viruses, liên kết với thụ thể tế bào B trên tế bào B. Kháng nguyên đƣợc cuộn lại và bao gói bởi thể thực bào (phagosome).
2. Lysosome dung hợp với phagosome hình thành một phagolysosome. 3. Kháng nguyên protein bị phân hủy thành các peptide.
4. Phân tử MHC-II đƣợc tổng hợp trong mạng lƣới ngoại chất và đƣợc vận chuyển đến bộ máy Golgi. Một khi đƣợc tổ hợp lại, phía trong mạng lƣới ngoại chất, một protein đựoc gọi là chuỗi Ii đính lên rãnh của phân tử MHC-II và bằng cách này sẽ ngăn cản các phân tử peptide đƣợc thiết kế để liên kết với phân tử MHC-I phía trong mạng lƣới ngoại chất không liên kết với MHC-II.
5&6. Phân tử MHC-II liên kết với chuỗi Ii đƣợc vận chuyển tới bộ máy Golgi, và đƣợc đặt vào trong vesicle.
7. Vesicle này chứa phân tử MHC-II dung hợp với phaglysosome chứa peptide. Chuỗi Ii đƣợc loại bỏ và peptide đƣợc tự do liên kết với rãnh của phân tử MHC-II.
8. Phân tử MHC-II liên kết với peptides đƣợc vận chuyển tới màng tế bào chất nơi chúng đƣợc gắn lên. Tại đây, phức hợp của peptide và phân tử MHC-II có thể đƣợc nhận diện bởi tế bào lympho T hiệu quả bằng thụ thể tế bào T và phân tử CD4 molecules.
Ngoài vai trò quan trọng trong đáp ứng miễn dịch dịch thể, tế bào B còn tham gia vào nhiều chức năng khác cần thiết cho quá trình miễn dịch. Trong đó, quan trọng nhất là tế bào B đƣợc đòi hỏi cho sự bắt đầu quá trình đáp ứng miễn dịch của tế bào T. Điều này đƣợc chứng minh đầu tiên ở trong chuột đã đƣợc loại bỏ tế bào B ngay lúc sanh bằng kháng huyết thanh kháng kháng thể lớp IgM.
2.2.2.2 Tế bào lympho T
Gọi là tế bào T vì trong quá trình biệt hoá để trƣởng thành nó hoàn toàn phụ thuộc tuyến ức (Thymus). Bắt đầu từ tế bào gốc, quá trình biệt hoá đã phân ra dòng lympho và từ đó tách ra 2 dòng nhỏ là lympho T và lympho B. Đối với lympho T khi qua tuyến ức bị giữ lại phần lớn ở vùng vỏ tuyến ức (90-95%). Tại đây nhờ các hormon của tuyến ức chúng đƣợc biệt hoá trƣởng thành rồi đi vào vùng tuỷ ức để tiếp tục chín.
Quá trình biệt hóa
Trong thời gian biệt hoá tại tuyến ức tế bào lympho T có khả năng nhận biết kháng nguyên và phân biệt kháng nguyên của mình (cái tôi) với cái lạ (không phải của tôi) thông qua sự chọn lọc để loại trừ, chính vì vậy một số lympho T sẽ bị chết nếu trong quá trình “huấn luyện” ở tuyến ức không đảm bảo chức năng trên. Sự xuất hiện các protein khác nhau trên bề mặt tế bào T đƣợc coi là sự xuất hiện các: “Dấu ấn" bề mặt của tế bào và dựa vào “Dấu ấn” này ta có thể xác định giai đoạn chín của lympho T. “Dấu ấn” đƣợc gọi là CD kèm theo số thứ tự phát hiện ra nó (cluster ofdyferenciation). CD cũng chính là kháng nguyên của tế bào mang nó và giúp ta phân biệt các nhóm T khác nhau nhƣ CD4, CD8, CD2, v.v. Kết quả quá trình biệt hoá tại tuyến ức chỉ còn tồn tại 2 dòng nhỏ là dòng tế bào T có chứa dấu ấn CD4 hoặc CD8 trên bề mặt.
Quần thể tế bào T CD4 lại đƣợc biệt hóa nhiều phân lớp nữa có chức năng khác nhau. Trong đó, một loại gọi là tế bào T hỗ trợ, kí hiệu là Th ( T – helper) có nhiệm vụ kích thích tế bào B sản xuất nhiều kháng thể. Một loại là tế bào T quá mẫn muộn, kí hiệu là TDTH ( Delayed type hypersensitivity). Tế bào TDTH tham gia vào các phản ứng trung gian tế bào T, nhƣng không tƣơng tác với tế bào B mà chịu trách nhiệm hoạt hóa các tế bào không đặc hiệu, chẳng hạn nhƣ đại thực bào.
Quần thể tế bào T CD8 cũng lại biệt hóa ít nhất ra làm hai phân lớp. Một loại là tế bào T độc, kí hiệu là TC ( T- cytotoxic) làm nhiệm vụ tƣơng tác và phá hủy trực tiếp các tế bào có kháng nguyên trên bề mặt. Có một loại tế bào T ức chế, kí hiệu là Ts (T- suppressor) làm nhiệm vụ điều hòa đáp ứng miễn dịch, ức chế tác động của các tế bào miễn dịch nhƣ tế bào B.
Chức năng của tế bào lympho T
a. Nhận biết kháng nguyên của lympho T
Tế bào T chịu trách việc nhận biết kháng nguyên do MHC lớp II trình diện là lympho T có CD4 gọi theo chức năng đó là Th (Helper). Phân tử CD4 gắn đặc hiệu với phân tử MHC lớp II do đó Th có điều kiện tiếp cận với kháng nguyên do MHC lớp II trình diện trên bề mặt tế bào đại thực bào. Tế bào Th chỉ có duy nhất một vị trí trực tiếp nhận biết kháng nguyên đó là thụ thể của tế bào T ký hiệu là TCR ( T Cell Receptor). Nhƣ vậy có thể nói rằng về cấu trúc thụ thể này phải tƣơng tự nhƣ kháng thể thì mới có thể nhận biết đƣơc kháng nguyên .
- Đối với kháng nguyên nội sinh: đƣợc các phân tử MHC lớp I của tế bào chủ đƣa kháng nguyên ra bề mặt tế bào chủ. Ví dụ, axit nhân của vi-rút có thể cài cắm vào DNA của tế bào chủ, nhƣng các kháng nguyên của vi-rút vẫn đƣợc trình diện lên bề mặt của tế bào. Thực hiện đƣợc việc này là nhờ tế bào chủ sản sinh đƣợc phân tử MHC lớp I. Tế bào chịu trách nhận biết kháng nguyên liên kết với phân tử MHC lớp I là lympho TcCD8 hoặc gọi theo chức năng là T gây độc ký hiệu Tc (Cytotoxicily); gọi là T gây độc vì sau khi nhận ra kháng nguyên nó diệt luôn tế bào