IV. Khái quát nội dung chương trình môn học
5. Tài liệu học tập
10.1.1. Miễn dịch không đặc hiệu
ở các loài cá xương, hệ thống miễn dịch không đặc hiệu cũng đóng vai trò rất quan trọng trong phòng vệ đối với các tác nhân gây bệnh và có một số đặc điểm khác với các động vật trên cạn. Về căn bản, hệ thống miễn dịch không đặc hiệu của động vật thủy sản cũng bao gồm các yếu tố sau:
a.Hàng rào vật lý
. Dịch nhờn
Toàn bộ vỏ bọc cơ thể cá (da, mang và ruột) được bao phủ bởi một lớp dịch nhờn có tác dụng ngăn chặn và rửa trôi các tác nhân gây bệnh. Mức độ sản sinh dịch nhờn gia tăng khi
phản ứng lại với các tác nhân gây bệnh truyền nhiễm hay các kích thích vật lý, hoá học.
Dịch nhờn của cá cũng có tính độc đối với một số vi sinh vật do các yếu tố hóa học dịch thể từ trong cơ thể tiết ra.
. Da
Khác với các động vật có xương sống bậccao, lớp biểu bì của da cá được cấu tạo bởi các tế bào sống không hoá sừng. Sự toàn vẹn của lớp biểu bì là thiết yếu để duy trì cân bằng thẩm thấu và loại trừ vi sinh vật. Khi bị tổn thương lớp biểu bì được phục hồi nhanh chóng, quá trình này liên quan đến sự vận chuyển tế bào Malphighi từ vùng lân cận đến để bao phủ bề mặt vết thương. Đây là cơ chế hoàn toàn khác với cơ chế tạo vảy ở vết thương của động vật có vú.
Lớp biểu bì còn có thể dày lên do sự phì đại của các tế bào malphighi khi bị các yếu tố bất lợi kích thích, nhờ đó làm giảm thiểu tối đa sự tổn thương biểu mô.
. Mang
Mang cá được cấu thành bởi lớp biểu mô mỏng manh để tạo nên một diện tích rất lớn cho sự thu oxy trong quá trình hô hấp. Mang cá được xem là con đường xâm nhập quan trọng của các tác nhân vi sinh vật. Mang cá được bảo vệ bởi việc sản xuất dịch nhờn và sự nhạy cảm của lớp tế bào biểu bì, các tế bào này có thể phì đại khi có sự cảm nhiễm qua mang của các tác nhân vi sinh vật, như Mycobacteria. Mang còn là nơi tập trung nhiều loại đại thực bào tạo thành một lớp dọc theo tĩnh mạch mang.
.ống tiêu hoá
ống tiêu hoá được phủ lớp dịch nhầy tương tự như ở da, tuy nhiên, chức năng tiêu hoá của ruột còn tạo nên một môi trường bất lợi đối với các tác nhân gây bệnh nhưpH thấp (ở các
loài có dạdày) và việc tiết men tiêu hoá, dịch mật.
b. Hàng rào hóa học
Dịch cơ thể, kể cả dịch nhầy, chứa một tập hợp các chất hóa học hoà tan có chức năng bảo vệ cơ thể bằng cách ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật hoặc làm trung hoà các enzyme cần thiết cho vi sinh vật. Các yếu tố này bao gồm:
.Các nhân tố ức chế sinh trưởng
Thông qua hoạt động chia sẻ các chất dinh dưỡng thiết yếu của vi sinh vật, các nhân tố này ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật hoặc cản trở quá trình trao đổi chất của chúng.
* Transferrin:
Transferrin là một phân tử protein có trong huyết thanh của mọi động vật có xương sống có khả năng kết hợp rất chặt chẽ với ion sắt, là nhân tố sinh trưởng với mọi loài sinh vật. Transferrin rất đa dạng về mặt di truyền, có lẽ điều này phản ánh tính chất thích nghi miễn dịch đối với sự cạnh tranh của vi sinh vật.
Ví dụ: sự mẫn cảm đối với vi khuẩn gây bệnh ở thận ở một số dòng cá hồi so với các dòng khác có sự khác biệt mà sự khác biệt này có liên quan đến sự khác nhau kiểu gen của transferrin.
Transferrincạnh tranh ion sắt với vi sinh vật tạo hiệu quả ức chế vi khuẩn và nấm. Nhiều loại vi sinh vật sản xuất Sideropho liên kết với sắt để cạnh tranh với transferrin.
Nhiều chất tương tự transferrin cũng được phát hiện ở các động vật có xương sống bậc cao như lactoferrin trong dịch nhầy và sữa của động vật có vú, conalbumin trong lòng trắng trứng gà, nhưng chưa phát hiện ở cá.
* Interferon:
Interferon xuất hiện trong cơ thể cá sau khi nhiễm virus, hoạt tính của Interferon đề kháng với virus ở cá đã được chứng minh invitro và khả năng bảo vệ cá khỏi cảm nhiễm virus của interferon cũng đã được chứng minh thông qua các thí nghiệm gây cảm nhiễm virus thụ động.
Interferon ở cá có khối lượng phân tử khoảng 26000 Daltons và điểm đẳng điện là 5,3.
Các tác nhân gây bệnh sản xuất enzym để xâm nhập và sử dụng chất dinh dưỡng từ cơ thể vật chủ. Huyết thanh và các dịch nội mô của động vật có xương sống chứa các chất ức chế enzym được xem là nhằm bảo vệ cơ thể kháng lại quá trình tự huỷ (autodigestion) của chính cơ thể nhưng đồng thời cũng có thể có vai trò quan trọng trong việc trung hoà các enzym do tác nhân gây bệnh sản sinh ra. Các chất ức chế này bao gồm các antiprotease, như -2 macroglobulin, chất ức chế không đặc hiệu nhất, có thể liên quan đến việc bảo vệ cá hồi kháng lại protease là enzym ngoại tế bào do vi khuẩn Aeromonas salmonicida sản sinh ra.
. Lysin
Lysin là các enzym mà bản thân chúng hoặc tương tác giữa chúng làm dung giải tế bào tác nhân gây bệnh.
. Bổ thể (complement)
Bổ thể có lẽ là nhân tố bảo vệ quan trọng nhất do vai trò đa năng của chúng liên quan đến sự loại bỏ các yếu tố ngoại lai bằng việc xúc tác phản ứng viêm, tăng tính thấm thành mạch, hoá ứng động bạch cầu và tăng cường hoạt động thực bào của các tế bào thực bào. Bổ thể còn có vai trò trong cơ chế tiêu diệt vi khuẩn.
Về mặt sinh hoá, hệ bổ thể của cá xương có rất nhiều điểm tương đồng với hệ bổ thể của động vật thuộc lớp thú, tuy nhiên bổ thể của cá khá bền với nhiệt (khoảng 45oC). Hệ bổ thể có thể được hoạt hoá theo hai cơ chế chủ yếu. Hoạt hoá theo con đường cổ điển. Hoạt hoá theo con
đường khácđược khởi đầu bởi một số nhân tố như độc tố nội bào (endotoxin) của vi khuẩn, các
polysaccaride như zymosan và inulin, các nhân tố này hoạt hoá properdin, properdin hoạt hoá sẽ hoạt hoá các yếu tố khác của hệ thống bổ thể. Các protein phản ứng C cũng có thể làm hoạt hoá hệ thống bổ thể. Sự hoạt hoá hệ bổ thể trên bề mặt của tế bào đích theo các cơ chế này dẫn đến sự hình thành phức hợp tấn công màng, kết quả là tạo nên sự dung giải tế bào đích.
ở cá, bổ thể tồn tại chủ yếu trong huyết thanh. Tuy nhiên, cũng có thể tìm thấy bổ thể trong dịch nhầy. Hoạt hoá hệ bổ thể theo con đường cổ điển ở cá chỉ có thể hình thành với điều kiện là kháng thể (Ig) sử dụng phải thuộc loài rất gần gũi về mặt di truyền. Do đó, sự kết hợp của bổ thể và kháng thể giữa cá và các loài động vật có vú hầu như là bất tương thích.
. Protein phản ứng C (CRP: C-reactive protein).
Protein này kết hợp với phosphoryl cholin có trong vách tế bào của nhiều loài vi sinh vật. CRP được phát hiện trong huyết thanh và trứng của nhiều loài cá xương bằng phản ứng tạo kết tủa với chất chiết xuất từ vi khuẩn, nấm và giun tròn. Phản ứng kết tủa đòi hỏi sự có mặt của ion Ca2+và kết tủa này có thể bị phá bởi các chất tạo phức tan (chelating agents). CRP có khả năng hoạt hoá hệ bổ thể. ở cá, vai trò miễn dịch của CRP vẫn chưa được làm sáng tỏ mặc dù đã có một số bằng chứng cho thấy chúng tham gia xúc tác phản ứng viêm và đề kháng sự cảm nhiễm Saprolegnia.
. Lectin
Đây là các protein có khả năng liên kết với một số loại đường. Lectin có trong huyết thanh, dịch nhầy và trứng của nhiều loài cá. Các protein này có chức năng gây kết tủa hoặc ngưng kết nhiều loại vi khuẩn, hồng cầu và polysaccharide. Phần lớn các lectin chưa được nghiên cứu kỹ về tính năng, và do đó, vai trò của chúng trong cơ chế bảo vệ cơ thể chỉ mới dừng lại ở mức độ phỏng đoán. Arason đã phân lập từ huyết thanh của cá chình Nhật Bản và cá hồi Đại Tây Dương một loại protein có khả năng kết hợp với đường mannose (Mannan- binding protein - MBP). ởlớp thú, MBP có vai trò như một chất opsonin hoá và có thể hoạt hoá hệ bổ thể, do đó, tác giả cho rằng MBP phân lập được từ huyết thanh các loài cá nói trên có khả năng là một yếu tố miễn dịch quan trọng của các loài này.
c.Các yếu tố miễn dịch tế bào không đặc hiệu
Nhiều loại tế bào tham gia vào đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu.
Thực bào(Phagocyte)
bạch cầu đa nhân trung tính (neutrophil granulocyte).
• Đại thực bào (Macrophage)
ở loài cá xương, macrophage phân bố rộng rãi ở các mô, bao gồm cả mang và xoang cơ thể, nhưng chủ yếu được tìm thấy dưới dạng các tế bào thuộc mạng lưới nội bì của thận, lách và ở vài loài cá tâm nhĩ. Cá không có tế bào Kuffer ở gan như các loài thuộc lớp thú. Monocytecyte có mặt ở thận và phân bố với số lượng nhỏ trong máu. Các tế bào này được xem là tiền thân của macrophage ở các mô, chúng có thể di chuyển từ máu vào các ổ viêm, biệt hoá thành macrophage tại những nơi và những lúc cần thiết. Monocytecyte và macrophage có thể bắt và tiêu hoá nhiều dạng mảnh nhỏ, kể cả các hạt carbon, vi khuẩn và nấm.
Trong túi lysosome của các đại thực bào của các loài cá có các túi nhỏ chứa melanin. Các đại thực bào này được gọi là melano-macrophage. Vai trò của melanin vẫn chưa được chứng minh rõ, có thể chúng đóng vai trò trong cơ chế tiêu diệt tế bào vi khuẩn hoặc đóng vai trò xúc tác cho việc sản sinh các gốc tự do của macrophage. Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm hoá học, giải phẫu học và phát sinh học của các tế bào melano-macrophage, Agius cho rằng thành phần melanin này có nguồn gốc từ các tế bào sắc tố melanin (melanocyte) có ở thận.
Thành tựu của việc phân lập và nuôi cấy in vitro các đại thực bào của cá đã cho phép nghiên cứu kỹ các chức năng của chúng trong đáp ứng miễn dịch của cá. Các chức năng này bao gồm khả năng thực bào, hoá ứng động, tiêu diệt tế bào vi khuẩn nhờ vào phản ứng oxy hoá-khử và tổng hợp nitric oxide (NO), khả năng sản xuất interleukin-1 (IL-1), chức năng xử lý và trình diện kháng nguyên. Sự bùng nổ các phản ứng oxy hoá - khử hình thành trong quá trình thực bào đã tạo nên các sản phẩm có hoạt tính oxy hoá cao và do đó có tính diệt khuẩn mạnh như H2O2, ion O2- và nguyên tử oxy tự do.
• Bạch cầu đa nhân trung tính (Neutrophil)
Bạch cầu đa nhân trung tính của cá có đặc điểm về hình thái và phản ứng nhuộm màu tương tự như của các loài thuộc lớp thú. Có thể nhận biết dễ dàng các tế bào này nhờ sự có mặt của men myeloperoxydase trong hạt nội chất. Bạch cầu đa nhân trung tính phân bố ở thận, lách, máu, các ổ viêm loét. Chúng có khả năng thực bào, hoá ứng động và tiêu diệt vi khuẩn. Phản ứng oxy hoá khử diễn ra mãnh liệt trong neutrophil khi chúng tiếp xúc với vi khuẩn. Nhờ các kháng thể đơn dòng, có thể tách neutrophil từ máu.
• Hoạt hoá họat động thực bào
Cường độ hoạt động thực bào của macrophage và neutrophil có thể được tăng cường theo hai phương thức: bằng các opsonin làm gia tăng khả năng bắt các tiểu thể, và bằng các lymphokin là những chất tuy được sản sinh trong đáp ứng miễn dịch đặc hiệu đối với kích thích của kháng nguyên, nhưng vẫn có tác dụng làm gia tăng một cách không đặc hiệu mức độ hoạt động thực bào và hoạt động tiêu diệt nội bào của các tế bào thực bào.
Opsonin: Opsonin có thể hoạt động không đặc hiệu, như trường hợp của bổ thể, hoặc đặc hiệu như trường hợp của kháng thể. Hệ bổ thể trong máu của cơ thể khoẻ mạnh có thể được hoạt hoá theo con đường khác bởi tế bào vi khuẩn, quá trình này làm cho tế bào vi khuẩn gia tăng khả năng dính kết với thực bào dẫn đến kết quả làm gia tăng mức độ thực bào. Bất hoạt hoá kháng huyết thanh bằng nhiệt có thể làm ảnh hưởng đến mức độ thực bào, tuy nhiên khả năng tăng cường hoạt động thực bào vẫn không suy giảm đáng kể so với kháng huyết thanh không bị bất hoạt. Nhìn chung, mức độ opsonin hoá của kháng thể của cá tương đối thấp, tuy nhiên, với sự có mặt của bổ thể, opsonin hoá sẽ tăng lên nhờ vào cơ chế hoạt hoá bổ thể theo con đường cổ điển. CRP và MBP cũng có tác dụng tăng cường opsonin hoá.
Lymphokin: Dịch ly tâm từ môi trường nuôi cấy bạch cầu cá chứa concanavalin A (Con
A) có tính năng hoạt hoá đại thực bào thể hiện bởi sự gia tăng mức sản xuất ion O2- trong phản ứng oxy hoá khử và gia tăng mức độ tiêu diệt vi khuẩn. Các đại thực bào hoạt hoá có khả năng diệt các tác nhân gây bệnh như Aeromonas salmonicida và Renibacterium salmoninarum mà trong điều kiện bình thường có thể giết chết đại thực bào hoặc sinh sản bên trong các đại thực
bào không được hoạt hoá. Các lymphokin này được gọi là các nhân tố hoạt hoá đại thực bào (MAF - Macrophage Activating Factors) và được xem là tương tự gamma interferron (IFN). MAF do tế bào lympho T của cá sản sinh ra khi tiếp xúc với các chất kích thích phân bào (mitogen) hoặc các kháng nguyên đặc hiệu.
Trong một số trường hợp khi tác nhân gây bệnh thâm nhập vào cơ thể, hoặc sản phẩm của chúng, tiềm ẩn trong mô, các đại thực bào có thể tiếp tục biệt hoá thành tế bào biểu mô hoặc tế bào khổng lồ. Các tế bào này được xem là có chức năng tiết độc tố hoặc có khả năng bắt và nuốt các vật thể lớn. Sự hình thành tế bào khổng lồ hoặc tế bào biểu mô ở cá đã được biết đến trong các trường hợp tổn thương ở các mức độ khác nhau và sự biến thể từ macrophage thành các dạng tế bào này cũng đã được quan sát trong điều kiện in vitro nhưng vai trò của chúng trong đáp ứng miễn dịch chỉ được ức đoán dựa trên sự tương đồng với những diễn tiến quan sát thấy ở động vật có vú.
Tế bào độc tự nhiên(Natural cytotoxic cell - NCC)
Các tế bào có cùng đặc điểm tương tự tế bào diệt tự nhiên (Natural Killer - NK) ở động vật có vú cũng đã được phát hiện ở cá. Chúng có thể diệt một số dạng dị bào kể cả các tế bào nuôi cấy nhân tạo, đặc biệt khi các dị bào này bị nhiễm virus hoặc một số động vật đơn bào ký sinh, như Tetrahymena, mà không đòi hỏi cơ thể có sự tiếp xúc trước với các dị bào. Về hình thái, NCC của cá gần giống với bạch cầu không hạt hoặc bạch cầu đơn nhân. Tuy vai trò của NCC trong đáp ứng miễn dịch của cơ thể vẫn chưa được chứng minh, nhiều tác giả cho rằng chúng có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể đề kháng virus, ký sinh trùng và các bệnh ung thư.
. Bạch cầu ưa axit(eosinophil), bạch cầu ưa kiềm(basophil) và dưỡng bào (Mastocyte cell)
ởđộng vật có vú, các tế bào này có vai trò trong phản ứng viêm và một số cơ chế bảo vệ khác. Một số loài cá cũng chứa các bạch cầu có hạt ưa kiềm hoặc ưa axit tương tự như các bạch cầu ưa axit hoặc ưa kiềm của động vật có vú. Mặc dù các nghiên cứu về đặc điểm bắt màu của các tế bào này còn rất ít và chưa có công trình nào nghiên cứu về chức năng của chúng nhưng ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy cá có các tế bào có chức năng tương tự dưỡng bào. Nhiều loài cá có bạch cầu có hạt bắt màu eosin (eosinophilic granular cells - EGCs) trong các mô liên kết ở da, mang (cá bơn) hoặc thành ruột (cá hồi). Về hình thái, các tế bào này giống như dưỡng bào nhưng tính chất bắt màu của các hạt có hơi khác biệt ở chỗ