Miễn dịch tự nhiên (hay còn gọi là miễn dịch không ñặc hiệu) là khả năng tự bảo vệ sẵn có của cá thể ngay từ khi mới sinh, không ñòi hỏi phải có sự tiếp xúc trước với TNGB và mang tính di truyền giống nhau giữa các cá thể cùng loài. Vai trò của hệ miễn dịch tự nhiên ñược coi như là tuyến phòng thủ ñầu tiên bảo vệ cơ thể chống lại các vật lạ xâm nhập và nó có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho giai ñoạn ñầu ñời, khi mà hệ miễn dịch thích nghi chưa ñược hoàn thiện.
Nhiều nghiên cứu về các khía cạnh khác nhau của hệ miễn dịch không ñặc hiệu ở cá xương ñã ñược tổng quan bởi các tác giả Chistiakov et al. (2007) [41], Ellis (2001) [64], Magnadottir (2006) [138], Rombout et al. (2005) [169], Van Muiswinkel (2008) [204], Whyte (2007) [206]. Hầu hết các nghiên cứu ñều mô tả về thành phần cấu thành và chức năng của chúng trong cơ chế tạo ñáp ứng miễn dịch tự nhiên ở cá. Ba thành phần chính tạo nên hệ miễn dịch tự nhiên ở cá bao gồm hàng rào vật lý, hàng rào dịch thể và hàng rào tế bào không ñặc hiệu.
Các kháng nguyên (Bao gồm TNGB cho ñến các chất kích thích vô cơ) xâm nhập vào cơ thể cá qua vùng bề mặt biểu bì bị tổn thương, qua mang, ñường bên và ống tiêu hóa [64]. Chúng gặp rào cản ñầu tiên là toàn bộ vỏ bọc cơ thể cá bao gồm vảy, da, mang và các lớp biểu bì. Ngoài ra, lớp dịch nhờn ở da và niêm mạc ruột của cá không những có chức năng bẫy bắt các vật ngoại lai, mà còn chứa các yếu tố có khả năng kháng vi khuẩn. Ví dụ như lectins có khả năng gắn kết với carbohydrates trên bề mặt tế bào vi khuẩn, ngăn chặn chúng xâm nhập gây bệnh [25]; Lysozyme tấn công vào lớp peptidoglycan của vách tế bào vi khuẩn gây thủng màng và tiêu diệt chúng [64]; Các peptides kháng khuẩn (anti-bacteria peptides) như pleucoridin bảo vệ cá hồi kháng lại V. anguillarum [102]. Các yếu tố này thường ñược tìm thấy trong trứng, huyết thanh và dịch nhờn của nhiều loài cá và ñược chứng minh khả năng kháng lại các nhóm vi khuẩn khác nhau [24], [183].
Nếu vi khuẩn vượt qua hàng rào vật lý và hóa học, vào ñược bên trong cơ thể cá thì chúng sẽ tiếp tục bị chặn lại bởi hàng loạt các yếu tố miễn dịch thuộc hàng rào dịch thể có chức năng bảo vệ cơ thể theo nhiều cách khác nhau.
Nhóm ức chế sinh trưởng của vi sinh vật thông qua việc chia sẻ các chất dinh dưỡng thiết yếu hoặc cản trở quá trình trao ñổi chất của chúng bao gồm Transferrin, Interferon ñã ñược nhiều chú ý nghiên cứu ở cá hồi ðại Tây Dương ( Salmo salar) [117], [138], [157], [187], [188], cá nóc chấm xanh (Tetraodon nigroviridis) [30], cá mú vằn (Danio rerio) [23] và gần ñây ñã tìm thấy ở cá mú chấm cam E.coioides
[37], [53].
Nhóm ức chế enzyme có chức năng bảo vệ cơ thể kháng lại quá trình tự huỷ của chính cơ thểñồng thời tham gia trung hoà các enzyme do TNGB sản sinh ra, ví dụα-2 macroglobulin bảo vệ cá hồi kháng lại vi khuẩn A. salmonicida [138].
Nhóm các protein gây kết tủa và kết dính (precipitin và agglutinin) bao gồm các lectins và pentraxins có trong huyết thanh và dịch nhờn của nhiều loài cá [138]. Lectins có khả năng gắn kết ñặc hiệu với các loại ñường khác nhau trên bề mặt tế bào vi khuẩn, gây ngưng kết, kết tủa nhiều loại vi khuẩn như liên kết ñường mannose, rhamnose, fucose, galactose dẫn ñến hiện tượng opsonine hóa, thực bào và hoạt hóa hệ bổ thể [206]. Các pentraxins gồm protein phản ứng C (C-reaction protein- CRP) và protein huyết thanh dạng sợi (serum amyloid protein- SAP), chúng có trong dịch thể và xuất hiện ở các phản ứng pha cấp tính. CRP có khả năng kết hợp với phosphoryl cholin có trong vách tế bào VSV có ion canxi trong khi SAP ưa kết hợp với phosphoryl-ethanolamin, gây kết tủa, hoạt hóa thực bào và hệ bổ thể [138]. Một số loài cá chỉ có một trong hai loại protein trên như cá tuyết (Gadus morhua L.) có CRP trong khi cá hồi ðại Tây Dương, cá heo (wolfish- Anarhichas minor ), cá bơn (Hippoglossus hippoglossus L.) chỉ có SAP hoặc những loài khác thì có cả 2 loại pentraxin này như cá bơn sao (Pleuronectes platessa L.), cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) [138].
Nhóm chất dung giải (lysin) là các enzyme mà bản thân chúng hoặc tương tác giữa chúng ngoài việc gây dung giải tế bào TNGB, còn có vai trò opsonin, hoạt hóa
thực bào. Chúng là các lysozyme, chitinase, các thành phần của hệ bổ thể có trong mô và dịch cơ thể [76], [103].
Bổ thể là tập hợp khoảng hơn 20 loại protein huyết thanh lưu thông trong dịch cơ thể, là phần cốt yếu của hệ thống miễn dịch tự nhiên và là nhân tố bảo vệ quan trọng nhất. Tương tự nhưñộng vật có xương sống bậc cao, cơ chế hoạt ñộng chủ yếu hệ bổ thể ở cá là tạo nên các lỗ thủng màng tế bào nhờ hoạt hóa bằng 3 con ñường khác nhau: con ñường cổñiển, con ñường khác và con ñường lectin [206]. Kết quả của 3 con ñường này là gây hiện tượng dung giải tế bào, opsonin và tiêu diệt mầm bệnh. Ngoài ra, hệ bổ thể còn có vai trò hoạt hóa phản ứng viêm, gây tăng tính thấm thành mạch, hóa ứng ñộng bạch cầu và kích thích thực bào [173], [206]. Không giống nhưở ñộng vật có vú, hệ bổ thể của cá có hoạt tính tốt trong khoảng nhiệt ñộ rộng, từ 15 oC ñến 25 oC và vẫn có thể duy trì hoạt tính ở nhiệt ñộ thấp (0 - 4 oC) [119].
Yếu tố C3 là thành phần trung tâm của hệ bổ thể trong cả 3 con ñường hoạt hóa kể trên. Chúng chiếm tỷ lệ lớn nhất trong protein huyết thanh. Chức năng của C3 là tăng cường kích thích thực bào thông qua opsonin, hóa ứng ñộng các tế bào miễn dịch, kích thích phản ứng viêm, kích thích tế bào B sinh sản và hoạt hóa phức hợp tấn công màng MAC (Membrane Attacking Complex) [206]. MAC ở cá hồi vân (O. mykiss) ñã ñược nghiên cứu và chứng minh cơ chế hoạt ñộng của nó là tạo ra các lỗ nhỏ trên màng tế bào vi khuẩn tương tự nhưở ñộng vật có vú [156]. Tùy từng loài cá xương, yếu tố C3 xuất hiện từ 11 ñến 57 ngày sau khi nở và là hàng rào miễn dịch quan trọng trong thời gian ñầu của ấu trùng khi chức năng của các cơ quan lympho chưa hoàn thiện [206]. Các dạng cấu trúc và chức năng của phân tử C3 (isotypes) ñược mã hóa bằng nhiều gen khác nhau làm cho các phân tử C3 càng trở nên ña dạng [172]. Các dạng C3 ñã ñược nghiên cứu ở nhiều loài cá như cá hồi, cá chép, cá tráp và cá mú vằn [206] và số lượng các dạng C3 phát hiện ở các loài cá rất khác nhau: cá hồi có 4 dạng C3, ở cá tráp có 5 dạng C3 [206], cá chép có 8 dạng và cá sóc (Oryzias latipes) có 3 dạng [192]. Sự ña dạng phân tử C3 của hệ bổ thể thể hiện sự tiến hóa của hệ thống miễn dịch và giúp cá tăng cường khả năng nhận biết của miễn dịch tự nhiên [191].
Mặc dù không mang ñặc tính nhớ và tạo ñáp ứng miễn dịch thứ cấp mạnh mẽ khi tái nhiễm TNGB, hàng rào các tế bào của hệ miễn dịch không ñặc hiệu ñóng vai trò quan trọng trong cơ chế bảo vệ sẵn có của cơ thể vật chủñối với mầm bệnh. Các tế bào trung tâm tạo nên hàng rào tế bào miễn dịch không ñặc hiệu này bao gồm bạch cầu (BC) ñơn nhân (Monocyte)/ ñại thực bào (Macrophage), BC trung tính (Neutrophil) và tế bào ñộc không ñặc hiệu (NCC- Non-specific cytotoxic cells) [67], [72]. Các hoạt tính hóa ứng ñộng bạch cầu (Leukocyte mobilization), thực bào (Phagocytosis Activity- PA), bùng nổ hô hấp (Respiratory Burst Activity- RBA), gây ñộc tế bào và tạo ra các yếu tố miễn dịch như Interleukin 1 (IL-1) hoặc yếu tố anpha gây hoại tử khối u ( alpha Tumor Necrosis Factor – αTNF) là các chức năng ñã ñược nghiên cứu trên nhiều loài cá xương và chứng minh vai trò bảo vệ cơ thể của hàng rào tế bào ở cá [17], [36], [51].
Ở cá xương, 2 loại tế bào tham gia chính vào quá trình thực bào là ñại thực bào (ðTB) và BC trung tính. Chúng loại bỏ vi khuẩn xâm nhập thông qua các sản phẩm có hoạt tính oxy hóa cao trong quá trình bùng nổ hô hấp khi tiếp xúc kháng nguyên [176].
ðại thực bào là BC không hạt lớn nhất, ñược biệt hóa từ các BC ñơn nhân, phân bố rộng rãi ở các mô, bao gồm cả mang cá và xoang cơ thể, nhưng chủ yếu ñược tìm thấy ở mạng lưới nội bì của thận, lách. Ở một vài loài cá, ðTB còn ñược tìm thấy ở tâm nhĩ [4]. Nhiều nghiên cứu cho rằng chức năng ðTB bao gồm khả năng thực bào, hóa ứng ñộng tiêu diệt tế bào vi khuẩn nhờ có các sản phẩm Interleukin 1 và yếu tố αTNF, xử lý và trình diện kháng nguyên. Mặc dù các thụ thể trên bề mặt ðTB cá chưa ñược biết rõ, nhưng nhiều nghiên cứu cho thấy có sự hiện diện của thụ thể gắn kết kháng nguyên, thụ thể bổ thể và phức hợp hòa hợp mô chủ yếu lớp II (MHC II) [166].
Ở một số loài cá, trong số BC có hạt, ngoài BC hạt trung tính còn có BC ưa axít (Eosinophils) và BC ưa kiềm (Basophils) trong khi ở một số loài cá khác vắng mặt một trong 2 loại BC này. Tỷ lệ của các loại BC này trong máu các loài cá rất khác nhau [18]. Trong ñó, BC trung tính phân bố ở thận, lách, máu và các ổ viêm loét với
các tỷ lệ khác nhau giữa các loài cá. Ví dụở cá tuyết, tỷ lệ tế bào BC trung tính phân bố ở máu nhiều hơn ở thận trong khi ở cá hồi ðại Tây Dương thì ngược lại [170]. Tương tự nhưñại thực bào, BC trung tính tham gia chính quá trình thực bào và tiêu diệt vi khuẩn do sở hữu myeloperoxidase có hoạt tính oxy hóa cao và lysozyme trong các hạt lysosomes nội bào [70]. Ngoài ra, BC trung tính cũng có sự hiện diện của thụ thể gắn kết kháng nguyên và thụ thể bổ thể [157]. Khi nghiên cứu quá trình phát triển của tế bào BC, Willett et al. (1999) ñã thông báo nguyên tủy bào BC trung tính (Neutrophilic myelocyte) bắt ñầu xuất hiện ở 34 ñến 48 giờ sau khi trứng thụ tinh và các tế bào trưởng thành xuất hiện ở các mô khác nhau sau 72 giờ [207].
BC ưa axít và BC ưa kiềm ở cá không tham gia thực bào. Mặc dù chức năng của chúng chưa ñược biết rõ, nhiều nghiên cứu ñã chứng tỏ chúng có vai trò tham gia phản ứng viêm và bảo vệ cơ thể chống lại ký sinh trùng [18].
Một loại tế bào khác cũng tham gia ñáp ứng miễn dịch không ñặc hiệu, ñó là tế bào ñộc không ñặc hiệu (Non-specific cytotoxic cell - NCC). Mặc dù khác nhau về hình thái cấu tạo, nhưng chúng có chức năng tương tự như tế bào diệt tự nhiên (Natural killer cells- NK) ở ñộng vật có vú, loại tế bào ñược biệt hóa từ tế bào lympho lớn có hạt. Gần ñây, một phát hiện mới vềñiểm khác biệt của NCC ở cá so với NK ởñộng vật có vú ở chỗ NCC của cá là những tế bào lympho kích thước nhỏ không hạt phân bố trong các cơ quan lympho như tiền thận và lách nhưng ít gặp ở trong máu [181], [203]. Chúng có khả năng diệt nhiều loại tế bào ñích khác nhau, bao gồm các dị bào kể cả các tế bào nuôi cấy nhân tạo, các tế bào nhiễm virus, tế bào khối u và ñộng vật ñơn bào ký sinh mà không ñòi hỏi sự tham gia của kháng thể [157]. NCC ñược mô tả ñầu tiên ở cá da trơn, sau ñó hoạt tính của nó cũng ñược chứng minh ở nhiều loài cá khác như cá rô phi (Oreochromis niloticus), cá hồi vân, cá chép và cá tráp [52], [181], [203]. Hoạt tính gây ñộc tế bào của chúng phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt ñộ [119], Vitamins [52], và các chất kích thích miễn dịch như Chitin [66] và Levamisole [52].
Bên cạnh các nhân tố bảo vệ nêu trên, cơ thể vật chủ còn có khả năng phối hợp cùng lúc rất nhiều cơ chế miễn dịch không ñặc hiệu bao gồm cả các yếu tố tế bào lẫn
yếu tố dịch thể trong phản ứng viêm. ðặc ñiểm của phản ứng viêm là tăng tính thấm thành mạch, hóa ứng ñộng bạch cầu từ máu tới ổ viêm [4]. Khi cơ thể bị tổn thương, khởi ñầu là sự gia tăng số lượng BC trung tính, tiếp ñến là sự xuất hiện của BC ñơn nhân và ðTB tại ổ viêm. BC trung tính tập trung khoảng một giờ sau khi tiêm tác nhân gây viêm và ñạt số lượng cực ñại sau 48 h (Trích [4]). Tại ñây, hàng loạt các tế bào thuộc hệ miễn dịch không ñặc hiệu bị kích hoạt và thực hiện chức năng thực bào, bùng nổ hô hấp, gây ñộc ñể tạo ra một lượng ñộc tố trung gian như O- hay NO- ñủ lớn ñể tiêu diệt mầm bệnh [112], [140], [168].
1.3.2. Miễn dịch ñặc hiệu
Miễn dịch ñặc hiệu hay còn gọi là miễn dịch mắc phải (Miễn dịch thích nghi) là ñáp ứng miễn dịch (ðƯMD) chỉ có thể thấy ở ñộng vật có xương sống và có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể chống lại sự tái nhiễm bệnh. ðặc ñiểm quan trọng của cơ chế ðƯMD này là tính ñặc hiệu, tính ña dạng và tính nhớ, nhờ ñó mà khi gặp lại cùng loại kháng nguyên, cơ thể sẽ hình thành nên ðƯMD thứ cấp ñặc trưng với thời gian phản ứng nhanh và cường ñộ mãnh liệt hơn.
Cho ñến nay, các nghiên cứu tương ñối ñầy ñủ các khía cạnh liên quan ðƯMD ñặc hiệu ở cá chỉ mới tập trung trên các ñối tượng quen thuộc như cá hồi, cá da trơn và cá chép [169], [193], [203]. Những yếu tố cơ bản của hệ miễn dịch mắc phải là các thụ quan tế bào lympho T, lympho B, các phân tử kháng thể (Immuno globulin- Ig) [203].
1.3.2.1. Cơ quan lympho ở cá và các lympho bào
Lympho bào có mặt trong máu, các cơ quan lympho và các mô. Tế bào lympho T (Tế bào T) biệt hoá ở tuyến ức (Thymus), các tế bào lympho B (Tế bào B) biệt hoá ở tuỷ xương. Trong ñó, tế bào T ñảm trách ðƯMD qua trung gian tế bào và hỗ trợ tế bào B sản sinh kháng thể. Ngoài ra, các tế bào lympho này còn có chức năng nhớ và dung thứ miễn dịch. Chúng mang các thụ thể với các chức năng riêng biệt trên bề mặt như thụ quan nhận diện kháng nguyên trên bề mặt tế bào B (Surface immunoglobuline- sIg), hoặc thụ quan CD4 trên bề mặt tế bào T có nhiệm vụ hoạt hóa tế bào B sinh kháng thể, hay tế bào T mang thụ quan CD8 làm nhiệm vụ của các tế bào ñộc [4], [157].
Thời ñiểm xuất hiện ñầu tiên của các loại tế bào lympho tại các cơ quan lympho cũng khác nhau tùy loài cá, ngày tuổi và còn phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt ñộ môi trường. Ví dụở cá chép (Cyprinus carpio) xuất hiện tế bào lympho ở tuyến ức, tiền thận và lách lần lượt sau 3, 6 và 8 ngày sau khi nởở nhiệt ñộ 22 oC. Trong khi ñó, ở cá hồi vân (O. mykiss) xuất hiện các tế bào này ở các cơ quan lympho trên tuần tự sau 3, 5 và 6 ngày sau khi nởở 14 oC [196].
Tuyến ức, tiền thận và lách là ba cơ quan lympho lớn nhất ở cá xương [215]. Sự hình thành các cơ quan lympho và xuất hiện các tế bào lympho trong các cơ quan này có ý nghĩa rất quan trọng trong nghiên cứu ðƯMD ở cá.
Tuyến ức của cá là một cặp ñối xứng nằm ở mặt lưng xoang mang và ở vị trí rất nông, chỉ ñược che chở bởi lớp ngoại bì của xoang mang (Hình 1.5). Lớp nội bì của mạch máu trong tuyến ức và biểu bì xoang mang bao phủ tuyến ức liên kết nhau rất chặt chẽ và ngăn chặn tuyệt ñối việc tiếp xúc giữa các nguyên bào T với kháng nguyên. Tuyến ức là nơi biệt hóa tế bào T. Trong tuyến ức có thể thấy các tế bào T ở nhiều giai ñoạn phát triển khác nhau, ngoài ra còn có các ñại thực bào, dưỡng bào,