tolerance)
Dung nạp miễn dịch qua đường niêm mạc (Mucosal tolerance) được nghiên cứu chủ yếu ở niêm mạc khoang tiêu hóa và đường hô hấp, từ đó có 2 khái niệm là “Oral
28
tolerance” (OL) và “Nasal tolerance” (NL). Khái niệm “Oral tolerance” được mô tả là trạng thái của hệ miễn dịch trung tâm không đáp ứng hay đáp ứng ở mức rất thấp
(hyporesponsiveness) ở lần gặp sau khi niêm mạc ở ruộtđã tiếp xúc với kháng nguyên qua con đường thức ăn trước. Hiện tượng trên được mô tả lần đầu tiên vào năm 1911
bởi Wells, khi ông nuôi chuột thí nghiệm với protein trứng và phát hiện cơ thể chúng có thể ngăn chặn sự quá mẫn khi tiếp xúc với protein đó lần sau. Năm 1946, Chase
nuôi chuột với tác nhân gây kích ứng da là DNCB (dinitrochlorobenzene) và quan sát
thấy mức độ phản ứng với DNCB trên da đã giảm đi. Hơn thế nữa. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã chứng minh rằng việc cho động vật ăn các protein như ovalbumin
(OVA) hay tế bào hồng cầu cừu cũng đều không gây ra đáp ứng với những protein
kháng nguyên trên khi tiêm chủng vào cơ thể ở lần sau, nhưng đặc biệt là cơ thể vẫn phản ứng bình thường với các kháng nguyên khác [15]. Hiện tượng trên cũng đã được nhận thấy trên cơ thể người khi thử nghiệm với kháng nguyên là KLH (keyhole lipet hemocyanin) [15].
Dung nạp miễn dịch là đặc tínhcơ bản của hệ thống miễn dịch tạo ra những cơ chế giúp cơ thể có những đáp ứng cần thiết và phân biệt giữa kháng nguyên bản thân hay không phải của bản thân (self-nonself discrimination). Nhờ vậy mà hệ miễn dịch có thể bảo vệ cơ thể chống lại mầm bệnh ngoại nhiễm (external pathogens) mà không gây
ra phản ứng tự miễn dịch. Hiện nay, tuy cơ chế dung nạp vẫn chưa được nắm tường tận, nhưng con người đã có thể ứng dụng những hiểu biết nhất định về hiện tượng này để điều trị các bệnh lý tự miễn.
Cơ chế của dung nạp miễn dịch có thể được phân thành 2 cơ chê chính dựa vào cơ chế tác động của hiện tượng dung nạp lên sự cảm ứng tế bào T điều hòa (Treg) kích
hoạt sự ức chế đáp ứng miễn dịch hay sự cảm ứng hiện tượng thoái hóa dòng
(deletion) hay vô ứng dòng (anergy). Và yếu tố chính yếu định hướng cơ chế diễn tiến của sự dung nạp là liều lượng của kháng nguyên được đưa vào cơ thể qua đường tiêu hóa hay hô hấp [20].
Với liều lượng thấp, tế bào Treg sẽ quyết định kết quả hiện tượng dung nạp bằng cách cảm ứng các dòng tế bào điều hòa đặc hiệu kháng nguyên (antigen-specific
regulatory cells) sau khi được trình diện bởi tế bào APC, các tế bào này tiết ra các cytokine như TGF-β, IL-10, IL-4. Đồng thời, các tế bào T này di chuyển đến các cơ quan lympho để ức chế đáp ứng miễn dịch bằng cách ngăn chặn sự hình thành các tế bào hiệu lực; hay đến các cơ quan mục tiêu khác để ngăn cản sự phát triển của bệnh gây ra bởi kháng nguyên khác bằng cách tiết ra các cytokine không đặc hiệu bởi kháng nguyên mà các APC trình diện cho chính tế bào t đó. Trường hợp thứ hai gọi là hiện tượng “bystander suppression”, tức là hiện tượng dung nạp miễn dịch mà tế bào Treg cảm ứng bởi kháng nguyên này có thể ức chế đáp ứng miễn dịch kích thích bởi một
kháng nguyên khác, miễn là kháng nguyên tiếp nhận qua đường niêm mạc ở lần đầu hiện diện ở cả những mô, cơ quan hay cấu trúc lân cận [20].
29
Với liều lượng kháng nguyên cao gây ra sự vô ứng hay thoái hóa dòng tế bào T đặc hiệu khi kháng nguyên đi xuyên qua hàng rào biểu mô và được trình diện bởi các tế bào trình diện kháng nguyên ở ruột hay ở các cơ quan miễn dịch hệ thống.
Sự thoái hóa hay vô ứng dòng:
Sự thoái hóa dòng là hiện tượng tế bào T bị chết, giảm nhanh số lượng nhận thấy trong các thử nghiệm in vitro phụ thuộc vào liều lượng và tần số kháng nguyên được tiếp nhận. Giữa hai cơ chế của dung nạp là thoái hóa dòng và sự hình thành dòng tế bào Treg có mối liên hệ thú vị với nhau. Như đã nhắc đến ở trên, sự cảm ứng dòng tế bào Treg được điều hòa bởi cytokine TGF-β, và TGF-β lại là sản phẩm của cơ chế
thoái hóa dòng. Xác tế bào T bị thoái hóa sẽ được xử lý bởi đại thực bào, hoạt đông
này kết quả là tạo ra cytokine điều hòa TGF-β. Hoặc bản thân tế bào t bị thoái hóa cũng tiết ra môi trường TGF-β ở cả hai dạng không hoạt động và hoạt động. Chính sự xuất hiện của TGF-β trong môi trường do sự thoái hóa dòngdẫn đến sự cảm ứng dòng tế bào Treg hoạt động [20].
Một cơ chế nữa giải thích cho vấn đề thiếu sự hoạt động chức năng của tế bào T nhưng không có sự xuất hiện của cơ chế điều hòa là hiện tượng vô ứng dòng. Nên, vô
ứng dòng có thể được định nghĩa là sự đáp ứng với cytokine điều hòa IL-2 khi không
có mặt dòng tế bào điều hòa, và là cơ chế dung nạp chính yếu khi kháng nguyên được tiếp nhận với liều lượng cao ở niêm mạc. Tế bào vô ứngkhông có khả năng thực hiện chức năng miễn dịch như chức năng hỗ trợ hay độc tế bào, nhưng vẫn duy trì khả năng sản xuất ra một số cytokine như IL-4, IL-10. Bên cạnh đó, tế bào T CD4+bị vô ứng có thể biểu hiện tính chất vàhoạt động của tế bào kìm hãm (suppressor cells) in vivo và in vitro nhờ một trong những cytokine như IL-4, IFN-γ, TGF-β [20].
Tế bào Treg và cơ chế kìm hãm:
Tế bào Treg lần đầu tiên được mô tả vào những năm 70 thế kỷ trước, khi đó các nhà khoa học xem dòng tế bào này thuộc về dòng tế bào mang thụ thể CD8+, và được gọi là tế bào T ức chế (suppressor T cells). Những nghiên cứu sau đó đưa ra một số nhận định mới về dòng tế bào T mang thụ thể CD4, CD25 hay FoxP3. Với từng đặc điểm cụ thể của từng dòng tế bào Treg mà cơ chế của hiện tượng dung nạp cả ở vị trí niêm mạc hay hiện tượng dung nạp xảy ra ở tuyến ức. Treg có thể được phân chia
thành 3 dòng tế bào chính là Tr1, Th3, và nTreg, 3 dòng tế bào này có liên quan đến cơ chế nội cân bằng và dung nạp miễn dịch ở niêm mạc đường tiêu hóa [25].
Tr1 là dòng tế bào sản xuất IL-10 lần đầu tiên được mô tả trong nghiên cứu về tương tác hỗ trợ của IL-10 đến việc nuôi cấy và sinh trưởng của splenocyte. Với sự hỗ trợ của các cytokine điều hòa , tế bào CD4+ có thể phát triển thành dòng tế bào đặc trưng CD4+CD25-Foxp3-với chức năng ức chế, kìm hãm đáp ứng miễn dịch của các tế
30
bào khác. Mặc dù IL-10 là cytokine được sản xuất vượt trội bởi Tr1, nhưng cả TGF-β
và IL-10 đều là các cytokine ức chế hiệu quả, cản trở sự sản xuất cytokine từ các tế bào t đã được kích hoạt, ngăn chặn biểu hiện của những phân tử hoạt hóa (costimulator) trên các APC, và kìm hãm sự sản xuất kháng thể [25].
Th3 là dòng tế bào T CD4+ sản xuất TGF-β đặc hiệu kháng nguyên, có nguồn gốc từ MLN ở đối tượng chuột thí nghiệm có hiện tượng dung nạp. Tế bào Th3 được xem như là một thành phần của dòng tế bào T LAP+ (biểu hiện những đoạn peptide chưa có hoạt tính trên màng tế bào, latency associated peptide) có đặc tính ức chế đáp ứng miễn dịch rất hiệu quả, giúp duy trì trạng thái nội cân bằng. Vì TGF-β có thể cảm ứng biểu hiện Foxp3, là một yếu tố đặc trưng của dòng tế bào T điều hòa, nên tế bào
Th3 có khả năng tác động lên sự phát triển thành tế bào Treg của các tế bào lân cận,
gọi là sự dung nạp lây nhiễm (infectious tolerance) [25]. Ngoài ra, sự biểu hiện Foxp3
còn được cảm ứng bởi RA, nên cho thấy vai trò của nhóm các tế bào DC ở ruột (là
những tế bào sản sinh RA) trong việc hình thành dòng tế bào Foxp3+ Treg.
nTreg phát triển ở tuyến ức, mang thụ thể CD4, CD25 và biểu hiện ở mức cao thụ thể Foxp3. Sự kìm hãm của nTreg tác động trên các tế bào hiệu lực thông qua một số phân tử ức chế như CTLA-4 và các cytokine điều hòa như IL-10, TGF-β và IL-35.
nTreg có nhiệm vụ duy trì tráng thái cân bằng của hệ miễn dịch trung ương, ngăn chặn bệnh lý tự miễn [25].
Cả 3 dòng tế bào Treg đều tham gia vào hoạt động ức chế miễn dịch của cơ chế dung nạp miễn dịch khi kháng nguyên tiếp xúc với niêm mạc đường tiêu hóa, nhưng sự đóng góp khác nhau giữa các dòng tế bào và vai trò trong ổn định và duy trì sự dung nạp ở vị trí ngoài mô niêm mạc vẫn còn chưa được xác định. Ngoài ra, các dòng
tế bào khác như CD8+, tế bào T TCRγδ, tế bào NKT… và đặc biệt là tế bào DC cũng có vai trò trong cơ chế hoạt động của hiện tượng dung nạp. Đặc biệt, “mucosal
tolerance” dường nhưcó thể kích hoạt toàn bộ các loại tế bào T điều hòa, điều này cho thấy con đường niêm mạc là phương thức trực tiếp và hiệu quả nhất để cảm ứng dung nạp ngoại vi (peripheral tolerance) [20].
31
Chương 2 Chất phụ trợ và hệ thống chuyển giao kháng nguyên ứng dụng trong vaccine theo đường niêm mạc
Vaccine niêm mạc hay sự tiêm chủng theo con đường niêm mạc là phương thức phòng chống bệnh bằng cách cho kháng nguyên vào cơ thể vật chủ thông qua đường miệng, hay được đặt trực tiếp trên bề mặt niêm mạc. Vớiphương thức thực hiện như
trên, nên kháng nguyên cũng như các hoạt chất trong vaccine đều phải đối mặt và vượt qua những điều kiện không thuận lợi giống như khi tác nhân gây bệnh muốn xâm nhập vào cơ thể vật chủ đó chính là hàng rào phòng ngự không đặc hiệu bao gồm: ảnh hưởng của các dịch tiết như dịch vị, dịch mật trong khoang tiêu hóa, sự cản trở của lớp dịch nhầy, sự tấn công của các enzyme protease hay nuclease, sự ngăn chặn và loại trừ của hàng rào biểu mô [20]. Điều đó đòi hỏi cần phải sử dụng vaccine ở liều lượng cao,
và cũng cần phải xác định chính xác liều lượng thật sự vượt qua được hàng rào trên.
Đối với các protein kháng nguyên hòa tan truyền thốngđược sử dụng đơn lẻ thì việc được tiếp nhận thường ở mức rất thấp, hoạt tính kháng nguyên kém và chủ yếu gây ra hiện tượng dung nạp miễn dịch [1, 12].
Với những khó khăn trên, việc thiết kế vaccine niêm mạc cần phải được thực hiện với 4 mục tiêu chính sau: (i) bảo vệ được kháng nguyên khỏi sự tác động của môi trường niêm mạc, giữ nguyên được cấu trúc, hoạt tính; (ii) tăng cường sự tiếp nhận kháng nguyên bởi các tế bào biểu mô, hoặc để có hiệu quả cao hơn thì vaccine được thiết kế với mục đích định hướng nhắm vào tế bào M; (iii) vaccine cần phải kích hoạt được hệ thống miễn dịch bẩm sinh để có thể kích thích chính xác đáp ứng miễn dịch đặc hiệu thích hợp; (iiii) và quan trọng hơn hết và vaccine phải có hiệu quả cao, duy trì
trong thời gian dài, việc này đòi hỏi vaccnine phải cảm ứng hình thành miễn dịch nhớ
(immunological memory) [30]. Để thực hiện được những mục tiêu trên phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố từ việc thiết kế kháng nguyên, chọn lựa vị trí tiêm chủng, đến việc kết hợp sử dụng chất phụ trợ (adjuvants) và các hệ thống chuyển giao vaccine (deliver systems)… Trong đó, hai yếu tố hỗ trợ góp phần to lớn đến hiệu quả tiêm chủng là sự phối hợp sử dụng chất phụ trợ và chọn lựa phương thức chuyển giao. Trong nội dung
của chương này sẽ đề cập đến hai vấn đề trên.