Cytokin

Đại cương

Đặc tính chung của các cytokin

Cytokin là các polypeptid được sản xuất khi có kích thích của vi sinh vật hay các kháng nguyên khác nhằm trung gian và điều hòa các phản ứng miễn dịch và viêm (Hình 7.1). Mặc dù cytokin có cấu trúc khác nhau nhưng chúng có nhiều tính chất chung.

Cytokin được bài tiết với lượng nhỏ và tự hạn chế.

Các phản ứng của cytokin thường đa hướng và trùng lặp (Hình 7.2).

Cytokin này thường ảnh hưởng đến sinh tổng hợp và tác động của cytokin khác.

Hình 7.1. Các chức năng của cytokin trong sức đề kháng của cơ thể chủ

(A)Trong miễn dịch bẩm sinh, các cytokin được sản xuất bởi đại thực bào và tế bào NK và làm trung gian cho đáp ứng viêm chống lại vi sinh vật. (B) Trong miễn dịch thu được, cytokin kích thích sự tăng sinh và biệt hóa lymphô bào đã tiếp xúc kháng nguyên và hoạt hóa các tế bào hiệu quả đặc biệt, ví dụ như đại thực bào.

Tác động của cytokin có thể mang tính cục bộ hoặc hệ thống.

Cytokin bắt đầu tác động của mình nhờ gắn vào thụ thể đặc hiệu của mình trên màng tế bào đích.

Những tín hiệu bên ngoài có thể điều hòa sự bộc lộ của thụ thể cytokin vì thế điều hòa luôn cả đáp ứng của cytokin.

Tác động của đa số cytokin trên tế bào là tạo ra biến đổi biểu hiện gen, làm xuất hiện các chức năng mới và đôi khi gây tăng sinh tế bào đích.

Hình 7.2. Các tính chất của cytokin

Đây là các ví dụ về các tính chất của cytokin: tính tác động đa hướng: một cytokin có thểcho tác dụng lên nhiều tế bào khác nhau, tính tác động trùng lặp: nhiều cytokin có thể có cùngtác dụng trên một loại tế bào, tính hiệp lực: hai hay nhiều cytokin tạo tác dụng mạnh hơn mộtloại, và tính đối kháng: một cytokin có thể ức chế tác động của một cytokin khác.

Chức năng của cytokin

Cytokin có 3 chức năng chính:

Làm chất trung gian và điều hòa miễn dịch bẩm sinh: đây là các cytokin được sản xuất bởi thực bào đơn nhân. Việc sản xuất các cytokin này được kích thích bởi các sản phẩm của vi khuẩn như lipopolysaccharid (LPS) hoặc của virus nh ư RNA chuỗi kép và chúng hoạt động như là một bộ phận của hệ miễn dịch bẩm sinh. Cũng có khi các cytokin này được sản xuất do kích thích của tế bào T đặc hi ệu kháng nguyên, lúc này chúng hoạt động với tư cách là một bộ phận của hệ miễn dịch thu được. Tác động của nhóm cytokin này là trên tế bào nội mô và các loại bạch cầu để tạo ra phản ứng viêm sớm. Tế bào NK cũng sản xuất một số cytokin.

Làm chất trung gian và điều hòa miễn dịch thu được: đây là các cytokin được sản xuất bởi chủ yếu là tế bào lymphô T nhằm chống lại kháng nguyên lạ. Một số cytokin có tác dụng chủ yếu là điều hòa sự trưởng thành và biệt hóa của các quần thể lymphô bào khác nhau do đó chúng đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn hoạt hóa của đáp ứng phụ thuộc tế bào T. Một số cytokin khác có xuất xứ từ tế bào T lại quan trọng trong giai đoạn hiệu quả vì chúng có chức năng điều hòa các loại tế bào hiệu quả như thực bào, tế bào trung tính, ái toan, …

Làm chất kích thích tạo máu: các cytokin này do các tế bào đệm, bạch cầu và một vài tế bào khác của tủy xương sản xuất. Chúng có thể kích thích sự phát triển và biệt hóa của bạch cầu non.

Tóm lại, các cytokin của hệ miễn dịch bẩm sinh và thu được thường do nhiều loại tế bào khác nhau sản xuất và tác động lên nhiều lọai tế bào đích khác nhau. Tuy nhiên, sự phân biệt này không có tính tuyệt đối vì một cytokin có thể được sản xuất cả trong đáp ứng bẩm sinh lẫn thu được, và các cytokin khác nhau có thể tạo ra một số tác dụng giống nhau.

Thụ thể và tín hiệu cytokin

Tất cả các thụ thể cytokin đều có một hoặc nhiều protein xuyên màng và phần nằm bên ngoài tế bào là phần gắn với phân tử cytokin để tạo ra luồng tín hiệu truyền vào bên trong tế bào. Các thụ thể cytokin được phân loại dựa trên tính tương đồng về cấu trúc của các domain gắn kết cytokin bên ngoài tế bào. Có 5 họ thụ thể cytokin (Hình 7.3A).

Thụ thể cytokin typ I: còn được gọi là thụ thể tạo máu, chứa một hoặc nhiều bản sao của một domain có 2 cặp phân tử cố định cystein và một trình tự cận màng tryptophan-serin-X-tryptophan-serin (WSXWS), trong đó X là một acid amin bất kỳ. Loại thụ thể này tiếp nhận các cytokin có cấu tạo cuộn thành 4 chuỗi xoắn α. Những thụ thể này có các chuỗi liên kết ligand đặc biệt và một hoặc nhiều chuỗi truyền tín hiệu có cấu trúc giống nhau khi tiếp nhận các cytokin khác nhau (Hình 7.3B).

Thụ thể cytokin typ II: loại này cũng giống typ I vì có 2 domain ngoại bào mang phân tử cố định cystein, nhưng typ II không có trình tự cận màng WSXWS. Thụ thể loại này có một chuỗi polypeptid liên kết ligand và một chuỗi truyền tín hiệu.

Một số thụ thể cytokin có các domain Ig ngoại bào và được xếp vào siêu họ Ig. Nhóm thụ thể này liên kết với những cytokin khác nhau và truyền tín hiệu theo những cơ chế khác nhau.

Thụ thể TNF thuộc về một họ thụ thể (trong đó có nhiều thụ thể không phải của cytokin) có mang các domain ngoại bào chứa nhiều phân tử cố định cystein. Khi liên kết với ligand, các thụ thể này hoạt hóa một số protein nội bào để tạo nên hiện tượng chết lập trình (apoptosis) hoặc kích thích biểu hiện gen, hoặc cả hai.

Hình 7.3A và B. Cấu trúc của các thụ thể cytokin

A.Thụ thể của cytokin được xếp thành nhiều họ dựa trên cấu tạo cố định ngoại bào.

B.Các thụ thể cytokin được cấu tạo bởi các chuỗi liên kết ligand đặc hiệu cytokin (thường là chuỗi α) liên kết không đồng hóa trị với các tiểu đơn vị truyền tín hiệu là các cấu tạo có thể giống nhau.

Thụ thể bảy vòng xoắn xuyên màng hay còn gọi là thụ thể hình rắn bởi vì các domain xuyên màng của chúng có hình dạng giống con rắn chạy qua chạy về hai bên màng. Trong hệ miễn dịch, thụ thể loại này làm trung gian cho các phản ứng nhanh và thoáng qua của một họ cytokin có tên là chemokin

Các cytokin trung gian và điều hòa miễn dịch bẩm sinh

TNF (tumor necrosis factor)

TNF là chất trung gian chính của phản ứng viêm cấp chống vi khuẩn gram âm và một số vi sinh vật khác. TNF đồng thời cũng là chất chịu trách nhiệm về nhiều biến chứng toàn thân của nhiễm trùng nặng. TNF lần đầu tiên được tìm thấy trong huyết thanh động vật xử lý với nội độc tố vi khuẩn (LPS) và có tác dụng gây ra sự hoại tử của các khối u trong cơ thể khi hiện diện với lượng lớn.

Nguồn gốc, thụ thể

Ngu ồn sản xuất TNF chủ yếu là thực bào đơn nhân, tuy nhiên một số tế bào khác như lymphô T, NK, dưỡng bào cũng có thể tiết ra chất này. Kích thích mạnh nhất đối với đại thực bào để dẫn đến sản xuất TNF là LPS. Ngoài ra, một lượng lớn cytokin này còn được sản xuất bởi các vi khuẩn gram âm. Các interferon γ do tế bào T và NK sản xuất cũng có tác dụng khuyếch đại sinh tổng hợp TNF của đại thực bào đã được LPS kích thích.

Có 2 loại thụ thể của TNF, loại có trọng lượng phân tử 55 kD có tên là THF-RI và loại có trọng lượng phân tử 75 kD có tên là TNF- RII. Các thụ thể này có mặt trên hầu hết các loạ i tế bào trong cơ thể.

Hoạt tính sinh học

Chức năng sinh lý chính của TNF là kích thích tập trung tế bào trung tính và tế bào mono đến nơi nhiễm trùng và hoạt hóa những tế bào này để tiêu diệt vi khuẩn (Hình 7.4)

TNF làm bộc lộ các phân tử kết dính trên tế bào nội mô làm dính lại tế bào bạch cầu, trung tính và mônô tại đây. Hai phân tử kết dính quan trọng ở đây là selectin và ligand dành cho integrin bạch cầu.

TNF kích thích tế bào nội mô và đại thực bào tiết ra chemokin nhằm tăng cường ái lực của integrin bạch cầu đối với ligand của chúng và tạo nên sự tập trung bạch cầu. TNF còn kích thích thực bào đơn nhân tiết IL-1 là chất có tác dụng rất giống TNF.

Ngoài vai trò trong viêm, TNF còn khởi động cái chết lập trình đối với một số tế bào.

Trong nhiễm trùng trầm trọng, TNF được sản xuất với lượng lớn và gây nên những triệu chứng lâm sàng toàn thân cùng với các tổn thương giải phẫu bệnh. Nếu sự kích thích sản xuất TNF đủ mạnh thì nó có thể gây ra sản xuất thừa TNF và lượng này sẽ tràn vào máu để đến gây ra các tác động ở xa vị trí nhiễm trùng như một hooc-môn vậy. Các tác động toàn thân của TNF bao gồm:

TNF tác động lên vùng dưới đồi để gây ra sốt, do đó người ta gọi nó là chất gây sốt nội sinh (để phân biệt với LPS là chất gây sốt ngoại sinh). Sốt xảy ra do TNF (và cả IL-1) được thực hiện qua trung gian của sinh tổng hợp prostaglandin. Do vậy, các chất kháng prostaglandin có thể giảm sốt do TNF và IL-1.

TNF tác động lên tế bào gan làm tăng tổng hợp protein huyết thanh. Những protein huyết tương do gan sản xuất dưới tác động của TNF, IL-1 và IL-6 tạo nên đáp ứng pha cấp của phản ứng viêm.

Sự sản xuất TNF kéo dài gây ra tiêu hao tế bào cơ và mỡ và cuối cùng dẫn đến suy kiệt.

Khi một lượng lớn TNF được sản xuất thì khả năng co cơ tim và cơ trơn thành mạch bị ức chế gây ra tụt huyết áp và đôi khi cả sốc.

Hình 7-4. Các hoạt tính sinh học của TNF

Với nồng độ thấp, TNF tác động lên bạch cầu và nội mô để khởi động phản ứng viêm. Ở nồng độ trung bình, TNF làm trung gian các tác động toàn thân của phản ứng viêm. Và với nồng độ cao, TNF gây ra các bất thường bệnh lý của sốc nhiễm trùng.

TNF gây ra huyết khối nội mạch do tế bào nội mô mất tính chất chống đông bình thường. TNF kích thích tế bào nội mô bộc lộ yếu tố mô là một chất hoạt hóa đông máu mạnh. Khả năng của chất này trong việc hoại tử u như tên gọi của nó là kết quả của huyết khối trong các mạch máu của u.

Lượng TNF lớn lưu thông trong máu còn có thể gây ra rối loạn chuyển hóa, cụ thể là hạ đường huyết do tăng tiêu thụ đường nhưng gan không bù lại được.

Có một biến chứng nặng của nhiễm trùng gram âm là sốc nhiễm trùng (còn gọi là sốc nội độc tố). Bệnh cảnh sốc bao gồm trụy tim mạch, đông máu nội mạch rải rác và rối loạn chuyển hóa. Hội chứng này chính là do TNF và một số cytokin khác như IL-12, INF-γ và IL-1 được sản xuất ra nhiều dưới tác động của LPS vi khuẩn. Đo nồng độ TNF huyết thanh có thể dự báo được bệnh cảnh sốc này. Các chất đối kháng TNF có thể ngăn ngừa tử vong trong mô hình thực nghiệm nhưng trên lâm sàng thì không, mà lý do có lẽ ngoài TNF các cytokin cũng có tác động như TNF và mạnh không kém.

Interleukin-1 (IL-1)

Chức năng chính của IL-1, cũng giống như TNF, là làm trung gian cho đáp ứng viêm của cơ thể chủ chống lại nhiễm trùng cũng như các kích thích viêm khác. IL-1 hoạt động cùng với TNF trong hệ miễn dịch bẩm sinh.

Nguồn gốc, thụ thể

Ngu ồn sản xuất chủ yếu của IL-1, cũng giống như TNF, là thực bào đơn nhân hoạt hóa. Nhưng khác v ới TNF, IL- 1 còn được sản xuất bởi một số tế bào khác như tế bào trung tính, tế bào biểu mô, tế bào nội mô.

Có hai dạng IL- 1 gọi là IL-1α và IL-1β, cả hai đều gắn vào một loại thụ thể tế bào và có hoạt tính sinh học như nhau. Cả hai đều được sản xuất dưới dạng một tiền chất 33 kD và một mảnh cắt 17 kD. Dạng hoạt động của IL-1β là mảnh cắt trong khi dạng hoạt động của IL-1α là cả tiền chất lẫn mảnh cắt. Đa số IL-1 tìm thấy trong tuần hoàn là IL-1β.

Có hai thụ thể màng cho IL- 1 được gọi là thụ thể typ I và th ụ thể typ II. Cả hai đều thuộc siêu họ Ig. Thụ thể typ I có trên hầu hết tế bào còn thụ thể typ II được thấy chủ yếu trên tế bào B, tuy nhiên cũng có thể kích thích tạo ra trên một số tế bào khác.

Hoạt tính sinh học

Hoạt tính sinh học của IL-1 cũng giống như của TNF và phụ thuộc vào số lượng được sản xuất.

Khi được tiết với nồng độ thấp, IL-1 tác động như một chất trung gian của phản ứng viêm tại chỗ. Nó tác độ ng lên tế bào nội mô để tăng bộc lộ các phân tử bề mặt kết dính bạch cầu như ligand của integrin.

Khi được tiết với lượng lớn, IL-1 đi vào máu và có tác dụng như nội tiết tố. Tác dụng toàn thân của IL-1 giống với TNF là gây sốt, kích thích gan sản xuất các protein huyết tương pha cấp, và tạo ra sự suy kiệt.

Sự giống nhau về tác động của IL-1 và TNF rất đáng ngạc nhiên. Tuy vậy chúng cũng có những khác nhau như: IL-1 không trung gian quá trình chết lập trình (apoptosis) của tế bào ngay cả khi có nồng độ cao và bản thân nó không gây sốc nhiễm trùng.

Thực bào đơn nhân có sản xuất ra một chất ức chế tự nhiên đối với IL-1. Chất này có chung thụ thể với IL-1 hoạt động như một chất ức chế tương tranh với IL-1 do đó nó được gọi là chất đối kháng thụ thể IL-1 (IL-1 receptor antagonist, IL-1ra). IL-1ra có thể là một chất điều hòa nội sinh của IL-1.

Chemokin

Chemokin là một họ gồm nhiều cytokin có khả năng kích thích bạch cầu di chuyển và điều hòa sự di chuyển của chúng từ máu đến các mô. Từ chemokin là viết tắt của chemotactic cytokin có nghĩa là cytokin hóa hướng động. Một số chemokin có thể được sản xuất bởi nhiều loại tế bào khác nhau để đối phó với kích thích viêm và thu hút bạch cầu đến chỗ viêm. Một số chemokin khác được sản xuất bởi nhiều mô khác nhau ngay cả khi không có viêm và cũng thu hút bạch cầu (chủ yếu là lymphô) đến mô.

Cấu tạo, nguồn gốc, thụ thể

Tất cả các chemokin đều là những polypeptid có trọng lượng phân tử 8-12 kD và chứa 2 cầu di-sulfua bên trong. Người ta đã xác định được khoảng 50 chemokin và tương lai có thể phát hiện thêm. Chemokin được chia thành nhiều họ dựa trên số lượng phân tử cystein có đầu tận cùng N. Hai họ chủ yếu là họ chemokin CC có các phân tử cystein tận cùng nằm cạnh nhau và họ CXC có các phân tử cystein tận cùng nằm cách nhau bởi một acid amin. Khi có phản ứng viêm thì chemokin CXC tác động chủ yếu lên tế bào trung tính, còn CC thì tác động lên tế bào mono, lymphô và ái toan. Chemokin còn có họ C tức chỉ có một phân tử cystein hoặc họ CX3C tức có 2 phân tử Cystein cách nhau bởi 3 acid amin.

Về nguồn gốc, các chemokin liên quan đến phản ứng viêm được sản xuất bởi tế bào bạch cầu khi có các kích thích đến từ bên ngoài. Còn các chemokin điều hòa sự lưu thông tế bào qua các mô thì được sản xuất bởi những tế bào khác nhau trong các mô này.

Người ta đã xác định được 11 loại thụ thể dành cho chemokin CC và được đặt tên từ CCR1 đến CCR11, 6 thụ thể dành cho CXC được đặt tên từ CXC1 đến CXC6 và đây chưa phải là hết. Thụ thể của chemokin được thể hiện trên tế bào bạch cầu, đặc biệt trên tế bào T người ta thấy có rất nhiều thụ thể chemokin. Tất cả thụ thể chemokin có chung một cấu trúc đặc trưng là bao gồm những domain có cấu tạo 7 vòng xoắn α xuyên màng.

Có một số thụ thể chemokin như CCR5 và CXCR4 có tác động như những đồng thụ thể đối với HIV. Một số lymphô bào T hoạt hóa có thể tiết ra những chemokin liên kết với CCR5 và cạnh tranh cùng với virus qua đó phong bế nhiễm trùng HIV.

Hoạt tính sinh học

Chemokin được phát hiện là nhờ vào chức năng hóa hướng động của chúng nhưng thật ra chúng còn có nhiều chức năng quan trọng khác trong hệ miễn dịch cũng như các hệ thống khác.

Chemokin tập trung các loại tế bào của cơ thể chủ đến vị trí nhiễm trùng. Chemokin hiện diện trên tế bào nội mô tác động lên các bạch cầu đi qua làm cho các integrin bạch cầu tăng ái lực kết gắn với ligand của chúng. Điều này rất quan trọng để giữ bạch cầu lại nội mô của mao mạch vùng tổn thương. Ngoài ra, chemokin còn kích thích sự di chuyển của bạch cầu đến nơi có tổn thương trên cơ sở độ chênh nồng độ của chemokin tại nơi tổn thương và các nơi khác. Các chemokin khác nhau kích thích các tế bào khác nhau nhờ thế mà kiểm soát được thành phần của các tế bào tại ổ viêm. Ví dụ, chemokin IL-8 huy động chủ yếu tế bào trung tính, còn chemokin eotaxin tập trung tế bào ái toan.

Chemokin điều hòa sự lưu thông của tế bào lymphô và các bạch cầu khác trong các mô lymphô ngoại biên. Đây là một phát hiện mới trong miễn dịch học. Các chemokin có khả năng thúc đẩy các tế bào hiệu quả đã được hoạt hóa và tế bào T nhớ di chuyển đến các mô không phải thuộc hệ lymphô bao gồm cả da và niêm mạc. Sự chọn lựa những tế bào khác nhau để đưa đến các mô khác nhau phụ thuộc vào số lượng và thụ thể trên tế bào của từng loại chemokin.

Interferon (IFN) typ I

Interferon typ I là những chất làm trung gian đáp ứng sớm của miễn dịch bẩm sinh chống lại các nhiễm trùng virus.

Cấu tạo, nguồn gốc và thụ thể

IFN typ I gồm có 2 nhóm protein có tên là IFN-α và IFN-β. IFN-α là một họ gồm có 20 polypeptid có cấu trúc liên quan với nhau và mỗi polypeptid được mã hóa bởi một gen riêng. IFN-α được sản xuất chủ yếu bởi các thực bào đơn nhân và đôi khi còn được gọi là interferon bạch cầu. IFN-β là một protein được sản xuất bởi nhiều loại tế bào như nguyên bào sợi và vì thế mà đôi khi nó còn được gọi là interferon nguyên bào sợi. Kích thích hiệu quả nhất đối với sự tổng hợp interferon là nhiễm trùng virus, nhất là các virus RNA chuỗi kép do virus tạo ra trong quá trình nhân lên của chúng trong tế bào chủ. Trong phòng thí nghiệm, việc sản xuất IFN typ I được kích thích bởi các RNA chuỗi kép nhân tạo có tín hiệu rất giống với nhiễm trùng virus. Tế bào T được kháng nguyên hoạt hóa cũng kích thích thực bào đơn nhân tổng hợp IFN typ I.

Mặc dầu IFN-α và IFN-β khác nhau về cấu tạo nhưng chúng lại gắn vào cùng một thụ thể và tạo ra đáp ứng sinh học giống nhau.

Hoạt tính sinh học

Hoạt tính của IFN typ I là bảo vệ cơ thể chống lại nhiễm trùng virus và thúc đẩy đáp ứng miễn dịch tế bào chống lại các vi sinh vật nội bào. (Hình 7.5).

IFN typ I ức chế sự nhân lên của virus. IFN kích thích tế bào sản xuất ra nhiều loại enzym như 2’5’synthetase oligoadenylate có tác dụng ngăn cản sao chép của virus DNA hoặc RNA và ức chế sự nhân lên của chúng. Tác dụng chống virus của IFN typ I vừa mang tính tự thân (autocrine) tức là ức chế được sự nhân lên của virus trong bản thân mình vừa có tác động kế cận (paracrine) nghĩa là có tác dụng bảo vệ các tế bào chưa nhiễm bên cạnh.

IFN typ I có tác dụng gia tăng sự bộc lộ của phân tử MHC lớp I. Tế bào T CD8+ có khả năng nhận diện kháng nguyên lạ liên kết với MHC lớp I, và IFN typ I thúc đẩy sự nhận diện đối với phức hợp gồm lớp I và kháng nguyên virus trên tế bào nhiễm, qua đó tế bào gây độc dễ dàng nhận ra tế bào chứa virus và tiêu diệt chúng.

IFN typ I kích thích sự phát triển của tế bào Th1 ở người. Hiệu ứng này có được là nhờ IFN typ I đã thúc đẩy sự bộc lộ các thụ thể chức năng của tế bào T đối với cytokin khởi động Th1 là IL-12. IFN typ I còn có khả năng gia tăng hoạt tính ly giải tế bào của tế bào NK.

Hình 7.5. Hoạt tính sinh học của interferon typ I

IFN typ I (IFN-αvà IFN –β) được sản xuất bởi các tế bào nhiễm virus và đại thực bào. IFN typ I ức chế nhiễm trùng virus và thúc đẩy hoạt tính CTL chống lại tế bào đã nhiễm virus.

Trong phòng thí nghiệm, IFN typ I ức chế sự tăng sinh của nhiều loại tế bào, kể cả lymphô. Cơ chế ức chế tăng sinh này của IFN typ I vẫn chưa được rõ.

Tóm lại, chức năng chủ yếu của IFN typ I là ức chế và loại bỏ nhiễm trùng virus. Trong lâm sàng người ta đã dùng IFN-α như một thuốc chống virus để điều trị một số thể viêm gan. Còn IFN-β thì được dùng để điều trị đa xơ hóa (multiple sclerosis), nhưng cơ chế tác động thì chưa được rõ lắm.

Ngoài ra, trong đáp ứng miễn dịch bẩm sinh còn có một số cytokin khác tham gia như IL-10, IL-6, IL-5, IL-15, IL-18, IL-19, IL-20, IL-21, IL-22, IL-23, IL-24 nhưng cơ chế tác động của chúng chưa hoàn toàn được sáng tỏ nên trong phạm vi quyển sách này chúng tôi chưa có điều kiện để trình bày.

Các cytokin trung gian và điều hòa miễn dịch thu được

Đây là những cytokin làm trung gian cho sự tăng sinh và biệt hóa của lymphô bào sau khi nhận diện kháng nguyên trong giai đoạn hoạt hóa; đồng thời chúng cũng trung gian cho sự hoạt hóa của những tế bào hiệu quả được chuyên môn hóa trong giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch thu được. Việc sản xuất cytokin là một trong những đáp ứng chính của tế bào lymphô T đối với kháng nguyên. Nhiều loại vi sinh vật và kháng nguyên khi tiếp xúc với cơ thể thì khởi động tế bào T giúp đỡ CD4+ để chuyển chúng thành các tiểu quần thể tế bào hiệu quả khác nhau đó là Th1 và Th2. Các tiểu quần thể này sản xuất các loại cytokin khác nhau và thực hiện những chức năng khác nhau. Trong phần này chúng tôi chỉ đề cập đến 2 cytokin chủ yếu là IL-2 và interferon-γ (IFN-γ).

IL-2

IL- 2 là một yếu tố phát triển đối với lymphô T và chịu trách nhiệm phát triển clôn tế bào T sau khi nhận diện kháng nguyên.. Vì lý do này, IL-2 lúc đầu có tên là yếu tố phát triển tế bào T. IL-2 được sản xuất ra chủ yếu tác động lên chính bản thân tế bào đó.

Nguồn gốc, cấu trúc, thụ thể

IL-2 được sản xuất phần lớn bởi tế bào T CD4+ và một ít bởi tế bào T CD8+. Sự hoạt hóa tế bào T bởi kháng nguyên và các đồng kích thích sẽ tạo ra sự sao chép gen IL-2 cũng như tổng hợp và tiết cytokin này. IL-2 được sản xuất trong thời gian ngắn với số lượng ít sau 6-8 giờ được hoạt hóa.

IL-2 được tiết ra là mộ t glycoprotein có trọng lượng 14-17 kD, cuộn thành một cấu trúc có 4 vòng xoắn α.

Sự bộc lộ thụ thể chức năng của IL-2 được thúc đẩy bởi kích thích kháng nguyên, do đó tế bào T nào nhận diện kháng nguyên thì sẽ tăng sinh ưu tiên khi đáp ứng với IL-2 được sản xuất trong đáp ứng miễn dịch thu được. Thụ thể IL-2 (IL-2R) cấu tạo bởi 3 protein không đồng hóa trị có tên là α, β, và γ. Các chuỗi α và β tham gia vào liên kết với cytokin; các chuỗi β và γ thì tham gia vào dẫn truyền tín hiệu; còn bản thân IL-2 gắn với chuỗi α đơn thuần có ái lực rất thấp và không dẫn đến hiệu quả sinh học nào rõ ràng.

Hoạt tính sinh học

Mặc dù lúc đầu người ta phát hiện ra IL-2 như là một yếu tố phát triển tế bào T, nhưng thật ra IL-2 có nhiều chức năng trong đáp ứng miễn dịch thu được (Hình 7.6).

IL-2 do tế bào T tiết ra khi nhận diện kháng nguyên chịu trách nhiệm về việc tăng sinh tế bào đặc hiệu kháng nguyên. Khi tiếp xúc với IL-2, tế bào T cho thấy có tăng vọt nồng độ các cyclin dẫn đến hoạt hóa nhiều loại kinase. Các kinase này phosphoryl hóa và hoạt hóa nhiều protein của tế bào để các protein này kích thích tế bào chuyển từ dạng G1 sang dạng S của chu kỳ phân bào. Ngoài ra, IL-2 còn làm giảm p27 là chất ức chế đối với hoạt động của các phức hợp cyclin-kinase do đó thúc đẩy quá trình tổng hợp cyclin. IL-2 làm tăng thời gian sống của tế bào bằng cách khởi động protein Bcl-2 là chất chống kiểu chết tế bào tự nhiên (apoptosis). Tác dụng của IL-2 chủ yếu là lên chính tế bào tiết ra nó, nhưng cũng có phần nào tác động vào các tế bào bên cạnh.

Hình 7.6. Hoạt tính sinh học của IL-2

IL-2 kích thích sự tăng sinh và biệt hóa của lymphô bào T và B và tế bào NK. IL-2 cũng có chức năng ức chế đáp ứng miễn dịch (ví dụ chống lại tự kháng nguyên) bằng cách tạo ra hiện tựơng chết lập trình của tế bào T qua trung gian của Fas và kích thích hoạt tính của tế bào T điều hòa.

IL-2 tăng cường sự tăng sinh và biệt hóa tế bào. Nó kích thích sự phát triển của tế bào NK và tạo ra cái gọi là giết tế bào do lymphô bào hoạt hóa (Lymphokine-activated killer, LAK). IL-2 tác động lên tế bào B trên cả hai khía cạnh: kích thích phát triển và tăng tổng hợp kháng thể.

IL-2 tạo ra cái chết lập trình của tế bào T được kháng nguyên hoạt hóa. Sự kích thích lặp đi lặp lại của tế bào T CD4+ với sự hiện diện của IL-2 làm cho các tế bào này nhạy cảm với cái chết lập trình qua con đường Fas. Điều thú vị là một cytokin có thể vừa kích thích tế bào T sống và tăng sinh nhưng đồng thời cũng gây ra cái chết cho tế bào. Hình như nếu một đáp ứng miễn dịch có xu hướng tồn tại lâu dài và tế bào T tiếp xúc với lượng IL-2 ngày càng tăng thì có khả năng chết theo kiểu lập trình và dẫn đến chấm dứt đáp ứng này. IL-2 còn có thể kích thích phát triển tế bào T điều hòa để làm dừng đáp ứng.

Interferon-γ (IFN-γ)

IFN-γ là cytokin chính hoạt hóa đại thực bào và đóng vai trò rất quan trọng trong miễn dịch bẩm sinh cũng như miễn dịch thu được. IFN-γ còn được gọi là IFN miễn dịch hay IFN typ II. Nó cũng có phần nào chức năng chống virus nhưng chủ yếu là một cytokin hiệu quả của đáp ứng miễn dịch.

Cấu trúc, nguồn gốc, thụ thể

IFN -γ là một protein dimer do tế bào NK, tế bào Th1 CD4+ và CD8+ sản xuất. Nó là cytokin đặc trưng của Th1. Tế bào NK sản xuất IFN-γ khi có kích thích của một thành phần vi sinh vật nào đó hoặc IL- 2, trong trường hợp này IFN-γ tác động như một chất trung gian của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh. Trong đáp ứng miễn dịch thu được, tế bào T sản xuất IFN-γ trong khi nhận diện kháng nguyên và điều này được thúc đẩy bởi IL-2 và IL-18.

Th ụ thể của IFN-γ bao gồm hai chuỗi polypeptid thuộc họ thụ thể cytokin typ II. Trong hai chuỗi này thì một chuỗi có chức năng gắn với cytokin và chuỗi kia thì truyền tín hiệu.

Hoạt tính sinh học

Chức năng của IFN – γ rất quan trọng trong miễn dịch tế bào chống lại vi khuẩn nội bào (Hình 7.7).

IFN-γ là cytokin hoạt hóa đại thực bào, nó giúp tế bào T và NK hoạt hóa đại thực bào để giết các vi sinh vật đã được thực bào. IFN-γ thực hiện điều này nhờ kích thích sự tổng hợp các chất trung gian oxy phản ứng và oxid nitric.

IFN-γ kích thích sự bộc lộ của MHC lớp I và lớp II và các chất đồng kích thích trên tế bào trình diện kháng nguyên. IFN – γ cũng kích thích sự sản xuất của nhiều protein tham gia vào quá trình xử lý kháng nguyên như chất vận chuyển (TAP), và hai thành phần LMP – 2, LMP – 7 của proteasom và HLA – DM. Như vậy IFN – γ thúc đẩy sự trình diện kháng nguyên phối hợp với MHC và khuyếch đại sự nhận diện trong đáp ứng miễn dịch. IFN-γ cũng là chất hoạt hóa tế bào nội mạc thành mạch và tăng cường khả năng tác động của TNF trên tế bào nội mạch, tạo ra kết dính tế bào lymphô vào thành mạch và xuyên mạch đi đến vị trí nhiễm trùng.

IFN-γ kích thích sự biệt hóa của tế bào T CD4+ còn nguyên vẹn thành tiểu nhóm Th1 và ức chế sự tăng sinh của tế bào Th2. Tác động của IFN-γ lên Th1 một phần được trung gian bởi IL-12. Ngoài ra, IFN-γ kích thích sự sản xuất yếu tố sao chép để tạo ra biệt hóa Th1.

IFN-γ tác động lên tế bào B để chuyển mạch các tiểu lớp IgG, nhất là IgG2 ở chuột nhắt và ức chế chuyển mạch sang các isotyp phụ thuộc IL-4 như IgE và IgG1 ở chuột. Như vậy, IFN-γ cũng tạo ra đáp ứng kháng thể và tham gia vào quá trình loại bỏ vi sinh vật qua trung gian quá trình thực bào.

IFN-γ hoạt hóa tế bào trung tính và kích thích hoạt tính tế bào NK.

Hình 7.7: Hoạt tính sinh học của interferon-γ

IFN-γ hoạt hóa đại thực bào và tế bào trình diện kháng nguyên và khởi động sự chuyển mạch một số isotyp Ig trên tế bào B. Tác động khởi động Th1 của IFN-γ có thể gián tiếp qua trung gian của sự tăng sản xuất IL-2 và bộc lộ thụ thể của nó.

Cytokin kích thích tạo máu

Đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thu được tạo ra nhiều cytokin tham gia vào quá trình tạo máu tức là tham gia tạo nguồn tế bào cho đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, trong phạm vi của quyển sách này chúng tôi không đề cập chi tiết mà chỉ trình bày trên sơ đồ dưới đây để độc giả tham khảo (Hình 7.8).

Hình 7.8. Vai trò của cytokin trong tạo máu

Các cytokin khác nhau kích thích sự phát triển và trưởng thành của nhiều dòng tế bào máu khác nhau.