Các lớp kháng thể (IgG, IgM, IgA, IgE, IgD) (Antibody Isotypes/Classes: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD)

Kháng thể, còn được gọi là immunoglobulin (Ig), là các glycoprotein được sản xuất bởi hệ miễn dịch để nhận diện và vô hiệu hóa các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus và ký sinh trùng. Có năm lớp kháng thể chính ở người, mỗi lớp có cấu trúc và chức năng riêng biệt: IgG, IgM, IgA, IgE, và IgD. Sự khác biệt giữa các lớp này chủ yếu nằm ở chuỗi nặng của chúng, được ký hiệu là γ, μ, α, ε, và δ, tương ứng với IgG, IgM, IgA, IgE, và IgD.

1. IgG (Immunoglobulin G)

IgG là lớp kháng thể phổ biến nhất trong huyết thanh, chiếm khoảng 75-80% tổng lượng kháng thể. IgG có cấu trúc đơn phân (một đơn vị Y).

Chức năng chính của IgG bao gồm:

Trung hòa độc tố và mầm bệnh: IgG liên kết với các độc tố và mầm bệnh, ngăn chặn chúng xâm nhập vào tế bào và gây hại.
Opsonin hóa (dán nhãn) mầm bệnh để thực bào: IgG bao phủ bề mặt mầm bệnh, tạo điều kiện cho các tế bào thực bào như đại thực bào và bạch cầu trung tính dễ dàng nhận diện và tiêu diệt chúng.
Kích hoạt bổ thể: IgG kích hoạt hệ thống bổ thể, một nhóm protein huyết thanh giúp tiêu diệt mầm bệnh bằng cách tạo lỗ trên màng tế bào của chúng.
Vượt qua hàng rào nhau thai: IgG là lớp kháng thể duy nhất có thể vượt qua hàng rào nhau thai từ mẹ sang con, cung cấp khả năng miễn dịch thụ động cho thai nhi và trẻ sơ sinh.

IgG được chia thành bốn phân lớp: IgG1, IgG2, IgG3, và IgG4. Mỗi phân lớp có đặc tính riêng về liên kết kháng nguyên, kích hoạt bổ thể, opsonin hóa và thời gian bán hủy. Ví dụ, IgG1 và IgG3 hiệu quả trong việc kích hoạt bổ thể, trong khi IgG2 và IgG4 kém hơn. Sự phân chia thành các phân lớp này cho phép IgG thực hiện một loạt các chức năng miễn dịch đa dạng và hiệu quả.

2. IgM (Immunoglobulin M)

IgM có cấu trúc ngũ phân, tức là năm đơn vị Y liên kết với nhau bằng chuỗi J. Đây là lớp kháng thể đầu tiên được sản xuất trong đáp ứng miễn dịch ban đầu khi cơ thể gặp kháng nguyên. IgM chiếm khoảng 10% tổng lượng kháng thể.

Chức năng chính của IgM:

Đáp ứng miễn dịch sớm: IgM xuất hiện sớm trong quá trình nhiễm trùng, cung cấp sự bảo vệ ban đầu trước khi IgG được sản xuất với số lượng lớn.
Kích hoạt bổ thể hiệu quả: Do cấu trúc ngũ phân với 10 vị trí liên kết kháng nguyên, IgM kích hoạt hệ thống bổ thể rất hiệu quả, góp phần mạnh mẽ vào việc loại bỏ mầm bệnh.
Thụ thể kháng nguyên trên tế bào B: IgM tồn tại trên bề mặt tế bào B dưới dạng đơn phân, hoạt động như thụ thể kháng nguyên, giúp tế bào B nhận diện và liên kết với kháng nguyên đặc hiệu.

3. IgA (Immunoglobulin A)

IgA có thể tồn tại dưới dạng đơn phân, nhị phân (hai đơn vị Y liên kết với nhau) hoặc đa phân. IgA chiếm khoảng 10-15% tổng lượng kháng thể. IgA là kháng thể chính trong dịch tiết như nước bọt, nước mắt, sữa mẹ, dịch nhầy đường hô hấp và tiêu hóa.

Chức năng chính của IgA:

Miễn dịch niêm mạc: IgA bảo vệ niêm mạc khỏi sự xâm nhập của mầm bệnh bằng cách trung hòa độc tố, ngăn chặn sự bám dính của mầm bệnh vào bề mặt niêm mạc và opsonin hóa.
Miễn dịch thụ động cho trẻ sơ sinh: IgA trong sữa mẹ cung cấp khả năng miễn dịch thụ động cho trẻ sơ sinh, bảo vệ chúng khỏi các bệnh nhiễm trùng đường tiêu hóa.

IgA được chia thành hai phân lớp: IgA1 và IgA2. IgA1 phổ biến hơn trong huyết thanh, trong khi IgA2 chiếm ưu thế trong dịch tiết.

4. IgE (Immunoglobulin E)

IgE có cấu trúc đơn phân và có nồng độ thấp nhất trong huyết thanh. IgE liên quan đến phản ứng dị ứng và phản ứng miễn dịch chống ký sinh trùng.

Chức năng chính của IgE:

Phản ứng dị ứng: IgE gắn vào thụ thể trên bề mặt tế bào mast và basophil. Khi tiếp xúc với kháng nguyên (dị nguyên), IgE gây ra sự giải phóng histamine và các chất trung gian gây viêm khác, dẫn đến các triệu chứng dị ứng.
Chống ký sinh trùng: IgE cũng đóng vai trò trong việc bảo vệ cơ thể chống lại nhiễm ký sinh trùng bằng cách kích hoạt các tế bào miễn dịch khác tấn công và tiêu diệt ký sinh trùng.

5. IgD (Immunoglobulin D)

IgD có cấu trúc đơn phân và có nồng độ rất thấp trong huyết thanh. Chức năng chính xác của IgD vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn.

Những gì chúng ta biết về IgD:

Thụ thể kháng nguyên trên tế bào B: IgD có mặt trên bề mặt tế bào B trưởng thành, cùng với IgM, hoạt động như thụ thể kháng nguyên. Sự hiện diện của IgD có thể đóng vai trò trong việc kích hoạt và trưởng thành tế bào B.
Chức năng chưa rõ ràng: Mặc dù vai trò của IgD trong đáp ứng miễn dịch vẫn đang được nghiên cứu, nhưng người ta cho rằng nó có thể tham gia vào việc điều hòa đáp ứng miễn dịch và bảo vệ chống lại nhiễm trùng đường hô hấp.

Tóm tắt các lớp kháng thể

Đặc điểm	IgG	IgM	IgA	IgE	IgD
Cấu trúc	Đơn phân	Ngũ phân	Đơn/Nhị/Đa phân	Đơn phân	Đơn phân
Nồng độ	Cao nhất	Trung bình	Trung bình	Thấp nhất	Rất thấp
Chức năng chính	Trung hòa, opsonin hóa, kích hoạt bổ thể	Đáp ứng miễn dịch ban đầu, kích hoạt bổ thể	Miễn dịch niêm mạc	Dị ứng, chống ký sinh trùng	Thụ thể tế bào B, chức năng khác đang được nghiên cứu

Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về các lớp kháng thể. Mỗi lớp đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh.

Sự chuyển đổi lớp kháng thể (Class Switching Recombination – CSR)

Sau khi tế bào B được kích hoạt bởi kháng nguyên, chúng có thể trải qua quá trình chuyển đổi lớp, trong đó chúng thay đổi lớp kháng thể mà chúng sản xuất từ IgM sang IgG, IgA, hoặc IgE. Quá trình này được điều hòa bởi các cytokine và tín hiệu từ tế bào T helper. Ví dụ, IL-4 thúc đẩy chuyển đổi sang IgE, trong khi TGF-β thúc đẩy chuyển đổi sang IgA. Cơ chế phân tử của CSR liên quan đến sự tái tổ hợp DNA ở vùng gen chuỗi nặng, loại bỏ các đoạn DNA mã hóa cho các chuỗi nặng IgM và IgD, và thay thế bằng các đoạn DNA mã hóa cho các lớp kháng thể khác.

Kháng thể đơn dòng và đa dòng (Monoclonal and Polyclonal Antibodies)

Kháng thể đa dòng: Được tạo ra bởi nhiều dòng tế bào B khác nhau, mỗi dòng nhận diện một epitope khác nhau trên cùng một kháng nguyên. Huyết thanh miễn dịch là một ví dụ về kháng thể đa dòng.
Kháng thể đơn dòng: Được sản xuất bởi một dòng tế bào B duy nhất, chỉ nhận diện một epitope cụ thể trên kháng nguyên. Chúng được sản xuất trong phòng thí nghiệm và có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu, chẩn đoán và điều trị.

Ứng dụng của kháng thể trong y học

Kháng thể có vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng y học, bao gồm:

Chẩn đoán bệnh: ELISA, Western blot, và các xét nghiệm miễn dịch khác sử dụng kháng thể để phát hiện các kháng nguyên đặc hiệu trong máu bệnh phẩm.
Điều trị bệnh: Kháng thể đơn dòng được sử dụng để điều trị ung thư, bệnh tự miễn, và các bệnh nhiễm trùng. Ví dụ, Rituximab là một kháng thể đơn dòng chống lại CD20, được sử dụng để điều trị lymphoma.
Nghiên cứu khoa học: Kháng thể được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu cơ bản để nghiên cứu chức năng của protein và tế bào.

Tương tác kháng nguyên-kháng thể

Kháng thể liên kết với kháng nguyên thông qua vùng biến đổi (variable region) của chúng, tạo thành phức hợp kháng nguyên-kháng thể. Sức mạnh của liên kết này được gọi là ái lực. Tính đặc hiệu của tương tác kháng nguyên-kháng thể là rất cao, cho phép hệ miễn dịch nhận diện và loại bỏ các tác nhân gây bệnh một cách hiệu quả.

Tóm tắt về Các lớp kháng thể

Tóm lại, có năm lớp kháng thể chính ở người: IgG, IgM, IgA, IgE và IgD. Mỗi lớp có cấu trúc và chức năng riêng biệt, đóng góp vào khả năng phòng vệ đa dạng của hệ miễn dịch. IgG là lớp phổ biến nhất, chịu trách nhiệm cho nhiều chức năng bảo vệ, bao gồm trung hòa độc tố, opsonin hóa và kích hoạt bổ thể. IgM là kháng thể đầu tiên được sản xuất trong đáp ứng miễn dịch và rất hiệu quả trong việc kích hoạt bổ thể. IgA đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch niêm mạc, bảo vệ các bề mặt tiếp xúc với môi trường bên ngoài. IgE liên quan đến phản ứng dị ứng và chống ký sinh trùng, trong khi vai trò của IgD vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn, mặc dù nó được cho là có liên quan đến việc kích hoạt tế bào B.

Sự chuyển đổi lớp kháng thể cho phép tế bào B sản xuất các lớp kháng thể khác nhau phù hợp với loại nhiễm trùng hoặc đáp ứng miễn dịch cần thiết. Quá trình này được điều hòa chặt chẽ bởi các cytokine và tương tác tế bào. Sự hiểu biết về các lớp kháng thể và chức năng của chúng là rất quan trọng để hiểu được các cơ chế phức tạp của hệ miễn dịch và phát triển các chiến lược điều trị hiệu quả cho các bệnh liên quan đến miễn dịch. Sự khác biệt chính giữa các lớp kháng thể nằm ở chuỗi nặng của chúng, quyết định chức năng hiệu ứng của kháng thể.

Cuối cùng, kháng thể, cả đa dòng và đơn dòng, có ứng dụng rộng rãi trong y học, từ chẩn đoán đến điều trị. Việc nghiên cứu và phát triển các liệu pháp dựa trên kháng thể tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi, hứa hẹn những tiến bộ đáng kể trong việc chống lại bệnh tật. Việc ghi nhớ các đặc điểm chính của từng lớp kháng thể là rất quan trọng cho bất kỳ ai nghiên cứu về miễn dịch học hoặc các lĩnh vực liên quan đến y sinh.

Tài liệu tham khảo:

Abbas, A. K., Lichtman, A. H., & Pillai, S. (2022). Cellular and Molecular Immunology (10th ed.). Elsevier.
Janeway, C. A., Jr., Travers, P., Walport, M., & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (5th ed.). Garland Science.
Murphy, K., & Weaver, C. (2016). Janeway’s Immunobiology (9th ed.). Garland Science.

Câu hỏi và Giải đáp

Cơ chế phân tử chi tiết của quá trình chuyển đổi lớp kháng thể (class switch recombination – CSR) là gì?

Trả lời: CSR liên quan đến việc tạo ra các đứt gãy DNA hai mạch tại các vùng “switch” (S) nằm ở phía trước của các gen mã hóa chuỗi nặng, ngoại trừ vùng Sμ và Sδ. Enzyme activation-induced cytidine deaminase (AID) đóng vai trò khởi đầu quá trình này bằng cách deamin hóa cytosine thành uracil trong DNA tại các vùng S. Các uracil này sau đó được loại bỏ bởi các enzyme sửa chữa DNA, tạo ra các đứt gãy DNA. Cuối cùng, các đứt gãy DNA ở các vùng S khác nhau được nối lại với nhau, loại bỏ các đoạn DNA nằm giữa và dẫn đến việc sản xuất một lớp kháng thể mới.

Sự khác biệt về chức năng giữa các phân lớp IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) là gì?

Trả lời: Mỗi phân lớp IgG có ái lực liên kết với thụ thể Fc khác nhau và khả năng kích hoạt bổ thể khác nhau. IgG1 và IgG3 kích hoạt bổ thể mạnh nhất, trong khi IgG2 và IgG4 yếu hơn. IgG1 và IgG3 cũng có khả năng opsonin hóa tốt. IgG2 thường được tạo ra để đáp ứng với kháng nguyên polysaccharide, còn IgG4 thường liên quan đến đáp ứng miễn dịch mãn tính và có thể ức chế đáp ứng viêm.

Làm thế nào IgE gây ra các triệu chứng dị ứng?

Trả lời: IgE liên kết với thụ thể FcεRI trên bề mặt tế bào mast và basophil. Khi kháng nguyên (dị nguyên) liên kết chéo với các phân tử IgE gắn trên bề mặt tế bào, nó kích hoạt quá trình khử hạt của tế bào mast và basophil, giải phóng histamine, leukotriene, và các chất trung gian gây viêm khác. Những chất này gây ra các triệu chứng dị ứng như ngứa, sưng, hắt hơi, sổ mũi, và khó thở.

Vai trò của IgD trên bề mặt tế bào B là gì?

Trả lời: Mặc dù chức năng chính xác của IgD vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn, người ta cho rằng nó hoạt động như một thụ thể kháng nguyên trên bề mặt tế bào B, cùng với IgM. IgD có thể đóng vai trò trong việc kích hoạt tế bào B và biệt hóa tế bào plasma, cũng như trong việc điều hòa đáp ứng miễn dịch. Một số nghiên cứu cho thấy IgD có thể tham gia vào việc loại bỏ các tế bào B tự phản ứng.

Kháng thể đơn dòng được sản xuất như thế nào trong phòng thí nghiệm?

Trả lời: Kháng thể đơn dòng được sản xuất bằng cách kết hợp các tế bào B sản xuất kháng thể với các tế bào myeloma (tế bào ung thư) để tạo ra các dòng tế bào lai gọi là hybridomas. Các hybridomas này có khả năng sản xuất một lượng lớn kháng thể đơn dòng đặc hiệu với một epitope duy nhất. Sau đó, các hybridomas được sàng lọc và nhân dòng để sản xuất một lượng lớn kháng thể đơn dòng đồng nhất.

Một số điều thú vị về Các lớp kháng thể

IgM là một “người khổng lồ”: Với cấu trúc pentamer (5 đơn vị Y liên kết với nhau), IgM là lớp kháng thể lớn nhất, có thể liên kết tới 10 kháng nguyên cùng lúc. Tuy nhiên, kích thước lớn này cũng hạn chế khả năng xâm nhập vào các mô.
IgA – “người bảo vệ thầm lặng”: IgA là lớp kháng thể phong phú nhất trong cơ thể nếu xét về tổng lượng sản xuất, vượt qua cả IgG. Điều này là do sự hiện diện đáng kể của nó trong các dịch tiết như nước bọt, nước mắt, và sữa mẹ, tạo thành hàng rào phòng thủ đầu tiên chống lại mầm bệnh.
IgE – “kẻ hai mặt”: Mặc dù IgE đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại ký sinh trùng, nó cũng là “thủ phạm” gây ra các phản ứng dị ứng. Sự liên kết của IgE với kháng nguyên (dị nguyên) kích hoạt giải phóng histamine từ tế bào mast, gây ra các triệu chứng dị ứng.
IgD – “ẩn số”: IgD là lớp kháng thể ít được hiểu rõ nhất. Mặc dù được phát hiện từ năm 1964, chức năng chính xác của nó vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. Một số nghiên cứu cho thấy IgD có thể đóng vai trò trong việc kích hoạt tế bào B và điều hòa đáp ứng miễn dịch.
“Camelid antibodies” – kháng thể lạc đà không bướu: Lạc đà không bướu và các loài họ hàng của chúng tạo ra một loại kháng thể độc đáo chỉ gồm chuỗi nặng, không có chuỗi nhẹ. Những kháng thể nhỏ gọn này có khả năng xâm nhập vào các mô tốt hơn và đang được nghiên cứu để ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị.
Kháng thể có thể được sử dụng để “nhìn thấy” bên trong cơ thể: Kỹ thuật “immunofluorescence” sử dụng kháng thể được gắn với chất phát huỳnh quang để xác định vị trí của các protein cụ thể trong tế bào và mô. Kỹ thuật này rất hữu ích trong nghiên cứu sinh học và chẩn đoán bệnh.
Mẹ truyền kháng thể cho con: IgG là lớp kháng thể duy nhất có thể vượt qua nhau thai, cung cấp khả năng miễn dịch thụ động cho thai nhi. Ngoài ra, IgA trong sữa mẹ cũng giúp bảo vệ trẻ sơ sinh khỏi nhiễm trùng đường ruột.