Đại thực bào (Macrophage)

Nguồn gốc và phát triển

Đại thực bào có nguồn gốc từ các tế bào gốc tạo máu trong tủy xương. Chúng phát triển qua các giai đoạn tiền thân, bao gồm:

• Đơn bào (Monoblast): Tế bào gốc tạo máu biệt hóa thành đơn bào.
• Tiền đơn bào (Promonocyte): Đơn bào phát triển thành tiền đơn bào.
• Đơn bào (Monocyte): Tiền đơn bào trưởng thành thành đơn bào và được phóng thích vào máu.
• Đại thực bào (Macrophage): Đơn bào di chuyển từ máu vào các mô và biệt hóa thành đại thực bào. Khi ở trong các mô khác nhau, đại thực bào có thể có tên gọi riêng biệt, ví dụ như tế bào Kupffer ở gan, tế bào microglia ở não, và đại thực bào phế nang ở phổi.

Thời gian tồn tại của đơn bào trong máu khoảng 1-3 ngày trước khi di chuyển vào các mô và biệt hoá thành đại thực bào. Đại thực bào có thể tồn tại trong mô trong vài tháng hoặc thậm chí vài năm.

Chức năng

Đại thực bào thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong hệ miễn dịch, bao gồm:

• Thực bào (Phagocytosis): Đại thực bào là những “tế bào ăn” chuyên nghiệp, có khả năng nhận diện, bắt giữ và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh, các tế bào chết và các mảnh vỡ tế bào thông qua quá trình thực bào. Quá trình này liên quan đến việc hình thành chân giả bao quanh vật thể lạ và đưa nó vào bên trong tế bào để tiêu hủy.
• Trình diện kháng nguyên (Antigen presentation): Sau khi tiêu diệt tác nhân gây bệnh, đại thực bào xử lý và trình diện các kháng nguyên của chúng lên bề mặt tế bào, kết hợp với phân tử MHC lớp I hoặc MHC lớp II. Việc này giúp kích hoạt các tế bào lympho T (T helper cells và cytotoxic T cells) và khởi động phản ứng miễn dịch đặc hiệu.
• Tiết cytokine: Đại thực bào tiết ra nhiều loại cytokine, là các phân tử tín hiệu điều hòa hoạt động của các tế bào khác trong hệ miễn dịch, ví dụ như interleukin (IL-1, IL-6, IL-12), TNF-$\alpha$, interferon (IFN-$\gamma$). Các cytokine này giúp điều hòa viêm, kích thích phản ứng miễn dịch và thúc đẩy quá trình sửa chữa mô. Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giao tiếp giữa các tế bào miễn dịch.
• Sửa chữa mô: Đại thực bào tham gia vào quá trình sửa chữa mô bằng cách loại bỏ các tế bào chết, kích thích sự hình thành mạch máu mới và sản xuất các yếu tố tăng trưởng, giúp tái tạo mô bị tổn thương.

Phân loại

Tùy thuộc vào vị trí và chức năng, đại thực bào có thể được phân loại thành các loại khác nhau, ví dụ:

• Đại thực bào phế nang (Alveolar macrophages): Có trong phổi, chịu trách nhiệm làm sạch các hạt bụi và vi sinh vật xâm nhập vào đường hô hấp.
• Đại thực bào khu trú (Resident macrophages): Có mặt thường xuyên trong các mô và cơ quan cụ thể, ví dụ như đại thực bào Kupffer trong gan, tế bào microglia trong não, đại thực bào Langerhans ở da. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi và bảo vệ mô khỏi các tác nhân gây hại.
• Đại thực bào hoạt hóa (Activated macrophages): Được kích hoạt bởi các tín hiệu từ hệ miễn dịch, ví dụ như IFN-$\gamma$ hoặc lipopolysaccharide (LPS) từ vi khuẩn. Có khả năng tiêu diệt tác nhân gây bệnh mạnh mẽ hơn so với đại thực bào chưa hoạt hoá. Đại thực bào hoạt hoá có thể được chia thành M1 và M2. Đại thực bào M1 có vai trò quan trọng trong việc tiêu diệt mầm bệnh, trong khi đại thực bào M2 tham gia vào quá trình sửa chữa mô và ức chế miễn dịch.

Tương tác với các tế bào khác

Đại thực bào không hoạt động độc lập mà liên tục tương tác với các tế bào khác trong hệ miễn dịch, tạo thành một mạng lưới phòng thủ phức tạp. Một số tương tác quan trọng bao gồm:

• Tương tác với tế bào lympho T: Đại thực bào trình diện kháng nguyên kết hợp với phân tử MHC cho tế bào lympho T, kích hoạt phản ứng miễn dịch đặc hiệu. Tế bào lympho T helper (Th) tiết ra cytokine IFN-$\gamma$ kích hoạt đại thực bào, tăng cường khả năng tiêu diệt tác nhân gây bệnh. Tế bào lympho T cytotoxic (Tc) có thể tiêu diệt tế bào bị nhiễm trùng hoặc tế bào ung thư được đại thực bào xác định.
• Tương tác với tế bào lympho B: Đại thực bào có thể trình diện kháng nguyên cho tế bào lympho B, hỗ trợ quá trình sản xuất kháng thể. Kháng thể này sau đó có thể gắn vào kháng nguyên trên bề mặt mầm bệnh, giúp đại thực bào nhận diện và thực bào chúng dễ dàng hơn.
• Tương tác với tế bào NK (Natural Killer): Đại thực bào tiết cytokine (như IL-12 và IL-15) kích hoạt tế bào NK, tăng cường khả năng tiêu diệt tế bào nhiễm virus và tế bào ung thư. Ngược lại, tế bào NK cũng có thể tiết IFN-$\gamma$ để kích hoạt đại thực bào.
• Tương tác với tế bào tua (Dendritic cells): Cả đại thực bào và tế bào tua đều có khả năng trình diện kháng nguyên, cùng nhau phối hợp kích hoạt phản ứng miễn dịch thích ứng. Tế bào tua thường được coi là tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp hơn đại thực bào.

Các thụ thể trên bề mặt đại thực bào

Đại thực bào biểu hiện nhiều loại thụ thể trên bề mặt, giúp chúng nhận diện và tương tác với các phân tử khác nhau. Một số thụ thể quan trọng bao gồm:

• Thụ thể nhận diện khuôn mẫu (Pattern Recognition Receptors – PRRs): Nhận diện các khuôn mẫu phân tử liên quan đến mầm bệnh (Pathogen-Associated Molecular Patterns – PAMPs), ví dụ như lipopolysaccharide (LPS) của vi khuẩn Gram âm, peptidoglycan của vi khuẩn Gram dương, axit nucleic của virus. Các PRRs bao gồm Toll-like receptors (TLRs), NOD-like receptors (NLRs) và RIG-I-like receptors (RLRs). Việc kích hoạt PRRs dẫn đến việc sản xuất cytokine và chemokine, cũng như kích hoạt các phản ứng miễn dịch khác.
• Thụ thể Fc (Fc receptors): Liên kết với phần Fc của kháng thể, giúp đại thực bào nhận diện và thực bào các tác nhân gây bệnh đã được kháng thể bao phủ (opsonization). Opsonization làm tăng hiệu quả thực bào.
• Thụ thể bổ thể (Complement receptors): Liên kết với các protein bổ thể, hỗ trợ quá trình thực bào và kích hoạt phản ứng viêm.
• Thụ thể scavenger (Scavenger receptors): Nhận diện và loại bỏ các lipoprotein bị oxy hóa, đóng vai trò trong quá trình xơ vữa động mạch, cũng như loại bỏ các tế bào chết và các mảnh vỡ tế bào.

Phương pháp nghiên cứu đại thực bào

Nhiều phương pháp được sử dụng để nghiên cứu đại thực bào, bao gồm:

• Nuôi cấy đại thực bào in vitro: Đại thực bào có thể được phân lập từ máu hoặc các mô và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu chức năng và cơ chế hoạt động của chúng. Các dòng tế bào đại thực bào bất tử, như RAW 264.7, cũng thường được sử dụng.
• Mô hình động vật: Các mô hình động vật như chuột được sử dụng để nghiên cứu vai trò của đại thực bào trong các bệnh lý khác nhau. Các kỹ thuật di truyền, như tạo ra chuột knockout cho các gen đặc hiệu trong đại thực bào, có thể được sử dụng để nghiên cứu chức năng của các gen này.
• Kỹ thuật hình ảnh: Các kỹ thuật hình ảnh như kính hiển vi huỳnh quang và kính hiển vi đồng tiêu được sử dụng để quan sát đại thực bào trong các mô và cơ quan.
• Phân tích biểu hiện gen: Phân tích biểu hiện gen (như RNA sequencing và microarray) được sử dụng để nghiên cứu các gen được biểu hiện trong đại thực bào và vai trò của chúng trong các quá trình sinh học khác nhau.
• CyTOF (Cytometry by Time-Of-Flight): Kỹ thuật này cho phép phân tích đồng thời một số lượng lớn protein trên bề mặt và bên trong tế bào, giúp hiểu rõ hơn về sự phức tạp của các quần thể đại thực bào.