IgG (Immunoglobulin G)

Cấu trúc

IgG là một glycoprotein có cấu trúc hình chữ Y, gồm bốn chuỗi polypeptide: hai chuỗi nặng (heavy chain) giống nhau và hai chuỗi nhẹ (light chain) giống nhau. Các chuỗi này được liên kết với nhau bằng cầu disulfua (S-S). Mỗi chuỗi nặng và nhẹ đều có vùng biến đổi (variable region) và vùng hằng định (constant region). Vùng biến đổi chịu trách nhiệm liên kết với kháng nguyên, trong khi vùng hằng định quyết định các chức năng hiệu ứng của IgG như kích hoạt bổ thể và liên kết với các tế bào miễn dịch. Sự đa dạng trong trình tự axit amin của vùng biến đổi, đặc biệt là ở các vùng siêu biến đổi (hypervariable regions), cho phép IgG nhận diện một loạt lớn các kháng nguyên khác nhau.

Công thức đơn giản hóa cho cấu trúc IgG có thể được biểu diễn là: $H_2L_2$, trong đó H là chuỗi nặng và L là chuỗi nhẹ.

Phân loại

IgG ở người được chia thành bốn phân lớp dựa trên sự khác biệt nhỏ về cấu trúc của chuỗi nặng và chức năng: IgG1, IgG2, IgG3 và IgG4. Mỗi phân lớp có ái lực liên kết với kháng nguyên và khả năng hoạt hóa bổ thể khác nhau.

• IgG1: Phổ biến nhất, chiếm khoảng 60-65% tổng số IgG. Có khả năng hoạt hóa bổ thể mạnh và liên kết tốt với các thụ thể Fc trên tế bào thực bào.
• IgG2: Chiếm khoảng 20-25% tổng số IgG. Khả năng hoạt hóa bổ thể yếu hơn IgG1. Chủ yếu chống lại các kháng nguyên polysaccharide của vi khuẩn có vỏ.
• IgG3: Chiếm khoảng 5-10% tổng số IgG. Có khả năng hoạt hóa bổ thể mạnh nhất nhưng thời gian bán hủy ngắn hơn các phân lớp khác.
• IgG4: Chiếm khoảng 1-4% tổng số IgG. Không hoạt hóa bổ thể và có ái lực liên kết với kháng nguyên thấp hơn các phân lớp khác. Có thể liên quan đến các phản ứng dị ứng.

Chức năng

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

• Trung hòa độc tố: IgG liên kết với độc tố do vi khuẩn hoặc virus sản xuất, ngăn chặn chúng gây hại cho tế bào.
• Opson hóa: IgG bao phủ bề mặt của tác nhân gây bệnh, giúp các tế bào thực bào như đại thực bào và bạch cầu trung tính dễ dàng nhận biết và tiêu diệt chúng.
• Kích hoạt bổ thể: IgG có thể kích hoạt hệ thống bổ thể, một chuỗi phản ứng protein dẫn đến sự ly giải tế bào, opson hóa và viêm.
• Miễn dịch qua trung gian tế bào phụ thuộc kháng thể (ADCC): IgG liên kết với các tế bào đích nhiễm virus hoặc tế bào ung thư, cho phép các tế bào NK (Natural Killer) nhận biết và tiêu diệt chúng.
• Miễn dịch ở trẻ sơ sinh: IgG là immunoglobulin duy nhất có thể đi qua nhau thai từ mẹ sang con, cung cấp miễn dịch thụ động cho trẻ trong những tháng đầu đời.

Ứng dụng lâm sàng

Đo nồng độ IgG trong huyết thanh có thể giúp chẩn đoán nhiều bệnh lý, bao gồm nhiễm trùng, suy giảm miễn dịch và các bệnh tự miễn. IgG cũng được sử dụng trong điều trị một số bệnh, chẳng hạn như liệu pháp miễn dịch thụ động bằng immunoglobulin tiêm tĩnh mạch (IVIG).

Tóm tắt

IgG là kháng thể quan trọng nhất trong huyết thanh, đóng vai trò then chốt trong hệ miễn dịch thể dịch. Nó có cấu trúc $H_2L_2$ và được chia thành bốn phân lớp với các chức năng khác nhau. IgG thực hiện nhiều chức năng bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh và được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh lý.

Sinh tổng hợp và chuyển đổi lớp

IgG được sản xuất bởi các tế bào plasma, một dạng biệt hóa của tế bào lympho B. Quá trình sinh tổng hợp IgG bắt đầu sau khi tế bào B được kích hoạt bởi kháng nguyên đặc hiệu và nhận được tín hiệu từ tế bào T helper. Ban đầu, tế bào B sản xuất IgM, sau đó chuyển đổi lớp sang sản xuất IgG và các isotype kháng thể khác như IgA và IgE. Việc chuyển đổi lớp này được điều hòa bởi các cytokine do tế bào T helper tiết ra.

Thời gian bán hủy

IgG có thời gian bán hủy trong huyết thanh dài nhất so với các immunoglobulin khác, dao động từ 7 đến 21 ngày tùy thuộc vào phân lớp. IgG1 có thời gian bán hủy khoảng 21 ngày, trong khi IgG3 có thời gian bán hủy ngắn nhất, chỉ khoảng 7 ngày. Thời gian bán hủy dài của IgG giúp duy trì nồng độ kháng thể trong máu trong một thời gian dài, cung cấp khả năng bảo vệ kéo dài chống lại các tác nhân gây bệnh.

Ý nghĩa lâm sàng của các phân lớp IgG

Sự mất cân bằng trong tỉ lệ các phân lớp IgG có thể liên quan đến một số bệnh lý. Ví dụ, giảm IgG2 có thể gặp ở trẻ em dễ bị nhiễm trùng đường hô hấp tái phát do vi khuẩn có vỏ polysaccharide. Tăng IgG4 có thể liên quan đến các bệnh tự miễn như viêm tụy tự miễn và bệnh xơ cứng bì.

Các xét nghiệm liên quan đến IgG

Một số xét nghiệm được sử dụng để đánh giá nồng độ và chức năng của IgG, bao gồm:

• Định lượng IgG tổng: Đo tổng nồng độ IgG trong huyết thanh.
• Định lượng các phân lớp IgG: Đo nồng độ của từng phân lớp IgG (IgG1, IgG2, IgG3 và IgG4).
• Xét nghiệm kháng thể đặc hiệu: Phát hiện sự hiện diện của kháng thể IgG đặc hiệu chống lại một kháng nguyên cụ thể, ví dụ như kháng thể kháng virus hoặc vi khuẩn.

IgG trong liệu pháp điều trị

Ngoài IVIG đã đề cập, IgG còn được sử dụng trong các liệu pháp điều trị khác như:

• Kháng thể đơn dòng: Là các kháng thể IgG được sản xuất trong phòng thí nghiệm, nhằm mục tiêu vào các kháng nguyên đặc hiệu trên tế bào ung thư hoặc các tế bào liên quan đến bệnh tự miễn.
• Kháng thể kháng độc tố: Được sử dụng để trung hòa độc tố của vi khuẩn hoặc động vật, ví dụ như kháng thể kháng độc tố uốn ván.

• Janeway CA Jr, Travers P, Walport M, et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition. New York: Garland Science; 2001.
• Abbas AK, Lichtman AH, Pillai S. Cellular and Molecular Immunology. 9th edition. Philadelphia: Elsevier; 2018.
• Murphy K, Weaver C. Janeway’s Immunobiology. 9th edition. New York: Garland Science; 2017.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao IgG lại là loại kháng thể phổ biến nhất trong huyết thanh, chiếm ưu thế hơn so với các loại kháng thể khác như IgM, IgA, và IgE?

Trả lời: Sự phổ biến của IgG một phần là do thời gian bán hủy dài của nó (7-21 ngày tùy phân lớp), cho phép nó tồn tại lâu hơn trong huyết thanh so với các kháng thể khác. Hơn nữa, IgG có khả năng thực hiện nhiều chức năng hiệu ứng quan trọng, bao gồm opson hóa, kích hoạt bổ thể, và ADCC, giúp nó trở thành một thành phần thiết yếu trong việc chống lại các tác nhân gây bệnh. Cuối cùng, khả năng đi qua nhau thai của IgG cũng góp phần vào sự phổ biến của nó, giúp bảo vệ trẻ sơ sinh trong giai đoạn đầu đời.

Sự khác biệt về chức năng giữa các phân lớp IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) có ý nghĩa gì trong việc phản ứng miễn dịch với các loại kháng nguyên khác nhau?

Trả lời: Mỗi phân lớp IgG có ái lực liên kết với kháng nguyên và khả năng hoạt hóa bổ thể khác nhau. Ví dụ, IgG1 và IgG3 hiệu quả trong việc chống lại các tác nhân gây bệnh như virus và vi khuẩn nhờ khả năng hoạt hóa bổ thể mạnh. IgG2 lại quan trọng trong việc chống lại các kháng nguyên polysaccharide của vi khuẩn có vỏ. Sự đa dạng về chức năng này cho phép hệ miễn dịch phản ứng một cách linh hoạt và hiệu quả với nhiều loại kháng nguyên khác nhau.

Cơ chế nào cho phép IgG đi qua nhau thai, trong khi các kháng thể khác thì không?

Trả lời: Khả năng đi qua nhau thai của IgG là nhờ thụ thể FcRn (neonatal Fc receptor) biểu hiện trên các tế bào của nhau thai. Thụ thể FcRn liên kết với vùng Fc của IgG ở pH hơi axit của nội bào, sau đó vận chuyển IgG qua nhau thai và giải phóng nó vào tuần hoàn của thai nhi ở pH trung tính. Các kháng thể khác không có ái lực cao với FcRn nên không thể vận chuyển qua nhau thai.

Làm thế nào mà việc đo nồng độ các phân lớp IgG có thể hỗ trợ chẩn đoán các bệnh lý miễn dịch?

Trả lời: Nồng độ bất thường của các phân lớp IgG có thể là dấu hiệu của một số bệnh lý. Ví dụ, nồng độ IgG2 thấp có thể liên quan đến tăng nguy cơ nhiễm trùng đường hô hấp do vi khuẩn có vỏ polysaccharide. Nồng độ IgG4 cao có thể gặp trong các bệnh tự miễn như viêm tụy tự miễn. Do đó, việc đo nồng độ các phân lớp IgG cung cấp thông tin hữu ích cho việc chẩn đoán và theo dõi các bệnh lý liên quan đến hệ miễn dịch.

Ngoài IVIG, liệu pháp kháng thể còn được ứng dụng như thế nào trong điều trị bệnh? Cho ví dụ cụ thể.

Trả lời: Liệu pháp kháng thể đã có những bước tiến vượt bậc với sự phát triển của kháng thể đơn dòng. Kháng thể đơn dòng được thiết kế để nhắm mục tiêu vào các kháng nguyên đặc hiệu trên tế bào ung thư hoặc các tế bào liên quan đến bệnh tự miễn. Ví dụ, Rituximab là một kháng thể đơn dòng kháng CD20 được sử dụng trong điều trị lymphoma không Hodgkin và một số bệnh tự miễn. Một ví dụ khác là Trastuzumab, một kháng thể đơn dòng kháng HER2 được sử dụng trong điều trị ung thư vú HER2 dương tính.