Kháng nguyên (Antigen)

Các đặc điểm chính của kháng nguyên:

• Tính sinh miễn dịch (Immunogenicity): Khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch bao gồm:
  • Tính lạ (Foreignness): Các phân tử càng khác biệt so với các phân tử của cơ thể thì càng có tính sinh miễn dịch cao.
  • Kích thước phân tử: Phân tử lớn hơn thường có tính sinh miễn dịch mạnh hơn.
  • Độ phức tạp về cấu trúc: Phân tử có cấu trúc phức tạp hơn thường có tính sinh miễn dịch cao hơn.
  • Thành phần hóa học: Protein và polysaccharide thường là kháng nguyên mạnh hơn lipid và acid nucleic.
  • Khả năng phân hủy sinh học: Kháng nguyên cần được xử lý và trình diện bởi các tế bào trình diện kháng nguyên để kích hoạt đáp ứng miễn dịch.
• Tính kháng nguyên (Antigenicity): Khả năng liên kết đặc hiệu với kháng thể hoặc thụ thể tế bào T. Một kháng nguyên có thể có nhiều epitope.
• Epitope (Determinant kháng nguyên): Là vùng đặc hiệu trên kháng nguyên mà kháng thể hoặc thụ thể tế bào T nhận diện và liên kết. Một kháng nguyên có thể có nhiều epitope khác nhau, mỗi epitope có thể kích thích sản xuất một loại kháng thể đặc hiệu.

Phân loại kháng nguyên

• Kháng nguyên ngoại lai (Exogenous antigens): Bắt nguồn từ bên ngoài cơ thể, ví dụ như vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng, phấn hoa, thức ăn, v.v. Chúng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, tiêu hóa, hoặc qua da.
• Kháng nguyên nội sinh (Endogenous antigens): Được sản xuất bên trong tế bào của cơ thể, ví dụ như protein của virus được tổng hợp bên trong tế bào bị nhiễm, hoặc protein bất thường của tế bào ung thư.
• Kháng nguyên tự thân (Autoantigens): Là các phân tử của chính cơ thể, bình thường không gây ra đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hệ miễn dịch có thể tấn công nhầm các kháng nguyên tự thân, dẫn đến bệnh tự miễn.

Vai trò của kháng nguyên trong miễn dịch

Kháng nguyên đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt và định hướng đáp ứng miễn dịch. Việc nhận diện kháng nguyên cho phép hệ miễn dịch phân biệt giữa các tế bào của cơ thể và các tác nhân gây bệnh, từ đó phát động các cơ chế bảo vệ phù hợp.

Ứng dụng của kháng nguyên trong y học

• Phát triển vắc-xin: Vắc-xin chứa các kháng nguyên của tác nhân gây bệnh (ví dụ như virus hoặc vi khuẩn), giúp kích thích hệ miễn dịch tạo ra kháng thể và tế bào nhớ, từ đó bảo vệ cơ thể khỏi bị nhiễm trùng trong tương lai.
• Chẩn đoán bệnh: Các xét nghiệm dựa trên kháng nguyên được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các tác nhân gây bệnh hoặc các dấu ấn sinh học của bệnh.
• Điều trị bệnh: Một số liệu pháp miễn dịch sử dụng kháng thể đặc hiệu để nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư hoặc các tế bào bị nhiễm bệnh.

Kết luận

Tóm lại, kháng nguyên là những phân tử kích hoạt đáp ứng miễn dịch. Hiểu biết về kháng nguyên là rất quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp chẩn đoán và điều trị bệnh, cũng như trong việc thiết kế vắc-xin.

Tương tác giữa kháng nguyên và kháng thể

Kháng thể liên kết với kháng nguyên thông qua các vùng liên kết kháng nguyên (paratope) nằm ở đầu của các nhánh kháng thể. Paratope liên kết đặc hiệu với epitope trên kháng nguyên, tương tự như khóa và chìa. Sự tương tác này rất đặc hiệu, nghĩa là một kháng thể chỉ liên kết với một epitope cụ thể.

Sự liên kết giữa kháng nguyên và kháng thể có thể dẫn đến một số hiệu ứng, bao gồm:

• Trung hòa (Neutralization): Kháng thể liên kết với kháng nguyên, ngăn chặn kháng nguyên liên kết với tế bào đích và gây bệnh.
• Opson hóa (Opsonization): Kháng thể bao phủ bề mặt kháng nguyên, giúp các tế bào thực bào dễ dàng nhận diện và tiêu diệt kháng nguyên.
• Kích hoạt bổ thể (Complement activation): Kháng thể liên kết với kháng nguyên có thể kích hoạt hệ thống bổ thể, một nhóm protein trong huyết tương có khả năng tiêu diệt tế bào đích.
• ADCC (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity): Kháng thể liên kết với tế bào đích, cho phép các tế bào miễn dịch như tế bào NK (Natural Killer) nhận diện và tiêu diệt tế bào đích.

Kháng nguyên và MHC (Major Histocompatibility Complex)

Các phân tử MHC đóng vai trò quan trọng trong việc trình diện kháng nguyên cho tế bào T. Có hai loại phân tử MHC chính:

• MHC lớp I: Trình diện kháng nguyên nội sinh cho tế bào T CD8+.
• MHC lớp II: Trình diện kháng nguyên ngoại lai cho tế bào T CD4+.

Quá trình trình diện kháng nguyên liên quan đến việc phân giải kháng nguyên thành các peptide nhỏ, sau đó liên kết với phân tử MHC và được trình diện trên bề mặt tế bào. Tế bào T nhận diện phức hợp MHC-peptide thông qua thụ thể tế bào T (TCR).

Siêu kháng nguyên (Superantigen)

Siêu kháng nguyên là một loại kháng nguyên đặc biệt có khả năng kích hoạt một lượng lớn tế bào T, dẫn đến giải phóng ồ ạt cytokine và gây ra hội chứng sốc nhiễm độc. Siêu kháng nguyên liên kết đồng thời với phân tử MHC lớp II và TCR mà không cần sự đặc hiệu cao, do đó kích hoạt một số lượng lớn tế bào T không đặc hiệu.

Hapten

Hapten là một phân tử nhỏ, tự bản thân nó không có tính sinh miễn dịch, nhưng khi liên kết với một protein mang (carrier protein) thì có thể trở thành kháng nguyên hoàn chỉnh. Ví dụ, penicillin là một hapten, khi liên kết với protein trong cơ thể có thể gây ra phản ứng dị ứng.

• Abbas, A. K., Lichtman, A. H., & Pillai, S. (2019). Cellular and Molecular Immunology. Elsevier.
• Janeway, C. A., Jr., Travers, P., Walport, M., & Shlomchik, M. J. (2001). Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. Garland Science.
• Murphy, K. (2016). Janeway’s Immunobiology. Garland Science.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên là gì?

Trả lời: Tính sinh miễn dịch là khả năng của một chất kích thích đáp ứng miễn dịch, trong khi tính kháng nguyên là khả năng của một chất liên kết đặc hiệu với các thành phần của đáp ứng miễn dịch, chẳng hạn như kháng thể hoặc thụ thể tế bào T. Một chất có thể có tính kháng nguyên mà không có tính sinh miễn dịch, ví dụ như hapten.

Làm thế nào các tế bào trình diện kháng nguyên xử lý và trình diện kháng nguyên cho tế bào T?

Trả lời: Các tế bào trình diện kháng nguyên (APC) như đại thực bào, tế bào đuôi gai, và tế bào B, nội bào kháng nguyên, phân giải chúng thành các peptide nhỏ, và liên kết các peptide này với phân tử MHC. Phức hợp MHC-peptide sau đó được vận chuyển lên bề mặt tế bào để trình diện cho tế bào T. MHC lớp I trình diện kháng nguyên nội sinh cho tế bào T CD8+, trong khi MHC lớp II trình diện kháng nguyên ngoại lai cho tế bào T CD4+.

Tại sao phản ứng miễn dịch lại khác nhau giữa các cá thể khi tiếp xúc với cùng một kháng nguyên?

Trả lời: Sự khác biệt trong đáp ứng miễn dịch giữa các cá thể có thể do nhiều yếu tố, bao gồm yếu tố di truyền (ví dụ như sự đa dạng của gen MHC), tuổi tác, tình trạng sức khỏe, tiền sử tiếp xúc với kháng nguyên, và các yếu tố môi trường.

Vai trò của adjuvant trong vắc-xin là gì?

Trả lời: Adjuvant là các chất được thêm vào vắc-xin để tăng cường đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên trong vắc-xin. Chúng hoạt động bằng cách kích hoạt các tế bào trình diện kháng nguyên, kéo dài thời gian kháng nguyên tồn tại trong cơ thể, và thúc đẩy sự sản xuất cytokine.

Làm thế nào các nhà khoa học có thể sử dụng kiến thức về kháng nguyên để phát triển các liệu pháp điều trị ung thư?

Trả lời: Kiến thức về kháng nguyên ung thư đặc hiệu có thể được sử dụng để phát triển các liệu pháp miễn dịch nhắm mục tiêu các tế bào ung thư. Ví dụ, liệu pháp CAR T-cell liên quan đến việc biến đổi gen tế bào T của bệnh nhân để biểu hiện thụ thể kháng nguyên chimeric (CAR) đặc hiệu với kháng nguyên ung thư. Các tế bào T CAR sau đó được truyền trở lại vào bệnh nhân để nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư. Một phương pháp khác là sử dụng kháng thể đơn dòng đặc hiệu với kháng nguyên ung thư để nhắm mục tiêu và tiêu diệt tế bào ung thư.