Kháng thể (Antibody)

Cấu trúc kháng thể

Kháng thể có cấu trúc hình chữ Y, bao gồm bốn chuỗi polypeptide: hai chuỗi nặng (heavy chain) giống hệt nhau và hai chuỗi nhẹ (light chain) giống hệt nhau. Các chuỗi này được liên kết với nhau bằng các cầu disulfua (-S-S-). Mỗi chuỗi này lại được chia thành các vùng với chức năng riêng biệt: vùng biến đổi và vùng hằng định.

• Vùng biến đổi (Variable region – V): Đầu của chữ Y, được hình thành bởi cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. Đây là vùng liên kết với kháng nguyên và có tính đặc hiệu cao. Sự đa dạng về trình tự amino acid trong vùng này cho phép kháng thể nhận diện một số lượng lớn các kháng nguyên khác nhau. Mỗi kháng thể có một vùng biến đổi duy nhất, cho phép nó liên kết với một kháng nguyên cụ thể như một “khóa và chìa”.
• Vùng hằng định (Constant region – C): Phần thân và đuôi của chữ Y, được hình thành chủ yếu bởi chuỗi nặng. Vùng này quyết định chức năng hiệu ứng của kháng thể, ví dụ như khả năng hoạt hóa bổ thể hoặc liên kết với các tế bào miễn dịch khác như đại thực bào và tế bào NK. Vùng hằng định cũng xác định lớp immunoglobulin (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) của kháng thể. Mỗi lớp immunoglobulin có một chức năng hiệu ứng khác nhau trong hệ miễn dịch.

Các loại kháng thể

Có năm loại kháng thể chính ở người, được phân biệt bởi chuỗi nặng của chúng:

• IgA: Có nhiều trong các dịch tiết như nước mắt, nước bọt, sữa mẹ, và dịch nhầy. IgA bảo vệ niêm mạc khỏi sự xâm nhập của mầm bệnh, hoạt động như một hàng rào bảo vệ đầu tiên chống lại nhiễm trùng.
• IgD: Có trên bề mặt của tế bào B trưởng thành và đóng vai trò trong việc kích hoạt tế bào B, giúp chúng phản ứng với kháng nguyên.
• IgE: Liên quan đến phản ứng dị ứng và bảo vệ chống lại ký sinh trùng. IgE liên kết với các tế bào mast và basophil, gây giải phóng histamine và các chất trung gian gây viêm khác. Mặc dù quan trọng trong việc chống lại ký sinh trùng, IgE cũng là nguyên nhân gây ra các triệu chứng dị ứng.
• IgG: Là loại kháng thể phổ biến nhất trong máu và dịch mô. IgG có khả năng trung hòa độc tố, hoạt hóa bổ thể và opson hóa (dán nhãn) mầm bệnh để thực bào. IgG cũng là loại kháng thể duy nhất có thể đi qua nhau thai, cung cấp khả năng miễn dịch thụ động cho thai nhi.
• IgM: Là loại kháng thể đầu tiên được sản xuất trong đáp ứng miễn dịch. IgM có cấu trúc pentamer (năm đơn vị IgM liên kết với nhau) và hiệu quả trong việc hoạt hóa bổ thể. Do kích thước lớn, IgM chủ yếu nằm trong máu.

Chức năng của kháng thể

Kháng thể thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong hệ miễn dịch, góp phần vào cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch qua trung gian tế bào:

• Trung hòa (Neutralization): Kháng thể liên kết với kháng nguyên trên bề mặt của mầm bệnh, ngăn chặn chúng xâm nhập vào tế bào chủ, do đó ngăn chặn nhiễm trùng.
• Opson hóa (Opsonization): Kháng thể 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. Kháng thể hoạt động như “cờ hiệu” để hệ miễn dịch nhận biết và tiêu diệt mầm bệnh.
• Hoạt hóa bổ thể (Complement activation): Kháng thể kích hoạt hệ thống bổ thể, một nhóm protein huyết tương có khả năng tiêu diệt mầm bệnh bằng cách tạo lỗ trên màng tế bào của chúng, dẫn đến ly giải tế bào.
• Kháng thể phụ thuộc vào tế bào độc tế bào (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity – ADCC): Kháng thể liên kết với tế bào đích bị nhiễm bệnh, cho phép các tế bào miễn dịch như tế bào NK nhận diện và tiêu diệt chúng bằng cách giải phóng các enzyme gây độc tế bào.

Ứng dụng của kháng thể

Kháng thể được sử dụng rộng rãi trong y học và nghiên cứu, bao gồm:

• Chẩn đoán bệnh: Xét nghiệm kháng thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các kháng thể đặc hiệu trong máu, giúp chẩn đoán các bệnh nhiễm trùng và các bệnh tự miễn. Ví dụ, xét nghiệm kháng thể HIV được sử dụng để xác định xem một người có bị nhiễm HIV hay không.
• Điều trị bệnh: Kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies) được sử dụng để điều trị ung thư, các bệnh tự miễn và các bệnh nhiễm trùng. Kháng thể đơn dòng nhắm mục tiêu cụ thể vào các tế bào hoặc phân tử nhất định, cho phép điều trị chính xác hơn và giảm tác dụng phụ.
• Nghiên cứu khoa học: Kháng thể được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về hệ miễn dịch, sinh học tế bào và phân tử, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các quá trình sinh học phức tạp và phát triển các liệu pháp mới.

Tóm lại, kháng thể là một thành phần thiết yếu của hệ miễn dịch, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh. Sự hiểu biết về cấu trúc và chức năng của kháng thể là nền tảng cho việc phát triển các phương pháp chẩn đoán và điều trị bệnh hiệu quả.

Sản xuất kháng thể

Kháng thể được sản xuất bởi các tế bào plasma, một loại tế bào B biệt hóa. Quá trình sản xuất kháng thể được gọi là đáp ứng miễn dịch thể dịch và diễn ra theo các bước sau:

• Nhận diện kháng nguyên: Tế bào B mang trên bề mặt các thụ thể kháng nguyên đặc hiệu, có khả năng liên kết với một kháng nguyên cụ thể. Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, nó sẽ liên kết với tế bào B có thụ thể tương ứng.
• Kích hoạt tế bào B: Tế bào B được kích hoạt sẽ phân chia và biệt hóa thành tế bào plasma và tế bào B nhớ. Sự kích hoạt này thường yêu cầu sự hỗ trợ của tế bào T helper.
• Sản xuất kháng thể: Tế bào plasma sản xuất một lượng lớn kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên ban đầu.
• Tế bào B nhớ: Tế bào B nhớ lưu giữ thông tin về kháng nguyên và có khả năng phản ứng nhanh chóng và mạnh mẽ hơn nếu gặp lại kháng nguyên đó trong tương lai, cung cấp khả năng miễn dịch lâu dài.

Sự đa dạng của kháng thể

Hệ miễn dịch có khả năng sản xuất hàng triệu loại kháng thể khác nhau, mỗi loại đặc hiệu với một kháng nguyên cụ thể. Sự đa dạng này được tạo ra bởi các cơ chế sau:

• Tái tổ hợp V(D)J: Các gen mã hóa cho vùng biến đổi của kháng thể được tạo ra từ sự tái tổ hợp ngẫu nhiên của các đoạn gen V, D và J. Quá trình này diễn ra trong quá trình phát triển tế bào B.
• Đột biến soma: Trong quá trình đáp ứng miễn dịch, các đột biến xảy ra trong các gen mã hóa cho vùng biến đổi của kháng thể, làm tăng thêm sự đa dạng và cải thiện khả năng liên kết với kháng nguyên.
• Nối đa dạng: Enzyme TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase) thêm các nucleotide ngẫu nhiên vào vị trí nối giữa các đoạn gen V, D và J, tạo ra sự đa dạng về trình tự và tăng cường tính đặc hiệu của kháng thể.

Kháng thể đơn dòng (Monoclonal antibodies)

Kháng thể đơn dòng là các kháng thể được sản xuất từ một dòng tế bào plasma duy nhất, do đó chúng đều giống hệt nhau về cấu trúc và đặc hiệu kháng nguyên. Kháng thể đơn dòng được sản xuất trong phòng thí nghiệm bằng cách hợp nhất tế bào B sản xuất kháng thể với tế bào ung thư, tạo ra tế bào lai gọi là hybridoma. Kháng thể đơn dòng có nhiều ứng dụng trong y học và nghiên cứu, bao gồm chẩn đoán và điều trị bệnh, cũng như trong các kỹ thuật nghiên cứu như Western blot và ELISA.

• 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

Làm thế nào hệ miễn dịch tránh tấn công các tế bào của chính nó (tự miễn)?

Trả lời: Hệ miễn dịch có các cơ chế phức tạp để phân biệt giữa “bản thân” và “ngoại lai”. Trong quá trình phát triển, các tế bào miễn dịch tự phản ứng (tấn công các tế bào của chính cơ thể) sẽ bị loại bỏ hoặc bất hoạt. Tuy nhiên, đôi khi các cơ chế này bị lỗi, dẫn đến các bệnh tự miễn, trong đó hệ miễn dịch tấn công nhầm các mô khỏe mạnh. Một số yếu tố góp phần vào sự dung nạp miễn dịch bao gồm sự trình diện kháng nguyên trong tuyến ức, sự biểu hiện các phân tử MHC và hoạt động của các tế bào T điều hòa (Treg).

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 hợp nhất tế bào B sản xuất kháng thể với tế bào myeloma (tế bào ung thư). Tế bào lai tạo thành (hybridoma) có khả năng sản xuất một lượng lớn kháng thể đồng nhất và có thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Ngoài 5 loại kháng thể chính, còn có những loại kháng thể nào khác?

Trả lời: Mặc dù IgA, IgD, IgE, IgG, và IgM là năm lớp kháng thể chính ở người, IgG và IgA có thể được chia thành các phân lớp nhỏ hơn dựa trên sự khác biệt nhỏ trong chuỗi nặng của chúng. Ví dụ, IgG có 4 phân lớp: IgG1, IgG2, IgG3 và IgG4. Tương tự, IgA có hai phân lớp: IgA1 và IgA2. Sự khác biệt về chức năng và vị trí phân bố tồn tại giữa các phân lớp này. Ngoài ra, một số loài động vật có các loại kháng thể độc đáo, chẳng hạn như IgY ở chim và IgNAR ở cá mập.

Làm thế nào để cải thiện đáp ứng miễn dịch của cơ thể để sản xuất kháng thể hiệu quả hơn?

Trả lời: Đáp ứng miễn dịch có thể được cải thiện thông qua nhiều cách, bao gồm tiêm chủng, chế độ ăn uống lành mạnh, tập thể dục đều đặn, giảm căng thẳng và ngủ đủ giấc. Tiêm chủng hoạt động bằng cách đưa vào cơ thể một dạng kháng nguyên vô hại hoặc suy yếu, kích thích hệ miễn dịch sản xuất kháng thể và tế bào B nhớ, giúp cơ thể sẵn sàng chống lại mầm bệnh thực sự trong tương lai.

Kháng thể có vai trò gì trong việc phát triển các liệu pháp điều trị mới?

Trả lời: Kháng thể, đặc biệt là kháng thể đơn dòng, đang được sử dụng ngày càng nhiều trong việc phát triển các liệu pháp điều trị mới cho nhiều bệnh khác nhau, bao gồm ung thư, bệnh tự miễn và bệnh truyền nhiễm. Kháng thể có thể được thiết kế để nhắm mục tiêu vào các phân tử cụ thể trên bề mặt tế bào, chẳng hạn như thụ thể hoặc kháng nguyên, cho phép phân phối thuốc chính xác và giảm tác dụng phụ. Liệu pháp kháng thể cũng đang được nghiên cứu để điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh và các bệnh khác.