Miễn dịch qua trung gian tế bào (Cell-mediated immunity)

Miễn dịch qua trung gian tế bào (CMI) là một nhánh của hệ thống miễn dịch thích nghi, đặc trưng bởi sự kích hoạt của các tế bào miễn dịch, cụ thể là tế bào T, chứ không phải kháng thể. Không giống như miễn dịch dịch thể, dựa vào kháng thể được sản xuất bởi tế bào B, CMI sử dụng các loại tế bào T khác nhau để loại bỏ mầm bệnh. CMI đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chống lại các mầm bệnh nội bào như virus và một số vi khuẩn, cũng như trong việc chống lại tế bào ung thư và phản ứng thải ghép.

Cơ chế hoạt động

CMI là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều bước và các loại tế bào khác nhau. Dưới đây là tóm tắt các bước chính:

1. Trình diện kháng nguyên: Tế bào trình diện kháng nguyên (APC), như đại thực bào và tế bào tua, bắt giữ và xử lý kháng nguyên. Các kháng nguyên được xử lý này sau đó được trình diện trên bề mặt của APC liên kết với phân tử phức hợp tương hợp mô chủ yếu loại I (MHC I) hoặc loại II (MHC II). MHC I trình diện kháng nguyên nội bào cho tế bào T CD8+, trong khi MHC II trình diện kháng nguyên ngoại bào cho tế bào T CD4+.

2. Nhận diện kháng nguyên: Tế bào T mang các thụ thể tế bào T (TCR) đặc hiệu có thể nhận diện và liên kết với phức hợp MHC-kháng nguyên trên APC. Tế bào T CD8+ nhận diện kháng nguyên được trình diện bởi MHC I, trong khi tế bào T CD4+ nhận diện kháng nguyên được trình diện bởi MHC II. Sự liên kết này, cùng với các tín hiệu phụ khác, là rất quan trọng cho việc kích hoạt tế bào T.

3. Kích hoạt tế bào T: Khi TCR liên kết với phức hợp MHC-kháng nguyên, tế bào T được kích hoạt và bắt đầu tăng sinh, tạo ra một dòng tế bào T hiệu ứng đặc hiệu với kháng nguyên đó. Quá trình này còn liên quan đến sự tham gia của các phân tử đồng kích thích và cytokine.

4. Loại bỏ mầm bệnh: Có nhiều loại tế bào T hiệu ứng khác nhau tham gia vào CMI:

Tế bào T độc tế bào (CTLs hay tế bào T CD8+): CTLs nhận diện và tiêu diệt các tế bào bị nhiễm virus hoặc tế bào ung thư bằng cách giải phóng các protein gây độc tế bào như perforin và granzyme. Perforin tạo lỗ trên màng tế bào đích, cho phép granzyme xâm nhập và gây ra apoptosis (chết tế bào theo chương trình).
Tế bào T hỗ trợ (Th hay tế bào T CD4+): Tế bào Th hỗ trợ các tế bào miễn dịch khác bằng cách tiết ra các cytokine. Có nhiều loại tế bào Th khác nhau, bao gồm:
- Th1: Kích hoạt đại thực bào và CTLs, quan trọng trong việc chống lại các mầm bệnh nội bào. Interferon-γ (IFN-γ) là một cytokine quan trọng được sản xuất bởi tế bào Th1.
- Th2: Kích hoạt tế bào B sản xuất kháng thể, quan trọng trong việc chống lại ký sinh trùng và dị ứng. Interleukin-4 (IL-4) và IL-5 là những cytokine quan trọng được sản xuất bởi tế bào Th2.
- Th17: Tuyển dụng bạch cầu trung tính đến vị trí nhiễm trùng, quan trọng trong việc chống lại vi khuẩn ngoại bào và nấm. IL-17 là cytokine đặc trưng của tế bào Th17.

Vai trò của CMI

CMI đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể chống lại nhiều mối đe dọa, bao gồm:

Chống lại nhiễm trùng nội bào: CMI rất quan trọng trong việc kiểm soát nhiễm trùng do virus, vi khuẩn nội bào và một số loại nấm và ký sinh trùng. CTLs tiêu diệt trực tiếp các tế bào bị nhiễm bệnh, trong khi tế bào Th1 hỗ trợ quá trình này bằng cách kích hoạt đại thực bào.
Phản ứng chống ung thư: CTLs có thể nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư. Chúng nhận diện các kháng nguyên đặc hiệu của khối u được trình diện trên MHC I.
Phản ứng thải ghép: CMI đóng vai trò trong việc loại bỏ mô ghép. Tế bào T có thể nhận diện các kháng nguyên MHC allogeneic trên mô ghép và khởi động phản ứng miễn dịch chống lại mô ghép.
Quá mẫn muộn: Một số phản ứng quá mẫn, chẳng hạn như phản ứng Mantoux đối với bệnh lao, được trung gian bởi CMI. Phản ứng này liên quan đến sự hoạt hóa của tế bào T nhớ đặc hiệu với kháng nguyên lao.

Sự tương tác giữa CMI và miễn dịch dịch thể

Mặc dù CMI và miễn dịch dịch thể được coi là hai nhánh riêng biệt của hệ thống miễn dịch thích nghi, nhưng chúng hoạt động chặt chẽ với nhau. Ví dụ, tế bào T hỗ trợ (đặc biệt là Th2) đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt tế bào B sản xuất kháng thể. Ngược lại, kháng thể có thể hỗ trợ CMI bằng cách opson hóa mầm bệnh, giúp các tế bào thực bào như đại thực bào dễ dàng nhận diện và loại bỏ chúng. Sự phối hợp giữa CMI và miễn dịch dịch thể đảm bảo một phản ứng miễn dịch hiệu quả chống lại nhiều loại mầm bệnh. Kháng thể cũng có thể kích hoạt hệ thống bổ thể, góp phần tiêu diệt mầm bệnh.

Các rối loạn liên quan đến CMI

Suy giảm miễn dịch: Khi CMI bị suy giảm, cơ thể dễ bị nhiễm trùng cơ hội do virus, vi khuẩn nội bào và nấm. Ví dụ, ở những người nhiễm HIV, virus tấn công và phá hủy tế bào T CD4+, dẫn đến suy giảm miễn dịch nghiêm trọng và tăng nguy cơ mắc các bệnh nhiễm trùng cơ hội. Các rối loạn di truyền ảnh hưởng đến sự phát triển hoặc chức năng của tế bào T cũng có thể gây ra suy giảm miễn dịch kết hợp nghiêm trọng (SCID).

Bệnh tự miễn: Ngược lại, CMI quá mức hoặc hoạt động không đúng cách có thể dẫn đến các bệnh tự miễn, trong đó hệ thống miễn dịch tấn công nhầm các tế bào và mô của chính cơ thể. Một số ví dụ về bệnh tự miễn liên quan đến CMI bao gồm bệnh đa xơ cứng, bệnh Crohn và viêm khớp dạng thấp. Trong những trường hợp này, tế bào T tự phản ứng tấn công các mô khỏe mạnh, gây viêm và tổn thương mô.

Các phương pháp nghiên cứu CMI

Nhiều phương pháp được sử dụng để nghiên cứu CMI, bao gồm:

Xét nghiệm nội độc tố da: Đánh giá phản ứng quá mẫn muộn đối với một kháng nguyên cụ thể. Ví dụ như phản ứng Mantoux cho bệnh lao. Phương pháp này giúp đánh giá chức năng của tế bào T nhớ.
Đo hoạt tính tế bào T: Đánh giá khả năng tăng sinh và sản xuất cytokine của tế bào T khi tiếp xúc với kháng nguyên. Các kỹ thuật thường được sử dụng bao gồm xét nghiệm ELISpot và phân tích bằng cytometry.
Định lượng các phân tử liên quan đến CMI: Đo nồng độ các cytokine và các phân tử khác liên quan đến hoạt động của tế bào T trong máu hoặc các dịch sinh học khác. Kỹ thuật ELISA thường được sử dụng cho mục đích này.
Phân tích biểu hiện gen: Nghiên cứu biểu hiện của các gen liên quan đến CMI trong các tế bào miễn dịch. Kỹ thuật PCR định lượng (qPCR) và microarray là những công cụ hữu ích cho việc phân tích này. Phương pháp này có thể cung cấp thông tin chi tiết về các con đường và cơ chế phân tử liên quan đến CMI.

Ứng dụng của CMI trong y học

CMI đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các liệu pháp miễn dịch, chẳng hạn như:

Vác xin: Nhiều loại vác xin hoạt động bằng cách kích thích CMI, tạo ra các tế bào T nhớ có thể nhanh chóng phản ứng với mầm bệnh khi gặp lại. Ví dụ như vác xin ngừa lao, sởi, quai bị, rubella.
Liệu pháp tế bào T: Sử dụng tế bào T được biến đổi gen hoặc kích hoạt để nhằm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư. Liệu pháp CAR T-cell là một ví dụ điển hình cho phương pháp này, trong đó tế bào T của bệnh nhân được biến đổi gen để biểu hiện thụ thể kháng nguyên chimric (CAR) đặc hiệu cho kháng nguyên khối u.
Liệu pháp điều hòa miễn dịch: Nhằm điều chỉnh hoạt động của hệ thống miễn dịch để điều trị các bệnh tự miễn và các bệnh khác. Ví dụ, một số loại thuốc ức chế miễn dịch có thể ức chế hoạt động của tế bào T để kiểm soát các phản ứng tự miễn.

Tóm tắt về Miễn dịch qua trung gian tế bào

Miễn dịch qua trung gian tế bào (CMI) là một nhánh thiết yếu của hệ thống miễn dịch thích nghi, đóng vai trò trung tâm trong việc bảo vệ cơ thể chống lại các mầm bệnh nội bào, tế bào ung thư và mô ghép. Không giống như miễn dịch dịch thể dựa vào kháng thể, CMI dựa vào hoạt động của các tế bào T. Các tế bào này, bao gồm tế bào T độc tế bào (CTLs) và tế bào T hỗ trợ (Th), thực hiện các chức năng khác nhau để loại bỏ các mối đe dọa. CTLs trực tiếp tiêu diệt các tế bào bị nhiễm bệnh hoặc tế bào ung thư, trong khi tế bào Th điều phối phản ứng miễn dịch bằng cách tiết ra cytokine và hỗ trợ các tế bào miễn dịch khác.

Sự phối hợp giữa CMI và miễn dịch dịch thể là rất quan trọng để có một phản ứng miễn dịch hiệu quả. Tế bào Th, đặc biệt là Th2, kích hoạt tế bào B sản xuất kháng thể, trong khi kháng thể có thể hỗ trợ CMI bằng cách opson hóa mầm bệnh. Sự cân bằng tinh tế này là rất quan trọng cho sức khỏe, vì sự suy giảm CMI có thể dẫn đến tăng nguy cơ nhiễm trùng, trong khi CMI hoạt động quá mức hoặc không đúng cách có thể dẫn đến các bệnh tự miễn.

Hiểu biết về CMI là nền tảng cho việc phát triển các liệu pháp miễn dịch. Vắc xin, liệu pháp tế bào T và liệu pháp điều hòa miễn dịch là những ví dụ về cách CMI được khai thác để tăng cường phản ứng miễn dịch hoặc điều chỉnh hoạt động của hệ thống miễn dịch. Nghiên cứu liên tục về CMI là rất quan trọng để nâng cao hiểu biết của chúng ta về hệ thống miễn dịch và phát triển các phương pháp điều trị mới cho nhiều bệnh.

Tài liệu tham khảo:

Abbas, A. K., Lichtman, A. H., & Pillai, S. (2022). Cellular and Molecular Immunology (10th ed.). Elsevier.
Murphy, K., Weaver, C. (2016). Janeway’s Immunobiology (9th ed.). Garland Science.
Parham, P. (2014). The Immune System (4th ed.). Garland Science.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào tế bào T phân biệt được giữa tế bào của cơ thể và tế bào bị nhiễm bệnh hoặc tế bào ung thư?

Trả lời: Tế bào T nhận diện các kháng nguyên được trình diện trên bề mặt tế bào bởi các phân tử MHC. Mỗi tế bào trong cơ thể đều biểu hiện MHC lớp I, trình diện các peptide có nguồn gốc từ bên trong tế bào. Khi tế bào bị nhiễm virus hoặc trở thành tế bào ung thư, chúng sẽ sản xuất các protein bất thường. Các protein này được xử lý và trình diện trên MHC lớp I. Tế bào T độc tế bào (CTLs) có thể nhận diện những peptide bất thường này là “ngoại lai” và tiêu diệt tế bào mang chúng. Đồng thời, các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp (APCs) như đại thực bào và tế bào tua, biểu hiện cả MHC lớp I và MHC lớp II. MHC lớp II trình diện các kháng nguyên từ bên ngoài tế bào mà APCs đã thực bào. Tế bào T hỗ trợ (Th) nhận diện các kháng nguyên trình diện trên MHC lớp II.

Ngoài việc tiêu diệt trực tiếp tế bào bị nhiễm, CTLs còn có những cơ chế nào khác để kiểm soát nhiễm trùng?

Trả lời: Ngoài việc giải phóng perforin và granzyme, CTLs còn có thể kiểm soát nhiễm trùng bằng cách tiết ra các cytokine như IFN-γ, TNF-α. IFN-γ có tác dụng ức chế sự sao chép của virus và tăng cường khả năng trình diện kháng nguyên của các tế bào bị nhiễm. TNF-α có thể gây ra apoptosis của tế bào đích và kích hoạt các tế bào miễn dịch khác.

Sự khác biệt chính giữa phản ứng miễn dịch qua trung gian tế bào do Th1 và Th2 điều phối là gì?

Trả lời: Th1 chủ yếu điều phối phản ứng chống lại các mầm bệnh nội bào bằng cách kích hoạt đại thực bào và CTLs. Th2 chủ yếu điều phối phản ứng chống lại ký sinh trùng và dị ứng bằng cách kích hoạt tế bào B sản xuất kháng thể, đặc biệt là IgE. Sự mất cân bằng giữa Th1 và Th2 có thể góp phần vào sự phát triển của một số bệnh.

Tại sao việc ức chế CMI lại là một chiến lược quan trọng của nhiều mầm bệnh?

Trả lời: Nhiều mầm bệnh, bao gồm virus và một số vi khuẩn, đã phát triển các cơ chế để ức chế CMI nhằm trốn tránh hệ thống miễn dịch. Ví dụ, một số virus có thể ức chế biểu hiện MHC lớp I trên tế bào bị nhiễm, làm cho chúng khó bị CTLs nhận diện. Một số vi khuẩn có thể tiết ra các chất ức chế hoạt động của đại thực bào và tế bào T.

Làm thế nào các nhà khoa học có thể khai thác CMI để phát triển các liệu pháp điều trị ung thư mới?

Trả lời: Liệu pháp tế bào T, bao gồm liệu pháp CAR T-cell, là một ví dụ về cách khai thác CMI để điều trị ung thư. Trong liệu pháp CAR T-cell, tế bào T của bệnh nhân được biến đổi gen để biểu hiện thụ thể kháng nguyên chim ưng (CAR), cho phép chúng nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư một cách đặc hiệu. Các phương pháp tiếp cận khác bao gồm việc sử dụng vắc-xin ung thư để kích thích CMI chống lại các kháng nguyên đặc hiệu của khối u và phát triển các loại thuốc mới để tăng cường hoạt động của CTLs và các tế bào miễn dịch khác.

Một số điều thú vị về Miễn dịch qua trung gian tế bào

Tế bào T “ghi nhớ”: Sau khi gặp phải một kháng nguyên, một số tế bào T biệt hóa thành tế bào T nhớ. Những tế bào này “ghi nhớ” kháng nguyên và có thể 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. Đây là nguyên lý hoạt động của vắc-xin.
“Giết người hàng loạt” của hệ miễn dịch: Một tế bào T độc tế bào (CTL) duy nhất có thể tiêu diệt nhiều tế bào bị nhiễm bệnh liên tiếp mà không bị ảnh hưởng. Chúng như những “sát thủ hàng loạt” cực kỳ hiệu quả của hệ miễn dịch.
Thế giới đa dạng của tế bào T hỗ trợ: Không chỉ có Th1, Th2 và Th17, mà còn có nhiều loại tế bào T hỗ trợ khác, mỗi loại có chức năng riêng biệt. Ví dụ, tế bào Tfh (follicular helper T cells) giúp tế bào B sản xuất kháng thể ái lực cao, trong khi tế bào Treg (regulatory T cells) giúp ngăn chặn phản ứng miễn dịch quá mức và duy trì sự dung nạp miễn dịch.
CMI và microbiome: Có bằng chứng cho thấy CMI đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột (microbiome). Sự tương tác phức tạp giữa CMI và microbiome có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và bệnh tật.
CMI và ung thư: Mặc dù CTLs có thể tiêu diệt tế bào ung thư, nhưng các khối u thường phát triển các cơ chế để trốn tránh CMI. Nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào việc tìm cách vượt qua những cơ chế này để tăng cường khả năng chống ung thư của hệ miễn dịch.
Tuổi tác và CMI: CMI suy giảm theo tuổi tác, làm cho người cao tuổi dễ bị nhiễm trùng hơn. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng để tìm cách duy trì chức năng miễn dịch ở người cao tuổi.
CMI và stress: Stress mãn tính có thể ức chế CMI, làm tăng nguy cơ nhiễm trùng và các bệnh khác. Quản lý stress hiệu quả có thể giúp duy trì một hệ miễn dịch khỏe mạnh.