Sự xuyên mạch của bạch cầu (Leukocyte Extravasation / Leukocyte Diapedesis)

Các bước của sự xuyên mạch bạch cầu

Quá trình xuyên mạch được chia thành nhiều bước được điều hòa chặt chẽ, bao gồm:

1. Lăn: Khi mô bị viêm hoặc nhiễm trùng, các tế bào nội mô lót mạch máu biểu hiện các phân tử kết dính được gọi là selectin. Các selectin này liên kết yếu với các glycoprotein trên bề mặt bạch cầu, khiến chúng lăn dọc theo thành mạch máu. Sự tương tác này làm chậm bạch cầu, cho phép chúng tiếp xúc với các tín hiệu hóa học học bổ sung.
2. Kích hoạt: Các chất trung gian hóa học gây viêm, chẳng hạn như chemokine và cytokine, được giải phóng tại vị trí viêm. Các chemokine này liên kết với các thụ thể trên bề mặt bạch cầu, kích hoạt các integrin, một họ protein kết dính xuyên màng.
3. Kết dính chặt: Các integrin được kích hoạt trên bạch cầu liên kết với các phân tử kết dính tế bào nội mô (ICAMs) trên bề mặt tế bào nội mô. Sự tương tác integrin-ICAM này tạo ra một liên kết mạnh mẽ, dừng bạch cầu lại.
4. Xuyên mạch (Diapedesis): Bạch cầu sau đó chui qua các khoảng trống giữa các tế bào nội mô, một quá trình được gọi là diapedesis. Cơ chế chính xác của diapedesis vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng nó liên quan đến sự sắp xếp lại bộ xương tế bào bạch cầu và tương tác với các phân tử liên kết tế bào nội mô. Quá trình này có thể xảy ra theo con đường paracellular (giữa các tế bào nội mô) hoặc transcellular (xuyên qua tế bào nội mô).
5. Di chuyển đến vị trí bị viêm: Sau khi xuyên mạch, bạch cầu di chuyển đến vị trí bị viêm hoặc nhiễm trùng bằng cách hóa hướng động, theo gradient nồng độ của các chất trung gian hóa học gây viêm.

Vai trò của các phân tử kết dính

Các phân tử kết dính đóng vai trò quan trọng trong sự xuyên mạch của bạch cầu. Các phân tử chính bao gồm:

• Selectin (P-selectin, E-selectin, L-selectin): Điều khiển quá trình lăn. P-selectin được lưu trữ trong các tiểu thể bên trong tế bào nội mô và được biểu hiện nhanh chóng trên bề mặt khi được kích hoạt. E-selectin được tổng hợp de novo bởi các tế bào nội mô sau khi được kích hoạt bởi các cytokine. L-selectin được biểu hiện cấu thành trên bạch cầu.
• Integrin (ví dụ: LFA-1, Mac-1, VLA-4): Điều khiển quá trình kết dính chặt. Integrin tồn tại ở trạng thái ái lực thấp trên bạch cầu nghỉ và được kích hoạt bởi chemokine để liên kết với ái lực cao với ICAMs.
• ICAMs (ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1): Là các phối tử cho integrin, được biểu hiện trên tế bào nội mô. Biểu hiện của chúng tăng lên trong quá trình viêm.
• PECAM-1 (CD31): Tham gia vào quá trình xuyên mạch qua các điểm nối giữa các tế bào nội mô, tạo điều kiện cho bạch cầu di chuyển qua thành mạch.
• JAMs (Junctional Adhesion Molecules): Cũng đóng vai trò trong việc di chuyển của bạch cầu qua nội mô.

Ý nghĩa lâm sàng

Sự xuyên mạch của bạch cầu là điều cần thiết cho một hệ thống miễn dịch hoạt động hiệu quả. Khi quá trình này bị khiếm khuyết, nó có thể dẫn đến tăng tính nhạy cảm với nhiễm trùng. Ví dụ, hội chứng thiếu hụt kết dính bạch cầu type 1 (LAD-1) là một rối loạn di truyền hiếm gặp, đặc trưng bởi sự thiếu hụt hoặc rối loạn chức năng của β2 integrin, dẫn đến suy giảm khả năng xuyên mạch của bạch cầu và nhiễm trùng tái phát nghiêm trọng. Mặt khác, sự xuyên mạch bạch cầu quá mức hoặc không được kiểm soát có thể góp phần vào sự phát triển của các bệnh viêm mãn tính, như bệnh hen suyễn, viêm khớp dạng thấp và xơ cứng động mạch. Do đó, việc hiểu biết về các cơ chế phân tử chi phối sự xuyên mạch của bạch cầu là rất quan trọng để phát triển các liệu pháp mới cho các bệnh này.

Các yếu tố điều hòa sự xuyên mạch bạch cầu

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự xuyên mạch của bạch cầu, bao gồm:

• Chất trung gian hóa học: Cytokine (ví dụ: TNF-α, IL-1β) và chemokine (ví dụ: IL-8, MCP-1), được sản xuất bởi các tế bào miễn dịch và tế bào nội mô, đóng vai trò then chốt trong việc điều hòa quá trình xuyên mạch bằng cách kích hoạt bạch cầu và điều chỉnh sự biểu hiện của các phân tử kết dính.
• Dòng chảy máu: Lực cắt của dòng máu ảnh hưởng đến tương tác giữa bạch cầu và thành mạch máu, ảnh hưởng đến cả lăn và kết dính. Dòng chảy máu chậm lại ở vị trí viêm, tạo điều kiện cho bạch cầu tương tác với nội mô.
• Ma trận ngoại bào: Các thành phần của ma trận ngoại bào, chẳng hạn như glycosaminoglycans và proteoglycans, có thể tương tác với bạch cầu và ảnh hưởng đến sự di chuyển của chúng qua thành mạch và trong mô.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các phân tử kết dính và các quá trình tế bào khác liên quan đến xuyên mạch. Viêm thường đi kèm với tăng nhiệt độ cục bộ, có thể ảnh hưởng đến quá trình này.

Các kỹ thuật nghiên cứu sự xuyên mạch bạch cầu

Một số kỹ thuật được sử dụng để nghiên cứu sự xuyên mạch của bạch cầu in vitro và in vivo:

• Buồng dòng chảy song song: Cho phép quan sát tương tác giữa bạch cầu và tế bào nội mô dưới điều kiện dòng chảy được kiểm soát. Kỹ thuật này bắt chước lực cắt của dòng chảy trong mạch máu và cho phép các nhà nghiên cứu phân tích các bước lăn và kết dính của bạch cầu.
• Mô hình động vật xuyên mạch intravital: Cung cấp hình ảnh trực tiếp về sự xuyên mạch của bạch cầu trong các mô sống, thường sử dụng kính hiển vi hai photon. Kỹ thuật này cho phép quan sát trong thời gian thực quá trình xuyên mạch trong bối cảnh sinh lý phức tạp.
• Phân tích kết dính tế bào: Đánh giá tương tác giữa bạch cầu và tế bào nội mô hoặc các phân tử kết dính cụ thể bằng các xét nghiệm định lượng. Các xét nghiệm này có thể đo ái lực liên kết và động học.
• Xét nghiệm hóa hướng động: Đo lường sự di chuyển của bạch cầu để đáp ứng với các chất hóa học học, chẳng hạn như chemokine. Xét nghiệm này đánh giá khả năng của bạch cầu di chuyển về phía vị trí viêm.
• Xét nghiệm xuyên mạch in vitro: Sử dụng màng xốp phủ tế bào nội mô để đánh giá khả năng bạch cầu di chuyển qua lớp nội mô.

Các bệnh liên quan đến sự xuyên mạch bạch cầu bị rối loạn

Sự xuyên mạch của bạch cầu bị rối loạn có thể góp phần vào nhiều bệnh, bao gồm:

• Suy giảm miễn dịch: Khiếm khuyết trong sự xuyên mạch của bạch cầu có thể dẫn đến tăng tính nhạy cảm với nhiễm trùng. Ví dụ, hội chứng thiếu hụt kết dính bạch cầu loại 1 (LAD-1) là một rối loạn di truyền hiếm gặp đặc trưng bởi sự biểu hiện bị lỗi của β2 integrin, dẫn đến suy giảm khả năng kết dính và xuyên mạch của bạch cầu. Các loại LAD khác cũng ảnh hưởng đến các phân tử kết dính khác nhau.
• Bệnh viêm mãn tính: Sự xuyên mạch bạch cầu không được kiểm soát có thể làm trầm trọng thêm tình trạng viêm trong các bệnh như hen suyễn, viêm khớp dạng thấp và bệnh viêm ruột (IBD). Trong những trường hợp này, bạch cầu xâm nhập vào mô một cách không thích hợp và góp phần gây tổn thương mô.
• Ung thư: Sự xuyên mạch của bạch cầu đóng vai trò trong quá trình di căn ung thư, trong đó các tế bào ung thư xâm nhập vào mạch máu và di chuyển đến các vị trí xa. Các tế bào ung thư có thể lợi dụng các cơ chế tương tự mà bạch cầu sử dụng để xuyên mạch.
• Xơ vữa động mạch: Sự tích tụ bạch cầu, đặc biệt là bạch cầu đơn nhân, trong thành động mạch góp phần vào sự phát triển của các mảng xơ vữa.