Tên gọi tiếng Anh “immunity” (tính miễn dịch) có nguồn gốc từ tiếng Latinh “immunitas” có nghĩa là miễn trừ sự cáo buộc pháp luật dành cho các nghị sĩ quốc hội trong thời gian thăng chức. Trong lịch sử, miễn dịch được dùng để chỉ sự không mắc bệnh, mà cụ thể là các bệnh nhiễm trùng. Trong cơ thể, tất cả các tế bào và phân tử hoá học chịu trách nhiệm về tính miễn dịch hợp thành hệ thống miễn dịch, và toàn bộ những đáp ứng của chúng tạo ra đối với những chất lạ xâm nhập vào cơ thể được gọi là đáp ứng miễn dịch.
Chức năng sinh lý của hệ thống miễn dịch là bảo vệ một cơ thể chống lại các vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào cơ thể đó. Tuy nhiên, những chất lạ không gây bệnh xâm nhập vào cơ thể cũng gây ra đáp ứng miễn dịch. Hơn nữa, cơ chế bảo vệ bình thường còn có khi gây ra một số thương tổn cho cơ thể. Do đó, người ta đã đưa ra một định nghĩa bao hàm hơn đối với tính miễn dịch là phản ứng đối với các chất lạ, bao gồm cả vi khuẩn và các đại phân tử như protein, các polysaccharide, không kể phản ứng đó là sinh lý hay bệnh lý. Miễn dịch học là môn học nghiên cứu tính miễn dịch với nghĩa rộng này đối với các hoạt động phân tử và tế bào xảy ra sau khi các vi sinh vật và đại phân tử xâm nhập vào cơ thể.
Các nhà sử học kể rằng: Thucydides, một người Hy Lạp ở Athens, là người đầu tiên vào thế kỷ thứ V trước Công nguyên đề cập đến tính miễn dịch chống lại bệnh nhiễm trùng mà lúc đó được gọi là “bệnh dịch”. Khái niệm “tính miễn dịch” có lẽ đã tồn tại rất lâu trước đó ở Trung Quốc vì người dân ở đây có tập tục cho người dân hít chất bộ t làm từ da của người bị đậu mùa đã khỏi để phòng ngừa bệnh này. Còn miễn dịch học, với tư cách là một môn học hiện đại, lại là mộ t ngành khoa học thực nghiệm, trong đó các hiện tượng miễn dịch được giải thích dựa trên những quan sát thực nghiệm. Miễn dịch học, với tư cách là một môn học thực nghiệm, đã tiến hoá theo năng lực của con người hiểu biết và kiểm soát chức năng của hệ thống miễn dịch. Bằng chứng đầu tiên trong lịch sử về năng lực này là thành công của Edward Jenner trong việc chủng ngừa phòng bệnh đậu mùa. Jenner là một thầy thuốc người Anh, ông đã quan sát thấy rằng những người vắt sữa đã bị bệnh đậu bò và sau đó hồi phục thì không bao giờ mắc bệnh đậu mùa nữa. Dựa vào nhận định này, ông đã lấy dịch từ vết thương của người b ị đậu bò tiêm cho một đứa trẻ 8 tuổi. Đứa trẻ này sau đó cho tiếp xúc trực tiếp với người bệnh đậu mùa thì đã không mắc bệnh và ông gọi cách bảo vệ của mình là “vaccination” (chủng ngừa) (chữ vaccination bắt nguồn từ tiếng Latinh “vacca” nghĩa là con bò cái) và đã cho xuất bản quyển sách “Vaccination” vào năm 1798. Từ đó biện pháp phòng bệnh nhiễm trùng này đã phát triển rộng rãi và cho đến nay nó vẫn là phương pháp phòng ngừa hiệu quả nhất đối với các bệnh nhiễm trùng (Bảng 1.1). Một văn bản có ý nghĩa quan trọng đối với ngành Miễn dịch học là công bố của Tổ chức Y tế Thế gi ới năm 1980 rằng bệnh đậu mùa là căn bệnh đầu tiên trên thế giới đã bị loại trừ nhờ vào công tác chủng ngừa.
Từ những năm 1960, chúng ta đã có một sự chuyển biến trong hiểu biết về hệ thống miễn dịch và chức năng của nó. Các tiến bộ về kỹ thuật nuôi cấy tế bào (kể cả kỹ thuật sản xuất kháng thể đơn dòng), hoá miễn dịch, phương pháp DNA tái tổ hợp, động vật biến đổi gen, … đã chuyển miễn dịch học từ chỗ chủ yếu là các hoạt động mô tả thành một ngành khoa học mà trong đó các hiện tượng miễn dịch được giải thích bằng những thuật ngữ sinh hoá và cấu trúc. Trong chương này chúng tôi trình bày những đặc điểm chung của đ áp ứng miễn dịch cũng như giới thiệu những khái niệm tạo nên những bước ngoặc trong ngành miễn dịch học hiện đại.
Bảng 1.1. Hiệu quả của vắc-xin đối vớ i một số bệnh nhiễm trùng thường gặp tại Hoa Kỳ
|
Bệnh |
Số bệnh nhân năm 2000 |
Số bệnh nhân năm 2000 |
Tỷ lệ phần trăm |
|
|
Bạch hầu |
206.939 (1921) |
2 |
-99,99 |
|
|
Sởi |
894.134 (1941) |
63 |
-99,99 |
|
|
Quai bị |
152.209 (1968) |
315 |
-99,99 |
|
|
Ho gà |
265.269 (1934) |
6.755 |
-97,73 |
|
|
Bại liệt |
21.269 (1952) |
0 |
-100,00 |
|
|
Rubella |
57.686 (1969) |
152 |
-99,84 |
|
|
Uốn ván |
1.560 (1923) |
26 |
-98,44 |
|
|
H. Znfluenza typ B |
~20.000 (1984) |
1.212 |
-93,14 |
|
|
Viêm gan B |
26.611 (1985) |
6.646 |
-75,03 |
Tính miễn dịch bẩm sinh và thu được
Sự đề kháng chống lại vi sinh vật trong cơ thể ban đầu là những phản ứng của hệ thống miễn dịch bẩm sinh và sau đó là của miễn dịch thu được (Hình 1.1, Bảng 1.2). Hệ miễn dịch bẩm sinh (còn gọi là miễn dịch tự nhiên) bao gồ m các cơ chế đề kháng đã tồn tại trong cơ thể khi chưa có nhiễm trùng và sẵn sàng đáp ứng rất nhanh khi vi sinh vật xâm nhập. Các cơ chế này chủ yếu phản ứng chống lại vi sinh vật chứ không phản ứng với các vật lạ không phải là vi sinh vật; đồng thời chúng phản ứng theo một cơ chế giống hệt nhau khi vi sinh vật xâm nhập tái đi tái lại. Các thành phần chính của miễn dịch bẩm sinh bao gồm: (1) các hàng rào vật lý và hoá học như da, niêm mạc, các chất kháng khuẩn được tiết ra trên các bề mặt này; (2) các tế bào thực bào (tế bào trung tính, đại thực bào) và tế bào NK (tế bào giết tự nhiên);(3) các protein trong máu, bao gồm các thành phần của hệ thống bổ thể và các chất trung gian khác của phản ứng viêm; và (4) các protein gọi là cytokin có vai trò điều hoà và phối hợp các hoạt động của tế bào trong hệ miễn dịch bẩm sinh. Cơ chế hoạt động của hệ miễn dịch bẩm sinh chỉ đặc hiệu cho những cấu trúc chung của từng nhóm vi sinh vật và không đặc hiệu cho những khác biệt tinh tế trong từng nhóm này. Hệ miễn dịch bẩm sinh tạo ra những phản ứng đầu tiên chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật.
Ngược với hệ miễn dịch bẩm sinh, có những đáp ứng miễn dịch khác được kích thích bởi sự tiếp xúc với vi sinh vật và tạo ra cường độ tăng dần nếu sự tiếp xúc này được lặp đi lặp lại. Bởi vì dạng đáp ứng này chỉ xuất hiện sau khi vi sinh vật xâm nhập cơ thể nên nó được gọi là miễn dịch thu được. Tính chất đặc biệt của đáp ứng miễn dịch thu được là tính đặc hiệu đối với từng phân tử và khả năng “nhớ” khi phân tử đó xâm nhập trở lại cơ thể để tạo ra một đáp ứng mạnh hơn nhiều so với lần xâm nhập đầu tiên. Hệ miễn dịch thu được có khả năng nhận diện và phản ứng lại với nhiều vật lạ có bản chất nhiễm trùng hoặc không nhiễm trùng. Ngoài ra, nó còn có khả năng tuyệt vời trong việc phân biệt sự khác nhau rất nhỏ giữa các vật lạ này và vì vậy mà nó còn được gọi là miễn dịch đặc hiệu. Các thành phần của miễn dịch thu được là tế bào lymphô và các sản phẩm của chúng. Những chất lạ tạo ra đáp ứng miễn dịch đặc hiệu hoặc chịu tác động của hệ miễn dịch này được gọi là kháng nguyên. Theo thói quen, các thuật ngữ “đáp ứng miễn dịch” và “hệ thống miễn dịch” thường dùng cho đáp ứng miễn dịch thu được, trừ khi có những nhấn mạnh riêng khác đến miễn dịch bẩm sinh.
Hình 1.1. Miễn dịch bẩm sinh và thu được
Các cơ chế của miễn dịch tự nhiên cung cấp sức đề kháng ban đầu đối với nhiễm trùng. Đáp ứng miễn dịch thu được đến muộn hơn với sự hoạt hoá tế bào lymphô. Mức độ mạnh hay yếu của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thu được phụ thuộc từng loại nhiễm trùng.
Bảng 1.2. Đặc điểm của miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thu được
|
Đặc điểm |
Bẩm sinh |
Thu được |
|
|
Tính đặc hiệu |
Đối với cấu tạo chung của nhóm vi sinh vật |
Đối với kháng nguyên có hoặc không nhiễm trùng |
|
|
|
|||
|
|
|||
|
Tính đa dạng |
Ít |
Rất nhiều |
|
|
Tính nhớ |
Không |
Có |
|
|
Tính không đáp ứng với bản thân |
Có |
Có |
|
|
|
|||
|
Các thành phần tham gia |
|
||
|
Hàng rào lý hoá |
Da, niêm mạc, các hoá chất kháng khuẩn |
Tế bào lymphô niêm mạc; kháng thể ở niêm mạc |
|
|
|
|||
|
Các protein máu |
Bổ thể |
Kháng thể |
|
|
Tế bào |
Thực bào, tế bào NK |
Tế bào lymphô |
|
Các thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thu được thường xen lẫn với nhau trong một cơ chế đề kháng chung của cơ thể thông qua nhiều loại tế bào và phân tử. Riêng miễn dịch bẩm sinh có thể giúp cơ thể thoát kh ỏi sự tấn công của một số vi sinh vật, nhưng nhiều vi sinh vật gây bệnh có khả năng vượt qua hàng rào miễn dịch này nên sự loại trừ chúng cần đến một cơ chế đề kháng mạnh hơn nhiều, đó là miễn dịch thu được. Có hai mối liên kết quan trọng giữa miễn dịch bẩm sinh và thu được. Thứ nhất, miễn dịch bẩm sinh có khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch thu được và ảnh hưởng đến bản chất của miễn dịch thu được. Đáp ứng của miễn dịch thu được có sử dụng nhiều cơ chế hiệu quả của miễn dịch bẩm sinh để loại trừ vi sinh vật và có khả năng tăng cường hoạt động kháng khuẩn của miễn dịch thu được.
Miễn dịch bẩm sinh về mặt di truyền thuộc hệ thống đề kháng cổ nhất của cơ thể chủ, còn miễn dịch thu được thì mới có được nhờ tiến hoá về sau.
Ở động vật có xương sống, sức đề kháng của cơ thể chủ chống lại vi sinh cơ thể chủ yếu được đảm trách bởi miễn dịch bẩm sinh, bao gồm các thực bào, và các phân tử protein lưu động trong máu. Miễn dịch thu được bao gồm tế bào lymphô và kháng thể, xuất hiện đầu tiên ở loài xương sống có hàm và càng biệt hoá đối với các loài tiến hoá về sau.
Các kiểu đáp ứng miễn dịch thu được
Có hai kiểu đáp ứng miễn dịch thu được, đó là đáp ứng thể dịch và đáp ứng qua trung gian tế bào. Cả hai kiểu này đều có sự tham gia của rất nhiều thành phần của hệ thống miễn dịch với mục đích là loại trừ nhiều loại vi sinh vật khác nhau ra khỏi cơ thể (Hình 1.2). Miễn dịch dịch thể được thực hiện qua trung gian của những phân tử hiện diện trong máu và dịch niêm mạc có tên là kháng thể, được sản xuất bởi tế bào lymphô B (còn gọi là tế bào B). Kháng thể có khả năng nhận diện kháng nguyên vi sinh vật, trung hoà tính gây bệnh và tác động lên vi sinh vật để loại trừ nó qua nhiều cơ chế hiệu quả khác nhau. Miễn dịch dịch thể là cơ chế đề kháng chủ yếu chống lại các vi sinh vật ngoại bào cũng như độc tố của chúng theo cơ chế kháng thể liên kết với các vi sinh vật hoặc độc tố để xúc tiến việc loại trừ. Bản thân kháng thể là những phân tử được chuyên môn hoá, những tuýp kháng thể khác nhau có thể tạo ra nhiều cơ chế loại bỏ kháng nguyên khác nhau. Một số tuýp kháng thể có khả năng xúc tiến hoạt động thực bào, một số khác lại kích thích tế bào bạch cầu sản xuất ra các chất trung gian của phản ứng viêm. Miễn dịch qua trung gian tế bào (còn gọi là miễn dịch tế bào) là kiểu đáp ứng được thực hiện qua trung gian của tế bào lymphô T (còn gọi là tế bào T). Các vi sinh vật nội bào như virus và một số vi khuẩn có khả năng sống và nhân lên trong đại thực bào cũng như một số tế bào chủ khác, vì thế chúng không chịu tác động trực tiếp của kháng thể lưu động trong máu. Sự đề kháng chống lại những vi sinh vật kiểu này là chức năng của miễn dịch tế bào.
Hình 1.2. Các kiểu miễn dịch thu được
Trong miễn dịch dịch thể, tế bào B tiết ra kháng thể để ngăn chặn nhiễm trùng và loại bỏ các vi khuẩn ngoại bào. Trong miễn dịch qua trung gian tế bào, tế bào T hoạt hóa đại thực bào để tiêu diệt vi khuẩn đã bị ăn vào bên trong tế bào này hoặc tế bào T gây độc trực tiếp tiêu diệt tế bào đã bị nhiễm khuẩn.
Miễn dịch b ảo vệ chống lại một vi sinh vật có thể được tạo ra nhờ kích thích của vi sinh vật đó hoặc nhờ truyền kháng thể hoặc tế bào lymphô đặc hiệu từ bên ngoài vào (Hình 1.3). Cách thức tạo kháng thể qua kích thích trực tiếp với vật lạ được gọi là miễn dịch chủ động vì cá thể tiếp xúc với vật lạ đã đóng vai trò chủ động trong việc đáp ứng với kháng nguyên. Những cá thể hoặc tế bào lymphô chưa từng được tiếp xúc với một kháng nguyên nào đó được gọi là “nguyên vẹn” hay “nguyên” (naive). Còn những cá thể được tiếp xúc với một kháng nguyên vi sinh vật nào đó rồi và sau đó được bảo vệ chống lại những lần tiếp xúc khác được gọi là miễn nhiễm (immune).
Hình 1.3. Miễn dịch chủ động và thụ động
Miễn dịch chủ động được tạo ra khi cơ thể chủ tiếp xúc với vi sinh vật hoặc kháng nguyên vi sinh vật, trong khi đó miễn dịch thụ động được vay mượn nhờ truyền kháng thể hay tế bào lymphô T đặc hiệu. Cả hai loại đều tạo ra sức đề kháng đối với vi sinh vật nhưng chè có miễn dịch chủ động là có tính nhớ miễn dịch.
Người ta cũng có thể mang tính miễn dịch đến cho một cá thể bằng cách truyền huyết thanh hoặc t ế bào lymphô từ một cá thể khác đã được gây miễn dịch. Cách làm này được gọi là truyền miễn dịch thụ động, thường hay thực hiện trên động vật thí nghiệm. Cơ thể nhận sau đó sẽ có tính miễn dịch chống lại kháng nguyên tương ứng mặc dù chưa lần nào tiếp xúc với kháng nguyên này. Do đó kiểu miễn dịch này được gọi là miễn dịch thụ động. Gây miễn dịch thụ động là một phương pháp hữu ích để cung cấp sức đề kháng nhanh, không phải chờ cho đến khi miễn dịch chủ động xuất hiện. Một ví dụ của miễn dịch thụ động là truyền kháng thể từ mẹ sang con trong thời kỳ bào thai giúp cho đưa trẻ chống lại nhiễm trùng trong thời kỳ chờ đợi miễn dịch chủ động của trẻ hình thành. Người ta cũng đã dùng phương pháp miễn dịch thụ động để chống lại độc tố vi khuẩn gây chết người (ví dụ độc t ố uốn ván) bằng cách truyền kháng thể từ con vật đã được gây miễn dịch bởi vi sinh vật đó. Kỹ thuật truyền miễn dịch thụ động (hay còn gọi là tạo miễn dịch vay mượn) cũng có thể thực hiện với những tế bào và phân tử khác nhau miễn là chúng có năng lực miễn dịch đặc hiệu. Thật ra, thuật ngữ “miễn dịch dịch thể” (humoral immunity) ban đầu được định nghĩ a như một kiểu miễn dịch có thể truyền được sang cho con vật chưa nhiễm bằng chất dịch trong máu có chứa kháng thể và không có tế bào (tức là huy ết thanh hoặc huyết tương mà từ cổ gọi là thể dịch – humor). Cũng vậy, miễn dịch qua trung gian tế bào (cell-mediated immunity) được định nghĩa là một dạng miễn dịch có thể truyền sang cho cá thể chưa nhiễm dưới dạng tế bào (lymphô T) chứ không phải dịch thể.
Năm 1890, Emil von Behring và Shibasaburo Kitasato đã trình diễn thí nghiệm đầu tiên về miễn dịch dịch thể. Họ cho thấy rằng, nếu huyết thanh của con vật đã khỏi bệnh bạch hầu được truyền cho con vật chưa nhiễm thì con vật này sẽ có khả năng đề kháng đặc hiệu đối với bệnh bạch hầu. Thành phần hiệu lực trong huyết thanh lúc đó được gọi là kháng độc tố vì nó trung hoà tác dụng bệnh lý của độ c tố bạch hầu. Đầu những năm 1890, Karl Landsteiner và các nhà nghiên cứu khác chứng minh rằng không phải chỉ có độc tố mà những chất không có nguồn gốc vi sinh vật khác cũng có thể tạo ra đáp ứng miễn dịch dịch thể. Từ các thí nghiệm đó, người ta đã đưa ra một thuật ngữ mới là “kháng thể” (antibody) để chỉ thành phần protein huyết thanh tạo ra tính miễn dịch dịch thể. Những chất liên kết v ới kháng thể và tạo ra sự sản xuất kháng thể được gọi là “kháng nguyên” (antigen). Năm 1900, Paul Ehrlich đã đưa ra một lý thuyết mới về tính đặc hiệu của phản ứng kháng nguyên – kháng thể, mà những bằng chứng thực nghiệm cho lý thuyết này đã lần lượt được đưa ra trong suốt 50 năm kể từ khi có phát hiện của Lansteiner. Lý thuyết của Ehrlich về sự khớp nhau về mặt lý hoá của kháng nguyên và kháng thể rất có giá trị vào thời kỳ đầu của miễn dịch học. Sự nhấn mạnh về kháng thể trong lý thuyết này đã dẫn đến sự thừa nhận chung tầm quan trọng của miễn dịch dịch thể, miễn dịch được trung gian bởi những chất hiện diện trong các dịch cơ thể.
Lý thuyết tế bào về miễn dịch được Metchnikoff đưa ra. Trình diễn của ông v ề sự thực bào xảy ra xung quanh chiếc gai hồng được đâm vào cơ thể trong suốt của ấu trùng sao biển được xuất bản năm 1893. Đây có lẽ là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về vai trò đáp ứng tế bào đối với vật lạ xâm nhập vào cơ thể. Các quan sát của Sir Almroth Wright vào đầu những năm 1900 cho thấy rằng, trong huyết thanh miễn dịch có những y ếu tố thúc đẩy sự thực bào vi khuẩn bằng cách bọc xung quanh vi khuẩn, điều này làm người ta tin rằng kháng thể đã chu ẩn bị vi khu ẩn để thực bào dễ bắt giữ hơn, quá trình này được gọi là opsonin hoá. Những người theo trường phái tế bào này không chứng minh được rằng tính đặc hiệu của miễn dịch đối với vi sinh vật cũng thể hiện được qua miễn dịch tế bào. Lý thuyết tế bào trong miễn dịch đã được kh ẳng định vào những năm 1950, khi George Mackaness chứng tỏ rằng, sự đề kháng đối với một loài vi sinh vật nội bào, con Listeria monocytogenes, có thể vay mượn bằng cách truyền tế bào chứ không phải truyền huyết thanh. Chúng ta biết rằng tính đặc hiệu của miễn dịch tế bào là do lymphô, tế bào này có chức năng làm nhạc trưởng để điều khiển các tế bào khác như đại thực bào nhằm loại bỏ vi sinh vật.
Trên lâm sàng, tính miễn dịch đối với một vi sinh vật bị nhiễm trước đây có thể đo được một cách gián tiếp b ằng cách định lượ ng các sản phẩm của miễn dịch hiện diện trong cơ thể (ví dụ kháng thể đặc hiệu trong huyết thanh) hoặc chiết xuất các chất từ cơ thể vi sinh vật và đánh giá phản ứng của cơ thể đối với các chất này. Một phản ứng của cá thể đối với một kháng nguyên vi sinh vật nào đó chỉ xảy ra nếu trước đó cá thể đã tiếp xúc với kháng nguyên này rồi; khi đó cá thể được gọi là đã được “mẫn cảm” đối với kháng nguyên đó. Người ta cho rằng các cá thể được mẫn cảm có khả năng tạo ra đáp ứng miễn dịch bảo vệ đối với vi sinh vật đó.
Các đặc điểm chính của đáp ứng miễn dịch thu được
Tất cả đáp ứng dịch thể và tế bào đối với vật lạ có nhiều tính chất cơ bản phản ánh tính chất của tế bào lymphô làm trung gian cho phản ứng này (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Các đặc điểm chính của đáp ứng miễn dịch thu được
|
Đặc điểm |
Ý nghĩa chức năng |
|
Đặc hiệu |
Đảm bảo các kháng nguyên khác nhau tạo ra đáp ứng đặc hiệu riêng cho chúng |
|
Đa dạng |
Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được nhiều loại kháng nguyên |
|
Nhớ |
Dẫn đến đáp ứng mạnh hơn đối với kháng nguyên đã từng tiếp xúc |
|
Chuyên môn hoá |
Tạo ra đáp ứng tối ưu chống lại nhiều loại vi sinh vật khác nhau |
|
Tự giới hạn |
Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được với các kháng nguyên mới xâm nhập |
|
Không phản ứng với bản thân |
Ngăn ngừa các tổn thương đối với cơ thể chủ trong suốt quá trình phản ứng với kháng nguyên lạ |
Tính đặc hiệu và đa dạng
Đáp ứng miễn dịch đặc hiệu cho từng kháng nguyên khác nhau và cả ngay cho từng thành phần cấu trúc của kháng nguyên như protein, polysaccharide hoặc đại phân tử (Hình 1.4). Những thành phần này của kháng nguyên được gọi là quyết định kháng nguyên hay epitop. Tính đặc hiệu này có được là nhờ trên màng của các tế bào lymphô riêng lẻ có những thụ thể riêng để nhận diện những cấu trúc kháng nguyên khác nhau. Trong cơ thể được gây miễn dịch có nhiều clôn tế bào lymphô với tính đặc hiệu khác nhau tồn tại, chúng có thể nhận diện và đáp ứng lại tất cả kháng nguyên ngoại lai. Khái niệm này là nền tảng của lý thuyết chọn clôn mà chúng ta sẽ đề cập đến về sau này.
Hình 1.4. Tính đặc hiệu, nhớ, và tự giới hạn của đáp ứng miễn dịch
Kháng nguyên X và Y tạo ra sự sản xuất các kháng thể khác nhau (tính đặc hiệu). Đáp ứng lần thứ hai đối với kháng nguyên X thì nhanh hơn và mạnh hơn (nhớ). Mức độ kháng thể giảm dần theo thời gian sau mỗi lần gây miễn dịch (tự giới hạn). Người ta cũng thấy có hiện tượng tương tự thế này đối với miễn dịch tế bào.
Tổng số tính đặc hiệu của tế bào lymphô trong một cơ thể là một con số cực kỳ lớn và được gọi là kho lymphô (lymphocyte repertoire). Người ta ước tính rằng hệ thống miễn dịch của mộ t cá thể có thể phân biệt từ 107 đến 109 quyết định kháng nguyên khác nhau. Điều này tạo nên tính đa dạng của kho lymphô. Một hệ quả có thể thấy là các diện kết hợp kháng nguyên của kháng thể và th ụ thể kháng nguyên trên tế bào lymphô cũng có cấu trúc rất đa dạng tương ứng với kho lymphô này.
Nhớ miễn dịch
Sự tiếp xúc của hệ miễn dịch với kháng nguyên lạ làm tăng cường đáp ứng với kháng nguyên đó khi nó xâm nhập cơ thể các lần sau. Đáp ứng các lần lặp lại về sau đối với một kháng nguyên được gọi là đáp ứng miễn dịch thứ cấp. Đáp ứng này thường nhanh hơn, mạnh hơ n và khác về chất so với đáp ứng s ơ cấp khi cơ thể tiếp xúc kháng nguyên lần đầu tiên (xem Hình 1.4). Nhớ miễn dịch có được một phần là do cứ mỗi lần tiếp xúc với cơ thể thì kháng nguyên mở r ộng clôn lymphô đặc hiệu cho kháng nguyên đó. Đồng thời, sự kích thích tế bào lymphô nguyên vẹn của kháng nguyên tạo ra các tế bào nhớ tồn tại lâu dài. Tế bào nhớ có tính chất đặc biệt làm cho chúng loại bỏ kháng nguyên hiệu quả hơn so với tế bào lymphô nguyên vẹn. Ví dụ, tế bào lymphô B nhớ sản xuất kháng thể liên kết với kháng nguyên với ái lực mạnh hơn so v ới tế bào B chư a từng tiếp xúc với kháng nguyên đó. Tế bào T nhớ cũng có kh ả năng trở về nơi nhiễm trùng nhanh hơn tế bào T nguyên vẹn (tức chưa từng tiếp xúc kháng nguyên).
Chuyên môn hoá
Hệ thống miễn dịch đáp ứng một cách đặc biệt và khác nhau đối với từng vi sinh vật sao cho có thể tạo hiệu quả tối đa cho cơ chế đề kháng. Như vậy, miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào được hình thành một cách khác nhau dưới sự kích thích của những loại vi sinh vật khác nhau hoặc các giai đoạn nhiễm trùng khác nhau (ngoại bào và nội bào) của một vi sinh vật để bảo vệ cơ thể chủ chống lại loại vi sinh vật đó vào giai đoạn nhiễm trùng đó. Và ngay trong từng kiểu miễn dịch dịch thể hay tế bào thì bản chất của kháng thể hay tế bào T được tạo ra cũng khác nhau tùy loại vi sinh vật kích thích.
Tự giới hạn
Tất cả đáp ứng miễn dịch bình thường sẽ phai nhạt dần theo thời gian để trả lại hệ miễn dịch ở trạng thái nghỉ ban đầu, tình trạng này gọi là hằng định nội môi (homeostasis). Tình trạng cân bằng dịch thể được duy trì chủ yếu là vì đáp ứng miễn dịch được khởi động bởi kháng nguyên và nhắm đến loại trừ kháng nguyên, và như vậy tức là loại trừ nguyên nhân gây hoạt hoá tế bào lymphô. Ngoài ra, kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch còn kích thích cơ chế điều hoà nhằm ức chế chính đáp ứng này.
Không phản ứng với bản thân
Một trong những tính chất quan trọng của hệ miễn dịch của người bình thường là khả năng nhận biết, đáp ứng và loại bỏ kháng nguyên lạ (không phải của bản thân) và không phản ứng lại để gây hại cho cơ thể (bản thân). Tính chất không đáp ứng miễn dịch này còn được gọi là dung nạp. Dung nạp đối với kháng nguyên bản thân, tức tự dung nạp, được duy trì bởi nhiều cơ chế. Những cơ chế này bao gồm loại bỏ tế bào lymphô có mang thụ thể đặc hiệu cho kháng nguyên bản thân và cho phép tế bào lymphô tiêu diệt các kháng nguyên tự thân có khả năng tạo ra phản ứng chống lại bản thân. Những bất thường về khả năng tự dung nạp có thể dẫn đến đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên bản thân (tự kháng nguyên) và hình thành các bệnh tự miễn.
Các tính chất trên đây của miễn dịch thu được rất cần thiết để duy trì chức năng đề kháng bình thường của cơ thể chủ.
Các thành phần tế bào của hệ thống miễn dịch thu được
Các tế bào chính của hệ miễn dịch là tế bào lymphô, tế bào trình diện kháng nguyên, và tế bào hiệu quả. Tế bào lymphô là những tế bào có khả năng nhận diện một cách đặc hiệu kháng nguyên lạ và tạo phản ứng chống lại chúng. Do vậy, lymphô bào là tế bào trung gian của cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào. Có nhiều tiểu quần thể tế bào lymphô khác nhau về cả cách nhận diện kháng nguyên lẫn chức năng của chúng (Hình 1.5). Tế bào lymphô B là tế bào duy nhất có thể sản xuất kháng thể. Chúng nhận diện kháng nguyên ngoại bào (kể cả kháng nguyên trên bề mặt tế bào) và biệt hoá thành tế bào tiết kháng thể, do đó chúng tác dụng như tế bào trung gian của miễn dịch dịch thể. Tế bào lymphô T nhận diện kháng nguyên của vi sinh vật nội bào và có chức năng tiêu diệt những vi sinh vật này hoặc những tế bào bị nhiễm trùng. Thụ thể kháng nguyên của chúng là những phân tử màng khác với kháng thể nhưng có cấu trúc liên quan. Tế bào T có tính đặc hiệu rất chặt chẽ đối với kháng nguyên. Chúng chỉ nhận diện những phân tử peptid gắn với một protein bản thân được mã hoá bởi những gen trong phức hệ hòa hợp mô chủ yếu (MHC) và được thể hiện trên bề mặt của những tế bào khác. Như vậy, tế bào T nhận diện và phản ứng với kháng nguyên gắn trên bề mặt tế bào chứ không phải kháng nguyên hoà tan. Tế bào T có nhiều nhóm mang chức năng khác nhau. Được biết nhiều nhất là tế bào T giúp đỡ, T gây độc. Khi đáp ứng với kháng nguyên, tế bào T giúp đỡ tiết ra những protein gọi là cytokin có chức năng kích thích sự tăng sinh và biệt hoá của tế bào T và một số tế bào trong đó có tế bào B, đại thực bào và các bạch cầu khác. Tế bào T gây độc giết các tế bào sản xuất ra kháng nguyên lạ như các tế bào bị nhiễm virus hay những vi khuẩn nội bào khác. Một số tế bào T được gọi là T điều hoà có chức năng ức chế đáp ứng miễn dịch. Bản chất và vai trò sinh lý của tế bào T điều hoà chưa được biết đầy đủ. Có một nhóm tế bào lymphô thứ ba là tế bào giết (NK), đây là những tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch bẩm sinh chống lại nhiễm trùng virus và các vi sinh vật nội bào khác.
Sự khởi động và phát triển đáp ứng miễn dịch thu được bao giờ cũng đòi hỏi kháng nguyên phải được bắt giữ và trình diện cho tế bào lymphô. Tế bào chịu trách nhiệm làm việc này được gọi là tế bào trình diện kháng nguyên (APC). Tế bào trình diện kháng nguyên được chuyên môn hoá cao nhất là tế bào hình sao (dendritic), chúng bắt giữ những vi sinh vật từ bên ngoài xâm nhập vào, vận chuyển những kháng nguyên này đến các cơ quan lymphô và trình diện kháng nguyên cho những tế bào T để khởi động đáp ứng miễn dịch.
Sự hoạt hoá tế bào lymphô bởi kháng nguyên dẫn đến sự hình thành nhiều cơ chế loại bỏ kháng nguyên. Sự loại bỏ kháng nguyên đòi hỏi sự tham gia của những tế bào gọi là tế bào hiệu quả. Tế bào lymphô hoạt hoá, thực bào đơn nhân, và một số bạch cầu khác có thể làm chức năng tế bào hiệu quả trong những đáp ứng miễn dịch khác nhau.
Tế bào lymphô và những tế bào hỗ trợ của hệ miễn dịch được tập trung tại các cơ quan lymphô; ở đó chúng tương tác với nhau để tạo ra đáp ứng miễn dịch. Tế bào lymphô cũng hiện diện trong máu. Từ máu chúng có thể theo máu tuần hoàn đến các mô lymphô và các vị trí ngoại biên nơi kháng nguyên thường xâm nhập để loại trừ chúng.
Hình 1.5. Các tiểu quần thể lymphô bào
Lymphô bào B nhận diện kháng nguyên hoà tan và phát triển thành tế bào tiết kháng thể. Lymphô bào T giúp đỡ nhận diện kháng nguyên trên bề mặt của tế bào trình diện kháng nguyên và tiết ra cytokin để kích thích các cơ chế của phản ứng miễn dịch và viêm. Lymphô bào T gây độc nhận diện kháng nguyên trên tế bào nhiễm trùng và giết những tế bào này. Tế bào NK (giết tự nhiên) dùng những thụ thể (chưa được xác định đựợc hoàn toàn) để nhận diện và giết tế bào đích, ví dụ tế bào nhiễm trùng.
Các giai đoạn của đáp ứng miễn dịch thu được
Quá trình đáp ứng miễn dịch thu được có thể chia thành nhiều giai đoạn khác nhau: nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá tế bào lymphô, và giai đoạn hiệu quả (loại trừ kháng nguyên). Sau đó là sự trở lại hằng định n ội môi và duy trì tính nhớ miễn dịch (Hình 1.6). Tất cả đáp ứng miễn dịch đều được khởi đầu bằng nhận diện kháng nguyên đặc hiệu. Sự nhận diện này dẫn đến hoạt hoá tế bào lymphô và sau đó là hình thành các cơ chế hiệu quả để làm chức năng loại bỏ kháng nguyên. Sau khi kháng nguyên được loại bỏ, đáp ứng miễn dịch dịu đi và trở lại tình trạng hằng định nội môi.
Hình 1.6. Các giai đoạn của đáp ứng miễn dịch thu được
Ba giai đoạn đầu có tên là nhận diện kháng nguyên, hoạt hoá tế bào lymphô và hiệu quả (loại bỏ kháng nguyên). Đáp ứng tắt dần và các tế bào lymphô được kháng nguyên kích thích sẽ chết dần do hiện tượng chết lập trình (apoptosis), những tế bào đặc hiệu kháng nguyên còn lại là tế bào nhớ. Thời gian của mỗi giai đoạn thay đổi tuỳ theo bối cảnh đáp ứng. Trục y tượng trưng cho cường độ của đáp ứng. Mô hình này áp dụng cho cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào.
Nhận diện kháng nguyên
Mỗi cá thể sở hữu một lượng tế bào lymphô với rất nhiều clôn khác nhau. Mỗi clôn mang sẵn những yếu tố để nhận diện và đáp ứng v ới một quy ết định kháng nguyên nhất định. Khi kháng nguyên xâm nhập cơ thể nó tìm đến clôn lymphô tương ứng và hoạt hoá nó (Hình 1.7). Quan niệm cơ bản này được gọi là thuyết chọn clôn (clonal selection hypothesis), lần đầu tiên được Niels Jerne đưa ra vào năm 1955 và được Macfarlane Burnet làm sáng tỏ vào năm 1957. Đây là giả thuyết giải thích tại sao hệ thống miễn dịch lại có thể đáp ứng với một số lượng rất l ớn các loại kháng nguyên khác nhau. Theo giả thuyết này, các clôn lymphô đặc hiệu kháng nguyên đã có sẵn trong cơ thể trước khi tiếp xúc với kháng nguyên. Những tế bào trong cùng clôn mang thụ thể kháng nguyên giống hệt nhau và khác với tế bào của clôn khác. Mặc dù rất khó để xác định giới hạn trên của s ố lượng quyết định kháng nguyên mà hệ miễn dịch của một cá thể động vật có vú có thể nhận diện được, nhưng người ta thường cho rằng con số này là vào khoảng từ 107 đến 109. Đây là con số ước lượng hợp lý đối với số lượng protein thụ thể kháng nguyên được sản xuất và do đó người ta cho rằng số lượng clôn tế bào lymphô hiện diện trong cơ thể cũng như thế. Kháng nguyên lạ sẽ tương tác với clôn tế bào lymphô đặc hiệu cho kháng nguyên đó tồn tại sẵn trong mô lymphô để tạo ra đáp ứng miễn dịch.
Hình 1.7. Thuyết chọn clôn
Mỗi kháng nguyên (x hoặc y) chọn một clôn lymphô đặc hiệu đã có sẵn và kích thích sự tăng sinh, biệt hoá của clôn đó. Sơ đồ này chỉ trình bày quá trình lymphô B phát triển thành tế bào hiệu quả và tiết ra kháng thể, nhưng nguyên lý này cũng áp dụng cho cả tế bào T.
Những nguyên lý cơ bản của thuyết chọn clôn đã dần được chứng minh một cách thuyết phục qua nhiều thí nghiệm và tạo nên nền tảng cho quan niệm hiện nay về sự nhận diện kháng nguyên của tế bào lymphô đặc hiệu.
Hoạt hoá tế bào lymphô
Sự hoạt hoá tế bào lymphô đòi hỏi 2 tín hiệu khác nhau: tín hiệu thứ nhất là kháng nguyên và tín hiệu thứ hai là các sản phẩm vi sinh vật hoặc là các thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh đối v ới vi sinh vật (Hình 1.8). Ý tưởng này được gọi là thuyết hai tín hiệu đối với sự hoạt hoá lymphô bào. Yêu cầu về kháng nguyên (tức tín hiệu 1) nhằm đảm bả o tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch. Còn yêu cầu về kích thích phụ do sản phẩm vi khuẩn hoặc của đáp ứng bẩm sinh đối với vi khuẩn nhằm đảm bảo phản ứng chỉ được tạo ra khi cần thiết (tức để chống vi khuẩn hoặc chất có hại khác) chứ không chống lại các chất vô hại bao gồm kháng nguyên bản thân.
Hình 1.8. Yêu cầu hai tín hiệu đối với hoạt hoá lymphô bào
Sự nhận diện kháng nguyên của lymphô bào cung cấp tín hiệu 1 cho sự hoạt hoá, và các thành phần của vi sinh vật hoặc các chất tạo ra trong quá trình đáp ứng miễn dịch bẩm sinh cung c ấp tín hiệu 2. Trong hình này, tế bào lymphô là tế bào B, nhưng đối với tế bào T cũng có nguyên lý như vây.
Đáp ứng của lymphô bào đối với kháng nguyên và tín hiệu thứ hai bao gồm sự tổng hợp các protein mới, tăng sinh tế bào, và biệt hoá thành tế bào hiệu quả và tế bào nhớ.
Giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch: loại bỏ kháng nguyên
Trong suốt giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch, các lymphô bào đã được kháng nguyên hoạt hoá sẽ tạo ra những chức năng hiệu quả để tiến đến việc loại bỏ kháng nguyên. Kháng thể loại bỏ kháng nguyên ngoại bào và tế bào T loại bỏ kháng nguyên nội bào. Chức năng này của kháng thể và tế bào T thường yêu cầu sự tham gia của các tế bào hiệu quả khác không thuộc hệ lymphô và cả cơ chế đề kháng của miễn dịch bẩm sinh. Như vậy, cũng những cơ chế miễn dịch bẩm sinh đó hoạt động như phòng tuyến đầu tiên nhưng về sau lại còn tham gia vào phòng tuyến thứ hai của miễn dịch thu được để loại bỏ kháng nguyên ra khỏi cơ thể. Thật ra, như đã nói ở trên, một chức năng quan trọng của đáp ứng miễn dịch thu được là nhằm tăng cường cơ chế hiệu quả của miễn dịch bẩm sinh và hướng những cơ chế hiệu quả này vào các mô hoặc tế bào chứa kháng nguyên lạ.
Tính hằng định nội môi: giảm dần đáp ứng miễn dịch
Vào cuối đáp ứng miễn dịch, hệ thống miễn dịch trở lại trạng thái nghỉ cơ bản do phần lớn các tế bào tiền thân (progeny) của lymphô bị kháng nguyên kích thích đã chết do hiện tượng chết lập trình (apoptosis). Chết lập trình là một dạng chết sinh lý được chuẩn bị trước, trong đó nhân tế bào bị đặc lại và vỡ ra từng mảnh, màng bào tương nổi bọt, không còn sự tách biệt của lớp lipid màng và tế bào chết nhanh chóng bị thực bào mà các chất nội bào không cần bị giải phóng ra ngoài (quá trình chết này ngược với kiểu chết hoại tử, trong đó nhân và màng bào tương bị phân giải và các chất nội bào bị vỡ ra ngoài tạo ra một phản ứng viêm tại chỗ). Một lượng lớn tế bào lymphô đã bị kháng nguyên kích thích sẽ chết đi theo kiểu lập trình. Giải thích điều này, người ta cho rằng có lẽ do sự tồn tại của lymphô bào phụ thuộc vào kháng nguyên và các yếu tố phát triển do kháng nguyên khởi động nên khi đáp ứng miễn dịch loại bỏ hết kháng nguyên thì tế bào lymphô không còn nhận được những kích thích cần thiết cho sự sống.
