Bài giảng Miễn dịch học thú y - Chương 3: Kháng nguyên

(Veterinary Immunology) 1. Kháng nguyên (Antigen)  Kháng nguyên là chất lạ , khi có mặt trong cơ thể động vật có khả năng gây đáp ứng miễn dịch và sau đó kháng nguyên có khả năng kết hợp đặc hiệu với sản phẩm của đáp ứng này (Kháng thể đặc hiệu).  Có thể hiểu kháng nguyên một cách khái quát: Kháng nguyên là chất được hệ thống miễn dịch của cơ thể nhận biết một cách đặc hiệu. 2. Đặc tính của kháng nguyên Kháng nguyên có 2 đặc tính chính: + Tính sinh miễn dịch + Tính đặc hiệu. 2.1. Tính sinh miễn dịch: (Tính sinh KT) Là khả năng của một kháng nguyên tạo ra một đáp ứng miễn dịch, đáp ứng này có thể là dịch thể hay tế bào. Tính sinh miễn dịch phụ thuộc vào: - Tính kháng nguyên - Khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể a). Tính kháng nguyên mạnh hay yếu phụ thuộc vào:  Tính lạ của kháng nguyên: Nhưng chất càng lạ với cơ thể, tính kháng nguyên càng mạnh, kháng thể sinh ra càng nhiều. Nhưng chất càng xa nguồn gốc tổ tiên càng có tính kháng nguyên mạnh. VD: Đáp ứng MD của Dê đối với Albumin của Gà mạnh hơn đối với Albumin của Bò  Cấu trúc kháng nguyên • Những kháng nguyên có phân tử lượng càng lớn, cấu trúc càng phức tạp thì tính kháng nguyên càng cao. • Đặc biệt các kháng nguyên có bản chất là protein hoặc trong cấu trúc phân tử có chứa các axit amin mạch vòng: Tyrosine, Triptophan,... đều có tính kháng nguyên cao.. • Những chất có bản chất là lipit hoặc axit nucleic thì tính sinh miễn dịch yếu hoặc không có nhưng nếu chúng được gắn với một phân tử protein mang thì lại trở thành một kháng nguyên  Phương thức xâm nhập của kháng nguyên KN vào cơ thể bằng đường thích hợp thì khả năng sinh KT cao. b). Khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể: Cùng một kháng nguyên, khả năng đáp ứng miễn dịch của cơ thể khác nhau thi khác nhau. 2.2. Tính đặc hiệu:  Tính đặc hiệu của kháng nguyên là đặc tính mà kháng nguyên chỉ được nhận biết bởi đáp ứng miễn dịch (kháng thể đặc hiệu) do nó gây ra.  Tính đặc hiệu của KN rất chặt chẽ: • Nếu có một thay đổi nhỏ về cấu trúc hoá học của KN cũng làm mất tính đặc hiệu. • KN đã thay đổi không còn có khả năng kết hợp với KT do nó kích thích sinh ra trước đó. • Đối với KN là polyosid chỉ cần thay đổi một chức đường hoặc liên kết giữa hai chức đường (1 - 4 hay 1- 6)  thay đổi tính đặc hiệu. • Đối với KN là protein, chỉ cần thay đổi một axit amin hoặc axit amin dạng D thay thế cho dạng L thay đổi tính đặc hiệu của KN. Kháng nguyên nào thi kháng thể ấy Tính đặc hiệu của KN Tính đặc hiệu của KN  Phản ứng chéo:  Phản ứng miễn dịch có tính đặc hiệu, trường hợp ngoại lệ gọi là phản ứng chéo.  Phản ứng chéo xảy ra khi hai kháng nguyên có cấu trúc giống nhau, nhưng có nguồn gốc khác nhau nhưng lại có phản ứng cùng với một kháng thể. Trường hợp ngoại lệ là do:  Có cấu trúc giống hệt nhau: Vi lý do tiến hoá hay ngẫu nhiên, ở các loài khác nhau có thể có nhóm quyết định kháng nguyên giống nhau.  Có cấu trúc tương tự. Ví dụ: Bệnh thấp tim là một bệnh viêm dị ứng xảy ra sau nhiễm liên cầu khuẩn tan huyết β nhóm A (Streptococcus A) Nguyên nhân:  Trong màng tế bào liên cầu khuẩn nhóm A có một thành phần protein rất giống với protein màng tế bào cơ tim và một số tổ chức liên kết khác của cơ thể.  Ngoài ra, cấu trúc cacbon hydrat màng tế bào liên cầu khuẩn nhóm A cũng giống mucoprotein ở van tim người.  Vì vậy khi cơ thể sản xuất các kháng thể chống liên cầu khuẩn thì chúng tấn công luôn cả cơ tim và các tổ chức liên kết có thành phần protein tương tự.  Phản ứng giữa tự kháng nguyên với tự kháng thể sẽ gây ra bệnh lý tổn thương cho cơ tim, màng trong tim, màng ngoài tim  Nhóm quyết định kháng nguyên hay Epitop:  Phần cấu trúc của kháng nguyên được nhận biết bởi hệ thống miễn dịch được gọi là nhóm quyết định kháng nguyên hay Epitop.  Đó là phần kháng nguyên kết hợp đặc hiệu với kháng thể. • Với kháng nguyên là gluxit, kích thước của một Epitop là 5- 6 gốc đường. • Với kháng nguyên là protein kích thước của 1 Epitop là 5- 6 axit amin. • Trên một kháng nguyên có thể có nhiều Epitop. Như vậy tính đặc hiệu của kháng nguyên không phải do toàn bộ cấu trúc của phân tử kháng nguyên quy định mà chỉ do các Epitop quyết định. Epitope Kết hợp giữa Epitop (KN) và kháng thể  Hoá trị của kháng nguyên:  Tổng số Epitop trên một phân tử kháng nguyên được gọi là hoá trị của kháng nguyên.  Một phân tử kháng nguyên có thể có hai hay nhiều Epitop nên có thể có hai hay nhiều hoá trị. Ví dụ: 1 phân tử Albumin huyết thanh gắn được 8 phân tử kháng thể.  Đặc tính phụ của kháng nguyên: Ngoài hai đặc tính cơ bản của kháng nguyên, kháng nguyên còn có một số đặc tính phụ  Những đặc tính phụ này không có thường xuyên  Nhưng nếu có đặc tính phụ nó sẽ mang lại những thay đổi về chất lượng và số lượng trong đáp ứng miễn dịch.  Tính gây dị ứng:  Dị ứng là một rối loạn quá mẫn của hệ miễn dịch.  Kháng nguyên kích hoạt quá mức các tế bào bạch cầu mast và một loại kháng thể được sinh ra gọi là IgE, dẫn đến một phản ứng viêm nặng, thông thường bao gồm chàm, phát ban, sốt , lên cơn hen suyễn (IgE là lớp kháng thể ái tế bào, nó bám trên tế bào bạch cầu ái kiềm, tế bào Mast. Sự kết hợp KN - KT  màng tế bào vỡ  giải phóng các amin hoạt mạch: Histamin, Serotonin gây dị ứng).  Dị ứng nhẹ rất phổ biến, gây ra các triệu chứng như viêm kết mạc dị ứng, ngứa và chảy nước mũi.  Kháng nguyên dễ gây dị ứng: Phấn hoa, nọc độc của một số sâu bọ có cánh.. Tính gây dị ứng phụ thuộc vào cơ địa của cơ thể. Dị ứng với những nụ hôn Lee Warwich and Rachel Prince from UK Nguồn: Rachel chia sẻ: "Rõ ràng là tôi rất thích sự thân mật và gần gũi đó tuy nhiên khi Lee hôn lên má tôi thì tôi phải lập tức lau sạch. Đơn giản là chỉ cần vài giọt nước bọt cũng có thể khiến tôi bị phát ban."  Tính gây dung nạp:  Một số kháng nguyên dễ tạo ra tình trạng dung nạp miễn dịch hơn kháng nguyên khác. Ứng dụng trong ghép tạng.  Tính gây dung nạp cũng phụ thuộc vào cơ địa của cơ thể.  Tính tá chất: Một tá chất khi kết hợp với kháng nguyên đã làm tăng cường độ đáp ứng miễn dịch của cơ thể với kháng nguyên. Tá chất là chất phụ trợ, thường là những chất trơ khó tiêu như dầu Parafin, mỡ lanofin  Tính gây phân bào Một số kháng nguyên ngoài gây đáp ứng miễn dịch đặc hiệu nó còn làm tăng gamma globulin huyết thanh bằng cách kích thích sự phân bào của tế bào lympho B. Ví dụ: LPS: Lipopolysaccarid của vi khuẩn gram (-) LPS hay được dùng trong thực nghiệm với mục đích phân bào. 3. Phân loại kháng nguyên: Trong tự nhiên có vô vàn chất có tính chất kháng nguyên, có thể phân loại chúng theo nhiều cách.  Dựa vào đặc tính của kháng nguyên: có hai loại  Kháng nguyên hoàn toàn: Là loại kháng nguyên có đầy đủ 2 đặc tính: - Tính sinh kháng thể - Tính đặc hiệu. Kháng nguyên loại này thường có bản chất là protein.  Kháng nguyên không hoàn toàn: (Bán kháng nguyên, Hapten) Là những kháng nguyên chỉ có tính đặc hiệu, không có tính kháng nguyên. Những kháng nguyên này tự thân chúng không có khả năng kích thích cơ thể sinh kháng thể đặc hiệu nhưng lại kết hợp được với kháng thể tương ứng.  Kháng nguyên không hoàn toàn hầu hết là các chất tổng hợp. Vídụ: - Thuốc kháng sinh - Một số chất hoá học.  Kháng nguyên không hoàn toàn muốn trở thành kháng nguyên hoàn toàn phải kết hợp với một chất mang là protein  Những kháng nguyên này thường là thủ phạm của các trường hợp gây miễn dịch bệnh lý như: dị ứng, mề đay Ví dụ: Penicillin khi vào cơ thể bị enzym  - lactamase phân giải tạo ra axit peniciloic (hoặc penicilenoic), đây là các hapten có phản ứng cao. Sau đó axit này gắn với protein đặc hiệu của cơ thể để trở thành kháng nguyên hoàn toàn, nó sẽ kết hợp với IgE trên bề mặt dưỡng bào (tế bào Mastocyte) làm giải phóng Histamin và Serotonin gây ra dị ứng thuốc.  Dựa vào mối quan hệ của kháng nguyên với vật chủ có đáp ứng  Kháng nguyên dị loài Là những kháng nguyên có nguồn khác loài, có tính lạ cao nhất, nên tính kháng nguyên mạnh  Kháng nguyên cùng loài • Trong cùng một loài, kháng nguyên có mặt ở một số cá thể này mà không có mặt ở một số cá thể khác. Ví dụ: KN nhóm máu ở người.  Tự kháng nguyên Là kháng nguyên vốn là những chất của cơ thể nhưng vì một lý do nào đó lại kích thích cơ thể gây đáp ứng miễn dịch chống lại bản thân mình, trường hợp này gọi là tự miễn dịch.  Dựa vào bản chất hoá học  Kháng nguyên là protein: • Kháng nguyên là protein là những kháng nguyên hoàn toàn. • Tính kháng nguyên mạnh hay yếu phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, cấu trúc của kháng nguyên. • Tất cả các loại protein của động vật, thực vật và vi sinh vật đều có tính kháng nguyên mạnh.  Kháng nguyên là gluxit: • Kháng nguyên là gluxit thường có tính kháng nguyên yếu. • Trừ trường hợp polysacarit của VK có tính kháng nguyên mạnh (Đây là polysacarit có cấu trúc phân tử đa dạng).  Kháng nguyên là lipit, axit Nucleic: • Đây là những kháng nguyên không hoàn toàn.  Dựa theo kiểu đáp ứng miễn dịch: Kháng nguyên phụ thuộc tuyến ức: • Kháng nguyên phụ thuộc tuyến ức đòi hỏi phải có mặt của tế bào lympho T mới sinh kháng thể. • Đó là những kháng nguyên mà bản chất là protein như các protein huyết thanh, đa peptit tổng hợp Kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức: • Kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức có khả năng tạo kháng thể mà không cần sự tồn tại của tuyến ức, hay không cần có sự tham gia của tế bào lympho T. • Ví dụ: lipopolisacrit, polyozit vi khuẩn, kháng nguyên lông vi khuẩn thương hàn  Dựa vào đối tượng miễn dịch  Kháng nguyên là vi khuẩn Dựa vào vị trí của kháng nguyên trên vi khuẩn người ta chia ra: Kháng nguyên thân (O - Ohne Hauch).  Là KN nằm ở lớp màng tế bào, thành phần chủ yếu là polysacarit. KN có đặc tính:  KN chịu được nhiệt độ, 1000C sau 2 giờ mới bị phá huỷ.  KN bền với cồn, khi tiếp xúc với cồn 500 không bị phá huỷ.  KN dễ bị phá huỷ bởi formol: Formol 5% dễ dàng phá huỷ KN.  KN O khu trú ở bề mặt vi khuẩn, liên hệ trực tiếp với hệ thống miễn dịch của cơ thể.  Ở những vi khuẩn có giáp mô (VK nhiệt thán), giáp mô che lấp kháng nguyên O. Khi vào cơ thể kháng nguyên O kích thích cơ thể sinh kháng thể O.  Sự kết hợp của KN O và KT đặc hiệu tạo ra phức hợp là những hạt mịn lắng xuống, đây là hiện tượng ngưng kết, thân vi khuẩn sẽ ngưng kết với nhau.  Kháng nguyên O rất độc và là yếu tố gây bệnh của vi khuẩn Kháng nguyên O + kháng thể Ngưng kết S¬ ®å kh¸ng nguyªn cña vi khuÈn Kháng nguyên của vi khuẩn Kháng nguyên lông (H - Hauch)  Kháng nguyên H có trên lông của vi khuẩn  Những vi khuẩn có lông mới có kháng nguyên H.  Kháng nguyên H có bản chất là protein + KN H có đặc tính  Kém chịu nhiệt, ở nhiệt độ 600C/1 giờ KN bị phá huỷ.  Không bền với cồn ethylic, bị phá huỷ bởi cồn Ethylic 500  Kháng được formol 50/00  Khi vào cơ thể, kháng nguyên H kích thích sinh ra kháng thể H.  Sự kết hợp của KN với KT xảy ra hiện tượng ngưng kết: Các vi khuẩn ngưng kết lại với nhau nhờ lông dính lông qua cầu nối là KT: H, trông như những cụm bông.  Sự ngưng kết này không bền, dễ tan khi lắc. Kháng nguyên của vi khuẩn  Kháng nguyên giáp mô: (Kapsule-K )  Kháng nguyên có trên giáp mô của vi khuẩn  Những vi khuẩn có giáp mô mới có KN: K.  Kháng nguyên này nằm ở bên ngoài của KN: O.  Bản chất của KN: K thường là polysacarit. Một ít là polypeptit  Kháng nguyên pili (Fimbriae) (kháng nguyên bám dính).  Kháng nguyên có trên pili của vi khuẩn.  Những vi khuẩn có pili mới có kháng nguyên này. Ví dụ: Vi khuẩn đường ruột : E.coli, Salmonella...  Kháng nguyên có bản chất là protein (Kháng nguyên này là yếu tố gây bệnh quan trọng của vi khuẩn đường ruột)  Ở vi khuẩn đường ruột phát hiện được trên 30 loại kháng nguyên pili của vi khuẩn E.coli, trong đó có 4 loại kháng nguyên quan trọng: - K88 hay F4 - K99 hay F5 - 989P hay F6 - F41  Các kháng nguyên Pili giúp cho vi khuẩn bám vào các tế bào niêm mạc ruột và từ đó mới có cơ hội xâm nhập vào bên trong để gây bệnh.  Theo Carter (1995), kháng nguyên Pili của vi khuẩn E.coli ở các loài gia súc như sau:  Vi khuẩn E.coli ở lợn có: F4, F5, F6, F41.  Vi khuẩn E.coli ở trâu, bò: F5, F41. Vi khuẩn E.coli ở cừu: F5, F41  Kháng nguyên Forman:  Là kháng nguyên của hai loài vi khuẩn xa nhau về họ hàng nhưng lại có phản ứng huyết thanh chéo.  Hiện tượng này do Forman phát hiện, nên kháng nguyên này gọi là kháng nguyên Forman. Ví dụ: Kháng nguyên giáp mô của vi khuẩn Pneumococcus và Kháng nguyên thành tế bào vi khuẩn Shigella.  Kháng nguyên là độc tố của vi khuẩn (Kháng nguyên ngoại bào).  Kháng nguyên này có ở những vi khuẩn sản sinh ngoại độc tố..  Bản chất của độc tố là protein.  Độc tố rất độc và có tính kháng nguyên mạnh.  Dưới tác động của một số yếu tố: - formol -nhiệt độ độc tố mất tính độc, không còn khả năng gây bệnh nhưng vẫn giữ được tính kháng nguyên, được dùng để chế vacxin gọi là giải độc tố. Ví dụ: - Giải độc tố uốn ván. (vi khuẩn Clostridium tetani) - Giải độc tố bạch hầu (Corynebacterium diphtheriae)  Kháng nguyên là virus: Kháng nguyên của virus có thể phân bố trên bề mặt capxit hay ở sâu bên trong virion. Virus có 3 loại kháng nguyên chính  Kháng nguyên nguyên ven Kháng nguyên là hạt virus hoàn chỉnh KN khi kích thích cơ thể sinh kháng thể có khả năng trung hoà virus. Ưng dụng dùng phản ứng trung hoà virus trong chẩn đoán.  Kháng nguyên hoà tan Đó là protein của capxit được tách ra, hoà tan vào dung dịch. Kháng nguyên này kích thích cơ thể sinh kháng thể kết tủa. Ưng dụng dùng phản ứng kết tủa trong chẩn đoán Phản ứng kết tủa khuếch tán trên thạch Kháng nguyên gây ngưng kết hồng cầu: • Kháng nguyên này có trên bề mặt capxit của một số loại virus. • KN có khả năng gắn lên Receptor của hồng cầu một số loài động vật, làm hồng cầu dính lại với nhau. Vi dụ: Kháng nguyên ngưng kết hồng cầu ở virus Newcastle, virus cúm. • Kháng nguyên này có ý nghĩa trong chẩn đoán, để xác định sự có mặt của virus. HA Test Kháng nguyên của virus 4. Kháng nguyên phù hợp tổ chức chính MHC (Major Histocompatibility Complex antigen)  Những thuật ngữ tiếng Việt để chỉ MHC được sử dụng bao gồm: Phức hợp tương thích mô chính, Phức hệ hoà hợp mô chính, Phức hệ phụ hợp tổ chức chính, Hệ thống trình diện kháng nguyên.  Kháng nguyên MHC nằm trên bề mặt tế bào của đa số động vật có sương sống. MHC có bản chất là protein. MHC là KN gây nên hiện tượng thải bỏ mảnh ghép còn gọi là KN ghép. MHC ngoài tính chất là một kháng nguyên nó còn có vai trò quan trọng trong đáp ứng miễn dịch: Làm nhiệm vụ trình diện siêu kháng nguyên (các epitop nhỏ 9-24 a.a) cho các tế bào miễn dịch - tế bào lympho T và B  Có hai loại MHC: MHC I và MHC II MHC -I Cấu tạo MHC loại I gồm hai chuỗi polypeptide: Chuỗi nặng xuyên màng (chuỗi α), liên kết không đồng hóa trị với một chuỗi nhẹ ngoại màng β2-microglobulin  Phần ngoại bào của chuỗi nặng gồm 3 phần (domain): α1, α2 và α3, mỗi domain khoảng 90 axit amin. Phần xuyên màng gồm 25 axit amin và phần nội bào 30 axit amin.  Khác với chuỗi α, chuỗi β2-microglobulin là chuỗi duy nhất không có tính đa dạng kiểu hình.  Trọng lượng phân tử của chuỗi α là 44 kDa, chuỗi β2- microglobulin là 12 kDa. Phân tử MHC-I Chuçi α (44 KD), Chuçi β2-microglobulin (12 KD) Chuỗi α1, α2 và α3, mỗi domain khoảng 90 axit amin. Phần xuyên màng gồm 25 axit amin và phần nội bào 30 axit amin.  MHC loại I có trên bề mặt các tế bào có nhân của cơ thể - Tế bào lympho T và B, bạch cầu đa nhân - Tế bào của phần lớn các cơ quan, tổ chức - Không có trên tế bào không nhân như hồng cầu.  Vai trò của MHC loại I là gắn với các siêu kháng nguyên nội sinh  Các siêu kháng nguyên này là một peptit có 9 axit amin.  Peptit KN nhờ bộ máy Golgi của tế bào chuyển ra ngoài màng tế bào trong khuôn khổ: peptit KN + MHC lớp I để kháng nguyên được trinh diện với tế bào TCD8.  Tế bào TCD8 có TCR (cell receptor) tương ứng với kháng nguyên sẽ tiến tới nhận biết kháng nguyên nằm trên phân tử MHC lớp 1.  TCD8 sẽ mẫn cảm trở thành kháng thể tế bào và tiêu diệt các tế bào đích có phức hợp KN + MHC lớp 1. MHC loại II  Không như MHC loại I, các phân tử MHC loại II chỉ có trên một số loại tế bào của hệ miễn dịch, như các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp (đại thực bào, tế bào tua- Dendritic cells) hoặc các lympho B đã hoạt hóa.  Các tế bào này thực bào các kháng nguyên, "biên tập" chúng thành các đoạn peptide trước khi gắn với MHC loại II rồi phơi bày trên màng tế bào.  Cấu tạo MHC loại II gồm hai chuỗi polypeptide xuyên màng α và β. Mỗi chuỗi góp một domain (α1 và β1) tạo nên vị trí gắn mẩu peptide.  Khối lượng chuỗi α khoảng 33-35 kDa, chuỗi β 26-28 kDa. Phân tử MHC loại II Chuçi α (33-35 KD), Chuçi β2-microglobulin (26-28 KD)  Vai trò của MHC loại II là gắn với siêu KN ngoại sinh, đó là các epitop của các phân tử KN lạ xâm nhập từ bên ngoài.  Siêu KN này có từ 12- 24 a.a.  Một kháng nguyên ngoại sinh (đa phần là vi khuẩn, protein ngoại lai) được các đại thực bào bắt nuốt và xử lý thành các siêu kháng nguyên tại hốc thực bào (phagolysosom) hoặc ở một chỗ nào đó của tế bào lympho B.  MHC lớp II gắn với các siêu KN (12-24 a.a) từ bên trong tế bào và đưa siêu KN biểu lộ trên bề mặt tế bào trinh diện KN cho tế bào TCD4.  Lúc đó, tế bào TCD4 thông qua TCR của mình mà tương tác với tế bào trinh diện.  TCD4 được hoạt hoá tiết lymphokin hỗ trợ cho các tế bào miễn dịch như: đại thực bào, lympho B  Trình diện kháng nguyên ?  Quá trình gắn đoạn peptide vào MHC và “phơi” ra mặt ngoài tế bào gọi là sự trình diện kháng nguyên.  Lympho B thông qua các thụ thể kháng nguyên (là các globulin miễn dịch) có thể nhận diện những kháng nguyên "thô".  Ngược lại, thụ thể của lympho T chỉ có thể nhận diện được kháng nguyên dưới dạng các mẩu (đoạn) peptide gắn với một (đại) phân tử của phức hợp MHC.  Như vậy, protein của tác nhân gây bệnh phải được cắt xén, xử lý thành các đoạn peptide ngắn trước khi trình diện cho tế bào T.  Việc "biên tập" kháng nguyên xảy ra ở khu vực nội bào, các đoạn peptide sau đó được gắn vào phức hợp MHC rồi đưa ra bề mặt tế bào Các vi sinh vật gây bệnh có thể tạm chia thành hai loại: loại phát triển ở nội bào (virus, một số vi khuẩn nội bào...) và loại xâm nhập khu vực ngoại bào (hầu hết các vi khuẩn). Các tế bào T cũng gồm hai loại tương ứng với hai hình thức nhiễm bệnh đó.  Lympho T CD8 có đặc tính độc tế bào với vai trò chính là tiêu diệt các tế bào bị nhiễm các tác nhân gây bệnh nội bào.  Lympho T CD4 có chức năng chính là giúp đỡ các tế bào khác của hệ miễn dịch chống lại các tác nhân gây bệnh ngoại bào MHC loại I trình diện kháng nguyên cho lympho T CD8 MHC loại II trình diện kháng nguyên cho lympho T CD4 Tế bào APC (Trình diện KN cho TCD4 và TCD8)