Vai trò của tế bào trình diện kháng nguyên trong đáp ứng miễn dịch

Bài viết được viết bởi ThS. Nguyễn Văn Phòng, Tạ Văn Thành - Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec

Tế bào trình diện kháng nguyên là một nhóm các tế bào đặc biệt có khả năng bắt giữ tế bào, mảnh vỡ tế bào, đoạn peptide có nguồn gốc từ các tác nhân gây bệnh để xử lý và trình diện sản phẩm là kháng nguyên ngoại sinh lên phân tử MHC lớp II. Chúng tham gia vào cả hệ thống miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch đáp ứng. Bên cạnh vai trò kích hoạt tế bào T, tế bào trình diện kháng nguyên cũng tham gia thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo tín hiệu kích thích từ cơ thể.

Hầu hết các tế bào có nhân trong cơ thể con người đều có khả năng xử lý và trình diện các kháng nguyên nội sinh (kháng nguyên có nguồn gốc từ bản thân tế bào) lên phức hệ phù hợp tổ chức chính MHC lớp I. Vì vậy, các tế bào trong hệ miễn dịch sẽ phân biệt được tế bào khỏe mạnh với tế bào bất thường.

Tuy nhiên, thuật ngữ tế bào trình diện kháng nguyên (Antigen presenting cell - APC) để chỉ một nhóm các tế bào đặc biệt có khả năng bắt giữ tế bào, mảnh vỡ tế bào, đoạn peptide có nguồn gốc từ các tác nhân gây bệnh để xử lý và trình diện sản phẩm là kháng nguyên ngoại sinh lên phân tử MHC lớp II. Các tế bào T sẽ nhận diện những kháng nguyên được trình diện trên các phân tử MHC thông qua thụ thể tế bào T (TCR) nhờ đó mà kích hoạt các đáp ứng miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh.

Các tế bào trình diện kháng nguyên có nguồn gốc từ tủy xương, phát triển ở nhiều cơ quan lympho như tuyến ức, lách, hạch bạch huyết và phân bố khắp cơ thể. Chúng tham gia vào cả hệ thống miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch đáp ứng. Bên cạnh vai trò kích hoạt tế bào T, tế bào trình diện kháng nguyên cũng tham gia thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo tín hiệu kích thích từ cơ thể.

2. Phân loại các tế bào trình diện kháng nguyên

Các tế bào trình diện kháng nguyên được chia thành 3 loại chính gồm: tế bào đuôi gai, đại thực bào và tế bào B. Một số đặc điểm phân loại của các tế bào trình diện kháng nguyên được tổng hợp trong Bảng 1.

Trong giai đoạn thập niên từ 60 đến 70 của thế kỷ trước, các nghiên cứu về tế bào miễn dịch chủ yếu tập trung vào tế bào lympho và vai trò của chúng đối với sức khỏe con người. Trong giai đoạn này, tế bào trình diện kháng nguyên mới chỉ biết đến là các đại thực bào dùng để kích hoạt các tế bào lympho.

Sau thập niên 70 của thế kỷ trước, các công trình nghiên cứu đã bắt đầu tập trung nhiều hơn vào việc nghiên cứu cơ chế hoạt động của tế bào trình diện kháng nguyên trong quá trình kích hoạt đáp ứng miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh để hiểu rõ hơn về vai trò của chúng trong hệ miễn dịch.

Tế bào đuôi gai được biết đến như một tế bào có khả năng trình diện kháng nguyên mạnh nhất, chức năng chuyên biệt của chúng là xử lý kháng nguyên để trình diện cho các tế bào T thông qua đó thiết lập mối quan hệ giữa phản ứng miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch đáp ứng.

Tế bào đuôi gai chưa trưởng thành sau khi được các cytokine và các phân tử liên quan đến tác nhân gây bệnh như PAMPs (pathogen associated molecular patterns), DAMPs (damage associated molecular patterns) kích hoạt sẽ phát triển để hoàn thiện chức năng trình diện. Trong suốt giai đoạn phát triển, tế bào đuôi gai tăng cường các phản ứng tổng hợp, trao đổi chất, thủy phân và đóng gói kháng nguyên...

Kết quả của quá trình này là sự biểu hiện mật độ cao các phân tử MHC được gắn kháng nguyên và các thụ thể đồng kích thích như B7, CD40 ở tế bào đuôi gai trưởng thành. Tế bào đuôi gai kích hoạt các tế bào T hỗ trợ thông qua 2 tín hiệu: (1) liên kết TCR với kháng nguyên lạ do phân tử MHC lớp II trình diện trên bề mặt tế bào đuôi gai; (2) liên kết các phối tử của tế bào T với các thụ thể đồng kích thích B7 và CD40 trên bề mặt tế bào đuôi gai. Các dạng biệt hóa của tế bào T hỗ trợ được quy định bởi các cytokine kích thích tương ứng: Interleukine-12 kích thích biệt hóa thành Th1, Interleukine-4 và Interleukine-10 kích thích biệt hóa thành Th2... Ngoài khả năng kích hoạt tế bào T hỗ trợ, tế bào đuôi gai còn thể hiện một khả năng rất quan trọng là trình diện chéo kháng nguyên.

Tế bào đuôi gai có thể xử lý và trình diện kháng nguyên ngoại sinh lên trên phân tử MHC lớp I, trong khi các tế bào khác chỉ có thể trình diện kháng nguyên nội sinh. Nhờ khả năng đặc biệt trên, chúng có thể kích hoạt các tế bào T gây độc đang ở trạng thái nghỉ thành trạng thái kích hoạt với khả năng tiêu diệt đặc hiệu các tác nhân gây bệnh.

Một loại tế bào trình diện kháng nguyên khác có vai trò quan trọng là các đại thực bào. Ngoài chức năng tiêu diệt trực tiếp vi khuẩn, kích thích các tế bào miễn dịch, sản xuất các cytokine quan trọng để tăng cường hay điều hòa đáp ứng viêm... thì các đại thực bào còn có khả năng bắt giữ, xử lý và trình diện kháng nguyên lên phân tử MHC lớp II.

Các tế bào bạch cầu đơn nhân (tiền đại thực bào) sẽ được biệt hóa thành những đại thực bào sau khi nhận kích thích từ các cytokine như Interferon Gamma (IFN- γ), cytokine kích thích biệt hóa M-CSF... Tương tự tế bào đuôi gai, sau khi biệt hóa đại thực bào cũng tăng cường biểu hiện phân tử MHC lớp II và các thụ thể đồng kích thích. Vì vậy, các đại thực bào sẽ trình diện kháng nguyên và kích hoạt sau khi bắt gặp các tế bào T hỗ trợ.

Tế bào B cũng được biết đến như một tế bào trình diện kháng nguyên quan trọng trong hệ miễn dịch. Nhờ các thụ thể BCR, TLR có ái lực cao, tế bào B có khả năng hấp thụ kháng nguyên hòa tan hoặc sản phẩm kháng nguyên thích hợp được đại thực bào và tế bào đuôi gai trao đổi. Các kháng nguyên được tế bào B hấp thụ sẽ tiếp tục được xử lý để phân cắt thành các mảnh nhỏ hơn, sau đó chúng được lắp ghép với phân tử MHC lớp II và trình diện lên bề mặt tế bào.

Tế bào B trình diện kháng nguyên cho tế bào T hỗ trợ, giúp tế bào này biệt hóa để quay lại kích hoạt chính tế bào B trở thành tế bào plasma để sản xuất kháng thể chống lại tác nhân gây bệnh và tế bào B ghi nhớ có khả năng ghi nhớ kháng nguyên đã gặp trước đó để nhanh chóng phản ứng nếu gặp lại kháng nguyên này.

Với những ưu điểm vượt trội của mình, tế bào trình diện kháng nguyên ngày nay được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trong thực tế. Các tế bào B được ứng dụng mạnh mẽ trong công nghệ sản xuất kháng thể đơn dòng, các tế bào đuôi gai và đại thực bào cũng thể hiện tiềm năng lớn trong công cuộc nghiên cứu tìm kiếm vắc-xin ung thư và thuốc điều trị miễn dịch. Cùng với tốc độ phát triển chóng mặt của y học và công nghệ sinh học trong thế kỷ 21, các tế bào trình diện kháng nguyên hứa hẹn nhiều cơ hội mới cho các bệnh nhân ung thư và bệnh lý miễn dịch.

Viện Nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ Gen Vinmec (VNC) là đơn vị tiên phong về nghiên cứu ứng dụng công nghệ cao trong lĩnh vực y Sinh học, đào tạo cán bộ chuyên ngành, đồng thời đầu tư nghiên cứu cơ bản để từng bước sánh ngang với các đơn vị nghiên cứu trong khu vực và thế giới.

Với đội ngũ các nhà nghiên cứu hàng đầu trong và ngoài nước, các hợp tác quốc tế trên toàn thế giới và hệ thống quản lý, hệ thống trang thiết bị tân tiến nhất, Viện Nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ Gen Vinmec có đầy đủ tiềm lực để thúc đẩy các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng, thực hiện các chuyển giao công nghệ trong lĩnh vực trị liệu bằng ghép tế bào gốc, tế bào miễn dịch và sửa chữa gen.

Tài liệu tham khảo

1. Jatin M. Vyas. (2012). “The dendritic cell”. Virulence. 3(7): 601–602. doi: 10.4161/viru.22975
2. Meredith O’Keeffe, Wai Hong Mok, Kristen J. Radford. (2015).” Human dendritic cell subsets and function in health and disease”. Cellular and Molecular Life Sciences. 72:4309–4325. doi: 10.1007/s00018-015-2005-0.
3. David M. Mosser and Justin P. Edwards. (2008). “Exploring the full spectrum of macrophage activatio”. Nat Rev Immunol. 8(12):958-69. doi: 10.1038/nri2448.
4. Maria-Isabel Yuseff, Paolo Pierobon, Anne Reversat and Ana-Maria Lennon-Duménil. (2013). “How B cells capture, process and present antigens: a crucial role for cell polarity”. Nat Rev Immunol. 13(7):475-86. doi: 10.1038/nri3469.
5. Bohdan P. Harvey, Renelle J. Gee, Ann M. Haberman, Mark J. Shlomchik and Mark J. Mamula. (2007). “Antigen presentation and transfer between B cells and macrophages”. Eur. J. Immunol. 37: 1739–1751. Doi: 10.1002/eji.200636452.