48
Chương 5
CÁC GLOBULIN MIỄN DỊCH
I. Định nghĩa
Globulin miễn dịch hay kháng thể là các protein có trong huyết
thanh hoặc dịch sinh học của cơ thể (nước tiểu, sữa...) có khả năng liên kết
đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích sinh ra nó. Kháng thể theo đinh
nghĩa trên đây được gọi là kháng thể miễn dịch hay kháng thể đặc hiệu.
Những kháng thể có sẵn từ trước khi có sự tiếp xúc với kháng nguyên
được gọi là kháng thể tự nhiên hay kháng thể không đặc hiệu. Ở đây
chúng ta chỉ xem xét kháng thể đặc hiệu.
Bản chất của kháng thể là protein, nên các tác nhân hóa, lý như
axít, kiềm nhiệt độ đều có thể phá huỷ kháng thể.
Hoạt tính của kháng thể phụ thuộc vào pH của môi trường và nhiều
yếu tố khác. Amone sulfat, natri sulfat, cồn ở 5°C có thể làm kết tủa kháng
thể nhưng không làm mất tính chất của chúng, do đó người ta lợi dụng
tính chất này để tinh khiết kháng thể.
Hai đặc tính sinh học quan trọng của kháng thể là khả năng phản
ứng đặc hiệu với kháng nguyên và khả năng biểu hiện như một kháng
nguyên, tức là kích thích sinh kháng thể chống laị chính nó. Kháng thể
chống lại kháng thể gọi là kháng kháng thể. Có thể tạo kháng thể chống
từng loại Ig hoặc chống từng phần cấu trúc của phân tử Ig (mảnh Fab
hoặc Fc).
II. Cấu trúc của kháng thể miễn dịch
Tất cả các kháng thể đều được cấu tạo từ một (monomer) hay
nhiều đơn vị cấu trúc giống nhau. Mỗi đơn vị là một phân tử protein chứa
4 chuỗi polypeptit, 2 chuỗi nhẹ (ngắn) ký hiệu là L và 2 chuỗi nặng (dài)
ký hiệu là H được gắn với nhau bởi cầu nối disulfua (S-S). Trình tự axit
amin ở kháng thể giống hệt nhau theo từng đôi chuỗi nặng và từng đôi
chuỗi nhẹ. Cả phân tử kháng thể có cấu tạo đối xứng.
Chuỗi nhẹ: có trọng lượng phân tử là 25.000, chứa khoảng 211-
221 axit amin. Có 2 loại chuỗi nhẹ, chuỗi kappa (κ) hoặc lambda (λ). Mỗi
phân tử Ig chỉ chứa hoặc 2 chuỗi kappa hoặc 2 chuỗi lambda mà không
bao giờ chứa cả 2 loại. Mỗi chuỗi nhẹ chứa 2 vùng axit amin. Một vùng có
trật tự axit amin có thể thay đổi gọi là vùng biến đổi, ký hiệu VL
(variable). Vùng này nằm ở phía đầu amin (-NH2) của phân tử. Vùng còn
lại có trật tự axit amin không bao giờ thay đổi gọi là vùng cố định
CL(constant). Vùng này nằm ở phía đầu cacboxyl (-COOH). Trật tự axit
49
amin vùng cố định của chuỗi nhẹ luôn giống nhau ở tất cả các lớp kháng
thể, hoặc theo trật tự kappa hoặc theo trật tự lambda. Ngược lại trật tự axit
amin của vùng biến đổi luôn khác nhau kể cả ở các kháng thể do cùng một
tế bào sinh ra.
Chuỗi nặng: Có trọng lượng phân tử khoảng 50.000-70.000, chứa
khoảng 450 axit amin. Có 5 loại chuỗi nặng là γ, μ, α, δ, ε ứng với 5 lớp
kháng thể là IgG, IgM, IgA, IgD và IgE. Mỗi chuỗi nặng chứa 4 vùng axit
amin: 1 vùng biến đổi và 3 vùng cố định. Cũng tương tự như ở chuỗi nhẹ,
vùng biến đổi của chuỗi nặng nằm ở phần đầu amin. Vùng này ký hiệu là
VH. Vùng cố định nằm ở đầu cacboxyl và có trật tự axit amin giống nhau ở
tất cả globulin miễn dịch thuộc cùng một lớp. Ba vùng cố định của chuỗi
nặng được ký hiệu là CH1, CH2, CH3. Hai vùng biến đổi của chuỗi nặng và
chuỗi nhẹ nằm kề nhau tạo thành vị trí kết hợp kháng nguyên (paratop) do
vậy bảo đảm tính đa dạng của phân tử kháng thể. Vùng nằm giữa CH1 và
CH2 của chuỗi nặng gọi là vùng bản lề, có khả năng mở ra hoặc khép lại từ
0°C-180°C giúp cho việc gắn phù hợp với 2 quyết định kháng nguyên.
Vùng gấp khúc (domain) và các mảnh phân tử Ig. Các cầu nối disulfua
vừa nối các chuỗi polypeptit lại với nhau để tạo nên phân tử globulin miễn
dịch, vừa nối các axit amin (Cystein) nằm trong cùng chuỗi để tạo nên
những gấp khúc xoắn (domain) hoặc cuộn hình câù nằm trên các đoạn
peptit vùng cố định hoặc vùng biến đổi. Mỗi chuỗi nhẹ có 2 gấp khúc và
mỗi chuỗi nặng có 4 gấp khúc. Mỗi gấp khúc có khoảng 60 axit amin.
Edelman (1970) cho rằng chức năng vùng gấp khúc VH và VL là hợp tác
với nhau để tạo nên bề mặt của vị trí kết hợp với kháng nguyên. Các vùng
gấp khác làm nhiệm vụ trung gian cho các chức năng của kháng thể (gắn
với bổ thể, gắn với thụ thể của các tế bào thực bào).
Điểm kết nối
kháng nguyên Điểm kết nối
kháng nguyên
Điểm hoạt
hóa
bổ thể
Điểm kết nối
với bổ thể
Chuổi nh
ẹ
Vùn
gb
ả
nl
ề
Chuổi nặng
Vùng chức nặn
g
sinh học
Cầu nối
disuffide
Hình 10. Sơ đồ cấu trúc phân
tử kháng thể (Theo Ian R.
Tizard. 2004)
Hình 11. Vị trí của các điểm
chức năng trên phân tử IgG
(Theo Ian R. Tizard. 2004)
Điểm kết nối
kháng nguyên
50
Dưới tác dụng của enzym phân giải protein (papain hoặc pepsin),
phân tử Ig được phân giải ra thành các mảnh nhỏ.
Với papain: Thu được 3 mảnh
+ 2 mảnh Fab (Antigen binding fragment), mỗi mảnh gồm một
chuỗi nhẹ và một phần chuỗi nặng có tận cùng-NH2, gồm các domain VH
và CH1. Mảnh này có trọng lượng phân tử 50.000 và chỉ có một vị trí kết
hợp được với kháng nguyên.
+ 1 mảnh Fc (Crystalizable fragment), mảnh này có trọng lượng
phân tử 60.000, có tính kháng nguyên, có khả năng liên kết với một số tế
bào khác và giữ vai trò nhất định trong việc hoạt hóa bổ thể. Với pepsin
thu được 2 mảnh: Mảnh lớn có trọng lượng phân tử 100.000, có 2 hóa trị,
gọi là mảnh F(ab)`2. Vì có 2 hóa trị cho nên mảnh này có hoạt tính như
một kháng thể hoàn toàn, do đó tạo được phản ứng kết tủa (precipitation)
và ngưng kết (agglutination) với kháng nguyên đặc hiệu. Mảnh F(ab)`2
đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp cần sử dụng tính kết hợp đặc hiệu với
kháng nguyên và loại bỏ phản ứng phụ không cần thiết do mảnh Fc gây ra.
Mảnh nhỏ còn lại Fc có trọng lượng phân tử khoảng 56.000.
III. Chức năng của kháng thể
Sự kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên là một trong những chức
năng chính của kháng thể, bên cạnh những chức năng khác như hoạt hóa
bạch cầu, hoạt hóa bổ thể, hoạt hóa cơ chế vận chuyển qua màng tế
bào..vv.
Chức năng của kháng thể liên quan chặt chẽ với cấu trúc, do cấu
trúc quy định.
Hình 12. Sự phân bố của vùng siêu biến đổi và vùn
g
khun
g
trên chuổi nhẹ và chuổi nặng trong phân tử kháng thể
(Theo Ian R. Tizard. 2004)
CL
CH1
Chuỗi nhẹ
Chuỗi nặng
Vùng khung
Vùng siêu biến đổi
NH2
NH2
51
Đoạn Fab: Có chức năng kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên, làm
bất hoạt nó, mà các kết quả lý hóa đã được nghiên cứu và ứng dụng trong
nhiều kỹ thuật miễn dịch.
Đoạn Fc: Nối 2 đoạn Fab với nhau, có chức năng kết hợp với các
thụ thể trên bề mặt tế bào (hoặc phân tử), khởi động các cơ chế hoạt hóa:
Bạch cầu, bổ thể .. Như vậy kháng thể có chức năng hoạt hóa hệ miễn dịch
không đặc hiệu..
Hình 15. Cấu trúc phân tử IgM (Theo Ian R. Tizard. 2004)
Thành
phần tiết
Phân
ử
IgA tiết
Hình 14. Cấu trúc của phân tử
IgA và IgA tiết (Theo Ian R.
Tizard. 2004)
Xử lý bằng
p
e
p
sin
Fab
Fab
Fc
F(ab)2
Hình 13. K
ế
t quảx
ử
l
ý
b
ằ
n
g
pepsin
và papain của phân tử IgG (Theo Ian
R. Tizard. 2004)
Xử lý bằng
p
a
p
ain
52
Fab và Fc không hoạt động riêng rẽ, mà có sự quan hệ phối hợp rất
chặt chẽ. Ví dụ: Khi Fab tách khỏi Fc bằng enzyme thì nó vẫn kết hợp
được với kháng nguyên, nhưng sẽ không gây được kết tủa, ngưng kết. Ví
dụ khác: IgE thường gắn phần Fc vào thụ thể của bạch cầu Mast nhưng chỉ
khi nào phần Fab của nó kết hợp với kháng nguyên thì tế bào Mát mới giải
phóng các yếu tố gây viêm..
Tóm lại, các kháng thể có chức năng bất hoạt một cách đặc hiệu
kháng nguyên, đồng thời hoạt hóa các cơ chế miễn dịch không đặc hiệu
của cơ thể, kết hợp chặt chẽ miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu.
1. Chức năng nhận biết và kết hợp kháng nguyên
Khi bị kháng thể kết hợp, kháng nguyên không bị biến đổi về mặt
cấu trúc hóa học nhưng bị thay đổi về tính chất sinh học. Vi khuẩn hoặc vi
rút mang kháng nguyên khi bị kháng thể đặc hiệu kết hợp sẽ mất khả
năng nhân lên làm rối loạn chuyển hóa nội bào, thoái biến, dễ bị thực bào
và bổ thể tiêu diệt. Các phân tử có hoạt tính khi bị kháng thể kết hợp sẽ
mất hoạt tính..vv
1.1. Sự làm bất hoạt các phân tử có hoạt tính:
Từ lâu người ta đã biết sản xuất kháng thể chống độc tố (uốn ván,
bạch hầu) dùng trong phòng bệnh và điều trị. Trong bệnh lý kháng thể
chống insulin, thyroglobulin gây suy giảm chức năng tuyến tụy, tuyến
giáp. Kháng thể chống enzyme có tác dụng khử hoạt enzyme.
Cơ chế khử hoạt có thể là:
Vị trí hoạt động của phân tử kháng nguyên bị kháng thể che phủ
bằng sự kết hợp khiến nó không tiếp xúc được đối tượng tác động nữa (ví
dụ, thụ thể tế bào đích)
Cấu hình của vị trí có hoạt tính bị biến dạng, không còn đặc hiệu
với đích.với đích nữa.
Phân tử có hoạt tính: Thay đổi về hình thể không gian.
1.2. Bất hoạt vi rút:
Kháng thể làm cho vi rút mất khả năng kết hợp với thụ thể của tế
bào đích, do vậy vi rút không thâm nhập được vào nội bnooijsexnhanh
chóng chết ở ngoài ngoại bào.
Trường hợp vi rút đã lọt vào nội bào, kháng thể vẫn có khả năng
gây bất hoạt theo một cơ chế khác. Vi rút tồn tại và phát triển trong tế bào
sẽ hình thành một số kháng nguyên (epitop) đưa lên bề mặt tếbaofeef, và