Một trong những thông báo thực nghiệm đầu tiên về đáp ứng miễn dịch thu được là sự trình bày về miễn dịch dịch thể chống lại độc tố vi khuẩn. Vào những năm đầu của thập kỷ 1900, bệnh nhân bị nhiễm trùng bạch hầu có thể bị nguy hiểm tính mạng nhưng có thể điều trị được bằng cách tiêm huyết thanh của những con ngựa được gây miễn dịch với độc tố bạch hầu. Thể dạng miễn dịch này được gọi là miễn dịch dịch thể và được trung gian bởi một họ glycoprotein có tên là kháng thể. Kháng thể, phân tử MHC (phức hệ hoà hợp mô chủ yếu), và thụ thể kháng nguyên của tế bào T là ba loại phân tử tham gia vào việc nhận diện kháng nguyên trong miễn dịch thu được. Trong ba loại phân tử này thì kháng thể liên kết với nhiều cấu trúc kháng nguyên nhất, có khả năng tốt nhất trong việc phân biệt các kháng nguyên khác nhau, và liên kết với kháng nguyên với lực mạnh nhất. Kháng thể cũng là phân tử được nghiên cứu nhiều nhất trong ba phân tử liên kết kháng nguyên này.
PHÂN BỐ TỰ NHIÊN VÀ SẢN XUẤT KHÁNG THỂ
Kháng thể được phân bố trong các dịch sinh học ở khắp cơ thể và được tìm thấy trên bề mặt một số tế bào. Lymphô bào B là tế bào duy nhất sinh tổng hợp được phân tử kháng thể. Trong tế bào B, kháng thể hiện diện trong các bộ phận liên kết với mang trong bào tương (như hệ lưới nội bào và hệ Golgi) và trên bề mặt tế bào nơi mà chúng được xem như là một protein màng. Dạng tiết của kháng thể hiện diện trong huyết tương, dịch niêm mạc, và dịch gian bào của các mô. Kháng thể do tế bào B tổng hợp và sản xuất sẽ gắn lên bề mặt của một số tế bào hiệu quả miễn dịch như thực bào đơn nhân, tế bào NK (giết tự nhiên), và dưỡng bào là những tế bào có thụ thể đặc hiệu dành cho phân tử kháng thể.
Khi máu hay huyết tương tạo thành cục đông, kháng thể nằm trong khối dịch còn lại gọi là huyết thanh. Huyết thanh có chứa kháng thể chống lại một kháng nguyên nhất định nào đó được gọi là kháng huyết thanh. (Do đó, những nghiên cứu về kháng thể và tương tác của nó với kháng nguyên được gọi một cách kinh điển là huyết thanh học). Nồng độ của kháng thể trong huyết thanh chống lại một kháng nguyên đặc biệt nào đó thường được đo bằng cách tính xem đến độ pha loãng nào thì phản ứng giữa kháng nguyên và kháng thể không còn thấy được nữa. Độ pha loãng đó được gọi là hiệu giá kháng thể.
Một người lớn khoẻ mạnh nặng 70 kg sản xuất khoảng 3g kháng thể mỗi ngày. Khoảng 2/3 trong số này là kháng thể có tên là IgA được sản xuất bởi tế bào B trong thành ruột và đường hô hấp và sau đó chuyển vào lớp dịch niêm mạc của những nơi này. Một lượng lớn IgA đã được sản xuất chứng tỏ các cơ quan này có bề mặt niêm mạc rất lớn. Sau khi tiếp xúc với một kháng nguyên nào đó, đáp ứng tạo kháng thể ban đầu đa số xảy ra ở các mô lymphô, chủ yếu là lách, hạch bạch huyết và mô lymphô niêm mạc; nhưng những tế bào tạo ra kháng thể lâu dài thì có thể nằm ở các mô khác, nhất là ở tủy xương. Những kháng thể đã đi vào tuần hoàn thì có thời gian nửa đời sống rất ngắn. Loại kháng thể có nhiều nhất trong huyết thanh là IgG chỉ có thời gian nửa đời sống là 3 tuần.
CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA KHÁNG THỂ
Các nghiên cứu trước đây về kháng thể chủ yếu là lấy kháng thể từ máu các cá thể được gây miễn dịch rồi sau đó tinh chế để khảo sát. Nhưng cách này thì không thể dùng để xác định cấu trúc của kháng thể một cách chính xác, bởi vì huyết thanh chứa quá nhiều loại kháng thể được sản xuất bởi nhiều clôn tế bào B đáp ứng với nhiều quyết định kháng nguyên (epitốp) khác nhau (và được gọi là kháng thể đa clôn). Có hai phát hiện đột phá đã tạo điều kiện để có thể kháo sát cấu trúc kháng thể một cách chính xác. Phát hiện thứ nhất là bệnh nhân đa u tủy có một khối u tương bào tiết ra kháng thể đơn clôn với lượng đủ lớn trong máu và nước tiểu để có thể xác định tính chất hóa sinh của chúng. Phát hiện thứ hai, quan trọng hơn, là kỹ thuật tạo ra kháng thể đơn clôn được Georges Kohler và Cesar Milstein mô tả năm 1975. Họ đã tìm được cách làm cho tế bào sản xuất kháng thể bất tử bằng kỹ thuật tạo “u lai” (hybridoma); những u lai này cho phép sản xuất kháng thể chống lại chỉ một tính đặc hiệu kháng nguyên đã định trước. Việc tạo ra được quần thể tế bào sản xuất kháng thể thuần nhất này đã giúp cho các nhà nghiên cứu xác định được trình tự acid amin của từng phân tử kháng thể.
Đặc điểm chung của cấu trúc kháng thể:
Các glycoprotein huyết tương hoặc huyết thanh trước đây thường được phân chia theo tính chất hòa tan của chúng thành albumin và globulin và phân chia sâu hơn dựa theo tính điện di của chúng. Hầu hết kháng thể được tìm thấy trong thành phần điện di nhanh thứ ba của globulin và được gọi là gamma globulin (gamma là chữ cái thứ ba trong mẫu tự Hy Lạp). Một tên thường gọi nữa của kháng thể là immunoglobulin (globulin miễn dịch), viết tắt là Ig. Trong quyển sách này hai thuật ngữ immunoglobulin và kháng thể thường được dùng với cùng một ý nghĩa.
Tất cả mọi phân tử kháng thể đều có chung một cấu trúc cơ bản giống nhau, và sự khác biệt chỉ thấy ở vị trí kết hợp kháng nguyên. Sự khác biệt của vùng kết hợp kháng nguyên giúp cho kháng thể liên kết dễ dàng với kháng nguyên về mặt cấu trúc. Trong mỗi cá thể có khoảng từ 107 đến 109 phân tử kháng thể khác nhau mang những vùng kết hợp kháng nguyên khác nhau. Các chức năng hiệu quả và tính chất hóa lý của kháng thể thường do phần không liên quan đến kháng nguyên đảm trách và những phần này thường không khác nhau mấy giữa các kháng thể.
Mỗi phân tử kháng thể có một cấu trúc lõi đối xứng được cấu tạo bởi hai chuỗi nặng và hai chuỗi nhẹ giống hệt nhau. Mỗi chuỗi nhẹ có trọng lượng phân tử khoảng 24 kD, và mỗi chuỗi nặng khoảng 55 - 70 kD. Một chuỗi nhẹ liên kết đồng hóa trị với một chuỗi nặng bằng một cầu disulphua và các chuỗi nặng cũng nối với nhau bằng những cầu disulphua. Cả chuỗi nhẹ và nặng đều chứa những chuỗi đơn vị đồng nhất và lặp đi lặp lại. Mỗi đơn vị có độ dài 110 acid amin cuộn lại một cách độc lập thành những búi gọi là lĩnh vực Ig (Ig domain). Một lĩnh vực Ig chứa hai tấm gấp β, mỗi lớp có 3 - 5 chuỗi polypeptid. Có nhiều protein quan trọng khác trong hệ thống miễn dịch cũng chứa những lĩnh vực có cấu tạo mô-típ tấm gấp tương tự như vậy và có các chuỗi acid amin giống như Ig. Tất cả những phân tử chứa cấu tạo theo mô-típ này được đặt chung một tên là siêu họ Ig (Ig superfamily), và tất cả những gen mã hóa cho các lĩnh vực Ig của những phân tử này được cho là đều tiến hóa từ một gen tổ tiên.
Cả chuỗi nặng và nhẹ đều mang một đầu tận cùng amin luôn thay đổi (gọi là vùng biến đổi hay vùng V) tham gia vào việc nhận diện kháng nguyên và một đầu tận cùng cacboxyl hằng định (gọi là vùng hằng định hay vùng C); vùng hằng định của chuỗi nặng làm trung gian cho các chức năng hiệu quả. Trên chuỗi nặng, vùng V chỉ có 1 lĩnh vực Ig, nhưng vùng C thì có 3-4 lĩnh vực Ig. Mỗi chuỗi nhẹ chỉ cấu tạo bởi 1 lĩnh vực Ig vùng V và 1 lĩnh vực Ig vùng C. Vùng biến đổi của mỗi phân tử kháng thể giúp phân biệt kháng thể được sản xuất bởi một clôn tế bào B này với kháng thể được sản xuất bởi một clôn tế bào B khác. Vùng biến đổi của chuỗi nặng (được gọi là VH) nằm sát bên cạnh vùng V của chuỗi nhẹ (được gọi là VL) để tạo nên diện kết hợp kháng nguyên. Bởi vì đơn vị cấu tạo cơ bản của mỗi phân tử kháng thể chứa 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ nên nó có 2 diện kết hợp kháng nguyên. Các lĩnh vực của vùng C tách biệt với diện kết hợp kháng nguyên và không tham gia vào quá trình nhận diện kháng nguyên. Các vùng C của chuỗi nặng có khả năng tương tác với các phân tử và tế bào hiệu quả khác của hệ miễn dịch nên do đó đảm trách hầu hết các chức năng sinh học của kháng thể. Ngoài ra, đầu tận cùng cacboxyl của các chuỗi nặng có tác dụng gắn các phân tử kháng thể màng vào màng tế bào B. Vùng C của chuỗi nhẹ không tham gia vào các chức năng hiệu quả và cũng không dính vào màng tế bào.
Đặc điểm cấu trúc của vùng biến đổi và mối liên quan với sự liên kết kháng nguyên:
Mỗi một kháng thể thường mang 3 đoạn ngắn acid amin ở vùng V (của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ) rất riêng cho kháng thể đó và được gọi là vùng siêu biến. Những vùng siêu biến này có độ dài khoảng 10 acid amin và được giữ yên tại vị trí của nó chu ỗi peptid tạo nên lĩnh vực của vùng V. Trong mỗi phân tử kháng thể, 3 vùng siêu biến của vùng VL và 3 vùng siêu biến của vùng VH được kéo lại với nhau để tạo nên một cấu trúc không gian ba chiều, đó là diện kết hợp kháng nguyên. Bởi vì cấu tạo này được tạo ra sao cho khớp với cấu trúc không gian ba chiều của phân tử kháng nguyên tương ứng nên những vùng siêu biến này còn được gọi là vùng xác định tính bổ khuyết (complementarity -determined regions, CDR). Trên mỗi chuỗi acid amin của VL hoặc VH, các vùng này được đặt tên là CDR1, CDR2 và CDR3. Vùng CDR3 của cả VL và HL là vùng có độ biến đổi cao nhất trong số 3 vùng vừa kể. Có những cơ chế di truyền tạo ra tính đa dạng cao hơn ở CDR3 so với CDR1 và CDR2. Nghiên cứu hình ảnh tinh thể của kháng thể cho thấy các CDR tạo ra những cung hóa học đưa ra bề ngoài kháng thể để sẵn sàng tương tác với kháng nguyên. Sự khác biệt về trình tự acid amin trong các CDR của các phân tử kháng thể khác nhau tạo ra cấu trúc hóa học riêng biệt cho chúng và được thể hiện ra bề mặt của kháng thể để tạo nên tính đặc hiệu đối với kháng nguyên.
Xem tiếp: Kháng thể (P2)
Bệnh viện Nguyễn Tri Phương - Đa khoa Hạng I Thành phố Hồ Chí Minh
