CYTOKINE

Tham gia vào đáp ứng miễn dịch có nhiều loại tế bào khác nhau, chủ yếu là các tế bào dạng lympho, các tế bào viêm và các tế bào tạo máu khác. Những tương tác phức tạp xẩy ra giữa các tế bào này với nhau được thực hiện thông qua một nhóm các protein được gọi chung là các cytokine để nói lên vai trò của chúng trong các tương tác tế bào với tế bào. Các cytokine là các protein hoặc glycoprotein điều hoà có trọng lượng phân tử thấp được chế tiết bởi các tế bào bạch cầu và nhiều loại tế bào khác trong cơ thể đáp ứng với một số kích thích. Các cytokine tham gia vào sự điều hoà phát triển của các tế bào miễn dịch, đồng thời có một số cytokine có tác động trực tiếp lên ngay bản thân tế bào đã tiết ra chúng. Nếu các hormone làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin của hệ thống nội tiết thì các cytokine làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin của hệ thống miễn dịch. Tuy vậy, khác với hormone ở chỗ nếu hormone thể hiện hiệu quả của nó trên đích tác động nằm xa nơi tiết hormone thì nhìn chung các cytokine lại hoạt động tại chỗ. Trong chương này chúng ta tập trung nói đến hoạt động sinh học và cấu trúc của các cytokine và các thụ thể của chúng, quá trình dẫn truyền tín hiệu bởi các thụ thể dành cho cytokine, vai trò của các bất thường về cytokine trong cơ chế bệnh sinh của một số bệnh, và khả năng sử dụng các cytokine hoặc các thụ thể của chúng trong điều trị.

Các tính chất chung của cytokine

Các cytokine gắn vào các thụ thể đặc hiệu dành cho chúng trên màng các tế bào đích làm khởi động các con đường dẫn truyền tín hiệu vào bên trong tế bào và cuối cùng dẫn đến thay đổi biểu hiện gene của tế bào đích. Tế bào nào sẽ là tế bào đích của cytokine được thể hiện bởi sự có mặt của các thụ thể đặc hiệu dành cho cytokine trên bề mặt tế bào ấy. Thường thì ái lực giữa cytokine và thụ thể dành cho cytokine là rất cao với hệ số phân tách (dissociation constant) dao động từ 10

-10

 đến 10

-12

 M. Chính vì có ái lực cao mà cytokine có tác động sinh học ngay cả ở các nồng độ rất thấp tới mức picomole.

Hoạt động của các cytokine có thể phân thành các loại sau đây: Một số cytokine hoạt động theo kiểu tự tiết(autocrine) có nghĩa là chúng sẽ bám lên chính tế bào đã tiết ra chúng; Một số khác thể hiện hoạt động theo kiểu cận tiết (paracrine) có nghĩa là chúng bám vào các tế bào lân cận; Và một số trường hợp các cytokine thể hiện hoạt động kiểu nội tiết (endocrine), có nghĩa là chúng bám vào các tế bào ở xa nơi chế tiết. Các cytokine điều hoà cường độ và thời gian của đáp ứng miễn dịch bằng cách kích thích hoặc ức chế sự tăng sinh của các tế bào khác nhau hoặc bằng cách điều hoà sự tiết các kháng thể hoặc các cytokine khác.Tác dụng của các cytokine có thể theo các kiểu đa dụng (pleiotropy), có nghĩa là các cytokine gây ra các hoạt tính sinh học khác nhau trên các tế bào đích khác nhau; đồng dụng(redundancy), có nghĩa là các cytokine khác nhau có thể gây ra những chức năng tương tự và điều này làm cho khó có thể qui một hoạt tính sinh học biết trước cho một loại cytokine nào đó; hiệp đồng (synergy), có nghĩa là khi hai cytokine cùng tác động thì gây ra hiệu quả lớn hơn tổng tác động của từng cytokine khi tác động riêng lẻ; hoặc đối kháng (antogonism), tức là một cytokine này có tác dụng ức chế một cytokine khác (hình 7.1).

Hoạt động của một cytokine trên một tế bào đích tương ứng nhìn chung sẽ điều hoà sự xuất hiện của các thụ thể dành cho cytokine và xuất hiện các cytokine mới, những cytokine mới này sẽ tác động trên các tế bào khác tạo nên một phản ứng dây chuyền. Bằng cách đó đáp ứng đặc hiệu của một lympho bào với một kháng nguyên sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của hàng loạt tế bào cần thiết cho việc sinh ra một đáp ứng miễn dịch hữu hiệu. Ví dụ, các cytokine do các tế bào T

H

 hoạt hoá tiết ra sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của các tế bào B, tế bào T

C

, tế bào NK, đại thực bào, bạch cầu hạt, các tế bào gốc tạo máu và như vậy có thể hoạt hoá toàn bộ hệ thống các tế bào miễn dịch.

Cho đến nay người ta vẫn chưa giải thích được đầy đủ tính không đặc hiệu của hoạt động cytokine trong khi tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch đã được chứng minh một cách rõ rệt. Ðiều gì đã làm cho các cytokine được tiết ra từ các tế bào đang hoạt hoá hoạt động theo kiểu không đặc hiệu trong quá trình đáp ứng miễn dịch? Rõ ràng là cần phải có những cơ chế vận hành để bảo đảm tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch được duy trì. Một trong những cơ chế đó là sự điều hoà nghiêm ngặt việc xuất hiện các thụ thể dành cho cytokine trên tế bào. Thông thường các thụ thể dành cho cytokine chỉ xuất hiện trên tế bào sau khi tế bào đã tương tác với kháng nguyên. Theo phương thức này sự hoạt hoá không đặc hiệu bởi cytokine được hạn chế đối với các lympho bào mẫn cảm kháng nguyên. Một phương thức khác để duy trì tính đặc hiệu là sự cần thiết của tương tác tế bào với tế bào để sản xuất ra được các nồng độ hữu hiệu của một cytokine tại nơi tiếp xúc tế bào với tế bào. Trong trường hợp tế bào Th, một tế bào chủ yếu tiết cytokine, sự tương tác tế bào chặt chẽ chỉ xẩy ra khi thụ thể của tế bào T nhận dạng được một phức hợp kháng nguyên-phân tử MHC trên bề mặt tế bào trình diện kháng nguyên thích hợp như đại thực bào, tế bào có tua, hoặc lympho B. Các cytokine tiết ra tại nơi tiếp xúc tế bào sẽ đạt được một nồng độ cao đủ để tác động trên tế bào đích.

Sự phát hiện và tinh chế các cytokineVào giữa những năm 1960 người ta bắt đầu phát hiện ra các cytokine khi nuôi cấy in vitro các tế bào lympho khác gene cùng loài: nước nổi của những nuôi cấy này có chứa những yếu tố mang hoạt tính sinh học có khả năng điều hoà sự tăng sinh, biệt hoá và chín của các loại tế bào dạng lympho khác nhau. Ngay sau đó người ta phát hiện thấy rằng các yếu tố này - ngày nay gọi là các lymphokine - có thể sinh ra bằng cách nuôi lympho bào và hoạt hoá chúng bằng kháng nguyên hoặc bằng các chất kích thích phân bào không đặc hiệu (xem chương kháng nguyên).

Sự phân biệt về mặt chức năng của các cytokine

Sau những phát hiện đầu tiên người ta đã phát hiện thấy nhiều loại yếu tố mang hoạt tính sinh học có trong dịch nước nổi nuôi lympho bào. Do sử dụng hệ thống phát hiện khác nhau nên người ta nhận thấy các kiểu đáp ứng chức năng khác nhau khi nghiên cứu lymphokine, và mỗi chức năng ban đầu được xem như do một yếu tố duy nhất gây nên. Do đó danh sách tên gọi của các lymphokine ngày càng nhiều và tuỳ thuộc vào hoạt tính sinh học của chúng. Ðó là các yếu tố:

- Yếu tố hoạt hoá lympho bào (Lympho Activating Factor - LAF).- Yếu tố sinh trưởng tế bào T (T-Cell Growth Factor - TCGF).

- Yếu tố sinh trưởng tế bào B (B-Cell Growth Factor - BCGF).

- Yếu tố thay thế tế bào T (T-Cell Replacing Factor - TRF).

- Yếu tố gây biệt hoá tế bào B (B-Cell Differentiation Factor - BDF).- Yếu tố gây hoạt hoá tế bào B (B-Cell Activating Factor - BAF).

- Protein kích thích phân bào (Mitogenic Protein - MP).

- Yếu tố kích thích phân bào thymo bào (Thymocyte Mitogenic Factor - TMF).

Rất nhiều tài liệu tham khảo đã nêu ra hàng loạt yếu tố khác nhau, nhưng dần dần người ta đã thấy các cytokine sinh ra trong các hệ thống sinh học khác nhau có thể gộp lại thành một số nhóm nhất định theo chức năng của chúng dù cho cytokine này chưa được tinh chế hoặc clone hoá (bảng 11.1).Bảng 1: Một sốyếu tốdo các lympho bào và các đại thực bào hoạt hoá tiết ra được xác định bằng các thử nghiệm chức năng và tên các cytokine tương ứng với chúng

Tinh chế bằng phương pháp hoá sinh

Việc phân lập và tinh chế bằng phương pháp hoá sinh của các cytokine gặp phải một số trở ngại. Ðầu tiên là dịch nổi nuôi tế bào thường chứa hỗn hợp nhiều cytokine hơn là chứa một cytokine, điều này làm cho khó có thể qui một chức năng nào đó cho một chất riêng biệt. Cùng với khó khăn này còn có một khó khăn khác là các hệ thống ban đầu dùng để thử nghiệm cytokine gồm có các quần thể lympho bào không thuần nhất và sự đáp ứng của chúng với các cytokine được thử thường đưa đến các kết quả không rõ ràng. Một khó khăn tiếp theo nữa là dịch nổi nuôi tế bào có một nồng độ cytokine rất thấp.Có hai phát minh đã cho phép các nhà nghiên cứu vượt qua được những khó khăn này và có thể xác định được các đặc trưng hoá sinh của các cytokine. Phát minh thứ nhất là sự phát hiện ra các dòng tế bào ung thư có khả năng tiết cytokine. Những dòng tế bào ung thư này đã cung cấp các quần thể tế bào thuần nhất có khả năng tiết ra một cytokine nhất định với nồng độ cao hơn khi nuôi các tế bào dạng lympho này. Phát minh thứ hai là sự phát hiện ra các dòng tế bào mà sự sinh trưởng của chúng phụ thuộc vào sự có mặt của một cytokine nhất định. Những dòng tế bào này đã cung cấp một hệ thống thực nghiệm đơn giản, đó là một quần thể tế bào thuần nhất có khả năng tăng sinh khi đáp ứng với một yếu tố sinh trưởng nhất định.

Khi sử dụng hệ thống thử nghiệm này để đánh giá hoạt tính sinh học của các cytokine đã phát hiện từ trước có các chức năng khác nhau, người ta đã phát hiện thấy rằng trước đây tưởng như có rất nhiều cytokine và mỗi một cytokine được đặt tên theo hoạt tính sinh học của nó, nhưng thực ra đó lại chỉ là một cytokine có các hoạt tính sinh học khác nhau. Vì vậy người ta đã đưa ra một bảng thuật ngữ chuẩn trong đó phần lớn các cytokine được gọi là interleukin dựa theo vai trò của nó trong việc truyền thông tin giữa các tế bào bạch cầu. Những interleukin đầu tiên được phát hiện được gọi là interleukin-1 (IL-1) và interleukin-2 (IL-2). IL-1 có nhiều hoạt tính sinh học khác nhau mà trước đây đã được mô tả ít nhất là có 8 yếu tố, IL-2 trước đây được phát hiện những hoạt tính và đặt tên cho 4 yếu tố khác nhau. Trong thập kỷ 80 người ta đã phát hiện được 10 interleukin và một số cytokine khác còn vẫn được đặt tên theo hoạt tính sinh học của chúng. Sự tương ứng giữa các lymphokine đã được tinh chế và các yếu tố được đặt tên trước đây đã được sắp xếp lại một cách rõ ràng (xem bảng 11.1). Kỹ thuật tinh chế các interleukin bằng phương pháp hoá sinh gồm có một số kỹ thuật tinh chế protein và thường sử dụng nước nổi chứa cytokine khi nuôi các tế bào có khả năng sản xuất một cytokine nhất định với số lượng lớn. Ví dụ các dòng tế bào mono bị ung thư hoá được chọn lọc để sản xuất IL-1 và các dòng tế bào lymphoma thuộc loại tế bào T được chọn để sản xuất IL-2. Người ta nuôi các tế bào này trong các bình nuôi cấy lớn và dùng các chất kích thích phân bào, phorbon este hoặc các chất kích thích thích hợp khác kích thích chúng để chúng sinh ra các cytokine. Sau đó tiến hành tinh chế cytokine từ dịch nổi nuôi cấy. Trong phần lớn các trường hợp người ta cô đặc cytokine bằng lọc màng và tiếp theo bằng kỹ thuật sắc ký trao đổi ion, lọc gel, kỹ thuật tập trung đẳng điện và sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Sau mỗi bước tinh chế người ta phải xác định lại mức độ hoạt tính sinh học của cytokine.

Việc tinh chế IL-2 là một ví dụ điển hình. Thử nghiệm sinh học quyết định trong quá trình tinh chế này dựa vào khả năng kích thích tăng sinh của IL-2 đối với một số tế bào nhất định. Thông thường dòng tế bào được dùng là dòng tế bào CTLL-2, đó là một dòng tế bào Tc của chuột nhắt có sinh trưởng phụ thuộc vào IL-2; tế bào HT-1, đó là tế bào Th mà có sinh trưởng phụ thuộc vào IL-2. Sau mỗi bước tách phần tinh chế người ta cho phần tinh chế được vào các dòng tế bào và đánh giá sự tăng sinh của tế bào thông qua khả năng thâu nhận thymidine [3H]. Hiệu xuất tinh chế bằng phương pháp hoá sinh còn rất kém mặc dù các tế bào có thể sinh ra một lượng lớn interleukin. Ví dụ từ 10 lít nước nổi thu được từ nuôi cấy dòng tế bào ung thư chuột nhắt sản sinh ra IL-2 khi được kích thích bằng PHA thì người ta chỉ thu được khoảng 50(g IL-2 mà thôi. Thường thì hiệu xuất của việc tinh chế bằng phương pháp hoá sinh là không cao và độ tinh khiết cũng không lớn trong hầu hết các trường hợp.

Clone hoá các gene cytokineNgười ta có thể thu được khối lượng lớn cytokine tinh khiết khi sử dụng các kỹ thuật tái tổ hợp ADN từ các gene mã hoá cytokine. Ngày nay người ta đã lập được một kho ADN bổ cứu từ các dòng tế bào sản xuất cytokine thích hợp (xem hình 2.4). Sau đó sàng lọc kho này bằng cách làm xuất hiện các clone ADN bổ cứu trong tế bào COS. Khi thử nghiệm các hoạt tính cytokine trong nước nổi nuôi cấy tế bào COS người ta nhận ra những tế bào COS nào đã được nạp đoạn ADN bổ cứu mã hoá cytokine. Có một kỹ thuật khác được dùng để nhận dạng đoạn ADN bổ cứu mã hoá cytokine đó là kỹ thuật lai tạo đoạn gien. Do cytokine chỉ được sản xuất sau khi tế bào được kích thích bằng kháng nguyên, chất kích thích phân bào hoặc tác nhân kích thích khác, nên ARN thông tin của một tế bào cảm ứng sẽ chứa các đoạn ARN thông tin mã hoá cytokine trong khi ARN thông tin của tế bào không cảm ứng sẽ không có các đoạn ARN thông tin mã hoá cytokine này. Vì vậy người ta có thể tách ARN thông tin từ những tế bào cảm ứng và sao mã ngược để có được đoạn ADN bổ cứu xoắn đơn tương ứng với các gene được xuất hiện trong các tế bào cảm ứng. Bằng phương pháp lai ADN bổ cứu với ARN thông tin của tế bào không cảm ứng người ta sẽ loại bỏ được những đoạn ADN bổ cứu có trong cả hai loại tế bào (cảm ứng và không cảm ứng) và chỉ còn lại những đoạn ADN bổ cứu không bị lai (chỉ có trong các tế bào cảm ứng - đó chính là ADN mã hoá cytokine), sau đó tiến hành làm giầu các ADN này. Các đoạn ADN này sẽ được chuyển nạp vào các vi khuẩn hoặc các tế bào của động vật có vú để chúng sản xuất ra các cytokine. Vào giữa những năm 1980 người ta đã thành công trong việc clone hoá các gene của các cytokine đã biết và chuyển nạp chúng vào các tế bào vi khuẩn, nấm men, côn trùng hoặc tế bào động vật có vú và thu được một lượng lớn các cytokine do các tế bào này sản sinh ra.

Cấu trúc và chức năng của các cytokine và các thụ thể của chúng

Khi người ta đã clone hoá được các gene mã hoá các cytokine khác nhau và các thụ thể của chúng thì có thể tạo ra được một lượng đủ lớn các sản phẩm tinh khiết dùng cho các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc và chức năng của các protein quan trọng này. Bảng 11.3 và 11.4 tóm lược các hoạt tính sinh học chủ yếu của các cytokine có tầm quan trọng nhất.

Interleukin 1 (IL-1)Hoạt tính sinh học của IL-1 lần đầu tiên được Gery I, Gershon R .K và Waksman B .H mô tả vào năm 1970. Họ đã chỉ ra rằng không thể sử dụng đơn thuần PHA, một chất kích thích phân bào đối với các tế bào T, để kích thích các thymo bào tăng sinh kỳ đầu được. Tuy nhiên khi nuôi cấy các thymo bào trong môi trường điều chỉnh lấy từ dịch nuôi cấy các tế bào đại thực bào đã hoạt hoá thì các thymo bào tăng sinh đáp ứng lại kích thích của PHA và được chỉ điểm bằng đồng vị phóng xạ thymidine [3H] (hình 11.3). Yếu tố hoạt động thu được từ các đại thực bào này có tác dụng kích thích các thymo bào được gọi là yếu tố hoạt hoá lympho bào - LAF (Lymphocyte Activating Factor). Cuối cùng thì người ta cũng đã tinh chế được nó và đặt lại tên là interleukin-1. Ngày nay khả năng kích thích các thymo bào đã được xử lý bằng PHA vẫn là một thử nghiệm sinh học chủ yếu để thử hoạt tính của IL-1.

Ðầu tiên người ta nghĩ rằng IL-1 chỉ do các tế bào mono và đại thực bào chế tiết ra. Tuy nhiên gần đây người ta lại thấy rằng các yếu tố giống IL-1 (được xác định bằng khảo sát hoạt tính hoạt hoá các thymo bào đã được xử lý bằng PHA) lại do rất nhiều loại tế bào khác nhau chế tiết, bao gồm các tế bào mono, các đại thực bào, các tế bào lympho B, các tế bào có tua, các nguyên bào sợi, nguyên bào sừng, các tế bào Langerhan, các bạch cầu trung tính, các tế bào hình sao, các tế bào biểu mô, và các tế bào nội mô. Ngoại trừ một số ít trường hợp là các dòng tế bào đã chuyển dạng còn ngoài ra thì IL-1 chỉ được tạo ra khi mà các tế bào này đã bị kích thích. Việc chế tiết IL-1 của các tế bào mono và các đại thực bào có thể tạo ra được bởi rất nhiều chất kích thích khác nhau. Quá trình thực bào một số vi khuẩn nhất định cũng đóng vai trò như một tác nhân kích thích sản xuất IL-1. Sở dĩ có thêm được tác dụng này là do bản thân một lipopolysacharite thành tế bào vi khuẩn gram âm đã có khả năng gây ra chế tiết IL-1. Việc thực bào các tiểu thể chất rắn hoặc các phức hợp kháng nguyên-kháng thể-bổ thể cũng gây kích thích đại thực bào sản xuất IL-1. Có nhiều chất khác bao gồm các muramyl dipeptide, phorbol myristate acetate, các thành phần bổ thể nhất định (như C3a và C5a) và IFN-( cũng gây kích thích đại thực bào sản xuất IL-1 hoặc là bằng cách tương tác màng giữa thụ thể của tế bào T và phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô chủ yếu trên màng đại thực bào; hoặc là bằng cách chế tiết các cytokine của tế bào Th như M-CSF, IFN-( hoặc TNF-(. Sau khi đại thực bào bị kích thích trong vòng 30 phút đầu có thể thấy được một lượng nhỏ IL-1 ở trong bào tương của chúng và sau 3 giờ kích thích thì có một lượng lớn IL-1 được chế tiết ra.

Việc tinh chế IL-1 bằng phương pháp hoá sinh đã cho thấy rằng có hai polypeptide riêng biệt cùng có chung hoạt tính của IL-1. Mỗi polypeptide này có trọng lượng phân tử vào khoảng 17 kD, nhưng chúng khác nhau về điện tích nên có thể phân tách chúng ra bằng phương pháp đẳng điện. Việc clone hoá gene cũng đã khẳng định các kết quả nghiên cứu về hoá sinh và cho biết thêm rằng hai gene độc lập (IL-1( và IL-1() mã hoá hai polypeptide IL-1; hai gene này có 27% trình tự tương đồng nhau. Cả hai protein có chức năng của IL-1 đều gắn vào cùng một loại thụ thể dành cho IL-1 trên tế bào. Người ta vẫn chưa biết được hai protein khác nhau như thế nào về phương diện hoạt tính sinh học. IL-1( cũng tồn tại dưới dạng kết hợp với màng, dạng này cũng góp phần vào việc hoạt hoá tế bào T sau khi tương tác màng.

Chức năng chủ yếu của IL-1 là tham gia vào quá trình hoạt hoá các tế bào Th. Quá trình này cần phải có hai loại tín hiệu hoạt hoá. Một tín hiệu đặc biệt được tạo ra giữa thụ thể của tế bào T với phức hợp kháng nguyên đã bị xử lý + phân tử hoà hợp mô chủ yếu lớp II. Chỉ riêng tín hiệu này thì chưa đủ để cho các tế bào Th tăng sinh mà cần phải có một tín hiệu thứ hai gọi là tín hiệu “đồng kích thích”. Tín hiệu đồng kích thích có thể được phát ra khi diễn ra sự gắn của hoặc IL-1 hoà tan hoặc IL-1 gắn trên màng vào thụ thể dành cho IL-1 trên màng tế bào Th. Hai tín hiệu cùng nhau gây ra sự phiên mã của một số gene trong tế bào Th bao gồm các gene mã hoá IL-2, IL-3, IL-4, và IFN-(. Việc hoạt hoá tế bào Th phụ thuộc vào tín hiệu đồng kích thích là IL-1 được Weaver C .T và Unanue E .R mô tả trong thí nghiệm sử dụng các đại thực bào xử lý bằng paraformaldehyde làm cho chúng trở nên bất hoạt về mặt chuyển hoá và vì thế không còn khả năng sản xuất IL-1 (hình 11.4). Trong mô hình thí nghiệm này các đại thực bào đầu tiên được xử lý bằng TNF-( để làm tăng biểu lộ các phân tử hoà hợp mô chủ yếu lớp II, sau đó một số tế bào được xử lý với LPS để sinh ra IL-1, số tế bào còn lại để nguyên. Sau đó cố định cả hai loại đại thực bào này bằng paraformaldehyde để ngăn cản sự chuyển hoá tiếp theo. Khi ủ hai mẫu đại thực bào này với các tế bào Th của cùng một clone và một kháng nguyên peptit đặc hiệu với clone tế bào này thì chỉ có các đại thực bào đã được xử lý với LPS mới có khả năng gây tăng sinh các tế bào Th. Các đại thực bào này cung cấp cả hai loại tín hiệu hoạt hoá đặc hiệu và không đặc hiệu. Tín hiệu hoạt hoá đặc hiệu bắt nguồn từ sự tương tác giữa các thụ thể của tế bào T với các phức hợp peptit kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô chủ yếu trên đại thực bào; tín hiệu hoạt hoá không đặc hiệu là tín hiệu đồng kích thích IL-1 kết hợp màng, tín hiệu này vẫn tiếp tục chức năng ngay cả sau khi đã cố định bằng paraformaldehyde. Các đại thực bào mà không được hoạt hoá bởi LPS sẽ bị thiếu mất hoạt tính của tín hiệu đồng kích thích IL-1 kết hợp màng này, do vậy không hoạt hoá được tế bào Th.Ngoài vai trò thiết yếu là một tín hiệu đồng kích thích đối với tế bào Th thì IL-1 còn cho thấy nó là một tác nhân hoạt động đa hướng, có rất nhiều tác dụng khác nhau lên các loại tế bào khác nhau. Nó có tác dụng đẩy nhanh tốc độ chín của các tế bào B và sự tăng sinh về số lượng của một dòng tế bào B sau khi được hoạt hoá bởi kháng nguyên. IL-1 làm tăng hoạt động của tế bào NK và ảnh hưởng lên phản ứng viêm tại chỗ thông qua các tác dụng của nó lên các tế bào tạo máu, các nguyên bào sợi và các tế bào nội mô mạch máu. Khi đưa IL-1 vào cơ thể thì các tế bào bạch cầu trung tính được tạo ra rời tuỷ xương vào tuần hoàn rồi sau đó thoát mạch qua thành các mao mạch vào kẽ mô. Cả các bạch cầu trung tính và các đại thực bào đều bị hấp dẫn theo kiểu hoá hướng động bởi IL-1, làm tăng nhanh mật độ các tế bào thực bào trong quá trình viêm.

IL-1 cũng còn có một số tác dụng giống như tác dụng xa kiểu chất nội tiết lên các tế bào và mô khác nhau. Chẳng hạn nó tác dụng lên các tế bào gan sản xuất ra một số protein trong pha viêm cấp như fibrinogen, protein phản ứng C, và haptoglobin. Mỗi chất này đều góp phần vào sức đề kháng của túc chủ trong quá trình nhiễm khuẩn. IL-1 cũng có tác dụng lên hệ thống thần kinh trung ương thông qua vùng dưới đồi gây ra sốt, ngủ gật và chán ăn. Ngoài ra nó còn tác dụng lên các tế bào cơ gây sản xuất các prostaglADNin, hoạt tính này được biết là dẫn tới thuỷ phân protein, cuối cùng có thể dẫn tới nhược cơ.

Interleukin

(IL-2)

Năm 1976 Morgan .D .A, Ruscetti .F .W và Gallo .R đã phát hiện thấy rằng môi trường điều chỉnh lấy từ nuôi cấy tế bào T và hoạt hoá bởi chất kích thích phân bào là PHA có khả năng duy trì được đáp ứng tăng sinh của tế bào T. Hoạt tính này đã được Kendall Smith và cộng sự mô tả trong một phát hiện tương tự cho thấy rằng có một yếu tố đơn độc (thường gọi là yếu tố tăng trưởng tế bào T và sau đó được ký hiệu là IL-2) do các tế bào T được hoạt hoá bằng chất kích thích phân bào sản xuất ra có vai trò gây tăng sinh tế bào. Yếu tố này được biết là có khả năng kích thích tăng sinh kéo dài khi nuôi cấy các tế bào T và hoạt hoá chúng bằng kháng nguyên hoặc các chất kích thích phân bào thông thường. Nhờ có yếu tố này mà lần đầu tiên người ta đã phát hiện được các clone tế bào T bình thường.Cùng với việc phát hiện ra các dòng tế bào phụ thuộc IL-2, các thử nghiệm sản xuất IL-2 trong các hệ thống in vitro cũng được tiến hành. Khi xử lý các dòng tế bào sản xuất IL-2 bằng kháng thể đơn clone kháng CD4 và bổ thể đã làm mất khả năng sản xuất IL-2 của chúng, và điều này chứng tỏ rằng tế bào Th là các tế bào chính sản xuất IL-2. Quá trình sản xuất IL-2 của các tế bào Th gắn liền với sự hoạt hoá của chúng. Như đã nói ở các phần trước, sự hoạt hoá tế bào Th cần phải có hai tín hiệu: một tín hiệu được tạo ra bởi sự tương tác giữa tế bào Th với phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô chủ yếu trên tế bào trình diện kháng nguyên (hoặc với một chất kích thích phân bào) và tín hiệu đồng kích thích thứ hai tạo ra bởi mối tương tác với IL-1 do các tế bào trình diện kháng nguyên sản xuất ra. Trong vòng 24 đến 48 giờ hoạt hoá các tế bào Th bắt đầu tổng hợp và chế tiết IL-2 và bộc lộ các thụ thể trên màng có ái lực cao dành cho IL-2 (hình 11.5).

Việc tinh chế IL-2 bằng phương pháp hoá sinh và sau đó là clone hoá gene mã hoá IL-2 đã chỉ ra rằng IL-2 là một polypeptit đơn có trọng lượng phân tử thường thấy là 15,5 kD. Mặc dù IL-2 được mã hoá bởi một gene duy nhất nhưng việc glycosyl hoá sau khi đã phiên mã phân tử IL-2 đã làm cho chúng khác nhau về kích thước và có tính không thuần nhất. Các dạng IL-2 đã được glycosyl hoá khác nhau không khác nhau về chức năng nhưng theo một số nhà nghiên cứu thì việc glycosyl hoá có thể ảnh hưởng đến thời gian bán huỷ của IL-2 trong cơ thể.

Phân lập và nghiên cứu đặc điểm của các thụ thể dành cho IL-2

Khi tiếp tục nghiên cứu về các lymphokin người ta đã tạo ra các kháng thể đơn clone kháng lại các thành phần khác nhau trên màng của các tế bào Th hoạt hoá. Một trong số các kháng thể đơn clone đó được ký hiệ là anti-ATC đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện và sau đó là phân lập thụ thể dành cho IL-2. Kháng thể đơn clone kháng ATC ức chế sự gắn của IL-2 đánh dấu phóng xạ vào tế bào Th đã hoạt hoá và ngăn cản sự hoạt hoá tế bào Th bởi chất kích thích phân bào + IL-2. Khi ủ kháng thể đơn clone kháng ATC với tế bào Th nó sẽ gắn vào một protein màng tế bào có trọng lượng phân tử 55 kD. Thoạt đầu protein được coi là thụ thể dành cho IL-2, tuy nhiên có nhiều phát hiện ngẫu nhiên đã đặt ra những nghi vấn về kết luận này. Chẳng hạn, mặc dù có thể hoạt hoá các tế bào NK bằng IL-2 nhưng chúng lại không bắt mầu huỳnh quang khi nhuộm bằng kháng thể đơn clone kháng ATC có gắn chất huỳnh quang; một phát hiện lạ lùng nữa là số lượng vị trí kết hợp với IL-2 trên các tế bào Th không tương ứng với số lượng vị trí kết hợp với kháng thể đơn clone kháng ATC. Có nghĩa là những nghiên cứu về các quá trình gắn có sử dụng IL-2 và kháng thể đơn clone kháng ATC có gắn đồng vị phóng xạ đã cho thấy rằng số lượng phân tử kháng thể đơn clone kháng ATC gắn vào mỗi một tế bào Th hoạt hoá nhiều hơn là số phân tử IL-2 gắn vào tế bào này. Sau đó khi người ta đã clone hoá được gene mã hoá thành phần 55 kD vẫn được coi là thụ thể dành cho IL-2 thì đã có thêm những kết quả không thống nhất. Khi chuyển nạp gene này vào các tế bào không thuộc dòng lympho thì các tế bào không thuộc dòng lympho đã được chuyển nạp gene này chỉ gắn với IL-2 với ái lực yếu, trong khi đó nếu chuyển nạp gene này vào các tế bào Th thì các tế bào này gắn IL-2 với ái lực cao.Những nhận xét trái ngược trên đây đã được giải quyết khi người ta khám phá ra rằng các thụ thể trên màng tế bào dành cho IL-2 thực chất gồm có hai thành phần: tiểu phần ( 55 kD (tiểu phần này gắn với kháng thể đơn clone kháng ATC) và tiểu phần ( 75 kD. Cả hai tiểu phần này đều có khả năng gắn với IL-2 nhưng với ái lực khác nhau: tiểu phần ( có ái lực yếu với IL-2, tiểu phần ( có ái lực trung bình và dị dimer (( thì có ái lực rất mạnh (hình 11.6). Các tế bào NK là các tế bào bộc lộ tiểu phần ( 75 kD và điều đó giải thích tại sao chúng có khả năng bị hoạt hoá bởi IL-2 và tại sao chúng lại không bắt mầu khi nhuộm bằng kháng thể đơn clone kháng ATC có gắn huỳnh quang. Các tế bào Th hoạt hoá thì bộc lộ cả hai loại thụ thể dành cho IL-2 với ái lực cao và ái lực thấp. Số lượng thụ thể dành cho IL-2 với ái lực cao trên mỗi tế bào Th hoạt hoá vào khoảng 5.000, nhiều gấp 10 lần so với số lượng thụ thể dành cho IL-2 với ái lực thấp. Sở dĩ tế bào Th hoạt hoá gắn nhiều kháng thể đơn clone kháng ATC hơn IL-2 là vì trên tế bào này có nhiều thụ thể ái lực thấp để gắn với kháng thể đơn clone kháng ATC hơn và điều này cắt nghĩa cho những kết quả nghiên cứu ban đầu của phương pháp sử dụng kỹ thuật gắn.

Ðiều hoà quá trình tăng sinh tế bào thông qua IL-2

IL-2 đóng vai trò thiết yếu trong việc châm ngòi cho quá trình tăng sinh của các tế bào T được xử lý bằng kháng nguyên hoặc các chất kích thích phân bào (cả tế bào Th và tế bào Tc). Sau khi gắn vào thụ thể (( ái lực cao dành cho IL-2, IL-2 nhanh chóng đi vào trong tế bào châm ngòi cho hàng loạt yếu tố nội bào và cuối cùng gây tăng sinh tế bào. Bất kỳ tế bào T nào bộc lộ thụ thể ái lực cao với IL-2 đều có thể đáp ứng lại IL-2 và tăng sinh bất chấp tính đặc hiệu kháng nguyên của nó, nhưng có một vật che chắn được gắn vào để bảo đảm chỉ cho các tế bào T được hoạt hoá bởi kháng nguyên sẽ đáp ứng lại IL-2 mà thôi. Các tế bào lympho T ở giai đoạn nghỉ của chu trình tế bào không bộc lộ các thụ thể dành cho IL-2 ái lực cao và vì vậy khi có kích thích của IL-2 do các tế bào lân cận tiết ra nó cũng không tăng sinh. Chỉ sau khi các tế bào T đã được hoạt hoá bởi kháng nguyên hoặc các chất kích thích phân bào thì tiểu phần ( mới được bộc lộ, trang bị thêm cho tế bào thụ thể dành cho IL-2 với ái lực cao. Chừng nào mà mối tương tác đặc hiệu giữa thụ thể trên tế bào T và phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô chủ yếu vẫn tiếp tục thì thụ thể dành cho IL-2 ái lực cao vẫn bị kích thích cho xuất hiện. Khi mối tương tác này dừng lại thì sự biểu lộ các thụ thể dành cho IL-2 cũng giảm đi, và bằng cách này sự điều hoà việc xuất hiện của các thụ thể dành cho IL-2 ái lực cao sẽ điều biến sự mở rộng của một clone tế bào thông qua IL-2.

Interleukin 3 (IL-3)Các tế bào TH tiết ra một số yếu tố kích thích tạo thành colony (các CSF) cung cấp cho quá trình phát triển và biệt hoá của nhiều loại tế bào sinh tạo máu (hình 3.4). Ðầu tiên căn cứ vào khả năng kích thích các tế bào gốc tạo máu thuộc nhiều dòng nên người ta gọi chúng là multi-CSF. Năm 1984 người ta cũng đã clone hoá được yếu tố này và đặt lại tên cho nó là interleukin-3. IL-3 là một glycoprotein có trọng lượng phân tử 28 kD, do các tế bào TH hoạt hoá tiết ra và có một số tác dụng góp phần tạo nên phản ứng viêm tại chỗ bao gồm việc kích thích các tế bào mast phát triển và bài tiết histamine.

Interleukin 4 (IL-4)

IL-4 là một cytokine khác có phổ hoạt tính sinh học rộng trên một số loại tế bào đích (bảng 11.4). Hình như những nghiên cứu rõ ràng nhất về hoạt tính sinh học của chúng là những nghiên cứu chứng minh ảnh hưởng của chúng với sự hoạt hoá, sự tăng sinh và sự biệt hoá của các tế bào B. Cytokine này được mô tả lần đầu bởi hai nhóm nghiên cứu độc lập với nhau công bố ở hai bài báo khác nhau trong cùng một lần xuất bản của một tạp chí vào năm 1982. Một nhóm đã mô tả yếu tố sinh trưởng tế bào B có nguồn gốc từ tế bào T (T-Cell-Derived B-Cell Growth Factor viết tắt là BCGF-I), yếu tố này hoạt hoá các tế bào B sau khi xẩy ra sự liên kết chéo của các thụ thể trên màng tế bào này bởi các phân tử kháng thể kháng IgM. Một nhóm nghiên cứu khác đã trình bầy về một yếu tố có nguồn gốc từ tế bào T và có khả năng kích thích sự biệt hoá của tế bào B thành tế bào plasma để tiết ra IgG1. Trong vòng 4 năm người ta đã clone hoá được gene mã hoá yếu tố biệt hoá (BCDF-I) và nhận thấy hai hoạt tính ban đầu mô tả là yếu tố sinh trưởng tế bào B và yếu tố biệt hoá tế bào B hoá ra đều là tác dụng của cùng một protein mà ngày nay được đặt tên là interleukin 4.

Bảng 11.4: Các hoạt tính sinh học của interleukin 4

IL-4 có những hiệu quả khác nhau trên tế bào B ở những giai đoạn khác nhau của chu trình tế bào. Ðối với những tế bào B nhỉ ngơi, IL-4 hoạt động như một yếu tố hoạt hoá, kích thích các tế bào nghỉ ngơi thành các tế bào lớn và tăng khả năng xuất hiện các phân tử MHC lớp II. Tiếp theo sự hoạt hoá bởi kháng nguyên hoặc các chất kích thích phân bào, IL-4 hoạt động như một yếu tố sinh trưởng làm cho tế bào B tăng cường sự nhân đôi ADN. Cuối cùng trong giai đoạn tế bào B sinh sản, IL-4 hoạt động như một yếu tố biệt hoá bằng cách điều hoà sự bật mở gene mã hoá IgG1 và IgE. Vì vậy IL-4 còn được đặt tên là yếu tố cảm ứng “bật mở”

Interleukin 5 (IL-5)Giống như IL-4, IL-5 có tác dụng kích thích cả sự tăng sinh lẫn sự biệt hoá của tế bào B. Yếu tố này thúc đẩy sự sản xuất IgA. Hình như nó có tác dụng hiệp đồng với IL-4 để thúc đẩy việc sản xuất IgE. IL-5 còn có tác dụng kích thích sự sinh trưởng và biệt hoá của bạch cầu ái toan.

Interleukin 6 (IL-6)

Các tế bào T

H

 đã được hoạt hoá, đại thực bào, các tế bào mono, các nguyên bào sợi và một số loại tế bào ung thư (như myxoma cơ tim, ung thư cổ tử cung và ung thư bàng quang) liên tục chế tiết ra IL-6.

Một số tế bào myeloma cũng chế tiết IL-6 (trong trường hợp này việc chế tiết IL-6 giống như việc chế tiết autocrine để kích thích sự sinh sản của chính bản thân tế bào). Sự kích thích các tế bào plasma chế tiết các globulin miễn dịch cũng là một hoạt tính khác của IL-6 trong sự phối hợp với IL-1. IL-6 còn là chất đồng kích thích của sự hoạt hoá tế bào TH.Interleukin 7 (IL-7)

IL-7 được clone hoá vào năm 1989, có tác dụng cảm ứng các tế bào gốc dạng lympho bào biệt hoá thành tiền tế bào B. Người ta phát hiện ra cytokine này bằng cách nạp một loạt ADN bổ cứu của các tế bào thân ở tuỷ xương vào tế bào COS và phát hiện các yếu tố trong nước nổi nuôi các tế bào COS này. Người ta thu được khoảng 720.000 protein và sàng lọc hoạt tính sinh học của chúng, cuối cùng đã nhận ra một clone có hoạt tính của IL-7. Sau khi phát hiện ra IL-7 người ta thấy chúng có khả năng làm tăng sự chế tiết IL-2 và sự xuất hiện của thụ thể dành cho IL-2 trên các tế bào T nghỉ ngơi, bởi vậy IL-7 cũng có tác dụng kích thích sự tăng sinh của tế bào B. Ngoài ra IL-7 còn có tác dụng làm tăng sinh các thymo bào ở cả thai nhi lẫn người lớn.

Interleukin 8 (IL-8)

IL-8 được chế tiết bởi các tế bào mono, có một loạt tác dụng trên các tế bào bạch cầu trung tính. Ví dụ trong sự có mặt của IL-8, bạch cầu trung tính dính vào các tế bào nội mô của mao mạch và tiến đến các bộ phận mô theo gradient nồng độ của IL-8. Cytokine này hoạt động như một chất hoá hướng động tiềm năng dành cho bạch cầu trung tính, chỉ cần một lượng nhỏ ở mức nanogam là đã có tác dụng.Interleukin 9 (IL-9)

Ðó là một glycoprotein được tiết ra bởi các clone tế bào Th nhất định. IL-9 hỗ trợ cho việc tăng sinh của các tế bào Th khi không có mặt kháng nguyên hoặc các tế bào trình diện kháng nguyên. IL-9 được sản xuất bởi một tiểu quần thể tế bào Th2 của chuột nhắt đã được clone hoá và tồn tại lâu dài. Chúng hoạt động như một autocrine có tác dụng sinh trưởng trong quá trình hoạt hoá bởi kháng nguyên. Gần đây IL-9 đã được chứng minh là có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng của tế bào mast.

Interleukin 10 (IL-10)

Gần đây người ta đã clone hoá và nghiên cứu được đặc điểm của một cytokine có vai trò điều hoà quan trọng đó là yếu tố ức chế tổng hợp cytokine hay interleukin-10. Cytokine này được chế tiết bởi tiểu quần thể tế bào Th2 của các clone tế bào T chuột nhắt nuôi trường diễn và ức chế tiểu quần thể Th1 sản xuất cytokine. Tiểu quần thể Th1 chế tiết IL-2 và IFN-( và đã được chứng minh là có liên quan đến quá trình hoạt hoá đại thực bào trong phản ứng quá mẫn muộn. Tiểu quần thể Th2 chế tiết IL-4 và IL-5, châm ngòi cho đáp ứng tạo kháng thể thể dịch. Việc chế tiết IL-10 bởi tiểu quần thể Th2 ức chế tiểu quần thể Th1 sản xuất cytokine là do cytokine này có vai trò trung tâm trong việc điều hoà đáp ứng miễn dịch thể dịch và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào. Các tiểu quần thể Th1 và Th2 và vai trò của IL-10 trong một số bệnh sẽ được đề cập sau trong chương này.

Các interferon (IFN)

Các interferon là một họ glycoprotein được tạo ra bởi rất nhiều loại tế bào khác nhau bị tác động bởi quá trình nhân lên của virus và giúp điều hoà đáp ứng miễn dịch. Interferon-( (IFN-(), có nguồn gốc từ các bạch cầu, và interferon-( (IFN-(), có nguồn gốc từ các nguyên bào sợi là các interferon đầu tiên được mô tả về đặc điểm. Interferon-( (IFN-() được phát hiện ra muộn hơn, do các lympho T chế tiết sau khi được hoạt hoá bởi kháng nguyên hoặc các chất gây phân bào. Cả ba interferon đều được giải phòng ra từ các tế bào nhiễm virus và cung cấp cho các tế bào lân cận khả năng phòng ngừa trước virut. Khác với IFN-( và IFN-( có tác dụng chủ yếu là tạo ra trạng thái chống virus thì IFN-( có các hoạt tính đa năng khác nhau bao gồm khả năng làm tăng hoạt động chức năng của tế bào Tc, tế bào T tham gia vào quá mẫn muộn (TDTH) và tế bào NK. Một trong số các tác dụng thú vị nhất của IFN-( đó là nó làm tăng mức độ biểu hiện các phân tử hoà hợp mô lớp I và lớp II trên bề mặt tế bào. Việc tăng tổng hợp các phân tử hoà hợp mô cho phép đại thực bào hoạt động trình diện kháng nguyên hiệu quả hơn. Interferon-( còn có một tác dụng đối kháng lại một số cytokine, chẳng hạn như khi thêm IFN-( cùng với IL-4 vào các tế bào B thì sự phân lớp để tạo IgE bị chặn lại.

Các yếu tố hoại tử u α và b (TNF-α, -b)

Vào đầu thế kỷ XX William Coley một nhà ngoại khoa đã quan sát thấy rằng những bệnh nhân ung thư bị nhiễm một số loại vi khuẩn nhất định thì khối u của họ có thể bị hoại tử. Với hy vọng rằng đây có thể là cứu cánh cho các bệnh nhân ung thư, Coley đã tiến hành tiêm cho các bệnh nhân ung thư nước nổi phân lập từ nuôi cấy một số vi khuẩn khác nhau. Những nước nổi nuôi cấy này được gọi là “độc tố Coley” gây ra được hoại tử chẩy máu khối u nhưng lại có một số tác dụng không mong muốn do vậy mà không thể dùng chúng để điều trị ung thư. Nhiều thập kỷ sau người ta mới biết rằng thành phần hoạt động của độc tố Coley chính là một lipopolysaccharide (nội độc tố) của thành tế bào vi khuẩn. Nội độc tố này tự nó không thể gây ra hoại tử khối u được nhưng thay vào đó nó kích thích đại thực bào sản xuất và giải phóng vào huyết thanh một yếu tố gọi là yếu tố hoại tử u alpha (TNF-α). Cytokine này có tác dụng gây độc trực tiếp đối với tế bào u mà không có tác dụng đối với các tế bào bình thường (hình 11.7). Cơ chế tác dụng gây độc đặc hiệu của TNF-α đối với khối u cho đến nay vẫn còn chưa hiểu hết. Những thành tựu sử dụng TNF-α trong miễn dịch trị liệu ung thư sẽ được đề cập đến trong chương miễn dịch trong ung thư.

TNF-α không chỉ có tác dụng gây hoại tử khối u mà nó còn đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của một đáp ứng viêm hữu hiệu có tác dụng thanh lọc các tác nhân gây bệnh khác nhau xâm nhập vào cơ thể. Cùng với IL-1, TNF-α hoạt động trên rất nhiều loại tế bào khác nhau bao gồm các tế bào T, tế bào B, bạch cầu đa nhân trung tính, các nguyên bào sợi, tế bào nội mô, và các tế bào tuỷ xương làm cho các tế bào này chế tiết rất nhiều yếu tố khác nhau cần thiết cho sự phát triển của một đáp ứng viêm hữu hiệu.

Tuy nhiên việc sản xuất TNF-α là một con dao hai lưỡi, nó có thể dẫn tới những phản ứng có hại, đôi khi có thể gây tử vong. Vào những năm 1980 Cerami và cộng sự đã cố xác định xem tại sao khi bị nhiễm một số ký sinh trùng, vi khuẩn và khối u lại dẫn đến trạng thái dị hoá mạnh gây suy mòn và đôi khi có thể dẫn tới sốc và tử vong. Các tác giả này đã phát hiện ra rằng có một yếu tố có nguồn gốc từ đại thực bào đã gây ra trạng thái suy mòn nói trên và họ gọi yếu tố này là yếu tố gây suy mòn. Việc clone hoá các gene mã hoá yếu tố hoại tử u α và yếu tố gây suy mòn đã cho thấy rằng hai yếu tố này hoá ra lại là cùng một protein và nay được ký hiệu là TNF-α. Cytokine này còn liên quan đến hiện tượng sốc do độc tố của vi khuẩn sẽ được trình bày sau trong chương này.Một polypeptide thứ hai có liên quan về mặt hoá học được chế tiết bởi các tế bào T hoạt hoá cũng cho thấy là có tác dụng giết chết các tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường và có các tác dụng sinh học tương tự liên quan đến rất nhiều phản ứng viêm tại chỗ. Ðầu tiên yếu tố tố này được gọi là lymphotoxin còn nay được gọi là TNF-b. Yếu tố tố này cũng có liên quan mật thiết với TNF-b. Hai protein có khoảng 28% trình tự các axit amin giống nhau và cả hai đều được mã hoá bởi các gene liên kết chặt chẽ với nhau trong vùng mã hoá các phân tử hoà hợp mô lớp III. Ðiều này chứng tỏ rằng hai gene đã tiến hoá từ cùng một gene chung bằng cách nhân đôi theo chiều dọc.Yếu tố phát triển chuyển dạng ( (TGF-()Các yếu tố phát triển chuyển dạng là các polypeptide nhỏ đầu tiên được xác định dựa vào khả năng của chúng tác động làm cho các tế bào không phải tế bào ung thư tăng sinh và chuyển dạng khi nuôi cấy. TGF-( được tạo ra bởi các tiểu cầu, đại thực bào, các tế bào T và tế bào B. Mặc dù ban đầu được xác định là một yếu tố phát triển nhưng thực ra TGF-( còn có tác dụng ức chế tăng sinh của các tế bào biểu mô, nội mô, các tế bào thuộc dòng lympho và các tế bào tạo máu. Người ta cho rằng cytokine này đóng vai trò quan trọng trong việc điều hoà độ dài của phản ứng viêm, cho phép quá trình liền vết thương được tiếp diễn. Cytokine này còn là một chất điều biến miễn dịch tiềm năng có rất nhiều tác dụng đa chiều hướng. Chẳng hạn TGF-( ức chế hoạt tính của một số cytokine khác như IL-2, IL-4, IFN-( và TNF.Sự chế tiết các cytokine bởi các tiểu quần thể tế bào THNhư đã đề cập trước, gần đây người ta đã phân biệt được hai tiểu quần thể TH có CD4+ của chuột nhắt dựa vào sự chế tiết các lymphokine in vitro của chúng. Trong bảng 11.5 hai tiểu quần thể này được ký hiệu là TH1 và TH2. Cả hai đều chế tiết IL-3 và GM-CSF nhưng mặt khác chúng lại khác nhau về các lymphokine chế tiết ra. Những điểm khác nhau về các lymphokine mà chúng chế tiết ra có thể phản ánh các hoạt tính sinh học khác nhau của hai tiểu quần thể này. Thật là thú vị, một số lymphokine do hai tiểu quần thể này chế tiết ra lại có tác dụng đối ngược nhau. Ví dụ IL-2 (do tế bào Th1 chế tiết) làm tăng sản xuất IgG2a bởi các tế bào B nhưng ức chế sản xuất IgG1 và IgE. Trong khi đó thì IL-4 (do tế bào Th2 chế tiết) lại làm tăng sản xuất IgG1 và IgE đồng thời ức chế sản xuất IgG2a. Tiểu quần thể Th1 rất thích hợp với đáp ứng trong các trường hợp nhiễm virus vì nó chế tiết IL-2, chất này lại hoạt hoá tế bào Tc và dẫn đến sản xuất IFN-( là chất có tác dụng kháng virut. Tiểu quần thể Th2 thích hợp hơn với đáp ứng trong nhiễm ký sinh trùng và có thể gây ra các phản ứng dị ứng vì IL-4 có tác dụng kích thích sản xuất IgE và IL-5 có tác dụng hoạt hoá bạch cầu ái toan. Người ta vẫn chưa biết rằng liệu các tiểu quần thể Th1 và Th2 có tồn tại trong chuột bình thường hay không. Các tiểu quần thể này mới chỉ thấy trong các nuôi cấy trường diễn và điều này đặt ra một số câu hỏi liệu các tiểu quần thể này có thực trên thực tế hay không hay là chúng biểu hiện các giai đoạn chín khác nhau của cùng một dòng tế bào đơn độc. Không có các tiểu quần thể tế bào Th tương ứng ở người như là ở chuột nhắt.

Bảng . Các cytokine do các tiểu quần thể T

H

 của chuột nhắt sản xuất

Các tế bào lympho T và B chưa chín, hay các tế bào lympho nghỉ ngơi, là các tế bào còn đang ở giai đoạn G0 của chu trình tế bào và không nằm trong vòng tuần hoàn. Sự hoạt hoá đưa tế bào ở giai đoạn nghỉ ngơi vào chu trình tế bào, trải qua giai đoạn G1 để vào pha gian kỳ (pha S), trong giai đoạn này ADN được nhân lên. Quá trình chuyển từ giai đoạn G1 đến pha S đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong chu trình tế bào. Khi một tế bào đã đạt đến pha S nó hoàn thành chu trình tế bào, chuyển qua giai đoạn G2 và vào thời kỳ phân bào (M). Sau khi phân tích các dữ kiện liên quan đến quá trình tiến triển của các tế bào lympho từ giai đoạn G0 đến pha S Ken Ichi Arai đã nhận thấy một số điểm tương đồng với các dữ kiện ở các nguyên bào sợi. Có hai loại tín hiệu phát triển hoạt động ở các giai đoạn khác nhau để đưa một tế bào nguyên bào sợi tiến triển từ G1 đến S. Ðầu tiên yếu tố phát triển có nguồn gốc tiểu cầu (PDGF) chuyển đến nguyên bào sợi một tín hiệu mở đường (competence signal), tín hiệu này chuyển tế bào từ giai đoạn G1 sớm sang giai đoạn G1 muộn và tạo cho tế bào khả năng thu nhận tín hiệu tiếp theo. Vào thời điểm này yếu tố tăng trưởng dạng insulin (insulin like factor - IGF) và yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF) tác động trên các nguyên bào sợi như là các tín hiệu thúc đẩy (progression signals) để đưa tế bào từ giai đoạn G1 vào pha S. Quá trình hoạt hoá các lympho bào B và T cũng diễn ra theo trình tự như vậy, bằng các tín hiệu sớm đẩy các tế bào nghỉ ngơi từ G0 sang G1 sớm và tạo cho tế bào khả năng thu nhận các tín hiệu thúc đẩy tiếp theo. Các tín hiệu này có tác dụng đưa tế bào từ giai đoạn G1 vào pha S và cuối cùng là vào giai đoạn phân chia và biệt hoá.

Sự hoạt hoá các lympho T

Người ta cho rằng quá trình hoạt hoá các tế bào T nghỉ ngơi từ giai đoạn G0 để vào giai đoạn G1 sớm đòi hỏi phải có hai tín hiệu mở đường. Tín hiệu thứ nhất đến từ quá trình tương tác giữa phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô với thụ thể của tế bào T và tín hiệu thứ hai từ tế bào phụ trợ dưới dạng chất đồng kích thích IL-1 (hình 11.8). Các sự kiện này truyền một tín hiệu qua màng nguyên sinh chất dẫn đến sự phiên mã của một số gene trong đó có các gene mã hoá IL-2 và thụ thể dành cho IL-2. Người ta cho rằng hậu quả của việc gắn IL-2 vào thụ thể của nó đóng vai trò như là một tín hiệu thúc đẩy đẩy tế bào từ giai đoạn G1 vào pha S. Có một ý kiến suy đoán rằng sự tương tác của IL-2 và thụ thể của nó đóng một vai trò quan trọng trong việc cho phép tế bào T bước vào giai đoạn hoạt hoá của quá trình biệt hoá bởi vì sự xuất hiện của IL-2 vào phút thứ 45 và của thụ thể dành cho IL-2 sau 2 giờ song song với khoảng thời gian 2 giờ cần thiết cho việc hoạt hoá một tế bào T.Các hiện tượng hoá sinh liên quan đến quá trình hoạt hoá đã được nghiên cứu bằng phương pháp sử dụng một dòng tế bào T ung thư mà dòng tế bào này đáp ứng với một tín hiệu truyền qua thụ thể của tế bào T và tín hiệu đồng kích thích IL-1 để tạo ra IL-2. Ðể đơn giản hoá hệ thống này có thể thay thế các tín hiệu là thụ thể của tế bào T và IL-1 bằng các tác nhân khác. Có thể thay tương tác của phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô với thụ thể trên tế bào T bằng các chất gây phân bào như PHA hoặc Con A hoặc cũng có thể thay bằng kháng thể kháng CD3. Tín hiệu đồng kích thích IL-1 có thể thay bằng các tác nhân hoạt hoá protein kinase C như phorbol myristate acetate (PMA). Hệ thống này cho thấy rằng hai tín hiệu mở đường có vẻ như hoạt hoá hai con đường hoạt hoá hoá sinh theo kiểu hiệp đồng với nhau, một liên quan đến quá trình thuỷ phân của phospatidylinositol dẫn đến tăng lượng canxi nội bào và con đường kia liên quan đến sự hoạt hoá protein kinase C (hình 10.9).

Trong vòng 15 phút thu nhận các tín hiệu phát triển đủ mạnh, tế bào T bắt đầu phiên mã một số gene trong đó có các gene mã hoá protein liên kết ADN. Người ta đã xác định thấy sản phẩm của gene sinh ung thư tế bào c-fos trong vòng 15 phút; ở phút thư 30 thì một sản phẩm của gene sinh ung thư khác đó là c-myc cũng được xác định cùng với một số protein liên kết ADN khác như NFAT-1 và NF-(B (bảng 11.6). NFAT-1, NF-(B và c-fos mỗi chất đều cho thấy là chúng gắn vào phần khởi đầu của gene mã hoá IL-2 làm tăng quá trình phiên mã của gene này trong vòng 45 phút đầu sau khi hoạt hoá. Hai giờ sau khi hoạt hoá tế bào T bước vào trạng thái hoạt hoá tăng sinh. Thật thú vị là khoảng thời gian tế bào nằm trong trạng thái này song song với sự bộc lộ của các thụ thể dành cho IL-2 và điều này cho thấy rằng mối tương tác giữa IL-2 và thụ thể của nó đóng vai trò như là yếu tố thúc đẩy để đẩy tế bào từ giai đoạn G1 vào pha S của chu trình tế bào và vì thế buộc tế bào phải hoạt hoá.

Cần phải có hai tín hiệu mở đường, một từ tương tác giữa phức hợp kháng nguyên-phân tử hoà hợp mô với thụ thể của tế bào T và tín hiệu kia là tín hiệu đồng kích thích IL-1, là vì cần phải có hai protein phản ứng liên kết ADN để hoạt hoá tế bào T.

Khi một tế bào T đã được hoạt hoá nó bắt đầu sản xuất và chế tiết các cytokine khác nhau có các chức năng hoạt động khác nhau (bảng 11.6). Sự bộc lộ của các gene mã hoá cytokine hình như được điều hoà bởi các cơ chế phức tạp mà cho đến nay vẫn chưa được sáng tỏ. Người ta mới chỉ biết chút ít về cơ chế mà nhờ đó các yếu tố màng tế bào liên quan đến quá trình hoạt hoá tạo ra các biến đổi về phân lớp tế bào trường diễn tương ứng với các tiểu quần thể tế bào T khác nhau.Sự hoạt hoá lympho B

Trong đáp ứng miễn dịch lần đầu, một tế bào B nghỉ ngơi được hoạt hoá bởi kháng nguyên và các cytokine khác nhau của tế bào Th sẽ tiến triển từ trạng thái G0 vào chu trình tế bào rồi sau đó là tăng sinh và biệt hoá để rồi tạo ra các tế bào plasma làm nhiệm vụ chế tiết kháng thể. Quá trình hoạt hoá một tế bào B nghỉ ngơi cần phải có sự gắn của kháng nguyên vào kháng thể đã có sẵn trên màng tế bào và cũng cần phải có các tín hiệu đồng kích thích được tạo ra bởi IL-1 và IL-4. Các tế bào cũng có thể được hoạt hoá bằng các chất kích thích phân bào đối với tế bào B, là các lipopolysaccharide, hoặc bằng kháng thể kháng IgM gắn vào IgM trên bề mặt tế bào cùng với tín hiệu đồng kích thích là IL-4. Người ta đã chứng minh được rằng sự tương tác của kháng nguyên và kháng thể có sẵn trên màng tế bào đóng vai trò như một tín hiệu mở đường đẩy tế bào B nghỉ ngơi ở giai đoạn G0 vào gia đoạn G1 sớm và ở giai đoạn này thì tế bào bắt đầu đáp ứng với IL-4. ở thời điểm này sự tương tác của IL-4 với các tế bào B đóng vai trò như một tín hiệu mở đường chuyển tế bào từ giao đoạn G1 sớm sang G1 muộn. Interleukin-4 còn có chức năng như một tín hiệu thúc đẩy đưa tế bào B qua điểm giới hạn G1 vào pha S của chu trình tế bào (hình 11.9b). Sự hoạt hoá của tế bào B, vai trò của IL-4 và các cytokine khác sẽ được trình bầy chi tiết hơn trong chương đáp ứng miễn dịch thể dịch.

Vai trò của cytokine trong đáp ứng viêm

Trong đáp ứng với các trường hợp nhiễm trùng hoặc tổn thương mô thì một chuỗi hoàn chỉnh các yếu tố không đặc hiệu hay còn gọi là đáp ứng trong pha cấp (acute-phase response - APR) được khởi động để cung cấp cho cơ thể khả năng phòng vệ sớm bằng cách hạn chế tổn thương mô chỉ tập trung ở vị trí nhiễm trùng hoặc vị trí thương tổn thôi. Ðáp ứng trong pha cấp bao gồm cả các đáp ứng toàn thân và tại chỗ. Ðáp ứng viêm tại chỗ phát triển khi các yếu tố gây đông vón được tạo ra trong huyết tương dẫn tới sự hoạt hoá các cục máu, sự tạo thành của kinin, và các con đường tiêu sợi fibrin. Các cytokine khác nhau cũng cho thấy là có ảnh hưởng đến đáp ứng viêm tại chỗ thông qua khả năng làm thúc đẩy cả khả năng bám dính của các tế bào viêm vào các tế bào nội mô mạch máu và khả năng di chuyển xuyên qua thành mạch vào kẽ mô. Ðiều này dẫn đến sự tụ tập của các tế bào lympho, bạch cầu trung tính, các tế bào mono, bạch cầu ái toan, bạch cầu ái kiềm và các tế bào mast tại vị trí mô tổn thương và tại đó các tế bào này sẽ tham gia vào quá trình thanh lọc các kháng nguyên.Ðáp ứng toàn thân bao gồm phản ứng sốt, tăng tổng hợp các hormone như ACTH và hydrocortisone, tăng tạo bạch cầu, và tăng sản xuất một số lượng lớn các protein của pha viêm cấp có nguồn gốc từ tế bào gan bao gồm protein phản ứng C (C-reactive protein - CRP) và yếu tố dạng tinh bột A huyết thanh (SAA). Thân nhiệt tăng ức chế sự phát triển của một số tác nhân gây bệnh và hình như còn làm tăng đáp ứng miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh. Protein phản ứng C là một protein xuất hiện đầu tiên trong pha viêm cấp mà nồng độ của nó trong huyết thanh tăng lên đến 1000 lần trong đáp ứng viêm cấp. Protein này bao gồm 5 polypeptide giống hệt nhau liên kết với nhau bằng các liên kết không đồng hoá trị. Protein C có thể gắn vào rất nhiều vi sinh vật khác nhau và hoạt hoá bổ thể dẫn đến lắng đọng yếu tố bổ thể C3b trên bề mặt vi sinh vật. Các tế bào làm nhiệm vụ thực bào thì lại có thụ thể dành cho C3b và vì thế thực bào các vi sinh vật đã bị gắn C3b trên bề mặt.

Phản ứng viêm trong pha viêm cấp được bắt đầu sau khi có sự hoạt hoá của các đại thực bào mô và giải phóng 3 cytokine đó là TNF-α, IL-1 và IL-6. Ba cytokine này hoạt động hiệp đồng với nhau tạo ra rất nhiều thay đổi toàn thân và tại chỗ mà ta thấy trong pha viêm cấp. Cả ba cytokine này tác động tại chỗ lên các nguyên bào sợi và các tế bào nội mô gây ngưng tập tế bào và tăng tính thấm thành mạch. Cả TNF và IL-1 gây tăng biểu lộ các phân tử kết dính trên bề mặt các tế bào nội mô mạch máu. TNF gây tăng xuất hiện của ELAM-1 một phân tử kết dính bạch cầu nội mô gắn chọn lọc vào các bạch cầu trung tính. IL-1 gây tăng xuất hiện của ICAM-1 và VCAM-1 là các phân tử gây kết dính tế bào vào tế bào dành cho các tế bào lympho và tế bào mono. Các bạch cầu trung tính, tế bào mono và các lympho bào tuần hoàn trong máu khi nhận ra các phân tử kết dính này sẽ dính vào thành mạch máu và sau đó chui qua thành mạch để vào kẽ mô (hình 11-10a). IL-1 và TNF còn tác động lên các đại thực bào và các tế bào nội mô làm cho các tế bào này sản xuất ra IL-8. IL-8 tham gia vào việc tập trung các bạch cầu trung tính tại một vị trí nào đó bằng cách làm tăng khả năng dính của các tế bào này vào các tế bào nội mô mạch máu và bằng cách hoạt động như một yếu tố hoá hướng động mạnh. Các cytokine khác cũng hoạt động như các chất hoá hướng động đối với rất nhiều quần thể bạch cầu khác nhau, ví dụ như IFN-( hấp dẫn theo kiểu hoá hướng động đối với các đại thực bào dẫn đến tăng số lượng các tế bào thực bào tại vị trí mà kháng nguyên khu trú. Hơn nữa IFN-( và TNF hoạt hoá đại thực bào và bạch cầu trung tính tăng cường hoạt động thực bào và giải phoáng các enzym có tác dụng phá huỷ vào kẽ mô.

Hoạt động phối hợp của IL-1, TNF và IL-6 cũng có vai trò trong rất nhiều biến đổi toàn thân trong pha viêm cấp. Mỗi một trong số các cytokine này tác động lên vùng dưới đồi đều gây ra sốt. Trong vòng 12 đến 24 giờ của pha viêm cấp, nồng độ của IL-1, TNF và IL-6 tăng lên làm cho các các tế bào gan sản xuất các protein của pha viêm cấp. TNF còn hoạt động trên các tế bào nội mô mạch máu và các đại thực bào gây chế tiết các yếu tố kích thích tạo thành các bào lạc như M-CSF, G-CSF và GM-CSF. Sự tạo thành của các yếu tố kích thích tạo bào lạc sẽ dẫn đến sự sản xuất của các yếu tố tạo máu dẫn đến tăng tạm thời số lượng bạch cầu cần thiết để chống lại nhiễm trùng.

TNF, IL-1 và IL-6 không phải được tạo ra do chính các tế bào có khả năng sản xuất ra chúng mà là do các yếu tố kích thích khác nhau bao gồm một số virus nhất định, thành phần độc tố của thành tế bào vi khuẩn gram âm cũng như tự bản thân các cytokine. Cả TNF và IL-1 đều cho thấy là có khả năng làm xuất hiện lẫn nhau cũng như làm xuất hiện IL-6. Người ta đã clone hoá được các gene mã hoá TNF, IL-1 và IL-6 và bắt đầu xác định được các yếu tố nhân gắn vào gene khởi đầu hoặc vào các đoạn xúc tiến. Chẳng hạn với IL-6 người ta đã biết rằng đoạn gene khởi đầu có chứa một số vùng điều hoà mà các protein liên kết ADN sẽ gắn vào (hình 11.10b). Ba trong số các protein liên kết ADN này đó là yếu tố nhân IL-6 (NF-IL6), nguyên tố đa đáp ứng (MRE) và yếu tố nhân (B (NF-(B). Cả ba protein liên kết ADN này đều được tạo ra bởi IL-1 và bởi TNF và vì thế khi mà nồng độ IL-1 hoặt TNF tăng thì sự sản xuất IL-6 cũng tăng.Ðiều quan trọng là độ dài thời gian và cường độ của đáp ứng viêm phải được kiểm soát một cách chặt chẽ để điều hoà tổn thương mô và thúc đẩy các cơ chế sửa chữa mô cần thiết cho quá trình liền vết thương. TGF-( đóng vai trò quan trọng trong việc giới hạn đáp ứng viêm. Yếu tố này còn thúc đẩy sự tập trung và tăng sinh của các nguyên bào sợi và sự lắng đọng của các chất căn bản ngoại bào cần thiết cho quá trình sửa chữa mô được hoàn thiện.

Các cytokine và bệnh

Các khiếm khuyết trong các hệ thống điều hoà rất hoàn hảo kiểm soát sự xuất hiện của các cytokine và các thụ thể dành cho cytokine đã gây ra những biến chứng trong một số bệnh. Sự xuất hiện quá nhiều hay quá ít của một cytokine tương ứng hay không tương ứng hoặc của thụ thể dành cho cytokine cũng có thể góp phần vào việc tạo ra một quá trình bệnh lý. Trong phần này chúng ta sẽ đề cập đến một số bệnh do nguyên nhân bất thường về cytokine và khả năng sử dụng cytokine trong điều trị.

Sốc do nhiễm khuẩnVai trò của sự xuất hiện quá nhiều cytokine trong quá trình sinh bệnh học có thể được minh hoạ bằng trường hợp sốc do nhiễm khuẩn. Trạng thái bệnh lý này có thể phát triển trong vòng vài giờ sau khi nhiễm một số vi khuẩn gram âm nhất định như E. coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter aerogenes và Neisseria meningitidis. Các triệu chứng sốc nhiễm khuẩn, thường dẫn tới tử vong, bao gồm tụt huyết áp, sốt, ỉa chẩy và xuất hiện các cục máu đông rải rác trong các cơ quan khác nhau. Tần xuất xuất hiện sốc trong các trường hợp nhiễm vi khẩn gram âm khá cao, ước tính vào khoảng 5 trong số 1.000 bệnh nhân vào viện. Tỷ lệ tử vong cũng cao và điều trị bằng các kháng sinh thông thường ít có kết quả.

Sốc do nhiễm khuẩn xuất hiện khi các nội độc tố trong thành phần thành của tế bào vi khuẩn kích thích các đại thực bào sản xuất quá nhiều IL-1 và TNF-(. Lượng IL-1 và TNF tăng gây ra sốc nhiễm khuẩn. Trong một nghiên cứu đã cho thấy nồng độ của TNF-( ở bệnh nhân tử vong do viêm màng não cao hơn so với ở bệnh nhân khỏi bệnh. Hơn thế nữa chúng ta có thể tạo ra một trạng thái giống như sốc do nhiễm khuẩn ở các trường hợp không nhiễm vi khuẩn gram âm bằng cách tiêm TNF-( tái tổ hợp. Các nghiên cứu gần đây cho thấy hy vọng sử dụng các kháng thể đơn clone hoặc các chất đối kháng để trung hoà hoạt tính của TNF-( hoặc IL-1 có thể dự phòng được các trường hợp sốc do nhiễm khuẩn này. Trên các mô hình động vật cho thấy kháng thể đơn clone kháng TNF-( có thể dự phòng được sốc khi đưa một liều chí tử nội độc tố vào cơ thể động vật. Một nghiên cứu khác cũng cho thấy khi tiêm chất đối kháng thụ thể dành cho IL-1 tái tổ hợp, chất này có thể ngăn cản sự gắn của IL-1 vào thụ thể của nó, có tác dụng làm giảm rõ rệt tỷ lệ tử vong do sốc do nhiễm khuẩn ở thỏ. Người ta hy vọng rằng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm này sẽ có ích về phương diện trị liệu trong điều trị các trường hợp sốc do nhiễm khuẩn ở người.

Sốc do độc tố của vi khuẩn và các bệnh liên quan

Một số vi sinh vật khác nhau sản xuất ra các độc tố hoạt động như các siêu kháng nguyên kích thích một số lượng lớn các tế bào T không tương ứng với tính đặc hiệu kháng nguyên của chúng. Như đã trình bầy trong chương kháng nguyên, các siêu kháng nguyên gắn một cách tự nhiên vào một phân tử MHC lớp II và vào vùng V( của thụ thể trên tế bào T, hoạt hoá tất cả các tế bào T mang các peptide thuộc họ V( đặc biệt (hình 4.15). Khác với các kháng nguyên thông thường, siêu kháng nguyên không bị nuốt vào, chế biến và trình diện bởi các tế bào trình diện kháng nguyên. Thay vào đó nó gắn trực tiếp vào phân tử MHC lớp II và có vẻ như là gắn vào mặt ngoài của vạt gắn kháng nguyên của phân tử MHC. Khi mà siêu kháng nguyên đã được gắn vào phân tử MHC lớp II, nó gắn vào phần đặc biệt của chuỗi V( của thụ thể trên tế bào T. Khác với đáp ứng của tế bào T với các kháng nguyên thông thường đó là bị giới hạn bởi MHC, các tế bào T có thể bị các siêu kháng nguyên hoạt hoá và gắn vào các phân tử MHC khác gene đồng loài và thậm trí dị loài. Vì lẽ đó các siêu kháng nguyên có vẻ như đi ngược lại với qui luật căn bản của việc hoạt hoá các tế bào T đó là phải giới hạn bởi MHC. Sự tương tác của siêu kháng nguyên với thụ thể trên tế bào T có vẻ liên quan đến các vùng của chuỗi V( và các vùng này nằm cách xa hẳn các vùng xác định bổ cứu của thụ thể trên tế bào T, điều này cho thấy rằng các siêu kháng nguyên tương tác với một vị trí khác hẳn vị trí gắn với phức hợp kháng nguyên thông thường-phân tử MHC trên thụ thể của tế bào T. Người ta cho rằng siêu kháng nguyên gắn vào một vùng nằm trên nếp gấp ( bộc lộ về phía bên của thụ thể trên tế bào T. Siêu kháng nguyên hoạt hoá một số lượng lớn các lympho T. Trong khi đó chỉ có 1/ 104 đến 1/ 106 trong tổng số tế bào T đáp ứng với các kháng nguyên thông thường và từ 1/ 4 đến 1/ 20 đáp ứng với các siêu kháng nguyên. Số lượng lớn các tế bào T đáp ứng với các siêu kháng nguyên tương ứng với số gene mã hoá V( có trong bộ gien, ở chuột nhắt có khoảng 20 gene mã hoá V(. Người ta giả thiết rằng mỗi gene V( được xuất hiện với một tần xuất tương ứng và do vậy tần xuất mỗi siêu kháng nguyên sẽ tương tác với khoảng 1/ 20 tổng số tế bào T.Một số siêu kháng nguyên có nguồn gốc vi khuẩn đã được chứng minh là các tác nhân gây bệnh trong một số bệnh. Trong số này có các nội độc tố của Staphylococcal aureus (SEA, B, C1-3, D và E), các độc tố gây tróc vẩy (A và B), độc tố gây hội chứng sốc do độc tố (TSST-1); của Streptococcal pyogenes có độc tố gây sốt (A, B và C) và dịch nổi nuôi cấy của Mycoplasma arthritidis (MAS). Khi một số lớn tế bào T bị hoạt hoá bởi các siêu kháng nguyên này sẽ dẫn đến sản sinh ra một lượng lớn các cytokine gây ra các bệnh như nhiễm độc thức ăn và sốc do độc tố gây tử vong. Ví dụ như độc tố gây hội chức sốc do độc tố cho thấy là nó tạo ra một lượng rất cao các yếu tố TNF và IL-1. Như đã đề cập trong phần sốc do nguyên nhân nhiễm khuẩn, các cytokine này có thể gây ra các phản ứng toàn thân như sốt, đông máu rải rác trong lòng mạch và sốc.

Các ung thư máu dòng tuỷ và dòng lympho

Các bất thường trong việc sản xuất các cytokine cũng như sự xuất hiện của các thụ thể dành cho cytokine có liên quan đến một số ung thư máu dòng lympho và dòng tuỷ. Chẳng hạn như ung thư dòng tế bào B là các tế bào chế tiết IL-6, chất này hoạt động như một chất kích thích theo kiểu autocrine tức là tự kích thích chính bản thân các tế bào ung thư này phát triển. Khi cho thêm các kháng thể đơn clone kháng IL-6 vào môi trường nuôi cấy in vitro các tế bào ung thư này thì ức chế được sự phát triển của chúng. Có lẽ trường hợp điển hình nhất cho sự kết hợp giữa sự xuất hiện một cách không tương ứng của thụ thể dành cho cytokine và mức độ ác tính của ung thư là trường hợp ung thư tế bào T ở người lớn thường gây tử vong kết hợp với nhiễm virus retro hướng tính với các tế bào lympho của người týp 1 (HTLV-1 retrovirus). Các tế bào T ung thư bộc lộ các thụ thể ái lực cao dành cho IL-2 mà không cần phải được hoạt hoá bởi kháng nguyên hoặc các chất gây phân bào. Cơ sở phân tử của sự khiếm khuyết trong việc bộc lộ các thụ thể dành cho IL-2 liên quan đến gene tax trong bộ gene của HTLV-1. Gene này mã hoá protein 40-kD gắn vào đoạn xúc tiến ở vùng lặp lại đoạn cuối dài trong bộ gene của virus đẩy nhanh quá trình hoạt hoá virut. Protein tax còn tạo ra một yếu tố tế bào (hoặc nhiều yếu tố) gắn vào các vùng khởi đầu của các gene mã hoá IL-2 và thụ thể của nó và vì thế hoạt hoá các gene này. Do vậy một tế bào bị nhiễm HTLV-1 tự nó sẽ bộc lộ IL-2 và thụ thể dành cho IL-2 mà không cần phải được hoạt hoá bởi kháng nguyên hoặc các chất gây phân bào và từ đó tế bào này tăng sinh do đáp ứng với IL-2.

Bệnh ChagasLoài đơn bào Trypanosoma cruzi là nguyên nhân gây ra bệnh Chagas, bệnh có đặc điểm là bị ức chế miễn dịch một cách trầm trọng. Có thể quan sát khả năng làm trung gian ức chế miễn dịch của T. cruzi bằng thí nghiệm nuôi các lympho T của máu ngoại vi trong sự có mặt hoặc vắng mặt của T. cruzi rồi sau đó đánh giá hoạt động miễn dịch của chúng. Thường thì các kháng nguyên, chất gây phân bào hoặc kháng thể kháng CD3 hoạt hoá các lympho T, nhưng khi có mặt của T. cruzi thì các lympho T lại không bị hoạt hoá bởi các tác nhân này. Sự sai lệch của các lympho T này đã được tìm ra đó là do giảm một cách rõ rệt tiểu phần ( 55kD của thụ thể dành cho IL-2. Khi các lympho T được nuôi cùng với T. cruzi, bằng phương pháp nhuộm bằng kháng thể kháng Tac gắn huỳnh quang cho thấy có tới 90% số lympho T giảm xuất hiện tiểu phần 55 kD này. Như đã được nghi nhận, tiểu phần ( 55kD này là một cấu thành cần thiết của thụ thể ái lực cao dành cho IL-2. T. cruzi ức chế sự xuất hiện của tiểu phần này theo cơ chế nào vẫn còn phải được tiếp tục nghiên cứu. Có một bằng chứng cho thấy rằng có một yếu tố do T. cruzi chế tiết ra đóng vai trò trung giam cho quá trình ức chế này vì sự ức chế vẫn có thể diễn ra qua một màng lọc dùng để ngăn cản sự tiếp xúc giữa các lympho bào và đơn bào. Một khi đã phân lập được yếu tố như vậy có thể sẽ có vô số ứng dụng lâm sàng trong việc điều hoà số lượng và cường độ các lympho T hoạt hoá trong các bệnh ung thư bạch cầu và các bệnh tự miễn.

Các biện pháp điều trị có liên quan đến cytokine

Khả năng clone hoá và tinh chế các cytokine và các thụ thể hoà tan dành cho cytokine để làm thành các chế phẩm sẵn sàng cho sử dụng đem đến triển vọng về các biện pháp điều trị đặc hiệu trên lâm sàng nhằm điều chỉnh các kiểu đáp ứng miễn dịch khác nhau. Chẳng hạn sự hoạt hoá và tăng sinh của các tế bào Th đáp ứng lại các kháng nguyên khác gene cùng loài trong các trường hợp ghép cơ quan châm ngòi cho sự hoạt hoá các tế bào Tc và hậu quả là thải loại mảnh ghép. Một số thành tựu đã được thử trên thực nghiệm ức chế tăng sinh của các tế bào Th và vì thế kéo dài thời gian sống dư của mảnh ghép (hình 11.11). Kháng thể đơn clone kháng tiểu phần ( của thụ thể dành cho IL-2 cũng cho thấy là có khả năng ngăn chặn sự hoạt hoá của các tế bào Th bởi IL-2 và kéo dài thời gian sống dư của các tim ghép trên chuột cống. Một loại thụ thể hoà tan dành cho IL-1 được clone hoá thiếu yếu tố vận chuyển màng và các lĩnh vực nguyên sinh chất cũng ngăn cản sự hoạt hoá của các tế bào Th đáp ứng lại các kháng nguyên khác gene cùng loài và kéo dài thời gian sống dư của tim ghép trên các mô hình động vật. Các cytokine gắn với các độc tố khác nhau, chẳng hạn như chuỗi ( của độc tố bạch hầu, cũng cho thấy là có khả năng làm giảm thải tim và thận ghép ở động vật. Các cytokine này gắn một cách chọn lọc vào và giết chết tất cả các tế bào Th hoạt hoá. Các chất tương tự như IL-2 còn nguyên khả năng liên kết nhưng đã mất các hoạt tính sinh học có khả năng đóng vai trò như các chất đối kháng ngăn cản hoạt động của IL-2. Các chất này được tạo ra bằng cách gây đột biến điểm trực tiếp các gene mã hoá IL-2 đã được clone hoá.

Trong các bệng suy giảm miễn dịch thì chúng ta lại cần làm tăng sự hoạt hoá tế bào T hơn là làm giảm hoạt hoá chúng. Các biện pháp can thiệp có sử dụng IL-2, IFN-( và TNF-( được tạo ra bằng phương pháp clone hoá mỗi chất đều cho các mức độ thành công nhất định trên lâm sàng. Việc nuôi cấy các quần thể tế bào NK hoặc tế bào Tc khác nhau trong môi trường có IL-2 với nồng độ cao đã tạo ra được các tế bào có đặc tính kháng ung thư rất hữu hiệu được gọi là các tế bào LAK. Vai trò của các tế bào này trong điều trị ung thư sẽ được trình bầy trong chương đáp ứng miễn dịch trong ung thư.Ðiều trị bằng cytokine hoá ra còn có ích cả trong điều trị các trường hợp dị ứng. Việc cho ra các tác dụng đối kháng của IL-2 và IL-4 trong việc tạo ra một isotyp cũng có thể làm tăng một cách chọn lọc một isotyp nào đó mà ta mong muốn. ức chế chọn lọc IgE có thể có lợi cho các bệnh nhân bị dị ứng. Ví dụ kháng thể đơn clone kháng IL-4 đã được dùng để làm giảm sản xuất IgE trên các mô hình động vật. Rõ ràng là các thành tựu này có vô vàn ứng dụng lâm sàng cho hàng triệu người bị dị ứng.

Tuy nhiên biện pháp điều trị có liên quan đến cytokine cũng có các điểm hạn chế. Trong một đáp ứng miễn dịch thì các cytokine được tạo ra ngay tại chỗ bởi tương tác giữa các tế bào và nồng độ của cytokine tương ứng tại chỗ đó có thể đạt được rất cao, điều này thì không thể tạo ra được trên lâm sàng. Hơn thế nữa các cytokine thường có thời gian bán huỷ rất ngắn vì vậy để duy trì nồng độ tác dụng thì đòi hỏi phải tiêm nhắn lại. Ví dụ như IL-2 tái tổ hợp của người có thời gian bán huỷ chỉ 7 đến 10 phút khi tiêm tĩnh mạch. Cuối cùng là các tác dụng đa chiều của nhiều cytokine có thể gây ra các tác dụng phụ không mong muốn và không lường trước được. Chẳng hạn như các tác dụng phụ khi dùng IL-2 tái tổ hợp dao động từ nhẹ như sốt, phát ban, ỉa chẩy, tăng cân tới thiếu máu, giảm tiểu cầu, sốc, suy hô hấp và hôn mê.