Chương 4

KHÁNG NGUYÊN

Kháng nguyên là những chất có khả năng kích thích sinh ra một đáp ứng miễn dịch đặc hiệu. Các đặc điểm phân tử của kháng nguyên và ảnh hưởng của những đặc điểm này lên sự hoạt hoá miễn dịch có tầm quan trọng đặc biệt trong việc hiểu biết về các đáp ứng miễn dịch. Một số cấu trúc phân tử của kháng nguyên được các tế bào B nhận diện, một số khác lại được tế bào T nhận diện. Sự khác nhau căn bản trong việc nhận diện bởi tế bào B hay tế bào T đối với kháng nguyên đã quyết định sự phát triển của các kiểu hình miễn dịch.

Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên

Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên là hai phạm trù liên quan đến nhau nhưng khác hẳn nhau.

Tính sinh miễn dịch (immunogenicity) là khả năng kích thích sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể hoặc đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào:

Tế bào B + Kháng nguyên ®  Tế bào B thực hiện + Tế bào B mang trí nhớ miễn dịch

                                                            ¯

                                               (các tế bào plasma)

Tế bào T + Kháng nguyên ®  Tế bào T thực hiện + Tế bào T mang trí nhớ miễn dịch

                                                            ¯

                                      (các tế bào TH, lympho T gây độc)

Với ý nghĩa này chúng ta có thể gọi các kháng nguyên dưới một tên khác chính xác hơn là chất sinh miễn dịch (immunogen).

Tính kháng nguyên (antigenticity) là khả năng kết hợp một cách đặc hiệu của kháng nguyên với các sản phẩm cuối cùng của các đáp ứng trên (tức là với kháng thể hoặc các thụ thể của tế bào lympho dành cho kháng nguyên). Mặc dù tất cả các phân tử có tính sinh miễn dịch thì đều có tính kháng nguyên. Nhưng ngược lại không phải bất kỳ một phân tử nào có tính kháng nguyên thì cũng đều có tính sinh miễn dịch. Một số phân tử được gọi là hapten có tính kháng nguyên nhưng bản thân chúng không có khả năng kích thích sinh ra một đáp ứng miễn dịch đặc hiệu. Nói một cách khác các hapten có tính kháng nguyên nhưng không có tính sinh miễn dịch.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch

Để sinh ra sự bảo vệ chống lại các bệnh nhiễm trùng, hệ thống miễn dịch phải có khả năng nhận biết được các vi khuẩn, các sản phẩm của vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng và virus như là những chất sinh miễn dịch. Hệ thống miễn dịch có thể nhận biết được các đại phân tử của các tác nhân gây nhiễm dưới dạng các phân tử protein hoặc polysaccharide. Các protein là những chất sinh miễn dịch chủ yếu, sau đó mới kể đến polysaccharide. Ngược lại các thành phần lipid và acid nucleic của một tác nhân nhiễm trùng nhìn chung không phải là một chất sinh miễn dịch trừ khi chúng kết hợp với một protein hoặc polysaccharide. Các nhà miễn dịch học thường dùng các protein hoặc các polysaccharide hoà tan để làm chất sinh miễn dịch trong phần lớn các thực nghiệm về đáp ứng miễn dịch dịch thể. Để kích thích đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào, chỉ có một số protein được dùng làm chất sinh miễn dịch. Những protein này không được nhận diện một cách trực tiếp mà thay vào đó chúng phải được xử lý thành các peptide nhỏ và sau đó được trình diện dưới dạng một phức hợp gồm các peptide này kết hợp với các phân tử hoà hợp mô chủ yếu (phân tử MHC) ở trên màng tế bào trước khi được nhận diện là một chất sinh miễn dịch. Các nghiên cứu gần đây cho thấy những phân tử lipid và glycolipid nào có khả năng tạo ra được đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào thì cũng phải được bám bên cạnh các phân tử giống MHC trên màng tế bào, đó là phân tử CD1 (xem chương xử lý và trình diện kháng nguyên).

 Tính sinh miễn dịch không phải là một tính chất nội sinh của các đại phân tử mà nó được hình thành trong sự phụ thuộc vào một số yếu tố liên quan tham gia vào hệ thống sinh học ví dụ như albumin huyết thanh bò là một kháng nguyên thực nghiệm hay được dùng, nó không có tính sinh miễn dịch khi tiêm nhiều lần vào bò nhưng lại là một chất sinh miễn dịch tuyệt vời khi tiêm cho thỏ. Nhìn chung các đại phân tử này phải có nguồn gốc lạ với cơ thể túc chủ được tiếp xúc với chúng. Sự khác biệt về tính lạ trong hệ thống sinh học ảnh hưởng rất nhiều đến tính sinh miễn dịch. Điều này được chứng minh bằng sự so sánh đáp ứng miễn dịch của các dòng chuột nhắt thuần chủng khác nhau với các mảnh peptide của một protein phức tạp như myoglobin cá nhà táng. Myoglobin này có tính sinh miễn dịch ở một dòng chuột nhắt thuần chủng này mà không có tính sinh miễn dịch ở dòng chuột nhắt thuần chủng khác.

Những tính chất của chất sinh miễn dịch ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch

Có bốn đặc điểm của chất sinh miễn dịch góp phần quyết định tính sinh miễn dịch của nó đó là tính lạ, kích thước phân tử, thành phần và tính không thuần nhất về phương diện hoá học, và khả năng giáng hoá để có thể được xử lý và trình diện cùng với một phân tử MHC trên màng tế bào trình diện kháng nguyên hoặc tế bào của cơ thể bị biến đổi.

- Tính lạ: Để kích thích cơ thể sinh ra một đáp ứng miễn dịch thì phân tử kích thích này phải được nhận biết như là một phân tử không phải của bản thân cơ thể đó (thực sự không phải của cơ thể hoặc của cơ thể nhưng bị nhận nhầm). Sự nhận biết những gì là của chính bản thân mình xuất hiện rất sớm trong quá trình phát triển bào thai, ngay khi các tế bào lympho chưa chín được tiếp xúc với các thành phần của bản thân cơ thể. Bất kỳ một phân tử nào không được hệ thống miễn dịch nhận biết trong giai đoạn này thì sẽ được nhận biết như không phải là của bản thân cơ thể đó, hay nói cách khác là lạ. Khi một kháng nguyên xâm nhập vào một cơ thể thì mức độ sinh miễn dịch của chúng phụ thuộc vào mức độ lạ. Nhìn chung khoảng cách tiến hoá càng xa giữa hai loài thì sự khác biệt về di truyền hay và sự khác biệt về kháng nguyên giữa hai cơ thể sẽ càng lớn, hay nói cách khác là càng lạ. Ví dụ albumin huyết thanh bò sẽ kích thích sinh đáp ứng miễn dịch ở gà mạnh hơn là ở một loài gần với loài bò như dê. Tuy vậy cũng có một số ngoại lệ của qui luật này: một số đại phân tử như collagen và cytochrome C có cấu trúc thay đổi theo tiến hoá nhưng lại có tính sinh miễn dịch yếu giữa các loài với nhau. Trái lại, một số yếu tố của bản thân (như giác mạc, tinh dịch) đo chúng nằm ở những vị trí đặc ưu cách biệt với hệ thống miễn dịch do đó chúng bị hệ thống miễn dịch coi là lạ đến nỗi khi đưa các mô này vào chính cơ thể của nó thì nó cũng có tính sinh miễn dịch mạnh (nhận nhầm là lạ do chưa tiếp xúc bao giờ).

- Kích thước phân tử: Có một mối quan hệ giữa kích thước của các đại phân tử và tính sinh miễn dịch của chúng. Các kháng nguyên có tính sinh miễn dịch tốt thường phải có trọng lượng phân tử lớn hơn 100.000 dalton (Da). Nhìn chung những phân tử có trọng lượng phân tử thấp hơn cỡ 500 đến 10.000 Da có tính sinh miễn dịch yếu. Tuy nhiên trong một số trường hợp một số phân tử có trọng lượng phân tử thấp hơn 1.000 Da cũng có tính sinh miễn dịch.

- Thành phần hoá học và tính không thuần nhất: Chỉ kích thước và tính lạ chưa đủ để xác định tính sinh miễn dịch, mà cần phải có các tính chất khác. Ví dụ các homopolymer tổng hợp (tức là những polymer gồm có chỉ một loại acid amine hoặc oza) không có tính sinh miễn dịch dù cho kích thước của chúng có lớn như thế nào. Việc tổng hợp các copolymer tạo thành từ các acid amine khác nhau đã làm sáng tỏ vai trò của cấu trúc hoá học đối với tính sinh miễn dịch. Các copolymer có hai hay nhiều loại acid amine và có kích thước đủ lớn thì có tính sinh miễn dịch cao. Nếu bổ sung thêm các loại acid amine thơm như tyrosine hoặc phenylalanine thì tính sinh miễn dịch của các polymer tổng hợp này tăng lên rõ rệt. Ví dụ một copolymer tổng hợp gồm acid glutamic và lysine muốn có tính sinh miễn dịch thì cần phải có trọng lượng phân tử là 30.000 đến 40.000 Da. Nếu bổ sung tyrosine vào copolymer này thì trọng lượng phân tử chỉ cần từ 10.000 đến 20.000 Da cũng đủ để có tính sinh miễn dịch. Nếu bổ sung cả tyrosine và phenylalanine thì chỉ cần trọng lượng phân tử 4.000 Da là đã có tính sinh miễn dịch. Cả 4 mức độ cấu trúc protein bậc 1, bậc 2, bậc 3 và bậc 4 đều có ảnh hưởng đến tính phức tạp trong cấu trúc của một protein và vì vậy cũng ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch.

- Khả năng giáng hoá: Sự hình thành đáp ứng miễn dịch dịch thể và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào đều đòi hỏi sự tương tác của tế bào T với các quyết định kháng nguyên được xử lý và trình diện cùng phân tử MHC trên bề mặt tế bào. Với tế bào TH thì kháng nguyên phải được trình diện cùng với các phân tử MHC lớp II trên bề mặt các tế bào trình diện kháng nguyên, còn với tế bào TC thì kháng nguyên phải được trình diện cùng với các phân tử MHC lớp I trên bề mặt các tế bào của bản thân đã bị thay đổi. Vì vậy, các đại phân tử nếu không được chế biến, xử lý để rồi có thể được trình diện cùng các phân tử MHC thì có tính sinh miễn dịch thấp. Điều này có thể chứng minh với các polymer tổng hợp của các acid amine D. Các acid amine D là các chất đồng phân lập thể của các acid amine L. Các enzyme của đại thực bào chỉ có thể phân cắt các protein chứa các acid amine L mà không có tác dụng trên các đồng phân lập thể của chúng là các acid amine D. Vì vậy, các polymer của các acid amine D sẽ không được xử lý bởi đại thực bào do đó các acid amine D có tính sinh miễn dịch rất thấp.

Nhìn chung các phân tử không hoà tan có tính sinh miễn dịch lớn hơn các phân tử nhỏ và hoà tan bởi vì chúng dễ bị các đại thực bào nuốt và xử lý. Tạo liên kết hoá học chéo giữa các phân tử, gây ngưng tập bằng nhiệt và gắn vào các khuôn không hoà tan là những cách thường được dùng để làm tăng tính không hoà tan của các đại phân tử và do vậy tạo thuận lợi cho đại thực bào nuốt chúng và làm tăng tính sinh miễn dịch của chúng.

Những tính chất của hệ thống sinh học ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch

Ngay cả khi đã có đủ điều kiện để có tính sinh miễn dịch như tính lạ, kích thước phân tử, tính phức tạp về cấu trúc, khả năng giáng hoá của đại phân tử thì tính sinh miễn dịch vẫn còn phụ thuộc vào các tính chất của hệ thống sinh học mà kháng nguyên xâm nhập. Các tính chất này bao gồm kiểu hình di truyền của túc chủ, liều và đường vào của kháng nguyên, có hay không sử dụng các tá chất miễn dịch.

- Kiểu hình của túc chủ: Cấu trúc di truyền của túc chủ có ảnh hưởng lớn đến khả năng sinh đáp ứng miễn dịch cũng như cường độ của đáp ứng. Hugh McDevitt đã chứng minh rằng hai dòng chuột nhắt thuần chủng khác nhau hình thành đáp ứng miễn dịch rất khác nhau với cùng một kháng nguyên polypeptide tổng hợp. Sau khi tiếp xúc với kháng nguyên một dòng sinh ra kháng thể với nồng độ cao, trong khi dòng kia sinh ra kháng thể với nồng độ thấp. Nếu cho lai chéo hai dòng với nhau thì các con lai ở thế hệ F1 có đáp ứng với kháng nguyên này ở mức độ trung bình. Bằng phương pháp phân tích lai chéo ngược người ta đã định vị được gene kiểm soát tính đáp ứng miễn dịch ở một vùng nằm trong phức hợp gene hoà hợp mô chủ yếu (phức hợp MHC). Nhiều thực nghiệm cũng đã chứng minh sự liên quan giữa việc kiểm soát di truyền của tính sinh miễn dịch với các gene nằm trong phức hợp MHC. Người ta đã chỉ ra rằng các protein là sản phẩm của các gene này (tức các phân tử MHC) tham gia vào quá trình trình diện kháng nguyên cho tế bào T và đóng vai trò trung tâm trong việc quyết định mức độ của đáp ứng miễn dịch với một kháng nguyên. Đáp ứng của một túc chủ với một kháng nguyên còn phụ thuộc bởi các gene mã hoá các thụ thể của tế bào B và tế bào T dành cho kháng nguyên và vào các gene mã hoá các protein khác nhau tham gia vào các cơ chế đáp ứng miễn dịch. Sự thay đổi di truyền của tất cả các gene này sẽ làm ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch của túc chủ đối với một phân tử kháng nguyên biết trước.

- Liều lượng kháng nguyên và đường vào của kháng nguyên: Đối với bất kỳ một kháng nguyên thực nghiệm nào cũng cần phải có sự kết hợp giữa liều lượng tối ưu, lối vào của kháng nguyên và qui trình gây mẫn cảm thì mới tạo nên được một đáp ứng miễn dịch có cường độ cao nhất. Liều kháng nguyên thấp thì không thể tạo nên được đáp ứng miễn dịch do chúng không đủ để hoạt hoá các tế bào lympho hoặc do chúng gây ra một tình trạng không đáp ứng (dung nạp liều thấp). Ngược lại một liều quá lớn kháng nguyên cũng không kích thích được đáp ứng miễn dịch vì chúng làm cho các tế bào lympho rơi vào trạng thái không đáp ứng (dung nạp liều cao). Thực nghiệm sau đây trên chuột nhắt với kháng nguyên polysaccharide vỏ phế cầu tinh chế đã cho thấy tầm quan trọng của liều lượng: với liều 0,5 mg kháng nguyên không kích thích sinh đáp ứng miễn dịch được, trong khi đó với liều 1.000 lần thấp hơn (5´10-4 mg) lại sinh ra được đáp ứng tạo kháng thể với cường độ cao. Hiện tượng không đáp ứng miễn dịch khi được tiếp xúc với liều kháng nguyên quá thấp hoặc quá cao còn được gọi là dung nạp miễn dịch sẽ được trình bầy chi tiết trong các chương sau. Nếu đưa kháng nguyên vào cơ thể chỉ một lần thì thường chỉ kích thích sinh ra được đáp ứng miễn dịch với cường độ thấp. Trái lại, nếu đưa cùng một kháng nguyên vào một cơ thể nhưng lặp lại nhiều lần trong vòng thời gian vài tuần thì lại gây được đáp ứng miễn dịch với cường độ cao. Khi đưa nhắc lại kháng nguyên vào cơ thể như vậy sẽ có tác dụng kích thích làm cho các tế bàolympho T và B đặc hiệu với kháng nguyên tăng sinh mạnh hơn thành các clone tế bào. Có thể đưa các kháng nguyên thực nghiệm vào cơ thể túc chủ bằng các đường tiêu hoá, đường tĩnh mạch, tiêm trong da, tiêm dưới da, tiêm bắp hoặc tiêm phúc mạc. Lối vào của kháng nguyên sẽ quyết định cơ quan miễn dịch nào và quần thể tế bào nào sẽ tiếp xúc với chúng để tham gia vào sự hình thành đáp ứng miễn dịch. Kháng nguyên vào theo đường tĩnh mạch trước tiên sẽ được chuyển đến lách, kháng nguyên tiêm dưới da sẽ về hạch lympho. Sự khác biệt của các quần thể lympho cư trú trong các cơ quan này sẽ tạo nên sự khác nhau về chất lượng của đáp ứng miễn dịch.

- Tá chất: Tá chất (adjuvant, bắt nguồn từ từ adjuvare trong Tiếng La Tinh có nghĩa là hỗ trợ hoặc giúp đỡ) là những chất khi được trộn với kháng nguyên và tiêm cùng với chúng sẽ làm tăng tính sinh miễn dịch của kháng nguyên. Người ta thường sử dụng tá chất để làm tăng đáp ứng miễn dịch khi kháng nguyên có tính sinh miễn dịch thấp hoặc khi chỉ có được một lượng nhỏ kháng nguyên. Ví dụ đáp ứng tạo kháng thể ở chuột chống lại albumin huyết thanh bò sẽ tăng lên 5 lần hoặc hơn nữa nếu trộn albumin huyết thanh bò với tá chất. Cho đến nay chúng ta chưa biết rõ bằng cơ chế nào mà tá chất làm tăng đáp ứng miễn dịch. Có một số cơ chế được giả thiết (bảng X.1). Một số tá chất có tác dụng kéo dài sự tồn tại của kháng nguyên trong cơ thể túc chủ gây miễn dịch. Ví dụ khi trộn kháng nguyên với sulphat kali nhôm (còn gọi là alum) thì muối này sẽ gây tủa protein kháng nguyên. Khi tiêm tủa này thì các kháng nguyên sẽ được giải phóng chậm hơn từ nơi tiêm vào cơ thể túc chủ, vì vậy thời gian tiếp xúc với kháng nguyên chỉ là vài ngày nếu không có tá chất sẽ tăng lên vài tuần nếu được trộn với tá chất. Sự tăng kích thước của tủa cũng làm tăng hiệu quả của tá chất bởi vì các đại phân tử dễ được đại thực bào nuốt hơn. Các tá chất nước trong dầu của Freund gồm có kháng nguyên trong dung dịch nước, dầu khoáng và một chất nhũ hoá như monooleate manid, tá chất này đã phân tán dầu thành các giọt nhỏ bao quanh kháng nguyên vì vậy kháng nguyên được giải phóng rất chậm từ nơi tiêm vào cơ thể. Tá chất Freund hoàn chỉnh (Freund’s complete adjuvant) có thêm Mycobarterium đã bị giết bằng nhiệt hoà trong nhũ tương nước trong dầu có hiệu lực cao hơn loại tá chất Freund không hoàn chỉnh (Freund’s incomplete adjuvant) bởi vì các thành phần muramyl dipeptide của vách tế bào Mycobarterium sẽ hoạt hoá đại thực bào làm tăng hoạt động thực bào, tăng biểu lộ các phân tử MHC lớp II và các phân tử B7 trên màng tế bào, đồng thời tăng tiết các cytokine như IL-1. Phân tử B7 và các cytokine do đại thực bào tiết ra là đồng kích thích tố kích thích hoạt hoá các tế bào TH. Cả hoạt động trình diện kháng nguyên và các tín hiệu đồng kích thích tế bào TH đều tăng lên khi có tá chất. Các tá chất khác như các polyribonucleotide tổng hợp và các lipopolysaccharide vi khuẩn kích thích đáp ứng tăng sinh không đặc hiệu của tế bào lympho vì vậy làm tăng cường khả năng chọn lựa clone tế bào lympho do kháng nguyên kích thích. Một số tá chất kích thích phản ứng viêm tại chỗ và mạn tính do vậy thu hút các tế bào làm nhiệm vụ thực bào và lympho đến nơi có kháng nguyên. Sự thâm nhiễm các tế bào này tại nơi tiêm tá chất thường dẫn đến hình thành các u hạt. Cả alum lẫn các tá chất Freund đều có thể gây nên các u hạt. Sự tăng số lượng đại thực bào tại u hạt và các đại thực bào ở đây đều là đại thực bàohoạt hoá nên cũng làm tăng quá trình hoạt hoá các tế bào TH.

Bảng X.1: Cơ chế tác động theo suy luận của các tá chất thường dùng

Tá chất

Cơ chế tác động (suy luận, chưa chắc chắn)

Kéo dài thời gian có mặt của kháng nguyên

Tăng tín hiệu đồng kích thích

Tạo u hạt

Kích thích không đặc hiệu tế bào lympho

Tá chất Freund không hoà chỉnh

+

+

+

-

Tá chất Freund hoà chỉnh

+

++

++

-

Sulphat kali nhôm (alum)

+

?

+

-

Mycobacterium tuberculosis

-

?

+

-

Bordetella pertusis

-

?

-

+

Lipopolysaccharide (LPS) của vi khuẩn

-

+

-

+

Polynucleotide tổng hợp (poly IC/poly AU)

-

?

-

+

Epitope

Các tế bào miễn dịch không phản ứng với hoặc không nhận diện toàn bộ phân tử kháng nguyên mà chúng chỉ nhận diện những vị trí nhất định trên phân tử kháng nguyên. Những vị trí đó được gọi là các epitope hay các quyết định kháng nguyên. Epitope là những vùng hoạt động về phương diện miễn dịch của một kháng nguyên có thể kết hợp một cách đặc hiệu với các thụ thể dành cho kháng nguyên ở trên bề mặt tế bào lympho hoặc với kháng thể do tế bào lympho B tiết ra. Sự tương tác giữa tế bào lympho và một kháng nguyên phức tạp có thể xẩy ra ở các mức độ cấu trúc kháng nguyên khác nhau. Trong trường hợp kháng nguyên là protein thì cấu trúc của epitope có thể là cấu trúc bậc 1, bậc 2, bậc 3 và cũng có thể là cấu trúc bậc 4. Trong trường hợp kháng nguyên là polysaccharide các nhánh chuỗi bên thông qua cầu glycosid sẽ tạo ra cấu trúc không gian ba chiều của epitope.

Có sự khác nhau căn bản trong quá trình các tế bào T và tế bào B nhận dạng kháng nguyên (bảng 4, 4). Các tế bào B nhận diện các kháng nguyên hoà tan khi các kháng nguyên này gắn vào các thụ thể ở trên màng tế bào B có bản chất là globulin miễn dịch. Do tế bào B có thể gắn với các kháng nguyên tự do trong dung dịch, vì vậy các epitope được tế bào B nhận diện thường có vị trí dễ tiếp cận trên bề mặt của phân tử kháng nguyên. Các epitope này thường gồm các acid amine ái nước và thường khu trú tại các vị trí gấp khúc trong chuỗi acid amine, là những vùng có mức độ biến đổi lớn hơn so với những phần còn lại của chuỗi acid amin. Ngược lại thì các tế bào T nhận diện các peptide đã được xử lý và gắn vào các phân tử MHC trên bề mặt của các tế bào trình diện kháng nguyên hoặc trên bề mặt của các tế bào của cơ thể đã bị biến đổi (ví dụ như bị nhiễm virus hoặc biến đổi thành tế bào ung thư). Như vậy các tế bào T chỉ nhận diện kháng nguyên có sự giới hạn bởi các phân tử MHC. Các tế bào TCD4+ nhận diện các kháng nguyên đã được kết hợp với các phân tử MHC lớp II và chúng thực hiện chức năng hỗ trợ các đáp ứng miễn dịch, trong khi đó các tế bào TCD8+ nhận biết các kháng nguyên đã kết hợp với các phân tử MHC lớp I và thực hiện chức năng gây độc trực tiếp. Vì vậy có thể nói các tế bào TCD4+ thực hiện chức năng trong sự giới hạn của các phân tử MHC lớp II và các tế bào TCD8+ thực hiện chức năng trong sự giới hạn của các phân tử MHC lớp I (xem chương xử lý và trình diện kháng nguyên). Sự khác nhau về các phân tử MHC lớp I hoặc lớp II giữa các cá thể khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng của họ trong việc nhận dạng các epitope bởi tế bào T. Vì vậy không thể xem xét các epitope được nhận dạng bởi tế bào T tách rời các phân tử MHC.

Bảng X.2: So sánh sự nhận diện kháng nguyên của tế bào T và tế bào B

Đặc điểm

Tế bào B

Tế bào T

Tương tác với kháng nguyên

Có hai thành phần tham gia là thụ thể của tế bào B dành cho kháng nguyên và kháng nguyên

Có ba thành phần tham gia là thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, kháng nguyên, và phân tử MHC

Gắn vào kháng nguyên hoà tan

Có

Không

Cần có sự tham gia của các phân tử MHC

Không cần

Cần để trình diện kháng nguyên đã qua xử lý

Bản chất hoá học của kháng nguyên

Protein, polysaccharide, lipid

Chủ yếu là các protein, nhưng một số lipid và glycolipid được các phân tử giống MHC trình diện

Đặc điểm của epitope

Lộ trên bề mặt, ái nước, các peptide di động có chứa các acide amine có trình tự hoặc không có trình tự

Các peptide mạch thẳng nằm giữa phân tử protein được tạo ra trong quá trình xử lý kháng nguyên và được gắn vào các phân tử MHC

Việc xác định cấu trúc không gian của một epitope đòi hỏi những hiểu biết về cấu trúc bậc 1 và cả cấu trúc bậc 3 của phân tử protein. Việc xác định này cũng cần phải có những thông tin về tính phản ứng miễn dịch của từng vùng trong các cấu trúc này. Một cách tiếp cận để phát hiện một số epitope được nhận dạng bởi tế bào T hay tế bào B là phương pháp định vị epitope: sử dụng các enzyme thủy phân để phân cắt một protein kháng nguyên có tính sinh miễn dịch thành các peptide sao cho có được các mảnh peptide có các đoạn gối lên nhau, sau đó sử dụng các đoạn peptide riêng biệt này để thử nghiệm khả năng của chúng trong việc kết hợp với các kháng thể được hình thành khi gây miễn dịch bằng cả phân tử protein nguyên vẹn, hoặc sử dụng các peptide riêng biệt này để xem chúng có kích thích sự hoạt hoá tế bào T hay tế bào B hay không. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc định vị các epitope được nhận diện bởi tế bào T do các tế bào T nhận diện các epitope thẳng, ngắn đã kết hợp với phân tử MHC. Phương pháp này ít hiệu quả hơn khi xác định các epitope được nhận diện bởi tế bào B vì các epitope được nhận diện bởi tế bào B thường không phải là một đoạn acid amine liên tục, thẳng mà chúng được gắn với nhau để tạo thành cấu trúc gấp bậc 3. Vì vậy phương pháp này không xác định được các epitope có cấu trúc không gian phức tạp.

Trong một số trường hợp có thể phát hiện được các epitope được nhận diện bởi tế bào B bằng phương pháp phân tích tinh thể đồ quang tuyến đối với các phức hợp kháng nguyên-kháng thể. Trong phương pháp này người ta cho tia X đi qua một tinh thể của một phức hợp kháng nguyên-kháng thể để sinh ra một mô hình không gian ba chiều của mỗi nguyên tử trong phức hợp kháng nguyên-kháng thể. Nhờ vậy có thể phát hiện được epitope và các gốc acid amine nằm trong vị trí kết hợp của kháng thể. Việc phân tích các mẫu phân tầng quang tuyến khác nhau cực kỳ phức tạp. Vì vậy chỉ có rất ít phức hợp kháng nguyên-kháng thể đã đựơc phân tích theo kiểu này. Cần phải nói rằng những hiểu biết chi tiết về cấu trúc epitope này còn rất hạn chế.

Tính chất của các epitope được nhận diện bởi tế bào B

Có thể rút ra một số điểm tổng quát về các tính chất của epitope được nhận diện bởi tế bào B từ các nghiên cứu sử dụng các chất sinh miễn dịch đã xác định được epitope do tế bào B nhận diện.

Kích thước của epitope được nhận diện bởi tế bào B được xác định theo kích thước của vị trí kết hợp kháng nguyên có trên phân tử kháng thể do tế bào B sản xuất ra. Sự kết hợp của một kháng thể với một epitope bao gồm sự tương tác không đồng hoá trị yếu xảy ra chỉ khi hai phân tử có một khoảng cách ngắn và phụ thuộc vào tính chất bổ cứu (tức là sự khớp với nhau về mặt không gian) giữa vị trí kết hợp của kháng thể và epitope. Kích thước của epitope được nhận diện bởi tế bào B được xác định dựa theo kích thước, hình dạng và thứ tự acid amine của vị trí kết hợp của kháng thể.

Vào những năm 1950 Kabat .E.A đã thiết kế các mô hình thực nghiệm để xác định kích thước của epitope được nhận diện bởi tế bào B trên phân tử dextran polymer glucose. Trong các thực nghiệm này tác giả đã xác định khả năng của các olygomer glucose ngắn có chiều dài thay đổi từ disaccharide tới các olygosaccharide lớn khác nhau trong việc ức chế sự kết hợp của kháng thể kháng dextran với dextran. Kabat .E.A đã lập luận rằng một olygomer chứa một epitope hoàn chỉnh cần phải có khả năng chiếm đoạt toàn bộ vị trí kết hợp kháng nguyên của phân tử kháng thể và do vậy ức chế hoàn toàn sự kết hợp của phân tử kháng thể này với epitope trên phân tử kháng nguyên. Khi ông tăng kích thước polymer từ trisaccharide lên hexasaccharide thì các olygomer tăng khả năng ức chế việc kết hợp giữa kháng thể kháng dextran với dextran (hình 4.3). Các heptasaccharide và các olygosaccharide lớn hơn thể hiện khả năng ức chế giống như hexasaccharide, vì vậy Kabat E.A đã dự đoán rằng hexasaccharide là gần đúng nhất với kích thước của một epitope hoàn chỉnh trên phân tử dextran. Ông cũng dự đoán rằng các gốc oza khác của dextran phải nằm ngoài vị trí kết hợp trên phân tử kháng thể. Những nghiên cứu đầu tiên này đã gợi cho thấy vị trí kết hợp kháng nguyên của phân tử kháng thể là một vị trí có kích thước vừa đủ để kết hợp với 6 - 7 acid amine hoặc oza.

Trong trường hợp kháng nguyên là một protein hình cầu thì epitope có thể lớn hơn. Việc xác định cấu trúc epitope trên một protein chỉ có thể tiến hành bằng phương pháp tinh thể đồ quang tuyến với các phức hợp kháng nguyên-kháng thể. Cho đến nay người ta mới chỉ tiến hành phương pháp này cho 5 phức hợp kháng nguyên-kháng thể trong đó có 3 phức hợp của kháng thể gắn với lysozyme của lòng trắng trứng gà và 2 phức hợp của kháng thể gắn với neuraminidase (một glycoprotein trên bề mặt của virus cúm). Trong mỗi một phức hợp kháng nguyên-kháng thể, kháng thể đã tiếp xúc với phân tử kháng nguyên thông qua một mặt phẳng lớn. Trong khoảng 15 - 22 acid amine trên bề mặt của phân tử protein kháng nguyên tiếp xúc với một số lượng tương tự các gốc acid amine trong vị trí kết hợp kháng nguyên của kháng thể. Diện tích bề mặt của nơi tiếp xúc bổ cứu này vào khoảng 650 - 900 Ao2 bởi vậy đối với các kháng nguyên protein hình cầu thì cấu trúc của epitope hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc không gian bậc 3 của phân tử protein nguyên vẹn.

Nhìn chung các epitope được nhận diện bởi tế bào B bao gồm các acid amine ái nước nằm trên bề mặt của phân tử protein có thể tiếp cận được với kháng thể tự do hoặc kháng thể đã gắn trên bề mặt tế bào. Một epitope được nhận diện bởi tế bào B phải mang tính có thể tiếp cận được để có khả năng kết hợp được với phân tử kháng thể. Các đoạn acid amine ẩn diện bên trong phân tử protein thì không thể là epitope được nhận diện bởi tế bào B trừ khi phân tử protein kháng nguyên này đã được giáng hoá. Michael Sela đã chứng minh tầm quan trọng của khả năng tiếp cận được về phương diện hình học bằng các thực nghiệm sử dụng copolymer có nhánh tổng hợp trong đó các acid amine có thể tiếp cận được được gắn với một chuỗi polypeptide mà có thể thay đổi được các acid amine trong các nhánh này. Tác giả đã sử dụng một copolymer là (T,G)-A-L có một khung poly-L-lysin với các chuỗi bên là poly D,L-alanin, đầu N tận cùng của các chuỗi bên này được gắn với các acid amine là glutamic và tyrosine mà số lượng các acid amine này có thể thay đổi được (hình 4.4.). Kháng thể kháng (T,G)-A-L phản ứng một cách khá rộng với các gốc acid tyrosine và glutamic ở đầu tận cùng của chuỗi bên. Nếu thay đổi copolymer tổng hợp thành dạng A-(T,G)-L trong đó các gốc poly D,L-alanin là vị trí cuối cùng có thể tiếp cận được và acid glutamic và tyrosin nằm ở những vị trí khó tiếp cận hơn thì sự phản ứng với kháng thể chống (T,G)-A-L bị phong bế hoàn toàn.

Đối với các kháng nguyên protein hình cầu thì bề mặt nguyên vẹn của protein có tính kháng nguyên tiềm tàng. Nhìn chung các vùng có khuynh hướng lộ trên bề mặt của protein thường là những epitope bởi vì các gốc acid amine này có thể tiếp cận được và ái nước. Trong số 5 phức hợp kháng nguyên-kháng thể đã được tinh thể hoá và được phân tích cho đến nay người ta đều nhận thấy một giáp gianh giữa kháng thể và kháng nguyên mang tính chất bổ cứu rất cao. Bề mặt tương tác giữa kháng nguyên và kháng thể có một số chỗ lồi lõm bổ cứu cho nhau (tức là "ghép mộng" với nhau). Sự tiếp xúc này được tạo ra giữa 15 - 22 acid amine và có khoảng 75 - 120 cầu hydro và nhiều tương tác ion và kỵ nước tham gia.

Epitope được nhận diện bởi tế bào B có thể gồm các acid amine nằm theo trình tự hoặc không theo trình tự. Các epitope có thể gồm các gốc acid amine liên tục nằm theo trình tự dọc theo một chuỗi peptide hoặc một số gốc acid amine không trình tự từ các đoạn của một chuỗi được gắn với nhau để tạo ra cấu trúc không gian gấp khúc. Phần lớn những kháng thể được tạo ra do sự kích thích của kháng nguyên protein hình cầu chỉ có thể kết hợp với protein khi mà phân tử này có cấu trúc của phân tử nguyên thuỷ ban đầu. Sự giáng hoá của các kháng nguyên này thường dẫn đến mất cấu trúc hình học nguyên bản của epitope vì vậy các kháng thể chống lại protein nguyên vẹn không có khả năng kết hợp với protein đã giáng hoá.

Myoglobulin của cá nhà táng là một kháng nguyên protein có chứa các epitope theo kiểu trình tự. Cấu trúc 3 chiều của protein này đã được xác định bằng phương pháp tinh thể đồ quang tuyến. Phân tử kháng nguyên myoglobulin cá nhà táng có nhiều vòng xoắn lò xo alpha và 5 epitope theo kiểu trình tự, mỗi epitope chứa từ 6 - 8 acid amin. Các epitope này đều nằm trên bề mặt phân tử ở chỗ gấp khúc giữa các vòng xoắn lò xo alpha (hình 4.5.). Gần đây người ta đã phát hiện thêm một số epitope theo kiểu không trình tự trong phân tử myoglobulin cá nhà táng. Các gốc acid amine tham gia vào hình thành các epitope này không sắp xếp theo kiểu trình tự của cấu trúc bậc 1 mà chúng được kết hợp với nhau trong một cấu trúc bậc 3. Vì vậy các epitope này chỉ tồn tại khi phân tử protein giữ nguyên cấu trúc hình học của chúng. Các epitope của phân tử lysozyme lòng trắng trứng gà và phân tử neuraminidase đã được xác định cấu trúc không gian khá rõ. Hình 4.6 đã thể hiện các gốc acid amine tạo ra một epitope của lysozyme lòng trắng trứng gà và một epitope của neuraminidase. Trong mỗi trường hợp epitope bao gồm các acid amine không sắp xếp trình tự trên một chuỗi theo kiểu cấu trúc bậc 4 mà chúng được gắn với nhau theo kiểu gấp của cấu trúc bậc 3.

Nhìn chung các epitope trình tự và không trình tự có tác dụng khác nhau khi phân tử protein bị phá vỡ. Ví dụ, myoglobin cá nhà táng có thể phân thành 5 mảnh, mỗi mảnh có một epitope theo kiểu trình tự (điều này đã được chứng minh bởi nhận xét rằng kháng thể có thể gắn với mỗi mảnh). Về một mặt khác, việc phân cắt các mảnh hoặc việc cắt các cầu disunfua thường dẫn đến sự phá huỷ các epitope không trình tự có trong phân tử. Ví dụ lysozyme lòng trắng trứng gà có 4 cầu disunfua trong chuỗi tạo ra cấu trúc không gian cuối cùng của phân tử. Các kháng thể chống lysozyme này nhận diện được 8 epitope khác nhau, phần lớn các epitope này là những quyết định kháng nguyên không gian phụ thuộc vào cấu trúc nguyên vẹn của protein. Nếu cắt các cầu disunfua trong chuỗi của phân tử này bằng mercaptoethanol thì cấu trúc không gian bị mất và kháng thể chống phân tử lysozyme lòng trắng trứng gà nguyên vẹn sẽ không phản ứng với phân tử lysozyme lòng trắng trứng gà đã bị phân cắt các cầu disunfua. Epitope được nhận diện bởi tế bào B có xu hướng khu trú ở những vùng lỏng lẻo của một chất sinh miễn dịch và thể hiện sự di chuyển vị trí. Tainer J.A và đồng nghiệp đã phân tích các epitope của một số kháng nguyên protein (myohemerytherin, insulin, cytochrom C, myoglobin và hemoglobin) bằng cách so sánh các vị trí của các epitope được nhận diện bởi tế bào B đã biết bằng cách thay đổi nguyên tử của các gốc tương tự. Qua phân tích này đã phát hiện rằng các quyết định kháng nguyên chủ yếu trong các protein này nhìn chung được phân bố trong các vùng biến đổi nhất. Các tác giả đã giả thiết rằng sự thay đổi vị trí của các epitope đã phát huy tối đa tính chất bổ cứu với vị trí kết hợp của kháng thể. Điều này làm tăng sự tương tác ái lực ở mức độ cao hơn.

Các protein phức hợp chứa nhiều epitope gối đầu lên nhau. Mãi đến gần đây người ta mới hiểu rằng một protein hình cầu đã biết có một số lượng ít ỏi epitop, mỗi epitope nằm trong vùng có thể tiếp cận được và được xác định cấu trúc không gian toàn thể của protein này. Tuy nhiên gần đây người ta cũng đã chỉ ra rằng phần lớn bề mặt của protein hình cầu có tính kháng nguyên tiềm tàng. Điều này đã được chứng minh bằng cách so sánh các kiểu kết hợp kháng nguyên của các kháng thể đơn clone khác nhau chống các protein hoàn toàn khác nhau. Ví dụ khi so sánh khả năng gắn của 64 kháng thể đơn clone khác nhau chống albumin huyết thanh bò với một giàn gồm 10 albumin động vật có vú khác nhau, người ta đã phát hiện được 25 kiểu gắn kháng nguyên gối đầu lên nhau. Điều này cho thấy rằng 64 kháng thể khác nhau đã nhận diện được ít nhất là 25 epitope khác nhau trên phân tử albumin huyết thanh bò. Người ta cũng đã tiến hành các nghiên cứu tương tự với các protein hình cầu khác như myoglobin và lysozyme lòng trắng trứng gà. Như vậy bề mặt của một protein phải có một số lượng lớn vị trí kháng nguyên tiềm năng. Số vị trí kháng nguyên trên một phân tử protein biết trước đã được chọn lọc từ một cá thể phải nhỏ hơn tổng số vị trí kháng nguyên tiềm năng của loài và thay đổi từ loài này sang loài khác và cả trong các thành viên riêng biệt của một loài nhất định. Trong một cơ thể động vật biết trước có một số epitope nhất định có tính sinh miễn dịch, trong khi có một số epitope khác lại không có tính sinh miễn dịch. Hơn nữa, một số epitope có tính sinh miễn dịch trội, tức là kích thích một đáp ứng miễn dịch rõ rệt hơn các epitope khác. Người ta cho rằng các tính chất hình học bên trong của epitope cũng như các cơ chế điều hoà của động vật sẽ ảnh hưởng đến tính trội miễn dịch của các epitope đặc biệt.

Tính chất của các epitope được nhận diện bởi tế bào T

Những nghiên cứu ban đầu của Gell P.G.H và Benacerraf .B từ năm 1959 đã cho thấy có một sự khác nhau về lượng giữa đáp ứng bởi tế bào T và đáp ứng bởi tế bào B chống lại các kháng nguyên. Gell P.G.H và Benacerraf .B đã so sánh các đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào và đáp ứng miễn dịch dịch thể chống lại một loạt kháng nguyên protein nguyên vẹn và các kháng nguyên protein đã giáng hoá (bảng 4.6). Các tác giả đã nhận thấy: nếu gây miễn dịch lần đầu bằng protein thì đáp ứng tạo kháng thể lần 2 chỉ xuất hiện khi tiêm protein nguyên vẹn mà không xuất hiện khi tiêm protein đã giáng hoá. Ngược lại đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào lần 2 không khác nhau khi tiêm protein nguyên vẹn hay tiêp protein đã giáng hoá. Nói cách khác đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào lần 2 xuất hiện khi tiêm protein đã giáng hoá dù cho đáp ứng miễn dịch lần đầu được gây bằng protein nguyên vẹn. Nhận xét này làm cho các nhà miễn dịch học day dứt đến tận năm 1980 khi người ta biết rõ rằng các tế bào T không nhận diện kháng nguyên nguyên vẹn hoà tan mà nhận diện các kháng nguyên đã được xử lý và các mảnh peptide của nó đã được trình diện sau khi kết hợp với các phân tử MHC. Vì vậy sự biến đổi cấu trúc không gian của một protein bằng cách giáng hoá protein này cũng không làm ảnh hưởng đến epitope được nhận diện bởi tế bào T.

Các peptide olygomer có vai trò như epitope được nhận diện bởi tế bào T. Scholossman đã tổng hợp các polimer polipeptide chứa oligomer của các gốc L-lysin khác biệt bằng cách can thiệp vào trình tự của D,L-lysin. Chỉ những oligomer có một số lượng tối thiểu 7 L-lysin liền nhau [(L-lysin)7-D-lysin-L-lysin] có khả năng kích thích sự tăng sinh của tế bào T. Trong trường hợp một kháng nguyên protein phức tạp như myoglobin cá nhà táng thì Berkower .I và Berzomy .J đã nhận thấy rằng peptide nhỏ nhất có thể kích thích một dòng tế bào T clone hoá đặc hiệu cho myoglobin cá nhà táng là một peptide 11 acid amine có chứa các gốc từ số thứ tự 136 - 146. Tuy vậy nhìn chung rất nhiều peptide của myoglobin cá nhà táng có khả năng hoạt hoá tế bào T đều chứa khoảng 20 acid amin.

Các kháng nguyên peptide được nhận diện bởi tế bào T hình thành một phức hợp gồm 3 phân tử với thụ thể của tế bào T và một phân tử kháng nguyên hoà hợp mô chủ yếu. Người ta đã có những bằng chứng hoá sinh về sự tương tác giữa các kháng nguyên peptide được nhận dạng bởi tế bào T và các phân tử MHC lớp I, lớp II. Người ta cũng đã tinh thể hoá được một loại phân tử MHC lớp I và nhận thấy trong thành phần tinh thể này có một peptide nhỏ gắn vào vùng bản lề của phân tử, người ta giả thiết rằng mảnh peptide này chính là kháng nguyên đã được xử lý. Mặc dù chưa tinh thể hoá được phân tử MHC lớp II nhưng người ta cũng giả thiết rằng các phân tử phân tử MHC lớp II cũng gắn với các peptide kháng nguyên. Ví dụ Buus .S và Grey H. M đã gắn đồng vị phóng xạ 125I vào các peptide kháng nguyên khác nhau và nhận thấy các peptide được đánh dấu này kết hợp với phân tử MHC lớp II đã được tinh chế. Trong các thực nghiệm này người ta nhận thấy các peptide khác nhau đã gắn với các phân tử MHC khác nhau. Ví dụ một peptide của ovalbumin gà bao gồm các gốc acid amine từ 323 - 339 gắn với phân tử phân tử MHC lớp II IAd, nhưng không gắn với phân tử phân tử MHC lớp II IEd. Khả năng gắn của một peptide với các phân tử phân tử MHC lớp II song hành với khả năng của chúng trong việc hoạt hoá tế bào T.

Bởi vậy, các kháng nguyên được nhận diện bởi tế bào T có 2 vị trí tương tác khác nhau. Một vị trí chính là epitop, tương tác với thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên và một vị trí khác được gọi là agretop, tương tác với các phân tử kháng nguyên hoà hợp mô chủ yếu. Cho đến nay chúng ta còn hiểu biết rất ít về bản chất của sự tương tác giữa agretop với các phân tử kháng nguyên hoà hợp mô chủ yếu. Thuật ngữ agretop không dựa trên các khía cạnh cấu trúc một cách rõ ràng mà chỉ ngụ ý một cách đơn giản là khả năng của một peptide kháng nguyên tương tác với một phân tử kháng nguyên hoà hợp mô chủ yếu. Khác với các epitope được nhận diện bởi tế bào B chưa được biết rõ khả năng tương tác của chúng với kháng thể, thì các epitope được nhận diện bởi tế bào T đã được biết là một phức hợp 3 phân tử: thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, một peptide kháng nguyên và một phân tử kháng nguyên hoà hợp mô chủ yếu.

Sự gắn của peptide vào vùng bản lề của phân tử phân tử MHC hình như không mang tính đặc hiệu chặt chẽ như trong sự tương tác giữa kháng thể và epitope đặc hiệu. Thay vào đó một phân tử MHC nhất định có thể kết hợp một cách chọn lọc với nhiều peptide khác nhau, ví dụ phân tử phân tử MHC lớp II có ký hiệu là IAd có thể kết hợp được với các peptide của ovalbumin, (các gốc từ 323 đến 339), hemagglutinin (các gốc từ 130 đến 142) và chất ức chế lambda (các gốc từ 12 đến 26). Phổ kết hợp nhưng có chọn lọc này đã cho thấy các agretop trên các peptide  khác nhau có thể có cùng một nét cấu trúc nhất định làm cho chúng có thể kết hợp với cùng một phân tử MHC.

Cần phải có qui trình xử lý kháng nguyên để tạo thành các peptide tương tác một cách đặc hiệu với các phân tử MHC. Các thí nghiệm đã cho thấy rằng các con đường xử lý kháng nguyên bên trong tế bào sẽ sinh ra các mảnh peptide có khả năng tương tác với các phân tử MHC lớp I hoặc lớp II (hình 1.9). Các kháng nguyên nội sinh được tổng hợp ở bên trong tế bào túc chủ (ví dụ các kháng nguyên virus trong một tế bào nhiễm virus) hình như là được xử lý thành các peptide ở trong bào tương và sau đó mới được trình diện trên bề mặt tế bào dưới dạng một phức hợp với các phân tử MHC lớp I. Các kháng nguyên ngoại sinh (ví dụ như kháng nguyên protein lớn và hoà tan) đầu tiên được các tế bào trình diện kháng nguyên nuốt vào bên trong và sau đó được xử lý trong hệ thống nội bào với sự tham gia của các enzyme thuỷ phân protein. Theo các con đường nội bào, các peptide sinh ra trong quá trình xử lý kháng nguyên sẽ được gắn với các phân tử MHC lớp I và sau đó được trình diện cùng với các phân tử này trên màng tế bào trình diện kháng nguyên.

Người ta đã chứng minh rằng sự hoạt hoá của tế bào T phụ thuộc vào quá trình xử lý kháng nguyên (cả tế bào TC bị giới hạn bởi các phân tử MHC lớp I lẫn tế bào Th bị giới hạn bởi các phân tử MHC lớp II). Ziegler .K và Unanue .E .R đã nhận thấy rằng sự hoạt hoá tế bào Th bởi các kháng nguyên protein vi khuẩn sẽ bị ngăn cản nếu xử lý các tế bào trình diện kháng nguyên bằng paraformaldehyde trước khi cho chúng tiếp xúc với kháng nguyên (hình 4.8). Tuy nhiên nếu cho các tế bào trình diện kháng nguyên nuốt các kháng nguyên sau đó 1 giờ mới cố định bằng paraformaldehyde thì hiện tượng hoạt hoá vẫn có thể xẩy ra. Trong khoảng thời gian 1 giờ này các tế bào trình diện kháng nguyên đã xử lý các phân tử kháng nguyên và làm biến đổi chúng thành một dạng có khả năng hoạt hoá tế bào T rồi giới thiệu chúng lên màng tế bào. Shimonkevitz .R .P đã chứng minh rằng quá trình nuốt và xử lý kháng nguyên có thể xẩy ra theo một con đường tắt nếu các tế bào trình diện kháng nguyên được tiếp xúc với các peptide của một phân tử kháng nguyên đã được xử lý trước mà không tiếp xúc với kháng nguyên nguyên vẹn. Trong các thí nghiệm này các tế bào trình diện kháng nguyên được xử lý với glutaraldehyte và sau đó ủ với ovalbumin nguyên vẹn hoặc ovalbumin thuỷ phân thành các mảnh peptide  thích hợp. Các ovalbumin đã được xử lý có khả năng tương tác với các tế bào trình diện kháng nguyên đã cố định bởi glutaraldehyte, bởi vậy chúng vẫn có thể hoạt hoá được tế bào Th đặc hiệu với ovalbumin, trong khi đó ovalbumin nguyên vẹn không có khả năng này. Tương tự, sự hoạt hoá các tế bào Tc có thể xẩy ra bằng cách xử lý các tế bào đích biểu thị các phân tử MHC lớp I thích hợp với các peptide từ một phân tử kháng nguyên đã được xử lý bằng các enzyme thuỷ phân. Tổng hợp lại các thí nghiệm này đã chứng minh rằng quá trình xử lý kháng nguyên thực chất là một quá trình thuỷ phân protein bởi các enzym.

Các kháng nguyên được nhận dạng bởi tế bào T thường chứa các peptide lưỡng cực. Berzofsky .J và cộng sự đã chứng minh rằng chức năng đầu tiên của việc xử lý kháng nguyên là làm thẳng một kháng nguyên và thể hiện các vùng bên trong mang tính lưỡng cực (tức là xử lý các chuỗi acid amine kỵ nước và các chuỗi acid amine ái nước). Các gốc kỵ nước có thể hoạt động như những agretop (tương tác với các phân tử hoà hợp mô chủ yếu) và các gốc ái nước có thể hoạt động như các epitope (tương tác với các thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên).

Để xác định xem có mối quan hệ giữa các peptide lưỡng cực và tính đáp ứng của tế bào T hay không, Mafgalit .H và cộng sự của bà đã thiết kế một chương trình vi tính để phân tích các chuỗi peptide trong các phân tử protein và ấn định cho mỗi một mảnh peptide một chỉ số lưỡng cực dựa trên số lượng vòng xoắn lưỡng cực của chúng. Khi so sánh 23 peptide có tác dụng sinh miễn dịch trội đối với tế bào T của các protein khác nhau với các đoạn lưỡng cực trong cùng các protein các tác giả đã nhận thấy 18 peptide được nhận dạng bởi tế bào T đã gối lên nhau bởi các đoạn lưỡng cực (bảng 4.7). Sự liên quan này đã được sử dụng để dự đoán các epitope có khả năng được nhận diện bởi tế bào T đối với các vaccine peptide tổng hợp chống lại một số bệnh trong đó có bệnh sốt rét, cúm và viêm gan. Người ta cũng đã sử dụng những phương pháp tương tự để chứng minh rằng các epitope được nhận diện bởi tế bào T trong phân tử myoglobin cá nhà táng và lysozyme lòng trắng trứng gà thể hiện sự nhô ra ngoài tối thiểu và có xu hướng nằm ở phía bên trong của phân tử protein (hình 4.9).

Các epitope được nhận diện bởi tế bào T có tính sinh miễn dịch trội có thể được xác định một phần nhờ các phân tử MHC thể hiện trong một cá thể (hình 4.10 và 4.11). Các phân tử MHC sẽ quyết định các peptide kháng nguyên nào sẽ được trình diện cho các tế bào T. Bởi vậy các phân tử MHC có vai trò quan trọng trong việc xác định các epitope nào được nhận diện bởi tế bào T trong một kháng nguyên biết trước sẽ mang tính miễn dịch trội khi nó vào trong một cá thể nhất định. Mối quan hệ giữa khả năng gắn của một peptide với phân tử MHC và đáp ứng của tế bào T với peptide đó đã được chứng minh trong các thực nghiệm của Buus .S, Sette .A và Grey.H. M. Các tác giả đã phân tích 14 peptide tổng hợp là các chuỗi có các đoạn gối lên nhau của một phân tử protein kháng nguyên. 3 trong số 14 peptide này có khả năng hoạt hoá tế bào Th và mỗi một peptide đều có thể gắn với các phân tử MHC lớp II biểu hiện trong cùng một dòng chuột thuần chủng (hình 4.11).

Một cách tiếp cận khác để chứng minh vai trò của các phân tử MHC trong việc giới thiệu kháng nguyên là sự chuyển nạp gene MHC lớp II vào dòng nguyên bào sợi của chuột nhắt (gọi là tế bào L). Các tế bào L không phải là tế bào trình diện kháng nguyên nên nó không biểu hiện các phân tử MHC lớp II. Tuy nhiên sau khi chuyển nạp gene, dưới sự kiểm soát của một chất thúc đẩy, các tế bào L sẽ hiểu hiện các phân tử MHC lớp II được mã hoá bởi các gene đã chuyển nạp. Bằng cách này Shastri .N đã chuyển các gene MHC lớp II khác nhau sang tế bào L mã hoá các protein IA và IE, sau đó tác giả đã tiến hành thử khả năng của các tế bào đã được chuyển nạp gene trong việc giới thiệu các peptide lysozyme khác nhau cho các clone tế bào TH khác nhau đã được biết trước là đặc hiệu với phức hợp lysozyme + IA hoặc lysozyme + IE. Tác giả nhận thấy các tế bào L đã được chuyển nạp gene IA có thể giới thiệu peptide lysozyme 74-86 nhưng không giới thiệu các peptide lysozyme 85-96 cho các clone tế bào TH bị giới hạn bởi IA. Ngược lại các tế bào L được chuyển nạp gene IE chỉ có thể giới thiệu các peptide 85-96 mà không giới thiệu các peptide 74-86 cho các clone tế bào TH bị giới hạn bởi IE (hình 4.10). Trong hệ thống này một epitope của lysozyme được nhận diện bởi tế bào T sẽ có tính sinh miễn dịch trội đối với clone tế bào T bị giới hạn bởi IA còn một epitope khác lại có tính sinh miễn dịch trội đối với clone tế bào T bị giới hạn bởi IE. Những kết quả này đã chứng minh rằng tính sinh miễn dịch trội của các peptide kháng nguyên phụ thuộc vào loại phân tử MHC ở trên bề mặt tế bào trình diện kháng nguyên.

Các hapten và tính sinh miễn dịch của hapten

Việc nghiên cứu sự kết hợp của mỗi kháng thể với một epitope duy nhất nằm trong một protein phức tạp gặp rất nhiều khó khăn. Công trình đi tiên phong trong lĩnh vực này là công trình của Karl Landsteiner vào những năm 1920-1930. Tác giả đã tạo ra một hệ thống đơn giản để nghiên cứu sự kết hợp của kháng thể với một epitope duy nhất. Trong thí nghiệm này các chất hữu cơ nhỏ được gọi là hapten sẽ liên kết hoá học với các protein được gọi là protein tải (hay chất mang – carrier protein) (hình 4. 12a). Khi cộng hợp hapten-chất tải được dùng để gây miễn dịch cho động vật thì chúng hoạt động như một chất sinh miễn dịch khích thích sự hình thành kháng thể chống lại cả phân tử hapten và các epitope không bị biến đổi trên phân tử protein tải. Như vậy hapten hoạt động như một epitope. Do sự cộng hợp hoá học làm cho nhiều phân tử của một hapten đơn lẻ được gắn với protein tải và có thể tiếp xúc với hệ thống miễn dịch, nên hapten hoạt động như một quyết định kháng nguyên trội trong cộng hợp hapten-chất tải. Nét đặc sắc của hệ thống hapten-chất tải là chúng cung cấp cho các nhà miễn dịch học một quyết định kháng nguyên biết rõ cấu trúc hoá học và có thể thay đổi chút ít bằng các biện pháp hoá học để xác định ảnh hưởng của các cấu trúc hoá học khác nhau trên tính đặc hiệu miễn dịch.

Trong thí nghiệm của Landsteiner một mình hapten không kích thích sự chọn lọc clone và sự tiết kháng thể. Sự chọn lọc clone và tiết kháng thể chỉ xẩy ra khi một hapten được gắn với protein tải (hình 4.12b). Mặc dù một hapten có thể phản ứng với kháng thể, nhưng một mình nó thì không có khả năng kích thích sinh miễn dịch. Chính việc hapten không có đủ kích thước và hoá trị đã ngăn cản nó hoạt động như một chất sinh miễn dịch. Tuy nhiên nhiều phiên bản của cùng một loại hapten khi được gắn vào một phân tử homopolymer lớn không có tính sinh miễn dịch thì phức hợp này đôi khi lại có tính sinh miễn dịch. Phân tử homopolymer cung cấp kích thước đủ lớn còn hapten thì đóng vai trò như một epitope.

Các nghiên cứu của Landsteiner về hapten đã chứng minh tính đặc hiệu của hệ thống miễn dịch. Tác giả đã dùng cộng hợp hapten - protein tải để gây miễn dịch cho thỏ và sau đó thử hoạt tính của huyết thanh miễn dịch thỏ với hapten này hoặc với các hapten đã được cải biên và các cấu trúc đã gắn với các protein tải khác nhau. Bằng cách này tác giả có thể đánh giá được một cách đặc hiệu phản ứng của kháng thể kháng hapten trong huyết thanh miễn dịch chứ không phải là phản ứng của kháng thể kháng các epitope có trên phân tử protein tải. Landsteiner đã thử xem một kháng thể kháng hapten có thể kết hợp được với một hapten có cấu trúc hoá học khác đi chút ít hay không. Nếu phản ứng xuất hiện thì có nghĩa là chúng đã sinh ra phản ứng chéo. Bằng cách tìm xem sự thay đổi cấu trúc như thế nào sẽ ngăn cản hoặc tạo ra các phản ứng chéo. Landsteiner đã thu được các kết quả giá trị về tính đặc hiệu của phản ứng kháng nguyên - kháng thể. Landsteiner nhận thấy rằng cấu trúc không gian của hapten đã đóng một vai trò chủ yếu trong việc phản ứng của hapten với kháng thể. Tác giả đã tạo ra kháng thể kháng amino benzen và các dẫn xuất cacboxin của nó (acid o-aminobenzoic, acid m-aminobenzoic và acid p-aminobenzoic). Tác giả nhận thấy rằng mỗi một kháng huyết thanh mang tính đặc hiệu với hapten đã được dùng để gây miễn dịch mà không phản ứng với bất kỳ đồng phân nào của nó. Ngược lại nếu cấu trúc không gian tổng thể của hapten mà chỉ thay đổi vị trí para bằng các dẫn xuất không ion khác nhau thì kháng huyết thanh có mức độ thay đổi trong tính phản ứng chéo (bảng 4.8). Ngoài việc chứng minh tính đặc hiệu của hệ thống miễn dịch, công trình của Landsteiner cũng chứng minh tính đa dạng của các epitope mà hệ thống miễn dịch có khả năng phản ứng với chúng.

Rất nhiều chất quan trọng về phương diện miễn dịch học bao gồm thuốc, các hormon peptide và các hormon steroit có thể hoạt động như các hapten. Bằng cách cộng hợp các hapten này với các phân tử protein tải lớn có thể tạo ra được một phức hợp có khả năng kích thích sinh ra các kháng thể đặc hiệu với hapten và sử dụng các kháng thể này có thể xác định được sự có mặt của các hapten trong cơ thể. Bộ kit chẩn đoán có thai tại nhà dùng để xác định xem có HCG hay không ở trong nước tiểu phụ nữ dựa trên thí nghiệm ức chế bởi hapten. Nếu HCG (tức là hapten) có mặt trong nước tiểu thì chúng sẽ ức chế khả năng phản ứng của kháng thể kháng HCG có sẵn trong kit với phức hợp HCG - protein tải cũng có sẵn trong kit. Phản ứng này tạo ra các cụm ngưng kết có thể nhìn thấy được bằng mắt thường nên nếu không có các cụm kết tủa thì có nghĩa là có HCG trong nước tiểu và đó là dấu hiệu có thai (hình 4. 13).

Các kháng nguyên của virus và vi khuẩn

5.1. Các kháng nguyên của virus

Các virus ở động vật gồm acid nucleic (hoặc ADN hoặc ARN) được bao quanh bởi một lớp vỏ protein được gọi là capsid. Capsid bao gồm các tiểu đơn vị protein được gọi là các capsomer. Trong các virus đơn giản các capsomer bao gồm một protein đơn lẻ. Trong các virus phức tạp hơn có thể có nhiều protein capsomer. Một capsid cùng với acid nucleic đi kèm với nó thì được gọi là một nucleocapsid. Một nucleocapsid có thể có cấu tạo đối xứng xoắn hoặc đa diện. Một số virus động vật "trần trụi" không có vỏ, nhưng nghiều loại virus có thêm một lớp vỏ lipoprotein, virus thu nhận vỏ này bằng cách làm thay đổi màng plasma của tế bào túc chủ khi chúng rời tế bào trong một quá trình được gọi là ”nẩy chồi”. Các hạt virus hoàn chỉnh được gọi là virion (hình 4.1.a). Protein, một thành phần chính của các virus động vật, chỉ là một thành phần của capsid và một thành phần chủ yếu của lớp vỏ (đôi khi dưới dạng glycoprotein). Các protein kết hợp một cách chặt chẽ với acid nucleic của virus như các protein bên trong của nucleocapsid. Phần lớn những protein và glycoprotein này là những chất sinh miễn dịch và được nhận biết bởi hệ thống miễn dịch sẽ kích thích sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể hoặc đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào.

Các tế bào có thể nhận biết một loạt các protein và glycoprotein virus bao gồm các thành phần của lớp vỏ và các thành phần bên trong của nucleocapsid được giải phóng ra từ các tế bào túc chủ bị nhiễm trước khi trở thành một virus hoàn chỉnh. Cấu trúc tiểu đơn vị của capsid và sự lặp lại các kiểu dáng glycoprotein trên nhiều loại virus có vỏ đã tạo ra các epitope được nhận diện bởi tế bào B.

Như đã trình bầy trên đây, các epitope được nhận diện bởi tế bào B có tính sinh miễn dịch trội thường là những gốc có thể tiếp cận được, ái nước và di động. Vì vậy các chuỗi bề mặt được hình thành bởi cấu trúc bậc 3 của các protein virus hoạt động như các epitope được nhận diện bởi tế bào B có tính sinh miễn dịch trội. Trong các quá trình nhiễm virus, nồng độ kháng thể trong huyết thanh chống các protein vỏ, protein lõi và các protein kết hợp với các genome virus đều tăng lên. Các kháng thể này có thể làm thanh thải virus hoặc bằng cách hoạt động như các kháng thể opsonin tạo thuận cho hiện tượng thực bào hoặc bằng cách hoạt hoá bổ thể dẫn đến dung giải các hạt virus có vỏ. Các kháng thể này thường đóng vai trò bảo vệ bằng cách gắn vào các protein hoặc glycoprotein vỏ virus và ngăn cản sự nhiễm tiếp theo vào các tế bào túc chủ. Sự có mặt của các kháng thể đặc hiệu chống virus thường được sử dụng để xác định xem một cơ thể đã bị nhiễm với một loại virus nhất định hay chưa.

Mặc dù kháng thể được sinh ra trong quá trình nhiễm virus, nhưng nhìn chung đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào cũng có vai trò bảo vệ chống virus. Cả tế bào Th lẫn tế bào Tc đều có thể nhận biết các protein của virus. Nhìn chung hoạt động của các tế bào Th bị giới hạn bởi các phân tử MHC lớp II. Các tế bào Th này nhận biết các protein virus đã bị thâu tóm bởi các tế bào trình diện kháng nguyên bằng hiện tượng thực bào (đối với đại thực bào) hoặc bằng hiện tượng nhấn chìm vào bào tương do các thụ thể thực hiện (trong trường hợp tế bào B). Sau khi xử lý bằng các con đường nội bào, các peptide kháng nguyên sẽ được phô bày cùng với các phân tử MHC lớp II trên màng các tế bào trình diện kháng nguyên. Như đã đề cập ở trên, các peptide được nhận diện bởi tế bào Th thường là những chuỗi acid amine bên trong có tính lưỡng đỉnh làm cho chúng tương tác với cả phân tử MHC lớp II và cả thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên. Các lymphokin do tế bào Th hoạt hoá sinh ra sẽ hoạt hoá hoặc tế bào B hoặc tế bào Tc.

Rất nhiều virus động vật nhân lên trong tế bào túc chủ. Vì các protein virus được sinh ra trong tế bào túc chủ nên các protein nội sinh này được xử lý trong bào tương và trình diện cùng với các phân tử MHC lớp I trên màng các tế bào túc chủ bị nhiễm và kích thích đáp ứng của tế bào Tc. Các epitope được nhận diện bởi tế bào Tc không cần phải là những thành phần chủ yếu và lộ ra của virus như các glycoprotein vỏ, thay vào đó chúng là những protein nằm bên trong virus và được sản xuất trong tế bào túc chủ bị nhiễm. Ví dụ một kháng nguyên chủ yếu của virus cúm được nhận diện bởi tế bào Tc là một nucleoprotein nằm bên trong virus, nó kết hợp với genome ARN của virus. Sự hoạt hoá của các tế bào Tc trong đáp ứng chống các peptide nucleoprotein hình như đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tế bào túc chủ bị nhiễm virus cúm và quá trình hồi phục sau nhiễm trùng.

Một số virus có khả năng thay đổi các chất trong cấu trúc glycoprotein vỏ của chúng. Chẳng hạn virus cúm thường xuyên thay đổi trình tự acid amine của các glycoprotein vỏ. Cả sự thay đổi kháng nguyên rõ rệt (đảo lộn kháng nguyên) hoặc sự thay đổi chút ít (cải biên kháng nguyên) đều có thể sinh ra các epitope mới làm cho virus có thể thoát khỏi hệ thống miễn dịch. Sự thay đổi kháng nguyên này là nguyên nhân chính làm xuất hiện các vụ đại dịch (xem chương đáp ứng miễn dịch trong nhiễm trùng). Những thay đổi nhanh chóng một glycoprotein vỏ của HIV đã làm cho virus có thể lẩn tránh đáp ứng miễn dịch và là trở ngại chính trong việc sản xuất vaccine chống bệnh AIDS.

5.2. Các kháng nguyên của vi khuẩn

Vi khuẩn là những vi sinh vật một tế bào gồm có bào tương được bao bọc bởi màng chứa ARN, ADN và các enzym. Tế bào vi khuẩn được bao quanh bởi một vách tế bào và trong một số trường hợp được bọc kín bởi một nang. Có các thành phần khác nhau chồi ra từ tế bào vi khuẩn như các lông roi, các tua, hay các pili. Mặc dù vi khuẩn có thể tiết ra các sản phẩm hoà tan có tính sinh miễn dịch, nhưng chất sinh miễn dịch chủ yếu của vi khuẩn là các epitope trên bề mặt của chúng.

Vách tế bào của các vi khuẩn gram dương có chứa nhiều peptidoglycan, một mạng lưới polysaccharide liên kết chéo bởi các chuỗi peptide ngắn. Có các protein, polysaccharide khác nhau và các acid teichoic cài cắm bên trong vách của vi khuẩn gram dương. Sự khác nhau về cấu trúc trong thành phần vách đã tạo ra các epitope duy nhất được nhận biết bởi kháng thể (hình 4.14b). Các Streptococci gram dương có thể được phân thành nhóm dựa trên sự khác nhau về kháng nguyên, về các hydratcacbon của vách tế bào vi khuẩn.

Các vi khuẩn gram âm có một lớp peptidoglycan mỏng được bao phủ bởi một màng bên ngoài chứa phospholipit, protein, lipopolysaccharide và lipoprotein. Lipopolysaccharide (LPS) là một thành phần kháng nguyên chủ yếu của vách vi khuẩn gram âm. Các chuỗi polysaccharide bên của LPS chứa các trisaccharide thẳng lặp lại hoặc các pentasaccharide hoặc tetrasaccharide phân nhánh. Một chuỗi có thể có đến 40 đơn vị lặp lại. LPS của vách tế bào vi khuẩn gram âm trình diện với hệ thống miễn dịch bằng các epitope có thể tiếp cận được và đa hoá trị trên bề mặt vi khuẩn. Các epitope này được gọi là kháng nguyên O. Sự khác nhau về cấu trúc kháng nguyên O của các chuỗi bên polysaccharide sẽ sinh ra các kháng thể đặc hiệu được dùng để phân loại vi khuẩn gram âm.

Nang vi khuẩn là một lớp polysaccharide hoặc polipeptide lỏng lẻo nằm ngoài vách tế bào. Sự tồn tại của nang thường gắn với độc lực vì nó có ảnh hưởng đến hiện tượng thực bào. Phần lớn các nang có chứa các nhóm đường lặp lại gồm 2 đến 3 oza và có trọng lượng phân tử khoảng 14.000 Da. Khả năng tiếp cận của nang cũng như cấu trúc epitope lặp lại của nó cho phép chúng sinh ra các đáp ứng tạo kháng thể mạnh rõ rệt. Trong trường hợp của Pneumococci khoảng 4.106 phân tử kháng thể có thể kết hợp với các epitope nang biểu hiện trên 1 tế bào. Sự kết hợp của kháng thể với các epitope nang đã được sử dụng để định týp huyết thanh của vi khuẩn. Sự khác nhau của các gốc đường trong polysaccharide nang và khả năng kết hợp của chúng đã cho phép phân biệt được 80 týp huyết thanh của Pneumococci.

6. Các chất kích thích phân bào (mitogen)

Các chất kích thích phân bào là những chất có khả năng kích thích sự phân chia tế bào với mức độ cao của các tế bào T hoặc B. Khác với các chất sinh miễn dịch chỉ hoạt hoá tế bào lympho khi các tế bào này có các thụ thể đặc hiệu, sự hoạt hoá của mitogen lại không có tính đặc hiệu. Các mitogen là những chất hoạt hoá đa clone do chúng có thể hoạt hoá nhiều clone của tế bào T hoặc B mà không cần phải có tính đặc hiệu kháng nguyên. Có một loạt các chất hoạt động như các mitogen. Một số mitogen phổ biến là các protein (được gọi là lectin) tách chiết từ thực vật và gắn với đường. Các lectin có thể nhận diện các glycoprotein khác nhau trên bề mặt tế bào khác nhau gồm cả tế bào lympho. Khi gắn với các glycoprotein màng lectin có thể gây ra sự ngưng kết của các tế bào và tiếp theo đó là sự hoạt hoá tế bào. Một số mitogen hoạt hoá chủ yếu tế bào B, một số hoạt hoá tế bào T và có một số hoạt hoá cả hai loại tế bào này.

Ba loại mitogen phổ biến nhất là concanavalin A (Con A), phytohemagglutinin (PHA) và pokeweed mitogen (PWM). Con A là một protein chiết từ hạt mít nó gắn với các đường chứa (-D-mannose hoặc (-D-glucose. Con A là một tetramer, mỗi một monomer chứa một vị trí gắn đường và bởi vậy phân tử có khả năng liên kết chéo glycoprotein trên màng tế bào. Con A là một mitogen của tế bào T. PHA là một protein chiết tách từ hạt đậu răng ngựa, có thể gắn đặc hiệu với glycoprotein chứa N-acetylgalactosamin. Cũng giống như Con A, PHA cũng là một tetramer có khả năng liên kết chéo glycoprotein trên màng tế bào. PHA cũng hoạt động như một mitogen của tế bào T. PWM có nguồn gốc từ loài đậu pokeweed, nó gắn với di-N-acetylchitobiose và kích thích phân bào đối với cả hai loại tế bào T và B.

Không phải tất cả các mitogen đều là protein. Lipopolysaccharide một thành phần của vách vi khuẩn gram âm cũng là một mitogen đối với tế bào B. Hoạt tính phân bào của lipopolysaccharide do phần lipid A gây ra, phần này có khả năng tương tác với màng plasma sinh ra các tín hiệu hoạt hoá tế bào theo một cơ chế mà đến nay chưa biết rõ.

Một nhóm đặc biệt các chất hoạt hoá đa clone, được biết như các "siêu kháng nguyên" thuộc về các mitogen đối với tế bào T. Người ta gọi chúng là các siêu kháng nguyên là vì chúng có khả năng hoạt hoá tất cả các tế bào T có cấu trúc chung trong thụ thể của tế bào T dành cho các siêu kháng nguyên, mặc dù chúng không có tính đặc hiệu đối với kháng nguyên hoặc phân tử hoà hợp mô. Khác với epitope được nhận diện bởi tế bào T gắn vào vùng bản lề của phân tử hoà hợp mô và được nhận diện bởi thụ thể của tế bào T dành cho kháng nguyên, các siêu kháng nguyên hình như nhận diện các gốc nằm ngoài vùng gắn kháng nguyên của phân tử hoà hợp mô và thụ thể của tế bào T (hình 4,15). Như vậy siêu kháng nguyên gắn đồng thời với thụ thể của tế bào T và với phân tử hoà hợp mô và hoạt hoá một lượng lớn tế bào T. Các ví dụ của siêu kháng nguyên là độc tố ruột của Staphylococus (SEs) và độc tố gây ra hội chứng sốc do nhiễm độc tố của vi khuẩn gram dương S. aureus. Các độc tố này hình như có tác dụng hoạt hoá một lượng lớn các tế bào Th bằng sự liên kết chéo các thụ thể của tế bào T với bất kỳ phân tử MHC lớp II trên bề mặt các tế bào trình diện kháng nguyên. Người ta dự đoán rằng cứ 5 tế bào T thì sẽ có 1 tế bào được hoạt hoá bởi độc tố ruột của S. aureus. Điều này dẫn đến giải phóng một lượng lớn bất thường các cytokine dẫn đến sốc và tử vong thường gặp trong hội chứng sốc do nội độc tố S. aureus.