Kháng nguyên là gì?
Kháng nguyên hiện diện trên virus, vi khuẩn, khối u và nhiều tế bào. Chúng được xem như một dấu hiệu cảnh báo hệ miễn dịch về các bất thường xuất hiện trong cơ thể. Vì vậy, kháng nguyên giữ vai trò vô cùng quan trọng với quá trình chẩn đoán và điều trị.
Kháng nguyên là gì?
Kháng nguyên (antigen, kí hiệu Ag) là các phân tử như protein, polysacarit hoặc chất lạ bất kì có thể kích thích phản ứng miễn dịch trong cơ thể, từ đó kháng thể được sản xuất. Kháng nguyên thường nằm trên bề mặt virus, tế bào và mang tính đặc hiệu cho từng loại tương ứng. Do đó, hệ miễn dịch có thể phân biệt giữa kháng nguyên của bản thân (self antigen) và kháng nguyên không phải của bản thân (non-self antigen).
Đặc tính của kháng nguyên
Đặc điểm và tính chất của kháng nguyên tác động đến khả năng sinh miễn dịch, do đó cơ thể sẽ xác định loại đáp ứng miễn dịch để tiêu diệt chúng. Những đặc tính của kháng nguyên bao gồm:
1.Bản chất ngoại lai
Kháng nguyên của bản thân không kích hoạt phản ứng miễn dịch. Các phân tử có bản chất lạ hay kháng nguyên không phải bản thân mới có khả năng này. Tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ như bệnh tự miễn khi hệ miễn dịch nhận diện sai protein của bản thân là tác nhân lạ, nên phản ứng miễn dịch xảy ra.
Khả năng sinh miễn dịch tăng khi kháng nguyên có mức độ ngoại lai cao. Ví dụ, loài A có mối quan hệ (về mặt di truyền và giải phẫu) xa với loài B. Khi A xâm nhập vào cơ thể B, kháng nguyên từ loài A khả năng cao sẽ gây ra đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, không phải tất cả các kháng nguyên từ loài khác đều có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch. Điều kiện cần và đủ là chúng phải có yếu tố quyết định kháng nguyên (epitope) để liên kết với paratope trên kháng thể. Nếu một yếu tố mang bản chất ngoại lại nhưng thiếu điều kiện trên cũng không thể sinh miễn dịch.
2.Tính chất hóa học
Khả năng sinh miễn dịch của kháng nguyên thay đổi tùy thuộc vào bản chất phân tử của kháng nguyên đó. Khả năng sinh miễn dịch tăng khi:
- Protein: kháng nguyên là phân tử protein, phân tử polysacarit sinh miễn dịch thấp hơn.
- Vùng sinh miễn dịch: protein cần chứa vùng sinh miễn dịch để có thể trở thành kháng nguyên. Những vùng này gồm các axit amin như lysine, glutamine, arginine, axit glutamic, asparagine và axit aspartic.
- Nhóm chức: chứa nhiều nhóm chức ưa nước hoặc tích điện.
- Dạng heteropolymer: tạo thành từ hai hoặc nhiều đơn phân (monomer) khác nhau. Dạng này có khả năng sinh miễn dịch tốt hơn homopolymer chỉ chứa một monomer lặp lại nhiều lần.
3.Kích thước
Kháng nguyên thường phải có kích thước lớn hơn 5000 Da (Dalton—đơn vị đo khối lượng phân tử) để có thể sinh miễn dịch. Đối với chất có trọng lượng phân tử thấp như haptens vẫn có khả năng sinh miễn dịch khi kết hợp với các phân tử protein chất mang lớn hơn.
4.Cấu trúc phân tử
Cấu trúc cứng và phức tạp của phân tử kháng nguyên là những yếu tố quan trọng để đánh giá khả năng sinh miễn dịch. Phân tử có độ cứng cao sẽ duy trì cấu trúc ổn định, nên hệ miễn dịch nhận diện dễ dàng hơn. Ngoài ra, khi phân tử có cấu trúc phức tạp, khả năng cao có nhiều epitope hiện diện trên bề mặt, dẫn đến tăng hiệu quả đáp ứng miễn dịch.
5.Yếu tố quyết định kháng nguyên và phản ứng chéo
Kháng nguyên cần có yếu tố quyết định kháng nguyên (epitope) để tương tác với kháng thể. Hệ miễn dịch nhận diện epitope, sau đó hoạt hóa quá trình sản xuất kháng thể. Kháng nguyên chứa nhiều epitope khác nhau sẽ làm tăng khả năng nhận diện miễn dịch, từ đó tạo ra nhiều loại kháng thể tương ứng với từng epitope trên kháng nguyên.
Phản ứng chéo xảy ra khi các kháng nguyên khác nhau có epitope chung hoặc tương tự. Lúc này, kháng thể được tạo ra có thể liên kết với nhiều loại kháng nguyên. Phản ứng chéo dẫn đến bệnh tự miễn trong trường hợp kháng nguyên của bản thân có cùng epitope với kháng nguyên gây bệnh. Tuy nhiên, phản ứng chéo cũng mang lại lợi ích đối với hoàn cảnh nhất định. Ví dụ nếu một virus mới xâm nhập vào cơ thể, chúng biểu hiện kháng nguyên tương tự loại virus khác mà hệ miễn dịch đã từng gặp. Lúc này, kháng thể tồn tại sẵn có thể ngăn chặn virus mới lây lan với một mức độ nhất định.
Các loại kháng nguyên
Kháng nguyên được phân loại dựa trên nguồn gốc của chúng.
1.Kháng nguyên ngoại sinh
Kháng nguyên ngoại sinh là các chất lạ có nguồn gốc từ bên ngoài bao gồm virus, vi khuẩn, phấn hoa, ký sinh trùng và nấm. Chúng xâm nhập vào cơ thể qua nhiều con đường khác nhau như mũi, miệng hoặc vết thương hở. Tế bào trình diện kháng nguyên (Antigen Presenting Cell – APC) xử lí những kháng nguyên này thông qua hoạt động thực bào, sau đó trình diện chúng cho hệ miễn dịch nhận diện và bắt đầu đáp ứng. Một số kháng nguyên như virus nội bào có thể chuyển từ ngoại sinh sang nội sinh. Hiện tượng này diễn ra khi virus nội bào lây nhiễm rồi phát triển bên trong tế bào chủ.
2.Kháng nguyên nội sinh
Kháng nguyên nội sinh tồn tại bên trong cơ thể. Chúng là sản phẩm của quá trình chuyển hóa tế bào bình thường hoặc phát sinh do tế bào nhiễm virus, vi khuẩn nội bào. Đại thực bào sẽ xử lí kháng nguyên nội sinh, sau đó trình diện chúng cho tế bào T gây độc (T CD8+).
Phức hợp kháng nguyên bạch cầu của người (HLA) là kháng nguyên nội sinh điển hình, chúng tồn tại trên tất cả tế bào ngoại trừ hồng cầu. Trong phẫu thuật cấy ghép mô hoặc cơ quan, phức hợp HLA quyết định sự tương thích giữa người cho và người nhận.
Một ví dụ khác là kháng nguyên nhóm máu nằm trên bề mặt hồng cầu, bao gồm kháng nguyên A (qui định nhóm máu A) và kháng nguyên B (qui định nhóm B). Người nhóm máu AB có cả hai kháng nguyên này. Người thuộc nhóm máu O không có bất kì kháng nguyên nào trên tế bào hồng cầu. Ngoài ra, dấu “+” trong nhóm máu cho biết có yếu tố Rhesus hiện diện, ngược lại là dấu “-“.
Kháng nguyên nhóm máu rất quan trọng, khi người bệnh được truyền nhóm máu không tương thích với kháng nguyên của mình, phản ứng miễn dịch nghiêm trọng có thể xảy ra. Trường hợp truyền nhóm máu B cho một người thuộc nhóm máu A, kháng thể sẽ tấn công kháng nguyên B mới nhận. Tuy nhiên, nếu người nhận thuộc nhóm máu AB, cơ thể sẽ nhận diện được kháng nguyên B và không sinh miễn dịch. Đó cũng là lí do tại sao nhóm máu O có thể truyền cho tất cả nhóm máu khác.
Ảnh: Bất đồng nhóm máu Rhesus
Nguồn: HealthJade
3.Tự kháng nguyên
Tự kháng nguyên là các protein hoặc phức hợp protein tồn tại trong tế bào của cơ thể. Thông thường, hệ miễn có thể nhận biết và dung nạp những kháng nguyên này. Tuy nhiên, một số nguyên nhân gồm yếu tố di truyền (đột biến gen) hoặc yếu tố môi trường (tiếp xúc với hóa chất độc hại) có thể ảnh hưởng đến hệ miễn dịch. Do đó, cơ thể mất khả năng dung nạp kháng nguyên của bản thân. Cuối cùng, hệ miễn dịch tấn công các tế bào, mô của chính cơ thể rồi gây ra bệnh tự miễn.
Một số tự kháng nguyên liên quan đến bệnh tự miễn như:
- Lupus ban đỏ do kháng thể kháng nhân
- Bệnh đa xơ cứng do kháng nguyên myelin
4.Kháng nguyên khối u
Trong các tế bào khối u, đột biến gen tạo ra protein bất thường biểu hiện trên bề mặt khối u. Những protein này là kháng nguyên khối u nếu chúng có khả năng sinh miễn dịch.
Hệ miễn dịch nhận diện và xử lí tế bào khối u thông qua 2 con đường:
- Phân tử MHC lớp I trình diện kháng nguyên khối u cho tế bào T gây độc
- Phân tử MHC lớp II trình diện kháng nguyên khối u cho tế bào T hỗ trợ
Hiện nay, công nghệ giải trình tự gen phát triển cho phép xác định kháng nguyên mới trong khối u riêng lẻ. Điều này dẫn đến hướng điều trị ung thư mới—liệu pháp miễn dịch. Phương pháp này khai thác hệ miễn dịch cá nhân người bệnh để nhắm mục tiêu và tấn công chọn lọc tế bào khối u, từ đó mang lại kết quả tích cực.
Xem thêm: Tế bào ung thư hình thành như thế nào?
Ảnh: Vai trò của tế bào T trong hệ miễn dịch
Nguồn: U.S. National Library of Medicine
Phản ứng của cơ thể khi tiếp xúc với kháng nguyên
Khi kháng nguyên hiện diện tại vị trí bất kì trong cơ thể, tế bào B sẽ di chuyển đến và sử dụng thụ thể của mình để kiểm tra. Nếu phù hợp, tế bào B tạo ra kháng thể liên kết đặc hiệu với kháng nguyên đó nhằm hình thành phức hợp miễn dịch. Tương tác kháng nguyên-kháng thể có tính đặc hiệu, nghĩa là epitope trên kháng nguyên chỉ gắn được với paratope trên kháng thể tương ứng (giống chìa khóa và ổ khóa). Tính đặc hiệu này được xác định dựa trên trình tự axit amin của epitope và paratope.
Phức hợp miễn dịch hoạt hóa các phản ứng khác nhau nhằm loại bỏ mầm bệnh. Phức hợp với kích thước lớn có thể kích hoạt đáp ứng miễn dịch dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, phức hợp này còn tham gia điều chỉnh quá trình sản xuất kháng thể.
Ngoài ra, hệ miễn dịch có khả năng ghi nhớ kháng nguyên đã gặp. Do đó, nếu cơ thể tiếp xúc với kháng nguyên tương ứng, hệ miễn dịch sẽ phản ứng nhanh và hiệu quả hơn. Người ta ứng dụng trí nhớ miễn dịch để sản xuất vaccine. Thành phần của vaccine bao gồm các kháng nguyên dạng sinh miễn dịch. Sau khi tiêm vào cơ thể, chúng giúp hệ miễn dịch ghi nhớ kháng nguyên từ mầm bệnh cụ thể, từ đó giúp phòng ngừa bệnh tật.
Xét nghiệm kháng nguyên
Xét nghiệm kháng nguyên thường dùng để phát hiện dấu hiệu tồn tại của một loại kháng nguyên nào đó trong cơ thể. Mẫu dùng để phân tích kháng nguyên khác nhau tùy thuộc vào mục đích xét nghiệm. Đối với chẩn đoán bệnh do virus gây ra, bác sĩ sử dụng một que dài có đầu bông để ngoáy dịch mũi hoặc dịch họng người bệnh để lấy mẫu. Trường hợp tìm kiếm dấu hiệu ung thư hoặc kiểm tra khả năng tương thích của mô, bệnh nhân cần xét nghiệm mẫu máu, nước tiểu hoặc phân để kiểm tra kháng nguyên. Một số xét nghiệm kháng nguyên phổ biến hiện nay bao gồm
1.Xét nghiệm kháng nguyên ung thư biểu mô phôi (CEA)
Kháng nguyên ung thư biểu mô phôi hiện diện với nồng độ thấp trong cơ thể người trưởng thành. Tuy nhiên, ung thư khiến lượng CEA trong máu tăng cao. Do đó, bác sĩ thường theo dõi mức CEA của bệnh nhân ung thư thông qua xét nghiệm này nhằm xác định tính hiệu quả của phác đồ điều trị.
2.Xét nghiệm kháng nguyên bề mặt virus viêm gan B (HBsAg)
Kháng nguyên trên bề mặt virus viêm gan B thường được kết hợp với các xét nghiệm khác giúp chẩn đoán bệnh viêm gan B.
3.Xét nghiệm kháng nguyên bạch cầu người (HLA)
Mỗi người đều sở hữu một HLA nhất định. Do đó, trước khi tiến thành cấy ghép tạng hoặc tế bào gốc, bệnh nhân phải thực hiện xét nghiệm này để kiểm tra mức độ tương tự giữa hai HLA của người cho và nhận. Ngoài ra, người nhận cần đảm bảo cơ thể họ không tạo ra kháng thể liên kết với HLA của người cho. Nếu phức hợp miễn dịch hình thành, cơ thể người nhận sẽ tấn công cơ quan hoặc tế bào mới được cấy ghép, dẫn đến bệnh mảnh ghép chống kí chủ (GVHD).
4.Xét nghiệm kháng nguyên đặc hiệu tuyến tiền liệt (PSA)
Nồng độ PSA tăng cao có thể là dấu hiệu của ung thư tuyến tiền liệt hoặc phì đại, viêm tuyến tiền liệt.
5.Xét nghiệm kháng nguyên của virus SARS-Cov-2
Xét nghiệm này được ứng dụng rộng rãi giúp phát hiện kháng nguyên của virus gây ra bệnh COVID-19 từ mẫu dịch mũi hoặc họng.
Xem thêm: Vaccine mRNA COVID-19 (Pfizer-BioNTech)
Lời kết
Kháng nguyên có vai trò thiết yếu trong nhiều khía cạnh khác nhau của hệ thống sinh học con người. Chúng ảnh hưởng đến hoạt động và tương tác của tế bào miễn dịch. Ngoài ra, các chỉ số kháng nguyên giúp bác sĩ đánh giá tình trạng sức khỏe của mỗi cá nhân. Vì vậy, hiểu rõ cơ chế kháng nguyên hoạt động mở ra cơ hội nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều trị bệnh cũng như vaccine, từ đó chất lượng cuộc sống và sức khỏe được cải thiện ngày một tốt hơn.
References
- American Society for Microbiology. How the SARS-CoV-2 EUA Antigen Tests Work. Retrieved January 25, 2024 from https://asm.org/Articles/2020/August/How-the-SARS-CoV-2-EUA-Antigen-Tests-Work
- Catalog of Genes and Diseases from OMIM. BLOOD GROUP, ABO SYSTEM. Retrieved January 25, 2024 from https://www.omim.org/entry/616093
- Cleveland Clinic. Antigen. Retrieved January 25, 2024 from https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/24067-antigen
- Frontiers. Editorial: Insights in antigen presenting cell biology: 2021. Retrieved January 25, 2024 from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2022.1079913/full
- Mayo Clinic. PSA test. Retrieved January 25, 2024 from https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/psa-test/about/pac-20384731
- MSD Manuals. Overview of the Immune System. Retrieved January 25, 2024 from https://www.msdmanuals.com/home/immune-disorders/biology-of-the-immune-system/overview-of-the-immune-system
- National Institute of Health. The structural basis of antibody-antigen recognition. Retrieved January 25, 2024 from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24115948/
- Radiopaedia. CEA. Retrieved January 25, 2024 from https://radiopaedia.org/articles/cea?lang=us
- World Health Organization How do vaccines work? Retrieved January 25, 2024 from https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/how-do-vaccines-work