Tổng Quan Về Kháng Nguyên (Antigen)

Kháng nguyên đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bảo vệ của cơ thể, giúp nhận diện và loại bỏ các tác nhân ngoại lai có khả năng gây bệnh. Các tương tác phức tạp giữa kháng nguyên và hệ miễn dịch không chỉ giúp cơ thể chống lại bệnh tật mà còn tạo tiền đề cho các ứng dụng công nghệ sinh học và y học tiên tiến, từ chẩn đoán, điều trị đến phòng ngừa bệnh.

Kháng nguyên là gì?

Kháng nguyên (Antigen) hay chất sinh miễn dịch là các phân tử có khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch dưới dạng sản xuất kháng thể (Antibody). Phản ứng này nhằm mục đích bảo vệ cơ thể một cách tự nhiên khỏi các thực thể có hại. Chẳng hạn như độc tố, hoá chất, vi khuẩn, vi-rút và các chất khác từ bên ngoài cơ thể hay thậm chí là các mô và tế bào trong cơ thể (tế bào ung thư). 

Cấu trúc

Kháng nguyên thường là các protein hoặc polysaccharide, có thể tồn tại dưới dạng toàn bộ một vi sinh vật, một phân tử hoặc thậm chí là một mảnh nhỏ của một phân tử. Chúng thường có cấu trúc phức tạp và chứa các đặc điểm bề mặt đặc trưng, gọi là epitope. Epitope là nơi kháng thể hoặc thụ thể của tế bào miễn dịch nhận diện và gắn vào kháng nguyên, từ đó kích thích phản ứng miễn dịch.

Tính chất đặc trưng

• Tính sinh miễn dịch: Khả năng của kháng nguyên kích hoạt phản ứng miễn dịch. 
• Tính đặc hiệu: Kháng nguyên thường chỉ kích hoạt phản ứng với các kháng thể hoặc tế bào miễn dịch phù hợp, đảm bảo rằng chỉ có những tế bào miễn dịch nhất định được kích hoạt.

Các loại kháng nguyên

Kháng nguyên được phân loại thành nhiều nhóm, dựa trên nguồn gốc, tính chất và vai trò của chúng trong hệ miễn dịch.

Kháng nguyên ngoại sinh

• Có nguồn gốc từ bên ngoài cơ thể, do đó là “vật lạ” đối với cơ thể. Ví dụ như vi khuẩn, vi-rút, độc tố, chất gây dị ứng, protein từ mô và cơ quan được cấy ghép.
• Các kháng nguyên này có thể xâm nhập vào cơ thể thông qua vết thương, đường hô hấp hoặc tiêu hóa. Sau đó đi khắp cơ thể thông qua dịch cơ thể.
• Sự nhận diện các kháng nguyên ngoại sinh chủ yếu được thực hiện thông qua quá trình thực bào. Các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp (APC) như đại thực bào, tế bào tua, v.v.

Kháng nguyên nội sinh

• Có nguồn gốc từ bên trong cơ thể, qua quá trình trao đổi chất hoặc là kết quả của nhiễm trùng do vi-rút hoặc vi khuẩn nội bào.
• Thường là các tế bào của cơ thể (tế bào ung thư) hoặc các mảnh vỡ, hợp chất hoặc sản phẩm kháng nguyên của quá trình chuyển hóa.
• Những chất này thường được xử lý bởi đại thực bào và sau đó được phát hiện bởi tế bào T gây độc của hệ thống miễn dịch, loại bỏ các tế bào bị nhiễm bệnh.

Kháng nguyên tự thân

• Là các thành phần của tế bào cơ thể bị hệ miễn dịch nhầm lẫn không phải của “chính mình”, nhận diện như các tác nhân ngoại lai. 
• Gây ra phản ứng tự miễn, điển hình như trong bệnh lupus hoặc viêm khớp dạng thấp.

Xử lý và trình diện kháng nguyên

Xử lý và trình diện kháng nguyên là quá trình “tiêu hóa” kháng nguyên thành các mảnh peptide nhỏ hơn bởi các tế bào APC. Những mảnh peptide này được đưa lên bề mặt tế bào thông qua các phân tử đặc biệt là MHC lớp I và MHC lớp II. Sau đó, tế bào lympho đến và nhận biết được sự hiện diện của kháng nguyên, kích hoạt một loạt các phản ứng miễn dịch.

• MHC lớp I: Trình diện các peptide nội bào cho tế bào T gây độc (CD8+). Thường được tạo ra từ vi-rút (tế bào bị nhiễm vi-rút) hoặc tế bào ung thư.
• MHC lớp II: Trình diện các peptide ngoại bào cho tế bào T hỗ trợ (CD4+). Thường là các protein từ vi khuẩn hoặc các tác nhân ngoại lai khác, được các tế bào APC bắt giữ thông qua quá trình thực bào.

Con đường nội sinh (Trình diện MCH lớp I)

Con đường này chủ yếu xử lý và trình diện kháng nguyên nội sinh. Tức là kháng nguyên được sinh ra trong các tế bào của cơ thể (chẳng hạn như các protein vi-rút trong tế bào bị nhiễm hoặc các protein bất thường trong tế bào ung thư).

• Phá vỡ protein nội sinh: Các protein trong tế bào bị phá vỡ thành các peptide nhỏ nhờ phức hợp phân giải protein trong tế bào chất được gọi là proteasome.
• Chuyển peptide vào mạng lưới nội chất (ER): Các peptide được vận chuyển vào ER nhờ một hệ thống protein gọi là TAP (transporter associated with antigen processing).
• Gắn peptide với MHC lớp I: Trong ER, các peptide gắn vào phân tử MHC lớp I và phức hợp này được chuyển lên bề mặt tế bào.
• Trình diện trên bề mặt tế bào: Các phức hợp MHC I – peptide được trình diện trên bề mặt tế bào, nơi chúng có thể được nhận diện bởi tế bào T gây độc (CD8+). Khi các tế bào T CD8+ nhận diện các phức hợp MHC I mang peptide ngoại lai, chúng sẽ tiêu diệt tế bào bị nhiễm.

Con đường ngoại sinh (Trình diện MCH lớp II)

Con đường MHC lớp II chủ yếu xử lý và trình diện các kháng nguyên ngoại sinh. Tức là các tác nhân từ bên ngoài cơ thể xâm nhập vào, như vi khuẩn và độc tố. Chỉ các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp (APC) như đại thực bào, tế bào tua và tế bào B mới trình diện kháng nguyên qua con đường này.

• “Ăn” kháng nguyên ngoại sinh: Các tế bào trình diện kháng nguyên “ăn” các tác nhân ngoại lai qua quá trình thực bào hoặc nhập bào.
• Phá vỡ kháng nguyên trong phagosome: Kháng nguyên được phân giải thành các peptide ngắn trong các phagosome hoặc endosome nhờ các enzyme.
• Gắn peptide với MHC lớp II: Các peptide từ kháng nguyên ngoại sinh sẽ gắn vào phân tử MHC lớp II bên trong phagosome.
• Trình diện trên bề mặt tế bào: Phức hợp MHC II – peptide được đưa ra bề mặt tế bào APC và trình diện cho tế bào T hỗ trợ (CD4+), kích hoạt sản xuất các cytokine và giúp điều hòa phản ứng miễn dịch.

Con đường trình diện chéo

Trình diện chéo là một cơ chế đặc biệt mà một số tế bào APC, chủ yếu là tế bào tua, có thể xử lý và trình diện kháng nguyên ngoại sinh qua phân tử MHC lớp I, thay vì MHC lớp II. Cơ chế này rất quan trọng trong việc:

• Kích hoạt tế bào T CD8+ gây độc chống lại các tế bào bị nhiễm vi-rút hoặc tế bào ung thư.
• Giúp hệ miễn dịch phản ứng với các tác nhân lạ trong trường hợp mà các tế bào nhiễm bệnh không tự sản sinh kháng nguyên nội sinh.

Tương tác kháng nguyên – kháng thể

Tương tác kháng nguyên – kháng thể (Ag – Ab) có tính đặc hiệu rất cao, giống như “chìa khóa và ổ khóa”. Tương tác này là sự liên kết paratope của kháng thể với kháng nguyên đặc hiệu tại epitope của chúng. Một loạt các phản ứng miễn dịch được khởi phát nhằm loại bỏ hoặc tiêu diệt các kháng nguyên tương ứng. Khả năng chống lại nhiều tác nhân gây bệnh của kháng thể là do khả năng phân biệt các kháng nguyên khác nhau. 

Phức hợp Ag – Ab còn có khả năng kích hoạt bổ thể. Bổ thể có thể opsonin hóa vi khuẩn làm tăng cường thực bào, hoạt hóa các tế bào như tế bào bạch cầu đa nhân (PMN) và các đại thực bào, tham gia vào điều hòa các đáp ứng của kháng thể và hỗ trợ trong việc dọn dẹp phức hợp miễn dịch và các tế bào chết theo chương trình. 

Bệnh liên quan đến kháng nguyên

• Bệnh tự miễn: Lupus, viêm khớp dạng thấp, tiểu đường loại 1,… do hệ miễn dịch nhầm lẫn các kháng nguyên tự thân và kích hoạt các phản ứng tấn công chính mình.
• Dị ứng: Hệ miễn dịch phản ứng thái quá với các kháng nguyên an toàn trong môi trường (bụi, phấn hoa, chất gây dị ứng trong thực phẩm,…).
• Bệnh truyền nhiễm: HIV, lao, sốt rét,…
• Ung thư: Các kháng nguyên được tìm thấy trong khối u.
• Phản ứng thải ghép: Hệ miễn dịch nhắm vào các kháng nguyên có trong mô hoặc cơ quan của người hiến tặng.

Ứng dụng kháng nguyên trong các chẩn đoán

• Chẩn đoán bệnh: Kỹ thuật ELISA và Western blot là các phương pháp sử dụng tương tác kháng nguyên – kháng thể để phát hiện các bệnh truyền nhiễm và bệnh tự miễn.
• Sản xuất vắc-xin: Kháng nguyên là thành phần cốt lõi trong vắc-xin, giúp hệ miễn dịch nhận diện và tạo ra kháng thể bảo vệ cơ thể khỏi các mầm bệnh.
• Điều trị ung thư: Các kháng thể đơn dòng được thiết kế để nhận diện và gắn vào các kháng nguyên trên tế bào ung thư, giúp hệ miễn dịch tiêu diệt các tế bào này.
• Xét nghiệm chẩn đoán nhanh (RDT): Sử dụng phản ứng kháng nguyên – kháng thể để nhanh chóng xác định bệnh (SARS-CoV-2 và sốt rét).
• Xét nghiệm nhóm máu