Trang chủ

www.docsachysinh.com

Ebook online

Đọc sách Y sinh || www.docsachysinh.com || Microworld - Macromind

 

SRESS TẾ BÀO, LỘ TRÌNH VIÊM VÀ SỰ LÃO HÓA TẾ BÀO

Bùi Diễm Khuê - Phùng Trung Hùng - Nguyễn Phước Long

Tóm tắt                                                                                            

Hình 45.1: Một số phân tử vô cơ tham gia vào đáp ứng viêm

Tế bào có những lộ trình tín hiệu nội sinh (intrinsic signalling mechanisms) có khả năng nhận biết (sensing) những tình trạng có hại khác nhau, cả bình thường và bệnh lý, và rồi đáp ứng bằng cách sắp đặt (mounting) các đáp ứng đa dạng với stress. Ví dụ, tín hiệu bình thường là các cytokines gây ra đáp ứng viêm ở tế bào. Tín hiệu bệnh lý bao gồm tia UV và tia X, hydrogen peroxide (H2O2), giảm oxy mô đột ngột và gây tổn thương lý hóa do nhiệt hay hóa chất độc hại. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt khi tín hiệu stress không quá nghiêm trọng, tế bào có thể sống sót và thậm chí có thể chịu được tổn thương sau đó. Nếu tế bào đang tăng trưởng, những tổn thương dưới ngưỡng gây chết có thể làm cho tế bào ngừng tăng trưởng tạm thời, cho phép đủ thời gian sửa chữa tổn thương, hoặc tiến trình phát triển tế bào có thể bị ngừng lâu hơn và tế bào sẽ đi vào tình trạng lão hóa. Một ví dụ khác của cơ chế sống còn được bảo tồn về mặt tiến hóa là sự tự thực, nó cho phép tế bào ứng phó với nhưng thời kì đói. Tuy nhiên, nếu stress quá nặng nề, tế bào sẽ chết thông qua một quá trình hoại tử nhanh chóng và thảm khốc (catatrosphic), hoặc thông qua một quá trình chậm hơn và có kiểm soát hơn được thực hiện bởi một quá trình mang tính điều hòa cao của sự chết tế bào có chương trình, hay thường được gọi là apoptosis.

Mặc dù đặc điểm hình thái của sự hoại tử và sự chết tế bào có chương trình (apoptosis) có sự khác biệt rõ ràng, nhưng hai quá trình này cũng có một số điểm tương đồng ở chỗ chúng được gây ra bởi các kích thích tương tự nhau, và thường sử dụng cùng các cơ chế tín hiệu. Sự hoại tử xảy ra khi tế bào bị tổn thương áp đảo và nhanh chóng tan rã. Thể tích tế bào tăng lên nhanh chóng, ti thể bị phình lên, và màng bào tương đột ngột gián đoạn làm phóng thích vật chất chứa trong tế bào vào khoảng gian bào, nơi mà nó có thể sinh ra đáp ứng viêm. Ngược lại, sự chết tế bào có chương trình (apoptosis) diễn ra trật tự hơn, trong đó proteases và nucleases trong phạm vi màng bào tương nguyên vẹn tách rời khỏi tế bào bị teo dần về kích thước và sau đó bị các tế bào lân cận nhấn chìm, do đó tránh được bất kỳ phản ứng viêm nào.

Đáp ứng viêm

Hệ miễn dịch bẩm sinh là hàng rào đầu tiên chống lại sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh. Nó không chỉ khởi đầu một đáp ứng viêm nhanh và mạnh để tấn công tác nhân gây bệnh ngoại lai mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc hoạt hóa đáp ứng miễn dịch thích ứng chậm hơn. Đáp ứng miễn dịch chậm gây ra sự hoạt hóa tế bào B và T đặc hiệu để mở rộng hệ thống chống đỡ của vật chủ. Hàng rào chống đỡ ban đầu trong suốt đáp ứng bẩm sinh được thực hiện bởi một chuỗi phức hợp của tương tác tế bào, gọi chung là đáp ứng viêm. Các tế bào chính tham gia bao gồm tiểu cầu, đại thực bào, dưỡng bào, bạch cầu trung tính và tế bào nội mô. Các đặc tính tiếp theo về đáp ứng viêm sẽ được trình bày và nhấn mạnh vào lộ trình tín hiệu dùng để kiểm soát sự tham gia của những loại tế bào khác nhau này:

1.      Tổn thương mô: Nhiều đáp ứng viêm khởi đầu với tổn thương mô, hiện tượng này hoạt hóa hệ thống bổ thể để phóng thích các yếu tố bổ thể nhằm huy động tế bào viêm (như bạch cầu trung tính chẳng hạn).

2.      Tổn thương tế bào nội mô: Một dạng đặc biệt của tổn thương mô xảy ra khi tế bào nội mô bị phá vỡ. Các tế bào phóng thích hóa chất trung gian gây viêm như thrombin và bradykinin chính là nguyên nhân gây ra đỏ, đau và sưng do mạch máu tại chỗ bị giãn và tăng tính thấm với dịch và protein máu. Trong các protein này, một số là yếu tố bổ thể và kháng thể IgG bao bọc tác nhân gây bệnh, dẫn đến sự thực bào. Tế bào nội mô cũng phóng thích sphingosine 1-phosphate (S1P), chất này cũng có thể ảnh hưởng tính thấm thành mạch.

3.      Sự kết tập tiểu cầu và tạo thành huyết khối. Thrombin gây ra bởi tổn thương tế bào nội mô có vai trò chính trong các quá trình này. Đối với sự tạo huyết khối, thrombin có vai trò chuyển fibrinogen thành  fibrin, đồng thời khởi đầu các đợt phản ứng gây ra sự tương tác chéo các đơn phân (monomers) tạo thành các lưới xơ ngăn cản dòng máu. Thrombin góp phần vào sự hoạt hóa tín hiệu Ca2+ giúp kiểm soát nhiều phần trong quá trình kết tập tiểu cầu.

4.      Tính thấm nội mô: Tế bào nội mô kiểm soát dòng chất và tế bào từ huyết tương vào khoảng gian bào. Bình thường, dòng chảy này bị hạn chế hoàn toàn. Tuy nhiên, khi viêm, nhiều hóa chất trung gian như thrombin, bradykinin và histamine cao có thể tăng tính thấm mạnh mẽ bằng cách co rút tế bào để mở đường cận tế bào.

5.      Sự tăng sinh tế bào: Trong suốt quá trình lành vết thương, có một lượng lớn tế bào tăng sinh để cung cấp tế bào mới cho sự tái cấu trúc mô. Một số quá trình tăng sinh được điều khiển bởi yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc từ tiểu cầu (PDGF) và yếu tố tăng trưởng biến hình β (TGF-β). Sự tăng sinh tế bào xảy ra nhiều ở nguyên bào sợi và những tế bào trung mô khác. Sự tăng sinh tế bào nội mô cũng có thể gia tăng như một phần của quá trình tân tạo mạch để sửa chữa những mạch máu bị hư hại. Sự phóng thích yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) đóng vai trò quan trọng trong việc kích hoạt sự gia tăng này trong sự tăng sinh của tế bào nội mô. Cả tiểu cầu và tế bào nội mô phóng thích sphingosine 1-phosphate, một trong những phân tử tín hiệu loại lipid được tạo bởi lộ trình tín hiệu sphingomyelin.

6.      Hoạt hóa đại thực bào. Đại thực bào tồn tại hàng tháng thậm chí nhiều năm, bố trí trong nhiều cơ quan, nơi chúng hoạt động như “lính canh” thường trực để sẵn sàng khởi đầu một phản ứng viêm thông qua hai cơ chế chính. Thứ nhất, chúng có thể phản ứng với các tín hiệu từ tác nhân gây bệnh bằng cách phóng thích một lượng lớn hóa chất trung gian gây viêm như chemokines. Ngoài ra, có khả năng là đại thực bào có các thụ thể có thể phát hiện acid uric tạo ra từ chuyển hóa acid nucleic ở các tế bào chết. Thứ hai, chúng loại bỏ tác nhân gây bệnh bằng cách bao lấy các tác nhân này trong quá trình thực bào.

Tác nhân gây bệnh khởi đầu sự hoạt hóa đại thực bào bằng cách phóng thích PAMPs. Các phân tử PAMPs này hoạt động thông qua nhiều thụ thể Toll-like (TCRs) để kích thích lộ trình tín hiệu của yếu tố nhân κB (NF-κB). Đối với đại thực bào, PAMPs giúp điều hòa hoạt động phiên mã của nhiều thành phần góp phần vào phản ứng viêm, như yếu tố hoại tử u α (TNFα), interleukin 1 (IL-1) và IL-6. PAMPs có tác dụng tương tự ở dưỡng bào. Các tác nhân gây bệnh bị bao bọc bởi kháng thể (IgG và IgM) hoạt hóa hệ thống bổ thể để phóng thích các yếu tố bổ thể như C3a và C5a, đó là những yếu tố hoạt động như phân tử hóa hướng động (chemoattractants) cho tế bào viêm như bạch cầu đa nhân trung tính (neutrophils) là một ví dụ. Ngoài ra, các tác nhân gây bệnh bị bao bọc được “đánh dấu” cho quá trình thực bào bởi đại thực bào.

Hình 45.2: Tóm tắt đáp ứng viêm với tổn thương mô và tác nhân gây bệnh. Hệ thống miễn dịch bẩm sinh được kích hoạt bởi các tín hiệu phát sinh từ mô tổn thương và các tác nhân gây bệnh để hoạt hóa các tế bào như đại thực bào, bạch cầu trung tính, dưỡng bào, tiểu cầu và tế bào nội mô, góp phần vào chuỗi phối hợp các phản ứng để loại bỏ tác nhân gây bệnh cũng như sửa chữa mô tổn thương. Các tế bào nội mô được mô tả ở ba trạng thái: dạng phẳng bình thường (màu xanh), co lại để tăng tính thấm nội mô (vàng nhạt) và tế bào bị tổn thương (vàng đậm), nơi sự kết tập tiểu cầu xảy ra trong quá trình tạo thành nút chặn huyết khối. Chi tiết của các phản ứng này được mô tả trong bài đọc.

 

7.      Hoạt hóa dưỡng bào. Các dưỡng bào định cư tại chỗ đóng vai trò quan trọng trong việc khởi đầu đáp ứng viêm. Các kháng nguyên liên kết chéo với IgE bao quanh FcεRIs để kích hoạt nhiều cơ chế tín hiệu dưỡng bào phóng thích histamine và các hóa chất trung gian gây viêm khác.

8.      Sự chiêu mộ và hoạt hóa bạch cầu đa nhân trung tính (neutrophil). Neutrophil có thời gian bán hủy tương đối ngắn, tuần hoàn trong máu vài giờ trước khi di chuyển vào mô liên kết xung quanh, đặc biệt ở vị trí viêm, và chỉ hoạt động vài ngày ở đó. Neutrophil dùng hai lộ trình chính để xuyên qua lớp nội mô của tế bào. Quan điểm thường được chấp nhận là neutrophil ép lại để đi qua khe tế bào. Một cơ chế khác, neutrophil sử dụng podosome để tạo ra năng lượng giúp nó đi xuyên qua khe tế bào. Sau đó, một quá trình hóa hướng động bạch cầu đa nhân trung tính thu hút những bạch cầu này đến vị trí viêm; trong suốt quá trình đó, các tế bào theo gradient của các chemokines, các yếu tố bổ thể (C3a và  C5a) và fMet-Leu-Phe (fMLP). fMLP, một sản phẩm thoái biến (breakdown) của vi khuẩn, là một phân tử hóa hướng động kinh điển.

9.      Sự biệt hóa bạch cầu đơn nhân (monocyte). Bạch cầu đơn nhân theo một lộ trình tương tự bạch cầu đa nhân trung tính. Chúng thâm nhập qua lớp nội mô để vào khoảng gian bào, nơi chúng biệt hóa thành đại thực bào.
Đáp ứng viêm được điều hòa ở mức cao và phụ thuộc vào cơ chế tiền viêm (pro-inflamatory) xảy ra sớm (như mô tả ở trên), nhưng bị trung hòa từ từ bởi nhiều lộ trình kháng viêm trung gian bởi các yếu tố như cytokines [interleukin-10 (IL-10)], hormone và các chất dẫn truyền thần kinh [acetylcholine, peptid ruột vận mạch (vasoactive intestinal  peptide - VIP) và polypeptid hoạt hóa adenyl cyclase tuyến yên (pituitary adenylate  cyclase- activating polypeptide - PACAP)]
Mặc dù diễn biến của một đáp ứng viêm là có lợi, nhưng có những trường hợp mà đáp ứng này ngoài tầm kiểm soát và bắt đầu gây hại, do sản phẩm cytokine viêm dư thừa như TNFα, IL-1β và IL-6 gây ra phù và tổn thương mô. Thật vậy, viêm cấp và mạn liên quan đến nhiều bệnh, như nhiễm trùng huyết, viêm khớp dạng thấp, viêm ruột (bao gồm bệnh Crohn và viêm loét đại tràng), hội chứng suy hô hấp (respiratory distress syndrome), viêm phúc mạc và viêm tim (carditis). Đối với não, nhiều bệnh thoái hóa thần kinh có thể do hoạt hóa thụ thể TLR 4 ở vi tế bào đệm (microglia cell) gây ra đáp ứng viêm.

Các cytokine viêm

Có nhiều cytokine và các tác nhân liên quan gây ra viêm. Hai trong số các cytokine chính là yếu tố hoại tử u-α (TNFα) và interleukin-1 (IL-1).

 

Yếu tố hoại tử u (TNF)

TNF có hai dạng chính được nói tới ở đây: TNFα (được biết như cachetin vì nó điều hòa sốt và chứng suy mòn - cachexia) và TNF-β (lymphotoxin). Trong hầu hết các mục đích, chúng được xem xét cùng với nhau. TNF là cytokine tiền viêm mạnh chịu trách nhiệm cho nhiều hiệu ứng có hại như nhiễm trùng do vi khuẩn, viêm khớp dạng thấp và bệnh Crohn. TNF hoạt động trên thụ thể TNF (TNF-R) để chiêu mộ những lộ trình tín hiệu khác nhau:

     TNFα hoạt hóa lộ trình tín hiệu của yếu tố nhân κB  (NF-κB).

     TNF-R có thể hoạt hóa caspase 8 để khởi đầu lộ trình bên ngoài của sự chết có chương trình (apoptosis).

     TNFα hoạt hóa lộ trình tín hiệu sphingomyelin.

     TNFα được phóng thích từ tế bào hình sao (folliculo stellate – FS) để đáp ứng với lipopolysaccharide (LPS)

Thụ thể TNFα bị bất hoạt thông qua quá trình phát tán ngoại bì (ectoderm shedding). Đột biến ở vị trí phân tách của thụ thể TNF ngăn cản điều hòa ngược bởi enzyme ADAM chịu trách nhiệm cho sự phát tán của nó, là nguyên nhân của hội chứng sốt có chu kỳ liên quan với thụ thể TNF (TNF-receptor-associated periodic febrile syndrome - TRAPS).

 

Tiểu cầu

Hình 45.3: Cấu trúc của tiểu cầu ở dạng không dính và dính. Các tiểu cầu tuần hoàn không nhân có dạng đĩa hai mặt lồi và dính, hình dạng này được duy trì bởi một vòng vi ống. Các tác nhân kết tập gây ra thay đổi cấu trúc đáng kể như sự chuyển dạng đĩa thành dạng cầu dính, có khả năng kết tập với nhau để tạo huyết khối. Vòng vi ống bị phá vỡ và các vi sợi actin ngoại biên được sửa đổi lại để tạo thành các sợi dài khu trú trong nhiều chân giả. Các hạt α hòa nhập với màng bào tương để phóng thích chất chứa như một phần của quá trình hoạt hóa tạo huyết khối.

 

Tiểu cầu tuần hoàn tự do trong huyết tương, đóng vai trò chính trong việc sửa chữa mạch máu bị tổn thương bằng cách tập hợp lại để tạo thành huyết khối để ngăn chảy máu. Trong quá trình tạo thành huyết khối, tiểu cầu không chỉ cung cấp các khối (building block) để tạo nên nút chặn cầm máu mà còn góp phần vào chuỗi đông máu huyết tương, dẫn đến sự tạo thành fibrin giúp ổn định nút chặn này nhằm ngăn dòng chảy của máu.

 

Tiểu cầu tuần hoàn trong máu như những đĩa 2 mặt lồi không nhân, không dính, dài khoảng 2.5 µm. Màng tiểu cầu có nhiều chỗ lõm vào hình ống, thường nằm gần các đoạn lưới nội bào (ER). Một vòng vi ống nằm ở mặt phẳng xích đạo, và người ta cho rằng nó có chức năng duy trì dạng đĩa của tiểu cầu. Ngay bên dưới màng bào tương là một lớp vi sợi actin tạo nên 15% protein của toàn tiểu cầu. Bào tương có các hạt α dự trữ nhiều tác nhân kết tập (aggregating agents). Đáp lại một loạt các kích thích, tiểu cầu tuần hoàn dạng đĩa chuyển dạng thành hình cầu có nhiều chân giả chứa sợi actin dài. Các hạt α phóng thích chất chứa và sự chế tiết này là một phần quan trọng trong quá trình hoạt hóa tiểu cầu. Khi một thành mạch bị tổn thương, các tế bào nội mô lót thành mạch máu không còn chức năng hàng rào và máu bắt đầu rỉ qua chất nền ngoại bào (ECM) và sự liên hệ giữa máu và chất nền ngoại bào kích hoạt chuỗi hoạt hóa tiểu cầu:

 

(a)    Một trong những tương tác đầu tiên là sự dính tiểu cầu vào các thành phần ECM như yếu tố von Willebrand nằm ở bề mặt của sợi collagen. Vì sự tương tác giữa WF và phức hợp thụ thể glycoprotein (GP) 1b–GPIX–GPV trên bề mặt tiểu cầu không đủ mạnh, nó dễ tạo thành và dễ phá hủy, nên tiểu cầu “lăn” qua bề mặt của ECM.

(b)   Do lăn trên bề mặt ECM nên thụ thể glycoprotein (GPIV) trên bề mặt tiểu cầu liên lạc có ý nghĩa hơn với glycogen để khởi động quá trình hoạt hóa và chế tiết (secretion) tiểu cầu. Trong suốt quá trình hoạt hóa, các tiểu cầu trải qua một sự thay đổi ấn tượng về hình dạng. Đĩa không bám dính chuyển dạng thành hình cầu với nhiều chân giả và bắt đầu kết dính cao, cho phép kết tập các tế bào đã được hoạt hóa.

(c)    Ngoài sự thay đổi hình dạng, các tiểu cầu được hoạt hóa bắt đầu tiết chất chứa trong hạt α để giải phóng các phân tử như ATP và ADP đóng vai trò quan trọng trong phản ứng kết tập sau đó. Có lẽ các bề mặt collagen sẵn có nhanh chóng được bao phủ bởi các tiểu cầu đã hoạt hóa, và những kích thích kết tập bổ sung là cần thiết để hoạt hóa các tiểu cầu mới đến để tạo thành huyết khối.

(d)   Sự giải phóng ADP và sự tạo thành các chất hoạt hóa khác như eicosanoid thromboxane A2  (TXA2) và thrombin tạo ra một môi trường tại chỗ cung cấp một vòng phản hồi dương, theo đó các tiểu cầu ban đầu được hoạt hóa trên bề mặt collagen có khả năng kích hoạt các tiểu cầu chảy qua vùng đang tạo huyết khối.

(e)    Các tiểu cầu mới đến được hoạt hóa bởi các hóa chất trung gian hòa tan (ADP, thrombin và TXA2) có độ kết dính cao và nhanh chóng dính vào huyết khối đang tạo. Sự tiến triển của kết tập tiểu cầu được tạo điều kiện bởi hệ thống tín hiệu integrin và tín hiệu thụ thể ephrin (Eph). Các sợi fibrin bắt đầu xuất hiện xung quanh các tiểu cầu đã kết tập.

(f)    Khi huyết khối đã đạt đến một kích thước nhất định, tiến trình co rút huyết khối xảy ra, và bằng cách nào đó, sự co phối hợp của các tiểu cầu sẽ kéo các tế bào đã kết tập và fibrin gần nhau để tạo thành chỗ niêm không thấm nước (nút cầm máu).

(g)   Để đảm bảo quá trình phản hồi dương chịu trách nhiệm cho sự hoạt hóa nhanh chóng tiểu cầu và sự tạo huyết khối không ngoài tầm kiểm soát, các tế bào nội mô xung quanh bố trí một vòng phản hồi âm bởi sự phóng thích prostaglandin  I2 (PG I2) và nitric oxide (NO) để tắt sự hoạt hóa tiểu cầu thêm nữa.

 

Chuỗi hoạt hóa tiểu cầu được kiểm soát bởi nhiều lộ trình tín hiệu:

 

1.      Khi tiểu cầu tiếp xúc với chất nền ngoại bào (ECM) tại vị trí tổn thương mạch máu, một trong những tương tác đầu tiên xảy ra là để phức hợp GP1b–GPIX– GPV ở bề mặt tiểu cầu tương tác với vWF trên bề mặt của collagen. Phức hợp GP1b–GPIX– GPV bao gồm 4 GPs khác nhau. Có hai tiểu đơn vị GPIbα, hai tiểu đơn vị GPIbβ, hai tiểu đơn vị GPIX và 1 tiểu đơn vị GPV. Một cầu nối disulfide liên kết các tiểu đơn vị GPIbα và GPIbβ với nhau. Tiểu đơn vị GPIbα có vẻ đặc biệt quan trọng vì nó có vị trí gắn cho vWF và đuôi bào tương của nó liên kết với bộ xương tế bào (cytoskeleton). Tương tác giữa vWF và GP1b–GPIX– GPV tương đối yếu, cho phép tiểu cầu lăn trên bề mặt của collagen (xem bước a trong hình) và có lẽ điều này thiết lập giai đoạn cho tương tác kế tiếp. Hội chứng Bernard-Soulier liên hệ với đột biến ở vài thành phần của phức hợp GP1b–GPIX– GPV.

 

Hình 45.4: Hình sự tạo tiểu cầu - Sự hoạt hóa tiểu cầu và sự tạo huyết khối. Khi các tế bào nội mô bị tổn thương, máu rỉ qua thành mạch và các tiểu cầu được hoạt hóa bởi các thành phần của chất nền ngoại bào như yếu tố von Willebrand (vWF) và collagen. Quá trình hoạt hóa tiểu cầu theo một chuỗi các sự kiện (a-g) như trình bày trong bài đọc.

 

2.      Một trong những bước then chốt trong chuỗi hoạt hóa tiểu cầu là sự tương tác giữa collagen và thụ thể GPVI của collagen. GVPI có hai domain giống immunoglobulin, một chuỗi xoắn xuyên màng và một domain bào tương ngắn. Chức năng thụ thể của GPVI phụ thuộc vào một liên hợp gần (close association) với Fcγ (Fc receptor γ - FcRγ) , nó có motif hoạt hóa dựa vào thụ thể miễn dịch tyrosine (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs - ITAMs) cung cấp vị trí nối để tập hợp cơ chế chuyển đổi. Sự chuyển đổi tín hiệu bắt đầu khi protein không phải thụ thể tyrosine kinases Fyn và Lyn, tức những protein gắn với GPVI thông qua domain Src tương đồng 3 (SH3) phosphoryl hóa ITAMs trên chuỗi FcRγ để cung cấp vị trí gắn cho phospholipase Cγ2 (PLCγ2). Sự hoạt hóa cuối cùng của băng tín hiệu (signalling  cassette) inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3 )/Ca2 dường như là cơ chế kiểm soát chính cho sự hoạt hóa tiểu cầu (xem bên dưới).

3.      Sự hoạt hóa InsP3 và giải phóng Ca2+ cũng được sử dụng bởi nhiều tác nhân tập hợp khác như ADP, thrombin và TXA2, tất cả đều hoạt động thông qua thụ thể gắn protein G (GPCRs) hoạt hóa phospholipase Cβ (PLCβ).

4.      Tiểu cầu biểu thị đồng phân P2×1 của ionotropic thụ thể P2X, nó cung cấp một dòng Ca2+ ngoại bào góp phần vào sự hoạt hóa tiểu cầu.

5.      Một trong những chức năng tín hiệu của Ca2+ là kích thích sự phóng thích hạt α dẫn đến sự phóng thích các tác nhân kết tập như ADP, qua đó cung cấp phản hồi dương bởi sự kích thích giải phóng Ca2+ thêm nữa thông qua bước 4 như mô tả ở trên.

6.      Một bước khuếch đại dương quan trọng khác là sự tạo thành TXA2 sản xuất bởi sự hoạt hóa phospholipase A2 (PLA2) phụ thuộc Ca2+. Acid arachidonic (AA) tạo ra được chuyển thành TXA2, TXA2 phản hồi để hoạt hóa thụ thể TP. AA cũng được chuyển đổi thành PGI2, tạo sự tăng cường tín hiệu và sau đó kết thúc quá trình kết tập để hoạt hóa một lộ trình ức chế.

7.      Ca2+ tăng có thể góp phần làm xáo trộn phospholipid, làm cho phosphatidylserine (PS) chuyển từ trong ra ngoài màng bào tương, sau đó góp phần tạo thành tenase và phức hợp prothrombinase đảm trách việc tạo thrombin. Hội chứng Scott có thể do đột biến ở ABCA1, đó là một trong những transporter ABC đảm trách vận chuyển PS.

8.      Các tiểu cầu biểu hiện hai loại thụ thể integrin, α21 và α11b /β3, lần lượt liên kết với collagen và fibrinogen. Tương tác  đóng vai trò quan trọng trong sự kết gắn ban đầu với collagen, trong khi tương tác giữa α11b /β3 và fibrinogen có chức năng về sau kết nối các tiểu cầu đã được hoạt hóa. Thụ thể collagen GPVI có vai trò quan trọng trong sự hoạt hóa sớm thụ thể integrin trong quá trình hoạt hóa thông qua cơ chế từ trong ra ngoài (inside-out), theo đó các tín hiệu nội bào từ các thụ thể khác gây ra một thay đổi cấu hình (conformational change) ở các thụ thể integrin làm tăng cường mạnh mẽ ái lực với các ligand bên ngoài. Đối với tiểu cầu, thụ thể α2 1 gắn với collagen, trong khi thụ thể α11b /β3 gắn với fibrinogen.

9.      Thụ thể α21 được hoạt hóa bởi collagen, nó không chỉ tăng độ kết dính tiểu cầu vào ECM mà còn hoạt hóa cơ chế tín hiệu integrin giúp tái cấu trúc actin của khung xương tế bào (actin cytoskeleton), góp phần tạo thành chân giả của tiểu cầu đã được hoạt hóa.

Hình 45.5: Sự hoạt hóa tiểu cầu - Các lộ trình tín hiệu hoạt hóa tiểu cầu. Tiểu cầu nhạy cảm với nhiều kích thích tác động thông qua một loạt các thụ thể. Những con số liên quan đến các thụ thể và lộ trình tín hiệu chịu trách nhiệm kiểm soát các quá trình tạo huyết khối.

 

10.  α11b /β3 integrin đã hoạt hóa gắn với fibrinogen nhằm giúp thiết lập tương tác tế bào - tế bào giữa các tiểu cầu đã kết tập. Ngoài ra, các thụ thể integrin đã hoạt hóa có thể tập hợp một lượng lớn phức hợp tín hiệu có khả năng tái cấu trúc bộ xương actin của tế bào lẫn gây ra nhiều lộ trình tín hiệu. Sự phát triển của sợi actin trải rộng trên tế bào có thể đóng vai trò quan trọng trong sự co rút cục máu đông. Bệnh nhược tiểu cầu Glanzmann là do đột biến ở tiểu đơn vị β3 integrin.

11.  Các tiểu cầu đã kết tập liên lạc với các tiểu cầu khác thông qua hệ thống tín hiệu thụ thể ephrin (Eph) hai chiều. Hệ thống tín hiệu ephrin này có thể tạo ra nhiều tín hiệu góp phần hoạt hóa tiểu cầu. Một trong các hoạt động của nó có thể là phosphoryl hóa tiểu đơn vị β3 integrin để tăng cường hoạt động của thụ thể α11b /β3 integrin.

12.  Lộ trình tín hiệu AMP vòng có chức năng quan trọng trong sự kết tập tiểu cầu bằng cách hoạt hóa quá trình phản hồi âm để đảm bảo vòng phản hồi dương đảm trách cho sự hoạt hóa nhanh chóng tiểu cầu và sự tạo huyết khối không vượt quá tầm kiểm soát. Hoạt động ức chế của AMP vòng chưa rõ ràng, nhưng nó có thể hoạt động bằng cách ức chế tín hiệu Ca2+. Một chức năng khác của AMP vòng là kích hoạt sự phosphoryl hóa của các phosphoprotein kích thích giãn mạch (VASP), một thành viên của họ (family) Ena/vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP), gây ra sự giảm tiến trình phụ thuộc actin liên quan đến đông máu. Một trong các chất hoạt hóa mạnh trong sự tạo thành AMP vòng là PGI2 hoạt động trên thụ thể IP của nó. ADP hoạt động trên thụ thể P2Y12 được kết hợp với G protein Gαi2, có tác động ức chế adenylyl cyclase. Do đó, ÁP có hai hiệu ứng: kích thích tín hiệu Ca2+ thông qua thụ thể P2Y1 (bước 3), đồng thời giảm mức độ tín hiệu AMP vòng  ức chế bằng cách tác động trên thụ thể P2Y12.

 

Dưỡng bào

 

Dưỡng bào được phân bố khắp cơ thể, ở gần mạch máu và các lớp tế bào nội mô. Nó đặc biệt thấy rõ ở các vị trí tiếp xúc với bên ngoài, như phổi, đường tiêu hóa và da. Vì chúng thường trú ở các vị trí này nên chúng luôn có mặt để ứng phó với các nhiễm trùng thường xảy ra khi bị thương. Bạch cầu ái kiềm có chức năng tương tự dưỡng bào, ngoại trừ việc chúng tuần hoàn trong máu và được chiêu mộ đến vị trí viêm. Khi đã đến và định cư, bạch cầu ái kiềm bắt đầu hoạt động như dưỡng bào.

 

Dưỡng bào đóng vai trò trung tâm trong đáp ứng viêm bẩm sinh và đặc biệt quan trọng trong việc hỗ trợ chiêu mộ các tế bào khác, như bạch cầu ái kiềm, bạch cầu trung tính và lympho bào. Trong trường hợp nhiễm trùng da, dưỡng bào đóng góp vào các hóa chất trung gian của “inflammatory soup” tác động vào các neuron cảm giác gây đau. Vai trò này trong đáp ứng viêm phụ thuộc vào khả năng phóng thích hóa chất trung gian to lớn của dưỡng bào.

 

Dưỡng bào liên quan đến nhiều bệnh dị ứng, như hen phế quản, và nó cũng góp phần vào các tình trạng viêm mạn tính như xơ vữa động mạch, viêm mạch máu và viêm khớp dạng thấp.

 

Hình 45.6: Sự truyền tín hiệu dưỡng bào - Chức năng và cơ chế của sự truyền tín hiệu dưỡng bào. Dưỡng bào phóng thích một lượng lớn các thành phần chia làm ba nhóm riêng biệt được kiểm soát bởi các cơ chế truyền tín hiệu khác nhau. Các tiền hạt (preformed granules) được phóng thích nhanh chóng thông qua một cơ chế xuất bào phụ thuộc Ca2+ điển hình. Các hóa chất trung gian phụ thuộc lipid được sản xuất từ acid arachidonic (AA) theo sau kích thích của phospholipase A2 (PLA2). Cuối cùng, một loạt các cytokine viêm và các chất điều hòa miễn dịch được tạo thành và phóng thích nhờ sự tăng phiên mã gene. Cơ chế tín hiệu kiểm soát các quá trình phóng thích này được mô tả trong bài đọc. Hình này chỉ đại diện cho những lộ trình tín hiệu giúp hoạt hóa các quá trình phóng thích.

 

Các cơ chế phóng thích của dưỡng bào (Mast cell release mechanisms)

 

Dưỡng bào phóng thích các hóa chất trung gian thông qua ba cơ chế chính:

 

Phóng thích hạt dưỡng bào (Mast cell granule release)

Một tính năng đặc trưng của dưỡng bào là một lượng lớn các hạt chế tiết lấp đầy bào tương. Các túi lớn này chứa nhiều hóa chất trung gian khác nhau, bao gồm các amine sinh học (histamine và 5-hydroxytryptamine), các yếu tố tăng trưởng và các enzyme. Đáp ứng sớm nhất với kích thích của dưỡng bào là sự hợp nhất những túi này vào màng bào tương. Vì các hạt quá lớn, không phải hạt nào cũng có thể tiếp cận màng, nên nó có thể kết hợp với các hạt khác tạo thành hình như chùm nho.

 

Hình 45.7: Sự truyền tín hiệu dưỡng bào FcεRI - Phức hợp dưỡng bào FcεRI chuyển tiếp thông tin cho một số lộ trình tín hiệu. Phức hợp FcεRI bao gồm các tiểu đơn vị α, β và γ thiếu hoạt động enzyme. Sự truyền tín hiệu được thực hiện bởi các tyrosin kinase không thụ thể (Fyn, Lyn và Syk) giúp phosphoryl hóa các thành phần khác nhau, sau đó chiêu mộ các phần tử tín hiệu của một số lộ trình để kiểm soát sự hoạt hóa phospholipase A2 (PLA2), phóng thích hạt và phiên mã gene.

 

Dưỡng bào phóng thích các hóa chất trung gian chuyển hóa lipid

 

Dưỡng bào có khả năng tổng hợp nhanh chóng prostaglandins và leukotrienes từ acid arachidonic (AA) được giải phóng theo sau quá trình hoạt hóa phospholipase A2 (PLA2).

 

Dưỡng bào tổng hợp và phóng thích các cytokine viêm và các chất điều hòa miễn dịch

 

Ngoài sự phóng thích nhanh các hạt và tạo ra hóa chất trung gian chuyển hóa lipid, dưỡng bào cũng có một tiến trình chậm nhưng kéo dài hơn, phóng thích bộ khung (bewildering array) của cytokine và chất điều hòa miễn dịch. Có chế phóng thích chậm này phụ thuộc vào sự hoạt hóa gene đảm trách mã hóa tất cả các hóa chất trung gian này.

 

Các tiến trình đa chế tiết này được kiểm soát bởi nhiều cơ chế tín hiệu dưỡng bào khác nhau.

 

Các cơ chế tín hiệu dưỡng bào

Dưỡng bào có rất nhiều cơ chế tín hiệu để kiểm soát các cơ chế phóng thích khác nhau. Nhiều kích thích khác nhau tham gia vào các lộ trình tín hiệu có thể hoạt hóa hay ức chế sự chế tiết.

 

Lộ trình tín hiệu FcεRI

 

FcεRI chịu trách nhiệm hoạt hóa lộ trình tín hiệu kiểm soát cả ba quá trình chế tiết. Nó tác động thông qua lộ trình tín hiệu phosphoinositide để tạo ra inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3) huy động Ca2+ góp phần giải phóng các hạt chế tiết, điều này  phụ thuộc rất nhiều vào monomeric G  proteins  Rac và Cdc42 (xem bên dưới). Sự giải phóng Ca2+ nội bào được tăng cường bởi nhiều kênh Ca2+ nhập bào (Ca2+ entry channels) thuộc về họ kênh ion điện thế phụ thuộc thụ thể tạm thời (transient receptor potential ion channel family) (TRP), như TRP1 kinh điển (TRPC1), vanilloid TRP 2 (TRPV2) và TRP2 liên quan melastatin (TRPM2). Sự tăng Ca2+ cũng góp phần hoạt hóa phospholipase A2 (PLA2), giúp giải phóng acid arachidonic tiền thân được chuyển thành prostaglandins và leukotriene. FcεRI cũng chuyển tiếp thông tin thông qua các lộ trình tín hiệu protein kinase hoạt hóa phân bào (MAPK) khác nhau để điều hòa cả ba quá trình chế tiết. Nó dùng lộ trình kinase điều hòa tín hiệu ngoại bào (extracellular-signal-regulated kinase - ERK) góp phần vào sự hoạt hóa PLA2 và các hoạt động chuyển mã đảm trách sự tổng hợp các cytokine viêm và các chất điều hòa miễn dịch Nó cũng hoạt hóa phiên mã (transcription) thông qua lộ trình Janus kinase (JNK). Liên kết giữa thụ thể và JNK dường như phụ thuộc monomeric G proteins Cdc42 và Rac. Rac cũng đóng vai trò quan trọng trong điều hòa sự phóng thích hạt, nó khác thường vì rất phụ thuộc GTP. Rac và Cdc42 có lẽ hoạt động bằng cách chuẩn bị các hạt để phóng thích, trong khi Ca2+ có chức năng như một bộ điều biến của sự xuất bào.

Hình 45.8: Sự truyền tín hiệu ức chế dưỡng bào - Sự ức chế phóng thích dưỡng bào do FcγRIII và thụ thể β2-adrenergic. Sự phóng thích các hóa chất trung gian gây viêm nhờ dưỡng bào bị ức chế bởi FcγRIII và thụ thể β2-adrenergic. FcγRIII gắn với IgE và được chuyển vào phức hợp FcεRI, nơi nó được phosphoryl hóa bởi Lyn và cho phép chúng gắn với phosphatase Src homology 2 (SH2) domain-containing inositol 5-phosphatase (SHIP) và SH2 domain-containing protein tyrosine  phosphatase-1 (SHP-1), giúp lần lượt dephosphoryl hóa chất truyền tin lipid PtdIns3,4,5P3  phosphoryl hóa protein. Thụ thể β2-adrenergic sản xuất AMP vòng giúp ức chế lộ trình tín hiệu Ca2+.

 

Con đường mà FcεRI kết hợp với các lộ trình tín hiệu khác nhau này được trình bày như sau:

 

1.      FcεRI bao gồm bốn tiểu đơn vị: một tiểu đơn vị α, một tiểu đơn vị β và hai tiểu đơn vị γ liên kết với nhau qua cầu nối disulphide. Tiểu đơn vị α có ái lực rất cao với IgE, gắn vĩnh viễn với phức hợp FcεRI. Tín hiệu bắt đầu khi một kháng nguyên hóa trị 2 gắn với hai phân tử IgE để mang hai phức hợp thụ thể đến với nhau, sau đó tương tác để khởi đầu quá trình dẫn truyền tín hiệu.

2.      Các tiểu đơn vị FcεRI này thiếu hoạt động enzyme, do đó phải huy động các yếu tố dẫn truyền khác nhau, như tyrosin kinase không phải thụ thể như Fyn, Lyn và Syk. Lyn phosphoryl hóa sớm các motif hoạt hóa dựa vào motif hoạt hóa thụ thể miễn dịch tyrosine. Các ITAMs này giống với các motif dùng trong sự dẫn truyền tín hiệu do thụ thể tế bào T (TCR). Một đặc tính tương đồng với lộ trình tín hiệu của tế bào T là cũng có thể sử dụng protein LAT (liên quan đến tế bào T hoạt hóa) và vùng Src homology 2 có chứa protein 76 kDa của bạch cầu. Sau đó, ITAMs đã được phosphoryl hóa trên FcεRI chiêu mộ Syk, Syk cũng được hoạt hóa bởi sự phosphoryl hóa Lyn (Hình 11: Hình truyền tín hiệu dưỡng bào FcεRI).

3.      Syk đã được hoạt hóa có nhiều tác động. Nó phosphoryl hóa các protein khung (scaffolding proteins) LAT và SLP-76 để cung cấp vị trí gắn cho nhiều phần tử tín hiệu. Nó cũng phosphoryl hóa phospholipase Cγ (PLCγ1) và tyrosine kinase Bruton (Btk), các chất này tương tác với nhau trong suốt quá trình hoạt hóa PLCγ1.

4.      PLCγ1 đã hoạt hóa thủy phân PtdIns4,5P2 để tạo thành InsP3  và diacylglycerol (DAG).

5.      Quá trình phosphoryl hóa LAT huy động Grb2, nó thiết lập một trung tâm cấu tạo hạt nhân để lắp ráp các phần tử tín hiệu gây ra sự tạo thành ERK1/2 đã phosphoryl hóa, chất hoạt hóa cả PLA2 và chuyển mã gene.

6.      LAT đã được phosphoryl hóa chiêu mộ SLP-76 và protein tiếp hợp liên quan Grb2 (Grb2-related adaptor  protein - GADS) để thiết lập một phức hợp tín hiệu hoạt hóa các monomeric G protein như Vav và Rac, kích thích JNK, và chúng cũng có chức năng kích thích giải phóng hạt.

7.      FcεRI cũng có thể kích thích lộ trình tín hiệu PtdIns 3-kinase (PI 3-K). Fyn được chiêu mộ để hoạt hóa thụ thể phosphorylate Gab2 và Btk, góp phần vào sự hoạt hóa PI 3-K, sau đó phosphoryl hóa PtdIns4,5P2 để tạo thành phân tử tín hiệu loại lipid PtdIns3,4,5P3.

 

Các lộ trình tín hiệu GPCR dưỡng bào

 

Dưỡng bào bộc lộ nhiều thụ thể liên kết với protein G (GPCRs) có chức năng kích thích hoặc ức chế các chức năng chế tiết của dưỡng bào. Ví dụ, các kích thích như PGE2, leukotriene C4 (LTC4) và các yếu tố bổ thể C3a và C5a tác động thông qua các GPCRs, các thụ thể này gắn với lộ trình tín hiệu Gq  phospholipase Cβ (PLCβ) tạo ra inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3) và diacyl-glycerol (DAG). InsP3 huy động Ca2+ dóp phần phóng thích các hạt và kích thích phospholipase A2 (PLA2). Mặt khác, noradrenaline (norepinephrine) kích thích thụ thể β2-adrenergic tác động thông qua Gs and adenylyl cyclase (AC) để tạo thành AMP vòng, làm ức chế một số lộ trình chế tiết này. Cách thức hoạt động của AMP vòng chưa rõ ràng, nhưng có những dấu hiệu cho thấy nó có thể tác động ức chế một số mặt của hệ thống tín hiệu Ca2+.

 

Lộ trình tín hiệu thụ thể Toll dưỡng bào

 

Những PAMPs này tác động thông qua lộ trình tín hiệu thụ thể Toll tham gia vào lộ trình tín hiệu yếu tố nhân κB (NF-κB) để kích thích chuyển mã gene. Dưỡng bào hơi bất thường ở chỗ chúng không bộc lộ đồng thụ thể CD14, nhưng chúng xuất hiện để dùng CD14 hòa tan hiện diện trong bào tương để tạo điều kiện cho sự vận chuyển PAMPs đến các thụ thể giống Toll (TLRs). Các PAMPs như lipopolysaccharide (LPS) có thể hoạt hóa chuyển mã độc lập với các quá trình tế bào khác, như sự phóng thích các hạt hay các chất truyền tin có nguồn gốc từ lipid.

 

Lộ trình tín hiệu FcγRIII dưỡng bào

 

Thụ thể FcγRIII trên dưỡng bào sử dụng tác động ức chế trên FcεRI thông qua bước 1-4 trong Hình 11: Hình sự truyền tín hiệu ức chế dưỡng bào:

1.      FcγRIII có thể gắn IgE, do đó được kéo vào phức hợp thụ thể chứa FcεRI, nơi nó bắt đầu sử dụng tác động ức chế của mình.

2.      Lyn gắn với FcεRI sẽ phosphoryl ITIMs (FcγRIII). Những phần còn lại đã được phosphoryl hóa sẽ cung cấp vị trí gắn cho nhiều chất điều hòa tác hồi âm.

3.      Src homology 2 (SH2) domain-containing inositol 5-phosphatase (SHIP) là một trong các inositol polyphosphate 5-phosphatases, dephosphoryl hóa (dephosphorylate) phần tử tín hiệu loại lipid thứ hai PtdIns3,4,5P3.

4.      Src homology 2 (SH2) domain-containing protein tyrosine phosphatase-1 (SHP-1) hoạt động bằng cách đảo ngược sự phosphoryl hóa đảm trách hoạt hóa Syk, tạm ngưng thông tin tới nhiều lộ trình tín hiệu.

 

Đại thực bào

 

Đại thực bào có hai chức năng chính. Nó có thể tiêu hóa các tế bào vật chủ bị chết hay hư hại và vi sinh vật như vi khuẩn và protozoa thông qua quá trình thực bào. Ngoài ra, nó có thể đáp ứng với PAMPs để ức chế đáp ứng viêm bằng cách phóng thích các cytokine viêm, chemokine và chất điều hòa miễn dịch.

 

PAMPs

 

Đây là những thành phần của các tác nhân gây bệnh xâm lấn và được dùng để ức chế các đại thực bào cư trú để khởi động đáp ứng viêm. Nhiều PAMPs phát sinh từ lớp vỏ bề mặt của bệnh nguyên, trong khi nhứng mô hình khác là các chuỗi acid nucleic đơn độc. Ví dụ, virus không chứa nhiều PAMPs vì cả lớp vỏ protein lẫn lipid của virus đều lấy từ vật chủ. Tuy nhiên, chúng cung cấp các mảnh RNA chuỗi đôi (dsRNA) và RNA chuỗi đơn (ssRNA) có thể phát hiện bởi hệ thống nhận diện virus và đáp ứng chống virus.

 

Một trong các thành phần có hiệu lực nhất của PAMPs là lipopolysaccharide (LPS), nó bao gồm lipid A xuất phát từ màng ngoài của vi khuẩn Gram âm và acid lipoteichoic từ vi khuẩn Gram dương. Do vậy, tại vị trí viêm có một mô hình phức hợp của các phân tử phát sinh từ tác nhân gây bệnh, các phân tử này sau đó được biểu hiện bởi một mô hình TLRs tương ứng. Sau đó, các TLRs này chiêu mộ nhiều lộ trình tín hiệu xuôi dòng, như lộ trình tín hiệu thụ thể Toll  hay lộ trình tín hiệu protein kinase hoạt hóa phân bào (MAPK), để tạo thành một đáp ứng viêm xứng với loại bệnh nguyên xâm nhập vào sinh vật đó. Sự điều biến (modulation) đáp ứng viêm được thực hiện bởi nhiều chất điều hòa viêm sử dụng cả đáp ứng tiền viêm và kháng viêm.

 

Hình 45.9: Sự tạo thành và tác động của PAMPs - Vai trò của PAMPs trong kích hoạt đáp ứng viêm. Các thành phần đặc thù có nguồn gốc từ các tác nhân gây bệnh khác nhau tạo nên PAMPs giúp hoạt hóa các thụ thể giống Toll (TLRs) nằm trên đại thực bào và một số loại tế bào khác. Các TLRs được đặt trên màng bào tương cũng như trên màng của thể nội bào (endosomal membrane). Các TLRs như TLR4, tác động thông qua lộ trình tín hiệu thụ thể Toll. Các TLRs trên màng của thể nội bào có chức năng nhận diện virus. CpG DNA, cytidine-phosphate-guanosine DNA; dsRNA, RNA chuỗi đôi; ssRNA, RNA chuỗi đơn; MAP kinase, protein kinase hoạt hóa phân bào.

 

Sự điều biến (modulation) các đáp ứng viêm

 

Lộ trình tín hiệu thụ thể Toll đáp ứng với PAMPs bởi sự hoạt hóa cả sự truyền tín hiệu yếu tố nhân κB (NF-κB) và lộ trình p38 để tạo ra sự chuyển mã của nhiều hóa chất trung gian gây viêm. Một số sản phẩm gene này, như cyclooxygenase 2 (COX-2), tác động để tăng cường chức năng của eicosanoids. COX-2 làm tăng sự chuyển đổi acid arachidonic (AA) thành prostaglandin E2 (PGE2), nó thiết lập một vòng phản hồi âm vì PGE2 hoạt động thông qua AMP vòng để ức chế chuyển mã (xem bên dưới).

 

Khả năng gợi một đáp ứng viêm của lộ trình tín hiệu thụ thể Toll có thể được điều biến (modulate) bởi nhiều cơ chế điều hòa, tiền viêm hay kháng viêm. Sự điều hòa phản ứng đại thực bào rất năng động, trong đó có các quá trình tác động giúp đẩy nhanh khởi phát đáp ứng, sau đó bị chống lại bởi một phản ứng kháng viêm để đảm bảo đáp ứng không vượt quá tầm kiểm soát. Một số đáp ứng phản hồi dương và âm tính là nội sinh (tức là chúng xảy ra bên trong đại thực bào), trong khi các đáp ứng khác là từ bên ngoài. Hiểu được sự cân bằng động này là cơ sở để ta có thể hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh sinh cũng như cách thức hoạt động của các phân tử thuốc kháng viêm.

 

Hình 45.10: Sự truyền tín hiệu đại thực bào - Sự điều biến các đáp ứng viêm. PAMPs hoạt động thông qua các thụ thể giống Toll (TLRs) dùng lộ trình tín hiệu thụ thể Toll để hoạt hóa quá trình phiên mã gây ra sự phóng thích các hóa chất trung gian gây viêm như nitric oxide (NO), yếu tố hoại tử u α (TNFα) và interleukin 1β (IL-1β). Các lộ trình tín hiệu gây viêm này có thể được điều biến bởi cả lộ trình tín hiệu AMP vòng và Ca2+.

PAF, yếu tố hoạt hóa tiểu cầu; (lyso)-PL, (lyso)-phospholipid.

 

 

Lộ trình tín hiệu AMP vòng đặc biệt quan trọng để thực hiện một số đáp ứng kháng viêm. Đại thực bào đáp ứng với nhiều chất đồng vận, như noradrenaline, peptid ruột vận mạch (VIP)/polypeptid hoạt hóa adenyl cyclase tuyến yên (PACAP)  và PGE2, chúng được gắn kết để tạo thành AMP vòng. PGE2 tác động thông qua protein kinase A (PKA) để không chỉ ức chế MAPK/extracellular-signal-regulated kinase (ERK)  kinase  kinase  1 (MEKK1), do đó làm giảm sự phosphoryl hóa của yếu tố chuyển mã cơ bản TATA-box-binding protein (TBP), mà nó còn phosphoryl hóa và hoạt hóa protein gắn yếu tố đáp ứng với AMP vòng (CREB) (cyclic AMP  response  element-binding protein), nó đi vào nhân để cạnh tranh với NF-κB về chỗ gắn trên protein gắn CREB (CBP). Bằng cách này, AMP vòng ức chế sự tạo thành các hóa chất trung gian gây viêm.

Tác động ức chế của AMP vòng được kết thúc bởi phosphodiesterase PDE4B, một trong các gen được hoạt hóa bởi TLRs, từ đó thiết lập một vòng phản hồi dương tính bên trong. Bằng cách tăng cường mức độ biểu hiện của PDE4B, đại thực bào sẽ làm giảm tác động ức chế của AMP vòng, do đó làm tăng đáp ứng viêm.

Sự tăng mức Ca2+ do nhiều cơ chế thụ thể có cả hiệu ứng tiền viêm và kháng viêm. Các tác động khác nhau này của Ca2+ có thể phụ thuộc vào cách mà tín hiệu Ca2+ được biểu hiện trong cả không gian và thời gian. Các tín hiệu Ca2+ này được tạo thành bằng cách hoạt hóa các kênh hoạt động theo thụ thể (receptor-operated channels - ROCs) như các thụ thể nicotinic achetylcholine (nAChRs) hay thụ thể purinergic P2X7. Ngoài ra, Ca2+ còn được phóng thích từ dự trữ nội bào bởi inositol 1,4,5-triphosphate (InsP3) tạo thành bởi thụ thể liên kết protein G (GPCRs) do ATP hay oestradiol hoạt hóa. Một trong các đáp ứng kháng viêm của nó phụ thuộc vào sự ức chế tổng hợp các hóa chất trung gian gây viêm. Mặt khác, Ca2+ cũng có thể là tiền viêm bằng cách thúc đẩy sự chuyển mã gene bởi kích thích sự phosphoryl hóa chất ức chế của NF-κB (IκB) kinase (IKK) và NF-κB, làm tăng cường phóng thích các chất trung gian gây viêm như interleukin 1β (IL-1β).

Hình 45.11: Hình sự phân cực SHIP1 và PIP3

Src homology 2 (SH2) domain-containing inositol 5-phosphatase 1 (SHIP1) kiểm soát sự phân cực và di động của bạch cầu trung tính.

A. Kiểu hình chuẩn (Wild-type) (WT) và các bạch cầu Src homology 2 (SH2) domain-containing inositol 5-phosphatase 1 (SHIP1)−/−  được đặt ở buồng EZ và vị trí của chúng được theo dõi tại khoảng 30s khi chúng đáp ứng với gradient fMet-Leu-Phe (fMLP). Các tế bào WT di chuyển tương đối thẳng hướng theo gradient, trong khi tế bào (SHIP1)−/−  di chuyển chậm hơn.

B. Khi xem ở độ phóng đại cao hơn, các tế bào WT hình tròn, nhưng người ta cho rằng nó có dạng thuôn dài với chân giả ở một đầu khi đặt trong một gradient fMLP. Ngược lại, bạch cầu trung tính SHIP1−/− vẫn giữ dạng cầu với chân giả xung quanh tế bào. Nếu được ghi nhận trong một thời gian dài, các tế bào này hình thành phân cực một phần và có một số chuyển động theo gradient (xem khung C).

Nishio, M., Watanabe, K., Sasaki,  J., Taya, C., Takasuga, S., Iizuka, R., Balla, T., Yamazaki, M., Watanabe, H., Itoh, R., Kuroda, S., Horie, Y., Forster, I., Mak, T.W., Yonekawa, H., Penninger, J.M., Kanaho, Y., Suzuki, A. and  Sasaki,  T. (2007) Control of cell polarity and  motility by the PtdIns(3,4,5)P3 phosphatase  SHIP1. Nat. Cell Biol. 9:36–44.  Copyright (2007); http://www.nature.com/ncb; see  Nishio et al. 2007.

 

Bạch cầu trung tính (Neutrophils)

 

Bạch cầu trung tính là một trong các loại tế bào chính góp phần vào miễn dịch bẩm sinh, là hàng rào đầu tiên chống lại các tác nhân gây bệnh xâm nhập vào cơ thể. Trong suốt đáp ứng viêm, các bạch cầu trung tính di chuyển khỏi dòng máu và di cư đến vị trí nhiễm trùng. Bạch cầu trung tính được hướng dẫn đến ổ viêm ứng theo gradient của cytokine, các yếu tố bổ thể (C3a và C5a) hay fMet-Leu-Phe (fMLP). Chúng cảm nhận gradient này từ khi còn trong lòng mạch, và bắt đầu di chuyển thông qua một đáp ứng điển hình bắt đầu bằng việc chúng gắn lên bề mặt của các tế bào nội mô được hoạt hóa. Sau đó, các bạch cầu trung tính này bắt đầu lăn dọc trên bề mặt bằng cách tương tác với các phân tử P-selectin được đóng gói trong thể Weibel-Palade và được phóng thích lên trên bề mặt tế bào nội mô theo sau sự hoạt hóa bởi histamine. Khi sự gắn kết với selectins được củng cố,  độ bám dính sẽ tăng, làm cho bạch cầu trung tính bị xẹp lại để chuẩn bị cho quá trình xuyên mạch, trong đó chúng ép lại để qua khe xuất hiện giữa các tế bào nội mô. Khi bạch cầu trung tính đã đi qua lớp nội mô, một quá trình hóa hướng động bạch cầu trung tính dẫn chúng đến vị trí viêm.

Hình 45.12: Hóa hướng động bạch cầu trung tính - Kết cấu tổ chức của sự di động và hóa hướng động bạch cầu trung tính. Nhìn từ trên (top-view) cho thấy bạch cầu trung tính chuyển lên một gradient của phân tử hóa hướng động  như fMet-Leu-Phe (fMLP). Chân giả thăm dò ở phía trước có một lưới actin mở rộng. Actin và myosin II đặt ở phía sau cho phép uropod co để đẩy tế bào tiến ra trước. Trung tâm tổ chức vi ống (MTOC) canh chỉnh các vi ống theo hướng của chuyển động và giúp ổn định tính phân cực của tế bào. Nhìn từ phía bên (side-view) minh họa làm thế nào phân cực được thành lập bởi fMLP hoạt động trên các thụ thể để thúc đẩy tổ hợp actin tạo chân giả ở phía trước cũng như sự co uropod ở phía sau. Trong quá trình di chuyển, integrin gắn ở phía trước và tách ra ở phía sau. Quầng sang màu vàng ở phía trước đại diện cho sự tập trung khu trú của ATP phóng thích từ tế bào thông qua các hemichannel. ATP và sản phẩm thủy phân adenosine của nó phản hổi theo hướng tự tiết để hoạt hóa P2Y2 và các thụ thể A3 purinergic có chức năng khuếch đại phản ứng hóa hướng động. Thông tin về gradient Ca2+ (xem bóng màu đỏ mô tả mức độ cao ở phía sau và mức độ thấp ở phía trước) và flicker Ca2+ được lấy từ nghiên cứu của Wei và cộng sự (2009)

 

Hóa hướng động bạch cầu trung tính

 

Các bạch cầu trung tính dạng nghỉ có hình cầu, nhưng một khi chúng bắt gặp một phân tử hóa hướng động (chemoattractant), chúng nhanh chóng phát triển một cực tính đặc trưng bởi một hình kéo dài với một cấu trúc chân giả (pseudopod) ở phía trước và một bulbous uropod  (hình củ hành) ở đằng sau. Hai vùng này có các tổ chức đặt trưng của sợi actin. Ở phía trước, có một mạng lưới actin giúp đẩy chân giả ra, trong khi uropod có một mạng lưới actin/myosin II có chức năng co và kéo đuôi tận khi tế bào di chuyển về phía trước. Ngoài ta còn có một trung tâm tổ chức vi ống (MTOC) giúp canh chỉnh các vi ống theo hướng di chuyển và giúp ổn định phân cực tế bào. Các vi ống cũng quan trọng trong việc điều hướng lưu lượng các túi chứa (flow of vesicle) đi vào tế bào bằng sự nhập bào ở phía sau tế bào và được phóng thích ở phía trước. Một khía cạnh khác của tính di động liên quan đến sự bám dính với chất nền rõ ràng hơn khi các tế bào được nhìn từ phía bên của tế bào.  Để các tế bào di chuyển qua chất nền, chúng phải dung hòa giữa sự di động và tính bám dính. Chúng đòi hỏi một mức độ bám dính nhất định để có sức kéo di chuyển ra phía trước. Sự cân bằng giữa bám dính/di chuyển nhẹ nhành này có vẻ phụ thuộc vào các integrins gắn vào bề mặt phía trước và gỡ ra ở phía sau. Lưu lượng của các túi chứa được đề cập ở trên có thể tạo một cơ chế để di chuyển thụ thể integrin từ sau ra trước.

 

Hình 45.13:  sự truyền tín hiệu hóa hướng động bạch cầu trung tính - Các cơ chế truyền tín hiệu hóa hướng động bạch cầu trung tính. Sự hóa hướng động bạch cầu trung tính trong đáp ứng với gradient của một phân tử hóa hướng động  nhu fMet-Leu-Phe (fMLP) gợi ra cơ chế tín hiệu khác nhau ở phía sau và phía trước. Mũi tên lớn màu vàng bao quanh các phần tử tín hiệu có thể hoạt động như chiếc la bàn đảm trách việc thiết lập sự phân cực giúp định hướng cho sự di chuyển tế bào. Ở phía trước, fMLP tác động thông qua yếu tố trao đổi nucleotide guanine (GEFs) để hoạt hóa cả Cdc42 và Rac. Cdc42 và Rac đã được hoạt hóa sẽ khởi đầu cung khuếch đại bằng cách kích thích phosphoinositide 3-kinase (PI 3-K), thành lập phần tử tín hiệu loại lipid thứ hai PtdIns3,4,5P3 (PIP3) ở mức cao ở phía trước tế bào. Sau đó, PIP3 tại chỗ cùng với Cdc42 và Rac sẽ tác động cùng nhau để tổ hợp actin ở chân giả. Ở phía sau tế bào, thụ thể fMLP hoạt hóa Rho rồi sau đó kích thích Rho kinase (ROK) để gây ra sự co uropod.

 

 

Quá trình hóa hướng động cho phép các bạch cầu trung tính tìm kiếm các vị trí viêm bằng cách tiến lên theo một gradient hóa ứng động. Sự di chuyển có định hướng này là hiển nhiên khi vị trí của bạch cầu trung tính được ghi nhận tại khoảng 30 s (30s interval) khi chúng tiến lên một gradient hóa ứng động trong buồng EZ-Taxiscan. Nhiều kích thích bên ngoài có chức năng như chất hóa ứng động. Một trong các chất hóa ứng động chính là tripeptide fMet-Leu-Phe (fMLP), nó có thể thu hút bạch cầu trung tính ngay cả khi gradient rất nông như phía trước của tế bào có độ tập trung cao hơn chỉ 1-2% so với đuôi tận. Vì các thụ thể cho fMLP được phân bố đồng đều trên bề mặt nên tế bào phải phát hiện sự khác biệt nhỏ về nồng độ này tạo ra một sự phân cực (develop a polarity) cho phép chúng tiến về phía nguồn của gradient. Gradient của chất hóa ứng động sẽ làm cho nhiều thụ thể bị chiếm chỗ phía trước nhiều hơn phía sau, và bằng cách nào đó, sự khác biệt nhỏ này chuyển thành một tế bào phân cực có khả năng di cư trực tiếp đến gốc của gradient. Thực vậy, sự khác biệt trong chiếm chỗ thụ thể được chuyển đổi thành một chiếc “la bàn” bên trong được dùng để định hướng bộ máy di động để di chuyển theo một hướng. Chiếc la bàn này được thiết lập như thế nào vẫn còn khá bí ẩn.

 

Ngoài việc theo sau một gradient hóa ứng động có từ trước như fMLP, bạch cầu trung tính có thể tạo ra một gradient tại chỗ của ATP và sản phẩm adenosine thoái biến của nó tập trung ở phía trước tế bào. Hemichannel trong vùng chân giả phóng thích ATP, một trong số đó chuyển đổi thành adenosine. ATP và adenosine sau đó phản hồi theo lối tự tiết để hoạt hóa các thụ thể phía trước và do đó góp phần vào hóa hướng động bởi sự khuếch đại tín hiệu phân cực sớm.

 

Các lộ trình tín hiệu được hoạt hóa trong suốt khởi đầu của hóa hướng động được chia làm các chuỗi sự kiện sau đây:

     Các cơ chế cảm biến gradient sớm (thiết lập “la bàn”)

     Khuếch đại sự truyền tín hiệu phân cực sớm

     Tập hợp actin, sự tạo chân giả và sự co uropod

 

Các cơ chế cảm biến gradient sớm (thiết lập “la bàn”)

 

Một trong những mặt ấn tượng nhất của hóa hướng động là cách mà nhiều phần tử tín hiệu bị phân cực để định hướng các quá trình di động khác nhau như tập hợp actin ở phía trước và tập hợp actin/myosin II và sự co ở phía sau của tế bào. Hình mô phỏng sự truyền tín hiệu hóa hướng động bạch cầu trung tính, các phần tử tín hiệu chính được đặt gần vị trí chức năng của chúng đến mức có thể. Sự biểu hiện phân cực của các phần tử tín hiệu là vị trí của họ Rho (Cdc42, Rac và Rho) của các monomeric G-protein. Cdc42 và Rac hoạt động ở phía trước, trong khi Rho thì ở phía sau. Sự hoạt hóa khác nhau của các protein G được thiết lập như thế nào là mấu chốt để hiểu về cơ chế cảm biến gradient làm nên chiếc la bàn. Chức năng phân cực được đề xuất của những protein G này được minh họa bên trong mũi tên màu vàng ở hình mô phỏng sự truyền tín hiệu hóa hướng động bạch cầu trung tính). Một ý kiến khác cho rằng có mối liên quan giữa các micro domain tín hiệu Ca2+ và sự định hướng hóa hướng động là nền tảng cho chiếc la bàn. Các bạch cầu trung tính di cư có các tín hiệu Ca2+ khác thường.

 

Hai cơ chế này, tín hiệu protein G và Ca2+, không loại trừ nhau mà tương tác lẫn nhau để cung cấp một hệ thống định hướng mạnh mẽ cho các tế bào khi chúng di cư theo gradient hóa hướng động.

 

Sự truyền tín hiệu protein G và cơ chế định hướng hóa hướng động

Thụ thể fMet-Leu-Phe (fMLP), thứ đã thiết lập nên la bàn, là một thụ thể gắn protein G (GPCR) điển hình, nó hoạt động thông qua các heterotrimeric G proteins. Một biểu hiện khác của sự phân cực tín hiệu phát triển trong suốt quá trình hóa hướng động là việc mà các thụ thể fMLP ở phía trước gắn với Gi , trong khi các thụ thể ở phía sau có tác dụng thông qua G12/13. Tại sao thụ thể fMLP ở phía trước gắn với Gi, trong khi các thụ thể ở phía sau chọn G12/13 vẫn còn là bí ẩn và có một chút rõ ràng là nó phải gắn chặt để thiết lập chiếc la bàn vì có quá nhiều hiệu ứng khác theo sau sự hoạt hóa khác biệt của các protein G khác nhau ở phía cuối tế bào. Hiêu ứng tín hiệu ở phía trước được xem xét đầu tiên trước khi chuyển sang những gì xảy ra ở phía sau.

 

Khi fMLP gắn với thụ thể của mình, nó phân tách protein G thành hai thành phần Gαi  and Gβγ. Chức năng của Gαi còn chưa rõ, nhưng tiểu đơn vị Gβγ có lẽ đóng vai trò quan trọng trong sự hóa hướng động, nơi chúng có hai tác động: nó có thể hoạt hóa các yếu tố trao đổi nucleotide guanine (GEFs) làm mở protein G monomeric và nó cũng có thể hoạt hóa PtdIns 3-kinase. Cơ chế truyền tín hiệu Cdc42 và cơ chế truyền tín hiệu Rac có hiệu lực đặc biệt ở phía trước tế bào. Ví dụ, sự hoạt hóa phụ thuộc Gβγ cho Cdc42 GEFs như α-Pix.GDP bất hoạt thành Cdc42.GDP hoạt động, có thể là một phần quan trọng của chiếc la bàn. Một cơ chế tương tự chịu trách nhiệm sản xuất Rac.GTP hoạt động, trong đó actin được tập hợp, được mô tả ở sau.

 

Các cơ chế tín hiệu khác nhau tiến hành ở phía sau tế bào để hoạt hóa protein G monomeric Rho. Các thụ thể fMLP phân tách heterotrimeric G12/13 thành hai thành phần Gα12/13 và Gβγ. Sau đó Gα12/13 hoạt hóa p115-RhoGEF để chuyển Rho.GDP bất hoạt thành Rho.GDP hoạt động. Thực ra, hoạt động Rho được giới hạn ở phía sau có thể không chỉ phụ thuộc vào sự hoạt hóa của nó thông qua Gα12/13 ở phía sau, mà còn phụ thuộc vào thực tế là hoạt động của nó bị tắt bởi Cdc42 và Rac ở phía trước. Nhiều cơ chế được đề xuất cho sự ức chế này của Rho. Ví dụ, Rac có thể ức chế Rho bằng cách kích thích p190-RhoGAP làm bất hoạt Rho.GTP bởi sự thúc đẩy thủy phân GTP, tạo thành Rho.GDP bất hoạt. Mặt khác, Cdc42 có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự thoái phân của Rho ở phía trước tế bào. Cdc42 nằm ở phía trước tế bào tương tác với Smurf1, yếu tố này sau đó sẽ thúc đẩy ubiquitin hóa và thoái phân Rho ở phía trước tế bào, do đó để lại Rho ở phía sau với mức cao. Smurf1 là một thành phần của bộ công cụ tín hiệu Smad.

Mặc dù sự phân cực của các sự kiện tín hiệu sớm dẫn tới sự hoạt hóa Cdc42 và Rac ở phía trước và Rho ở phía sau có vẻ đủ để khởi đầu cơ chế cảm nhận gradient, nhưng chúng không đủ để gây ra những thay đổi hình thái trên quy mô lớn cần cho sự di động tế bào. Bước tiếp theo có vẻ là sự khuếch đại sự dẫn truyền tín hiệu phân cực sớm.

 

Các microdomain dẫn truyền tín hiệu Ca2+ (Ca2+ signalling microdomains) và sự định hướng hóa hướng động

Bạch cầu trung tính có thể dùng tín hiệu Ca2+ như một cơ chế định hướng. Có hai thành phần dẫn truyền tín hiệu Ca2+  của bạch cầu trung tính. Thứ nhất, bạch cầu trung tính di cư có một gradient Ca2+ thường trực với nồng độ thấp ở đầu dẫn (the leading end) và nồng độ cao ở đầu hậu (the rear end). Nồng độ cao ở đầu hậu đóng vai trò quan trọng gây ra hiệu ứng bộ xương tế bào xảy ra ở phía sau để kích hoạt sự co uropod, làm tế bào di chuyển theo hướng của gradient. Thứ hai, có các xung Ca2+ cục bộ ngắn gọi là “flickers”. Các flicker Ca2+ cục bộ này phụ thuộc vào Ca2+ đi vào tế bào thông qua các kênh TRPM7, là những kênh được hoạt hóa căng, mở ra khi màng tế bào bị biến dạng cũng như xảy ra tại rìa dẫn (leading edge) khi màng tế bào bị tống xuất để tạo thành chân giả. Các kênh TRPM7 đuổi một lượng nhỏ Ca2+ mà sau đó được khuếch đại bởi sự hoạt hóa các thụ thể Ins 1,4,5P3  (Ins1,4,5P3 R2s) loại 2 đảm trách việc tạo thành các flicker này. Khi xu hướng của gradient hóa hướng động bị thay đổi, các flicker tập trung đến mặt tế bào xoay theo hướng gradient cho thấy rằng những xung tại chỗ của Ca2+ có thể đóng vai trò quan trọng trong sự định hướng tế bào.

 

Các bạch cầu trung tính bộc lộ thụ thể P2Y2, các thụ thể này được hoạt hóa bởi ATP phóng thích từ phía trước của tế bào, chùng gắn với Gq/11 kích thích phospholipase C (PLC) để tạo inositol 1,4,5-triphosphate (InsP3) và diacylglycerol (DAG). Do đó, sự tạo thành InsP3 có thể quan trọng trong việc duy trì ổn định các phân tử truyền tin Ca2+  ở mức độ giữ cho Ins1,4,5P3 R2s đủ nhạy cảm để đáp ứng với những xung động nhỏ của Ca2+ kích hoạt được mở đầu bởi kênh TRPM7. Khả năng này phù hợp với quan sát cho rằng việc xóa các thụ thể P2Y2 gây ra sự mất mát rõ rệt trong thụ cảm gradient (gradient sensing).

 

 

Hình 45.14: Hóa hướng động purinergic - Sự gián đoạn của hóa hướng động do xóa các thụ thể P2Y2 và A3 purinergic. Khung đầu tiên cho thấy cách mà bạch cầu trung tính của con chuột thuần chủng (wild-type) di cư có định hướng đến nguồn fMet-Leu-Phe (fMLP). Khung ở giữa cho thấy các bạch cầu trung tính thiếu thụ thể adenosine A3 (A3-/-) giữ lại sự nhận biết hướng, nhưng khả năng di động của chúng bị suy giảm nghiêm trọng. Mặt khác, sự xóa thụ thể P2Y2 (P2Y2-/-) không ảnh hưởng đến sự di động, nhưng làm mất sự nhạy cảm gradient.

Sao chép từ Chen, Y., Corriden, R., Inoue, Y., Yip, L., Hashiguchi,  N., Zinkernagel, A., Nizet, V. Insel, P.A., and  Junger, W.G. (2006) ATP release guides  neutrophil chemotaxis via P2Y2 and  A3 receptors. Science 314:1792–1795; with permission from AAAS; http://www.sciencemag.org; see  Chen et al. 2006. \

 

 

Khuếch đại tín hiệu phân cực sớm

Sụ khuếch đại tín hiệu nhạy cảm gradient sớm có thể là một đặc tính quan trọng của hóa hướng động bạch cầu trung tính.  Có ít nhất hai bước khuếch đại đã được xác định. Một trong các bước này phụ thuộc vào sự tạo thành nhanh chóng và phân cực của các phân tử truyền tin lipid như PtdIns3,4,5P3 tại rìa dẫn (leading edge). Bước còn lại là phóng thích ATP được thủy phân thành adenosine, và hai kích thích purinergic này phản hồi theo hướng tự tiết để tăng cường các tín hiệu hóa hướng động sớm.

 

Một trong các chất chỉ thị sớm nhất của sự phân cực trong bạch cầu, đáp ứng với gradient hóa hướng động, là sự tạo thành nhanh chóng của PtdIns3,4,5P3 ở phía trước của tế bào. Trong khi Gβγ có khả năng gây ra một số hoạt hóa cho PtdIns 3-kinase thì sự tăng thực sự trong sự tạo thành PIP3 có vẻ phụ thuộc vào nhiều vòng phản hồi dương. Ví dụ, có những dấu hiệu cho rằng Rac.GTP có thể hoạt hóa PtdIns 3-kinase và điều này dẫn tới sự tạo thành PIP3 thêm nữa, rồi lần lượt dẫn tới sự tạo Rac.GTP nhiều hơn. Cũng có những dấu hiệu cho rằng một khi actin bắt đầu được tạo thành tại rìa dẫn, nó có thể chiêu mộ PtdIns 3-kinase, từ đó tạo ra nhiều PIP3, gây ra sự tích tụ lớn lipid tín hiệu này ở màng phía trước tế bào. Mặc dù những cơ chế phản hồi khác nhau này cần được định nghĩa chính xác hơn, những có những dấu hiệu cho thấy sự xuất hiện sớm của PIP3 khu trú tại rìa dẫn là một đặc tính quan trọng của sự hóa hướng động.

 

Sự tích tụ (build up) khu trú của PIP3 ở phía trước tế bào rất phụ thuộc vào hoạt động của một trong các inositol polyphosphate 5-phosphatases loại II gọi là Src homology 2 (SH2) domain-containing inositol  phosphatase  1 (SHIP1), chất thủy phân PIP3. Khi PIP3 được tạo thành ở phía trước khuếch tán trong mặt phẳng của màng hướng tới phía sau của tế bào, nó sẽ bị thủy phân, điều này giúp duy trì gradient trước/sau rõ ràng của các phân tử lipid tín hiệu này. Nếu SHIP1 bị loại bỏ ở chuột, PIP3 sẽ tăng trên khắp màng tế bào, và có ít bằng chứng về sự phân cực tế bào. Các bạch cầu trung tính SHIP1-/- không có khả năng phân cực chính xác, chúng duy trì dạng hình cầu và xuất hiện để đưa chân giảia ra ngoài theo mọi hướng. Khi vị trí và hình dạng của chúng được ghi nhận qua một khoảng 800s, rõ ràng là các tế bào có kiểu hình chuẩn (wild-type) có hình dạng thuôn dài và di chuyển thẳng hướng, trong khi các tế bào SHIP-/- tròn hơn và di chuyển rất ít. Vì các tế bào SHIP-/- có thể còn bộc lộ một số phân cực, nên sự phân bố phân cực của PIP3 có thể không quá quan trọng trong việc thiết lập la bàn, nhưng nó có tính quyết định cho cơ chế phiên dịch tín hiệu phân cực này thành sự di chuyển có định hướng thông qua sự tổ hợp tạo thành actin, sự tạo chân giả và sự co uropod.

 

Một bước khuếch đại chính khác phụ thuộc vào sự phóng thích ATP từ các hemichannels được hoạt hóa bởi sự biến dạng màng của chân giả ở phía trước tế bào. Một số ATP được thủy phân bởi các ectoenzyme như CD39 và CD73 để tạo thành adenosine. Bằng cách này, tế bào di cư sẽ thiết lập gradient hóa hướng động của chính nó góp phần vào cả thành phần nhận cảm gradient và thành phần di động của sự hóa hướng động. Cả ATP và adenosine phản hồi theo hướng tự tiết để kích thích thụ thể gắn với protein G (GPCRs). ATP và adenosine dường như có các tác động hơi khác trên đáp ứng hóa hướng động. ATP, chất tác động thông qua thụ thể P2Y2, góp phần vào sự nhạy cảm gradient trong khi adenosine tác động thông qua thụ thể A3 làm tăng cường sự di động tế bào.

 

P2Y2 - thụ thể được hoạt hóa bởi ATP, gắn với Gq/11 thường kích thích phospholipase C (PLC) để tạo inositol 1,4,5-triphosphate (InsP3) và diacylglycerol (DAG). Tuy nhiên, còn chưa rõ hai chất truyền tin thứ hai này có hoạt động trong hóa hướng động bạch cầu đa nhân hay không. Tất nhiên, sự tạo thành InsP3 góp phần vào các microdomain tín hiệu Ca2+ cơ chế định hướng hóa hướng động bằng cách nâng cao khả năng tạo ra flicker Ca2+. Sự phân tách Gq/11 thành Gαq/11 và Gβγ cũng có ý nghĩa vì tiểu đơn vị Gβγ có thể cung cấp chiếc “la bàn” giả định để tăng cường biểu hiện tiểu đơn vị Gβγ bởi thụ thể fMet-Leu-Phe (fMLP). Mỗi khả năng này phù hợp với quan sát cho rằng sự xóa thụ thể P2Y2 gây ra sự mất mát đáng kể trong sự nhạy cảm gradient.

 

Adenosine có một tác động khác đối với ATP, trong đó có lẽ nó góp phần vào sự di động tế bào. Sự xóa các thụ thể adenosine A3 không ảnh hưởng sự nhạy cảm gradient, nhưng nó làm giảm đáng kể sự di động. Các thụ thể A3 cũng như P2Y2 không phân bố đều trên bề mặt, mà chúng tập trung ở đầu trước (anterior end). Chưa rõ sự phân cực thụ thể này được thiết lập như thế nào. Cũng có một ít thông tin về cách tác động của những thụ thể A3 này, đó là gắn với Gi, tức cùng protein G dùng bởi fMLP. Sẽ rất thú vị khi tìm hiểu nhiều hơn về hoạt động của những thụ thể P2Y2 và A3 này, vì nó có thể cung cấp nhiều hiểu biết về cơ chế tín hiệu kiểm soát hóa hướng động.

 

Sự tổng hợp actin, sự tạo chân giả và sự co uropod

 

Sự phân cực các phần tử tín hiệu ra phía trước và sau tế bào, như mô tả ở trên, cung cấp các chỉ dẫn tại chỗ, làm nhô ra chân giả ở phía trước và co uropod ở phía sau (Hình 11: Hình sự truyền tín hiệu hóa hướng động bạch cầu trung tính). Sự hoạt hóa Cdc42 và Rac ở phía trước tế bào biên soạn (orchestrate) sự tổ hợp của mạng lưới actin góp phần vào sự nhô ra của chân giả. Hai protein G này có các tác động tinh vi khác nhau trong quá trình tái tạo actin. Cdc42.GTP kích thích protein hội chứng Wiskott-Aldrich (WASP) và phức hợp Arp2/3 để tạo các sợi actin dài, trong khi Rac.GTP thiên về sự tạo các nhánh. Cả Cdc42 và Rac kích hoạt protein kinase hoạt hóa bởi p21 (PAK), đây là protein tập trung cao ở phía trước tế bào nơi nó có nhiều chức năng. Nó tác động thông qua LIM kinase 1 (LIM-K1) để phosphoryl hóa cofilin, do vậy ngăn cản được việc phân cắt actin để sự tổ hợp có thể xảy ra. PAK cũng phosphoryl hóa MLCK, gây ra sự giảm hoạt động của hệ thống co actin-myosin ở phía trước tế bào. Do đó, sự hoạt hóa Cdc42 và Rac đảm bảo sự tổ hợp actin nhanh chóng ở phía trước tế bào để tạo thuận lợi cho sự nhô ra của chân giả.

 

Các hoạt tính của bộ xương tế bào rất đa dạng, xảy ra ở phía sau để thúc đẩy sự co của uropod, làm cho tế bào tiến về hướng của gradient. Sự co cục bộ này được kiểm soát bởi Rho, được hoạt hóa ở phía sau trong quá trình hoạt động của cơ chế nhạy cảm gradient sớm (thiết lập la bàn). Có nhiều cơ chế tín hiệu Rho. Đối với sự hóa hướng động bạch cầu trung tính, chức năng chính của Rho.GTP là hoạt hóa sự co bằng cách kích thích Rho kinase (ROK). ROK gây ra dòng thác tín hiệu dẫn tới sự hoạt hóa myosin II để thúc đẩy sự co của uropod.

 

Tóm lại, tác động khu trú của Cdc42 và Rac ở phía trước sẽ tổ hợp mạng lưới actin giúp tạo ra chân giả. Trong khi ở phía sau tế bào, Rho hoạt động để kích thích mạng lưới myosin II-actin để co uropod, giúp đẩy tế bào ra trước. Một thách thức cho tương lai là xác định bản chất chính xác của các cơ chế tín hiệu cấu thành nên chiếc la bàn tạo cho các cơ chế di động có định hướng đảm trách cho sự hóa hướng động bạch cầu trung tính.

 

Quá trình lão hóa

 

Sự lão hóa là một tiến trình trong đó tế bào mất khả năng tăng sinh. Nó có thể sống sót trong một thời gian dài trong tình trạng sự sống bị tạm ngừng trong sự phân chia tế bào. Có hai tình trạng chính của sự lão hóa dẫn đến các cơ chế riêng biệt. Có các quá trình lão hóa lặp lại, chúng phụ thuộc vào sự mất telomere, và sự lão hóa do stress, được tạo thành bởi nhiều loại stress tế bào. Một trong các stress này là do sự kích hoạt các gene sinh ung (oncogene), những chất hoạt hóa mạnh của của quá trình lão hóa do stress. β-galactosidase liên quan lão hóa (SA-β-gal) là một chất đánh dấu hóa sinh học dùng để nhận biết sự lão hóa.

 

Hình 45.15: Sự lão hóa - Các cơ chế lão hóa tế bào. Các tế bào bình thường có thể chuyển sang tình trạng lão hóa không tăng sinh thông qua hai cơ chế chính. Sự mất telomere gây ra sự lão hóa do phân chia. Nhiều loại stress tế bào, bao gồm sự hoạt hóa các gene sinh ung, dẫn tới lão hóa do stress. Có hai lộ trình chính gây ra lão hóa do stress. Các gene sinh ung nhu Ras và Myc có thể hoạt hóa các chất đè nén u, như p16 và ARF (alternative reading frame), chúng lần lượt tác động thông qua protein E2F/u nguyên bào võng mạc (Rb) và p53 để chuyển hướng tế bào sang sự lão hóa do stress. Các lộ trình lão hóa này có thể được né tránh hoặc tắt đi trong sự phát triền của tế bào ung thư. Sự bộc lộ telomerase tránh con đường lão hóa do phân chia, còn sự bất hoạt chất đè nén u như Rb, p16 hay p53 làm ngăn cản các tế bào mới nổi đi vào sự lão hóa do stress.

 

Sự lão hóa do phân chia (replicative senescense)

 

Tế bào bình thường của động vật có vú có một khả năng phân chia hữu hạn, được công nhận đầu tiên khi tế bào được đặt trong môi trường nuôi cấy. Ví dụ, khi tế bào từ một người trẻ được đặt trong môi trường nuôi cấy, nó sẽ phân chia khoảng 50 lần trước khi ngừng. Tế bào từ những người già sẽ phân chia ít hơn. Số lần phân chia dường như được xác định bằng các telomere ở cuối nhiễm sắc thể. Những telomere này, cần thiết trong sự tổng hợp DNA, được tạo thành từ khoảng 20 vùng TTAGGG lặp lại, theo sau đó là một chuỗi đơn nhô ra trên chuỗi giàu bộ ba “G”. Những telomere này ngắn đi trong mỗi đợt phân chia tế bào, nên số lần lặp đi lặp lại giảm đến một mức không còn tổng hợp DNA được nữa và tế bào đi vào tình trạng lão hóa do phân chia.

 

Như vậy có thể tránh sự lão hóa do phân chia bằng tế bào gốc hay tế bào ung thư bởi sự biểu lộ của enzyme telomerase, enzyme này có khả năng duy trì telomere bằng cách tái lập các đoạn telomere. Do đó, một trong những điều kiện tiên quyết để một ung thư phát triển là sự biểu hiện của telomere cho phép tế bào ung thư phân chia lặp di lặp lại mà không có nguy cơ lão hóa do phân chia.

 

Sự lão hóa do stress

 

Như cái tên của nó, sự lão hóa do stress được kích hoạt bởi nhiều loại stress như tổn thương DNA hay thông qua sự hiện diện của gene sinh ung, chúng bắt đầu hoạt hóa sự tăng sinh. Các gene sinh ung liên quan đặc biệt đến sự khởi phát ung thư, vì chính sự lão hóa do stress là một cơ chế quan trọng để ngăn chặn giai đoạn sớm của ung thư. Ví dụ, hình thức lão hóa này đã được mô tả trong một số mô tiền ung thư như nevi (nốt ruồi da) và các bất thường tuyến tiền liệt ở giai đoạn sớm.

 

Sự lão hóa do stress được hoạt hóa bởi các thành phần của các con đường tăng sinh thường có tác động kích thích sự sinh sản tế bào. Có một nghịch lý rõ ràng rằng các cơ chế tín hiệu giống nhau có khả năng hoạt hóa cả sự lão hóa và phân chia. Nghịch lý này có thể được giải quyết bởi thực tế là hai kết quả này có thể có các ngưỡng khác nhau. Các mức độ bình thường của tín hiệu có thể hoạt hóa con đường tăng sinh dẫn tới hoạt hóa cyclin D, trong khi các tín hiệu cao bất thường cần để hoạt hóa các con đường làm chệch hướng tế bào về phía lão hóa do stress.

 

Dường như có hai lộ trình tín hiệu chính hoạt hóa bởi tín hiệu tăng sinh quá mức để gây ra sự lão hóa do stress. Một con đường phụ thuộc vào chất đè nén u (tumour suppressor) p16INK4a được hoạt hóa bởi phức hợp protein E2F/u nguyên bào võng mạc (Rb). Khởi đầu sự lão hóa có thể được hỗ trợ bởi Suv39h1, nó liên kết với Rb và các histone methylates để tăng cường sự tạo thành chất dị nhiễm sắc làm silence DNA. Lộ trình khác phụ thuộc vào ARF hoạt hóa p53. Lộ trình ARF đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa ung thư, do nó có thể hướng tế bào đến sự lão hóa hay chết có chương trình (apoptosis).

 

Sự bất tử là một thuật ngữ dành cho một quá trình trong đó tế bào nuôi cấy thoát khỏi sự lão hóa và đòi hỏi khả năng tăng trưởng vô thời hạn trong môi trường nuôi cấy. Tần số của sự bất tử tự nhiên là đặc trưng theo loài, rất hiệu quả ở các động vật gặm nhắm, nhưng hiếm xảy ra ở người và gia cầm. Có vẻ như có một lượng hạn chế các gene thay đổi trong quá trình bất tử. Một thay đổi trong p53 thường liên quan đến sự bất tử.

 

Sự tự thực

 

Sự sống còn của tế bào phụ thuộc rất nhiều vào sự cung cấp năng lượng liên tục. Có một hệ thống năng lượng chuyển hóa quản lý tình trạng năng lượng của tế bào. Khi bị đói, hệ thống năng lượng này có thể duy trì trong một khoảng thời gian đáng kể bằng cách dùng năng lượng dự trữ như chất béo và glycogen. Tuy nhiên, khi các nguồn dự trữ dễ tiếp cận đã cạn kiệt, sự sống có thể được kéo dài bởi một quá trình tự thực, trong đó tế bào bắt đầu dị hóa các thành phần bào tương của nó. Quá trình tự thực phụ thuộc vào sự tạo thành không bào tự thực, đó là một túi màng đôi có thể nhấn chìm khối lượng lớn tế bào chất chứa các bào quan như ribosome và ti thể. Sau đó, túi tự thực này hòa màng với lysosome để tạo thành thể tự thực bào (autophagosome), nới mà mọi thành phần đại phân tử được chia nhỏ thành các chất chuyển hóa để nuôi ti thể, giúp cung cấp ATP cho sự sống.

Hình 45.16: Sự tự thực - Kiểm soát sự tự thực. Tự thực là sự thoái biến trên quy mô lớn các thành phần bào tương, như ti thể và ribosome, chúng bị nhấn chìm bởi một màng cô lập để tạo thành không bào tự thực, để rồi hòa màng với lysosome, nơi sự thoái biến xảy ra. Các hiệu ứng màng được thực hiện nhờ phức hợp Atg, chúng được mã hóa bởi một nhóm gene tự thực. Ở tế bào bình thường có năng lượng dồi dào, sự tự thực bị ức chế thông qua TOR (target of rapamycin), nó được điều hòa nhờ PI 3-kinase (PI3K) lớp I hay qua tình trạng năng lượng của tế bào. Một trong các sản phẩm gene Atg (Atg6) và PI 3-kinase lớp III sẽ hoạt hóa sự tự thực. Hình này dựa trên Hình 1 trong Baehrecke 2005. Sao chép dưới sự cho phép của NXB Macmillan: Nat. Rev. Mol. Cell Biol., Baehrecke, E.H. (2005) Autophagy: dual roles in life and death? 6:505–510. Copyright (2005);

 

Sự tự thực được kiểm soát bởi một số lộ trình tín hiệu. Sự kiểm soát chính được thực hiện thông qua TOR (target of rapamycin), nó được điều hòa bởi các yếu tố tăng trưởng và tình trạng năng lượng của tế bào. Các yếu tố tăng trưởng tác động thông qua PtdIns 3-kinase (PI 3-K) lớp I  để hoạt hóa TOR, trong khi tình trạng năng lượng tác động thông qua lộ trình tín hiệu AMP. Trong tình trạng năng lượng bị hạn chế, tác dụng ức chế của TOR suy giảm và sự tự thực bắt đầu. Cả Atg6 (được biết như  beclin1) và PI 3-K lớp III đều là những chất điều hòa quan trọng của một phức hợp protein tự thực (Atg), chúng đảm trách việc các màng cô lập nhấn chìm lượng lớn tế bào chất. PI 3-K lớp III tạo ra PtdIns3P. Lipid này là chất truyền tin của băng tín hiệu PtdIns3P có chức năng kiểm soát sự luân chuyển các túi.

 

 

Sửa lần cuối ngày 24/11/2012 - www.docsachysinh.com  

 Hãy cùng nhau chung tay xây dựng cộng đồng Y sinh học của Việt Nam bằng tri thức khoa học!

 Diễn đàn Đọc sách Y Sinh