Tag Archives: cytokine

GIỚI THIỆU VỀ MÔ MỠ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Nguyễn Thị Huyền Trang

Mô mỡ không chỉ đơn thuần là một cơ quan được thiết kế để dự trữ thụ động carbon dư thừa dưới dạng các acid béo glycerol ester (triacylglycerol). Những tế bào mỡ trưởng thành tổng hợp và tiết ra một số enzyme, các yếu tố tăng trưởng (growth factors), các cytokine và hormone có liên quan đến tổng cân bằng năng lượng nội môi. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo mỡ (adipogenesis) cũng liên quan đến các quá trình khác như cân bằng lipid nội môi và điều hòa phản ứng viêm. Ngoài ra, một lượng protein được tiết ra từ tế bào mỡ đóng vai trò quan trọng trong những quá trình tương tự. Thật vậy, những bằng chứng gần đây đã chứng minh rằng nhiều yếu tố được tiết ra từ tế bào mỡ là tiền chất trung gian của phản ứng viêm (pro-inflamlatory mediators) và những protein này được gọi là adipocytokines hay adipokines. Hiện có trên 50 adipokines khác nhau được  tiết ra từ mô mỡ. Những adipokines này liên quan đến sự điều khiển hàng loạt các phản ứng sinh lý bao gồm kiểm soát việc thèm ăn và cân bằng năng lượng. Quá trình trao đổi chất đặc biệt của mô mỡ bao gồm trao đổi lipid, cân bằng glucose nội môi , viêm nhiễm, hình thành mạch, cầm máu (theo quy định của đông máu) và huyết áp.

Hình 29.1: Tế bào mỡ và tình trạng bệnh lý

Dạng chủ yếu của mô mỡ ở động vật có vú (thường gọi là “mỡ”) là mỡ trắng, WAT (white adipose tissues). Mô mỡ biệt hóa có nhiệm vụ sinh nhiệt (thermogenesis), đặc biệt ở trẻ sơ sinh, là mỡ nâu, BAT (brown adipose tissues). BAT  được gọi như thế vì có màu đậm do mật độ ty thể cao trong cytochromes. BAT chuyên sản xuất nhiệt và oxy hóa lipid. WAT bao gồm các tế bào mỡ liên kết lỏng lẻo với nhau tập trung nhiều mạch máu vàcác dây thần kinh. Ngoài ra, WAT chứa các đại thực bào, bạch cầu, nguyên bào sợi, tế bào mầm của mô mỡ  (adipocyte progenitor cells), và tế bào nội mô. Các nguyên bào sợi, các đại thực bào, bạch cầu hiện diện cùng với các tế bào mỡ, có rất nhiều loại protein được tiết ra từ WAT trong các điều kiện khác nhau. Nơi tích lũy WAT cao nhất ​​là các vùng dưới da của cơ thể, xung quanh các nội tạng (nội tạng của ngực và bụng).

Hình 29.2: Sự hình thành mô mỡ

WAT có thể được tìm thấy ở một số cơ quan, nó không chỉ có vai tròcách nhiệt mà còn là một kho dự trữ để sản xuất năng lượng mà còn có nhiều chức năng khác. Tùy thuộc vào vị trí của nó, WAT có chức năng chuyên biệt. WAT ở các cơ quan bụng và ngực (không bao gồm tim), gọi là mỡ nội tạng, tiết cytokine viêm và do đó liên quan đến các quá trình viêm khu trú và viêm hệ thống. WAT ở cơ xương tiết ra acid béo tự do, interleukin-6 (IL-6) và yếu tố hoại tửu-α (tumor necrosis factor-α)(TNFα), đóng vai trò quan trọng trong sự đề kháng insulin.WAT ở mô tim tiết nhiều cytokine trong các phản ứng viêm khu trú và hóa hướng viêm, điều này có thể phát triển xơ vữa động mạch và tăng huyết áp tâm thu. WAT ở thận đóng vai trò trong việc tái hấp thu natri và do đó có thể ảnh hưởng đến thể tích máu nội mạch và cao huyết áp.

Trọng tâm chính của bài viết này tập trung vào các hoạt động sinh học liên quan đến WAT, tuy nhiên, BAT cũng sẽ được đề cập. WAT có nhiều chức năng bao gồm cách nhiệt, dự trữ năng lượng carbon dư thừa dưới dạng triacylglycerol và là trung gian cân bằng glucose nội môi. WAT cũng đóng vai trò quan trọng như một cơ quan nội tiết/miễn dịch bằng cách tiết adipokines như các cytokine viêm, yếu tố bổ trợ, chemokine, và protein giai đoạn cấp tính. Chức năng nội tiết của WAT ​​điều khiển sự thèm ăn, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa glucose và lipid, quá trình viêm, hình thành mạch, và các chức năng sinh sản.

Hình 29.3: Cơ chế dự trữ và huy động lipid của tế bào mỡ. Triglycerides được vận chuyển trong máu và bạch huyết từ ruột non về gan nhờ chylomicrons và VLDLs. Ở tế bào nội mô mao mạch của mô mỡ, các phức hợp lipoprotein trên sẽ được phân hủy bởi tác dụng của lipoprotein lipase, giải phóng acid béo và glycerol. Acid béo tự do khuếch tán từ mao mạch vào tế bào mỡ. Sau đó, acid béo sẽ được gắn trở lại vào glycerol phosphate để tạo thành triglyceride. Norepinephrine từ đầu tận của dây thần kinh sẽ hoạt hóa hệ thống tín hiệu cAMP (thụ thể β3) và hoạt hóa lipase nhạy cảm hormone để thủy phân các triglyceride dự trữ trở lại thành acid béo và glycerol. Các phân tử này sẽ khuếch tán trở lại vào mao mạch và tại đó, acid béo tự do sẽ gắn kết với albumin để chuyển tới các vị trí cần sử dụng năng lượng.

Điều hoà sự tạo mỡ

Các quá trình biệt hoá tế bào mỡ từ các tiền tế bào (precursor preadipocyte) thành tế bào mỡ hoàn toàn trưởng thành là một loạt các trật tự chính xác các sự kiện sắp xảy ra. Các tiền tế bào mỡ xuất hiện từ tế bào gốc trung mô (MSCs) có nguồn gốc từ lớp trung bì của phôi thai. MSCs toàn năng (pluripotent) nhận được tín hiệu ngoại bào dẫn đến các thông tin chắc chắn đối với dòng preadipocyte. Những tiền tế bào mỡ không được phân biệt về mặt hình thái từ các MSCs tiền thân của chúng, nhưng chúng đã mất khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác. Sự biệt hoá hay sự xác định các tế bào mỡlà bước đầu tiên và dẫn đến sự tăng về số lượng nhưng ngừng tăng trưởng các tiền tế bào mỡ. Sự ngừng tăng trưởng ban đầu xảy ra trùng khớp với các biểu hiện của hai nhân tố sao chép chính, CCAAT / protein liên kết tăng cường α (C/EBPα) và thụ thể kích hoạt peroxisome proliferator-γ (Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ). Kế tiếp sự cảm ứng của hai yếu tố phiên mã quan trọng đó là giai đoạn ngừng tăng trưởng, tiếp theo là biểu hiện của kiểu hình biệt hoá hoàn toàn tế bào mỡ. Giai đoạn sau của sự  tạo mỡ này là sự biệt hoá cuối cùng.

Mặc dù PPARγ và C / EBPα là những yếu tố quan trọng nhất điều hoà sự tạo mỡnhưng  yếu tố phiên mã bổ sung khác cũng được biết là có ảnh hưởng đến quá trình này. Những yếu tố bổ sung này bao gồm sterol-regulated element binding protein 1c (SREBP1c, còn được gọi là ADD1 for adipocyte differentiation -1), đầu dò tín hiệu,chất kích hoạt phiên mã 5 (STAT5), AP-1 và các thành phần giống như yếu tố Krüppel (Krüppel-like factor) (Klf4, KLF5, KLF15), C / EBPβ và C / EBPδ.  Mặc dù những yếu tố phiên mã này đã được chứng minh ảnh hưởng đến sự tạo mỡ, cách tích cực hay tiêu cực, PPARγ là yếu tố duy nhất cần thiết cho sự tạo mỡ diễn ra. Trong thực tế, nếu vắng mặt của PPARγ thì sự biệt hoá tế bào mỡ khôngxảy ra và không có yếu tố nào xác định có thể thay thế sự tạo mỡ trong sự vắng mặt của PPARγ. Mặc dù vậy nhưng PPARγ khôngphải là yếu tốbiểu hiện đầu tiên trong quá trình kích hoạt biệt hoá tế bào mỡ ,nó chỉ xảy ra sau khi đáp ứng bởisự tác dụng của STAT5, Klf4, KLF5, AP-1, SREBP1c, và C / EBPβ và C / EBPδ .

PPARγ ban đầu biểu hiện trong sự biệt hoá tế bào mỡ và bây giờ công nhận là hệ thống điều chỉnh sự tạo mỡ tổng thể. PPARγ được xác định là mục tiêu của các thiazolidinedione (TZD) lớp thuốc nhạy cảm insulin. Cơ chế hoạt động của các TZDs là kích hoạt các PPARγ và khởi phát chuyển kết quả cho các gen cần thiết cho sự biệt hoá tế bào mỡ. Gen PPARγ của người (biểu tượng PPARG) nằm trên nhiễm sắc thể 3p25 kéo dài hơn 100kb và bao gồm 9 exon mã hóa hai đồng dạng sinh học hoạt động như mRNA thay thế và sử dụng như một codon bắt đầu quá trình dịch mã. Các sản phẩm protein chủ yếu của gen PPARG được xác định là PPARγ1 và PPARγ2. PPARγ1 mã hóa bởi exon A1 và A2 exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2mã hóa bởi exon B và exon chung từ 1 đến 6. PPARγ2 hầu như đặc biệt dành riêng cho các tế bào mỡ. Giống như tất cả các thụ thểnhân,các protein PPARγ chứa một DBD và LBD. Ngoài ra, như PPARα, các protein PPARγ chứa ligand-dependent activation function domain (được xác định là AF-2) và ligand-independent activation function domain (được xác định là AF-1). Vùng AF-2 nằm trong LBD và vùng AF-1 ở khu vực N-terminal của protein PPARγ.PPARγ2 protein chứa 30 acid amin ở N-terminal liên quan đến PPARγ1 và các acid amin bổ sung này tăng 5-6 lần trong quá trìnhkích hoạt sao mã (transcription-stimulating activity) của AF-1 khi so sánh với vùng tương tự trong protein PPARγ1. PPARγ1 hiện diện ở khắp nơi. PPARγ2 gần như dành riêng cho  mỡ trắng (WAT), liên quan đến dự trữ lipid và mỡ nâu (BAT), liên quan đến tiêu hao năng lượng.

Hình 29.4:  Minh họa một số quá trình tạo thành mô mỡ

Như đã nói ở trên, trong quá trình biệt hoá tế bào mỡ một số gen ngược dòng (upstream genes)  được yêu cầu để kích hoạt các gen PPARG. Chúng bao gồm C / EBPβ và C / EBPδ, SREBP-1c, KLF5, KLF15, proteinzinc-finger 423 (Zfp423), và các yếu tố tế bào B sớm (early B-cell factor)  (Ebf1). PPARγ kích hoạt hầu hết các gen cần thiết cho quá trình biệt hoá tế bào mỡ. Những gen này bao gồm aP2-cần thiết để vận chuyển các acid béo tự do (FFAs) và perilipin-một loại protein bao phủ bề mặt của các giọt lipid trưởng thành trong tế bào mỡ. Các gen quy định cho PPARγ có liên quan đến chuyển hóa lipid hay cân bằng glucose nội môi bao gồm lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase (ACS), acetyl-CoA acetyltransferase (ACAT), vài gen phospholipase A  (PLA) , adiponectin, enzyme gluconeogenic PEPCK, và glycerol-3 phosphate dehydrogenase (GPDH). PPARγ cũng có chức năng trong quá trình chuyển hóa lipid ở đại thực bào bằng cách gây ra sự biểu hiện của các macrophage scavenger receptor, CD36. Thụ thể CD36 cũng được gọi là translocase acid béo (FAT) và nó là một trong các thụ thể chịu trách nhiệm cho sự hấp thu các acid béo của tế bào.

Vai trò của SREBP-1c trong việc kích thích sự biệt hoá tế bào mỡ được cho là kết quả của yếu tố phiên mã này bắt đầu biểu hiện của gen đó, như là một phần hoạt động của mình, tạo ra các chất gắn PPARγ. Thực tế, sự biểu hiện của SREBP trước PPARγ là cần thiết. Mặc dù vậy, người ta chứng minh rằng những con chuột thiếu SREBP-1 không cho thấy việc giảm đáng kể WAT. Tuy nhiên, mức SREBP-2 tăng lên ở những động vật chỉ ra rằng điều này có thể là một cơ chế đền bù. Mặc dù mất SREBP-1 không dẫn đến một mức  thiếu hụt đáng kể trong phát triển mô mỡ, sự biểu hiện quá mức của SREBP-1c tăng cường hoạt động adipogenic của PPARγ.

Các yếu tố phiên mã họ C/EBP đóng vai trò đầu tiên trong sự biệt hoá tế bào mỡ. Ba thành viên của họ (C / EBPα, C / EBPβ và C / EBPδ) được bảo tồn các yếu tố leucine-cơ bản nơi chứa các yếu tố phiên mã. Tầm quan trọng của các yếu tố này trong sự tạo mỡ đã được chứng minh trong các con chuột biến đổi gen. Ví dụ như toàn bộ cơ thể gián đoạn sự biểu hiện của C / EBPα trong toàn bộ cơ thể bị gián đoạn dẫn đến cái chết ngay sau khi sinh do khiếm khuyết gan, hạ đường huyết, và không tích luỹ WAT ​​hoặc BAT. Sử dụng chuột biến đổi gen, người ta xác định vai trò của C / EBPβ và C / EBPδ tác dụng sớm trong quá trình biệt hoá tế bào mỡtrong khi C / EBPα tác dụng sau. Trong thực tế,  C / EBPα biểu hiện trễ hơn trong sự tạo mỡ và phong phú nhất trong các tế bào mỡ trưởng thành. Biểu hiện của  C / EBPα và PPARγ một phần được điều hoà bởi nhữnghoạt động của C / EBPβ và C / EBPδ. Một trong những tác động chủ yếu của sự biểu hiện C / EBPα trong tế bào mỡ là tăng cường độ nhạy cảm insulin của các mô mỡ. Thực tế này sau đó được chứng minh rằng biến đổi gen C / EBPα không phá huỷ sự tạo mỡ nhưng WAT không nhạy cảm với các hoạt động của insulin.

Mô hình chung của yếu tố phiên mã hoạt hoá sự tạo mỡ cho thấy rằng AP-1, STAT5, Klf4, và KLF5 được kích hoạt sớm và dẫn đếnviệc tăng sự biểu hiện gen trung gian qua phiên mã (transactivation) của C / EBPβ và C / EBPδ. Hai yếu tố này lần lượt hoạt hoá sự biểu hiện của SREPB-1 và KLF15 dẫn đến hoạt hoá PPARγ và C / EBPα. Điều quan trọng là phải giữ quan điểm rằng nó không chỉ là yếu tố sao chép kích hoạt các tiền tế bào mỡ điều khiển sự tạo mỡ. Ngoài ra còn có một sự cân bằng tác dụng ở mức độ ức chế yếu tố sao chép trung gian của sự tạo mỡ. Một số trong những yếu tố đang chống tạo mỡ (anti-adipogeneic) bao gồm các thành viên của họ yếu tố giống Krüppel (Krüppel-like factor family) như, KLF2 và KLF3.GATA2 và GATA3 cũng tác động chống tạo mỡ. Gọi là yếu tố GATA bởi vì chúng kết hợp các phân tử DNA có chứa một chuỗi GATA cốt lõi. Hai yếu tố sao chép của họ yếu tố điều hoà interferon, IRF3 và IRF4, chống lại quá trình tạo mỡ.

Những thay đổi trong biểu hiện của các yếu tố phiên mã điều khiển quá trình tạo mỡ tổng thể liên quan với những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc. Những thay đổi trong động lực học nhiễm sắc liên quan đến việcmethyl hóa protein histone và methyl hóa DNA. Nhiễm sắc thể trong tế bào gốc đa năng hiển thị một tính chất rất năng động với một mức độ cao của DNA linh động “DNA decondensed”. Sự biệt hoá được cảm ứng là do có sự thay đổi trong mô hình tổng thể của gen methyl hóa. Các gen Lineage chuyên biệt được demethylated trong khi các gen đa năng bị methyl hóa dẫn đến kích hoạt phiên mã và im lặng tương ứng. Khi quá trình biệt hoá mỡ tiến hành mã hóa gen PPARγ và C / EBPα được quan sát thay đổi vị trí vào bên trong hạt nhân trùng với tỷ lệ tăng phiên mã. Kể từ khi MSCs có thể được cảm ứng để biệt hóa thành xương và cơ bắp, cũng nhưmỡ,các gen biệt hoá mỡ như PPARγ và C / EBPα không cần thiết biểu hiện  nếu con đường gây ra là xương hay cơ bắp.

Liên quan với không biểu hiện phiên mã là phức hợp protein gọi là đồng kìm hãm (co-repressors) và phức hợp kích hoạt phiên mã được gọi là đồng-kích hoạt (co-activators). Khi MSCs là do xương dòng  protein histone3 trong khu vực promoter PPARγ là methyl hóa lysine 9 (xác định là H3K9) bởi một phức tạp đồng kìm hãm bao gồm SETDB1 histone methyltransferase và các protein liên quan NLK (Nemo-kinase) và CHD7 (chromodomain helicase DNA gắn protein-7). Ngoài việc không biểu hiện của các promoter PPARg, hoạt động của protein PPARγ về gen đích của nó cũng bị hạn chế bởi liên kết với các phức hợp đồng kìm hãm. Trongtiền tế bào mỡ, hoạt động của PPARγ được ngăn chặn bởi liên kết với PRB và HDAC3 (histone deacetylase 3). Sự cảm ứng của quá trình biệt hoá kéo theo phản ứng phosphoryl hóa PRB giải phóng từ phức hợp ức chế. Điều này dẫn đếntăng hoạt động acetyltransferases histone (HATs) và đồng hoạt hóa protein CBP/p300 (CBP CREB gắn protein, CREB là cAMP- response element-binding protein) đến phức hợp PPARγ kết quả làhoạt hoá phiên mãgen mục tiêu PPARγ.

Nhiều thí nghiệm đã bắt đầu xác định các mảng lớn của việc sửa đổi histone điều hoà sự biểu hiện của gen liên quan đến tổng thể sự tạo mỡ đặc biệt là biểu hiện của PPARγ. Những thay đổi phức histone bao gồm HATs, HDACs, methyltransferases histone (HMTs), và demethylases histone (HDMs). Hậu quả chung sự hoạt hóa của HATs và HMTs là kích hoạt PPARγ biểu hiện và / hoặc tăng cường các hoạt động PPARγ trong chất hoạt hoá gen mục tiêu của nó. Ngược lại, như mong đợi, hoạt hoá HDAC dẫn đến ức chế hoạt động PPARγ tại chất ức chế gen mục tiêu  của nó.

Điều hoà trao đổi lipid trong tế bào mỡ

Các triacylglycerol (TAG) được tìm thấy trong WAT là nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể. Vùng chứa TAG là một vùng ổn định được điều hoà bởi lượng thức ăn vào, nhanh và bởi hậu quả của chế độ ăn uống trên mức hormon tuyến tuỵ. Ngoài ra, hồ chứa chất béo của mô mỡ thay đổi là kết quả của biến động hormon khác, quá trình viêm, và sinh lý bệnh. tổng thể quá trình hóa sinh trong  trao đổi chất củaTAG của được trình bày trong trang tổng hợp lipid và trang oxy hóa acid béo. Mục đích của phần này là để thảo luận chi tiết hơn về các hoạt động enzyme điều hoà tổng cân bằng TAG nội môi của mô mỡ cũng như sự điều hoà hormon và các quá trình sinh lý

Ban đầu người ta tin rằng việc giải phóng các acid béo từ nơi dự trữ TAG của mô mỡ được kích hoạt riêng biệt thông qua hoạt hoá hormone nhạy cảm lipase (hormone-sensitive lipase) (HSL). Tuy nhiên, khi HSL-null của chuột được tạo ra người ta đã phát hiện ra rằng quá trình này liên quan đến việc thêm adipocyte HSL-independent TAG lipase. Nghiên cứu sau đó đã dẫn đến việc xác định ít nhất là năm lipases TAG của mô mỡ ngoài HSL ra. HSL là chất xúc tác hoạt động đa dạng bao gồm TAG, diacylglycerols (DAG), và este cholesterol (CES). Khi khảo nghiệm  in vitro hoạt động của HSL ít nhất là 10 lần cao hơn so với DAG hơn TAG. Khi tác động trên TAG hoặc DAG, HSL có hoạt động mạnh nhất chống lại các acid béo có trong vị trí sn-1 hoặc sn-3 của xương sống glycerol. Cho đến khi những thí nghiệm trên chuột biến đổi gen gần đây đã chứng minh rằng, HSL được cho là enzyme cơ bản liên quan đến TAG mỡvà thủy phân DAG cũng như hoạt động chính của  neutral cholesteryl ester hydrolase (NCEH) .

Mặc dù chuột HSL-null vẫn còn biểu hiện hoạt động hydrolase TAG, kết quả từ các nghiên cứu ở những con chuột này cho thấy rằng sự phân giải lipid qua trung gian HSL có đóng góp đáng kể cho tổng thể giải phóng acid béo từ các tế bào mỡ. Ở những con chuột thiếu HSL có thấy giảm mức độ lưu thông acid béo tự do và TAG cũng như giảm lưu trữ TAG trong gan. Những kết quả này chỉ ra rằng nếu thiếu HSL thì sẽ không đủ phân giải lipid từ  mô mỡ để hỗ trợ các nhu cầu năng lượng của tế bào từ các acid béo và cũng không để tổng hợp VLDL đầy đủ trong gan. Kết quả các nghiên cứu về vai trò của HSL trong phân giải lipid tổng thể ở mô mỡ chứng minh rằng nó không hoàn toàn cần thiết cho sự thủy phân TAG như suy nghĩ ban đầu. Tuy nhiên, những con chuột HSL-null có tích luỹ DAG chỉ ra rằng vai trò quan trọng đối với HSL là giải phóng acid béo từ DAG lần lượt tạo ra monoacylglycerols (MAGs). Tỷ lệ giải phóng acid béo từ DAG là khoảng 10 – 30 lần so với tỷ lệ giải phóng từ TAG. Cho đến nay chỉ DAG lipase được xác định trong mô mỡ là HSL.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

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

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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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).

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

INTERLEUKINS & CHEMOKINES

INTERLEUKINS & CHEMOKINES

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tổng quan

Miễn dịch học phân tử là một môn học rất khó tiếp cận vì nhiều lý do. Thứ nhất, nó có quá nhiều chi tiết, mà thỉnh thoảng cần phải nắm bắt đầy đủ một khối lượng lớn chi tiết nhất định thì mới có thể hiểu được một định nghĩa hoàn chỉnh. Để giải quyết được khó khăn này, chúng ta cần thiết phải tập trung nắm bắt bức tranh tổng quan trước hết. Khó khăn thứ hai là miễn dịch học có khá nhiều ngoại lệ trong qui luật và chính các ngoại lệ này góp phần khẳng định qui luật chung. Chi tiết này rất thú vị đối với các nhà miễn dịch học, nhưng với người mới bắt đầu đó là cả một trở ngại lớn. Tiếp theo, khó khăn lớn cuối cùng nằm ở chính bản thân hiểu biết của chúng ta về miễn dịch học còn nhiều thiếu sót, một khẳng định ngày hôm nay có thể bị bác bỏ ngay ngày hôm sau. Do vậy tài liệu được bạn sử dụng lúc này có thể đã không còn đúng nữa.

PHẦN A: INTERLEUKINS

 

Hình 49.1: Tổng quan về các vai trò của cytokines.

Các phân tử cytokines bản chất là protein tan trong nước, chúng có cách thức hoạt động theo kiểu tự tiết (autocrine), cận tiết (paracrine) và nội tiết (endocrine). Cytokines có rất nhiều vai trò, nhất là với hệ miễn dịch của cơ thể như tăng sinh – phát triển – biệt hóa – apoptosis và hóa hướng động (chemotaxis). Chúng bao gồm 35 phân tử interleukins (từ IL-1 đến IL-35), các colony stimulating factors (macrophage CSF, granulocyte CSF và granulocyte macrophage CSF), hormone tăng trưởng, erythropoietin (EPO), interferons, TNFs, NGF và các chemokines.

Hầu hết các thụ thể của cytokine đều có thành phần phức tạp từ các tiểu đơn vị có cấu trúc khác nhau do vậy có vai trò khác nhau. Ví dụ như thụ thể của GM-CSF có 2 tiểu đơn vị khác nhau là: GMRα đặc hiệu cho GM-CSF và βc có mặt trong cả thụ thể của GM-CSF, IL-3 và IL-5. Cả 2 tiểu đơn vị này đều có chứa một đầu N tận ở trong bào tương, một vòng xoắn xuyên màng và đầu tận C ở ngoài tế bào. GMRα có 2 domain fibronectin type III còn trong βc có chứa tới 4 domain này. Cấu trúc được xác định bằng tia X thành phần ngoại bào của các thụ thể này đã được xác định rõ còn domain ở trong bào tương vẫn còn chưa được biết.

Trong chương này, chúng ta sẽ khảo sát các interleukins chính, một thành viên của họ phân tử cytokines và lại rất quen thuộc với chúng ta, tuy nhiên ít khi được hệ thống hóa trọn vẹn.

Đọc thêm tại đây.