Cytokine là gì? Đặc điểm, nguồn gốc và vai trò trong hệ miễn dịch

Để tạo ra các đáp ứng miễn dịch hiệu quả, các tế bào bạch cầu và tế bào viêm cần có một cơ chế đặc biệt để giao tiếp với nhau. Hệ miễn dịch của con người sử dụng những protein nhỏ gọi là cytokine để thực hiện những cơ chế này. Vậy cytokine là gì? Đặc điểm và cơ chế hoạt động của chúng ra sao? Hãy cùng Mescells tìm hiểu qua bài viết sau đây.

1. Cytokine là gì?

Cytokine là tên gọi chung cho một loại protein nhỏ, hoạt động như chất truyền tin hóa học trong hệ miễn dịch, được tiết ra từ nhiều loại tế bào để đáp ứng với một số dạng kích thích. Quá trình truyền tín hiệu giữa các tế bào này là kết quả của sự tương tác giữa cytokine với các thụ thể đặc hiệu có trên bề mặt tế bào đích.

Cytokine gây ra những thay đổi trong hành vi tế bào, rất quan trọng trong một số quá trình sinh lý, bao gồm sinh sản, tăng trưởng, phát triển và sửa chữa tổn thương. Tuy nhiên, vai trò chính của chúng trong hệ thống miễn dịch là cơ chế phòng vệ chống lại các tác nhân gây bệnh.

Cytokine hoạt động như chất truyền tin hóa học trong hệ miễn dịch

2. Đặc điểm chung của cytokine

• Hình dạng: Cytokine có hình dạng đa dạng, có thể tồn tại dưới dạng đơn phân (monomer) hoặc phức hợp đa phân (oligomer).
• Trọng lượng: Cytokine là các protein hòa tan có trọng lượng phân tử thấp (≈6-70 kDa), được tiết ra từ nhiều loại tế bào (tế bào lympho, đại thực bào, tế bào diệt tự nhiên (NK), tế bào mast và tế bào mô đệm). Chúng thay đổi tùy loại, ví dụ chemokine thường <10 kDa, IL-1 có MW khoảng 17 kDa, Interferon (IFN) có MW khoảng 17-20 kDa (theo Chao Liu, 2021).
• Bài tiết: Cytokine chủ yếu được bài tiết dưới dạng các yếu tố hòa tan, mặc dù một số có thể liên kết với màng tế bào.
• Nồng độ: Do hoạt tính sinh học cao của hầu hết các cytokine, nồng độ cân bằng nội môi của chúng trong dịch cơ thể thấp. Tuy nhiên, trong 1 số trường hợp như viêm hay nhiễm trùng, nồng độ cytokine có thể tăng lên đến 1.000 lần. Nồng độ cao của một số cytokine nhất định (như IL-6, TNF-α, IL-8) báo hiệu tình trạng viêm hoặc nhiễm trùng đang diễn ra, giúp chẩn đoán các bệnh như nhiễm trùng huyết hoặc rối loạn tự miễn dịch.
• Tác động đa hướng: Một cytokine có thể tác động lên nhiều tế bào và gây ra nhiều hoạt tính sinh học khác nhau cho tế bào đích.

Hình ảnh minh họa cấu trúc cytokine

3. Nguồn gốc của cytokine

Cytokine được sản sinh bởi nhiều quần thể tế bào nhưng chủ yếu từ các tế bào miễn dịch.

Cytokine được tổng hợp trong bộ máy Golgi. Chúng có thể di chuyển qua lưới nội chất để giải phóng dưới dạng chất trung gian hòa tan. Cytokine cũng vẫn có thể liên kết với màng tế bào hoặc được xử lý thành dạng trong bào tương để di chuyển nội bào. Thậm chí, chúng quay trở lại nhân tế bào và hoạt động như chất điều hòa phiên mã.

Nhiều tế bào không được coi là tế bào miễn dịch nhưng cũng giải phóng cytokine, bao gồm: tế bào nội mô (các tế bào lót bên trong thành mạch máu), tế bào biểu mô (các tế bào lót các cơ quan trong cơ thể), nguyên bào sợi (tế bào trong mô liên kết), tế bào mô đệm (tế bào trong mô liên kết), tế bào Schwann (các tế bào bao quanh tế bào thần kinh). Nhiều loại tế bào có thể giải phóng cùng một loại cytokine.

Cytokine được sản xuất từ nhiều loại tế bào

4. Cơ chế hoạt động của cytokine

Khi cơ thể phát hiện các virus, vi khuẩn xâm nhập, hệ miễn dịch sẽ kích hoạt một số tế bào (ví dụ tế bào miễn dịch) sản xuất cytokine để đáp ứng với các kích thích này. Chúng di chuyển qua đường máu đến các tế bào đích, hoạt động theo cơ chế tự tiết (trên chính cơ thể), cận tiết (trên các tế bào lân cận) hoặc nội tiết (ở xa) (theo Charles A Dinarello , 2011).

Cytokine liên kết với thụ thể đặc hiệu của nó trên bề mặt tế bào đích (có thể là vi khuẩn, tế bào viêm, hoặc tế bào miễn dịch khác). Sự liên kết này được mô tả giống liên kết ổ khóa – chìa khóa, thường khiến hai chuỗi thụ thể kết hợp với nhau (tạo thành dimer), kích hoạt các enzyme nội bào liên quan (kinase). Các kinase phosphoryl hóa các protein khác, tạo ra một phản ứng dây chuyền khuếch đại tín hiệu.

Ba cơ chế truyền tín hiệu chính của cytokine

Tín hiệu truyền đến nhân tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên mã. Điều này dẫn đến những thay đổi trong quá trình phiên mã, bật hoặc tắt các gen cụ thể, từ đó sản sinh protein mới (như các cytokine, thụ thể hoặc enzyme khác) hoặc làm thay đổi hành vi của tế bào như: tăng cường khả năng phòng vệ, thu hút thêm các tế bào miễn dịch (hóa hướng động), mở rộng số lượng, tăng cường chức năng tiêu diệt mầm bệnh, hoặc gây viêm…

Ví dụ: Trong quá trình hoạt hóa, tế bào lympho T tiết ra interleukin-2 (IL-2), chất này liên kết với các thụ thể IL-2 trên cùng một tế bào, thúc đẩy sự nhân lên của các tế bào con. Điều này khuếch đại phản ứng miễn dịch chống lại mầm bệnh mà không cần sự can thiệp liên tục từ các tế bào khác.

Các tế bào có thụ thể cytokine nằm rải rác khắp cơ thể. Trên thực tế, hầu hết các cơ quan trong cơ thể đều chứa các tế bào có thụ thể cytokine. Điều này cho phép tình trạng viêm xảy ra ở nhiều vị trí khác nhau.

5. Vai trò của cytokine trong hệ miễn dịch

Cytokine là một phần không thể thiếu của mạng lưới tín hiệu giữa các tế bào và rất cần thiết trong việc tạo ra và điều hòa hệ thống miễn dịch.

Cytokine thường có nhiều tác dụng trên cùng một tế bào đích và có thể kích thích hoặc ức chế sự tổng hợp và tác dụng của các cytokine khác. Cytokine cũng là chất truyền tin giữa các tế bào trong hệ miễn dịch, đóng vai trò trung gian trong các tương tác phức tạp giữa nhiều loại tế bào có chức năng khác nhau.

Cytokine đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích ứng

Ngoài miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích ứng, cytokine đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng khác như hoạt hóa, tăng sinh và biệt hóa tế bào miễn dịch, tạo mạch máu và sửa chữa các mô bị tổn thương. Do đó, cytokine có liên quan đến sức khỏe và bệnh tật, bao gồm ung thư, bệnh viêm nhiễm, rối loạn thần kinh và bệnh sinh do virus, và có thể hoạt động như các chất chẩn đoán, tiên lượng và điều trị.

Một trong những cytokine nổi tiếng nhất là yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF-alpha), được sản xuất bởi đại thực bào và đóng vai trò quan trọng trong phản ứng viêm. TNF-alpha tham gia vào quá trình hoạt hóa các tế bào miễn dịch, bao gồm bạch cầu trung tính và đại thực bào, đồng thời cũng có thể gây sốt và kích thích sản xuất các cytokine khác. Một cytokine quan trọng khác là Interleukin-6 (IL-6), được sản xuất bởi nhiều loại tế bào, bao gồm tế bào T và đại thực bào. IL-6 tham gia vào việc điều hòa phản ứng miễn dịch và có thể kích thích sản xuất kháng thể bởi tế bào B. IL-6 cũng tham gia vào phản ứng viêm và có liên quan đến nhiều bệnh tự miễn và viêm nhiễm (theo Jacob Liu, 2023).

Cytokine là các phân tử tín hiệu không thể thiếu trong cơ thể, vừa bảo vệ chúng ta trước tác nhân gây bệnh, vừa liên quan đến nhiều rối loạn miễn dịch và bệnh lý. Chính nhờ vai trò đa dạng này, cytokine trở thành một trong những mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng quan trọng trong y học hiện đại, đặc biệt trong điều trị các bệnh miễn dịch và ung thư. Có thể khẳng định, những thành tựu nghiên cứu về cytokine hứa hẹn mở ra nhiều hướng đi mới cho chẩn đoán, điều trị và phát triển thuốc sinh học trong tương lai.