Interleukin là gì? Phân loại, chức năng và ứng dụng trong y học

Interleukin là một trong những nhóm phân tử tín hiệu quan trọng nhất của hệ miễn dịch. Chúng có mặt trong hầu hết các phản ứng viêm và đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Nhờ khả năng chống lại nhiễm trùng và nhiều chức năng quan trọng, interleukin ngày càng được giới khoa học quan tâm nghiên cứu. Vậy chính xác interleukin là gì, chúng gồm những loại nào và có ứng dụng ra sao trong y học hiện đại? Mescells sẽ giải đáp chi tiết những vấn đề này qua bài viết sau đây.

1. Interleukin là gì?

Interleukin (IL) là một nhóm protein tự nhiên (cytokine) được sản xuất bởi các tế bào bạch cầu và các tế bào khác, ví dụ như tế bào nội mô, tế bào lympho T và B, tế bào sát thủ tự nhiên, để giúp kiểm soát hệ thống miễn dịch và điều hòa viêm. Interleukin đóng vai trò điều phối then chốt trong cả miễn dịch bẩm sinh lẫn miễn dịch thích nghi, chi phối quá trình tăng sinh, biệt hóa, di chuyển và sống còn của tế bào miễn dịch [1].

Interleukin là một nhóm protein đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ miễn dịch 

2. Interleukin hoạt động như thế nào?

Sau khi được tiết ra bởi tế bào nguồn, interleukin thường tác động theo ba cơ chế đặc trưng:

• Tự tiết: Chất ảnh hưởng đến tế bào sản xuất ra nó.
• Cận tiết: Chất ảnh hưởng đến các mô gần tế bào sản xuất ra nó.
• Nội tiết: Chất do tế bào sản xuất đi vào máu và được vận chuyển đến các cơ quan xa [2].

Để truyền tín hiệu vào bên trong tế bào, nhiều interleukin sử dụng chung một con đường phổ biến được gọi là JAK-STAT. Khi interleukin gắn vào thụ thể tương ứng trên bề mặt tế bào, các tiểu đơn vị của thụ thể liên kết với nhau và từ đó kích hoạt các enzyme kinase thuộc họ Janus (JAK). Sau đó, JAK phosphoryl hóa và hoạt hóa các protein STAT, giúp chúng được hoạt hóa và di chuyển vào nhân tế bào để trực tiếp điều chỉnh quá trình phiên mã của nhiều gen đích. Kết quả cuối cùng của toàn bộ chuỗi tín hiệu này là sự thay đổi hành vi của tế bào đích, có thể là tăng sinh, biệt hóa thành một dòng tế bào chuyên biệt, hoặc được hoạt hóa để thực hiện chức năng miễn dịch cụ thể.

Một số interleukin và con đường truyền tín hiệu nội bào JAK-STAT

3. Các nhóm interleukin phổ biến

Việc phân loại interleukin vô cùng đa dạng, có thể dựa trên cách chúng tương tác với tế bào lympho, cấu trúc của chính các phân tử, cấu trúc của các thụ thể đối với các phân tử này, chức năng và đặc tính gây viêm hoặc chống viêm của chúng [2].

3.1. Phân nhóm dựa trên cấu trúc phân tử

Ở nhóm này, interleukin được phân thành hai nhóm cytokine loại I và II.

• Cytokine loại I được đặc trưng bởi lõi gồm bốn xoắn α được sắp xếp chặt chẽ. Các cytokine nhóm này được chia nhỏ thành chuỗi dài (long-chain) như IL-6 (trên 165 axit amin) và chuỗi ngắn (short-chain) như IL-2, IL-4 (dưới 165 axit amin).
• Cytokine loại II được đặc trưng bởi một mô típ cấu trúc tương tự sử dụng sáu đến bảy xoắn α. Nhóm này chủ yếu bao gồm họ IL-10 (như IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24 và IL-26).

3.2. Phân nhóm dựa trên nhiều yếu tố

Tiêu chí của nhóm interleukin này bao gồm sự tương đồng về cấu trúc và vị trí của các gen mã hóa từng protein riêng lẻ, đồng thời xem xét cấu trúc bậc nhất và bậc hai của chúng cùng với các phức hợp của các thụ thể được sử dụng.

Có thể dựa trên nhiều yếu tố để phân loại interleukin thành các nhóm khác nhau 

• Họ IL-1: Bao gồm các interleukin như: IL-1, IL-18, IL-33, IL-36, IL-37 và IL-38.
• Họ IL-6: Bao gồm các interleukin như: IL-6, IL-11 và IL-31.
• Họ IL-10: Bao gồm IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 và IL-28.
• Họ IL-12: Nhóm này chứa các phân tử như: IL-12, IL-23, IL-27, IL-30, IL-35 và IL-39.
• Họ IL-17: Bao gồm IL-17A (CTLA-8), IL-17B, IL-17C, IL-17D, IL-17E (IL-25) và IL-17F.

3.3. Phân nhóm dựa trên tác dụng sinh học trong phản ứng viêm

• Nhóm các phân tử gây viêm: Nhóm protein này giúp thu hút các tế bào miễn dịch đến các khu vực bị thương hoặc nhiễm trùng và có thể gây sốt. Ví dụ chính: IL-1, IL-6, IL-8, IL-17 và IL-18.
• Nhóm các phân tử chống viêm, có tác dụng bảo vệ các mô khỏi bị tổn thương bằng cách hạn chế các phản ứng miễn dịch quá mức, chẳng hạn như: IL-7, IL-10, IL-30 và IL-37.
• Nhóm các interleukin có chức năng kép, trong một số tình huống, chúng có thể hoạt động như các phân tử gây viêm và chống viêm, như IL-2, IL-3, IL-11 hoặc IL-12.

Các nhóm interleukin dựa trên tác dụng sinh học trong phản ứng viêm của chúng 

4. Chức năng của interleukin trong cơ thể

Mặc dù có nhiều đặc điểm cấu trúc và đối tác phân tử chung, interleukin lại có tác dụng chức năng đa dạng đáng ngạc nhiên. Điều này có thể thực hiện được nhờ ảnh hưởng của chúng lên nhiều tế bào của hệ miễn dịch, bao gồm tế bào lympho, đại thực bào, tế bào NK, bạch cầu trung tính, bạch cầu ái toan, bạch cầu ái kiềm, tế bào tạo máu, tế bào nội mô và tế bào sừng. Một số chức năng cụ thể của interleukin bao gồm:

• Kích hoạt tế bào miễn dịch: Chúng giúp kích hoạt, phát triển và biệt hóa tế bào T, tế bào B và các tế bào phòng vệ quan trọng khác.
• Kiểm soát tình trạng viêm: Một số interleukin (như IL-1 và IL-6) thúc đẩy tình trạng viêm và sốt để chống lại vi trùng, trong khi những interleukin khác (như IL-10) làm dịu hệ thống miễn dịch để ngăn ngừa tổn thương.
• Sản xuất tế bào máu: Một số interleukin giúp tủy xương sản sinh ra các tế bào máu mới (tạo máu).
• Sửa chữa mô: Chúng giúp chữa lành vết thương và duy trì hàng rào bảo vệ khỏe mạnh ở da và đường ruột.

Chính vì tham gia vào gần như mọi giai đoạn của đáp ứng miễn dịch, sự mất cân bằng trong sản xuất interleukin có thể dẫn đến hậu quả bệnh lý nghiêm trọng, từ bệnh tự miễn, dị ứng mãn tính cho đến các hội chứng viêm hệ thống đe dọa tính mạng.

Chức năng của interleukin trong các hoạt động đáp ứng miễn dịch 

5. Interleukin được ứng dụng như thế nào trong y học?

5.1. Liệu pháp miễn dịch ung thư

• Kích thích tế bào T: Các phiên bản interleukin được sản xuất trong phòng thí nghiệm, như aldesleukin (Proleukin) (một biến thể của IL-2), giúp các tế bào miễn dịch phát triển và phân chia nhanh chóng để tấn công tế bào ung thư [3].
• Tăng cường hoạt động của tế bào tiêu diệt tự nhiên: Các Interleukin như Interleukin-2 (IL-2), Interleukin-12 (IL-12) và Interleukin-15  (IL-15) có đặc tính chống khối u mạnh. Những interleukin này có thể kích thích các tế bào miễn dịch như tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK), do đó tăng cường khả năng của hệ thống miễn dịch trong việc nhận biết và tiêu diệt các tế bào ung thư [4].
• Nhắm vào các loại ung thư cụ thể: Interleukin-21 (IL-21) được đánh giá trong các nghiên cứu lâm sàng đối với ung thư hắc tố da, ung thư tế bào thận và u lympho không Hodgkin nhằm thúc đẩy sự phá hủy tế bào khối u. Trong điều trị một số bệnh ung thư, chẳng hạn như ung thư tuyến tụy, ung thư đại trực tràng, IL-23 đóng vai trò quan trọng [5].

Interleukin-2 được ứng dụng trong liệu pháp miễn dịch ung thư 

5.2. Điều trị các bệnh tự miễn dịch và viêm nhiễm (thuốc ức chế)

• Thuốc sinh học nhắm mục tiêu: Việc nhắm mục tiêu vào interleukin và các thụ thể của chúng thúc đẩy sự phát triển thuốc đột phá. Ví dụ, kháng thể đơn dòng nhắm vào thụ thể IL-6 (ví dụ: tocilizumab) đã được phê duyệt để điều trị viêm khớp dạng thấp và các bệnh tự miễn khác bằng cách ngăn chặn tín hiệu IL-6 để ức chế viêm [6].
• Ngăn chặn tình trạng viêm: Sự hoạt động quá mức của các interleukin (như IL-1, IL-6 và IL-17) gây ra tình trạng viêm mãn tính và tổn thương mô. Nhờ sự hiểu biết về vai trò trung tâm của IL-6 trong cơn bão cytokine đã thúc đẩy việc thử nghiệm lại tocilizumab cho bệnh nhân COVID-19 nặng. Kết quả từ thử nghiệm lâm sàng quy mô lớn RECOVERY tại Anh cho thấy tocilizumab giúp giảm đáng kể nguy cơ tử vong ở bệnh nhân COVID-19 nặng có tình trạng viêm hệ thống rõ rệt [7].
• Theo dõi dấu ấn sinh học: Sự thay đổi nồng độ một số interleukin nhất định đóng vai trò là dấu ấn sinh học hỗ trợ chẩn đoán bệnh. Ví dụ, nồng độ IL-6 và IL-10 trong huyết thanh tăng cao trong các bệnh truyền nhiễm (ví dụ: nhiễm trùng huyết) hoặc các bệnh viêm mãn tính (ví dụ: viêm khớp dạng thấp, COVID-19) giúp đánh giá mức độ nghiêm trọng và tiên lượng bệnh, mặc dù chúng cần được đánh giá cùng với dữ liệu lâm sàng.

Việc nhắm mục tiêu vào interleukin-6 đã thúc đẩy sản xuất thuốc tocilizumab

6. Tác dụng phụ và giới hạn của liệu pháp interleukin

Liệu pháp interleukin giúp tăng cường hệ miễn dịch để chống lại các bệnh như ung thư, nhưng chúng thường gây ra các tác dụng phụ nghiêm trọng và có những hạn chế điều trị nghiêm ngặt.

Tác dụng phụ của chúng khác nhau tùy từng người và phụ thuộc vào loại interleukin được sử dụng. Một số tác dụng phụ thường gặp bao gồm: Ớn lạnh, sốt, mệt mỏi, lú lẫn, buồn nôn và nôn mửa, tiêu chảy, giảm bạch cầu trung tính (số lượng bạch cầu thấp), tăng nguy cơ mắc một số bệnh nhiễm trùng, rụng tóc, phát ban da.

Liệu pháp IL-2 liều cao, dù hiệu quả trên một số bệnh nhân, lại đi kèm độc tính đáng kể. Biểu hiện thường gặp nhất là hội chứng rò rỉ mao mạch (capillary leak syndrome), khiến dịch và protein huyết tương thoát ra khỏi lòng mạch vào mô kẽ, gây tụt huyết áp, phù toàn thân, thiểu niệu và có thể ảnh hưởng đến tim, phổi, thận cũng như hệ thần kinh trung ương [8]. Vì mức độ độc tính nghiêm trọng này, bệnh nhân điều trị IL-2 liều cao bắt buộc phải được theo dõi sát tại các trung tâm có kinh nghiệm, thường ở cấp độ chăm sóc tích cực, khiến liệu pháp này ngày càng ít được ưu tiên lựa chọn so với các thuốc ức chế điểm kiểm soát miễn dịch mới, ít độc tính hơn.

Đối với các thuốc ức chế interleukin nói chung, do bản chất của chúng là làm suy giảm một phần chức năng miễn dịch vốn có, nguy cơ nhiễm trùng luôn là mối lo ngại cần cân nhắc kỹ trước khi điều trị dài hạn.

Một trong những rủi ro khi sử dụng liệu pháp interleukin liều cao là hội chứng rò rỉ mao mạch   

Để giải đáp cho câu hỏi interleukin là gì, chúng ta không thể chỉ dừng lại ở việc xem đây là một nhóm phân tử tín hiệu đơn thuần, mà cần nhìn nhận interleukin như một mắt xích trung tâm điều phối gần như mọi phản ứng miễn dịch của cơ thể. Với tốc độ nghiên cứu ngày càng phát triển, hy vọng trong tương lai không xa, những hiểu biết sâu sắc hơn về interleukin sẽ tiếp tục mở ra nhiều liệu pháp đột phá, mang lại lợi ích thiết thực cho việc điều trị các bệnh lý viêm, tự miễn và ung thư trên toàn thế giới.

HỆ THỐNG Y TẾ CHUYÊN SÂU Y HỌC TÁI TẠO VÀ TRỊ LIỆU TẾ BÀO MESCELLS | MSC

• Hotline: 0866 022 097
• Địa chỉ: TT21, số 204 Nguyễn Tuân, phường Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam.
• Fanpage: Viện Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Tế Bào Mescells

NGUỒN THAM KHẢO:

• (1). “Interleukin”, Science Direct, https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/interleukin
• (2). Paulina Mertowska, 2022, “Biological Role, Mechanism of Action and the Importance of Interleukins in Kidney Diseases”, MDPI, https://www.mdpi.com/1422-0067/23/2/647#Characteristics_Biological_Role_and_Mechanism_of_Action_of_Interleukins_in_the_Human_Body
• (3). Steven A Rosenberg, 2007, “Interleukin 2 for patients with renal cancer”, PMC, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2147080/
• (4). Raed Obaid Saleh, 2024, “Exploring the detailed role of interleukins in cancer: A comprehensive review of literature”, Science Direct, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S034403382400195X
• (5). Mahmoud Samadi, 2023, “Cancer immunotherapy focusing on the role of interleukins: A comprehensive and updated study”, Science Direct, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0344033823004326#references
• (6). Dinah V Parums, 2021, “Editorial: Tocilizumab, a Humanized Therapeutic IL-6 Receptor (IL-6R) Monoclonal Antibody, and Future Combination Therapies for Severe COVID-19”, PMC, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8299871/
• (7). RECOVERY Collaborative Group, 2021, “Tocilizumab in patients admitted to hospital with COVID-19 (RECOVERY): preliminary results of a randomised, controlled, open-label, platform trial”, medRxiv, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.02.11.21249258.full.pdf
• (8). Rowena N Schwartz, 2002, “Managing toxicities of high-dose interleukin-2”, PubMed, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12469935/