Kháng nguyên là gì và có ứng dụng thế nào trong y học

Kháng nguyên là một thành phần quan trọng của hệ miễn dịch. Mối tương tác giữa kháng nguyên với kháng thể biểu hiện cách hệ miễn dịch tự nhiên phản ứng trước bệnh tật. Hiểu hơn về thành phần này sẽ giúp chúng ta có góc nhìn đúng đắn về việc chăm sóc sức khỏe, phát hiện và điều trị các bệnh lý. Vậy kháng nguyên là gì, hoạt động ra sao và đang ứng dụng như thế nào trong y học, hãy cùng Mescells tìm hiểu trong bài viết này nhé!

1. Kháng nguyên là gì?

Kháng nguyên là những chất lạ, xâm nhập vào cơ thể, được hệ miễn dịch nhận biết và xử lý nhanh chóng. Kháng nguyên cũng có thể là protein, polysaccharide, các phân tử nhỏ gắn với protein chuyên biệt. Chúng có thể được tìm thấy trên bề mặt của vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng và các vi sinh vật khác.

2. Phân biệt giữa kháng nguyên và kháng thể

Kháng nguyên và kháng thể có mối quan hệ cộng sinh, tương tác lẫn nhau trong hệ thống miễn dịch của cơ thể. Trong khi các kháng nguyên là yếu tố ngoại lai, có vai trò quan trọng trong việc kích thích phản ứng miễn dịch thì kháng thể lại có vai trò như tuyến “phòng thủ”, điều phối các cuộc tấn công có chủ đích đến kháng nguyên nhằm vô hiệu hóa, ghi nhớ và tiêu diệt chúng để bảo vệ sức khỏe. Như vậy, có thể xem kháng nguyên như một chất kích thích tạo ra kháng thể.

Mối liên hệ giữa kháng nguyên và kháng thể

3. Đặc tính của kháng nguyên

Kháng nguyên có những đặc tính khác nhau quyết định tính sinh miễn dịch của chúng. Những đặc tính chính gồm:

3.1. Tính đặc hiệu

Kháng nguyên có khả năng chỉ được nhận diện và phản ứng với một loại kháng thể hoặc tế bào miễn dịch nhất định, giúp hệ thống miễn dịch phân biệt giữa các tác nhân gây bệnh khác nhau. Tính chất này phụ thuộc vào mức độ “lạ” của kháng nguyên đối với cơ thể và cấu trúc của nhóm quyết định kháng thể được tạo thành.

3.2. Tính sinh miễn dịch

Kháng nguyên là những chất có khả năng kích thích phản ứng miễn dịch và thúc đẩy cơ thể sản sinh ra kháng thể hoặc các tế bào miễn dịch để bảo vệ cơ thể.

3.3. Tính lạ

Theo các chuyên gia về miễn dịch học, phản ứng miễn dịch thường mạnh hơn khi kháng nguyên có nguồn gốc khác loài so với cơ thể bị kích thích. Hệ miễn dịch sẽ phân biệt giữa kháng nguyên của bản thân (self-antigen) và kháng nguyên lạ (non-self-antigen). Có một số trường hợp ngoại lệ là một số protein có trong vật chủ cũng có thể gây ra phản ứng miễn dịch.

3.4. Tính kích thích miễn dịch

Kháng nguyên có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch và thúc đẩy sản sinh kháng thể đặc hiệu nhằm bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh. Mức độ kích thích miễn dịch phụ thuộc vào bản chất phân tử của chúng.

Tính đặc hiệu của kháng nguyên

Các kháng nguyên hoàn toàn mới và có tính “lạ” cao sẽ có khả năng này. Các kháng nguyên có trọng lượng phân tử nhỏ không đủ khả năng kích thích cơ thể tổng hợp kháng thể mà chỉ có thể tạo ra tính đặc hiệu cho việc kết hợp của kháng thể, đó được gọi là bán kháng nguyên (hapten). Nhưng khi các bán kháng nguyên gắn với một phân tử protein vận chuyển sẽ trở thành 1 kháng nguyên hoàn toàn, lúc này có khả năng kích thích hệ thống miễn dịch sinh kháng thể rất mạnh cho cơ thể (theo Microbiology and Immunology Online).

4. Phân loại kháng nguyên

4.1. Phân loại dựa trên nguồn gốc

Kháng nguyên nội sinh

Kháng nguyên nội sinh là các kháng nguyên tồn tại bên trong cơ thể. Chúng là kết quả của quá trình chuyển hóa tế bào bất thường hoặc do nhiễm virus hay nhiễm nội bào.

Tự kháng nguyên (còn gọi là kháng nguyên tự thân) là các tế bào protein hay phức hợp protein tồn tại bên trong cơ thể, tự tạo kháng thể chống lại ngay trong cơ thể (còn gọi là quá trình tự miễn). Một số ví dụ về kháng nguyên tự thân liên quan đến bệnh tự miễn như bệnh Lupus ban đỏ hay bệnh đa xơ cứng.

Kháng nguyên ngoại sinh

Là các kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể từ bên ngoài. Chúng có thể xâm nhập vào cơ thể thông qua nhiều con đường như hệ hô hấp, tiêu hóa hoặc vết thương hở. Những kháng nguyên này kích hoạt hệ thống miễn dịch bằng cách tấn công dựa trên kháng nguyên đã được nhận diện. Điều này kích hoạt phản ứng viêm và sản xuất cytokine cùng kháng thể để loại bỏ mối đe dọa. Một ví dụ về kháng nguyên ngoại sinh là các chất gây dị ứng như phấn hoa hoặc bụi.

4.2. Phân loại dựa trên phản ứng miễn dịch

Kháng nguyên hoàn toàn

Là những kháng nguyên có trọng lượng phân tử lớn, tự kích hoạt hệ thống miễn dịch sản sinh kháng thể đặc hiệu liên kết chặt chẽ với chúng. Thông thường, chúng là các phân tử có trọng lượng lớn (trên 10.000 Dalton) và thường thuộc nhóm polypeptid hoặc phức hợp protein.

Kháng nguyên không đầy đủ (bán kháng nguyên hoặc hapten)

Là những kháng nguyên có trọng lượng phân tử thấp (dưới 10.000 Dalton). Chúng có thể không phải protein, không thể tự kích hoạt phản ứng miễn dịch. Tuy nhiên, khi được kết hợp với protein vận chuyển, chúng sinh miễn dịch. Vì protein mang nhiều nhóm hapten, lúc này có thể liên kết chéo với thụ thể tế bào B và kích hoạt tế bào T thông qua các peptide có nguồn gốc từ protein vận chuyển (theo National Library of Medicine).

Hapten kết hợp với protein vận chuyển tạo thành phức hợp kích hoạt hệ thống miễn dịch sản sinh kháng thể

4.3. Phân loại theo cấu trúc hóa học

Kháng nguyên protein

Kháng nguyên protein là loại phổ biến nhất, có khả năng kích thích hệ miễn dịch tạo kháng thể mạnh do có trọng lượng phân tử lớn. Ngược lại, các kháng nguyên có trọng lượng phân tử nhỏ hơn không đủ khả năng tự khởi phát đáp ứng miễn dịch.

Kháng nguyên carbohydrate

Kháng nguyên carbohydrate có cấu trúc đa dạng, có mặt trên bề mặt vi khuẩn, virus, nấm… mà hệ miễn dịch nhận biết để kích hoạt phản ứng bảo vệ cơ thể, ví dụ như sản xuất kháng thể, nhưng thường kém mạnh mẽ hơn kháng nguyên protein.

Kháng nguyên lipid

Lipid tinh khiết không có khả năng tự kích thích tạo kháng thể. Tuy nhiên, khi liên kết với một phân tử chất mang (protein), chúng có thể trở thành kháng nguyên mạnh mẽ và kích thích đáp ứng miễn dịch.

Kháng nguyên acid nucleic

Tương tự kháng nguyên lipid, kháng nguyên acid nucleic hoạt động như một bán kháng nguyên (hapten), không có khả năng tự tạo ra kháng thể. Tuy nhiên, khi gắn với protein mang, nó có thể trở thành một kháng nguyên hoàn chỉnh với khả năng kích thích miễn dịch mạnh.

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại kháng nguyên khác nhau, dựa trên chức năng và đặc tính. Ví dụ phân loại theo tương tác với hai dòng tế bào lympho B, T; theo nguồn gốc; theo tính tương đồng gen học… Trong đó 3 loại phân loại trên là phổ biến nhất.

5. Cơ chế nhận diện và đáp ứng với kháng nguyên

Cơ chế nhận diện và đáp ứng kháng nguyên là quá trình hệ miễn dịch phát hiện vật lạ (kháng nguyên), kích hoạt tế bào miễn dịch (tế bào trình diện kháng nguyên – APC, tế bào B, tế bào T), xử lý chúng (bằng MHC) rồi tạo ra phản ứng đặc hiệu (kháng thể tiêu diệt tế bào) để loại bỏ mầm bệnh, thông qua nhận diện kép giữa phức hợp kháng nguyên-MHC và các thụ thể T, dẫn đến miễn dịch dịch thể (kháng thể) và miễn dịch qua trung gian tế bào (tế bào T gây độc).

Cơ chế nhận diện và đáp ứng với kháng nguyên

6. Ứng dụng của kháng nguyên trong y học

Kháng nguyên có ứng dụng cốt lõi trong y học, chủ yếu để sản xuất vắc-xin, chẩn đoán bệnh và phát triển các liệu pháp điều trị (như liệu pháp miễn dịch ung thư, kháng thể đơn dòng).

6.1. Ứng dụng trong sản xuất vắc-xin

Kháng nguyên đóng vai trò cốt lõi trong sản xuất vắc xin, giúp cơ thể hình thành miễn dịch chủ động trước các tác nhân gây bệnh. Vắc-xin có thể chứa nhiều loại kháng nguyên khác nhau, chẳng hạn như:

• Kháng nguyên nguyên vẹn: Dạng vi khuẩn hoặc virus đã bị làm suy yếu hoặc bất hoạt nhưng vẫn giữ nguyên khả năng kích thích miễn dịch.
• Kháng nguyên tiểu phần: Chỉ chứa một phần của vi sinh vật, chẳng hạn như protein bề mặt của virus hoặc polysaccharide từ vỏ vi khuẩn.
• Kháng nguyên tái tổ hợp: Được sản xuất bằng công nghệ sinh học, giúp tối ưu hóa hiệu quả miễn dịch và giảm nguy cơ tác dụng phụ.

Mỗi loại kháng nguyên có ưu và nhược điểm riêng trong việc tạo miễn dịch. Nhờ vào hoạt động nghiên cứu và thử nghiệm liên tục, vắc-xin ngày nay đã đạt được hiệu quả cao trong việc phòng ngừa nhiều bệnh truyền nhiễm nguy hiểm.

6.2. Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh

Một số xét nghiệm có thể xác định kháng nguyên trên bề mặt của các vi khuẩn, mầm bệnh khác nhau như ELISA, test nhanh… Các xét nghiệm này có thể phát hiện một mầm bệnh lây nhiễm một cách chính xác và nhanh chóng mà không cần phải cấy mẫu, soi dưới kính hiển vi như trước đây vẫn làm. Điều này giúp các bác sĩ chẩn đoán một số bệnh nhiễm trùng và các bệnh lý khác nhau nhanh chóng, chuẩn xác.

6.3. Ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển liệu pháp điều trị

Kháng nguyên đóng vai trò cơ bản trong nghiên cứu bệnh tự miễn vì chúng cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách hệ thống miễn dịch có thể vô tình tấn công các mô của chính cơ thể. Chúng có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch bất thường, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu các cơ chế tiềm ẩn và xác định các mục tiêu điều trị tiềm năng.

Những hiểu biết về kháng nguyên ứng dụng trong sản xuất vắc-xin

Việc sử dụng kháng nguyên trong quá trình phát triển thuốc điều trị ung thư đã tạo nên một cuộc cách mạng trong ngành ung thư học hiện đại. Các kháng nguyên khối u hiện diện trong tế bào ung thư nhưng không có trong tế bào khỏe mạnh cho phép tạo ra các liệu pháp nhắm mục tiêu giúp giảm thiểu tác dụng phụ và cải thiện hiệu quả điều trị.

Những công trình nghiên cứu về kháng nguyên đem lại nhiều phương pháp điều trị triển vọng, đặc biệt liên quan đến các bệnh tự miễn và ung thư. Công nghệ sản xuất vắc-xin từ đó cũng mở rộng, giúp chúng ta có thêm nhiều lựa chọn xử trí và mang lại kết quả tích cực. Với sự phát triển của y học hiện đại, trong tương lai, liệu pháp miễn dịch và ung thư sẽ có nhiều đóng góp cho việc phát hiện và điều trị nhiều bệnh lý.