Chương I Miễn dịch học các loài cá xương I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM DÙNG TRONG MIỄN DỊCH Miễn dịch (immnune) Là khả năng năng đề kháng của cơ thể sinh vật chống lại các tác nhân gây bệnh Khả năng tự bảo vệ của cơ thể chống lại sự xâm nhập bằng cách nhận ra và loại bỏ các vật lạ (kháng nguyên) Đáp ứng miễn dịch (immune response) Tập hợp tất cả những phản ứng của các phân tử và tế bào trong cơ thể với vật lạ Miễn dịch học (Immunology) Môn học nghiên cứu về hệ thống miễn dịch, những sản phẩm và cơ chế bảo vệ của chúng trong quá trình chống lại các phân tử ngoại lại và các vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể động vật

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM DÙNG TRONG MIỄN DỊCH Chất sinh miễn dịch (immunogen) Chất khi đưa vào cơ thể động vật ở điều kiện thích hợp có khả năng gây ra đáp ứng miễn dịch Kháng nguyên (antigen) Chất có khả năng liên kết với kháng thể hoặc các thụ thể đặc hiệu của tế bào lympho Quyết định kháng nguyên (epitope) Các điểm trên mỗi phân tử kháng nguyên, nơi kết hợp đặc hiệu với phân tử kháng thể Immunogenicity is the ability to induce a humoral and/or cell-mediated immune response Antigenicity is the ability to combine specifically with the final products of the immune response (i.e. secreted antibodies and/or surface receptors on T-cells). Although all molecules that have the property of immunogenicity also have the property of antigenicity, the reverse is not true."5

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM DÙNG TRONG MIỄN DỊCH Kháng thể Ig (immunoglobulin) Các globulin có trong huyết thanh của động vật có khả năng liên kết đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích ra nó Hệ thống bổ thể (complement system) Một nhóm protein có trong huyết thanh, có hoạt tính enzyme, có vai trò chủ yếu trong miễn dịch tự nhiên Phức hợp tổ chức chính (Major Histocompatibility Complex – MHC) Một loại protein trên màng tế bào có nhiệm vụ như một phân tử trình diện kháng nguyên Có 2 lớp: MHC I và MHC II

NameFunctionExpressionMHC class IEncodes non-identical pairs (heterodimers) of peptide-binding proteins, as well as antigen-processing molecules such as TAP and Tapasin.All nucleated cells. MHC class I proteins contain an α chain & β2-micro-globulin (not part of the MHC encoded by chromosome 15). They present antigen fragments to cytotoxic T-cells via the CD8 receptor on the cytotoxic T-cells and also bind inhibitory receptors on NK cells.MHC class IIEncodes (1) heterodimeric peptide-binding proteins and (2) proteins that modulate antigen loading onto the MHC class II peptide-binding proteins in the lysosomal compartment such as MHC II DM, MHC II DQ, MHC II DR, and MHC II DP.On most immune system cells, specifically on antigen-presenting cells. MHC class II proteins contain α & β chains and they present antigen fragments to T-helper cells by binding to the CD4 receptor on the T-helper cells.MHC class III regionEncodes for other immune components, such as complement components (e.g., C2, C4, factor B) and some that encode cytokines (e.g., TNF-α) and also hsp.Variable (see below).

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM DÙNG TRONG MIỄN DỊCH Các cách phân loại miễn dịch Liên quan đến quá trình sống Miễn dịch tự nhiên Được hình thành tự nhiên trong quá trình tiến hóa Truyền từ đời này sang đời khác của một loài Gà không mắc bệnh than của cừu, heo không mắc bệnh sốt xuất huyết của người…. Miễn dịch thu được/mắc phải Có được từ trong quá trình sống của cá thể Thu được một cách tự nhiên (miễn dịch tự nhiên chủ động/miễn dịch tự nhiên thụ động) hoặc nhân tạo (miễn dịch nhân tạo chủ động/miễn dịch nhân tạo thụ động) Liên quan đến tính đặc hiệu Miễn dịch không đặc hiệu: miễn dịch không do phản ứng kháng nguyên – kháng thể Miễn dịch đặc hiệu: do phản ứng kháng nguyên-kháng thể đặc hiệu

II. CÁC MÔ VÀ CƠ QUAN THAM GIA ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH 2.1 Hàng rào phòng vệ ban đầu Da, vẩy, nhớt Hàng rào bảo vệ tự nhiên của cơ thể Chứa các phân tử tham gia vào các phản ứng liên quan đến miễn dịch 2.2 Các cơ quan lympho Cơ quan lympho trung ương (sơ cấp) Tuyến ức Là cơ quan đầu tiên có được các tế bào lympho trưởng thành Tuyến ức đóng vai trò ban đầu, tương tự như ở động vật có xương sống bậc cao, trong việc phóng thích các tế bào lympho trưởng thành từ tuyến ức đến các vùng ngoại biên

II. CÁC MÔ VÀ CƠ QUAN THAM GIA ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH 2.2 Các cơ quan lympho Cơ quan lympho ngoại biên (thứ cấp) Thận Về mặt hình thái tương tự như tủy xương của động vật có xương sống bậc cao (cơ quan lympho sơ cấp) Phần thận trước là 1 cơ quan lympho thứ cấp (cơ quan tương tự hạch lympho) Có vai trò quan trọng trong sự miễn dịch và tạo máu và là nơi biệt hóa các tế bào máu Những đáp ứng miễn dịch sơ khỏi ban đầu được điểu khiển bởi thận Khi trưởng thành, phần thận trước đóng vai trò đáp ứng miễn dịch (nơi diễn ra quá trình ghi nhớ) còn phần thận sau đóng vai trò trong việc lọc máu và các hoạt động liên quan đến việc loại thải urê

II. CÁC MÔ VÀ CƠ QUAN THAM GIA ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH 2.2 Các cơ quan lympho Cơ quan lympho ngoại biên (thứ cấp) Lách Có vai trò trong phản ứng miễn dịch và là cơ quan sản sinh các tế bào máu Chứa tế bào lympho và đại thực bào Gan Tham gia vào việc sản xuất các thành phần của bổ thể??? Các tổ chức/mô lympho liên kết niêm mạc Bao gồm mô niêm mạc ruột, da và mang Chứa quần thể các bạch cầu và tương bào Ở cá Chép, đoạn ruột sau chứa nhiều đại thực bào nội biểu mô hơn đoạn ruột trước. Vị trí này được coi là vùng miễn dịch quan trọng ở cá xương

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.1 Các hàng rào bề mặt Không có tính đặc hiệu với tác nhân gây bệnh Cơ chế phòng vệ hóa học ở nhớt cá Lysozyme: enzyme phá hủy thành tế bào vi khuẩn Các globulin miễn dịch Các acid béo tự do 3.2 Các yếu tố thể dịch không đặc hiệu Hệ thống bổ thể Bổ thể chịu trách nhiệm điều hòa các phản ứng viêm, opsonin hóa các tiểu thể và phân giải màng tế bào Hệ thống bổ thể ở cá về cơ bản là giống với hệ thống bổ thể của động vật có xương sống bậc cao

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.2 Các yếu tố thể dịch không đặc hiệu Lysozyme Là enzyme tìm thấy trong huyết thanh, dịch nhầy và trứng cá Ở vi khuẩn G+, lysozyme tác động lên thành phần peptidoglycan của thành tế bào vi khuẩn Ở vi khuẩn G-, lysozyme tác động lên thành phần peptidoglycan sau khi hệ thống bổ thể và các enzyme khác đã phá vỡ màng tế bào bên ngoài làm phơi bầy lớp peptidoglycan Protein C phản ứng (C-reactive protein) Là 1 protein phổ biến trong huyết thanh, nồng độ của chúng gia tăng khi có sự phơi nhiễm với nội độc tố của vi khuẩn Có đặc điểm liên kết phụ thuộc ion Ca2+ với các phân tử chứa phosphocholine Chức năng: gắn kết lên bề mặt vi khuẩn và khởi động quá trình kích hoạt của hệ thống bổ thể

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.2 Các yếu tố thể dịch không đặc hiệu Lectins Hiện diện ở trứng cá, nhớt da và huyết thanh Liên quan sự ngưng kết vi sinh vật hoặc sự kết tủa các chất hòa tan Transferrin Là 1 glycoprotein liên kết với sắt Hoạt động bằng cách sử dụng khả năng liên kết mạnh với sắt  ức chế sự phát triển của vi sinh vật bằng cách cô lập chất dinh dưỡng này Anti-protease Là những chất ức chế enzyme Hoạt động theo cách trung hòa các ngoại độc tố protease được tạo ra bởi vi sinh vật Interferons Tạo nên 1 họ protein không đồng dạng để bảo vệ chống lại sự lây nhiễm virus Gồm 3 nhóm: interferon α, β, và γ (Video minh họa) Eicosanoids

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.3 Các tế bào miễn dịch không đặc hiệu Bạch cầu đơn nhân (monocyte) và đại thực bào (macrophage) Là các tế bào có vai trò quan trọng nhất trong quá trình đáp ứng miễn dịch và sản sinh các cytokine Là các tế bào sơ khởi tham gia vào quá trình thực bào và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh sau khi có sự nhận diện lần đầu và sự nhiễm bệnh sau đó Bạch cầu hạt trung tính (neutrophil) Là các tế bào đầu tiên tham gia vào các giai đoạn đầu của phản ứng viêm Các bạch cầu trung tính sản xuất ra cytokine để lôi kéo các tế bào miễn dịch đến các vùng bị tổ thương hoặc bị nhiễm trùng Các tế bào gây độc không đặc hiệu (non-specific cytotoxic cells) Sử dụng các thụ thể để gắn kết với các tế bào đích và ly giải chúng Có vai trò quan trọng trong sự miễn dịch với ký sinh trùng và virus

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.4 Viêm và hoạt động thực bào Viêm Sự giãn nở động mạch trước mao mạch Sự co thắt tĩnh mạch dưới mao mạch Được kích hoạt bởi những tín hiệu hóa học từ các vi sinh vật xâm nhập hoặc bởi histamine do các bạch cầu ưa kiềm có trong hề tuần hoàn máu Histamines tạo ra sự co thắt các mao mạch và tính thấm của các mao mạch gần kề Điều này giúp cho việc vận chuyển những yếu tố gây đông tụ và thực bào đến các mô bị thương tổn Nếu sự nhiễm trùng quá nghiêm trọng, chúng sẽ làm cho vùng viêm nhiễm lan rộng và dẫn đến bội nhiễm Video minh họa

III. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH KHÔNG ĐẶC HIỆU 3.4 Viêm và hoạt động thực bào Hoạt động thực bào Là hoạt động có tính sơ khởi nhất trong các cơ chế phòng vệ, trải qua nhiều giai đoạn Sự di chuyển của các thực bào do ảnh hưởng của các chất hóa học (có định hướng) hoặc do bởi cường độ kích thích hóa học (không định hướng) khi có sự xâm nhậm của các vật lạ Các thực bào gắn kết với các vật là bằng lectin “Nuốt” các tác nhân lạ (sự di chuyển đơn giản vào bên trong thực bào) Tiêu diệt và tiêu hóa Video minh họa

IV. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH ĐẶC HIỆU 4.1 Miễn dịch qua trung gian tế bào Dùng để tiêu diệt các mầm bệnh nội bào (vd: vi khuẩn, virus, ký sinh trùng) Nhờ vào sự tiếp xúc của các vật lạ xâm nhập với sự hiện diện tiếp theo của 1 kháng nguyên có cùng phức hệ phù hợp tổ chức chủ yếu (MHC I hoặc II) đối với các tế bào trợ giúp T Một khi các tế bào trợ giúp T được kích hoạt, chúng sẽ sản sinh cytokine là chất sẽ kích thích hoạt động của các đại thực bào. Cytokine kích thích các tế bào đã đề cập ở trên đồng thời chúng cũng tuyển mộ thêm các tế bào mới đến các vùng bị nhiễm bệnh và kích hoạt chúng Quá trình này rất hữu hiệu để chống lại vi khuẩn, chẳng hạn như vi khuẩn Edwardsiella ictaluri (Shoemaker và ctv., 1999)

IV. ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH ĐẶC HIỆU 4.1 Miễn dịch dịch thể Là sự phản ứng của kháng thể đối với các kháng nguyên lạ Các tế bào B ở cá có cấu trúc tương tự với các tế bào B ở động vật hữu nhũ IgM bề mặt của các tế bào B hoạt động như thụ thể trong việc nhận diện kháng nguyên và có cùng tính chất đặc hiệu như phân tử kháng thể sẽ được sản sinh ra (Janeway và Travers, 1994) Không giống như giáp xác, ở cá có quá trình ghi nhớ miễn dịch (Arkoosh và Kaattari, 1991) Cả 2 quá trình đáp ứng và ghi nhớ ban đầu đều sử dụng cùng 1 phân tử IgM với 8 vị trí liên kết kháng nguyên, 1 chất hoạt hóa bổ thể có hiệu lực cao

Hệ thống đáp ứng miễn dịch đặc hiệu ở cá

Miễn dịch trung gian tế bào Miễn dịch thể dịch Miễn dịch trung gian tế bào Vi sinh vật Các lympho bào đáp ứng Cơ chế tác động Được truyền bởi Chức năng

Đáp ứng miễn dịch của cá khi tiếp xúc với mầm bệnh Cá tiếp xúc với mầm bệnh Miễn dịch bẩm sinh Thất bại (Cá bệnh và chết) Khởi phát quá trình đáp ứng miễn dịch đặc hiệu Thành công (Cá không bệnh) Đáp ứng thể dịch (Các mầm bệnh bên ngoài tế bào và các độc tố) Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào (Các mầm bệnh bên trong tế bào và virus) Miễn dịch đạt được, trí nhớ miễn dịch và sự bảo vệ

Các đặc điểm chính của đáp ứng miễn dịch đặc hiệu Ý nghĩa chức năng Đặc hiệu Đảm bảo các kháng nguyên khác nhau tạo ra đáp ứng riêng cho chúng Đa dạng Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được nhiều loại kháng nguyên Nhớ Dẫn đến đáp ứng mạnh hơn đối với kháng nguyên đã từng tiếp xúc Chuyên môn hóa Tạo ra đáp ứng tối ưu chống lại nhiều loại vi sinh vật khác nhau Tự giới hạn Cho phép hệ thống miễn dịch đáp ứng được với các kháng nguyên mới xâm nhập Không phản ứng với bản thân Ngăn ngừa các tổn thương đối với cơ thể vật chủ trong suốt quá trình phản ứng với kháng nguyên lạ

Các giai đoạn của đáp ứng miễn dịch đặc hiệu Pha nhận diện Pha hoạt hóa Pha hiệu quả Thoái lui (cân bằng nội môi) Nhớ

Nhận diện kháng nguyên Thuyết chọn clôn Mỗi cá thể sở hữu một lượng tế bào lympho với rất nhiều clôn khác nhau Mỗi clôn mang sẵn những yếu tố để nhận diện và đáp ứng với một quyết định kháng nguyên nhất định Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể nó tìm đến clôn tương ứng và hoạt hóa nó Các clôn đặc hiệu kháng nguyên đã có sẵn trong cơ thể trước khi tiếp xúc với kháng nguyên Số lượng quyết định kháng nguyên hệ miễn dịch của một cá thể động vật hữu nhũ có thể nhận diện được khoảng 107 - 109

Hoạt hóa tế bào lympho Thuyết 2 tín hiệu Tín hiệu 1 Yêu cầu về kháng nguyên Nhằm đảm bảo tính đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch Tín hiệu 2 Các sản phẩm của vi sinh vậy hoặc các thành phần của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh đối với vi sinh vật Đảm bảo phản ứng chỉ được tạo ra khi cần thiết (chỉ chống vi khuẩn và các chất có hại chứ không chống lại các chất vô hại bao gồm kháng nguyên bản thân)

Giai đoạn hiệu quả của đáp ứng miễn dịch: loại bỏ kháng nguyên Kháng thể loại bỏ kháng nguyên ngoại bào Tế bào T loại bỏ kháng nguyên nội bào Cần sự tham gia của các tế bào hiệu quả khác không thuộc hệ lympho + cơ chế đề kháng của miễn dịch tự nhiên Tính hằng định nội môi: giảm dần đáp ứng miễn dịch Sự chết lập trình (apoptosis) của các tế bào tiền thân (progeny) của lympho bị kháng nguyên kích thích Chết lập trình (apoptosis) ≠ chết hoại tử

V. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐÁP ỨNG MIỄN DỊCH Các yếu tố chung Các yếu tố đặc trưng cụ thể Tính di truyền Mỗi cá thể sẽ có các biểu hiện khác nhau trong sự đề kháng bệnh bẩm sinh và trong các miễn dịch thu nhận được Môi trường Nhiệt độ, mùa vụ, quang kỳ Stress Chất lượng nước, sự ô nhiễm, mật độ, đánh bắt và vận chuyển, chu kỳ sinh sản Dinh dưỡng Số lượng và chất lượng thức ăn, mức độ hữu dụng của các chất dinh dưỡng, việc sử dụng các chất kích thích miễn dịch, các yếu tố kháng dinh dưỡng có trong thức ăn Bản thân cá thể Tuổi, loài hoặc giống, cá thể Mầm bệnh Mức độ phơi nhiễm bệnh, loại mầm bệnh (ký sinh trùng, vi khuẩn, virus, độc lực của mầm bệnh