Kháng nguyên là gì? Có vai trò như thế nào trong hệ miễn dịch?

Kháng nguyên là những chất khi đi vào cơ thể sẽ được hệ miễn dịch nhận diện và kích thích quá trình tạo ra kháng thể phù hợp để liên kết đặc hiệu với chúng. Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về kháng nguyên là gì, phân loại thế nào và chúng có vai trò như thế nào trong hệ miễn dịch của chúng ta trong bài viết dưới đây của Trung tâm Tiêm chủng Long Châu nhé!

Kháng nguyên là gì?

Chính xác thì thuật ngữ kháng nguyên là gì? Thuật ngữ kháng nguyên (antigen, ký hiệu Ag) được hiểu là những chất mà cơ thể nhận diện là yếu tố ngoại lai và có khả năng gây hại. Chúng có mặt trên bề mặt vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng, phấn hoa và nhiều vi sinh vật khác.

Ngoài ra, kháng nguyên có thể là protein, polysaccharide, các phân tử hapten liên kết với protein chuyên chở, hoặc xuất hiện trên bề mặt tế bào ung thư và tế bào bất thường, khiến chúng trở thành mục tiêu chính của hệ miễn dịch.

Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, hệ thống miễn dịch nhận diện chúng là tác nhân lạ, kích thích sản sinh các kháng thể đặc hiệu. Những kháng thể này là các protein có khả năng liên kết với kháng nguyên, ghi nhớ và loại bỏ chúng.

Kháng nguyên có vai trò kích hoạt hệ miễn dịch nhằm tạo ra phản ứng bảo vệ. Khi xâm nhập vào cơ thể, chúng sẽ được các tế bào trình diện kháng nguyên (Antigen Presenting Cell – APC) tiếp nhận và xử lý thông qua hoạt động thực bào. Sau đó, APC sẽ trình diện kháng nguyên cho tế bào T – một loại tế bào miễn dịch quan trọng. Khi tế bào T nhận diện kháng nguyên, chúng sẽ được kích hoạt và kích thích tế bào B sản xuất kháng thể.

Phản ứng miễn dịch là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều bước và sự tham gia của nhiều loại tế bào miễn dịch. Bên cạnh việc tạo ra kháng thể, hệ miễn dịch còn huy động các cơ chế bảo vệ khác, chẳng hạn như hệ thống bổ sung, giúp tiêu diệt mầm bệnh bằng cách tạo ra các lỗ trên màng tế bào của chúng.

Đặc tính của kháng nguyên

Đặc điểm và tính chất của kháng nguyên có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kích thích phản ứng miễn dịch của cơ thể. Những đặc tính quan trọng của kháng nguyên bao gồm:

Tính kích thích miễn dịch

Kháng nguyên có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch và thúc đẩy sự sản sinh kháng thể đặc hiệu nhằm bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh nguy hiểm. Mức độ kích thích miễn dịch của kháng nguyên phụ thuộc vào bản chất phân tử của chúng. Một số yếu tố quyết định khả năng sinh miễn dịch bao gồm:

• Protein: Kháng nguyên có cấu trúc protein thường có tính sinh miễn dịch mạnh hơn so với các polysaccharide.

• Vùng sinh miễn dịch: Để trở thành kháng nguyên, protein cần chứa các vùng sinh miễn dịch, bao gồm các axit amin như lysine, glutamine, arginine, axit glutamic, asparagine và axit aspartic.

• Nhóm chức: Những kháng nguyên chứa nhiều nhóm chức ưa nước hoặc tích điện có xu hướng kích thích miễn dịch mạnh hơn.

• Dạng heteropolymer: Các kháng nguyên có cấu trúc từ hai hoặc nhiều loại đơn phân (monomer) khác nhau thường có khả năng sinh miễn dịch cao hơn so với homopolymer – loại chỉ chứa một monomer lặp đi lặp lại.

Tính đặc hiệu

Tính đặc hiệu của kháng nguyên là khả năng chỉ phản ứng với một loại kháng thể đặc hiệu, không bị nhầm lẫn với các kháng thể do kháng nguyên khác tạo ra. 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.

Tính lạ

Theo các chuyên gia miễn dịch học, phản ứng miễn dịch của cơ thể sẽ trở nên mạnh mẽ hơn khi kháng nguyên có nguồn gốc khác loài so với cơ thể bị kích thích miễn dịch. Nói cách khác, kháng nguyên càng mang tính “lạ” cao thì khả năng kích thích hệ miễn dịch càng mạnh, giúp cơ thể xây dựng hàng rào bảo vệ hiệu quả trước các tác nhân gây bệnh mới.

Tính sinh kháng thể

Kháng nguyên có khả năng thúc đẩy hệ miễn dịch sản sinh kháng thể để chống lại mầm bệnh. Những kháng nguyên hoàn toàn mới và mang tính lạ cao sẽ dễ dàng kích thích quá trình này. Ngược lại, các kháng nguyên có trọng lượng phân tử nhỏ (gọi là bán kháng nguyên hoặc hapten) không đủ khả năng tự mình kích thích hệ miễn dịch sản xuất kháng thể mà chỉ có thể tham gia vào phản ứng đặc hiệu khi liên kết với một kháng thể phù hợp.

Kháng nguyên là gì? Hiểu về kháng nguyên và các đặc tính của chúng giúp chúng ta có cái nhìn sâu hơn về sự phức tạp của hệ miễn dịch. Đồng thời, điều này cũng nhấn mạnh vai trò quan trọng của tiêm chủng trong việc giúp cơ thể nhận diện và đối phó hiệu quả với các mối đe dọa tiềm ẩn.

Vai trò của kháng nguyên trong hệ miễn dịch

Kháng nguyên giữ vai trò quan trọng trong hệ miễn dịch cũng như trong nghiên cứu – phát triển vắc xin, chẩn đoán bệnh và y học cấy ghép. Trong hệ miễn dịch, chúng giúp bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh truyền nhiễm bằng cách kích thích hệ thống miễn dịch tạo ra kháng thể đặc hiệu. Những kháng thể này có nhiệm vụ vô hiệu hóa và loại bỏ mầm bệnh, ngăn chặn chúng gây hại cho con người.

Phân loại kháng nguyên như thế nào?

Phân loại kháng nguyên theo nguồn gốc

Các nhà nghiên cứu miễn dịch học đã phân loại kháng nguyên dựa trên nguồn gốc của chúng. Dưới đây là các nhóm kháng nguyên chính:

Kháng nguyên ngoại sinh

Kháng nguyên ngoại sinh là những kháng nguyên có nguồn gốc từ bên ngoài cơ thể, bao gồm vi khuẩn, virus, nấm, ký sinh trùng, phấn hoa và các vi sinh vật khác. Chúng có thể xâm nhập vào cơ thể thông qua nhiều con đường như hệ hô hấp, tiêu hóa hoặc vết thương hở.

Khi xâm nhập, kháng nguyên ngoại sinh sẽ được các tế bào trình diện kháng nguyên (APC) nhận diện và xử lý thông qua quá trình thực bào, sau đó trình diện cho tế bào T. Tế bào T được kích hoạt sẽ thúc đẩy tế bào B sản sinh kháng thể để chống lại mầm bệnh.

Kháng nguyên nội sinh

Kháng nguyên nội sinh là những kháng nguyên được sinh ra từ bên trong cơ thể, thường xuất hiện do các tế bào bị nhiễm virus hoặc chịu sự biến đổi bất thường trong quá trình chuyển hóa nội bào. Các đại thực bào sẽ nhận diện và xử lý chúng, sau đó trình diện cho tế bào T gây độc (T CD8+) để kích hoạt phản ứng miễn dịch. Ngoài ra, còn có một cơ chế đặc biệt gọi là trình diện chéo, giúp nhận diện các kháng nguyên không hoàn toàn thuộc nhóm nội sinh hay ngoại sinh.

Tự kháng nguyên

Tự kháng nguyên (hay còn gọi là kháng nguyên tự thân) là những protein hoặc phức hợp protein có sẵn trong cơ thể nhưng lại kích thích hệ miễn dịch tạo kháng thể chống lại chính nó, dẫn đến các bệnh tự miễn.

Một số ví dụ về tự kháng nguyên liên quan đến bệnh lý tự miễn gồm:

• Bệnh Lupus ban đỏ hệ thống – do cơ thể tạo kháng thể chống lại nhân tế bào.

• Bệnh đa xơ cứng – liên quan đến kháng nguyên myelin, gây tổn thương hệ thần kinh trung ương.

Kháng nguyên khối u

Trong các tế bào ung thư, quá trình đột biến gen có thể tạo ra những protein bất thường trên bề mặt tế bào, hình thành kháng nguyên khối u nếu chúng có khả năng kích thích hệ miễn dịch. Lúc này, hệ miễn dịch có thể nhận diện và xử lý kháng nguyên khối u theo hai con đường:

• Phân tử MHC lớp I: Trình diện kháng nguyên khối u cho tế bào T gây độc.

• Phân tử MHC lớp II: Trình diện kháng nguyên khối u cho tế bào T hỗ trợ.

Nhờ vào công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới, các nhà khoa học có thể xác định chính xác các kháng nguyên đặc trưng của từng khối u. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều trị ung thư tiên tiến, đặc biệt là liệu pháp miễn dịch. Phương pháp này khai thác hệ miễn dịch của bệnh nhân để nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư một cách chọn lọc, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị.

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 (hay còn gọi là bán kháng nguyên hoặc hapten) không đủ khả năng tự khởi phát đáp ứng miễn dịch nhưng vẫn có thể tạo ra tính đặc hiệu trong sự liên kết với kháng thể.

Kháng nguyên carbohydrate

Kháng nguyên carbohydrate có cấu trúc đa dạng, bao gồm polysaccharides, proteoglycans, glycoproteins, glycolipids, glycosaminoglycans và glycosphingolipids. Dựa trên nguồn gốc, chúng được chia thành kháng nguyên có nguồn gốc từ vi sinh vật và kháng nguyên ngoại sinh. Carbohydrate có thể hoạt động như một kháng nguyên hoàn chỉnh với khả năng kích thích miễn dịch mạnh hoặc đóng vai trò là yếu tố quyết định kháng nguyên trong glycoconjugates.

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 lipid, 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.

Phân loại theo chức năng

Kháng nguyên hoàn toàn

Kháng nguyên hoàn toàn (complete antigen) có thể tự khởi phát phản ứng miễn dịch và liên kết đặc hiệu với kháng thể. Thông thường, chúng là các phân tử có trọng lượng lớn (trên 10.000 Dalton) và thường thuộc nhóm polypeptide hoặc phức hợp protein.

Kháng nguyên không hoàn toàn

Kháng nguyên không hoàn toàn (bán kháng nguyên hoặc hapten) có trọng lượng phân tử thấp (dưới 10.000 Dalton), không thể tự kích thích hệ miễn dịch. Chúng thường không phải protein, ví dụ như polysaccharide dạng nang của phế cầu, polysaccharide “C” của liên cầu tan máu β hay kháng nguyên Cardiolipin. Tuy nhiên, khi liên kết với một phân tử chất mang (protein), chúng trở thành kháng nguyên hoàn chỉnh và có thể kích thích tạo kháng thể mạnh mẽ.

Xét nghiệm kháng nguyên và vai trò trong chẩn đoán bệnh

Xét nghiệm kháng nguyên có ý nghĩa quan trọng trong việc phát hiện sự hiện diện của một loại kháng nguyên nhất định trong cơ thể, từ đó hỗ trợ chẩn đoán bệnh. Tùy theo mục đích xét nghiệm, mẫu bệnh phẩm được sử dụng cũng sẽ khác nhau.

Khi cần chẩn đoán bệnh do virus, bác sĩ thường dùng một que dài có đầu bông để thu thập mẫu bệnh phẩm từ mũi hoặc họng, sau đó mang đi phân tích. Trong các trường hợp tìm kiếm dấu hiệu cảnh báo ung thư hoặc đánh giá mức độ tương thích mô trong cấy ghép, các xét nghiệm có thể yêu cầu mẫu máu, nước tiểu hoặc phân để kiểm tra kháng nguyên.

Dưới đây là một số phương pháp xét nghiệm kháng nguyên phổ biến hiện nay:

Xét nghiệm kháng nguyên CEA

Xét nghiệm kháng nguyên CEA được áp dụng để chẩn đoán và theo dõi tiến triển của một số bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư ruột, dạ dày hoặc phổi. Dựa trên kết quả xét nghiệm, bác sĩ có thể đưa ra phương án điều trị phù hợp, theo dõi hiệu quả điều trị, tiên lượng bệnh và phát hiện nguy cơ ung thư tái phát hoặc di căn.

Xét nghiệm kháng nguyên bề mặt virus viêm gan B (HBsAg)

Xét nghiệm HBsAg giúp xác định sự hiện diện của kháng nguyên trên bề mặt virus viêm gan B. Thông thường, xét nghiệm này được thực hiện cùng với các xét nghiệm khác như Anti-HBc để hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán viêm gan B.

Xét nghiệm kháng nguyên bạch cầu (HLA)

Xét nghiệm kháng nguyên bạch cầu (HLA) là phương pháp phân tích chuyên sâu nhằm xác định sự có mặt của các kháng nguyên bạch cầu trong máu. Ngoài ra, xét nghiệm này còn được sử dụng để đánh giá mức độ phù hợp giữa người hiến và người nhận trong các ca ghép tạng hoặc ghép tế bào gốc.

Quy trình thực hiện xét nghiệm HLA bắt đầu bằng việc lấy mẫu bệnh phẩm từ máu tĩnh mạch của người cần kiểm tra. Sau đó, mẫu được xử lý, phân tách ADN trước khi tiến hành các bước phân tích nhằm đảm bảo độ chính xác của kết quả.

Xét nghiệm kháng nguyên đặc hiệu tuyến tiền liệt (PSA)

Xét nghiệm PSA giúp bác sĩ phát hiện các bất thường liên quan đến tuyến tiền liệt, bao gồm phì đại tuyến tiền liệt, viêm tuyến tiền liệt và nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt.

Xét nghiệm kháng nguyên virus SARS-CoV-2

Phương pháp xét nghiệm này được sử dụng rộng rãi để phát hiện kháng nguyên của virus gây bệnh COVID-19. Mẫu bệnh phẩm được lấy từ dịch mũi hoặc họng của người cần kiểm tra, giúp xác định tình trạng nhiễm virus một cách nhanh chóng.

Hy vọng bài viết trên đây đã giúp bạn hiểu rõ hơn kháng nguyên là gì, phân loại, vai trò và một số xét nghiệm kháng nguyên. Nhờ xét nghiệm kháng nguyên và kháng thể, một số bệnh nhiễm trùng và rối loạn nhất định có thể được phát hiện nhanh chóng, giúp bác sĩ chuyên khoa đưa ra kế hoạch điều trị phù hợp và hiệu quả kịp thời.