Cytokine là gì? Thành phần quan trọng trong truyền thông tin và điều chỉnh hoạt động của các tế bào khác trong hệ thống miễn dịch
Cytokine là một nhóm các phân tử protein hoặc glycoprotein có khả năng giao tiếp và tương tác với các tế bào khác nhau trong hệ thống miễn dịch. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và điều hòa các phản ứng miễn dịch và viêm nhiễm trong cơ thể. Hiểu về cách mà các cytokine hoạt động và tác động lên hệ thống miễn dịch là nền tảng quan trọng trong y học. Vậy “Cytokine là gì?”, “Bão cytokine là gì?” Cùng tìm hiểu ngay các thông tin thông qua bài viết dưới đây.
Nội dung
1. Cytokine là gì?
Cytokine là gì? Cytokine không phải là các kháng thể. Nó là các protein hay glycoprotein do bạch cầu viêm và một số tế bào khác (trừ bạch cầu) sản xuất và phóng thích. Nó có vai trò như chất trung gian điều hòa giữa các tế bào. Cytokine khác với các hormone kinh điển bởi chúng được tạo ra từ nhiều tổ chức chứ không phải tuyến biệt hóa nào. Các loại protein này có trọng lượng phân tử thấp từ 8 đến 30 kDa, trung bình khoảng 25 kDa.
2. Chức năng của cytokine
Cytokine bao gồm nhiều protein và peptit hòa tan. Đây là các yếu tố quan trọng giúp điều hòa thể dịch ở nồng độ rất thấp. Cụ thể là điều hòa các hoạt động chức năng của từng tế bào riêng biệt cũng như tổ chức trong trường hợp sinh lý và bệnh lý. Đồng thời, trở thành bên trung gian điều hòa trực tiếp sự tương tác giữa các tế bào. Và giám sát các hoạt động trong khoang ngoại bào. Cytokine có nhiệm vụ duy trì tế bào sống sót bằng cách ngăn chặn tình trạng chết tế bào theo lập trình.
Cytokine kích hoạt chức năng nhờ thụ thể đặc hiệu với một số tác động sau:
- Cận tiết (paracrine): Ảnh hưởng đến tế bào đích trong không gian xung quanh.
- Tự tiết (autocrine): Một tế bào tiết cytokine tự tác động trực tiếp lên nó nhờ các thụ thể trên bề mặt tế bào.
- Nội tiết (endocrine): Tác động đến các tế bào và cơ quan xa hơn nhờ cytokine.
- Xúc tiết (juxtacrine): Chỉ ảnh hưởng đến các tế bào tiếp xúc lên nó.
Tóm lại, cytokine là ngôn ngữ giao tiếp giữa các tế bào nhằm trao đổi thông tin.
3. Lịch sử và thuật ngữ
Cytokine được phát hiện lần đầu vào năm 1957. Nó là các interferon, đảm nhận nhiệm vụ chống virus. Tuy nhiên, đây cũng là chất gây sốt nội sinh, được tìm thấy vào năm 1948. Nó được sản sinh trong quá trình chống nhiễm trùng và kích thích tăng nhiệt gây sốt. Mãi đến năm 1974, thuật ngữ cytokine mới được sử dụng lần đầu bởi Stanley Cohen. Trong đó, cyto mang nghĩa tế bào. Còn kine có nghĩa là chuyển động, hoạt hóa, kích thích.
Ngày càng có nhiều các nghiên cứu về vai trò sinh lý cũng như sinh lý bệnh của cytokine. Cytokine tham gia vào nhiều quá trình sinh học. Chẳng hạn như viêm, tạo phôi, sinh sản, tạo máu, đáp ứng miễn dịch. Ngoài ra, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong một số bệnh lý như: bệnh tự miễn, nhiễm trùng huyết, ung thư, viêm gan, nhiễm HIV… Đây còn là tác nhân trị liệu hoặc đích điều trị cần được nghiên cứu thêm.
4. Các họ cytokine chính
4.1 Chemokine
Đây là tập hợp các cytokine có trọng lượng phân tử thấp là tính hóa ứng động đặc trưng. Chemokine là các cytokine được sản sinh trong giai đoạn đầu của nhiễm trùng. Chúng mới được phát hiện và có tác dụng hóa ứng động đến các tế bào đáp ứng gần đó. Interleukine-8 là chemokine đầu tiên được nghiên cứu và điển hình cho nhóm này. Tất cả chúng đều có amino acid giống nhau và có đến 7 domain xuyên màng ở thụ thể. Các tín hiệu được truyền thông qua protein G sau khi gắn với thụ thể.
Chemokine được sản sinh từ nhiều loại tế bào khác nhau của hệ miễn dịch tiên thiên và tế bào lympho của hệ miễn dịch tập nhiễm. Chemokine giúp hóa ứng động của bạch cầu bằng cách huy động một số thành phần. Cụ thể là monocyte, bạch cầu trung tính và tế bào thực hiện miễn dịch khác di chuyển đến ổ nhiễm trùng.
4.2 Họ yếu tố hoại tử khối u
Cytokine thuộc họ yếu tố hoại tử khối u thực hiện chức năng dưới dạng protein tam trùng phân (trimer). Chúng có nguồn gốc từ bề mặt màng tế bào với các tính chất riêng biệt. TNF α đại diện cho họ cytokine này. Chúng có khả năng hoạt hóa tế bào nội mô mạch máu với tính thấm thành mạch cao. Điều này làm tăng IgG, bổ thể và các tế bào gây viêm cục bộ. TNF α còn gây sốt, gây sốc và tập trung chất chuyển hóa.
Interleukin-1 có khả năng hoạt hóa tế bào nội mô mạch máu và tế bào lympho. Từ đó, gây hại tổ chức tại chỗ và khiến tế bào thẩm thực hiện miễn dịch dễ dàng đi vào các vùng này. IL-1 cũng có khả năng gây sốt và sản xuất IL-6. Họ TNF còn rất quan trọng trong phản ứng viêm và chết tế bào theo lập trình. Đồng thời, quyết định đến sự phát triển của tế bào lympho. Điển hình là vai trò của CD40-ligand với tế bào CD4.
Fas-ligand khá tiêu biểu trong họ TNF. Một cytokine bề mặt màng tế bào thường được tìm thấy trên tế bào T độc tế bào. Thụ thể của cytokine này là Fas. Fas-ligand làm chết tế bào theo lập trình ở tế bào có thụ thể Fas.
4.3 Họ các Interferon
Các interferon (IFN) là các protein kháng virus được sản sinh khi nhiễm một loại virus gây bệnh nào đó. Interferon-α và Interferon-β bao gồm 3 chức năng chính:
- Kích thích đề kháng của các tế bào chưa bị nhiễm virus đề kháng. Nó được thực hiện nhờ khả năng hoạt hóa các gene, hạn chế khả năng tổng hợp RNA thông tin và protein của virus.
- Kích thích hầu hết các tế bào cơ thể tăng biểu hiện phức hợp hòa hợp tổ chức chính lớp I. Nhờ đó, nó có thể đề kháng với tác dụng của tế bào NK. IFN-α và IFN-β cũng kích thích tế bào mới nhiễm virus tăng biểu hiện (MHC I) và dễ bị các tế bào CD8 độc tế bào tiêu diệt.
- Hoạt hóa tế bào NK giúp các tế bào giết tự nhiên có khả năng chọn lọc. Tức là chỉ tiêu diệt tế bào nhiễm virus.
4.4 Họ các yếu tố kích thích tạo máu (haemopoietin)
Erythropoietin là hoạt chất được sản sinh bởi thận, giúp kích thích tủy xương tạo hồng cầu. Hợp chất tổng hợp này trong phòng thí nghiệm gọi là epoetin alfa hay epoetin beta. Erythropoietin còn được biết đến bởi chức năng bảo vệ tế bào (cytoprotective), bảo vệ thần kinh (neuroprotective) và chống chết tế bào theo lập trình.
Xem thêm:
- Protein là gì? Vai trò, chức năng và nguồn cung cấp cho cơ thể
- Glucose là gì? Cơ chế hoạt động và vai trò với sức khỏe
5. Các thụ thể của cytokine là gì?
Các thụ thể của cytokine thuộc đa dạng họ protein thụ thể bởi cấu tạo khác nhau.
5.1 Thụ thể cytokine lớp I
Đây là họ thụ thể của các chất kích thích tạo máu. Nó có đông thành viên nhất với 3 phân nhóm:
- Thụ thể của erythropoietin, hormone phát triển và IL-3.
- Thụ thể của IL-3, IL-5 và GM-CSF.
- Thụ thể của IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 và IL-15.
5.2 Thụ thể cytokine lớp II là gì?
Bao gồm thụ thể của Interferon-α, Interferon-β, Interferon-γ và IL-10
5.3 Thụ thể của họ TNF
- Thụ thể I và II của các TNF
- Thụ thể CD40, Fas (Apo 1), CD30, CD27
- Thụ thể của yếu tố phát triển thần kinh
5.4 Thụ thể của Chemokin
Nó bao gồm các thụ thể CCR1 đến CCR9 và CXCR1 đến CXCR5. Phần lớn chúng đều gắn trên bề mặt màng tế bào. Tuy nhiên, cũng có một số thụ thể tự do hòa tan trong máu. Chúng được phóng thích từ bề mặt màng tế bào. Bởi không gắn vào tế bào nên khi các thụ thể gắn với cytokine sẽ không phát huy chức năng sinh học. Ngược lại, hạn chế khả năng gắn của các cytokine với tế bào. Điển hình là các receptor hòa tan của TNF.
6. Cytokine và Hormone
Cytokine không phải là hormone kinh điển. Tuy nhiên, dựa trên một số phương diện sinh học, chúng khá giống với hormone do tuyến nội tiết sản xuất. Một số hormone cũng có tác dụng giống với hormone kinh điển. Điển hình là tác động hệ thống đến tế bào và cơ quan ở xa. Nó được minh chứng thông qua nghiên cứu về tác dụng của cytokine trong một số bệnh lý. Chẳng hạn như viêm, nhiễm trùng huyết, hội chứng đáp ứng viêm hệ thống, nhiễm trùng huyết, lành vết thương,… Nhưng cytokine cũng được phân biệt với hormone dựa theo một số nguyên tắc:
Nguồn gốc
Các cytokine được sản xuất từ nhiều loại tế bào khác nhau. Trong khi một loại hormone chỉ được tiết bởi một loại tế bào đặc biệt đã biệt hóa cao độ và có vị trí cố định. Tuy nhiên, nó chỉ mang ý nghĩa tương đối. Chẳng hạn hormone chống bài niệu không chỉ được tiết ở vùng dưới đồi. Nó còn được sản sinh ở tế bào phổi, đặc biệt là ung thư phổi.
Đích tác động
Các cytokine có rất nhiều tế bào đích khác nhau, trong đó có tế bào tạo máu. Trong khi mỗi loại hormone chỉ có một loại tế bào đích đặc hiệu.
Hoạt tính
Cytokine có phổ hoạt tính rộng. Còn các hormone chỉ mang hoạt tính nhất định nào đó.
Phương thức tác động
Hormone chỉ có phương thức tác động nội tiết. Cụ thể là tác động đến cơ quan đích ở xa nhờ hormone lưu thông trong máu đến cơ quan này. Còn cytokine có nhiều phương thức tác động khác nhau. Ví dụ như cận tiết, tự tiết, tiếp tiết và nội tiết. Cytokine cũng không có hoạt tính enzyme dù ngày càng có nhiều ngoại lệ được tìm thấy.
7. Liệu pháp cytokine
Cytokine quan trọng trong đáp ứng miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu. Ngày càng có nhiều nghiên cứu khẳng định tác dụng điều trị của cytokine. Nó được xem như tác nhân dược lý hoặc đích tác động. Nội dung nghiên cứu được tập trung theo các hướng sau:
- Dùng chất đối vận với cytokine gây bệnh. Cụ thể là sử dụng kháng thể kháng cytokine như kháng thể kháng TNF α trong nhiễm trùng huyết hoặc viêm đa khớp dạng thấp.
- Kích thích hoạt động sinh lý của cơ thể. Chẳng hạn như erythropoietin trong điều trị thiếu máu, kích thích tạo khóm trong điều trị giảm bạch cầu.
- Sử dụng trong liệu pháp điều hòa miễn dịch.
- Dùng trong điều trị nhiễm virus như chữa trị viêm gan mạn bằng interferon.
Một số liệu pháp được đánh giá tiềm năng trong nghiên cứu thực nghiệm trên động vật. Thế nhưng, nó không có tác dụng lâm sàng. Lý do có thể là bởi các cytokine phụ thuộc vào nhau. Chúng hoạt động khác nhau tùy theo từng giai đoạn bệnh và cơ thể có khả năng bù trừ. Y học chưa giải thích được tường tận vấn đề này. Thế nhưng, triển vọng của liệu pháp cytokine vẫn không thể phủ nhận.
8. Hội chứng bão cytokine là gì?
Hội chứng bão cytokine xảy ra do hệ miễn dịch phản ứng quá mức. Tình trạng này có thể gây nguy hiểm đến tính mạng người bệnh.
8.1 Bão cytokine là gì?
Bão cytokine hay tăng cytokine máu (cytokine storm) là phản ứng sinh lý, thông qua hệ thống miễn dịch tự nhiên, cytokine (phân tử truyền tin tiền viêm) được giải phóng mạnh mẽ. Cytokine là một phần đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, khi phóng thích đột ngột với số lượng lớn có thể gây suy đa tạng, thậm chí tử vong.
Hội chứng cơn bão cytokine còn được gọi là hội chứng giải phóng cytokine – Cytokine Release Syndrome (CRS). Nó bao gồm các triệu chứng bệnh lý gây bão cytokine. Chẳng hạn như: hội chứng thực bào máu có tính chất gia đình (FLH), kèm nhiễm virus Epstein-Barr (EBV-HLH), hội chứng hoạt hóa đại thực bào NLRC4, hội chứng giải phóng cytokine,… Hội chứng này xảy ra do hệ miễn dịch phản ứng quá mức với các tác nhân gây bệnh như virus, vi khuẩn,… Đồng thời, dẫn đến phản ứng viêm toàn hệ thống. Nó có thể khiến người mắc tử vong do các cytokine tấn công nhiều cơ quan quan trọng như phổi, gan,…
Một số trường hợp có thể mắc hội chứng cytokine phải kể đến như:
- Biến chứng bệnh truyền nhiễm cúm gia cầm, thủy đậu, ebola,…
- Bệnh nhiễm trùng huyết
- Hội chứng suy hô hấp cấp tính
- Tác dụng phụ khi sử dụng một số loại thuốc kháng thể đơn dòng trong điều trị ung thư
- Mắc các bệnh tự miễn như viêm khớp ở người trẻ (bệnh tự miễn)…
8.2 Nguyên nhân gây hội chứng bão cytokine
Dưới đây là một số nguyên nhân chủ đạo gây nên hội chứng bão cytokine đã được BCC tổng hợp:
Do di truyền
Bệnh nhân mắc Hội chứng HLH tiên phát hoặc mang tính gia đình. Các khiếm khuyết di truyền này gây nên một số vấn đề trong hệ miễn dịch. Sau đó, chúng nhanh chóng phát triển cơn bão Cytokine để phản ứng với nhiễm trùng. Thường trong vài tháng đầu đời khi mới sinh.
Do nhiễm trùng
Một số tình trạng nhiễm trùng có thể gây bão cytokine do vi khuẩn, virus,… Trong đó, virus cúm A, cúm H1N1, cúm H5N1, Epstein-Barr và cytomegalovirus, Parainfluenza và Ebola,… là các nguyên nhân lây nhiễm phổ biến gây bão cytokine. Hoặc do một số loại virus như Epstein-Barr, virus cytomegalo, liên cầu khuẩn nhóm A,…
Do mắc bệnh tự miễn
Chẳng hạn như bệnh Still, viêm khớp tự phát ở trẻ vị thành niên có hệ thống (JIA) và bệnh lupus.
Một số nguyên nhân khác
Do tác dụng phụ của các liệu pháp y tế cụ thể. Ví dụ như liệu pháp điều trị bệnh bạch cầu CAR-T và một số liệu pháp miễn dịch khác. Hoặc có thể do hậu phẫu khi cấy ghép nội tạng, tế bào gốc hoặc một số dạng ung thư khác.
Các vấn đề, triệu chứng liên quan đến bão cytokine còn nhiều tiềm ẩn khó nhận biết. Do đó, dựa vào các biểu hiện lâm sàng, bác sĩ có thể chỉ định một số xét nghiệm. Từ đó, có thể chẩn đoán chính xác và đưa ra liệu pháp điều trị phù hợp.
8.3 Cơ chế diễn ra hội chứng
Cytokine là nhóm protein đa chức năng trong cơ thể. Chúng do các tế bào miễn dịch sản xuất và đảm nhận chức năng vận hành trong hệ miễn dịch. Để bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh, hệ miễn dịch cần sử dụng nhiều tế bào khác nhau để ngăn chặn. Trong đó, cytokine được sản xuất từ:
- Tế bào lympho (cả lympho T và lympho B)
- Tế bào bạch cầu đơn nhân
- Tế bào bạch cầu ưa acid
Hội chứng bão cytokine chỉ xảy ra khi có tác nhân gây bệnh xâm nhập. Hệ miễn dịch được kích hoạt nhằm bảo vệ cơ thể bằng cách sử dụng lượng lớn các tế bào khác nhau. Từ đó, có thể giải phóng các cytokine gây viêm. Cytokine gửi tín hiệu đến các tế bào miễn dịch để kích hoạt tế bào sản sinh thêm nhiều cytokine. Việc sản xuất quá mức, không kiểm soát có thể xảy ra tình trạng bão cytokine trên.
8.4 Đặc trưng của hội chứng
Đặc trưng cơ bản của hội chứng bão cytokine là sốt. Ngoài ra, còn có một số đặc trưng sau cần biết:
- Sốt, mệt mỏi, nhức đầu, tụt huyết áp
- Co giật, tim đập nhanh
- Rối loạn chức năng các cơ quan trong cơ thể
- Giảm nồng độ oxy máu
- Huyết áp mở rộng
- Tăng cung lượng tim ở giai đoạn đầu và giảm cung lượng tim ở giai đoạn muộn
- Tăng cao hàm lượng nito trong máu
- D-dimer, transaminase và bilirubin tăng bất thường
- Thiếu yếu tố bổ thể
- Chảy máu không kiểm soát được
Xem thêm:
- Bạch cầu miễn dịch là gì? Vai trò và bí kíp cân bằng
- Đáp ứng miễn dịch là gì? Cơ chế bảo vệ cơ thể khỏe mạnh
8.5 Cách chăm sóc, điều trị hiệu quả ở người mắc hội chứng bão cytokine
Nếu gặp hội chứng này, người bệnh cần được chăm sóc trong đơn vị chăm sóc đặc biệt. Cụ thể là bao gồm hỗ trợ theo dõi chuyên sâu các dấu hiệu; chất lỏng tiêm tĩnh mạch; quản lý chất điện giải; chạy thận nhân tạo. Một số trường hợp có thể điều trị từ nguồn gốc của hội chứng. Nếu nguyên nhân là do nhiễm khuẩn, có thể sử dụng thuốc kháng sinh. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, bác sĩ phải dùng nhiều phương pháp nhằm hạn chế phản ứng miễn dịch. Thế nhưng liệu pháp này khác phức tạp. Một phần, do hệ thống miễn dịch đa dạng với nhiều bộ phận khác nhau. Để chống lại nhiễm trùng, cần giảm bớt một phần phản ứng miễn dịch. Đồng thời, giữ nguyên hoặc tăng cường hoạt động của các chức năng khác.
Có rất nhiều liệu pháp đã được thực nghiệm và đưa ra kết quả cụ thể. Giải pháp tốt nhất là điều trị dựa một phần vào nguyên nhân cơ bản gây nên hội chứng bão Cytokine. Đã có một số phương pháp điều trị Cytokine đạt được thành công nhất định. Đó là sử dụng aspirin, corticosteroid; thuốc tác động đến hệ thống miễn dịch như cyclosporine. Hoặc liệu pháp sinh học ngăn chặn Cytokine cụ thể, trao đổi huyết tương (plasmapheresis), nhóm statin.
9. Tạm kết
Trên đây là toàn bộ thông tin nhằm giải đáp “Cytokine là gì?”. Cytokine là các phân tử protein hoặc glikoprotein có vai trò quan trọng trong việc truyền đạt thông điệp giữa các tế bào trong hệ thống miễn dịch. Chúng đảm nhận nhiệm vụ chủ chốt trong quá trình phản ứng miễn dịch. Cụ thể là giúp điều chỉnh việc phát triển, chuyển hóa, và chấp nhận các tế bào miễn dịch. Sự cân bằng trong sản xuất và phản ứng với cytokine là rất quan trọng đối với sức khỏe của cơ thể. Nếu không, có thể gây ra hội chứng bão cytokine nguy hiểm đến tính mạng. BCC chuyên cập nhật nhanh chóng và chính xác nhất các thông tin liên quan đến ứng dụng và Nghiên cứu trong mọi lĩnh vực.
