Cơ chế bảo vệ là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa cơ chế bảo vệ

Cơ chế bảo vệ (protective mechanisms) là tập hợp các phản ứng sinh học, hóa học và vật lý mà cơ thể sử dụng để ngăn ngừa, nhận diện và loại bỏ các tác nhân gây hại từ môi trường bên ngoài hoặc từ bên trong cơ thể. Các cơ chế này hoạt động liên kết chặt chẽ để duy trì cân bằng nội môi (homeostasis) và ngăn ngừa tổn thương mô, đồng thời kích hoạt quá trình sửa chữa khi cần thiết.

Các cơ chế bảo vệ có thể được phân thành nhiều cấp độ khác nhau: hàng rào đầu tiên ngăn chặn tác nhân xâm nhập; miễn dịch bẩm sinh phản ứng tức thời với tính đặc hiệu thấp; và miễn dịch thích ứng phát triển chậm nhưng có tính đặc hiệu cao và trí nhớ miễn dịch. Mỗi cấp độ đều đóng vai trò then chốt trong bảo vệ sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật.

Cơ chế bảo vệ không chỉ giới hạn ở hệ thống miễn dịch mà còn bao gồm các phản ứng stress sinh lý (như đáp ứng sốt, viêm) và cơ chế apoptosis loại bỏ tế bào tổn thương. Việc tương tác linh hoạt giữa các thành phần này cho phép cơ thể phản ứng hiệu quả trước đa dạng yếu tố gây hại.

Phân loại cơ chế bảo vệ

Cơ chế bảo vệ được chia làm hai nhóm chính:

• Cơ chế bẩm sinh (innate immunity): Hoạt động ngay khi có tác nhân xâm nhập, không mang tính đặc hiệu đối với một kháng nguyên nhất định. Đáp ứng bẩm sinh bao gồm cơ chế vật lý, hóa học, thực bào và sản xuất cytokine tổng quát.
• Cơ chế thích ứng (adaptive immunity): Phát triển chậm hơn, mang tính đặc hiệu cao và hình thành trí nhớ để phản ứng nhanh nếu gặp lại cùng tác nhân trong tương lai. Đáp ứng thích ứng nhờ hoạt động của tế bào B (sản xuất kháng thể) và tế bào T (tiêu diệt tế bào nhiễm hoặc hỗ trợ miễn dịch).

Bên cạnh hai nhóm chính, cơ chế bảo vệ còn được phân theo cấp độ hoạt động:

1. Hàng rào đầu vào: Da, niêm mạc, microbiota.
2. Miễn dịch bẩm sinh: Thực bào, bổ thể, tế bào NK.
3. Miễn dịch thích ứng: Đáp ứng dịch thể và tế bào.

Hàng rào vật lý, hóa học và vi sinh

Hàng rào vật lý và hóa học là tuyến phòng thủ đầu tiên, ngăn chặn phần lớn vi sinh vật và độc tố trước khi chúng xâm nhập sâu vào mô. Da nguyên vẹn tạo lớp vỏ không thấm, kết hợp với chất nhờn và pH thấp (4–6) trên bề mặt da để ức chế vi khuẩn. Niêm mạc đường hô hấp, tiêu hóa tạo thành lớp tế bào liên kết chặt, tiết chất nhầy (mucin) bẫy bụi và vi sinh vật.

Hàng rào hóa học bao gồm các yếu tố như lysozyme trong nước mắt và nước bọt, acid hydrochloric trong dạ dày và các peptide kháng khuẩn (defensins) do tế bào biểu mô tiết ra. Những yếu tố này giết hoặc ức chế vi sinh vật thông qua phá vỡ màng tế bào hoặc ngăn cản quá trình trao đổi chất.

Hàng rào	Cơ chế	Ví dụ
Vật lý	Rào cản cơ học	Da, niêm mạc, lông mũi
Hóa học	Phá vỡ tế bào, ức chế enzym	pH dạ dày, lysozyme, defensins
Vi sinh	Cạnh tranh và tiết chất kháng khuẩn	Microbiota ruột, da

Hệ vi sinh (microbiota) tại da, miệng, ruột giữ vai trò bảo vệ bằng cách cạnh tranh dinh dưỡng, chiếm chỗ bám và sản xuất acid béo chuỗi ngắn, chất kháng khuẩn ngăn cản vi khuẩn gây bệnh phát triển quá mức.

Miễn dịch bẩm sinh: tế bào và thụ thể

Miễn dịch bẩm sinh sử dụng tế bào và thụ thể nhận diện mẫu chung (Pattern Recognition Receptors – PRRs) để phát hiện PAMP (Pathogen-Associated Molecular Patterns) và DAMP (Damage-Associated Molecular Patterns). Toll-like receptors (TLRs), NOD-like receptors (NLRs) và C-type lectin receptors (CLRs) là các PRR chính, có khả năng nhận diện cấu trúc đặc trưng của vi khuẩn, virus và tế bào chết.

Các tế bào chính trong miễn dịch bẩm sinh bao gồm neutrophil, macrophage và tế bào NK. Neutrophil chiếm tỉ lệ cao nhất trong bạch cầu trung tính, di chuyển nhanh đến vị trí viêm và tiêu diệt vi sinh qua cơ chế hóa thực bào và thải độc tố. Macrophage tham gia cả giai đoạn khởi phát và giai đoạn điều hòa, thực hiện thực bào và trình diện kháng nguyên cho tế bào T.

Tế bào NK (Natural Killer) nhận diện tế bào nhiễm virus hoặc tế bào u thông qua sự mất cân bằng biểu hiện MHC I và phóng thích perforin, granzyme để gây apoptosis. Đồng thời, tế bào NK tiết IFN-γ để kích hoạt macrophage và hỗ trợ đáp ứng miễn dịch thích ứng.

Hệ bổ thể

Hệ bổ thể là tập hợp hơn 30 protein máu huyết tương và màng tế bào, hoạt hóa liên tiếp qua ba con đường chính: cổ điển (classical), lectin và tự nhiên (alternative). Con đường cổ điển khởi phát khi phức hợp kháng nguyên–kháng thể (IgM hoặc IgG) liên kết C1q, trong khi con đường lectin nhận diện mannose trên bề mặt vi sinh vật qua MBL (Mannose-Binding Lectin). Con đường tự nhiên được kích hoạt liên tục ở mức độ nền và tăng cường khi bề mặt vi khuẩn thiếu yếu tố điều hòa.

Sản phẩm hoạt hóa C3 và C5 cung cấp hai chức năng then chốt: tạo anaphylatoxin (C3a, C5a) thu hút và hoạt hóa bạch cầu, đồng thời gắn C3b lên bề mặt tác nhân gây bệnh để tăng cường thực bào (opsonization). Giai đoạn cuối cùng hình thành phức hợp màng tấn công (Membrane Attack Complex – MAC; C5b–C9) đục lỗ màng tế bào vi khuẩn, gây ly giải. Đình trệ hoặc thiếu hụt một trong các thành phần bổ thể có thể dẫn đến nhiễm trùng tái phát và bệnh tự miễn.

Con đường	Kích hoạt	Chức năng chính
Cổ điển	Kháng nguyên–kháng thể	Opsonization, tạo C3a/C5a, MAC
Lectin	MBL–mannose	Opsonization, điều hòa viêm
Tự nhiên	Đường nền không phụ thuộc kháng thể	Kiểm soát ban đầu, tăng cường con đường khác

Miễn dịch thích ứng: đáp ứng dịch thể

Đáp ứng dịch thể do tế bào B và tương bào chịu trách nhiệm sản xuất kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên. Sau khi nhận diện kháng nguyên qua BCR (B-cell receptor), tế bào B trải qua quá trình biệt hóa và ghép đoạn gen (VDJ recombination) để tạo ra đa dạng kháng thể. Tương bào xuất ra năm lớp Ig chính: IgM khởi phát, IgG chiếm ưu thế tuần hoàn, IgA bảo vệ niêm mạc, IgE trung gian dị ứng và IgD tham gia điều hòa.

Kháng thể thực hiện chức năng trung hòa độc tố (neutralization), ngăn cản vi khuẩn hoặc virus gắn vào tế bào chủ, kích hoạt bổ thể theo con đường cổ điển và gắn Fc lên tế bào thực bào để tăng cường thực bào (opsonization). Nồng độ IgG và IgA trong huyết thanh và dịch tiết niêm mạc tương ứng được theo dõi để đánh giá hiệu quả miễn dịch sau tiêm chủng hoặc nhiễm tự nhiên.

• IgM: Đa lượng, hiệu quả trong giai đoạn đầu.
• IgG: Duy trì lâu dài, qua nhau thai bảo vệ trẻ sơ sinh.
• IgA: Bảo vệ niêm mạc hô hấp, tiêu hóa.
• IgE: Liên quan phản ứng dị ứng và ký sinh trùng.

Miễn dịch thích ứng: đáp ứng tế bào

Đáp ứng tế bào phụ thuộc vào tế bào T, bao gồm hai dòng chính: CD4⁺ (helper) và CD8⁺ (cytotoxic). Tế bào CD4⁺ nhận diện kháng nguyên trình diện qua MHC lớp II trên tế bào trình diện (APC), tiết cytokine đặc hiệu (IFN-γ, IL-4, IL-17) để điều hòa và hỗ trợ tế bào B, tế bào đại thực bào. Các phân nhóm Th1, Th2, Th17 thể hiện chức năng khác nhau trong phản ứng kháng nội bào, dị ứng và miễn dịch niêm mạc.

Tế bào CD8⁺ nhận diện peptide kháng nguyên gắn MHC lớp I trên tế bào nhiễm, giải phóng perforin và granzyme gây apoptosis tế bào mục tiêu. Quá trình này đặc biệt quan trọng trong kiểm soát nhiễm virus và tế bào ung thư. Tế bào nhớ (memory T) tồn tại lâu dài, phản ứng nhanh khi gặp lại kháng nguyên, là cơ sở của miễn dịch bền vững sau tiêm chủng.

1. Th1: Tăng cường thực bào, tiêu diệt nội bào.
2. Th2: Hỗ trợ đáp ứng dịch thể, dị ứng.
3. Th17: Điều hòa viêm niêm mạc.

Điều hòa và dung nạp miễn dịch

Điều hòa miễn dịch ngăn ngừa phản ứng quá mức và tự miễn qua cơ chế tế bào T điều hòa (Treg) và cytokine ức chế như IL-10, TGF-β. Treg phát triển từ tế bào T CD4⁺ tại tuyến ức hoặc ngoại vi, gắn CTLA-4 xuống biểu hiện B7 trên APC, hạn chế kích hoạt tế bào T khác và giảm sản xuất cytokine gây viêm.

Quá trình dung nạp trung tâm (central tolerance) xảy ra ở tuyến ức và tuỷ xương, loại bỏ tế bào lympho nhận diện kháng nguyên bản thân quá mạnh qua apoptosis. Dung nạp ngoại biên (peripheral tolerance) sử dụng cơ chế ức chế chức năng tế bào, thiếu tín hiệu đồng kích hoạt (co-stimulation), và anergy để ngăn tế bào tự miễn hoạt hóa.

• Treg: CD4⁺CD25⁺FoxP3⁺, điều hòa qua cytokine và tiếp xúc tế bào.
• Apoptosis: Loại bỏ lympho tự phản ứng.
• Anergy: Tế bào T bất hoạt khi thiếu tín hiệu B7–CD28.

Ứng dụng lâm sàng và vaccine

Hiểu rõ cơ chế bảo vệ hỗ trợ phát triển vaccine và liệu pháp miễn dịch. Vaccine tái tổ hợp, vector virus và mRNA (như vaccine COVID-19 mRNA-1273) kích hoạt cả miễn dịch dịch thể và tế bào, đạt hiệu quả bảo vệ cao (>94 %). Công nghệ này dựa trên nguyên tắc trình diện kháng nguyên nội bào, tăng cường đáp ứng tế bào CD8⁺ và tế bào nhớ.

Liệu pháp ức chế điểm kiểm soát miễn dịch (checkpoint inhibitors) như anti-PD-1, anti-CTLA-4 được áp dụng trong điều trị ung thư, giải phóng tế bào T khỏi ức chế nhằm tăng cường chống khối u. Các liệu pháp CAR-T điều chỉnh tế bào T để biểu đạt receptor nhân tạo đặc hiệu kháng nguyên ung thư, mang lại kết quả đột phá trong bệnh bạch cầu và lymphoma.

• mRNA vaccine: nhanh, dễ tùy biến (Moderna, Pfizer-BioNTech).
• Vaccine vector: Adenovirus (AstraZeneca, J&J).
• Checkpoint inhibitors: Nivolumab, Pembrolizumab.
• CAR-T: Kymriah, Yescarta.

Tài liệu tham khảo

• Janeway CA, Travers P, Walport M, et al. “Immunobiology: The Immune System in Health and Disease.” 5th ed. Garland Science; 2001.
• Abbas AK, Lichtman AH, Pillai S. “Basic Immunology: Functions and Disorders of the Immune System.” 6th ed. Elsevier; 2018.
• Chaplin DD. “Overview of the immune response.” J Allergy Clin Immunol. 2010;125(2 Suppl 2):S3–S23. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20176236
• Centers for Disease Control and Prevention. “Complement System.” cdc.gov/immunology/immuniz.htm
• National Cancer Institute. “Checkpoint Inhibitors.” cancer.gov/checkpoint-inhibitors