Kháng thể là gì? Các nghiên cứu khoa học về Kháng thể

Kháng thể là gì?

Kháng thể, hay còn gọi là immunoglobulin (Ig), là các glycoprotein đặc hiệu được tạo ra bởi các tế bào B của hệ miễn dịch nhằm nhận diện và trung hòa các tác nhân gây bệnh như virus, vi khuẩn và độc tố. Chúng là yếu tố trung tâm trong phản ứng miễn dịch thể dịch, đảm nhận vai trò “vũ khí sinh học” để tấn công các phân tử lạ (kháng nguyên) khi chúng xâm nhập vào cơ thể.

Mỗi kháng thể có cấu trúc hình chữ Y gồm bốn chuỗi polypeptide – hai chuỗi nặng (heavy chain) và hai chuỗi nhẹ (light chain) – được nối với nhau bằng cầu disulfide. Đầu nhánh của chữ Y là vùng biến đổi (variable region), nơi quyết định tính đặc hiệu với kháng nguyên. Vùng này có thể thay đổi để nhận diện hàng triệu loại kháng nguyên khác nhau. Thân của chữ Y là vùng bất biến (constant region), quy định các chức năng sinh học khác nhau như hoạt hóa bổ thể, tương tác với tế bào miễn dịch và vận chuyển qua nhau thai.

Kháng thể có thể tuần hoàn trong máu và bạch huyết, hoặc nằm tại các bề mặt niêm mạc như hô hấp, tiêu hóa. Chúng giúp cơ thể thiết lập hệ thống bảo vệ chủ động và ghi nhớ các mối đe dọa, đóng vai trò cốt lõi trong việc phát triển vắc-xin, miễn dịch học và điều trị miễn dịch. Thông tin chi tiết về kháng thể được trình bày bởi NCBI.

Phân loại kháng thể

Các kháng thể được chia thành năm lớp chính dựa trên loại chuỗi nặng và chức năng sinh học gồm: IgG, IgA, IgM, IgE và IgD. Mỗi lớp kháng thể có cấu trúc phân tử và vai trò riêng biệt trong phản ứng miễn dịch.

• IgG: Là loại phổ biến nhất trong huyết thanh, chiếm khoảng 75% tổng lượng kháng thể. IgG có khả năng trung hòa vi khuẩn, virus và độc tố; vượt qua nhau thai để bảo vệ thai nhi; kích hoạt bổ thể và opsonin hóa.
• IgA: Có mặt chủ yếu tại các niêm mạc (đường tiêu hóa, hô hấp, tiết niệu) và dịch tiết như nước mắt, nước bọt, sữa mẹ. IgA bảo vệ bề mặt tiếp xúc với môi trường khỏi nhiễm khuẩn thông qua cơ chế ức chế kết dính của vi sinh vật.
• IgM: Là lớp kháng thể đầu tiên được tạo ra trong đáp ứng miễn dịch sơ cấp. IgM có cấu trúc pentamer lớn, hiệu quả trong việc kết dính và loại bỏ kháng nguyên do có nhiều vị trí liên kết.
• IgE: Liên quan đến phản ứng dị ứng và miễn dịch chống ký sinh trùng. IgE gắn vào bề mặt tế bào mast và bạch cầu ái toan, gây phóng thích histamin khi tiếp xúc với dị nguyên.
• IgD: Được tìm thấy trên bề mặt tế bào B chưa hoạt hóa; vai trò sinh học chính xác chưa được hiểu đầy đủ, nhưng có thể liên quan đến khởi động phản ứng miễn dịch.

Bảng sau tổng hợp một số đặc điểm chính của các lớp kháng thể:

Loại kháng thể	Vị trí chính	Chức năng nổi bật
IgG	Huyết thanh, dịch ngoại bào	Trung hòa, opsonin hóa, vượt nhau thai
IgA	Niêm mạc, sữa mẹ	Bảo vệ bề mặt niêm mạc
IgM	Máu	Kích hoạt bổ thể, phản ứng sơ cấp
IgE	Mô liên kết gần biểu mô	Phản ứng dị ứng, chống ký sinh trùng
IgD	Bề mặt tế bào B	Điều hòa kích hoạt tế bào B

Chức năng sinh học của kháng thể

Kháng thể thực hiện một số chức năng chính trong phản ứng miễn dịch, trong đó quan trọng nhất là khả năng trung hòa và loại bỏ kháng nguyên thông qua cơ chế nhận diện đặc hiệu. Một kháng thể chỉ gắn với kháng nguyên phù hợp, nhờ cấu trúc đặc biệt ở vùng biến đổi. Điều này tạo ra khả năng phân biệt mầm bệnh với tế bào cơ thể lành tính.

Các chức năng chính của kháng thể bao gồm:

• Trung hòa (Neutralization): Kháng thể gắn vào virus hoặc độc tố, ngăn không cho chúng tương tác với thụ thể trên tế bào đích.
• Opsonin hóa (Opsonization): Đánh dấu vi sinh vật để các tế bào miễn dịch như đại thực bào “nhận diện” và tiêu diệt dễ dàng hơn.
• Kích hoạt bổ thể (Complement activation): Liên kết vùng Fc của kháng thể với hệ thống bổ thể, dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn thông qua tạo lỗ thủng màng.
• Kích hoạt tế bào miễn dịch: Tương tác với tế bào mast, NK, hoặc đại thực bào qua thụ thể Fc, giúp tăng cường phản ứng viêm và loại bỏ tác nhân lạ.

Các cơ chế này tạo thành một chuỗi phản ứng phức tạp nhưng có tổ chức, từ nhận diện mối đe dọa cho đến tiêu diệt và làm sạch mầm bệnh. Kháng thể vì thế là trung tâm trong điều trị miễn dịch, đặc biệt là điều trị bằng kháng thể đơn dòng trong ung thư và các bệnh viêm mạn tính.

Quá trình hình thành kháng thể

Kháng thể được sản xuất bởi các tế bào B sau khi chúng được hoạt hóa bởi kháng nguyên. Khi một kháng nguyên xâm nhập cơ thể, các tế bào trình diện kháng nguyên (APC) như đại thực bào và tế bào đuôi gai sẽ xử lý và trình diện kháng nguyên lên MHC-II. Tế bào B nhận diện kháng nguyên thông qua thụ thể BCR và sau đó tương tác với tế bào T hỗ trợ (T helper) thông qua cơ chế đồng kích hoạt.

Tiếp theo, tế bào B biệt hóa thành hai dòng: plasma cell (tế bào sản xuất kháng thể) và memory B cell (tế bào nhớ). Tế bào plasma tổng hợp kháng thể số lượng lớn, trong khi tế bào nhớ tồn tại lâu dài để đáp ứng mạnh mẽ nếu tái nhiễm. Quá trình này được điều hòa bởi các cytokine như IL-4, IL-6 và yếu tố tăng trưởng.

Trong pha đáp ứng miễn dịch sơ cấp, IgM được sản xuất trước tiên. Sau đó, nhờ cơ chế chuyển lớp (class switching), tế bào B có thể tạo ra IgG, IgA hoặc IgE. Đồng thời, vùng biến đổi của kháng thể cũng trải qua đột biến soma (somatic hypermutation) nhằm tăng độ ái lực với kháng nguyên. Đây là nền tảng cho sự trưởng thành ái lực – quá trình giúp kháng thể ngày càng hiệu quả hơn qua thời gian.

Kháng thể đơn dòng và kháng thể đa dòng

Kháng thể có thể được phân loại thêm dựa trên nguồn gốc sản xuất thành kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) và kháng thể đa dòng (polyclonal antibody). Sự khác biệt này rất quan trọng trong nghiên cứu, chẩn đoán và điều trị bệnh.

Kháng thể đa dòng là hỗn hợp các kháng thể được sản xuất bởi nhiều dòng tế bào B khác nhau trong cơ thể, phản ứng với nhiều epitope khác nhau trên cùng một kháng nguyên. Chúng được tạo ra một cách tự nhiên trong đáp ứng miễn dịch của cơ thể và cũng có thể được sản xuất thông qua tiêm kháng nguyên vào động vật và thu lấy huyết thanh. Ưu điểm của kháng thể đa dòng là khả năng nhận diện mục tiêu mạnh và nhanh, nhưng lại có độ đặc hiệu không cao và dễ nhiễu trong xét nghiệm.

Ngược lại, kháng thể đơn dòng được tạo ra từ một dòng tế bào B duy nhất (thường là hybridoma – dòng lai giữa tế bào B và tế bào bất tử), nên chỉ nhận diện một epitope duy nhất trên kháng nguyên. Kháng thể đơn dòng có độ đặc hiệu cao, dễ chuẩn hóa và rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính chính xác, như trong liệu pháp điều trị hoặc xét nghiệm chẩn đoán.

Bảng so sánh dưới đây tóm tắt các đặc điểm giữa kháng thể đơn dòng và đa dòng:

Tiêu chí	Kháng thể đơn dòng	Kháng thể đa dòng
Epitope nhận diện	Một epitope	Nhiều epitope
Nguồn gốc	Dòng tế bào B duy nhất	Nhiều dòng tế bào B
Độ đặc hiệu	Cao	Trung bình
Sản xuất	Khó hơn, cần công nghệ lai tạo tế bào	Dễ hơn, từ huyết thanh động vật
Ứng dụng	Điều trị, chẩn đoán chính xác	Xét nghiệm phổ thông, nghiên cứu

Ứng dụng trong y học và công nghệ sinh học

Kháng thể đóng vai trò trung tâm trong nhiều ứng dụng hiện đại, từ xét nghiệm lâm sàng, nghiên cứu cơ bản đến điều trị bệnh. Nhờ khả năng nhận diện đặc hiệu, chúng được sử dụng để phát hiện, phân loại và vô hiệu hóa các tác nhân sinh học.

Trong chẩn đoán, kháng thể được sử dụng trong các xét nghiệm như ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay), Western blot, miễn dịch huỳnh quang và test nhanh (lateral flow test). Ví dụ, test nhanh COVID-19 sử dụng kháng thể để phát hiện protein virus SARS-CoV-2 hoặc kháng thể do cơ thể sinh ra sau khi nhiễm virus.

Trong điều trị, kháng thể đơn dòng được sử dụng rộng rãi để điều trị ung thư (rituximab, trastuzumab), bệnh tự miễn (infliximab, adalimumab), nhiễm trùng (palivizumab cho RSV) và gần đây là kháng thể chống SARS-CoV-2. Một số kháng thể còn được thiết kế lại bằng công nghệ tái tổ hợp hoặc gắn thêm thuốc/độc tố để tăng hiệu quả tiêu diệt tế bào đích.

Đáp ứng miễn dịch và trí nhớ miễn dịch

Kháng thể là trung tâm của đáp ứng miễn dịch thể dịch, đặc biệt là trong quá trình tạo trí nhớ miễn dịch. Khi cơ thể tiếp xúc lần đầu với kháng nguyên, phản ứng miễn dịch sơ cấp tạo ra kháng thể IgM sau đó là IgG, tuy nhiên tốc độ và hiệu quả thường thấp.

Trong lần tiếp xúc thứ hai (phản ứng miễn dịch thứ cấp), nhờ có tế bào B nhớ, cơ thể nhanh chóng sản xuất lượng lớn IgG có ái lực cao hơn. Điều này là cơ sở cho tiêm chủng: vắc-xin đưa vào một lượng kháng nguyên không gây bệnh để tạo tế bào nhớ, giúp bảo vệ khi gặp virus thực sự.

Các vắc-xin hiện đại, như vắc-xin mRNA, protein tái tổ hợp, hay vắc-xin bất hoạt đều nhằm mục tiêu kích thích cơ thể tạo ra kháng thể bảo vệ. Việc đo nồng độ kháng thể sau tiêm giúp đánh giá hiệu quả miễn dịch của vắc-xin và xác định thời điểm cần tiêm nhắc.

Kháng thể và bệnh tự miễn

Trong bệnh tự miễn, hệ miễn dịch nhầm lẫn giữa kháng nguyên ngoại lai và kháng nguyên của chính cơ thể, dẫn đến việc sản xuất autoantibody (kháng thể tự miễn). Các kháng thể này gắn vào mô hoặc tế bào của chính cơ thể và gây tổn thương, viêm hoặc rối loạn chức năng cơ quan.

Các bệnh lý thường liên quan đến autoantibody bao gồm:

• Lupus ban đỏ hệ thống (SLE): xuất hiện anti-dsDNA, anti-Sm.
• Viêm khớp dạng thấp: xuất hiện yếu tố dạng thấp (RF), anti-CCP.
• Bệnh Hashimoto và Graves: xuất hiện anti-TPO, anti-TSHR.

Việc phát hiện các autoantibody không chỉ giúp chẩn đoán sớm mà còn hỗ trợ theo dõi đáp ứng điều trị và nguy cơ tái phát. Điều trị các bệnh này thường yêu cầu ức chế miễn dịch để giảm sản xuất kháng thể tự miễn.

Đo lường và phân tích kháng thể

Kháng thể được đo lường trong phòng thí nghiệm để đánh giá tình trạng miễn dịch hoặc phát hiện bệnh lý. Mỗi phương pháp xét nghiệm sẽ chọn loại kháng thể cụ thể (IgG, IgM, IgA) và phân tích theo mục tiêu chẩn đoán.

• ELISA: Định lượng hoặc định tính kháng thể trong huyết thanh. Dùng phổ biến trong chẩn đoán HIV, viêm gan, COVID-19.
• Western blot: Xác định sự hiện diện kháng thể với protein đích, giúp xác nhận kết quả ELISA.
• Flow cytometry: Phân tích các kháng thể gắn trên bề mặt tế bào, ứng dụng trong miễn dịch học và ung thư học.

Định lượng kháng thể có vai trò trong đánh giá hiệu quả vắc-xin, theo dõi diễn tiến bệnh, phát hiện tái nhiễm và phân biệt giữa nhiễm cấp và mạn tính.

Kết luận

Kháng thể là yếu tố sống còn của hệ miễn dịch, thực hiện chức năng bảo vệ cơ thể qua khả năng nhận diện và trung hòa tác nhân lạ. Từ bản chất sinh học đến ứng dụng lâm sàng, kháng thể ngày càng trở thành công cụ không thể thiếu trong y học hiện đại – từ chẩn đoán, theo dõi bệnh đến điều trị đặc hiệu. Việc hiểu rõ cơ chế hoạt động và phân loại kháng thể là nền tảng để phát triển các liệu pháp miễn dịch chính xác và hiệu quả hơn trong tương lai.