Thực bào là một trong những cơ chế cơ bản nhất và đồng thời là cơ chế bảo vệ hiệu quả nhất của cơ thể con người. Việc thực hiện đúng chức năng của quá trình thực bào là một thành phần thiết yếu của phản ứng miễn dịch thích hợp. Tìm hiểu chính xác hiện tượng thực bào là gì, quá trình thực bào hoạt động như thế nào, tại sao cần phải thực bào và rối loạn thực bào có thể gây ra những ảnh hưởng gì?
Thực bào là việc các tế bào chuyên biệt gọi là thực bào ăn các mầm bệnh, các mảnh tế bào chết và các hạt nhỏ li ti. Thực bào có thể được so sánh với việc "dọn dẹp" ở cấp độ tế bào - nó cho phép tế bào loại bỏ các yếu tố không cần thiết hoặc nguy hiểm.
Mục lục:
- Thực bào là gì?
- Vai trò của quá trình thực bào đối với cơ thể
- Tế bào nào có khả năng thực bào?
- Thực bào - các loại
- thực bào tự phát (được gọi là tự nhiên)
- tạo điều kiện cho thực bào
- Thực bào - các giai đoạn
- Thực bào - và điều gì tiếp theo?
- Cách tránh sự thực bào của vi sinh vật
- Rối loạn thực bào
- Bệnh u hạt mãn tính
- Hội chứng Chediak-Higashi
Thực bào là gì?
Thực bào là một quá trình sinh học trong đó tế bào hấp thụ các phần tử lạ. Hiện tượng thực bào phổ biến ở nhiều sinh vật sống - những sinh vật nguyên thủy nhất (ví dụ động vật nguyên sinh) sử dụng thực bào như một cách lấy thức ăn từ môi trường bên ngoài.
Ở người, khả năng thực bào chủ yếu được sử dụng bởi các tế bào của hệ thống miễn dịch.
Sự thực bào thuộc cơ chế miễn dịch bẩm sinh hoặc không đặc hiệu. Do đó, quá trình thực bào là một trong những tuyến phòng thủ cơ bản và đầu tiên của cơ thể chúng ta. Ngoài vai trò của nó trong hệ thống miễn dịch, quá trình thực bào có tầm quan trọng lớn trong việc duy trì cân bằng nội môi (hay trạng thái cân bằng) của mô.
Thực bào cho phép loại bỏ các tế bào chết và bị hư hỏng của cơ thể của chính cơ thể, do đó cho phép tái tạo và tái tạo hiệu quả tất cả các mô.
Thực bào là một trong những loại nội bào, tức là sự chuyển các phân tử từ môi trường bên ngoài vào bên trong tế bào. Trong quá trình thực bào, các phần tử rắn được hấp thụ: đầu tiên tế bào thực bào bao quanh chúng bằng một mảnh màng tế bào của chính nó và sau đó hút nó vào bên trong. Điều này tạo ra một túi chứa một hạt hấp thụ, được gọi là phagosome.
Nội dung phagosome sau đó được tiêu hóa bằng nhiều loại hóa chất và enzym. Toàn bộ quá trình giống như việc tế bào "ăn" hạt, cũng được phản ánh trong thuật ngữ thực bào.
Cái tên này xuất phát từ phagein trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "ăn, ngấu nghiến".
Quá trình thực bào diễn ra liên tục trong cơ thể chúng ta - hàng tỷ tế bào thực bào liên tục "ăn" các vi sinh vật nguy hiểm, các mảnh tế bào chết hoặc các phần tử không cần thiết. Đó là một quá trình phổ biến, mặc dù cực kỳ phức tạp.
Việc nhận biết chính xác mục tiêu được tế bào thực bào và sự tương tác thích hợp giữa tế bào thực bào và mục tiêu “tấn công” đòi hỏi sự hợp tác liên tục của nhiều loại protein, phân tử tín hiệu, kháng thể và tế bào trợ giúp.
Vai trò của quá trình thực bào đối với cơ thể
Không khó để đoán rằng ứng dụng cơ bản của quá trình thực bào là bảo vệ cơ thể chúng ta chống lại các tác nhân gây bệnh. Sự xâm nhập của một tác nhân lây nhiễm vào cơ thể bắt đầu một chuỗi tín hiệu để "gọi" các tế bào thực bào đến vị trí lây nhiễm.
Quá trình viêm cấp tính bắt đầu, vai trò của nó là trung hòa mầm bệnh. Các tế bào máu chảy đến vùng tổn thương, là một trong những cơ chế quan trọng nhất của phản ứng miễn dịch chính. Tại vị trí viêm, các tế bào thực bào "ăn" cả mầm bệnh và các tế bào bị chúng phá hủy.
Trong quá trình lây nhiễm, có một loại thực bào khác, rất quan trọng. Đó là cái gọi là eferocytosis.
Quá trình eferocytosis liên quan đến việc nuốt các tế bào chết khi tình trạng viêm thuyên giảm. Một khi các tế bào thực bào đã hoàn thành chức năng của chúng và loại bỏ mầm bệnh, chúng sẽ trở nên không cần thiết.
Sau đó chúng chết một cách tự nhiên, kéo theo đó là hiện tượng eferocytosis, tức là "dọn dẹp chiến trường". Loại thực bào này làm giảm viêm nhiễm và cho phép cơ thể trở lại trạng thái trước khi nhiễm trùng.
Tại thời điểm này, cần nhấn mạnh rằng sự chết của các tế bào trong cơ thể chúng ta là một quá trình xảy ra liên tục, không chỉ là kết quả của nhiễm trùng. Mỗi tế bào có một tuổi thọ cụ thể, sau đó nó chết đi và được thay thế bằng một tế bào mới. Quá trình chết theo chương trình của tế bào được gọi là quá trình apoptosis.
Apoptosis là một hiện tượng tự nhiên cho phép các mô của chúng ta đổi mới liên tục. Để các tế bào sắp chết được thay thế bằng các tế bào mới, trước tiên chúng phải được làm sạch. Như bạn có thể dễ dàng đoán được, đây cũng là nhiệm vụ của các tế bào thực bào.
Các tế bào apoptotic (đang chết) phát ra các tín hiệu đặc biệt trên bề mặt màng tế bào của chúng, cho phép thực bào nhận biết và trung hòa chúng.
Trong trường hợp này, quá trình thực bào xảy ra mà không có viêm. Vì vậy, chúng ta thấy rằng thực bào không chỉ là một phương pháp bảo vệ chống lại vi sinh vật ngoại lai, mà còn là một quá trình cho phép phát triển, tái tạo và đổi mới tất cả các mô.
Tế bào nào có khả năng thực bào?
Tế bào có khả năng thực hiện quá trình thực bào được gọi là tế bào thực bào. Tùy theo hiệu quả và hiệu quả của quá trình thực bào mà chúng ta phân biệt cái gọi là thực bào chuyên nghiệp và không chuyên nghiệp.
Các tế bào thực bào không chuyên nghiệp đối phó với quá trình thực bào trên cơ sở "không thường xuyên" - quá trình này không phải là nhiệm vụ chính của chúng. Tuy nhiên, đôi khi có những hạt / mảnh tế bào chết ở xung quanh những tế bào này cần được làm sạch.
Sau đó, chúng cho thấy một hoạt động thực bào nhất định, mặc dù so với các thực bào chuyên nghiệp, nó bị hạn chế đáng kể và kém hiệu quả hơn. Nhiều loại tế bào được phân loại là thực bào không chuyên nghiệp, incl. tế bào biểu mô, một số tế bào mô liên kết, cũng như nội mô mạch máu.
Thực bào chuyên nghiệp là những tế bào chính chịu trách nhiệm thực bào trong cơ thể chúng ta. Trong số đó, chúng ta phân biệt chủ yếu là bạch cầu trung tính, bạch cầu đơn nhân và đại thực bào. Các tế bào này thuộc họ bạch cầu, hoặc tế bào bạch cầu, chủ yếu thực hiện các chức năng miễn dịch. Cả ba loại thực bào chuyên nghiệp đều chuyên về thực bào, mặc dù mỗi loại tiến hành hơi khác nhau.
Bạch cầu trung tính là tế bào chính chịu trách nhiệm cho sự phát triển của viêm cấp tính. Trong trường hợp bình thường, bạch cầu trung tính lưu thông với máu khắp cơ thể. Khi nhiễm trùng bắt đầu, các tế bào này ngay lập tức tụ lại trong ổ bệnh. Sự thực bào qua trung gian bạch cầu trung tính diễn ra nhanh chóng và dữ dội: những tế bào này có nhiều cách để bất hoạt các mầm bệnh đã hấp thụ.
Tuy nhiên, bạch cầu đơn nhân, giống như bạch cầu trung tính, lưu thông trong máu, tuy nhiên, chúng có thể rời khỏi dòng máu và xâm nhập vào các mô khác nhau. Các bạch cầu đơn nhân trưởng thành sau đó biến đổi thành đại thực bào mô. Sự thực bào qua trung gian đại thực bào ít nhanh hơn và chậm hơn nhiều. Các đại thực bào là nhóm tế bào chính được tìm thấy ở các vị trí bị viêm mãn tính.
Thực bào - các loại
Thực bào là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào loại tế bào thực bào, đối tượng bị thực bào và nhiều phân tử trung gian. Có hai con đường thực bào cơ bản:
- thực bào tự phát (được gọi là tự nhiên)
Đây là một quá trình thực bào xảy ra tương đối chậm và hiếm khi tham gia vào phản ứng kháng sinh. Vai trò của quá trình thực bào tự phát là loại bỏ các tế bào chết và "dọn dẹp" các yếu tố không cần thiết bên trong các mô. Để bắt đầu thực bào tự phát, cần phải kích thích cái gọi là "thụ thể xác thối" chủ yếu hiện diện trên đại thực bào. Loại thực bào này có bản chất là chống viêm.
- tạo điều kiện cho thực bào
Quá trình thực bào được tạo điều kiện nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với quá trình thực bào tự phát. Nhờ vậy, nó mang lại hiệu quả cao trong việc tiêu diệt mầm bệnh. Để quá trình thực bào diễn ra mạnh mẽ, cần thiết - như tên gọi - một số phương tiện.
Làm thế nào để thực bào có thể tạo điều kiện cho hoạt động của chúng? Một trong những phương pháp phổ biến nhất là đặc biệt "đánh dấu" các đối tượng nên xử lý. Quá trình này được gọi là opsonization.
Bản chất của quá trình quang hóa là sự gắn các phân tử nhất định vào bề mặt của vi sinh vật. Tác nhân gây bệnh được "đánh dấu" này nhanh chóng bị các tế bào thức ăn nhắm mục tiêu và tiêu diệt. Các phân tử cho phép opsonin hóa được gọi là opsonin. Đây chủ yếu là các kháng thể và các thành phần của cái gọi là hệ thống bổ sung.
Opsonin nhận biết mầm bệnh một cách hiệu quả, đánh dấu chúng và do đó tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho quá trình thực bào.
Thực bào - các giai đoạn
Chúng ta đã biết những tế bào nào, khi nào và tại sao, tham gia vào quá trình thực bào. Vì vậy, chúng ta hãy cố gắng theo dõi chặt chẽ quá trình này:
1. Kích hoạt và dòng thực bào đến vị trí nhiễm trùng
Sự xâm nhập của vi sinh vật vào cơ thể gây ra sự kích thích ngay lập tức của hệ thống miễn dịch. Các tế bào trong cửa lây nhiễm bắt đầu gửi tín hiệu về một mối đe dọa hiện có.
Các phân tử truyền tin (chủ yếu là cái gọi là cytokine tiền viêm) được lan truyền trong máu. Bằng cách này, các tế bào thực bào "học" rằng chúng đã bị nhiễm và được kích hoạt.
Các tế bào thực bào được kích hoạt đến vị trí nhiễm trùng với máu. Dòng thực bào hiệu quả đến vị trí chính xác có thể nhờ vào cái gọi là hóa chất điều trị. Nó là một quá trình chuyển động có định hướng của tế bào dưới tác động của các tín hiệu hóa học.
Các tế bào thực bào hoạt động cũng có khả năng đi qua thành mạch máu, tạo ra ổ viêm tại vị trí nhiễm trùng.
2. Nhận biết mầm bệnh
Khi các tế bào thực bào đến được vị trí lây nhiễm, chúng bắt đầu nhận ra mầm bệnh. Quá trình này thường được tạo điều kiện bởi các phân tử khác (xem phần 4 về quá trình thực bào được tạo điều kiện). Mỗi tế bào thực bào có trên bề mặt màng tế bào của nó cái gọi là các thụ thể, tức là các protein cho phép nhận dạng các phân tử khác nhau.
Khi các thụ thể chịu trách nhiệm nhận biết vi sinh vật bị kích thích, tế bào thực bào sẽ liên kết chặt chẽ với mục tiêu tấn công của nó.
3. Hấp thụ mầm bệnh
Thực bào bị "mắc kẹt" với mầm bệnh bắt đầu quá trình hấp thụ nó. Màng tế bào thực bào bắt đầu bao quanh mầm bệnh, "leo lên" các cạnh của nó. Điều này tạo ra một túi chứa vi sinh vật. Túi này, được gọi là phagosome, bây giờ nằm bên trong tế bào thực bào. Để hoàn toàn làm cho vi sinh vật trở nên vô hại, cần phải phá hủy nội dung của phagosome.
Tiêu hóa nội dung của phagosome
Để các thành phần của phagosome được tiêu hóa, nó là cần thiết để cung cấp các enzym tiêu hóa bên trong nó. Các enzym như vậy được lưu trữ trong các túi đặc biệt được gọi là lysosome.
Do đó, giai đoạn cuối của quá trình thực bào đòi hỏi phải kết hợp nội dung của lysosome với nội dung của thực bào - đây là cách được gọi là phagolysosome.
Các enzym trong lysosome có thể phá vỡ hầu hết các hóa chất phức tạp, tiêu diệt vi sinh vật. Việc loại bỏ mầm bệnh với sự tham gia của các men tiêu hóa được gọi là không phụ thuộc oxy.
Như bạn có thể đoán, cũng có sự loại bỏ phụ thuộc oxy. Nó nhanh chóng và hiệu quả hơn nhiều, nhưng chỉ một số tế bào thực bào có thể làm được. Sự loại bỏ phụ thuộc vào oxy chỉ xảy ra trong các tế bào có khả năng tạo ra cái gọi là "nổ oxy".
Vụ nổ ôxy là sự giải phóng đột ngột các loại ôxy phản ứng mạnh (ví dụ: hydrogen peroxide), có tác dụng kháng khuẩn mạnh. Một vụ nổ oxy bắt đầu một loạt các phản ứng hóa học dẫn đến việc tiêu diệt nhanh chóng các mầm bệnh. Sự phá hủy vi khuẩn phụ thuộc vào oxy là đặc điểm chủ yếu của bạch cầu trung tính.
Thực bào - và điều gì tiếp theo?
Quá trình thực bào kết thúc bằng việc tiêu hóa các chất thực bào bên trong tế bào. Điều gì xảy ra tiếp theo với các mảnh vỡ từ các hạt bị phá hủy? Tế bào thực bào loại bỏ hầu hết các sản phẩm không cần thiết bằng cách đơn giản "ném" chúng ra bên ngoài. Tuy nhiên, một số vật chất còn sót lại sau quá trình tiêu hóa có thể rất hữu ích.
Một số thực bào cũng đóng các vai trò khác trong hệ thống miễn dịch. Một ví dụ điển hình là các đại thực bào, ngoài khả năng thực bào, còn đối phó với cái gọi là trình bày của kháng nguyên. Trình bày kháng nguyên dựa trên việc hiển thị các mảnh tế bào miễn dịch khác của vi sinh vật bị tiêu diệt.
Sau khi kết thúc quá trình thực bào của mầm bệnh, đại thực bào để lộ một số vật chất thực bào trên bề mặt của nó, và sau đó "đi" khắp cơ thể.
Mỗi tế bào của hệ thống miễn dịch mà nó gặp phải "học" cách nhận ra một mầm bệnh cụ thể. Hiện tượng này cực kỳ quan trọng trong việc xây dựng các cơ chế bảo vệ kháng khuẩn hiệu quả.
Cũng cần biết rằng quá trình thực bào không phải lúc nào cũng kết thúc với sự tiêu diệt cuối cùng của vi sinh vật. Có những mầm bệnh có thể tồn tại bên trong các thực bào nhờ cơ chế bảo vệ được phát triển đặc biệt. Một ví dụ điển hình là trực khuẩn lao, có thể tồn tại bên trong đại thực bào trong nhiều năm.
Cách tránh sự thực bào của vi sinh vật
Thực bào như một phương tiện để loại bỏ "đối thủ sinh học" là một cơ chế rất cũ. Vì lý do này, một số vi sinh vật đã tìm cách tiến hóa để tránh hoặc tồn tại trong quá trình thực bào. Dưới đây là các ví dụ của họ:
- giết chết thực bào
Cách dễ nhất để tránh hiện tượng thực bào dường như là vô hiệu hóa tế bào gây ra nó. Một số vi sinh vật có khả năng tạo ra các chất gây tổn hại không thể phục hồi cho các tế bào thực bào. Một ví dụ về mầm bệnh như vậy là tụ cầu vàng (tiếng Latinh. Staphylococcus aureus), tạo ra độc tố, bằng cách phá hủy màng tế bào của tế bào thực bào, gây ra cái chết của chúng.
- sự tắt của phản ứng viêm
Sự viêm nhiễm ở cổng nhiễm trùng tạo điều kiện cho việc truyền tín hiệu nhiễm trùng. Nhờ đó, có thể kích hoạt và xuất hiện các thực bào đến vị trí chính xác. Có những tác nhân gây bệnh có thể che giấu bản thân theo cách để hệ thống miễn dịch của vật chủ không nhận ra và tránh gây viêm.
- tránh opsonization
Tiêm chủng, hoặc "dán nhãn" đặc biệt cho mầm bệnh, là một trong những cách hiệu quả nhất để tạo điều kiện cho quá trình thực bào. Không có gì ngạc nhiên khi vi khuẩn cố gắng tránh nó. Một số chủng staphylococci có thể phá hủy opsonin hoặc ẩn chúng trên bề mặt của chúng.
- tránh nhận dạng thực bào
Để quá trình thực bào bắt đầu, cần phải nhận ra tác hại của một vi sinh vật nhất định bởi thực bào. Một số mầm bệnh, chẳng hạn như xoắn khuẩn Treponema pallidum nguyên nhân gây bệnh giang mai có thể bám vào các kháng nguyên bề mặt của chúng tương tự như tế bào vật chủ. Sau đó, hệ thống miễn dịch nhận ra chúng là của chính nó, điều này cho phép mầm bệnh tránh được sự thực bào.
- tắc nghẽn sản xuất phagosome
Một trong những giai đoạn quan trọng của quá trình thực bào là bao quanh vi sinh vật bị tấn công bằng một túi, sau đó được hấp thụ vào tế bào. Tuy nhiên, trong tự nhiên, có nhiều cách để tránh nó. Một số vi khuẩn tạo ra các chất phá vỡ thành phagosome. Một cơ chế khác được sử dụng bởi thanh dầu xanh (Pseudomonas aeruginosa). Vi khuẩn này tạo ra một lớp phủ trơn (màng sinh học) xung quanh chính nó để ngăn chặn sự hình thành bong bóng.
- tồn tại bên trong thực bào
Phagolysosome trở thành nơi cư trú cuối cùng của mầm bệnh trong quá trình thực bào. Môi trường của nó là cực kỳ thù địch; nó chứa đầy các enzym và các chất gây chết người. Tuy nhiên, vi sinh vật có thể phát triển các cơ chế cho phép chúng tồn tại ngay cả trong những điều kiện khó khăn như vậy. Một ví dụ là bệnh lao (Mycobacterium tuberculosis). Vi khuẩn này đã phát triển một màng tế bào đặc biệt với hàm lượng lipid rất cao mà không bị ảnh hưởng bởi các enzym tiêu hóa tiêu chuẩn.
- thoát khỏi phagosome
Nghe có vẻ khó tin khi thoát khỏi phagosome, thực sự có những vi khuẩn đã phát triển một cơ chế bảo vệ thông minh như vậy. Vi khuẩn Listeria monocytogenes tạo ra các chất có thể phá hủy thành phagosome. Hơn nữa, mầm bệnh này, sau khi thoát ra khỏi thực bào, có thể nhân lên bên trong thực bào, và cũng có thể xâm nhập xa hơn giới hạn của nó.
Rối loạn thực bào
Quá trình thực bào diễn ra đúng cách có tầm quan trọng cơ bản đối với hoạt động hiệu quả của hệ thống miễn dịch. Sự xáo trộn trong các giai đoạn thực bào nhất định làm cơ sở cho các bệnh suy giảm miễn dịch. Ví dụ về các điều kiện như vậy là:
- Bệnh u hạt mãn tính
Nguyên nhân của bệnh u hạt mãn tính là do rối loạn quá trình thực bào ở giai đoạn tạo ra sự bùng phát oxy. Việc thiếu một enzym thích hợp (cái gọi là NADPH oxidase) ngăn cản sự hình thành các loại oxy phản ứng, do đó không cho phép loại bỏ vi sinh vật nhanh chóng và hiệu quả.
Tổn thương enzym có tính chất di truyền, vì vậy vẫn chưa có phương pháp điều trị căn nguyên của bệnh. Trong quá trình bệnh u hạt mãn tính, nhiễm trùng thường xuyên và hình thành áp xe và u hạt xảy ra do hệ thống đào thải mầm bệnh nội bào không đầy đủ.
Đọc thêm: Bệnh u hạt của Wegener: Nguyên nhân, Triệu chứng và Điều trị
- Hội chứng Chediak-Higashi
Trong hội chứng Chediak-Higashi, có một khiếm khuyết trong quá trình thực bào ở giai đoạn kết nối phagosome-lysosome. Đột biến di truyền của một trong những protein ngăn cản việc chuyển các enzym tiêu hóa đến túi chứa mầm bệnh, do đó ngăn cản quá trình đào thải của nó.
Ngoài việc suy giảm khả năng miễn dịch đáng kể, bệnh bạch tạng và rối loạn hoạt động của hệ thần kinh cũng là đặc điểm của hội chứng Chediak-Higashi.
Thư mục:
- "Thực bào: Quá trình cơ bản trong miễn dịch" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kiểm soát thực bào bởi các mầm bệnh vi sinh vật" của C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, ấn bản đầu tiên
- "Thực bào: Một quá trình sinh học miễn dịch" S. Gordon, Miễn dịch học, Tổng quan, Tập 44, số 3, P463-475, ngày 15 tháng 3 năm 2016
Đọc thêm bài viết của tác giả này
