CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Interleukin Thuật ngữ “interleukin” (IL) được sử dụng để chỉ một nhóm các cytokin phân tử nhỏ có chức năng điều hòa hệ thống miễn dịch, bao gồm sự tăng sinh, trưởng thành, di chuyển và bám dính của tế bào. Các cytokin này cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình biệt hoá và hoạt hóa tế bào miễn dịch.
Bên cạnh đó, các IL cũng cho thấy vai trò lớn trong các phản ứng viêm. IL khởi đầu một phản ứng bằng cách gắn với các thụ thể có ái lực cao nằm trên bề mặt tế bào [13]. Cho đến nay đã tìm ra hơn 60 cytokin được xem là IL. Vai trò của các IL trong cơ thể cũng như trong các bệnh lý ngày càng được làm rõ.
Dựa trên sự khác biệt về đặc điểm cấu trúc, các IL đã biết tính đến nay được chia thành bốn nhóm lớn, bao gồm: i. Các cytokin giống IL-1 ii. Các cytokin có cấu trúc xoắn bậc 1 (giống IL-4, chuỗi γ và giống IL-6/12) iii. Các cytokin có cấu trúc xoắn bậc 2 (giống IL-10 và IL-28) iv.
Các cytokin giống IL-17. Ngoài ra còn có một số IL không thuộc 4 nhóm kể trên do chưa có thông tin đầy đủ hoặc có sự khác biệt về cấu trúc như các cytokin gây đáp ứng miễn dịch loại 2, các IL với hoạt tính protein hóa tế bào bạch cầu, và một số IL khác. Họ interleukin-1 Họ interleukin 1 (IL-1) có 11 thành viên (Bảng 1. Mỗi cytokin trong họ được mã hóa bởi một gen riêng biệt, bao gồm 7 chất có hoạt tính chủ vận (IL-1α, IL-1β, IL- 18, IL-33, IL-36α, IL-36β, IL-36γ), 3 chất đối kháng thụ thể (IL-1Ra, IL-36Ra, IL- 38), và 1 cytokin chống viêm (IL-37) [1, 15].
Các cytokin họ IL-1 chủ yếu được tiết ra bởi các tế bào đơn nhân hoặc đại thực bào được kích thích. Tuy nhiên, các loại tế bào liên quan đến miễn dịch và không liên quan đến miễn dịch khác (bao gồm bạch cầu trung tính, tế bào lympho, tế bào sừng, tế bào chondrocytes, nguyên bào sợi và tế bào nội mô, biểu mô và cơ trơn) cũng sản xuất các IL này [13]. Họ IL-1 có liên quan đến khả năng miễn dịch tự nhiên hơn các họ IL khác, được biểu hiện bằng tình trạng viêm, hoạt động như một cơ chế bảo vệ vật chủ nhưng khi không được kiểm soát sẽ gây ra các phản ứng bất lợi. Bên cạnh đó, các cytokin này còn tham gia vào hệ thống miễn dịch thu nhận thông qua việc tăng sức đề kháng không đặc hiệu trong nhiễm trùng và tăng đáp ứng miễn dịch với các kháng nguyên lạ [1].
Rối loạn điều hòa tín hiệu các cytokin giống IL-1 có liên quan đến nhiều rối loạn viêm và tự miễn. Do đó, ức chế hoạt động của các IL này được coi là một liệu pháp can thiệp điều trị đầy hứa hẹn [13]. 2 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Theo Bảng 1.1, họ thụ thể của IL-1 (IL-1R) là tập hợp những thụ thể của họ IL-1, gồm 10 thành viên: IL-1R1 (IL-1RI), IL-1R2 (IL-1RII), IL-1R3 (IL-1RAcP), IL-1R4 (ST2), IL-1R5 (IL-18Rα), IL-1R6 (IL-1Rrp2, IL-36R), IL-1R7 (IL-18Rβ), IL-1R8 (TIR8, SIGIRR), IL-1R9 (TIGIRR-2, IL-1RAPL1) và IL-1R10 (TIGIRR-1). Trong đó có các thụ thể kháng viêm là IL-1R8, IL1R9 và IL-1R10 [1].
Các thành viên của họ IL-1 và IL-1R [1] Họ IL-1 Thụ thể Đồng thụ thể IL-1α, IL-1β IL-1R1 IL-1R3 IL-1β IL-1R2 IL-1R3 IL-1Ra IL-1R1 IL-18 IL-1R5 IL-1R7 IL-33 IL-1R4 IL-1R3 IL-36α, β, γ IL-1R6 IL-1R3 IL-36Ra IL-1R6 IL-1R3 IL-37 IL-1R5 IL-1R8 IL-38 IL-1R6 IL-1R9 1. Năm 2003, IL-33 lần đầu tiên được tìm thấy trong các mô của cơ thể người và được đặt tên là NF-HEV (nuclear factor - high endothelial venule), nghĩa là yếu tố nhân của tế bào thành mạch nội mô [17]. Năm 2005, quan sát thấy phần đuôi C tận của NF-HEV (đoạn từ acid amin thứ 112 đến acid amin thứ 270) không những có cấu trúc gấp trong không gian ba chiều tương tự với các cytokin họ IL-1, mà còn hoạt động như một cytokin với khả năng gây đáp ứng miễn dịch loại 2 thông qua sự hoạt hóa thụ thể ST2, nhóm tác giả Schmitz và cộng sự đã xác định protein này là một thành viên mới của họ IL-1 và đặt tên là interleukin-33 [16]. Cấu trúc tinh thể của IL- 33 trong phức hợp IL-33/ST2 chụp ở độ phân giải 3,27 Å được biểu diễn trong Hình 1.1, trong đó IL-33 được đánh dấu bằng màu hồng, ST2 được đánh dấu bằng màu xanh [6].
3 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Hình 1. Cấu trúc tinh thể của IL-33 trong phức hợp IL-33/ST2 (mã PDB: 4KC3) [6] Cytokin này được mã hoá bởi gen IL33 nằm trên NST 9p24. Thành viên họ IL-1 có liên quan chặt chẽ nhất về mặt cấu trúc với IL-33 là IL-18 và IL-1b [16]. IL-33 được coi là một chất báo động được giải phóng khi tế bào bị tổn thương và hoạt động như một tiền chất [1].
IL-33 ban đầu được tìm thấy trong các tế bào thành mạch nội mô. Ngoài ra, người ta đã tìm thấy IL-33 trong nhiều loại tế bào khác như màng biểu mô của ruột, tuyến dạ dày, phổi, tế bào cơ trơn, tế bào sừng, tế bào mỡ, buồng trứng và hệ thần kinh trung ương [18].2 trình bày dưới dạng giản đồ về phổ hoạt động của IL-33 [15]. 4 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Hình 1. IL-33 trong miễn dịch tự nhiên và miễn dịch thu nhận [15] Là một cytokin ngoại bào, IL-33 tham gia vào quá trình phân cực của tế bào Th2 và hoạt hóa tế bào mast, bạch cầu ái kiềm, bạch cầu ái toan và tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK).
Các nghiên cứu gần đây cũng phát hiện ra rằng các tế bào lympho bẩm sinh loại 2 (ILC2s) là các tế bào đích chính của IL-33. ILC2s thể hiện mức độ ST2 cao và tiết ra một lượng lớn cytokin Th2, đáng chú ý nhất là IL-5 và IL-13, khi được kích thích bằng IL-33. Kích hoạt ILC2 là điều cần thiết để bắt đầu phản ứng miễn dịch loại 2 chống lại nhiễm giun sán và trong các bệnh dị ứng như hen suyễn [6]. Cấu trúc của IL-33 Bằng phương pháp phân tích homology, cấu trúc của IL-33 đã được chứng minh là tương tự với cấu trúc của IL-1 và IL-18, thể hiện qua trình tự acid amin có độ tương đồng cao [16].
Do đó, IL-33 cũng thể hiện các hoạt tính sinh học tương tự. Sự tương đồng về cấu trúc với các cytokin này cũng được xác nhận bằng các phân tích không gian ba chiều vào những năm sau đó [2, 6]. 5 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Hình 1. Cấu trúc protein IL-33 ở người [19] Cấu trúc của IL-33 gồm có ba vùng được thể hiện ở Hình 1.
Trong đó có hai vùng được bảo tồn tiến hóa là vùng nhân ở đầu N tận và vùng cytokin giống IL-1 ở đầu C tận, bị ngăn cách bởi vùng trung tâm mang tính dị biệt giữa các loài. Khối lượng phân tử lý thuyết của IL-33 là 30.759 Da và điểm đẳng điện (pI) là 8,89. Vùng cytokin giống IL-1 có tính acid cao (pI = 4,8) trong khi vùng nhân lại mang tính base hơn (pI = 10,28). Khác với IL-1β, IL-18 và tương tự như IL-1α, dạng đầy đủ của IL-33 cũng có hoạt tính sinh học, không cần caspase-1 cắt vùng nhân ở đầu N tận để phóng thích khỏi tế bào hoặc truyền tín hiệu qua thụ thể ST2 [18-20].
Sự sinh tổng hợp IL-33 IL-33 không có peptid tín hiệu và được tổng hợp bằng propeptid đầu N tận ngược dòng của miền cytokin giống IL-1. Tổn thương mô do sự xâm nhập của mầm bệnh hoặc tiếp xúc với chất gây dị ứng có thể dẫn đến việc giải phóng IL-33 ra môi trường ngoại bào từ các tế bào hoại tử, có chức năng như một tín hiệu nguy hiểm nội sinh hoặc báo động [6]. IL-33 ban đầu được xác định là yếu tố nhân của tế bào thành mạch nội mô vì được tìm thấy trong nhân của các tế bào này [17]. Các nghiên cứu sau này cũng tìm thấy IL-33 trong nhân của các tế bào biểu mô, đặc biệt là ở da, dạ dày, tiểu nang amydal và tuyến nước bọt [21].
IL-33 sau khi được sản xuất bởi các tế bào nội mô và biểu mô thì được tiết ra ngoài tế bào và biến đổi thành dạng có hoạt tính sinh học như một cytokin hoặc có thể vào nhân tế bào để thực hiện chức năng như một yếu tố điều hòa phiên mã [17].4 mô tả quá trình được phóng thích và hoạt hóa của IL-33. Quá trình phiên mã tạo ra IL-33 dạng tiền chất (preform) hay còn gọi là dạng đầy đủ (full-length) gồm 270 acid amin (khối lượng khoảng 30 kDa). Theproteases elastase, cathepsin G và proteinase 3 phân cắt IL-33 dạng đầy đủ tạo thành các dạng trưởng thành (IL-33 mature), hay còn gọi là dạng hoạt động (IL-33 active), bị cắt ngắn tại vùng cytokin giống IL-1 ở đầu N tận, có khối lượng 18 – 21 kDa. Thử nghiệm in vivo đã cho thấy IL-3395-270 và IL-33109-270 có khả năng là những dạng trưởng thành chính của IL‐33 người [6, 19].
IL-33 dạng trưởng thành có hoạt tính sinh học cao hơn 10 – 30 lần so với dạng đầy đủ [22]. 6 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Hình 1. IL‐33 được phóng thích ra ngoại bào và hoạt hóa bởi các protease viêm [19] Caspase-1 cũng được đề xuất để phân cắt IL-33 để tạo ra IL-33112–270 là dạng IL-33 trưởng thành có sẵn trên thị trường. Tuy nhiên sau đó người ta đã chứng minh rằng vị trí phân cắt này không tồn tại và sự phân cắt bởi các caspase ở các vị trí khác thực sự làm bất hoạt IL-33 [6].
TƯƠNG TÁC GIỮA INTERLEUKIN-33 VÀ THỤ THỂ ST2 1. Thụ thể ST2 ST2, còn gọi là DER4, T1, FIT-1 hay IL-1R4, là thụ thể chính và có ái lực cao với IL-33. Thụ thể ST2 là một thành viên của họ IL-1R, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1989 [23]. Trong nhiều năm, ST2 được nghiên cứu về chức năng trong mô hình Th2 của các bệnh dị ứng mà không biết về phối tử cụ thể của nó.
Năm 2005, IL-33 được xác định là phối tử chuyên biệt của ST2 đã cung cấp những hiểu biết mới trong nghiên cứu về thụ thể này. Sau khi gắn IL-33, ST2 trải qua một quy trình thay đổi, tương tự như liên kết IL-1α hoặc IL-1β với IL-1R1 [1, 24]. 7 Khoá luận tốt nghiệp DSĐH Tổng quan tài liệu Hình 1. Cấu trúc ST2 ở người trong phức hợp IL-33/ST2 (mã PDB: 4KC3) [6] ST2 có cấu trúc tương tự như các thành viên khác của họ IL-1R, phần nội bào là một đoạn TIR (toll-IL-1 receptor), phần ngoại bào gồm 3 vùng giống IgG là D1, D2, D3 liên kết với nhau.
D1 và D2 được nối với nhau bởi cầu nối disulfid, D3 nối với modul D1D2 bằng một cầu nối linh động (Hình 1.