Hiểu được cách các kháng thể được truyền từ mẹ bảo vệ trẻ sơ sinh là một trọng tâm nghiên cứu cơ bản trong các nghiên cứu sơ sinh. Trước đây, các kháng thể đã được coi là chỉ nhắm mục tiêu các mầm bệnh xảy ra bên ngoài tế bào. Tuy nhiên, một số mầm bệnh tồn tại bằng cách sao chép nội bào, bao gồm streptococcus nhóm B (GBS), Escherichia coli, Listeria monocytogenes và virus Epstein-Barr (EBV).
Liệu các kháng thể được chuyển theo chiều dọc của mẹ có thể bảo vệ chống lại các mầm bệnh nhân lên bên trong hay không vẫn là một câu hỏi quan trọng chưa được trả lời cho lĩnh vực này. Bây giờ, một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Nature đã làm sáng tỏ truy vấn này.
Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Tiến sĩ John Erickson, MD và trợ lý giáo sư tại bộ phận sơ sinh, Trung tâm Y tế Bệnh viện Nhi Cincinnati, đã phát hiện ra rằng một "sự thay đổi tinh tế" trong cấu trúc của đường gắn vào kháng thể trong khi mang thai cho phép bảo vệ chúng chống lại nhiều loại mầm bệnh hơn - bao gồm cả những mầm bệnh sao chép nội bào.
Những phát hiện này, các nhà nghiên cứu cho biết, không chỉ có thể mở đường cho các liệu pháp nhắm mục tiêu mới cho bà mẹ mang thai và trẻ sơ sinh, mà còn có thể ảnh hưởng đến lĩnh vực điều trị dựa trên kháng thể nói chung.
Technology Networks đã rất vui khi phỏng vấn Erickson để tìm hiểu thêm về cách nghiên cứu được tiến hành, những phát hiện chính của nó và các bước tiếp theo cho nhóm nghiên cứu.
Molly Campbell (MC): Bạn có thể thảo luận về lý do đằng sau nghiên cứu này, dựa trên những hiểu biết trước đây về kháng thể / kháng thể của mẹ?
John Erickson (JE): Từ lâu người ta đã đánh giá cao rằng các bà mẹ truyền kháng thể cho con của họ cả trong tử cung - trên nhau thai - và sau khi sinh, thông qua sữa mẹ. Điều này cung cấp một lớp bảo vệ miễn dịch quan trọng cho trẻ sơ sinh vì chúng rất dễ bị nhiễm trùng. Thật vậy, khoảng 50% tỷ lệ tử vong trên toàn thế giới ở trẻ em < 5 tuổi xảy ra ở trẻ sơ sinh được < 28 ngày tuổi, và một phần lớn trong số ~ 2,5 triệu ca tử vong mỗi năm là do vi khuẩn và virus dẫn đến nhiễm trùng huyết, viêm phổi hoặc bệnh tiêu chảy.
Một hạn chế nhận thức của kháng thể là chúng được cho là chỉ nhắm mục tiêu mầm bệnh khi chúng ở bên ngoài tế bào (tức là ngoại bào). Nhưng nhiều mầm bệnh gây ra những bệnh nhiễm trùng sơ sinh nghiêm trọng này có vòng đời nội bào (tức là chúng thích sao chép bên trong tế bào), nơi các kháng thể không thể dễ dàng tiếp cận chúng. Do đó, một câu hỏi quan trọng chưa được trả lời trong lĩnh vực này là liệu các kháng thể được truyền từ mẹ có thể bảo vệ chống lại vô số bệnh nhiễm trùng nội bào ảnh hưởng đến trẻ sơ sinh hay không.
Chúng tôi đã sử dụng Listeria monocytogenes, sở hữu vòng đời nội bào độc quyền và gây nhiễm trùng nghiêm trọng ở phụ nữ mang thai và trẻ sơ sinh, để xác định xem các kháng thể được truyền theo chiều dọc của mẹ có thể bảo vệ chống lại nhiễm khuẩn Listeria sơ sinh hay không. Chúng tôi đã rất thích thú khi thấy rằng các kháng thể đặc hiệu listeria từ những con chuột mang thai, nhưng không còn nguyên chất, cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ chống lại nhiễm Listeria ở trẻ sơ sinh. Điều này cho chúng ta biết rằng các kháng thể thực sự có thể bảo vệ chống lại nhiễm trùng nội bào nhưng chỉ được chứng minh bằng cách nghiên cứu miễn dịch học trong bối cảnh mang thai. Những nỗ lực trước đây để nghiên cứu kháng thể chống lại Listeria chỉ tập trung vào động vật trưởng thành, vì vậy việc chuyển các nghiên cứu này vào bối cảnh sinh sản có liên quan đến sinh lý hơn cho phép khám phá thú vị này, có ý nghĩa quan trọng đối với các biện pháp tiếp tục giảm tỷ lệ tử vong cao đáng kinh ngạc trên toàn thế giới đối với trẻ sơ sinh.
MC: Nghiên cứu của bạn cho thấy rằng mang thai làm thay đổi cấu trúc của đường gắn liền với kháng thể, cho phép các bà mẹ bảo vệ em bé của họ. Ông có thể cho biết sự thay đổi cấu trúc này đạt được điều này như thế nào?
JE: Sự thay đổi xảy ra là vô cùng tinh tế. Chúng tôi đã giải mã công tắc phân tử xảy ra thông qua một quá trình loại bỏ lâu dài. Đầu tiên chúng tôi loại trừ những thay đổi thông thường có thể xảy ra với các kháng thể, như các isotype khác nhau và các đặc điểm liên kết của chúng. Sau đó, chúng tôi lý luận rằng sự thay đổi phải xảy ra sau dịch, có nghĩa là sau khi kháng thể được sản xuất, vì chuột mang thai có thể chuyển đổi các kháng thể có sẵn sang dạng bảo vệ mới này.
Sự thay đổi phổ biến nhất đối với các kháng thể liên quan đến các loại đường gắn liền với chúng, được gọi là glycosylation. Thoạt nhìn, mô hình đường tổng thể trên kháng thể từ chuột trinh nữ và mang thai trông giống hệt nhau. Nhưng chúng tôi đã bị ấn tượng bởi một lượng axit sialic cao bất thường, thường được cho là bước cuối cùng trong glycosyl hóa kháng thể. Chúng tôi quyết định loại bỏ axit sialic khỏi các kháng thể bảo vệ thông thường từ chuột mang thai và thấy khả năng giảm bệnh Listeria của chúng đã hoàn toàn biến mất. Sau đó, chúng tôi đã sử dụng phương pháp "glycoengineering" để loại bỏ axit sialic khỏi kháng thể Listeria từ chuột nguyên chất, và sau đó thêm lại phiên bản tiêu chuẩn của axit sialic, dẫn đến bảo vệ chống lại Listeria khi chuyển sang chuột sơ sinh. Do đó, chúng tôi lý luận rằng một biến thể phân tử của axit sialic phải tồn tại ở trạng thái trinh nữ ngăn chặn các kháng thể có thể bảo vệ chống lại nhiễm Listeria ở trẻ sơ sinh.
Những thay đổi tinh tế cuối cùng là acetylation của axit sialic trên các kháng thể. Trong thời kỳ mang thai, một enzyme gọi là SIAE được kiểm soát ở cả chuột và người, và enzyme này xúc tác cho việc loại bỏ acetylation từ axit sialic. Acetylation là một thay đổi rất nhỏ: đó chỉ là sự bổ sung của sáu nguyên tử! Tuy nhiên, sáu nguyên tử này ngăn chặn phiên bản acetylated của axit sialic được nhận ra bởi một thụ thể axit sialic cụ thể trên các tế bào B sơ sinh - được gọi là CD22 - về cơ bản là một công tắc "tắt" trên một số tập hợp con nhất định của tế bào B, đặc biệt là một tập hợp con tiết ra một lượng lớn cytokine IL-10 ức chế.
Kháng thể từ chuột trinh nữ sở hữu phiên bản acetylated của axit sialic không thể liên kết với CD22 trên các tế bào B, và do đó không thể tắt các tế bào B sản xuất IL-10 này. IL-10 tiếp tục ức chế các tế bào miễn dịch khác, giúp tăng cường đáng kể tính nhạy cảm của chuột sơ sinh đối với nhiễm Listeria. Đối với các kháng thể từ chuột mang thai đã loại bỏ acetylation từ axit sialic, sau đó chúng có thể liên kết với CD22 và tắt IL-10, làm giảm đáng kể tính nhạy cảm của trẻ sơ sinh đối với nhiễm Listeria.
MC: Bạn có thể thảo luận về các kỹ thuật quang phổ khối tiên tiến (và các phương pháp khác) mà bạn đã sử dụng để xác định sự khác biệt sinh hóa giữa các kháng thể ở chuột trinh nữ, so với những người mang thai?
JE: Đầu tiên chúng tôi sử dụng các protein được gọi là "lectins" liên kết carbohydrate rất cụ thể, được thêm vào theo những cách độc đáo cho các loại đường khác. Ví dụ, chúng tôi đã sử dụng lectin từ một loài cua Thái Bình Dương, cũng như một loại virus chủ yếu lây nhiễm cho lợn, vì cả hai đều được biết là liên kết rất cụ thể với phiên bản acetylated của axit sialic. Những lectin này xác nhận sự nghi ngờ của chúng tôi rằng các kháng thể Listeria từ chuột trinh nữ sở hữu nhiều phiên bản acetylated của axit sialic.
Sau đó, chúng tôi đã liên hệ với các cộng tác viên đáng kinh ngạc của chúng tôi tại Trung tâm nghiên cứu carbohydrate phức tạp của Đại học Georgia, với kinh nghiệm sâu rộng của họ với các kỹ thuật quang phổ khối tiên tiến. Họ đã sử dụng một cách tiếp cận độc đáo tương quan một bảng các ion đã biết với các biến thể axit sialic và xác nhận rằng kháng thể Listeria từ chuột trinh nữ sở hữu axit sialic acetylated gấp khoảng mười lần so với kháng thể từ chuột mang thai.
MC: Ông có thể vui lòng phác thảo các phương pháp tiếp cận chính được áp dụng trong nghiên cứu này không?
JE: Cách tiếp cận chính mà chúng tôi sử dụng là khám phá miễn dịch học thông qua lăng kính của thai kỳ, nơi hệ thống miễn dịch của mẹ và bé được đan xen độc đáo. Điều này tăng cường khả năng của chúng tôi để phát hiện những thay đổi rất tinh tế, nhưng vô cùng quan trọng, giúp bảo vệ trẻ sơ sinh khỏi nhiễm trùng nghiêm trọng.
Một khi chúng tôi đã chỉ ra rằng các bà mẹ có thể chuyển sự bảo vệ cho trẻ sơ sinh chống lại một loại vi khuẩn đặc biệt khó chịu được cho là tránh loại bảo vệ này, sau đó chúng tôi đã sử dụng chuột biến đổi gen để xác nhận phần nào của hệ thống miễn dịch chịu trách nhiệm.
Điều này tiết lộ với chúng tôi rằng các kháng thể có thể thực hiện một công việc mới mà các nhà nghiên cứu trước đây nghĩ là không thể. Thời gian, sự hợp tác và các kỹ thuật miễn dịch và sinh hóa tiên tiến sau đó tiết lộ rằng một sự thay đổi phân tử nhỏ đã xảy ra trên các loại đường gắn liền với các kháng thể. Những nghiên cứu này tiết lộ rằng thực sự các bà mẹ biết rõ nhất, ngay cả khi nó liên quan đến việc sản xuất các kháng thể tốt nhất để giúp bảo vệ em bé của họ.
MC: Nghiên cứu này xác định rằng dạng axit sialic "acetylated" (một loại đường gắn liền với kháng thể) chuyển sang dạng "deacetylated" trong thai kỳ. Axit sialic thường ở dạng acetylated? Tại sao sự thay đổi này xảy ra trong thai kỳ?
JE: Lượng axit sialic được acetylated khác nhau giữa các mô. Tuy nhiên, nói chung, acetylation thường không phổ biến và chiếm một vài phần trăm trong tổng số axit sialic. Trước nghiên cứu của chúng tôi, acetylation không được biết là xảy ra trên axit sialic liên quan đến kháng thể, làm cho đây là một trong những phát hiện nổi bật của bài báo của chúng tôi.
Làm thế nào chính xác nhiễm Listeria tạo ra các kháng thể mang axit sialic acetylated sẽ là một chủ đề của nghiên cứu trong tương lai. Chúng tôi nghĩ rằng phụ nữ mang thai điều chỉnh enzyme chịu trách nhiệm loại bỏ acetylation để tăng cường khả năng bảo vệ của các kháng thể sẽ được chuyển giao cho em bé của họ. Điều này sẽ đại diện cho một cách để cải thiện "thể lực sinh sản".
MC: Bạn nói rằng "Sự thay đổi của các kháng thể tự nhiên xảy ra trong khi mang thai có thể được nhân rộng để thay đổi cách các kháng thể kích thích hệ thống miễn dịch và để "tinh chỉnh" tác dụng của chúng". Bạn có thể mở rộng về cách điều này có thể đạt được?
JE: Cộng đồng khoa học và ngành công nghiệp dược phẩm sinh học đã trở nên lão luyện trong việc sản xuất kháng thể cho nhiều mục đích khác nhau, nhưng ngày càng điều trị các tình trạng cụ thể, như ung thư, tự miễn dịch và nhiễm trùng.
Tuy nhiên, dựa trên dữ liệu của chúng tôi, có tiềm năng chưa được khai thác đáng kinh ngạc trong khả năng điều chỉnh cách các kháng thể này hoạt động bằng cách thay đổi glycosylation của chúng - các loại đường có liên quan đến kháng thể. Phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng ngay cả một thay đổi rất nhỏ, như acetyl hóa dư lượng axit sialic giai đoạn cuối trên kháng thể, có thể ảnh hưởng lớn đến chức năng của chúng.
MC: Nghiên cứu này đã được thực hiện chủ yếu trong các mô hình động vật. Bạn có thể thảo luận về cách bạn mong đợi nó sẽ dịch sang con người?
JE: Bạn đã đúng khi nói rằng hầu hết công việc này được thực hiện ở động vật, cho phép chúng tôi thao tác cụ thể hệ thống miễn dịch và glycobiology để xác định cơ chế bảo vệ kháng thể mới hấp dẫn này.
Công việc tiếp theo trên động vật là cần thiết để khám phá những cách thức mà các kháng thể độc đáo này được tạo ra và làm thế nào khác chúng giúp bảo vệ trẻ sơ sinh. Tuy nhiên, chúng tôi đã chỉ ra trong bài báo của chúng tôi rằng enzyme quan trọng điều chỉnh acetyl hóa kháng thể, SIAE, được tăng lên ở cả tế bào miễn dịch của chuột và người trong khi mang thai. Phát hiện quan trọng này liên kết kết quả của chúng tôi ở chuột với mang thai ở người. Điều quan trọng là phải xác nhận rằng các kháng thể ở người cũng sở hữu phiên bản acetylated độc đáo này của axit sialic và nó giảm trong khi mang thai.
MC: Có bất kỳ hạn chế nào đối với nghiên cứu này mà bạn muốn nhấn mạnh không?
JE: Trong nhiều thập kỷ, lĩnh vực miễn dịch học đã nghĩ rằng các kháng thể đóng một vai trò cực kỳ hạn chế trong việc bảo vệ chống lại mầm bệnh nội bào. Các nghiên cứu ban đầu đưa ra quyết định này đã sử dụng Listeria để chỉ ra rằng việc chuyển sera miễn dịch, có chứa kháng thể Listeria, đã thất bại trong việc bảo vệ chuột nhận, trong khi việc chuyển các tế bào miễn dịch có thể bảo vệ người nhận. Chúng tôi đã biến điều này trên đầu của nó bằng cách nhìn vào một bối cảnh sinh sản và phát triển, nơi các kháng thể thực sự có thể bảo vệ chống lại nhiễm trùng nội bào độc quyền này. Công việc trong tương lai sẽ xác định xem phương pháp này có áp dụng cho các bệnh nhiễm trùng nội bào khác hay trong các bối cảnh khác, nơi nó có thể hữu ích để nhắm mục tiêu một cái gì đó bên trong tế bào.
Tiến sĩ John Erickson, MD, đã nói chuyện với Molly Campbell, Nhà văn khoa học cao cấp tại Technology Networks.
