0
Hệ vi sinh đường ruột và hệ miễn dịch
Miễn dịch đường ruột đóng vai trò trung tâm trong việc duy trì sức khỏe của heo. Ở động vật có hệ vi sinh được kiểm soát/xác định (gnotobiotic), hệ miễn dịch đường ruột chưa phát triển hoàn thiện, thể hiện qua sự thiếu hụt trong sản xuất chất nhầy, peptide kháng khuẩn, cũng như các thành phần miễn dịch như kháng thể và tế bào T (Gewirtz và cs., 2001).
Sự hiện diện của hệ vi sinh liên quan đến niêm mạc ruột có vai trò thiết yếu trong điều hòa và hoàn thiện hệ miễn dịch (Mulder và cs., 2011; Arpaia và cs., 2013; Belkaid & Hand, 2014), bởi phần lớn các gen có ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột đều liên quan đến hệ miễn dịch. Hệ miễn dịch của vật chủ tạo điều kiện cho một số nhóm vi sinh vật phát triển, đồng thời hạn chế những nhóm khác, qua đó định hình hệ vi sinh đường ruột theo hướng có lợi (Honda; Littman, 2016).
Ngoài ra, các vi sinh vật thường trú có lợi (commensal microorganisms) còn có thể:
- chuyển hóa các độc tố có trong thức ăn;
- tổng hợp vitamin;
- thúc đẩy sự trưởng thành của các tế bào biểu mô ruột;
- củng cố chức năng hàng rào bảo vệ của ruột, qua đó góp phần duy trì cân bằng miễn dịch.
(Kabat; Srinivasan; Maloy, 2014; Yang và cs., 2016; Li và cs., 2018; De Vries; Smidt, 2020)
Cơ chế dung nạp và đáp ứng miễn dịch với hệ vi sinh đường ruột
Hệ vi sinh đường ruột ngày càng được xem là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất của heo, từ đó thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tương tác giữa hệ vi sinh và hệ miễn dịch (Duarte; Kim, 2022). Việc điều chỉnh hệ vi sinh đường ruột có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của hệ miễn dịch và chức năng đường ruột (Chen và cs., 2018; Li và cs., 2018). Khi mật độ vi khuẩn tăng dần dọc theo đường tiêu hóa, hệ miễn dịch phải vừa dung nạp các vi sinh vật thường trú không gây hại, vừa có khả năng nhận diện và đáp ứng với các tác nhân gây bệnh (Stokes, 2017). Khả năng dung nạp có chọn lọc này rất quan trọng, giúp tránh các phản ứng viêm không cần thiết và duy trì tính toàn vẹn của niêm mạc ruột (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Mowat, 2018). Vì vậy, hệ miễn dịch đường ruột sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để kiểm soát và điều hòa hệ vi sinh, qua đó duy trì sự cân bằng của hệ vi sinh đường ruột (Hình 1):
Các liên kết chặt (tight junctions) đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự thấm qua lớp biểu mô ruột. Các tín hiệu từ vi sinh vật có thể củng cố hàng rào biểu mô bằng cách tăng cường các thành phần tạo nên liên kết chặt giữa các tế bào biểu mô ruột, đồng thời điều chỉnh các protein khung xương tế bào (Bansal và cs., 2010).
Các peptide kháng khuẩn (AMPs) cũng tương tác với hệ vi sinh đường ruột, góp phần điều hòa thành phần hệ vi sinh và loại bỏ các vi khuẩn thường trú ở quá gần lớp biểu mô ruột (Macpherson; Uhr, 2004; Hooper; Littman; Macpherson, 2012).
Sự biểu hiện của các thụ thể nhận diện mẫu (pattern recognition receptors – PRRs) đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì cân bằng nội môi đường ruột. Các thụ thể này nhận diện các cấu trúc phân tử đặc trưng của vi sinh vật (microbial-associated molecular patterns - MAMPs) và tham gia điều hòa quá trình sản xuất mucin, peptide kháng khuẩn (AMPs), IgA và cytokine, đồng thời góp phần duy trì các liên kết chặt và thúc đẩy sự tăng sinh của tế bào biểu mô ruột. Các MAMP này không chỉ có ở vi sinh vật gây bệnh mà còn được tạo ra phổ biến bởi hệ vi sinh thường trú trong quá trình định cư bình thường ở đường ruột khỏe mạnh (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Chu; Mazmanian, 2013).
Các thụ thể Toll-like (TLRs) nhận diện những cấu trúc phân tử có tính bảo tồn, hiện diện ở nhiều nhóm vi khuẩn và các vi sinh vật khác trong đường ruột (Shi và cs., 2017). Các nghiên cứu cho thấy TLRs được biểu hiện có chọn lọc ở mặt đáy-bên (basolateral) của tế bào biểu mô ruột, nhờ đó hạn chế tiếp xúc với hệ vi sinh trong lòng ruột. Tuy nhiên, những phát hiện mới cho thấy TLRs cũng được biểu hiện ở mặt đỉnh (apical) của tế bào. Nhờ vậy, ngay cả khi các vi sinh vật này không được nhận diện ở một vị trí, các tế bào miễn dịch bẩm sinh vẫn sẵn sàng đáp ứng (Kayisoglu và cs., 2020; Schären; Hapfelmeier, 2021).
Đại thực bào ở ruột cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì khả năng dung nạp đối với hệ vi sinh thường trú. Các đại thực bào này có đặc điểm đáp ứng yếu với các phối tử của TLR, với mức biểu hiện thấp của các phân tử đồng kích thích (CD40, CD80, CD86) và sản xuất nhiều IL-10, một cytokine có tác dụng chống viêm. Đồng thời, chúng cũng giảm sản xuất các cytokine tiền viêm và nitric oxide. Điều này giúp duy trì sự cân bằng giữa các tế bào Th hiệu ứng và tế bào T điều hòa (Treg), qua đó duy trì cân bằng nội môi đường ruột. (Lopes; Mosser; Gonçalves, 2020).
Mặc dù đã có các hàng rào miễn dịch bẩm sinh ngăn cách hệ vi sinh với lớp biểu mô ruột, các tế bào tua (dendritic cells) vẫn đóng vai trò tích cực trong điều hòa miễn dịch. Các tế bào này vươn các tua xuyên qua hàng rào biểu mô ruột để bắt giữ vi sinh vật trong lòng ruột (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Shi và cs., 2017), qua đó thúc đẩy sản xuất IgA tiết (secretory IgA – sIgA) và điều hòa đáp ứng miễn dịch (Gonçalves và cs., 2016; Zheng; Liwinski; Elina, 2020).
Commensal microorganisms occasionally cross the mucus layer in the small intestine (Ermund et al., 2013). In such cases, they are presented to B and T lymphocytes by dendritic cells, inducing IgA production (Chen et al., 2021). These lymphocytes are also subject to tolerance mechanisms, as they express specific receptors for microbial antigens (Bailey et al., 2005). Finally, the relationship between IgA and microbiota is mutualistic: a diverse and well-regulated repertoire of IgA contributes to the maintenance of a balanced microbiome (Gutzeit; Magri; Cerutti, 2014; Kawamoto et al., 2014).
Các vi sinh vật thường trú đôi khi có thể vượt qua lớp chất nhầy ở ruột non (Ermund và cs., 2013). Khi đó, tế bào tua sẽ bắt giữ và trình diện kháng nguyên của các vi sinh vật này cho tế bào lympho B và T, từ đó kích thích sản xuất IgA (Chen và cs., 2021). Các tế bào lympho này cũng chịu sự kiểm soát của cơ chế dung nạp miễn dịch, do chúng mang các thụ thể đặc hiệu có khả năng nhận diện kháng nguyên của vi sinh vật (Bailey và cs., 2005). Cuối cùng, IgA và hệ vi sinh đường ruột có mối quan hệ tương hỗ: sự đa dạng và điều hòa phù hợp của các IgA có khả năng nhận diện nhiều loại kháng nguyên khác nhau góp phần duy trì hệ vi sinh đường ruột ở trạng thái cân bằng (Gutzeit; Magri; Cerutti, 2014; Kawamoto và cs., 2014).
Kết luận
Miễn dịch đường ruột là một hệ thống phức tạp, bao gồm các hàng rào bảo vệ, tế bào miễn dịch, các thụ thể và hệ vi sinh đường ruột. Khi hệ thống này được duy trì ở trạng thái cân bằng, nó không chỉ giúp bảo vệ cơ thể trước các tác nhân gây bệnh mà còn góp phần cải thiện sức khỏe và năng suất của heo. Tuy nhiên, các yếu tố như stress, cai sữa sớm và nhiễm trùng có thể làm suy yếu hàng rào bảo vệ này, dẫn đến phản ứng viêm và giảm năng suất chăn nuôi. Vì vậy, việc hiểu rõ tính phức tạp của miễn dịch đường ruột và tìm kiếm các giải pháp giúp duy trì hệ thống này là rất quan trọng để hướng đến chăn nuôi hiệu quả, có lợi nhuận và bền vững.
