Nguồn gốc của tế bào M

Tế bào M là tế bào có nguồn gốc từ các tế bào gốc ở ruột và có số lượng ít trên bề mặt ruột. Khi các nghiên cứu được thực hiện với mục đích tìm hiểu về các loại tế bào ở biểu mô ruột, các nhà khoa học đã phát hiện tế bào có cấu trúc đặc biệt so với tế bào ruột khác trong FAE thuộc PPs, đó là tế bào M (microfold cell)13. Sự bảo tồn của tế bào M được tìm thấy ở nhiều loài, điều này chứng tỏ tế bào M không thể thiếu ở đường ruột. Tuy nhiên, số lượng tế bào M chỉ chiếm khoảng 5 - 10% trên tổng số tế bào FAE ở người và chuột13, 14. Điều này gây khó khăn trong việc phân lập tế bào M. Theo nghiên cứu của Barker và cộng sự (2007), tế bào CBC Lgr5+ (Crypt Base Columnar Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5+) là tế bào gốc của các tế bào biểu mô ruột non và ruột già, cư trú ở vùng hẻm tuyến (crypt)15. CBC Lgr5+ có chu kỳ phát triển nhanh, không chỉ có khả năng tự làm mới mà còn có thể phát triển thành tế bào tiền thân/tế bào TAC (transit amplifying cell)16. Tế bào TAC sẽ biệt hóa thành các dòng tế bào ruột khác nhau như tế bào ruột, tế bào nội tiết, tế bào Goblet, tế bào Paneth, tế bào Tuft, và tế bào M17. Mô hình nuôi cấy của Lau và cộng sự (2012) đã chỉ ra rằng tế bào CBC Lgr5+ đã biệt hóa thành tế bào M trưởng thành ở PPs khi được kích thích bởi một số yếu tố có trong vùng liên kết giữa SED và hẻm tuyến của đường ruột18. Nghiên cứu của Rouch và cộng sự (2016) cũng cho kết quả tương tự 19. Do đó, tế bào CBC Lgr5+ được xem như tiền thân của tế bào M. Tuy nhiên, khó khăn trong việc phân lập tế bào M từ các tế bào ruột ở người gây trở ngại cho các nghiên cứu về tế bào M hoặc các nghiên cứu liên quan đến tế bào M. Vì thế, để tạo ra mô hình tế bào M phục vụ trong các nghiên cứu liên quan đến tế bào M, Gullberg E và cộng sự vào năm 2000, đã nghiên cứu đồng nuôi cấy tế bào Caco-2 và tế bào Raji B, biệt hóa thành công tế bào có các đặc điểm và chức năng giống với tế bào M (M-like cells)20.

Cấu trúc và chức năng của tế bào M

Tế bào M là tế bào có hình thái đặc trưng với hình dạng gấp nếp, các vi nhung mao, và lớp glycocalyx khác biệt so với các tế bào biểu mô ruột khác thông qua quan sát dưới kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử 13. Phần bên dưới của tế bào M có hình dạng gấp nếp hình thành nên hốc chứa các tế bào miễn dịch của cơ thể như tế bào B, tế bào T, tế bào tua, và đại thực bào22, 23 (Figure 1). Đối với phần bề mặt của tế bào M là các vi nhung mao kém phát triển và lớp glycocalyx mỏng giúp tế bào M dễ tiếp xúc với các đại phân tử hơn các tế bào biểu mô ruột khác. Phần lớn trong biểu mô ruột là các tế bào ruột (khoảng 70%) nên cấu trúc tế bào M sẽ được so sánh với chúng. Các vi nhung mao của tế bào ruột mang các enzyme phân giải một số chất như protein, chất béo để cơ thể hấp thu; trong khi đó, vi nhung mao của tế bào M thì kém phát triển và không đồng đều so với tế bào ruột. Do đó, khi các đại phân tử tiếp xúc với tế bào M, chúng sẽ không bị phân hủy. Ngoài ra, thành phần khác của tế bào ruột là lớp glycocalyx dày, là một mạng lưới các proteoglycan và glycoprotein bao phủ tế bào, ngăn sự tiếp xúc nội bào với môi trường. Tế bào M có lớp glycocalyx mỏng hơn so với tế bào ruột nên sự bảo vệ xâm nhập tế bào bị giảm. Vi khuẩn đã lợi dụng đặc điểm này của tế bào M để xâm nhập vào cơ thể. Trên bề mặt tế bào M có các thụ thể bề mặt, thông qua tương tác giữa thụ thể bề mặt và phối tử tương ứng của chúng, tế bào M có khả năng thu nhận các kháng nguyên mầm bệnh trong lòng ruột11. Các kháng nguyên liên kết với thụ thể trên bề mặt đỉnh tế bào M thúc đẩy quá trình thực bào, hình thành các bóng màng bao bọc kháng nguyên. Tế bào M là tế bào không có hoạt tính lysosome nên bóng màng chứa kháng nguyên sẽ không hình thành phagolysosome24. Điều này đảm bảo kháng nguyên mầm bệnh vẫn toàn vẹn trong nội bào của tế bào M. Sau khi bóng màng được hình thành, tế bào M vận chuyển chúng đến vùng SED giàu tế bào tua nằm ngay bên dưới FAE. Tế bào tua thu nhận bóng màng, xử lý kháng nguyên trình diện lên bề mặt, và di chuyển đến vùng liên nang để hoạt hóa tế bào T. Tế bào T CD4+ hoạt hóa cùng với tế bào tua nang thúc đẩy sự chuyển đổi tế bào B IgM+ thành B IgA+25, 26. Tế bào B IgA+ trong nang di chuyển đến lớp đệm ruột (lamina propria) biệt hóa thành tương bào IgA+ với vai trò sản xuất kháng thể IgA và vận chuyển chủ động qua lòng ruột sIgA thông qua trung gian thụ thể pIgR (poly-immunoglobulin receptor). Ngoài ra, một số tế bào B không phụ thuộc vào sự hoạt hóa của tế bào T, có thể di chuyển đến vùng SED, tương tác với tế bào tua để khởi sự chuyển đổi lớp IgA 27. Tất nhiên, để quá trình khởi sự đáp ứng miễn dịch này được diễn ra thì phụ thuộc vào các thụ thể đặc trưng trên bề mặt đỉnh của tế bào M. Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu về các thụ thể đặc trưng này là cần được chú trọng để tạo các phản ứng miễn dịch đặc hiệu.

Sự biểu hiện glycoprotein 2 trên tế bào M

Glycoprotein 2 (GP2) là thụ thể biểu hiện nhiều trên bề mặt đỉnh tế bào M, là protein đặc trưng trên tế bào M trong FAE nhưng không có ở các tế bào biểu mô ruột khác28. Đặc biệt, GP2 có liên quan đến sự hình thành chức năng của tế bào M36. Dựa vào cường độ biểu hiện của GP2 trên tế bào M được phân loại hai nhóm là biểu hiện GP2 cao và không biểu hiện/biểu hiện thấp GP2. Tế bào M biểu hiện cao GP2 đại diện cho các tế bào M trưởng thành về mặt chức năng bởi vì nhóm tế bào M có GP2 cao có khả năng thu nhận các vi hạt, kháng nguyên hiệu quả, trong khi nhóm còn lại hiếm khi thu nhận chúng, mặc dù cả hai nhóm đều biểu hiện như nhau các gene đặc trưng của tế bào M36. Ngoài ra, gene gp2 không tham gia vào quá trình biệt hóa tế bào M bởi vì chúng được tìm thấy sau khi quá trình biệt hóa kết thúc. Sự biểu hiện của gene gp2 không ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện các gene đặc trưng trong quá trình biệt hóa tế bào M; ngược lại, nếu thiếu đi sự biểu hiện của một số gene này dẫn đến thiếu sự biểu hiện của GP2 trên tế bào M được nêu trong Table 1. Do đó, sự biểu hiện của GP2 đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành chức năng của tế bào M.

Tín hiệu RANKL-RANK hoạt hóa các yếu tố biệt hóa tế bào M

Receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand (RANKL) là phối tử của thụ thể RANK, là protein thuộc siêu họ tumor necrosis factor37, tham gia vào quá trình tạo xương38, và kích thích sự biệt hóa tế bào gốc ruột19. RANKL được ưu tiên biểu hiện ở các tế bào đệm trong vùng SED thuộc PPs, điều tương tự cũng được tìm thấy trong các đốm ở manh tràng và đại tràng39. Sự tương tác giữa RANKL trên tế bào đệm và RANK trên tế bào gốc ruột giúp khởi sự quá trình biệt hóa tế bào M. RANKL được biểu hiện bởi tế bào đệm hay tế bào cảm ứng tế bào M trực tiếp tương tác với thụ thể RANK trên các tế bào CBC Lgr5+ ở vùng hẻm tuyến để kích thích quá trình biệt hóa tế bào M40, 41. Việc loại bỏ RANKL làm giảm khả năng thu nhận các kháng nguyên của tế bào M, đồng thời cũng giảm các tương tác giữa tế bào tua và tế bào B trong SED thuộc PPs42. Ngoài ra, một nghiên cứu đã chỉ ra rằng RANKL cần thiết để tạo ra nhân tố phiên mã SpiB trong quá trình biệt hóa tế bào M từ tế bào CBC Lgr5+ 18. Một nghiên cứu khác cũng chứng minh RANKL kích thích sự biểu hiện các gene đặc trưng ở tế bào M, phụ thuộc vào nồng độ và thời gian19. Do đó, tín hiệu RANKL-RANK cần thiết trong sự phát triển của tế bào M.

Tương tác giữa RANKL-RANK ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa con đường tín hiệu NF­­-­B (Nuclear factor-kappaB), là nhân tố cảm ứng phiên mã trong nhân, điều hòa hoạt động gene trong nhiều quá trình của phản ứng miễn dịch và viêm 43, 44. Có hai con đường tín hiệu NF-B, bao gồm điển hình và không điển hình, và đều có liên quan đến quá trình biệt hóa tế bào M trong FAE 33. Ở động vật hữu nhũ, có 5 nhân tố phiên mã là p50, p52, RelA, RelB, và c-Rel thuộc họ NF-B. Con đường tín hiệu không điển hình hoạt hóa protein p52-RelB; trong khi đó, con đường điển hình hoạt hóa protein p50-RelA , cả hai đều dẫn đến sự biểu hiện của các gene đặc trưng cho sự biệt hóa tế bào M được nêu trong Table 1. Tuy nhiên, sự biểu hiện của các gene đặc trưng trong con đường tín hiệu điển hình lại yếu hơn so với không điển hình, ngoại trừ marcksl1 33. Ngoài ra, sự biểu hiện gene gp2 cần sự đóng góp của cả hai con đường tín hiệu này33. Nhìn chung, sự hoạt hóa của hai con đường tín hiệu điển hình và không điển hình đều cần thiết cho việc khởi sự quá trình biệt hóa tế bào M được kích thích bởi RANKL.

Mặc dù việc kích thích RANKL làm gia tăng sự biểu hiện của các gene trong quá trình biệt hóa tế bào M nhưng sự biểu hiện của GP2 trên tế bào M ít được tìm thấy ở đốm manh tràng 36. Điều này chứng tỏ sự trưởng thành của tế bào M trong đốm manh tràng bị ức chế. Năm 2020, protein osteoprotegerin (OPG) đã được tìm thấy có khả năng ức chế tín hiệu RANKL dẫn đến giảm sự biểu hiện của nhiều gene đặc trưng trong quá trình biệt hóa tế bào M45. Tuy nhiên, thiếu OPG không ảnh hưởng đến chức năng của tế bào M trong FAE thuộc PPs nhưng tăng đáng kể việc thu nhận kháng nguyên của tế bào M trong đốm manh tràng. Điều này chứng tỏ OPG là nhân tố mới cần thiết trong sự phát triển tế bào M trong đốm manh tràng. Mặc dù vậy, những kết quả trên vẫn cần được nghiên cứu thêm để làm rõ các con đường điều hòa giảm/tăng biểu hiện của các gene đặc trưng cho sự phát triển của tế bào M.

Các nhân tố phiên mã trong quá trình biệt hóa tế bào M

Sự điều hòa các nhân tố phiên mã SpiB, Esrrg, Sox8, Atoh8 trong quá trình biệt hóa tế bào M qua trung gian RANKL được sơ đồ hóa ở Figure 3.

SpiB là một nhân tố phiên mã thuộc họ protein erythroblast transformation specific (họ protein của nhiều nhân tố phiên mã ở động vật), kiểm soát sự biểu hiện của các gene trong quá trình phát triển của tế bào B46 và tế bào M18. Trong đó, nhân tố phiên mã SpiB cần cho việc kích thích quá trình biệt hóa của tế bào M 35, đặc biệt, gene spib được biểu hiện ở tế bào M nhưng không có mặt ở tế bào biểu mô ruột khác34. Sự biểu hiện của gene spib được tạo ra bởi tín hiệu RANKL-RANK nhằm kích thích quá trình biệt hóa tế bào M trong FAE18, 34, ngoài ra, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự biểu hiện của gene gp2 (Figure 3) và một số gene khác trong quá trình biệt hóa tế bào M được đề cập trong Table 1. Theo nghiên cứu của Kanaya và cộng sự (2012) khả năng thu nhận kháng nguyên mầm bệnh của tế bào M trưởng thành không hiệu quả ở chuột thiếu SpiB bởi vì sự biểu hiện của gene gp2 không được phát hiện ở tế bào M34. Vì vậy, nhân tố phiên mã SpiB không chỉ cần thiết cho sự biểu hiện của các gene đặc trưng ở tế bào M mà còn hỗ trợ hình thành chức năng của tế bào M trong FAE.

Gần đây, ba gene sox8, esrrg, và atoh8 đã được chứng minh mã hóa cho các nhân tố phiên mã cần thiết trong quá trình biệt hóa tế bào M30, 31, 32. Các gene này được điều hòa biểu hiện bởi phức hợp điều hòa phiên mã polycomb repressive complex 2 và hiện diện trong PPs nhưng không có trong biểu mô nhung mao (villus epithelium). Sự biểu hiện của sox8, esrrg, và atoh8 cũng được tạo ra bởi tín hiệu RANKL-RANK qua trung gian phức hợp polycomb repressive complex 2 theo con đường tín hiệu NF-B không điển hình. Đồng thời, giống với spib, sự biểu hiện của sox8, atoh8 cũng ảnh hưởng đến sự biểu hiện GP2 trên tế bào M (Table 1). Ngoài ra, Esrrg gián tiếp dẫn đến sự tăng biểu hiện GP2 trên tế bào M thông qua trung gian sox8 bởi việc liên kết với vùng thượng nguồn của sox831. Mặc dù nhân tố phiên mã Sox8 vàEsrrg điều hòa tăng sự biểu hiện của các gene đặc trưng ở tế bào M nhưng điều này chỉ xảy ra khi thiếu Atoh8 30. Tuy nhiên, thiếu atoh8 lại tạo ra cơ hội cho sự xâm nhiễm của mầm bệnh như prion vào vật chủ thông qua chức năng của tế bào M hoặc nhiễm Salmonella do số lượng tế bào M có biểu hiện GP2 cao tăng không kiểm soát30. Do đó, các gene này vẫn cần được nghiên cứu thêm để chúng ta có thể hiểu rõ được cơ sở phân tử trong quá trình hình thành và trưởng thành của tế bào M.

Glycoprotein 2

Trong phần trước, chúng tôi đã đề cập Glycoprotein 2 (GP2) là dấu hiệu đặc trưng cho tế bào M trưởng thành; không những thế, GP2 còn đóng vai trò quan trọng trong chức năng của tế bào M. GP2 là protein neo glycosylphosphatidylinositol (GPI), biểu hiện nhiều ở bề mặt đỉnh của tế bào M. Sự tương tác giữa GP2 và FimH tạo điều kiện cho sự xâm nhiễm của vi khuẩn gram âm gây bệnh ở đường ruột như Escherichiacoli và Salmonella enterica 9.

FimH là thành phần chính của Fimbriae loại I trên màng ngoài của vi khuẩn E. coli và S. enterica, liên kết đặc hiệu với GP2 9, 67. Tương tác giữa GP2 và FimH là cơ sở cho việc FimH có thể là phối tử nhắm trúng đích tế bào M. Ngoài ra, gốc đường mannose của GP2 cần thiết cho việc liên kết đặc hiệu với FimH. Điều này chứng tỏ FimH tương tác với GP2 chỉ ở một số vùng có thể liên kết với mannose. Hơn thế nữa, vùng liên kết với gốc đường trên GP2 của FimH (FimHrb) đã được dung hợp với kháng nguyên mô hình green fluorescent protein (GFP), biểu hiện thành công và tinh sạch với độ tinh sạch hơn 90% và protein dung hợp FimHrb-GFP cũng được chứng minh có khả năng liên kết với vùng PPs, chủ yếu trên tế bào M47. Bên cạnh protein FimH, kháng thể đơn dòng 3G7-H9 cũng được sử dụng làm phối tử để phát hiện GP2 9. Theo nghiên cứu của Khan và cộng sự (2017) thông qua sàng lọc thư viện phage display và đánh giá tương tác của các peptide với GP2 (56). Peptide Gb-1 đã cho thấy có ái lực cao với GP2 và có tiềm năng trở thành phối tử nhắm trúng đích tế bào M 56.

Glycoprotein chứa α-L-fucose

Một số glycoprotein trên bề mặt đỉnh tế bào M được cấu tạo với phần đuôi giàu α-L-fucose. Lectin ulex europaeus agglutinin-1 (UEA-1) liên kết với α-L-fucose đã được thu nhận bởi tế bào M trong FAE thuộc PPs. Clark và cộng sự (1993) đã tìm thấy tín hiệu của UEA-1 nhiều trên tế bào M bằng cách cho UEA-1 được nhuộm huỳnh quang tiếp xúc với PPs và quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang 68. Nghiên cứu khác của Clark và cộng sự (1995) đã chứng minh tế bào M trong FAE có thể liên kết đặc hiệu với lectin UEA-1 in vivo ở ruột chuột thông qua tương tác với α-L-fucose 52. Tuy nhiên, sự hiện diện của thụ thể tương đồng α-L-fucose vẫn được tìm thấy trên tế bào biểu mô ruột khác68. Điều này cho thấy lectin UEA-1 nhắm trúng đích tế bào M không hiệu quả. Đáng chú ý, kháng thể đơn dòng NKM 16-2-4 được sử dụng để phát hiện thụ thể α-L-fucose trên tế bào M và cho kết quả âm tính với các tế bào biểu mô ruột khác54.

Cellular prion protein

Cellular prion protein (PrP) là protein neo GPI được biểu hiện nhiều ở bề mặt đỉnh của tế bào M ở ruột non, tương tự như GP2. Brucella abortus là vi khuẩn gram âm, gây ra các bệnh lây truyền từ động vật (brucellosis), có cơ chế xâm nhiễm vào tế bào phụ thuộc thụ thể PrP. Nakato và cộng sự (2012) đã chứng minh rằng sự thiếu hụt PrP ở tế bào M đã làm giảm sự xâm nhiễm của B. abortus 10. Do đó, PrP đóng vai trò như là một thụ thể nội bào quyết định sự xâm nhiễm của vi khuẩn này. Thụ thể này ở chuột đã được biểu hiện dạng tủa, được tái gấp cuộn với hiệu suất khoảng 88% 69. Thụ thể tái tổ hợp này được dùng trong các thử nghiệm in vitro để đánh giá phối tử tương ứng là heat shock protein 60 (Hsp60) hiện diện trên bề mặt của B. abortus 10. Trên cơ sở tương tác giữa PrP-Hsp60, Hsp60 có thể được sử dụng để làm phối tử dẫn đường nhắm trúng đích tế bào M.

β1-Integrin

Thụ thể β1-integrin biểu hiện nhiều trên bề mặt đỉnh của tế bào M ở PPs trong ruột non (48), và là mục tiêu liên kết của protein invasin ở màng ngoài của vi khuẩn Yersinia enterocolitica và Yersinia pseudotuberculosis. Thông qua tương tác giữa β1-integrin và invasin, tế bào M ở PPs chuột trở thành mục tiêu của Y. enterocolitica và Y. pseudotuberculosis để xâm nhập vào cơ thể 48. Do đó, invasin có thể trở thành phối tử nhắm trúng đích tế bào M. Tuy nhiên, tình trạng thiếu oxi lại làm mức độ biểu hiện β1-integrin trên bề mặt đỉnh tế bào M giảm đáng kể dẫn dến sự xâm nhiễm của Y. enterocolitica cũng giảm70. Ngoài ra, peptide arginine-glycine-aspartic acid (RGD) có nguồn gốc từ epitope của fibronectin nhưng không có ở invasin, cũng có thể liên kết với β1-integrin; trong đó, aspartic acid là cần thiết để hình thành liên kết với β1-integrin. Các peptide khác có motif RGD như glycine-arginine-glycine-aspartic acid-serine (GRGDS) và glycine-arginine-glycine-aspartic acid-asparagin-proline (GRGDNP) cũng liên kết với β1-integrin 71, 72. Khan và cộng sự (2016) đã nghiên cứu thành công motif RGD mới là RGD844 có ái lực cao với β1-integrin58. Những thông tin trên chứng tỏ các motif RGD có thể trở thành phối tử tiềm năng để nhắm trúng đích tế bào M.

Uromodulin

Protein Uromodulin hay Tamm-Horsfall, được mã hóa bởi gene umod, cũng là protein neo GPI biểu hiện đặc trưng trên bề mặt đỉnh tế bào M ở PPs 33, 49. Sự biểu hiện Uromodulin trên tế bào M là cần thiết cho quá trình thu nhận Lactobacillus acidophilus L-92 49. L-92 là vi khuẩn có vai trò điều hòa miễn dịch ở vật chủ, hỗ trợ chống lại sự xâm nhiễm của vi khuẩn và virus. Theo nghiên cứu của Yanagihara và cộng sự (2017), surface layer protein A (SlpA) là protein bề mặt của L-92 đã tương tác với Uromodulin trên tế bào M tạo điều kiện thu nhận L-92; kết quả đánh giá tương tác in vivo cho thấy SlpA liên kết đặc hiệu với Uromodulin làm tăng khả năng thu nhận L-92 của tế bào M 49. Dựa trên cơ chế thu nhận L-92 vào tế bào M, SlpA có thể trở thành phối tử nhắm trúng đích tế bào M.

Complement 5a receptor

Complement 5a receptor (C5aR) được biểu hiện đặc trưng trên bề mặt đỉnh tế bào M trong FAE ở cả người và chuột, giống như GP2. Ở cả hai mô hình nuôi cấy (đồng nuôi cấy và đơn nuôi cấy) tạo tế bào M trong in vitro đều quan sát được sự biểu hiện của c5ar. Trong đó, đối với mô hình đồng nuôi cấy, sự biểu hiện mRNA của c5ar tăng gấp sáu lần và tạo ra tế bào giống tế bào M hơn so với mô hình đơn nuôi cấy60. Thụ thể C5aR này tham gia vào việc thu nhận kháng nguyên của tế bào M thông qua tương tác với outer membrane protein H (OmpH) của Y. enterocolitica. OmpH tương đồng với vùng Skp1 helix của E. coli liên kết đặc hiệu với thụ thể C5aR trên tế bào M trong FAE 60. Một peptide khác cũng được xác nhận là có liên kết với C5aR giống như OmpH là Co1 bằng phương pháp sàng lọc phage display59. Protein dung hợp Co1 và kháng nguyên mô hình GFP đã được biểu hiện, tinh sạch thành công, là bước đầu trong việc nghiên cứu và phát triển vaccine uống sử dụng Co1 là phối tử dẫn đường để nhắm trúng đích tế bào M 73.

Claudin 4

Trước đây, Claudin 4 (CLDN4) được tìm thấy ở trong các khe hẹp giữa các tế bào liền kề74. Sự biểu hiện của CLDN4 là nhiều nhất trên bề mặt tế bào biểu mô thuộc nhung mao ở cả ruột non và ruột già 75; ngoài ra, CLDN4 là thụ thể được biểu hiện trên bề mặt đỉnh của tế bào M trong FAE ở ruột. Clostridium perfringens enterotoxin (CPE), là độc tố được tạo ra ở đường ruột bởi vi khuẩn C. perfringens, được xác nhận có liên kết với CLDN4 để xâm nhiễm vào cơ thể74. CPE được chia làm hai vùng bao gồm vùng độc tố ở đầu N (amino acid 1-184) và vùng liên kết với CLDN4 ở đầu C (amino acid 184-319). Vùng ở đầu C của CPE sẽ tương tác với Claudin 4 trong các khe hẹp và phá hủy sự liên kết giữa các tế bào liền kề 74. Tuy nhiên, ở đường ruột, CPE lại tương tác CLDN4 trên tế bào M trong FAE thay vì CLDN4 trong các khe hẹp62, 76. Ở CPE, 30 amino acid ở cuối đầu C (CPE30) đã được chứng minh có thể tăng cường các phản ứng miễn dịch niêm mạc và hệ thống bằng việc chủng ngừa qua đường mũi khi nhắm trúng đích CLDN4 trên bề mặt đỉnh tế bào M62. Dựa trên CPE30, hai nhóm amino acid CPE16 và CPE12 đã được xác định thông qua dự đoán tin sinh học. Hai peptide này và CPE30 đều đã được dung hợp với kháng nguyên mô hình GFP, biểu hiện và tinh sạch thành công với độ tinh sạch hơn 90%; đồng thời, đã xác nhận có khả năng tương tác với CLDN4 trên bề mặt đỉnh tế bào M62, 63, 64, 65.

Dectin-1, Siglec-5, Siglec-F

Dectin-1 và Siglec-5 đã được xác nhận là các thụ thể trên tế bào M trong FAE ở người, là trung gian cho quá trình vận chuyển ngược phức hợp sIgA-kháng nguyên trong lòng ruột53. sIgA được tiết bởi tương bào IgA+ vào lòng ruột tạo các đáp ứng đặc hiệu với kháng nguyên mầm bệnh ở niêm mạc giúp chống lại sự xâm nhập vào cơ thể của các mầm bệnh qua niêm mạc 40. Sự vận chuyển ngược sIgA vào lại phần bên trong niêm mạc đã được chứng minh là thông qua thụ thể sIgAR (sIgA receptor) trên bề mặt tế bào M 77. Phức hợp sIgA-kháng nguyên được thu nhận và vận chuyển xuyên bào đến cho các tế bào trình diện kháng nguyên xử lý. Phần Fc của sIgA tương tác với sIgAR hiện diện trên bề mặt đỉnh của tế bào M trong FAE nhưng không có ở các tế bào biểu mô ruột khác 77. Ngoài ra, sự đường hóa của IgA là cần thiết trong việc vận chuyển ngược sIgA bởi tế bào M53.

Ngoài ra ở chuột, Siglec-F là dấu ấn mới được tìm thấy trên tế bào M ở ruột55. Sự biểu hiện của Siglec-F trên bề mặt đỉnh tế bào M được chứng minh khi sử dụng kháng thể đơn dòng 9C7 55. Kháng thể 9C7 liên kết đặc hiệu với Siglec-F trên tế bào M đã được xác định bởi các đánh giá in vivo 55. Điều này chứng minh kháng thể 9C7 liên kết đặc hiệu với tế bào M thông qua tương tác với Siglec-F. Do đó, chúng ta có thể lợi dụng sự tương tác của kháng thể này để làm một phối tử tiềm năng nhắm trúng đích tế bào M. Mặc dù vậy, chức năng của Siglec-5 ở người và Siglec-F ở chuột vẫn cần thêm nhiều đánh giá khác để xác nhận.

Vật liệu kháng acid liên hợp với phối tử nhắm trúng đích tế bào M

Thể mang kích thước nano (nano particles- NPs) hoặc micro (microparticles- MPs), được tạo thành trực tiếp hoặc gián tiếp qua liên hợp với các vật liệu kháng acid như polymer (PLGA, -glucan), lipid, acid alginate hoặc vật liệu được nhũ tương hóa để không bị ảnh hưởng bởi môi trường pH thấp ở dạ dày79, 80, 81. NPs hoặc MPs không chỉ được tạo thành từ vật liệu kháng acid mà còn được liên hợp với phối tử nhắm trúng đích tế bào M được đề cập trong (Figure 4A). Nghiên cứu của Malik và cộng sự (2012) chỉ ra rằng NPs được tạo thành từ chitosan và phủ thêm một lớp alginate liên hợp lectin UEA-1 vừa có khả năng kháng acid nhờ alginate, vừa có thể nhắm trúng đích tế bào M bằng UEA-182. Nhiều nghiên cứu khác cũng chứng minh NPs hoặc MPs được tạo thành từ poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) và được bao phủ bởi CSK9, CPE30, UEA-1 phân phối kháng nguyên đến tế bào M trong FAE tạo được đáp ứng hiệu quả83, 84, 85. Hơn thế nữa, PLGA được nhũ tương hóa với lipid cũng tăng cường hiệu quả thu nhận protein trong mô hình tế bào M in vitro ở người86. Nghiên cứu của Lee và cộng sự (2017) đã chứng tỏ -glucan NPs được liên hợp với peptide GRGDS cũng tăng khả năng thu nhận bởi tế bào M87. Đặc biệt, -glucan nhắm trúng đích thụ thể Dectin-1 trên bề mặt đỉnh của tế bào M đã được sử dụng để phân phối men vi sinh đến tế bào M88. Ngoài ra, các liposome được hình thành từ một hoặc nhiều lớp kép lipid, đã được liên hợp với peptide RGD nhắm tới thụ thể 1-integrin để phân phối kháng nguyên hiệu quả đến mục tiêu tế bào M trong FAE ở ruột chuột89, 90, 91. Hơn thế nữa, vaccine liên hợp không chỉ được phân phối đến tế bào M trong FAE hiệu quả mà còn tạo ra IgA và IgG cao hơn so với NPs hoặc MPs hoặc kháng nguyên đơn thuần82, 85, 87. Do đó, thể mang được hình thành từ vật liệu kháng acid liên hợp với phối tử nhắm trúng đích tế bào M có thể tạo ra các đáp ứng miễn dịch niêm mạc hiệu quả.

Vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic (lactic acid bacteria- LAB), là vi khuẩn có thể tồn tại được trong điều kiện khắc nghiệt ở dạ dày và không gây hại cho cơ thể. LAB đã đạt nhiều tiến bộ trong kỹ thuật di truyền như sử dụng để sản xuất protein tái tổ hợp hoặc phương tiện để phân phối vaccine uống nhắm trúng đích mục tiêu tế bào M (Figure 4B). Theo nghiên cứu của Li và cộng sự (2015), IL6 là chất bổ trợ miễn dịch, protein tái tổ hợp CSK9-IL6 được tiết bởi Lactobacillus lactis mang lại hiệu quả trong việc phân phối vaccine đường uống đến mục tiêu tế bào M trong FAE92. Trong nghiên cứu đánh giá quá trình hấp thụ ở ruột ex vivo, Takahashi và cộng sự (2018) đã cho thấy khi sử dụng chủng L. lactis (LL/Nuc-OmpH) biểu hiện kháng nguyên mô hình Nuclease (Nuc) dung hợp với OmpH (là phân tử dẫn đường đến tế bào M) thì số lượng Nuc-OmpH được đưa đến PPs là cao hơn so với sử dụng chủng LL/Nuc chỉ biểu hiện Nuc93. Kháng thể đặc hiệu LL/Nuc-OmpH, IgA trong phân và IgG trong huyết thanh của chuột C57BL/6 cao hơn so với nhóm chỉ cho uống LL/Nuc 93. Theo nghiên cứu của Ma và cộng sự (2018), protein dung hợp với phối tử nhắm trúng đích tế bào M được biểu hiện trên bề mặt của vi khuẩn Lactobacillus casei, có thể tạo ra đáp ứng sIgA ở niêm mạc ruột và IgG trong huyết thanh94. Ngoài ra, LAB biểu hiện protein dung hợp phối tử nhắm trúng đích tế bào M trong tế bào chất cũng có thể chiến lược tiềm năng để phân phối vaccine uống đến tế bào M bởi việc giải phóng kháng nguyên từ tế bào chất của LAB vào trong lòng ruột trước khi chúng tiếp cận với GALT 95. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu này mới được đề xuất gần đây nên các nghiên cứu đánh giá khả năng phân phối hoặc tạo ra đáp ứng miễn dịch niêm mạc vẫn còn hạn chế.

Nấm men

Nấm men là vi sinh vật nhân thực không gây bệnh trên cơ thể người, được sử dụng khá phổ biến trong cuộc sống như làm bia, làm bánh mì, và đặc biệt ứng dụng trong kỹ thuật di truyền. Hệ thống biểu hiện nấm men được sử dụng khá phổ biến bởi vì dễ nuôi cấy, dễ thao tác, chi phí thấp, và có quá trình biểu hiện gene giống với người. Nấm men đã được sử dụng như công cụ để sản xuất protein tái tổ hợp và biểu hiện protein bề mặt96, 97, 98. Mai Quốc Gia và cộng sự (2020) đã biểu hiện thành công protein dung hợp giữa protein neo của Saccharomyces cerevisae và nhân tố bám dính F18 của enterotoxigenic E. coli trên bề mặt tế bào nấm men Pichia pastoris nhằm tạo ra vaccine uống chống lại bệnh tiêu chảy ở heo con cai sữa99. Hơn nữa, protein bề mặt của nấm men còn được dung hợp với phối tử nhắm trúng đích tế bào M để phân phối vaccine uống (Figure 4C). Nghiên cứu của Kenngott và cộng sự (2016) đã chứng minh tế bào nấm men S. cerevisae biểu hiện protein bề mặt invasin của Y. enterocolitica có ái lực cao với mô hình tế bào M trong FAE và tăng sự hấp thụ ở niêm mạc ruột non in vivo so với tế bào nấm men không có invasin 100. Do đó, có thể sử dụng nấm men phân phối vaccine một cách hiệu quả.