Классический и альтернативный пути активации комплемента. Система комплемента: общее представление

Система комплемента - комплекс сложных белков, постоянно присутствующих в крови. Это каскадная система протеолитических ферментов , предназначенная для гуморальной защиты организма от действия чужеродных агентов, она участвует в реализации иммунного ответа организма. Является важным компонентом как врождённого, так и приобретённого иммунитета.

История понятия

В конце XIX столетия было установлено, что сыворотка крови содержит некий «фактор», обладающий бактерицидными свойствами. В 1896 году молодой бельгийский ученый Жюль Борде , работавший в Институте Пастера в Париже, показал, что в сыворотке имеются два разных вещества, совместное действие которых приводит к лизису бактерий: термостабильный фактор и термолабильный (теряющий свои свойства при нагревании сыворотки) фактор. Термостабильный фактор, как оказалось, мог действовать только против некоторых микроорганизмов, в то время как термолабильный фактор имел неспецифическую антибактериальную активность. Термолабильный фактор позднее был назван комплементом . Термин «комплемент» ввёл Пауль Эрлих в конце 1890-х годов. Эрлих был автором гуморальной теории иммунитета и ввёл в иммунологию много терминов, которые впоследствии стали общепринятыми. Согласно его теории, клетки, ответственные за иммунные реакции, имеют на поверхности рецепторы , которые служат для распознавания антигенов . Эти рецепторы мы сейчас называем «антителами » (основой вариабельного рецептора лимфоцитов является прикреплённое к мембране антитело класса IgD, реже IgM. Антитела других классов в отсутствие соответствующего антигена не прикреплены к клеткам). Рецепторы связываются с определённым антигеном, а также с термолабильным антибактериальным компонентом сыворотки крови. Эрлих назвал термолабильный фактор «комплементом» потому, что этот компонент крови «служит дополнением» к клеткам иммунной системы.

Эрлих полагал, что имеется множество комплементов, каждый из которых связывается со своим рецептором, подобно тому, как рецептор связывается со специфическим антигеном. В противоположность этому Борде утверждал, что существует «дополнение» только одного типа. В начале XX века спор был разрешён в пользу Борде; выяснилось, что комплемент может активироваться с участием специфических антител или самостоятельно, неспецифическим способом.

Общее представление

Компоненты системы комплемента

Комплемент - система белков, включающая около 20 взаимодействующих компонентов: С1 (комплекс из трех белков), С2, СЗ, …, С9, фактор В, фактор D и ряд регуляторных белков. Все эти компоненты - растворимые белки с мол. массой от 24 000 до 400 000, циркулирующие в крови и тканевой жидкости. Белки комплемента синтезируются в основном в печени и составляют приблизительно 5 % от всей глобулиновой фракции плазмы крови. Большинство из них неактивны до тех пор, пока не будут приведены в действие или в результате иммунного ответа (с участием антител), или непосредственно внедрившимся микроорганизмом (см. ниже). Один из возможных результатов активации комплемента - последовательное объединение так называемых поздних компонентов (С5, С6, С7, С8 и С9) в большой белковый комплекс, вызывающий лизис клеток (литический, или мембраноатакующий, комплекс). Агрегация поздних компонентов происходит в результате ряда последовательных реакций протеолитической активации с участием ранних компонентов (С1, С2, С3, С4, фактора В и фактора D). Большинство этих ранних компонентов - проферменты, последовательно активируемые путём протеолиза . Когда какой-либо из этих проферментов специфическим образом расщепляется, он становится активным протеолитическим ферментом и расщепляет следующий профермент, и т. д. Поскольку многие из активированных компонентов прочно связываются с мембранами, большинство этих событий происходит на поверхностях клеток. Центральный компонент этого протеолитического каскада - С3. Его активация путём расщепления представляет собой главную реакцию всей цепи активации комплемента. С3 может быть активирован двумя основными путями - классическим и альтернативным. В обоих случаях С3 расщепляется ферментным комплексом, называемым С3-конвертазой. Два разных пути приводят к образованию разных С3-конвертаз, однако обе они образуются в результате спонтанного объединения двух компонентов комплемента, активированных ранее в цепи протеолитического каскада. С3-конвертаза расщепляет С3 на два фрагмента, больший из которых (С3b) связывается с мембраной клетки-мишени рядом с С3-конвертазой; в результате образуется ферментный комплекс ещё больших размеров с измененной специфичностью - С5-конвертаза. Затем С5-конвертаза расщепляет С5 и тем самым инициирует спонтанную сборку литического комплекса из поздних компонентов - от С5 до С9. Поскольку каждый активированный фермент расщепляет много молекул следующего профермента, каскад активации ранних компонентов действует как усилитель: каждая молекула, активированная в начале всей цепи, приводит к образованию множества литических комплексов.

Основные этапы активации системы комплемента.

Классический и альтернативный пути активации системы комплемента.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путём. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4bC2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

Биологические функции

Сейчас выделяют следующие функции:

Опсонизирующая функция. Сразу вслед за активацией системы комплемента образуются опсонизирующие компоненты, которые покрывают патогенные организмы или иммунные комплексы, привлекая фагоциты. Наличие на поверхности фагоцитирующих клеток рецептора к С3b усиливает их прикрепление к опсонизированным бактериям и активирует процесс поглощения. Такое более тесное прикрепление С3b-связанных клеток или иммунных комплексов к фагоцитирующим клеткам получило название феномена иммунного прикрепления .
Солюбилизация (то есть растворение) иммунных комплексов (молекулой C3b). При недостаточности комплемента развивается иммунокомплексная патология (СКВ-подобные состояния). [СКВ = системная красная волчанка ]
Участие в воспалительных реакциях. Активация системы комплемента приводит к выделению из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови биологически активных веществ (гистамина, серотонина, брадикинина), которые стимулируют воспалительную реакцию (медиаторов воспаления). Биологически активные компоненты, которые образуются при расщеплении С3 и С5 , приводят к высвобождению вазоактивных аминов, таких как гистамин , из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови. В свою очередь, это сопровождается расслаблением гладкой мускулатуры и сокращением клеток эндотелия капилляров, усилением сосудистой проницаемости. Фрагмент С5а и другие продукты активации комплемента содействуют хемотаксису , агрегации и дегрануляции нейтрофилов и образованию свободных радикалов кислорода. Введение С5а животным приводило к артериальной гипотонии, сужению легочных сосудов и повышению проницаемости сосудов из-за повреждения эндотелия.
Функции С3а:
- выступать в роли хемотаксического фактора, вызывая миграцию нейтрофилов по направлению к месту его высвобождения;
- индуцировать прикрепление нейтрофилов к эндотелию сосудов и друг к другу;
- активировать нейтрофилы, вызывая в них развитие респираторного взрыва и дегрануляцию;
- стимулировать продукцию нейтрофилами лейкотриенов.
Цитотоксическая, или литическая функция. В конечной стадии активации системы комплемента образуется мембраноатакующий комплекс (МАК) из поздних компонентов комплемента, который атакует мембрану бактериальной или любой другой клетки и разрушает её.

Фактор С3е, образующийся при расщеплении фактора С3b, обладает способностью вызывать миграцию нейтрофилов из костного мозга, и в таком случае быть причиной лейкоцитоза .

Активация системы комплемента

Классический путь

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с -участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM , активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути. С5 расщепляется на C5a и C5b. C5b остается на мембране и соединяется с комплексом C4b2a3b. Потом соединяются С6, С7, С8 и С9, которая полимеризуется и возникает трубочка внутри мембраны. Тем самым нарушается осмотический баланс и в результате тургора бактерия лопается. Классический путь действует более точно, поскольку так уничтожается любая чужеродная клетка.

Альтернативный путь

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbBb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bBb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента. В жидкости в комплексе СЗbBb В заменяется Н-фактором и под воздействием дезактивирующего соединения (Н) превращается в С3bi. Когда микробы попадают в организм, комплекс СЗbBb начинает накапливаться на мембране, катализируя реакцию ращепления С3 на С3b и С3а, значительно увеличивая концентрацию С3b. К комплексу пропердин+С3bВb присоединяется еще одна молекула С3b. Образовавшийся комплекс расщепляет С5 на C5a и C5b. C5b остается на мембрае. Происходит дальнейшая сборка МАК с поочередным присоединением факторов С6, С7, С8 и С9. После соединения С9 с С8 происходит полимеризация С9 (до 18 молекул сшиваются друг с другом) и образуется трубочка, которая пронизывает мембрану бактерии, начинается закачка воды и бактерия лопается.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды (являются митогенами), вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Он использует лектин, связывающий маннозу, (MBL) - белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - сывороточный белок, принадлежащий к группе белков коллектинов, который синтезируется преимущественно в печени и может активировать каскад комплемента, непосредственно связываясь с поверхностью патогена.

В сыворотке крови MBL формирует комплекс с MASP-I и MASP-II (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, связывающие MBL сериновые протеазы). MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классического пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда несколько активных центров MBL связываются определенным образом c ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b. Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты для клеток иммунной системы.

Регуляция системы комплемента

Система комплемента может быть очень опасной для тканей хозяина, поэтому её активация должна хорошо регулироваться. Большинство компонентов активны только в составе комплекса, при этом их активные формы способны существовать очень короткое время. Если в течение этого времени они не встретятся со следующим компонентом комплекса, то активные формы теряют связь с комплексом и становятся неактивными. Если концентрация какого-то из компонентов ниже пороговой (критической), то работа системы комплемента не приведет к физиологическим последствиям. Система комплемента регулируется специальными белками, которые находятся в плазме крови даже в большей концентрации, чем сами белки системы комплемента. Эти же белки представлены на мембранах собственных клеток организма, предохраняя их от атаки со стороны белков системы комплемента.

Регуляторные механизмы в основном действуют в трех точках.

С1. Ингибитор С1 контролирует классический и лектиновый пути активации. Действует двумя путями: ограничивает действие С4 и С2 с помощью связывания C1r- и С1s-протеаз и подобным образом выключает лектиновый путь, удаляя ферменты MASP из MBP-комплекса.
С3-конвертаза. Время жизни С3-конвертазы уменьшают факторы ускорения распада. Некоторые из них находятся на поверхности собственных клеток (например, DAF и CR1). Они действуют на С3-конвертазы и классического, и альтернативного путей активации. DAF ускоряет распад С3-конвертазы альтернативного пути. СR1 (C3b/C4b receptor) расположен главным образом на поверхности эритроцитов и отвечает за удаление из плазмы крови опсонизированных иммунных комплексов. Другие регуляторные белки производятся печенью и в неактивном состоянии растворены в плазме крови. Фактор I - сериновая протеаза, расщепляющая C3b и C4b. С4-связывающий белок (C4BP) расщепляет С4 и помогает фактору I расщеплять C4b.Фактор H связывается с гликозаминогликанами, которые есть на собственных клетках, но не на клетках патогенов. Этот белок является кофактором фактора I, а также ингибирует активность C3bBb.
С9. CD59 и Гомологичный Фактор Ограничения ингибируют полимеризацию С9 во время образования мембраноатакующего комплекса, не давая ему сформироваться. Используется ВИЧ и цитомегаловирусом для защиты от системы комплемента организма хозяина.

Роль системы комплемента при болезнях

Система комплемента играет большую роль во многих болезнях, связанных с иммунитетом.

Комплементом называют сложный комплекс белков, действующий совместно для удаления внеклеточных форм патогена; система активируется спонтанно определенными патогенами или комплексом антиген:антитело. Активированные белки либо непосредственно разрушают патоген (киллерное действие), либо обеспечивают лучшее их поглощение фагоцитами ( опсонизирующее действие); либо выполняют функцию хемотаксических факторов , привлекая в зону проникновения патогена клетки воспаления .

Комплекс белков комплемента формирует каскадные системы, обнаруженные в плазме крови. Для этих систем характерно формирование быстрого, многократно усиленного ответа на первичный сигнал за счет каскадного процесса. В этом случае продукт одной реакции служит катализатором последующей, что в конечном итоге приводит к лизису клетки или микроорганизма.

Существует два главных пути (механизма) активации комплемента - классический и альтернативный.

Классический путь активации комплемента инициируется взаимодействием компонента комплемента С1q с иммунными комплексами ( антителами , связанными с поверхностными антигенами бактериальной клетки); в результате последующего развития каскада реакций образуются белки с цитолитической (киллерной) активностью, опсонины , хемоаттрактанты . Такой механизм соединяет приобретенный иммунитет (антитела) с врожденным иммунитетом (комплемент).

Альтернативный путь активации комплемента инициируется взаимодействием компонента комплемента С3b с поверхностью бактериальной клетки; активация происходит без участия антител. Данный путь активации комплемента относится к факторам врожденного иммунитета.

В целом система комплемента относится к основным системам врожденного иммунитета , функция которых состоит в том, чтобы отличить "свое" от "не своего". Эта дифференциация в системе комплемента осуществляется благодаря присутствию на собственных клетках организма регуляторных молекул, подавляющих активацию комплемента.

Резюме. Комплемент (complement) [лат. complementum - дополнение]:

1) в иммунологии - группа белков (обычно от 9 до 20), присутствующих в норме в сыворотке крови позвоночных, которые активируются в результате иммунного ответа организма под действием как антител, относящихся к иммуноглобулинам классов IgG и IgM, так и бактериальных липосахаридов или других соединений; белковый комплекс сыворотки крови, один из составляющих врожденного иммунитета . Комплемент принимает участие в регуляции воспалительных процессов, активации фагоцитоза и литическом действии на клеточные мембраны, активируется взаимодействием с иммунным комплексом. Систему са рассматривают наряду с макрофагами как передовой рубеж иммунной защиты организма. В ходе активации комплемента происходит каскад последовательных реакций специфического ограниченного ферментативного протеолиза, при которых неактивные компоненты комплемента. переходят в активное состояние в результате отщепления пептидных фрагментов. Последние обладают различной физиологической активностью и могут быть анафилатоксинами (вызывают сокращения гладкой мускулатуры, увеличивают проницаемость сосудов и др.), факторами хемотаксиса (обеспечивают направленное перемещение клеток) и лейкоцитоза, медиаторами реакций иммунного ответа, участвуют в активации макрофагов и лимфоцитов, в регуляции продуцирования антител, а также выполняют некоторые другие функции. Фрагменты активированных компонентов комплемента управляют также биосинтезом и освобождением интерлейкинов, простогландинов и лейкотриенов. Комплемент обусловливает нарушения иммунных реакций (может вызывать аутоиммунные заболевания) и освобождение гистамина при аллергических реакциях немедленного типа. Термин «комплемент» ввели П. Эрлих и Ю. Моргенрот в 1900 г. ;

2) в генетике - группа хромосом, произведенная из определенного ядра гаметы или зиготы и состоящая из одного, двух или более хромосомных наборов (Х. Дарлингтон, 1932).

История понятия

Общее представление

Компоненты системы комплемента

Основные этапы активации системы комплемента.

Биологические функции

Сейчас выделяют следующие функции:

Опсонизирующая функция. Сразу вслед за активацией системы комплемента образуются опсонизирующие компоненты, которые покрывают патогенные организмы или иммунные комплексы, привлекая фагоциты. Наличие на поверхности фагоцитирующих клеток рецептора к С3b усиливает их прикрепление к опсонизированным бактериям и активирует процесс поглощения. Такое более тесное прикрепление С3b-связанных клеток или иммунных комплексов к фагоцитирующим клеткам получило название феномена иммунного прикрепления .
Солюбилизация (то есть растворение) иммунных комплексов (молекулой C3b). При недостаточности комплемента развивается иммунокомплексная патология (СКВ-подобные состояния). [СКВ = системная красная волчанка ]
Участие в воспалительных реакциях. Активация системы комплемента приводит к выделению из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови биологически активных веществ (гистамина, серотонина, брадикинина), которые стимулируют воспалительную реакцию (медиаторов воспаления). Биологически активные компоненты, которые образуются при расщеплении С3 и С5 , приводят к высвобождению вазоактивных аминов, таких как гистамин , из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови. В свою очередь, это сопровождается расслаблением гладкой мускулатуры и сокращением клеток эндотелия капилляров, усилением сосудистой проницаемости. Фрагмент С5а и другие продукты активации комплемента содействуют хемотаксису , агрегации и дегрануляции нейтрофилов и образованию свободных радикалов кислорода. Введение С5а животным приводило к артериальной гипотонии, сужению легочных сосудов и повышению проницаемости сосудов из-за повреждения эндотелия.
Функции С3а:
- выступать в роли хемотаксического фактора, вызывая миграцию нейтрофилов по направлению к месту его высвобождения;
- индуцировать прикрепление нейтрофилов к эндотелию сосудов и друг к другу;
- активировать нейтрофилы, вызывая в них развитие респираторного взрыва и дегрануляцию;
- стимулировать продукцию нейтрофилами лейкотриенов.
Цитотоксическая, или литическая функция. В конечной стадии активации системы комплемента образуется мембраноатакующий комплекс (МАК) из поздних компонентов комплемента, который атакует мембрану бактериальной или любой другой клетки и разрушает её.

Активация системы комплемента

Классический путь

Альтернативный путь

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Регуляция системы комплемента

Регуляторные механизмы в основном действуют в трех точках.

С1. Ингибитор С1 контролирует классический и лектиновый пути активации. Действует двумя путями: ограничивает действие С4 и С2 с помощью связывания C1r- и С1s-протеаз и подобным образом выключает лектиновый путь, удаляя ферменты MASP из MBP-комплекса.
С3-конвертаза. Время жизни С3-конвертазы уменьшают факторы ускорения распада. Некоторые из них находятся на поверхности собственных клеток (например, DAF и CR1). Они действуют на С3-конвертазы и классического, и альтернативного путей активации. DAF ускоряет распад С3-конвертазы альтернативного пути. СR1 (C3b/C4b receptor) расположен главным образом на поверхности эритроцитов и отвечает за удаление из плазмы крови опсонизированных иммунных комплексов. Другие регуляторные белки производятся печенью и в неактивном состоянии растворены в плазме крови. Фактор I - сериновая протеаза, расщепляющая C3b и C4b. С4-связывающий белок (C4BP) расщепляет С4 и помогает фактору I расщеплять C4b.Фактор H связывается с гликозаминогликанами, которые есть на собственных клетках, но не на клетках патогенов. Этот белок является кофактором фактора I, а также ингибирует активность C3bBb.
С9.

Комплемент — важнейший элемент иммунной системы позвоночных животных и человека, играющий ключевую роль в гуморальном механизме защиты организма от патогенов. Термин впервые ввел Эрлих для обозначения компонента кровяной сыворотки, без которого ее бактерицидные свойства пропадали. Впоследствии было выяснено, что этот функциональный фактор представляет собой набор белков и гликопротеидов, которые при взаимодействии друг с другом и с чужеродной клеткой вызывают ее лизис.

Комплемент в буквальном смысле переводится как "дополнение". Изначально он считался всего лишь еще одним элементом, обеспечивающим бактерицидные свойства живой сыворотки. Современные представления об этом факторе значительно шире. Установлено, что комплемент представляет собой сложнейшую, тонко регулируемую систему, взаимодействующую как с гуморальными, так и с клеточными факторами иммунного ответа и оказывающую мощное влияние на развитие воспалительной реакции.

Общая характеристика

В иммунологии системой комплемента называют проявляющую бактерицидные свойства группу взаимодействующих друг с другом белков сыворотки крови позвоночных, представляющую собой врожденный механизм гуморальной защиты организма от патогенов, способный действовать как самостоятельно, так и в комплексе с иммуноглобулинами. В последнем случае комплемент становится одним из рычагов специфического (или приобретенного) ответа, поскольку антитела сами по себе не могут уничтожать чужеродные клетки, а действуют опосредованно.

Эффект лизирования достигается за счет образования пор в мембране чужеродной клетки. Таких отверстий может быть множество. Перфорирующий мембрану комплекс системы комплемента называется МАК. В результате ее действия поверхность чужеродной клетки становится дырчатой, что приводит к выходу цитоплазмы наружу.

На долю комплемента приходится около 10% всех белков сыворотки. Его компоненты всегда присутствуют в крови, не оказывая никакого действия до момента активации. Все эффекты комплемента являются результатом последовательных реакций - либо расщепляющих входящие в его состав белки, либо приводящих к образованию их функциональных комплексов.

Каждый этап такого каскада подвержен строгой обратной регуляции, которая в случае необходимости может остановить процесс. Активированные компоненты комплемента проявляют большой комплекс иммунологических свойств. При этом эффекты могут оказывать на организм как положительное, так и негативное воздействия.

Основные функции и эффекты комплемента

Действие активированной системы комплемента включает:

Лизис чужеродных клеток бактериальной и небактериальной природы. Осуществляется за счет образования специального комплекса, который встраивается в мембрану и проделывает в ней дыру (перфорирует).
Активацию удаления иммунных комплексов.
Опсонизацию. Присоединяясь к поверхностям мишеней, компоненты комплемента делают их привлекательными для фагоцитов и макрофагов.
Активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления.
Образование анафилотоксинов.
Облегчение взаимодействия антигенпрезентирующих и В-клеток с антигенами.

Таким образом, комплемент оказывает комплексное стимулирующее воздействие на всю иммунную систему. Однако чрезмерная активность этого механизма может негативно повлиять на состояние организма. К отрицательным комплемента относят:

Ухудшение протекания аутоиммунных заболеваний.
Септические процессы (при условии массовой активации).
Отрицательное влияние на ткани в очаге некроза.

Дефекты системы комплемента могут приводить к аутоиммунным реакциям, т.е. к повреждению здоровых тканей организма собственной иммунной системой. Именно поэтому имеет место такой строгий многоступенчатый контроль активации данного механизма.

Белки комплемента

Функционально белки системы комплемента подразделяются на компоненты:

Классического пути (C1-C4).
Альтернативного пути (факторы D, B, C3b и пропердин).
Мембраноатакующего комплекса (C5-C9).
Регуляторной фракции.

Номера С-белков соответствуют последовательности их обнаружения, но не отражают очередность их активации.

К регуляторным белкам системы комплемента относят:

Фактор H.
C4-связывающий белок.
Мембранный кофакторный белок.
Рецепторы комплемента первого и второго типа.

C3 является ключевым функциональным элементом, поскольку именно после его распада образуется фрагмент (C3b), который присоединяется к мембране клетки-мишени, начиная процесс формирования литического комплекса и запуская так называемую петлю усиления (механизм положительной обратной связи).

Активация системы комплемента

Активация комплемента представляет собой каскадную реакцию, в которой каждый фермент катализирует активацию последующего. Этот процесс может происходить как с участием компонентов приобретенного иммунитета (иммуноглобуллинов), так и без них.

Есть несколько способов активации комплемента, которые отличаются последовательностью реакций и набором участвующих в ней белков. Однако все эти каскады приводят к одному итогу — образованию конвертазы, расщепляющей белок C3 на C3a и C3b.

Существуют три пути активации системы комплемента:

Классический.
Альтернативный.
Лектиновый.

Среди них только первый связан с системой приобретенного иммунного ответа, а остальные имеют неспецифический характер действия.

Во всех путях активации можно выделить 2 этапа:

Пусковой (или собственно активационный) — включает весь каскад реакций до момента образования C3/C5-конвертазы.
Цитолитический — обозначает формирование мембраноатакующего комплекса (МКФ).

Вторая часть процесса во всех стадиях схожа и задействует белки C5, C6, C7, C8, C9. При этом только C5 подвергается гидролизу, а остальные просто присоединяются, образуя гидрофобный комплекс, способный встроиться и перфорировать мембрану.

Первый этап основан на последовательном запуске ферментативной активности белков C1, C2, C3 и C4 путем гидролитического расщепления на большие (тяжелые) и малые (легкие) фрагменты. Образовавшиеся единицы обозначаются малыми буквами а и b. Одни из них осуществляют переход к цитолитическому этапу, а другие выполняют роль гуморальных факторов иммунного ответа.

Классический путь

Классический путь активации комплемента начинается со взаимодействия ферментного комплекса C1 с группой антиген - антитело. C1 представляет собой фракцию из 5 молекул:

C1q (1).
C1r (2).
C1s (2).

На первой ступени каскада с иммуноглобулином связывается C1q. Это вызывает конформационную перестройку всего комплекса C1, что приводит к его автокаталитической самоактивации и образованию действующего фермента C1qrs, расщепляющего белок C4 на C4a и C4b. При этом все остается прикрепленным к иммуноглобулину и, следовательно, к мембране патогена.

После осуществления протеолитического эффекта группа антиген - C1qrs присоединяет к себе фрагмент C4b. Такой комплекс становится подходящим для связывания с C2, которая под действием C1s тут же расщепляется на C2a и C2b. В результате создается C3-конвертаза C1qrs4b2a, действие которой формирует C5-конвертазу, запускающую образование МАК.

Альтернативный путь

Такая активация иначе называется холостой, поскольку гидролиз C3 происходит самопроизвольно (без участия посредников), что приводит к периодическому беспричинному образования C3-конвертазы. Альтернативный путь осуществляется тогда, когда к возбудителю еще не сформировался. При этом каскад состоит из следующих реакций:

Холостой гидролиз C3 с образованием фрагмента C3i.
C3i связывается с фактором В, формируя комплекс C3iB.
Связанный фактор В становится доступен для расщепления D-белком.
Фрагмент Ba удаляется и остается комплекс C3iBb, который и является C3-конвертазой.

Суть холостой активации заключается в том, что в жидкой фазе C3-конвертаза нестабильна и быстро гидролизуется. Однако при столкновении с мембраной возбудителя стабилизируется и запускает цитолитическую стадию с формированием МАК.

Лектиновый путь

Лектиновый путь очень похож на классический. Основное отличие заключается в первой ступени активации, которая осуществляется не через взаимодействие с иммуноглобулином, а через связывание C1q с концевыми маннановыми группами, присутствующими на поверхности бактериальных клеток. Дальнейшая активация осуществляется полностью идентично классическому пути.

8381 0

Система комплемента, состоящая примерно из 30 белков, как циркулирующих, так и экспрессированных на мембране, является важной эффекторной ветвью как врожденного, так и опосредованного антителами приобретенного иммунного ответов. Термин «комлемент» появился в связи с тем, что этот чувствительный к повышению температуры материал сыворотки крови был обнаружен по свойству «дополнять» способность антител уничтожать бактерии. Известно, что комплемент играет главную роль в защите от многих инфекционных микроорганизмов.

Наиболее важными составляющими его защитной функции являются: 1) выработка опсонинов - молекул, увеличивающих способность макрофагов и нейтрофилов к фагоцитозу; 2) выработка анафилатоксинов - пептидов, индуцирующих местные и системные воспалительные реакции; 3) непосредственный киллинг микроорганизмов.

Известны и другие важные функции комплемента, такие как усиление антигенспецифических иммунных ответов и поддержание гомеостаза (стабильности внутри организма) путем удаления иммунных комплексов и мертвых или умирающих клеток. Мы знаем также, что нарушение контроля над активацией комплемента может привести к повреждению клеток и тканей организма.

Компоненты комплемента синтезируются в печени, а также клетками, участвующими в воспалительной реакции. Концентрация всех белков комплемента в циркулирующей крови составляет примерно 3 мг/мл. (Для сравнения: концентрация IgG в крови составляет примерно 12 мг/мл) Концентрации некоторых компонентов комплемента высоки (например, около 1 мг/мл для С3), в то время как другие компоненты (такие как фактор D и С2) присутствуют в следовых количествах.

Пути активации комплемента

Начальные этапы активации комплемента заключаются в последовательной каскадной активации одного за другим его компонентов. На этой стадии активация одного компонента индуцирует действие фермента, которое приводит к активации следующего по очереди компонента. Поскольку одна активная молекула фермента способна расщеплять множество молекул субстрата, этот каскад реакций усиливает относительно слабый начальный сигнал. Эти каскадные свойства системы комплемента аналогичны наблюдаемым в других сывороточных каскадах, направленных на образование сгустка и выработку кининов, сосудистых медиаторов воспаления.

После активации отдельные компоненты расщепляются на фрагменты, обозначаемые строчными буквами. Меньший из расщепленных фрагментов обычно обозначается буквой «а», больший - «b». Исторически сложилось, однако, что больший из расщепленных фрагментов С2 обычно относят к С2а, а меньший - к С2b. (Однако в некоторых текстах и статьях фрагменты компонентов комплемента С2 обозначаются обратным способом.) Дальнейшие фрагменты расщепления также обозначаются малыми буквами, например C3d.

Известны три пути активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный.

Начало каждого из путей активации характеризуется собственными компонентами и процессами распознавания, однако на более поздних стадиях во всех трех случаях используются одни и те же компоненты. Свойства каждого пути активации и веществ, их активирующих, обсуждаются далее.

Классический путь

Классический путь активации так называется потому, что он был определен первым. Белковые компоненты классического пути обозначаются С1, С2, С9. (Номера расставлены в том порядке, в котором компоненты были открыты, а не в том, в котором они активируются.) Комплексы антиген - антитело являются основными активаторами классического пути. Таким образом, последний является главным эффекторным путем активации гуморального адаптивного иммунного ответа.

Другими активаторами являются некоторые вирусы, погибшие клетки и внутриклеточные мембраны (например, митохондрий), агрегаты иммуноглобулинов и β-амилоид, обнаруживаемый при болезни Альцгеймера в бляшках. С-реактивный белок является белком острой фазы - компонентом воспалительной реакции; он прикрепляется к полисахариду фосфорилхолину, экспрессированному на поверхности многих бактерий (например, Streptococcus pneumoniae), и тоже активирует классический путь.

Классический путь инициируется, когда С1 прикрепляется к антителу в комплексе антиген - антитело, например антителу, связанному с антигеном, экспрессированным на поверхности бактерии (рис. 13.1). Компонент С1 представляет собой комплекс из трех различных белков: Clq (содержащего шесть одинаковых субкомпонентов), связанного с двумя молекулами (причем каждой по две) - Clr и Cls. При активации Cl его глобулярные участки - субкомпоненты Clq - связываются с Clq-специфичным участком на Fc-фрагментах или одного IgM, или двух близко расположенных молекул IgG, связанных с антигеном (связывание IgG показано на рис. 13.1).

Таким образом, антитела IgM и IgG являются эффективными активаторами комплемента. Иммуноглобулины человека, обладающие способностью связываться с Cl и активировать его, в порядке уменьшения этой способности располагаются: IgM > > IgG3 > IgG 1 » IgG2. Иммуноглобулины IgG4, IgD, IgA и IgE не взаимодействуют с Clq не закрепляют и не активируют его, т.е. не активируют комплемент по классическому пути.

После связывания С1 с комплексом антиген-антитело Cls приобретает ферментативную активность. Эта активная форма известна как Cls-эстераза. Она расщепляет следующий компонент классического пути - С4 - на две части: С4а и С4b. Меньшая часть - С4а - остается в растворенном состоянии, а С4b ковалентно связывается с поверхностью бактерии или другой активирующей субстанцией.

Часть С4b, прикрепленная к поверхности клетки, затем связывает С2, который расщепляется Cls. При расщеплении С2 получают фрагмент С2b, который остается в растворенном состоянии, и С2а. В свою очередь С2а прикрепляется к С4b на поверхности клетки с образованием комплекса С4b2а. Этот комплекс называется С3-конвертазой классического пути, поскольку, как мы увидим позднее, этот фермент расщепляет следующий компонент - С3.

Лектиновый путь

Лектиновый путь активируется концевыми остатками маннозы в белках и полисахаридах, находящихся на поверхности бактерии. Эти остатки не обнаруживаются на поверхности клеток млекопитающих, поэтому лектиновый путь может рассматриваться в качестве средства распознавания своего и чужого. Поскольку этот путь активации не требует присутствия антител, он является частью системы врожденной иммунной защиты.

На рис. 13.1 показано, как бактериальные маннозные остатки связываются с циркулирующим комплексом маннозосвязывающего лектина (МСЛ; по структуре схожий с Clq классического пути) и двумя ассоциированными протеазами, называемыми маннозассоциированными сериновыми протеазами (МАСП-1 и -2) . Это связывание активирует МАСП-1 для последующего расщепления компонентов классического пути комплемента - С4 и С2 с формированием С4b2а, С3-конвертазы классического пути на поверхности бактерий. А МАСП-2 обладает способностью напрямую расщеплять С3. Таким образом, лектиновый путь после фазы активации С3 аналогичен классическому.

Альтернативный путь

Альтернативный путь активации комплемента запускается почти любой чужеродной субстанцией. К наиболее изученным веществам относятся липополисахариды (ЛПС, также известные как эндотоксины клеточной стенки грамотрицательных бактерий), клеточные стенки некоторых дрожжей и белок, находящийся в яде кобры (фактор яда кобры). Некоторые агенты, активирующие классический путь, - вирусы, агрегаты иммуноглобулинов и мертвые клетки, запускают также и альтернативный путь.

Активация происходит в отсутствие специфических антител. Таким образом, альтернативный путь активации комплемента является эффекторной ветвью системы врожденной иммунной защиты. Некоторые компоненты альтернативного пути характерны только для него (сывороточные факторы В и D и пропердин, известный также как фактор Р), в то время как другие (С3, С3b, С5, С6, С7, С8 и С9) являются общими с классическим путем.

Компонент С3b появляется в крови в небольших количествах после спонтанного расщепления реактивной тиоловой группы в С3. Этот «предсу-ществующий» С3b способен связываться с гидроксильными группами белков и углеводов, экспрессированных на клеточных поверхностях (см. рис. 13.1). Накопление С3b на поверхности клетки инициирует альтернативный путь.

Оно может происходить как на чужеродной, так и на собственной клетке организма; таким образом, с точки зрения альтернативного пути он всегда запущен. Однако, как указано более детально далее, собственные клетки организма регулируют течение реакций альтернативного пути, в то время как чужеродные не обладают такими регуляторными способностями и не могут предотвратить развитие последующих событий альтернативного пути.

Рис. 13.1. Запуск классического, лектинового и альтернативного путей. Демонстрация активации каждого пути и формирования С3-конвертазы

На следующей стадии альтернативного пути сывороточный белок, фактор B, соединяется с С3b на поверхности клетки с формированием комплекса С3bВ. Затем фактор D расщепляет фактор В, который находится на поверхности клетки в комплексе С3bВ, в результате чего образуется фрагмент Ва, который высвобождается в окружающую жидкость, и Вb, остающийся связанным с С3b Этот С3bВb является С3-конвертазой альтернативного пути, которая расщепляет С3 на С3а и С3b.

Обычно С3bВb быстро растворяется, но может стабилизироваться при соединении с пропердином (см. рис. 13.1). В результате стабилизированный пропердином С3bВb способен связываться и расщеплять большое количество С3 за очень короткое время. Накопление на клеточной поверхности этих быстро образованных в большом количестве С3b приводит к почти «взрывному» запуску альтернативного пути. Таким образом, связывание пропердина с С3bВb создает петлю усиления альтернативного пути. Cпособность пропердина активировать петлю усиления контролируется противоположным действием регуляторных белков. Следовательно, активация альтернативного пути не происходит постоянно.

Активация С3 и С5

Расщепление С3 является основной фазой для всех трех путей активации. На рис. 13.2 показано, что С3-конвертазы при классическом и альтернативном путях (С4b2а и С3bВb соответственно) расщепляют С3 на два фрагмента. Более мелкий С3а является растворимым белком анафилатоксином: он активирует клетки, участвующие в реакции воспаления. Больший фрагмент, С3b, продолжает процесс активации каскада комплемента, связываясь с клеточными поверхностями вокруг места активации. Как показано далее, С3b также участвует в защите организма, воспалении и иммунной регуляции.

Рис. 13.2. Расщепление компонента С3 С3-конвертазой и компонента С5 С5-конвертазой при классическом и лектиновом (наверху) и альтернативном (внизу) путях. Во всех случаях С3 расщепляется на С3b, который откладывается на клеточной поверхности, и СЗа, высвобождаемый в жидкую среду. Таким же образом С5 расщепляется на С5b, который откладывается на клеточной поверхности, и С5а, высвобождаемый в жидкую среду

Связывание С3b с С3-конвертазами как при классическом, так и альтернативном путях инициирует связывание и расщепление следующего компонента - С5 (см. рис. 13.2). По этой причине С3-конвертазы, связанные с С3b, относятся к С5-конвертазам (С4b2а3b при классическом пути; С3bВb3b при альтернативном). При расщеплении С5 образуются два фрагмента. Фрагмент С5а высвобождается в растворимой форме и является активным анафилатоксином. Фрагмент С5b связывается с клеточной поверхностью и формирует ядро для связи с терминальными компонентами комплемента.

Терминальный путь

Терминальные компоненты каскада комплемента - С5b, С6, С7, С8 и С9 - являются общими для всех путей активации. Они связываются друг с другом и формируют мембраноатакующий комплекс (МАК), который вызывает лизис клетки (рис. 13.3).

Рис. 13.3 Формирование мембраноатакующего комплекса. Компоненты комплемента поздней фазы - С5b-С9 - последовательно соединяются и формируют на поверхности клетки комплекс. Многочисленные С9-компоненты прикрепляются к этому комплексу и полимеризуются с образованием поли-С9, создавая канал, который пронизывает клеточную мембрану

Первой фазой формирования МАК является прикрепление С6 к С5b на поверхности клетки. Затем С7 связывается с С5b и С6 и проникает в наружную мембрану клетки. Последующее связывание С8 с С5b67 приводит к образованию комплекса, глубже проникающего в мембрану клетки. На мембране клетки C5b-С8 действует как рецептор для С9 - молекулы типа перфорина, который связывается с С8.

Дополнительные молекулы С9 взаимодействуют в комплексе с молекулой С9, образуя полимеризованные С9 (поли-С9). Эти поли-С9 формируют трансмембранный канал, нарушающий осмотическое равновесие в клетке: через него проникают ионы и поступает вода. Клетка набухает, мембрана становится проницаемой для макромолекул, которые затем покидают клетку. В результате происходит лизис клетки.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини