Иммунология комплемент. Конечная фаза активации комплемента это образование лизирующего мембрану комплекса

КОМПЛЕМЕНТ (лат. complementum дополнение) - полимолекулярная система сывороточных белков, один из важнейших факторов естественного иммунитета. Функционирует в крови человека, холоднокровных и теплокровных животных. Содержится в лимфе и тканевых жидкостях. Включаясь в состав иммунных комплексов, К. осуществляет лизис сенсибилизированных антителами клеточных антигенов, обусловливает реакцию иммунного прилипания (см.), участвует в опсонизации бактерий, вирусов и корпускулярных антигенов, ускоряя их фагоцитоз, участвует в развитии воспаления.

К. был впервые описан под названием «алексин» в конце 19 в. как неспецифический термолабильный фактор, определяющий бактерицидные свойства свежей сыворотки крови (Г. Бухнер, 1889). Термин «комплемент» введен П. Эрлихом (1900), который считал, что бактерицидный фактор дополняет цитолитическое действие антител.

Известно не менее 18 белков, составляющих систему К. В их число входят 9 компонентов К., 8 из которых являются индивидуальными белками, а один представляет собой комплекс: 4 белка системы пропердина, 1 ингибитор фермента и 2 фермента инактиватора.

Согласно номенклатуре, принятой ВОЗ, система К. обозначена символом С, ее индивидуальные компоненты - цифрами (С1, С2...С9), фрагменты компонентов К.- строчными буквами (напр., СЗа). Наличие энзиматической активности во фрагменте отмечают чертой над его символом, а наличие центра связывания с мембраной клеток - звездочкой около его символа [Остин (К. F. Austen) с соавт., 1968].

Компоненты К. циркулируют в крови в виде предшественников, не соединяясь со свободными антителами или антигенами. Описаны два биол, механизма активации (связывания) системы К.- классический и так наз. альтернативный, или пропердиновый [Мюллер-Эберхард (H. J. Muller-Eberhard), 1975; Фогт (W. Vogt), 1974].

Классический механизм активации К. осуществляется с участием IgG-и IgM-антител, входящих в состав иммунных комплексов, или неспецифически агрегированных иммуноглобулинов этих классов. При соединении с антигенами или в результате неспецифической агрегации в молекулах указанных иммуноглобулинов формируются центры, связывающие С1 - первый компонент системы К. (А. Я. Кульберг, 1975). Фиксированный на иммуноглобулине С1 инициирует цепь реакций, в которые последовательно вступают остальные компоненты системы К.

С1 представляет собой комплекс трех субкомпонентов (C1q, C1rr и C1s), образующийся в присутствии ионов кальция; C1q - коллагеноподобный белок с мол. весом (массой) 400 000, состоящий из шести нековалентно связанных идентичных субъединиц. Каждая субъединица содержит распознающий центр для связывания с молекулой иммуноглобулина. Присоединение C1q к иммуноглобулину сопровождается внутримолекулярной перестройкой C1q и активацией связанного с ним профермента Clr, действующего на C1s-проэстеразу. Образующаяся C1s-эстераза (C1s) воздействует на находящиеся в жидкой фазе второй (С2) и четвертый (С4) компоненты К.

Молекула С4 (мол. вес 208 000) построена из трех пептидных цепей - альфа, бета и гамма, соединенных дисульфидными связями. C1s отщепляет от альфа-цепи пептид С4а, мол. вес к-рого 8000, а в оставшемся C4b-фрагменте молекулы возникает центр связывания с мембраной клетки, сенсибилизированной антителами. При воздействии C1s на С2, мол. вес к-рого 117 000, образуются два фрагмента - С2b (мол. вес 37 000) и С2а (мол. вес 80 000). В последнем формируется центр связывания с С4b. Образовавшийся на клеточной мембране комплекс С42 способен расщеплять СЗ; поэтому он назван СЗ-конвертазой.

Молекула СЗ (мол. вес 180 000) построена из двух пептидных цепей - альфа и бета. В результате отщепления C3-конвертазой от альфа-цепи пептида СЗа с мол. весом 9000 в СЗb-фрагменте молекулы образуется центр связывания с мембраной клетки и на мембране формируется С423-комплекс с пептидазной активностью в отношении С5 (С5-конвертаза).

После протеолитического расщепления С5 начинается сборка мембраноатакующей единицы из так наз. концевых компонентов системы К. Молекула С5 построена аналогично СЗ из двух пептидных цепей а и р, мол. вес которых соответственно 110 000 и 70 000. С5-конвертаза отщепляет от альфа-цепи пептид С5а с мол. весом 16 500. Образующийся С5b-фрагмент обладает способностью сорбировать последовательно по одной молекуле С6 и С7. Комплекс С567 сорбирует одну молекулу С8 и шесть молекул С9. В момент образования комплекс С5-9 атакует мембрану клетки, вызывая ее разрушение. Цитолитическая активность комплекса определяется С8 и значительно усиливается С9.

Наряду с цитолитическими компонентами при активации системы К. образуются физиологически активные пептиды СЗа и С5а, названные анафилатоксинами; они вызывают выделение гистамина тучными клетками. сокращение гладкой мускулатуры и повышают проницаемость сосудов, а также служат хемотаксическими факторами для полиморфонуклеарных клеток. Направленную миграцию полиморфонуклеарных клеток в месте активации К. вызывает также тримолекулярный комплекс С567 [Уорд (P. Ward), 1975]. Еще одним биологически активным пептидом, возникающим при активации системы К., является СЗb. При связывании с клеточной мембраной он приобретает второй стабильный связывающий центр в отношении рецепторов, расположенных на поверхности ряда клеток (макрофагов, тромбоцитов, эритроцитов). Этот процесс, названный иммунным прилипанием, усиливает фагоцитоз нагруженных К. клеток и корпускулярных частиц [Радди (S. Ruddy), 1974].

К. принимает участие также в механизме неспецифической устойчивости к инфекциям. В этом случае система К. активируется без участия антител полисахаридами или липополисахаридами, входящими в состав клеточных стенок бактерий, дрожжей, растений, или агрегированным IgA. Связывание К. происходит по альтернативному пути, начиная с CЗ, минуя стадии активации С1, C4 и C2. Показано, что в формировании CЗ- и C5-конвертаз альтернативного пути принимают участие белок сыворотки пропердин, CЗ-активатор конвертазы и ряд его предшественников. При активации К. по альтернативному пути, как и по классическому, образуется цитолитический комплекс C5-9, а также физиологически активные пептиды CЗа и С5а. Вероятно, этот механизм лежит в основе неспецифической элиминации из организма вирусов и измененных эритроцитов [Пиллемер (L. Pillemer), 1954, 1955].

Все указанные функции продуктов реакции компонентов К. направлены на разрушение и скорейшее удаление из организма инф. или чужеродных агентов. Они определяют значение системы К. как защитного фактора организма.

Помимо защитной функции, система К. может способствовать повреждению собственных тканей организма при ряде заболеваний с аутоиммунным компонентом (гломерулонефриты, системная красная волчанка, артериит, миокардит, эндокардит). В этом случае активация системы К. осуществляется как антителами, направленными против тканей, так и растворимыми или фиксированными в тканях иммунными комплексами. Образующиеся комплексы С423 и С5-9 компонентов К. фиксируются при этом как на сенсибилизированных, так и на не сенсибилизированных антителами клетках, вызывая разрушение их мембран. Важная роль в аутоиммунном процессе принадлежит также СЗа- и С5а-пептидам и С567-комплексу [Купер (N. R. Cooper), 1974; Ханзиккер (L. G. Hunsicker), 1974; Мак-Класки (R. Мс Cluskey), 1975].

О содержании К. судят наиболее часто по его гемолитической активности в отношении эритроцитов барана, сенсибилизированных кроличьим гемолизином. Титр К. выражают в 100 или 50% гемолитических единицах (СН100или СН50), т. е. минимальным количеством К., к-рое при выбранных стандартных условиях опыта лизирует соответственно 100 или 50% оптимально сенсибилизированных эритроцитов. Содержание К. может быть оценено также по его цитолитическому действию в системе лимфоциты - антилимфоцитарная сыворотка [Терасаки (Р. I. Terasaki), 1964]. К., не обладающий литической активностью, напр. К. лошади, быка, мыши, может быть определен в реакции агглютинации нагруженных К. сенсибилизированных эритроцитов с белком бычьей сыворотки - конглютинином (см. Конглютинация).

Индивидуальные компоненты К. титруют в гемолитическом тесте, используя для этого специальные реагенты, которые представляют собой препараты свежей сыворотки морской свинки, лишенные только титруемого компонента, а остальные компоненты содержащие в избытке. В качестве субстратов для титрования могут быть использованы также соответствующие промежуточные продукты гемолиза. Широкое применение нашли иммунохим, методы титрования с использованием анти-сывороток к чистым компонентам К.

Содержание К. в сыворотках животных различных видов, по данным гемолитического титрования, сильно варьирует. Наиболее высокий его титр, достигающий 200 СН50 на 1 мл, определен у морских свинок. В1 мл сыворотки человека содержится в среднем 70, а кролика 20 СН50 [Одран (R. Audran), 1959, 1960]. Однако титры К. в гемолитическом тесте не всегда соответствуют его истинному содержанию. Так, К. некоторых видов не лизирует сенсибилизированные бараньи эритроциты, хотя связывается с ними. Гемолитическая активность К. разных видов неодинакова при испытании в различных гемолитических системах [Бойд (W. С. Boyd), 1969].

Биол, свойства К. различных видов в значительной степени определяются содержанием в них индивидуальных компонентов. Видовые различия особенно выражены по содержанию С2 и C4. Эти компоненты полностью отсутствуют или содержатся в очень низких титрах в сыворотках лошади, быка, мыши, К. которых не обладает литической активностью. Для сывороток всех видов характерно высокое содержание С1. Содержание компонентов К. в сыворотке человека определено в весовых единицах.

Индивидуальные колебания уровня и состава К. у здоровых людей в возрасте 8-35 лет незначительны и не зависят от группы крови и резус-фактора. Обычно у женщин содержится на 10% меньше К., чем у мужчин, а у новорожденных и беременных женщин его содержание снижено в среднем на 30% [Гюмбретье (J. Gumbreitier) с соавт., 1960, 1961]. Отмечена тенденция к повышению уровня К. в возрасте между 35 и 60 годами.

Содержание К. в сыворотках больных зависит от характера заболевания. При большинстве острых инфекций гнойной этиологии, а также при стафилококковой бактериемии в начальный период наблюдается повышение титров К. Предполагают, что оно связано с активацией клеток ретикулоэндотелиальной системы, в частности макрофагов, синтезирующих С2, С4, С5. В период элиминации антигенов с участием антител титры К. снижаются и достигают нормы при выздоровлении. При ряде заболеваний, поражающих клетки паренхимы печени, напр, циррозе, гепатите, хрон, холецистите, нарушается синтез СЗ-, С6-, С9- и C1-ингибитора, что приводит к снижению общего уровня К. Как правило, уровень К. снижается при аллергических состояниях, аутоиммунных заболеваниях и болезнях иммунных комплексов за счет связывания К. циркулирующими в крови и связанными в тканях иммунными комплексами. Описаны случаи дефицита по отдельным компонентам К., сопровождающегося различными патол, состояниями.

Система К. активна в организме и в свежевыделенных сыворотках. К. инактивируется в течение 2-4 дней при хранении сывороток в холодильнике (t° 5°), а в результате прогревания сывороток при t° 56° - в течение 20 мин. Описана инактивация К. под действием различных физ. факторов - солнечного света, ультрафиолетового излучения, встряхивания, при действии хим. агентов - слабых р-ров кислот, щелочей, органических растворителей, протеолитических ферментов (Л. С. Резникова, 1967). Активность К. длительное время сохраняется в лиофильно высушенных сыворотках, при добавлении к свежим сывороткам сернокислого натрия (5%) и борной к-ты (4%), в сыворотках, хранящихся при температуре -40° и ниже.

Способность К. включаться в состав иммунных комплексов используют для обнаружения антител и антигенов (см. Антиген - антитело реакция , Реакция связывания комплемента). Однако надо иметь в виду, что многие антисыворотки и некоторые антигены связывают К. неспецифически. Явление это, названное антикомплементарным действием, выражается в снижении гемолитической активности К. Оно может быть обусловлено примесью в титруемых препаратах агрегированных глобулинов, липополисахаридов или протеолитических ферментов, а также бактериальными загрязнениями препаратов (Бойд, 1969). Повышенная способность антител некоторых индивидуумов внутри одного вида к неспецифической фиксации К. называется девиабилитетом, а антитела, обладающие этим свойством,- девиабильными.

Исследование процесса активации К., выяснение биол, свойств продуктов активации компонентов К., уровня К. в норме и при различных заболеваниях позволяет понять его защитную функцию и его роль в повреждении тканей. Эти знания необходимы, в частности, для разработки научно обоснованных методов предупреждения и лечения болезней, обусловленных активацией системы К.

Определение титров К. при различных заболеваниях в динамике имеет практическое значение, т. к. является показателем иммунол, состояния организма, эффективности леч. мероприятий и имеет прогностическое значение.

Библиография: Бойд У. Основы иммунологии, пер. с англ., с. 346, М., 1969; Воспаление, иммунитет и гиперчувствительность, под ред. Г. 3. Мовэта, пер. с англ., с. 422, М., 1975, библиогр.; Кульберг А. Я. Иммуноглобулины как биологические регуляторы, с. 106, М., 1975, библиогр.; КэботЕ. иМейер М, Экспериментальная иммунохимия, пер. с англ., с. 140, М., 1968, библиогр.; P e з н и к о-в а Л. С. Комплемент и его значение в иммунологических реакциях, М., 1967, библиогр.; A u s t e n К. F. a. o. Nomenclature of complement, Bull. Wld Hlth Org., v. 39, p. 935, 1968; Col ten H. R. Biosynthesis of complement, Advanc. Immunol., v. 22, p. 67, 1976, bibliogr.; Comprehensive immunology, ed. by N. K. Day a. R. A. Good, v. 2, N. Y., 1977; Muller-Eberhard H. J. Complement, Ann Rev. Biochem., v. 44, p. 697, 1975, bibliogr.; Yogt W. Activation, activities and pharmacologically active products of complement, Pharmacol. Rev., v. 26, p. 125, 1974, bibliogr.

И. А. Тарханова.

ЗАОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ПОСЛЕДИПЛОМНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЗАОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ПОСЛЕДИПЛОМНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

К. П. Кашкин, Л. Н. Дмитриева

БЕЛКИ СИСТЕМЫ КОМПЛЕМЕНТА: СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ (Лекция)

Кафедра иммунологии Российской медицинской академии последипломного образования Минздрава РФ, Москва

Защита организма от чужеродных агентов осу­ществляется с участием множества так называе­мых антигеннеспецифиче-ских клеточных и гумо­ральных факторов имму­нитета. Последние пред­ставлены различными бел­ками и пептидами крови. присутствующими также и в других жидкостях орга­низма. Гуморальные анти-геннеспецифические фак­торы иммунитета или са­ми обладают антимикроб­ными свойствами или спо­собны активировать дру­гие гуморальные и клеточ­ные механизмы иммунной защиты организма.

В 1894 г. В. И. Исаев и Р. Пфейффер показали, что свежая сыворотка крови иммунизированных животных обладает бакте-риолитическими свойствами. Позднее этот антимикробный сы-вороточный фактор был назван алексином (греческий alexo - защищаю, отражаю), или комплементом и охарактеризован как термолабильный фактор, обеспечивающий лизис микробов в иммунной сыворотке, а также лизис сенсибилизированных ан­тителами эритроцитов.

Согласно современным представлениям, комплемент - это система сывороточных белков, которая может активиро­ваться в результате взаимодействия некоторых инициальных компонентов системы с комплексами антиген-антитело или с другими активирующими систему молекулами.

Белки системы комплемента представлены 13 гликопротеи-нами плазмы крови. Регуляция системы осуществляется семью белками плазмы крови и множеством связанных с мембранами клеток белков и рецепторов.

В литературе систему комплемента обозначают латинской буквой С", отдельные же компоненты - дополнительно араб­скими цифрами (Cl, C2, СЗ и т. д.) или заглавными буквами (факторы: В, D): субъединицы комплемента, а также продукты расщепления или активации белков системы - дополнительно малыми латинскими буквами (например: Clq, СЗа, СЗЬ и т. д.);

активированные формы компонентов комплемента могут обозна­чаться штрихом сверху (Cl , СЗ, В и т. д.). Нумерация компо­нентов С" соответствует хронологии их открытия и не всегда сов­падает с последовательностью вовлечения компонентов в реак­цию активации системы комплемента.

Активация системы комплемента происходит в результате взаимодействия некоторых циркулирующих в крови белков системы комплемента с активирующими систему агентами. Та­кое взаимодействие изменяет конформационную структуру мо­лекул соответствующих компонентов комплемента, так что у белковых молекул вскрываются участки, способные взаимодей­ствовать с последующими компонентами системы, фиксиро­вать их и иногда расщеплять.

Такой "каскадный" тип активации характерен как для системы комплемента, так и для многих других бел­ковых систем крови. При активации системы компле­мента происходят "потребле­ние" растворимых в плазме нативных белков компле­мента и их фиксация на раз­личных нерастворимых но­сителях (агрегаты молекул, поверхности клеток и т. д.).

Классический путь активации системы комплемента

Известны два главных пути активации компле­мента - классический, от­крытый первым, и альтер­нативный, установленный позднее. Классический путь отличается от альтернатив­ного тем, что активация системы инициируется Clq-субком-понснтом комплемента, в результате взаимодействия Clq с Fc-фрагментом конформационно измененных IgG и IgM крови. Конформационые изменения Fc-фрагментов у IgG и IgM воз­никают при взаимодействии этих иммуноглобулинов крови с антигенами, а также искусственно в результате термической (63°С, 10 мин) или химической (диазобензидин) обработки им­муноглобулинов.

В зависимости от той роли, которую играют отдельные компоненты комплемента в процессе активации и обеспече­нии функции системы, белки комплемента можно условно разделить на несколько блоков: распознающий (Cl), активи­рующий систему (C2, С4, СЗ) и атакующий мембраны клеток (С5, С6, С7, С8, С9). Свойства белков, входящих в эти блоки, суммированы в табл. I. Активация системы комплемента клас­сическим способом начинается с Clq-субкомпонента компле­мента, конформационные изменения молекул которого "запус­кают" этот процесс (рис. 1). Clq является сывороточным глико-протеином, построенным из 18 полипептидных цепей трех ти­пов: А, В и С. Цепи А, В и С со стороны N-концов цепочек собраны вместе, образуя шесть глобулярных головок. Сами А-, В- и С-цепочки с помощью дисульфидных связей удерживают­ся друг с другом, формируя шесть подобных коллагену трой­ных спиралей. С-концы полипептидных цепочек всех шести спи­ралей Clq удерживаются вместе. По форме молекула Clq напо­минает моллюска с шестью щупальцами (рис. 2). Как и у колла­гена, в составе Clq в больших количествах содержатся глицин, гидрооксипролин и гидрооксилизин. Около 8% массы Clq со­ставляют углеводы, среди которых доминируют гликозилгалак-тозильные остатки. Clq не обладает энзиматической активно­стью, но с помощью своих шести коллагеноподобных трехспи­ральных нитей - "щупалец" - взаимодействует как с циркули­рующими в крови комплексами из С1г- и Cls-субкомпонентов комплемента (участки нитей между глобулярными головками и центральной частью молекулы Clq), так и с Fc-участками кон­формационно измененных молекул IgG и IgM (глобулярные го­ловки на свободных концах шести нитей Clq). Изолированный из крови Clr-компонент комплемента представляет собой ди-мер (С1Гз), При рН 5,0 диссоциирующий на две мономерные молекулы С1г. Каждый мономер С1г представлен полипептид-ной цепью из 688 аминокислотных остатков. Полипептидная цепь мономера образует на конечных участках молекулы по одному домену. При димеризации участок контактного связы­вания мономеров располагается между этими доменами так, что димер С1гз имеет форму асимметричной "X". Активированный С1г2 является сериновой протеазой и в построении активного

Рис. 1. Классический путь активации системы комплемента.

а - компоненты комплементз в водной фазе; б - компоненты комплемента, иммобилизованные на мембранах клеток; Аг - антигены на мембране клеток; at - антитела к соответствующим антигенам классов IgM и IgG; МАК. - мембраноатакующий комплекс.

Термин «комплемент» впервые был предложен Borclet в результате наблюдения, что для реализации ряда иммунологических эффектов (гемолиз, бактерицидность) наряду с антителами необходим сывороточный фактор, разрушающийся при нагревании до +56°С. За 70 лет изучения комплемента было установлено, что он представляет собой сложную систему из 11 сывороточных белков, активность которых регулируется по меньшей мере таким же количеством факторов. Комплемент представляет собой систему каскадно действующих высокоэффективных протеаз, которые последовательно активируются за счет отщепления или присоединения пептидных фрагментов и в конечном счете приводит к бактериолизису или цитолизу. По сложности система комплемента сопоставима с системой свертывания крови, с которой связана, как и с системой кининов, функциональными связями. В филогенезе система комплемента появилась раньше иммунной системы. Онтогенетически это проявляется в том, что уже 6-недельный плод способен синтезировать отдельные компоненты системы, а с 10-й недели можно выявить гемолитическую активность синтезированных факторов, хотя нормальные концентрации всех С-компонентов определяются только в течение первого года после рождения. Из общего количества сывороточных белков на систему комплемента приходится около 10%. Она является основой защитных сил организма. Функциональные дефекты системы комплемента могут приводить к тяжелым рецидивирующим инфекциям и патологическим состояниям, обусловленным иммунными комплексами. Существует прямая функциональная связь между системой комплемента и фагоцитарной системой, поскольку прямое или опосредованное через антитела связывание компонентов комплемента с бактериями является необходимым условием фагоцитоза (опсонизация микроорганизмов). Комплемент - это доминирующий гуморальный компонент реакции воспаления, поскольку его продукты являются хемотаксинами и анафила-токсинами, оказывающими выраженное воздействие на фагоциты, обмен веществ и систему свертывания крови. Таким образом, комплемент относят к важным элементам системы резистентности, а также эффективного звена гуморального иммунитета. Кроме того, система комплемента включает важные факторы регуляции иммунного ответа.

Синтез и метаболизм С-факторов . Образование С-факторов происходит преимущественно в печени, костном мозге и селезенке. Особое положение занимает С1, который синтезируется, по-видимому, в эпителии тонкого кишечника. Макрофаги играют определяющую роль в синтезе компонентов комплемента, что отражает тесную филогенетическую связь между этими двумя системами. Непрерывное использование С-факторов в организме и высокий уровень их катаболизма определяют необходимость их непрерывного синтеза, причем скорость синтеза относительно высока. Для С3, например, ежечасно синтезируется 0,5-1,0 мг белка на 1 кг веса. Как активация и ингибирование, так и потребление и синтез находятся в лабильном равновесии. При этом сывороточные концентрации отдельных факторов, с одной стороны, и содержание фрагментов и продуктов расщепления - с другой, дают возможность оценить состояние и уровень активации всей системы.

С-факторы состоят, как правило, из нескольких полипептидных цепей. С3, С4 и С5 синтезируются в виде одной полипептидной цепи, в результате протеолитического расщепления которой образуются либо С3 и С5, либо только С4. Полипептидные цепи С1 и С8 синтезируются раздельно. Глюкозилирование осуществляется непосредственно перед секрецией и является необходимой предпосылкой этого процесса.

Снижение синтеза компонентов комплемента наблюдается при тяжелых заболеваниях печени, уремии и использовании высоких концентраций кортикостероидов, затрагивая преимущественно С3, С4 и С5. Сниженная концентрация С3 в сыворотке определяется также при хронической иммунокомплексной патологии за счет активации альтернативного пути с усиленным расходом этого компонента. Одновременно может происходить снижение синтеза этого компонента, что свидетельствует о существовании отрицательной обратной связи регуляции его синтеза через C3d.

Механизмы активации системы комплемента . Активация после начального этапа может развиваться в нескольких направлениях:

Классический путь активации комплемента, начиная с С1;

Альтернативный путь активации комплемента, начиная с С3;

Специфическая активация комплемента с образованием различных продуктов расщепления.

I. Классический путь активации системы комплемента. Классический путь активации комплемента - это иммунологически обусловленный процесс, инициированный антителами. Иммунологическая специфичность обеспечивается взаимодействием антител с антигенами бактерий, вирусов и клеток. Реакция антиген-антитело связана с изменением конфигурации иммуноглобулина, что приводит к формированию места связывания для Clq на Fc-фрагменте вблизи шарнирного участка. Связываться с С1 могут иммуноглобулины. Активация С1 происходит исключительно между двумя Fc-фрагментами. Поэтому каскад активации может быть индуцирован даже одной молекулой IgM. В случае антител IgG необходимо соседство двух молекул антител, что накладывает жесткие ограничения на плотность эпитопов антигенов. В связи с этим IgM является гораздо более эффективным инициатором цитолиза и иммунной опсонизации, чем IgG. Количественно эта оценка соответствует величине 800:1. Сам процесс активации комплемента можно разделить на определенные этапы:
1- распознавание иммунных комплексов и образование С1;
2 - образование С3-конвертазы и С5-конвертазы;
3 - образование термостабильного комплекса С5b, 6,7;
4 - перфорация мембраны.

Перфорация мембраны . Каждый образовавшийся комплекс С5b, 6,7 независимо от связывания с мембраной или экранировки S-белком соединяется с 1 молекулой С8 и 3 молекулами С9. Свободный С5b-С9-комплекс действует гемолитически, тогда как комплекс с S-белком этим действием не обладает. Два ассоциированных с мембраной С5b-С9-комплекса образуют в мембране кольцевую пару, что приводит к резкому изменению осмотического давления в клетке. Если эритроциты высокочувствительны к образованию такого дефекта мембраны, то ядросодержащие клетки способны к репарации дефектов этого типа и обладают определенной резистентностью к атаке комплемента. В связи с этим определяющим при взаимодействии комплемента с мембраной является общее количество связавшихся с клеткой молекул Clg, которое зависит от количества и класса связавшихся с клеткой антител. Среди бактерий существуют виды, устойчивые к действию комплемента. В этом случае решающим оказывается эффект опсонизации микроорганизмов с последующим фагоцитозом. Определенную роль при атаке комплементом грамотрицательных бактерий играет лизоцим. Некоторые особенности активации комплемента вытекают из общих закономерностей и определяются начальной активацией С1 растворимыми или преципитированными иммунными комплексами. Реакция протекает идентично вплоть до образования комплекса С5b, 6,7, что приводит к продукции хемотаксических факторов и анафилатоксинов. Аналогичные процессы происходят при внутривенном введении агрегированного IgG. Клинические проявления при этом могут варьировать от сывороточной болезни до анафилактического шока. Сочетание в составе растворимых иммунных комплексов Fc-фрагментов с адгезивными компонентами С5b, 6,7 может приводить к их отложению на клетках эндотелия и ассоциации с клетками крови, обусловливая целый ряд системных поражений. Такие иммунокомплексные механизмы создают основу для аллергических реакций типа III, каскада реакций активации комплемента, лавинообразному вовлечению в реакцию компонентов комплемента с нарастанием количества фармакологически активных фрагментов.

Альтернативный путь активации комплемента . При альтернативном пути активации комплемента в реакциях не участвуют факторы С1, С4, С2. Активация начинается при расщеплении С3 на фрагменты С3а и С3b. Дальнейшее течение процесса идентично классическому пути.

Pillemer впервые описал Mg+ зависимую «систему пропердина», в которой С3 был активирован зимозаном (полисахаридом) без участия антител. Другие нерастворимые полисахариды также могут выступать в роли активаторов (инулин, высокомолекулярный декстран), кроме того, активаторами могут служить бактериальные эндотоксины, агрегированные IgG4, IgA и IgE, иммунные комплексы с F фрагментами, протеазы (плазмин, трипсин), фактор яда кобры, С3b. При альтернативном пути активации действуют две С3-конвертазы. С3Вb обладает незначительной активностью и появляется при взаимодействии С3 с В, D и пропердином. С3Вb отделяет незначительное количество С3b, которое ведет к образованию высокоактивной конвертазы С3b, результатом действия которой является С3b. Возникает положительная обратная связь, значительно усиливающая реакцию. Подавление такого самопроизвольного усиления осуществляется за счет С3b-INA, который ингибирует образующийся в растворимой форме С3b. Фактор яда кобры является функциональным и структурным аналогом С3b, однако не ингибируется С3b-INA. Эндотоксины и полисахариды активируют пропердин и тем самым создают условия для связывания и стабилизации С3b, который ингибируется С3b-INA только в свободном состоянии. Определяющим этапом в альтернативном пути активации является образование С3b, который переносится на активированную поверхность. Процесс начинается связыванием С3b с В, причем этот этап зависит от присутствия Mg2+. С3bВ активируется за счет D в комплекс С3b Вb. Пропердин связывает С3b и таким образом стабилизирует спонтанно диссоциирующий комплекс Вb. Специфическим ингибитором альтернативного пути является В1Н. Он конкурирует с фактором В за связь С3b, вытесняя его из комплекса С3bВ и делая С3b доступным для действия С3b-INA. Цитолитическая активность альтернативного пути полностью определяется свойствами оболочки микроорганизмов и клеточной мембраны. Гликопротеины и гликолипиды, содержащие концевые остатки сиаловой кислоты придают мембране устойчивость к действию активированного по альтернативному пути комплементу, тогда как обработка нейраминидазой отменяет эту резистентность и делает клетки высокочувствительными. Сиаловые кислоты играют важную роль в резистентности микроорганизмов. Большинство видов бактерий не содержит в составе оболочки сиаловых кислот, однако многие патогенные виды их имеют. Антитела могут изменять свойства поверхности и таким образом повышать чувствительность мишеней к комплементу. Важным этапом в активации поверхности является связывание пропердина, в результате чего возникает высокоаффинный рецептор для С3b и одновременно образуется стабильный комплекс С3Вb. В связи с этим различают два вида активаторов альтернативного пути: 1) пропердинзависимые активаторы (полисахариды, эндотоксины, антитела); 2) пропердиннезависимые активаторы (фактор яда кобры, протеазы).

С5-конвертаза альтернативного пути активации возникает в результате связывания С3b с комплексом С3Вb в рамках механизма усиления, а последующее течение процесса соответствует классическому пути активации.

Альтернативная активация комплемента - это важный компонент системы неспецифической резистентности к бактериям, вирусам и одноклеточным микроорганизмам. Переход от неспецифической защиты к реакциям, опосредованным антителами, осуществляется плавно, либо оба процесса протекают параллельно. В качестве патогенетического звена альтернативная активация комплемента принимает участие во многих заболеваниях. Примерами могут служить:
- мембранопролиферативные нефриты с гипокомплементемией;
- острый гломерулонефрит после стрептококковой инфекции ;
- нефриты при СКВ ;
- болезнь голубеводов;
- грибковые инфекции;
- септицемии с шоком, обусловленным эндотоксинами;
- ночная пароксизмальная гемоглобинурия;
- парциальная липодистрофия.

Альтернативный путь наблюдается также в части случаев активации комплемента по классическому пути. При нефритах выявляется фактор C3NeF, который представляет собой комплекс аутоантител с С3bВb, резистентный к действию р1Н и функционирующий как С3-конвертаза. Эндотоксины за счет липида А являются эффективными активаторами не только альтернативного пути активации комплемента, но и системы свертывания, а также кининовой системы. Активация фактора XII играет при этом определяющую роль.

Неспецифическая активация комплемента . Неспецифическая активация комплемента может осуществляться протеазами (трипсин, плазмин, калликреин, лизосомные протеазы и бактериальные ферменты) на каждой стадии от С1 доС5. Исходный активированный фактор является гораздо более эффективным по сравнению с индуцирующей протеазой, причем при активации в жидкой фазе активация может начаться сразу в нескольких процессах. Возникают анафилатоксины, которые, помимо гемолитического действия, дают полную картину шока при остром панкреатите и тяжелых инфекциях. Неспецифическая активация является одним из компонентов острого воспаления.

Механизмы регуляции системы активации комплемента

I. Ингибирующие механизмы . Каждый этап каскада активации комплемента находится в равновесии с неактивированным состоянием. Ярко выраженные фармакологические эффекты продуктов активации требуют регуляции на различных уровнях.

В качестве лимитирующего фактора в системе активации по классическому пути выступает С2, который присутствует в наиболее низкой концентрации.

Другой ограничивающей группой факторов служит необходимость взаимодействия Clq с двумя Fc-фрагментами антител и возможность доступа к образовавшимся участкам связывания активаторов и субстратов реакции (С2а, С4b, С3b, и т. д. до С9). Нестабильность С2а, С4b, С5b и Вb в жидкой фазе препятствует неограниченному развитию реакции и обусловливает концентрацию процесса на активированной поверхности. Описаны специфические ингибиторы для Clr, Cls, C4b, С2, С3b, С6, С5b-6-7, Вb, С3а и С5а.

II. Стимулирующие механизмы . Наиболее важным механизмом усиления активации комплемента является положительная обратная связь, в результате которой появление С3b приводит к значительному ускорению образования этого продукта активации. Активированный пропердин стабилизирует Вb. Аналогичным образом реализуется эффект патологических аутоантител.

Биологические эффекты системы комплемента

I. Цитолиз и бактерицидность . Цитолиз и бактерицидность могут быть индуцированы следующим образом:
- иммунный цитолиз, обусловленный антителами IgM и IgG;
- СРВ (С-реактивный белок) - связь с последующей активацией комплемента;
- прямая активация пропердина через альтернативный путь активации клетками и бактериями;
- побочные эффекты при реакции иммунных комплексов;
- участие активированных фагоцитов.

II. Образование анафилатоксинов . Понятие «анафилатоксин» было впервые введено Friedberger. В данном случае имелся ввиду фрагмент С3а и фрагмент С5а, которые связываются на соответствующих рецепторах клеточной мембраны и обладают сходными фармакологическими эффектами:
- высвобождение гистамина и других медиаторов из тучных клеток и базофилов (С5а более эффективен по сравнению с С3а);
- сокращение гладкой мускулатуры и воздействие на микроциркуляцию (С3а эффективнее по сравнению с С5а);
- активация фагоцитов и секреция лизосомных ферментов (эффективность С3а и С5а сопоставима).

Нейтрализация вирусов . Система комплемента представляет собой важный фактор естественной резистентности против вирусной инфекции. Некоторые РНК-содержащие онкогенные вирусы способны непосредственно связывать Clq. Классическая активация комплемента в данном случае ведет к лизису инфекционного агента. Некоторые другие вирусы взаимодействуют с комплементом через СРВ. Кроме того, комплемент способен инактивировать вирус, находящийся в растворимом иммунном комплексе, что приводит к его опсонизации и фагоцитозу.

Противовирусное действие комплемента обусловлено следующими процессами:
- лизисом вируса за счет фрагментов от С1 до С9;
- агрегацией вируса за счет иммунных конглютининов;
- опсонизацией и фагоцитозом;
- блокадой вирусных лиганд для соответствующих рецепторов клеточной мембраны;
- блокадой пенетрации вируса в клетку.

Сам по себе комплемент не способен инактивировать пораженную вирусом клетку.

Разрушение иммунных комплексов . Появление иммунных комплексов, содержащих антитела класса IgG и IgM, связано с постоянной активацией комплемента. Активированные компоненты комплемента связываются с компонентами иммунных комплексов, включая как антитела, так и антигены, препятствуя тем самым образованию крупных агрегатов за счет стерических эффектов. Поскольку активация комплемента связана с появлением протеазной активности, происходит частичное разрыхление и расщепление образовавшихся агрегатов. Удаление продуктов распада из кровотока осуществляется благодаря опсонизации при помощи иммунофагоцитоза и иммуноэндоцитоза, в связи с чем важную роль играет доступность к связыванию с клеточными рецепторами ассоциированного с комплексами С3b. Отложившиеся в тканях иммунные комплексы удаляются также путем фагоцитоза, причем существенную роль в этом процессе играют плазмин и лизосомные ферменты.

Комплемент, свертывание крови и система кининов . Комплемент, система свертывания крови и система кининов тесно связаны между собой функционально. Речь идет о сложном комплексе механизмов, активация каждого из которых приводит к активации всего комплекса. Это отчетливо прослеживается при индуцированной эндотоксином реакции Санарелли-Швартцманна и состояниях, обусловленных иммунными комплексами. Калликреин, плазмин и тромбин активируют С1 и расщепляют С3, С5 и фактор В. Фактор ХIIА также может активировать С1, причем С1 расщепляется сначала плазмином, а затем продукты расщепления используются калликреином и фактором ХIIА. Активация тромбоцитов осуществляется через взаимодействие С3, фактора В, пропердина, фибриногена и тромбина. Активированные макрофаги и фагоциты - это важные источники тканевых протеаз и тромбопластина при всех видах воспаления. Активация всех трех систем происходит через активацию фактора XII (фактор Хагемана). С другой стороны, С1 = 1NН ингибирует как калликреин, так и фактор ХIIА. Таким же действием обладают ингибиторы протеаз - антитрипсин, макроглобулин и антихимотрипсин. В результате складывается система со сложной динамикой, которая может не только выполнять защитные функции, но и участвовать в патологических процессах.

Комплемент и опосредованные Т-клетками иммунные реакции . Система комплемента оказывает регуляторное действие как на Т-систему, так и на В-лимфоциты, причем в качестве основных медиаторов выступают фрагменты С3, фактор В и В1Н. На цитотоксических лимфоцитах (ЦТЛ) были выявлены ассоциированные с мембраной факторы и компоненты комплемента С5, С6, С7, С8 и С9. С другой стороны, изучение клеток-мишеней ЦТЛ с помощью электронного микроскопа показало, что в участке межклеточного контакта определяются структуры, аналогичные порам, формируемым при действии на мембрану факторов системы комплемента.

Диагностическое значение системы комплемента . Оценка системы комплемента направлена на решение следующих практических вопросов:
- участвуют ли в патогенезе заболевания активированные компоненты системы комплемента?
- имеются ли дефекты системы комплемента?

Для ответа на эти вопросы сначала проводят определение общей активности комплемента с помощью эритроцитов барана и инактивированной антисыворотки. В качестве источника комплемента используют исследуемую сыворотку в серийных разведениях и определяют титр, соответствующий 50% гемолизу. Результаты выражают в единицах СН50. Эритроциты кролика могут прямо активировать альтернативный путь активации комплемента и в этом случае активность исследуемой сыворотки измеряют в единицах АР 50. При остром и прогрессирующем потреблении комплемента, а также его дефектах наблюдается снижение активности комплемента. Для выявления дефекта по определенному фактору используются сыворотки, не содержащие изучаемый фактор, которые добавляют к исследуемой пробе. Используется также иммунохимическое определение отдельных компонентов системы комплемента (рокет-электрофорез и радиальная иммунодиффузия), однако этот подход не может заменить функциональных тестов, поскольку функционально неактивные аномальные белки и неактивные продукты расщепления могут привести к ошибочным определениям. Все исследуемые пробы следует сохранять до момента использования при температуре -70 °С. Изучение потребления комплемента может осуществляться с помощью радиоиммунного и иммуноферментного методов определения продуктов расщепления С3, С4 и В. Особое значение имеет количественный РИА для определения концентрации С5а, служащего показателем анафилактических реакций. При выявлении первичных и вторичных дефектов комплемента рекомендуется использовать следующую программу исследований:
- определение СН50, а возможно и АР50 для скрининга;
- количественное определение С4 и С3 для уточнения роли классического и альтернативного пути активации;
- подробный анализ Clq, С5, Р и других факторов.

В острой фазе воспаления, при опухолях и в течении послеоперационного периода активность комплемента повышена.

Комплемент при заболеваниях иммунной системы . Система комплемента играет важную роль при аллергических заболеваниях типа II (цитотоксические антитела) и типа III (иммунокомплексная патология, феномен Артюса). Роль комплемента подтверждается следующими данными:
- выраженное потребление комплемента (СН50 снижен, активность и концентрации факторов ниже нормы);
- появление продуктов распада компонентов в сыворотке (С4а, фрагменты С3, С5а);
- определяемые с помощью иммуногистохимического анализа специфических антител (анти-С3, анти-С4 и т. д.) отложения комплемента в тканях;
- выработка цитотоксических антител;
- свидетельства хронически повышенного расхода комплемента.

Характерными примерами могут служить следующие заболевания:
- острые вирусные инфекции (особенно часто проявляются эффекты иммунных комплексов при краснухе , кори , гепатите В, инфекции ЕСНО-вирусом);
- острые бактериальные инфекции (активация комплемента иммунными комплексами при стрептококковых инфекциях, например, при скарлатине ; активация альтернативного пути при инфекции грамотрицательными микроорганизмами или эндотоксином);
- гломерулонефрит;
- аутоиммунные гемолитические анемии ;
иммунные тромбоцитопении;
- системная красная волчанка;
- реакция обусловленного антителами отторжения трансплантата;
- ревматоидный артрит;
- сывороточная болезнь ;
- криоглобулинемия, амилоидоз , плазмоцитома.

При всех этих заболеваниях оценка комплемента не вполне информативна, равно как и при широком спектре хронических заболеваний. Однако изучение этой системы позволяет сделать заключение об индивидуальной динамике течения заболевания. Исследование комплемента обязательно при наличии в анамнезе частых бактериальных инфекций в связи с возможностью генетически обусловленных аномалий. Это справедливо также для СКВ, которая часто ассоциирована с врожденными дефектами системы комплемента.

«Московская государственная академия ветеринарной медицины

и биотехнологий им. К. И. Скрябина»

по дисциплине «Иммунология»

«Система комплемента. Функции компонентов системы, роль во врожденном и адаптивном иммунитете»

Выполнила:

студентка группы 3 курса

дневного отделения ФВМ

Москва 2008.

План:

Введение……………………………………………………………………….…………………………..3

Структура белков комплемента………………………………………………………………..……...….5

Активация комплемента………………………………………………………………………..……..…..6

Рецепторы комплемента…………………………………………………………..........................……..13

Биологические эффекты комплемента……………………………………………..…………………...15

Список используемой литературы……...…………………………………………...………………….20

Введение.

Система комплемента - сложный комплекс белков, представленных глав­ным образом во фракции β-глобулинов, насчитывающий, включая регуляторные, около 20 компонентов, на долю которых приходится 10 % белков сыво­ротки крови.

Номенклатура системы комплемента.

Белки альтернативного пути активации называют факторами и обозначают однобуквенными символами. В тексте слово фактор обычно сокращается до первой буквы F или вовсе опускается. Регуляторные белки чаще всего обозначают аббревиатурами названий их функциональной активности: например, белок, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы классического пути, имеет символ DAF (decay accelerating factor), или, по-русски, ФУД (фактор ускорения диссоциации).

Клеточные рецепторы, связывающие компоненты комплемента, названы по аббревиатурам своих лигандов (например, С5а-рецептор) или как маркерные молекулы в номенклатуре CD-системы. Отдельно пронумерованы рецепторы для главных фрагментов С3 как рецепторы комплемента типов 1, 2, 3 и 4 (CR1, CR2, CR3 и CR4). К сожалению, в результате этого некоторые рецепторы в современной литературе имеют по три синонима, например С3b-рецептор = CR1 = CD35.

Система комплемента относится к факторам врожденного иммунитета и включает в себя ряд белков, действующих последовательно, т. е. каскадом, в котором каждый фермент катализирует активность следующего. Наиболее важный компонент комплемента - это С3, присутствующий в плазме крови в той же концентрации (1-2 мг/мл), что и некоторые иммуноглобулины. Два главных пути активации комплемента отражают особенности его участия в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Классический путь связан с приобретенным иммунитетом, поскольку белок C1q взаимодействует с антителами , образовавшими комплекс с антигеном. Альтернативный путь активации комплемента относится к механизмам врожденного иммунитета, начинаясь иммуноне специфическим связыванием С3b с поверхностью микроорганизма.

Активность отдельных компонентов комплемента in vivo можно проиллюстрировать на примерах расстройств, вызванных недостаточностью этих белков. У таких больных наблюдается повышенная восприимчивость к рецидивирующим гнойным бактериальным инфекциям, а также к заболеваниям, для которых характерно повышенное образование аутоантител и иммунных комплексов. Эти наблюдения свидетельствуют о необходимости комплемента как для антибактериальной защиты, так и для устранения иммунных комплексов, которые иначе способны вызывать аутоиммунные заболевания и болезни иммунных комплексов.

В результате активации комплемента при воспалении происходят:

Опсонизация микроорганизмов и иммунных комплексов;

Активация лейкоцитов;

Лизис клеток-мишеней.

Опсонизация Это стимуляция фагоцитоза в результате прикрепления белков комлемента к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.). Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам, фагоцитарные клетки связывают мишени, что вызывает активацию фагоцитов и эндоцитоз или фагоцитоз мишеней.

Активация лейкоцитов Полиморфноядерные гранулоциты и макрофаги обладают специфическими рецепторами к мелким фрагментам белков комплемента, образующимся на поверхности мишеней в результате каскада протеолитических реакций. Диффундируя в окружающую среду, эти фрагменты привлекают фагоциты (направленное движение клеток, или хемотаксис) и, связываясь с ними, вызывают их активацию.

Лизис клеток-мишеней Протеолитический каскад комплемента завершается погружением гидрофобного «зонда» в липидный бислой мембраны клетки-мишени и ее последующим осмотическим разрывом и лизисом.

Комплемент способен отличать «свое» от «не-своего»

Структура белков комплемента.

Комплемент представляет собой си­стему каскадно-действующих пептид-гидролаз, получивших обозначение от С1 до С9. Установлено, что большая часть компонентов комплемента син­тезируется гепатоцитами и другими метками печени (около 90 %, СЗ, С6, С8, фактор В и др.), а также моноцита­ми/макрофагами (С1, С2, СЗ, С4, С5).

Белки системы комплемента относятся к различным суперсемействам. Белки, объединенные в одно суперсемейство - например иммуноглобулинов - имеют много общих структурных и функциональных свойств.

Классификация белков комплемента по суперсемействам позволяет лучше понять их структурные и функциональные взаимосвязи.

Фактор Н - белок плазмы крови с молекулой удлиненной конфигурации;

С4-связывающий белок - гептамерный белок плазмы, молекула которого имеет паукообразную форму;

Фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), - белок клеточной мембраны, закрепленный в ней на своеобразной гликофосфолипидной «ножке»;

Мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46) - трансмембранный белок, действующий как кофактор расщепления С3b:

Рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и 2 типа (CR2, CD21) - клеточные рецепторы, имеющие трансмембранные домены.

Семейство регуляторных белков комплемента кодирует группа тесно сцепленных генов, расположенных в хромосоме 1. При очевидных различиях структуры все эти белки содержат одинаковый домен, состоящий примерно из 60 аминокислотных остатков и названный коротким общим повтором. Этот домен может много раз встречаться в структуре каждой молекулы, образуя ее каркас и, возможно, определяя специфичность связывания. Синтез этих белков кодируют гомологичные, тандемно расположенные экзоны.

Составляющие это семейство шесть белков выполняют также ряд общих функций в активации комплемента: фактор Н, С4-bр, ФУД, МКБ и CR1 подавляют образование комплексов С4b2а и С3bВb, т. е. С3-конвертаз классического и альтернативного путей активации. Некоторые из этих белков имеют и другие общие функции, но не идентичные, а лишь частично перекрывающиеся. Такие функции включают: подавление связывания С2 с С4b и фактора В с С3b, индукцию диссоциации С2а от С4b и Вb от С3b, действие в качестве кофакторов фактора I - фермента, ответственного за катаболизм С3b и С4b.

Следует отметить, что короткие общие повторы имеются и в других белках, которые, однако, не взаимодействуют с белками комплемента; это рецептор для ИЛ-2, β 2 -гликопротеин I и фактор XIII системы свертывания крови.

Структура большинства белков комплемента «мозаична». Молекулярная основа родства белков внутри раз ных семейств становится яснее благодаря клони рованию их генов. По современным представле ниям, в ходе эволюции происходила многократ ная дупликация экзонов и их «перетасовка» меж ду различными генами. Находясь одновременно в составе разных генов, эти дуплицированные сегменты ДНК эволюционировали параллельно вательность и функцию, хотя в ряде случаев активность утрачена или приобретена новая .

Активация комплемента.

Существует три пути (механизма) активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный. Все они ведут к образованию конвертазы, расщепляющей С3 на С3а и С3b, - центральный момент любого из каскадов комплемента (рис. 1).

У позвоночных усложнение системы комплемента шло параллельно с повышением общего уровня организации, тканевой дифференцировки и совершенствования реакций врожденного и приобретенного иммунитета. Однако уже у круглоротых (миног и миксин) - низшего таксона ныне живущих позвоночных - система комплемента представлена альтернативным и лектиновым путями, а у эволюционно более продвинутых хрящевых рыб впервые появляется классический путь активации комплемента.

Конвертаза классического и лектинового путей представляет собой комбинацию фрагментов С4 и С2 - С4b2а, тогда как конвертаза альтернативного пути - это комплекс С3 с FB - С3bВb. Фрагмент С3b, который отщепляют от С3 обе конвертазы, связывается с мембраной мишени и становится фокусом дополнительного образования С3b - эта ступень каскада получила название петля усиления.

Рис. 1. Сопоставление классического и альтернативного путей активации комплемента

Присоединяя дополнительно молекулу С3b, обе С3-конвертазы могут превращаться в конвертазу С5, которая функционирует как катализатор на первой ступени каскада, ведущего к образованию лизирующего мембрану комплекса.

Классический путь активации комплемента.

Классический путь активации комплемента чаще всего запускается иммунными комплексами; роль первого ферментного комплекса в нем выполняет белок С1 (табл.1).

Предполагается, что многоточечное связывание сферических доменов C1q с входящими в иммунные комплексы молекулами IgG или IgM ведет к изменению конформации всего комплекса С1, вызывая автокаталитическую самоактивацию сначала одной, а затем и другой молекул C1r с превращением их в две молекулы активного фермента C1r, которые расщепляют обе молекулы С1s c образованием соответственно двух молекул C1s, обладающих активностью сериновой эстеразы.

Табл. 1. Активаторы комплемента.

Лектиновый путь активации комплемента.

Он почти идентичен классическому, но запускается независимо от антител.

Кроме того, C1q связывается непосредственно, т.е. без участия антител, с некоторыми микробами , в частности с микоплазмами и рядом ретровирусов (но не ВИЧ).

Под действием С1 происходит расщепление С4 с образованием активированного С4b

Белок С4 комплемента содержит внутреннюю тиоэфирную связь, участок расположения которой высокогомологичен тиоэфир-содержашему участку С3. При расщеплении С4 под действием C1s возникает два фрагмента: С4а. обладающий слабой анафилатоксической активностью, и более крупный (нестабильный, промежуточный), С4b*. (Звездочка указывает на нестабильное состояние молекулы, в которой активирован участок связывания). В течение нескольких миллисекунд С4b* подвергается атаке расположенных в непосредственной близости нуклеофильных групп. Большинство молекул С4b* гидролизуется с образованием инактивированного iC4b. Однако С4b* может образовывать ковалентные связи с амино- или гидроксигруппами молекул клеточной мембраны, превращаясь в связанный на поверхности С4b.

Известны два изотипа С4 - С4А и С4В. Их кодируют расположенные тандемно гены главного комплекса гистосовместимости. Активированный С4А взаимодействует преимущественно с аминогруппами, а С4В - с гидроксируппами, образуя соответственно амидные и эфирные связи. Таким образом, С4А связывается в основном с белками, а С4В с углеводами.

Связанный на клеточной поверхности С4b становится, в свою очередь, участком связывания для профермента С2 (в присутствии Мg 2+) . Связанный С2 служит субстратом для С1s, который расщепляет его с освобождением С2b, при этом более крупный фрагмент, С2а, остается присоединенным к С4b, в результате чего образуется С4b2а - ферментный комплекс, называемый С3-конвертазой классического пути.

Протеолитическое отщепление С3а от N - конца α-цепи С3 под действием С3-конвертазы приводит к конформационному изменению оставшейся части молекулы (т.е. С3b*), делающему внутреннюю тиоэфирную связь весьма нестабильной. Она становится новым участком связывания внутри С3b*, способным очень активно взаимодействовать с находящимися вблизи нуклеофильными группами. Как и в случае С4b*, большая часть молекул С3b* подвергается гидролизу, однако некоторые молекулы связываются с белками и углеводами, находящимися в непосредственной близости от места активации. Поскольку С3-конвертаза обычно образуется на чужеродной поверхности или на иммунных комплексах, С3b накапливается в основном там же. Затем связанный С3b становится фокусом дальнейшей активации комплемента по так называемой петле усиления альтернативного пути (рис. 2).

Рис. 2. Классический путь активации комплемента

Второй механизм состоит в подавлении образования С3-конвертазы классического пути, С4b2а. В жидкой фазе так действуют фактор I и С4-связывающий белок (С4-bр), вместе расщепляющие С4b. Кроме того, С4-bр вызывает диссоциацию С4b2а на С2а и С4b.

Активация по классическому пути регулируется также путем подавления взаимодействия комплемента с поверхностью клеток хозяина. Ингибирование осуществляют регуляторные белки комплемента: фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55), рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46). Эти белки действуют следующим образом:

Подавляют связывание С2 с С4b (ФУД или CR1);

Вызывают и ускоряют диссоциацию С4b2а на С2а и С4b (ФУД и CR1);

Действуют как кофакторы, стимулируя катаболизм С4b под действием фактора I (МКБ или CR1).

Существует самопроизвольная активация комплемента по альтернативному пути. «Холостая» альтернативная активацию комплемента постоянно поддерживает в плазме крови небольшую концентрацию С3b*.

Как классический, так и альтернативный путь активации комплемента приводит к появлению С3-конвертазы: С4b2а и С3bВb соответственно. Классический путь начинается с активации Cis комплексом антиген-антитело и последующего расщепления активированным С1s компонентов С4 и С2. фрагменты меньшего размера , С4а и С2b, высвобождаются, а более крупные образуют С4b2а. Компоненты С4 и С2 могут быть активированы также МАСП (маннан-связывающей лектин-ассоциированной сериновой протеиназой) - белком лектинового пути, аналогичным Cis, и МСЛ (сывороточным маннан-связывающим лектином). На первых этапах альтернативного пути возникший в результате «холостой» активации и связавшийся с поверхностью белок С3b соединяется с фактором В, от которого фактор D отщепляет меньший фрагмент - Ва. Больший фрагмент В, т.е. Вb, остается связанным с С3b, образуя С3bВb - С3-конвертазу, которая расщепляет дополнительное количество молекул С3 (механизм положительной обратной связи). Поверхность, активирующая комплемент (например, микроорганизмов), стабилизирует С3b, обеспечивая его связывание с фактором В. Это способствует дальнейшей альтернативной активации комплемента. С3-конвертазы классического и альтернативного путей могут дополнительно присоединять С3b, образуя ферментные комплексы, называемые С5-конвертазами (С4b2аЗb и С3bВbЗb соответственно), которые активируют следующий компонент системы комплемента - С5.

Поверхности, интенсивно активирующие комплемент, названы защитными, поскольку связанный с ними С3b защищен от протеолиза. Чужеродная поверхность, подобная мембране бактериальной клетки, «защищает» С3, поскольку, связавшись с ней, он проявляет более высокую афферентнность к фактору В, чем к фактору Н, и образует, вероятно, более стабильную конвертазу. Кроме того, на чужеродной поверхности отсутствуют регуляторные белки организма-хозяина, ингибирующие активацию комплемента.

Рис.4 Аналогичные этапы активации комплемента по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам

За первоначальным прикреплением одной молекулы С3b к «защитной» поверхности следует стадия амплификации, в результате которой в том же месте фиксируется много дополнительных молекул С3b. Ключевым моментом для быстрого накопления С3b служит образование мембраносвязанной С3-конвертазы.

«Петля усиления»

Петля усиления - это механизм положительной обратной связи в активации комплемента по альтернативному пути.

Комплекс С3bВbР расщепляет много все новых молекул С3. Поскольку конвертаза локализована на «защитной» поверхности, образующиеся молекулы С3b* будут связываться именно там, а не в каком-либо ином месте (рис. 5).

Петля усиления функционирует и в том случае , когда С3b фиксируется на поверхности в результате классической (зависимой от антител) активации комплемента.

Рис.5. «Петля усиления»

Регуляция механизма усиления чрезвычайно важна для организма. Если она не функционирует, усиление (как циклический процесс, протекающий по принципу положительной обратной связи) идет до полного расщепления всех молекул С3. (Впервые это наблюдали у больного с наследственным дефицитом регуляторного фермента - фактора I. В отсутствие фактора I петля усиления действует вплоть до превращения всех молекул С3 сыворотки больного в С3b).

На мембранах собственных клеток организма как ФУД, так и CR1 ускоряют диссоциацию комплекса С3bВb с высвобождением С3b. И CR1, и МКБ действуют как кофакторы расщепления С3b фактором I. Полностью аналогичным образом ФУД, МКБ и CR1 регулируют активность С4b2а (С3-конвертазы классического пути), когда она связана с клеточными мембранами.

Таким образом, судьба связанного на поверхности С3b - это наиболее важный этап в том неспецифическом механизме, с помощью которого система комплемента отличает «свое» от «несвоего». Для связанного С3b существуют две возможности:

Усиление: С3b связывает фактор В с образованием конвертазы, которая вызывает фиксацию все новых молекул С3b на той же самой поверхности.

Подавление: С3b расщепляется фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (из плазмы), CR1 или МКБ (связанного на поверхности).

Какая из этих возможностей реализуется, зависит от природы поверхности, связавшей С3b. Присутствие на аутологичной (в частности, клеточной) поверхности собственных молекул, таких как ФУД, CR1 и МКБ, эффективно ограничивает образование С3-конвертаз. Напротив, чужеродная поверхность, например мембрана бактериальной клетки, обеспечивает «защиту» для С3b, так как именно на ней фактор В имеет большую афферентность к С3b, чем фактор Н. В результате фиксация всего нескольких молекул С3b приводит к образованию относительно стабильной С3-конвертазы альтернативного пути - С3bВbР, ферментного комплекса, который вызывает связывание все новых молекул С3b в том же участке.

Конечная фаза активации комплемента это образование лизирующего мембрану комплекса.

Прежде чем подвергнуться расщеплению С5-конвертазой, С5 избирательно связывается с С3b в ее составе. С5-конвертаза классического пути - это трехмолекулярный комплекс, С4b2аЗb, в котором С3b, ковалентно присоединенный к С4b, обладает более высокой константой связывания с С5, чем С3b, связанный с другими молекулами клеточной поверхности. С5-конвертаза альтернативного пути представляет собой также трехмолекулярный комплекс - С3bВbЗb, в котором один С3b ковалентно связан с другим. При расщеплении С5 высвобождается небольшой пептидный фрагмент С5а - высокоактивный анафилатоксин.

Лизирующий мембрану комплекс образуется путем неферментативной сборки С5b-9

Последующее формирование ЛМК происходит без участия ферментов. Компонент С5b связывается с С6 с образованием С5b6, который взаимодействует с С7, образуя комплекс С5b67. В результате связывания С7 гидрофильный С5b6 превращается в гидрофобный комплекс С5b67, способный преимущественно встраиваться в липидный бислой. К этому комплексу присоединяется С8 и затем последовательно до 14 мономеров С9. В результате формируется литический «зонд», или порообразующая молекула, первые электронные микрофотографии которой получили Хамфри и Дурмашкин. Хотя после присоединения С8 к С5b67 комплекс уже проявляет незначительную литическую активность, полное ее развитие зависит от полимеризованного С9.

Сформированный гидрофобный комплекс С5b67 способен самопроизвольно внедряться в мембраны других клеток, расположенных вблизи от клеточной поверхности , где происходит первичная активация комплемента. Этот процесс «реактивного лизиса» в отсутствие регуляции способен принести вред собственным тканям организма. Ряд белков может угнетать «реактивный лизис» путем связывания с С5b67 в жидкой фазе, прежде чем произойдет его фиксация на мембранах собственных клеток организма. Из таких белков в плазме крови в наибольшей концентрации содержится S-белок, или витронектин. Образуемый им комплекс SC5b67 лишен способности внедряться в двойной липидный слой; такая способность отсутствует также и у комплекса С5b678, поскольку он связывается с липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), если присоединение С8 к С5b67 происходит в жидкой фазе.

Мембрана клеток организма-хозяина содержит белки, защищающие ее от лизиса под действием ЛМК.

Примечательно, что клетки, имеющие ядро, в частности клетки собственной иммунной системы организма, более эритроцитов устойчивы к комплемент-зависимому лизису благодаря способности активно удалять ЛМК путем эндоцитоза и экзоцитоза тех фрагментов мембраны, в которые он проник.

А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.

Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b).

В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .

Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.

Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.

С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).

С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).

Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Для осуществления бактериолиза или цитолиза требуется активация компонентов комплемента от СЗ до С9 по классическому или альтернативному пути. В роли опсонинов выступают большие фрагменты СЗб, С4б - адсорбируясь на поверхности клеток, они усиливают фагоцитарную реакцию, способствуют иммунному прилипанию комплекса АГ-АТ-комплемент к поверсности иммунокомпетентных клеток (В-лимфоциты). Низкомолекулярныё фрагмента -полипептиды - СЗа, С5а способствуют высвобождению биогенных аминов (гистамина, серотонина) из тучных клеток, вызывают сокращение гладкой мускулатуры, повышают сосудистую проницаемость, вызывают хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления. Компоненты CI-C4 нейтрализуют некоторые вирусы. Синтез белков комплемента осуществляется клетками системы мононуклеарных фагоцитов, фибластов, печенью. У человека встречаются генетические дефекты по большинству компонентов комплемента. Клинически они проявляются в форме синдрома системной красной волчанки, рецидивирующих пиогенных инфекций, ангионевротическим отеком.

Данные о функциональной активности белков комплемента и их концентрации дают очень важную информацию о протекании заболевания, могут быть использованы для оценки тяжести течения, эффективности терапевтических мероприятий, прогноза заболевания.

Методы исследования системы комплемента

I. Определение общей гемолитической активности классического пути. Сыворотку крови разводят физиологическим раствором 1:10 и вносят в пробирки в объеме от 0,05 до. 0,5 мл. Объем проб доводят до 1,5 мл физиологическим раствором и вносят по 1,5 мл гемолитической системы (смесь равных объемов 3% взвесей бараньих эритроцитов и гемолитической сыворотки). Пробирки инкубируют при 37°С 45 минут,- охлаждают при 4°С для остановки реакции и центрифугируют при 1500 оборотов 4-5 минут. После центрифугирования определяют объем сыворотки, вызывающий лизис 50% сенсибилизированных эритроцитов (условную гемолитическую единицу активности комлемента - СН 50), затем рассчитывают количество СН 50 на мл цельной сыворотки. У здоровых людей титр комлемента (СН 50 на мл) составляет примерно 40-60 СН 50.

Гемолитическую активность альтернативного пути комлемента определятт также, но вместо сенсибилизированных бараньих эритроцитов используют несенсибилизированные кроличьи эритроциты и физиологический раствор, содержащий ионы Mg, но без Са для блокирования классического пути активации.

2.Определение функциональной активности отдельных компонентов. Этот метод позволяет определить численность функционально активных молекул в I мл сыворотки крови. Для этого к сенсибилизированным эритроцитам добавляют реагент на определенный компонент комплемента (в качестве реагента используют либо смесь компонентов комлемента, исключая искомый, либо сывоттку крови, лишенную активности этого компонента. Сыворотку для титрования компонентов классического пути разводят в 40-50 -раз, а альтернативного - в 5-7 раз. Таким образом можно уста­новить дефект определенных компонентов и определить профиль комплемента при различных заболеваниях.

3. Иммунохимическое определение концентрации компонентов комплемента. Данный метод исследования позволяет определить концентрацию каждого из белков комплемента, используя антисыворотки (антитела) к ним. Концентрация белков выражается в г\л. Для определения используют метод радиальной иммунодиффузии в arapе.

4 Определение активности комплемента и его компонентов методом радиального гемолиза в агаровом геле. Гемолитическую систему смешивают с расплавленным агаром в соотношении 1:7 и быстро выли­вают в стерильные чашки Петри. После застывания в агаре проделывают лунки диаметром 4.мм- (до 15 лунок на 1-ой чашке). Лунки заполняются испытуемыми сыворотками и помещают чашки в холодильник при 4°С на 21 час для диффузии белков комплемента в агар. Затем чашки помещают в термостат на 60 минут для проявления зон гемолиза. Критерием активности комплемента служит квадрат диаметра зон гемолиза.