Где синтезируются белки системы комплемента. Биологические функции комплемента

Комплемент - это система, состоящая из собственно белков комплемен-та, мембранных рецепторов к комплементу, плазменных и мембранных регуля-торов активности комплемента.

Белки системы комплемента

Собственно белки комплемента — это ряд гликопротеиновых и белковых фак-торов плазмы крови, включающий 9 различных компонентов. Они образуют мульти ферментный молекулярный каскад, при котором продукт одной реакции является субстратом для последующей. При этом происходит постепенное на-ращивание литического потенциала и первоначально слабый инициирующий стимул приводит к мощному конечному противомикробному эффекту.

Рецепторы к системе комплемента

Различают 4 типа рецепторов к компонентам комплемента (complement receptor, CR — I, II, Ш, IV). Рецептор первого типа (CR,) содержится на поверхности антигенпрезентирующих клеток и эритроцитов. Он опосредует захват патогена, к которому присоединены опсонины C3b и C4b. Связывание эритроцитами им-мунных комплексов обеспечивает их транспорт в печень и селезенку, где содер-жатся макрофаги. Рецептор второго типа (CR II) экспрессируется на В-лимфоцитах и фолликулярных дендритных клетках . Он принимает участие в фиксации ука-занными клетками: иммунных комплексов в зародышевых центрах фолликулов лимфатических узлов, обуславливая дальнейший соматический гипермутагенез иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов и формирование В-клеток па-мяти. CR III и CR IV по своей природе принадлежат к β 2 -интегринам (ад-гезионным молекулам) и являются специфическими к iC3b (инактивированного под влиянием фактора Н) и С3d. Указанные рецепторы содержатся преимущест-венно на фагоцитах и выполняют двоякую функцию. Во-первых, они способству-ют миграции фагоцитов в очаг воспаления , поскольку могут взаимодействовать с адгезионными мембранными молекулами ICAM-1 и ICAM-2, экспрессия ко-торых на клетках тканей является одним из ориентиров для направленного перемещения. Во-вторых, фагоциты, проникая в очаг благодаря именно CR III CR IV , распознают компоненты комплемента, что способствует фагоцитозу меченною опсонинами патогена.

Ингибиторы системы комплемента

Наряду с многочисленными компонентами комплемента в плазме крови цир-кулируют белки со свойствами антагонистов, которые ограничивают активацию системы комплемента во время обезвреживают патогена. Один из наиболее важных — ингибитор первого компонента (С1-ингибитор), дефицит которого обуславливает повышенный риск развития наследственного ангионевротическо-го отека. Так называемый фактор Н обеспечивает инактивацию C3b, способствуя его дальнейшему расщеплению на фрагменты C3c и C3d, а фактор I разрушает C3b и C4b.

Как видно, сразу 2 плазменных фактора нейтрализуют C3b. Это необходимо для корректной работы альтернативного пути, так как излишек указанного фрагмен-та обуславливает необоснованную гиперактивацию комплемента, вызывающую сильное самоповреждение. Инициация каскада происходит именно за счет C3b, образующегося при спонтанном гидролизе С3. Следует отме-тить, что спонтанный гидролиз всегда носит ограниченный характер, что предупре-ждает возможную гиперактивацию системы. В то же время под действием С3-конвертазы фрагмент C3b образуется в количестве, достаточном для инициирования нового каскада, при разворачивании которого высвобождается дополнительная порция C3b. За счет указанной положительной обратной связи комплемент на-ращивает литический потенциал при неизменном количестве патогена. Однако, если описанный процесс не контролируется надлежащим образом, вполне воз-можна необоснованная гиперактивация комплемента но альтернативному пути и, как следствие — повреждение собственных тканей. Причем потенцировать аль-тернативный механизм может и C3b, высвободившийся в результате параллельно реализующегося классического пути активации. Поэтому для корректной работы всей системы необходима адекватная инактивация образующегося C3b.

Поскольку комплемент осуществляет шаблонное распознавание, а мембран-ные структуры собственных клеток в норме претерпевают динамические изме-нения, существует потенциальная опасность комплемент-опосредованной ауто-агрессии. Для ее предотвращения в мембраны собственных клеток «вмонтирова-ны» защитные белки, инактивирующие каскад комплемента. Речь идет о факторе, ускоряющем распад (англ. Decay accelerating factor, DAF), который содержится на форменных элементах крови , эпителиоцитах и клетках эндотелия. Он усиливает катаболизм ключевых ферментов каскада — С3- и С5-конвертаз. К мембранным защитным белкам относится также мембранный кофакторный протеин (МСР), яв-ляющийся кофактором в протеолизе C3b и C4b с помощью 1-фактора.

Роль системы комплемента

Роль системы комплемента заключается в: Материал с сайта

• Обеспечение цитолиза (разрушения модифицированных собственных клеток) и бактерицидности (деструкции бактерий). В этом смысле комплемент дополняет (лат. complementare — дополнять) действие ли-зоцима.
• Образование анафилатоксинов (C3a, C4a и C5a), которые индуцируют высвобождение гистамина и других биологически активных веществ из тучных клеток и базофилов, обуславливая развитие вазодилатации, плазморрагии и сокращения гладкой мускулатуры бронхов.
• Реализация хемотаксического влияния на нейтрофилы , эозинофилы и мо-ноциты, что приводит к клеточной инфильтрации очага воспаления.
• Обеспечение адгезии, опсонизации и фагоцитоза, что способствует унич-тожению патогенов.
• Обеспечение резистентности к вирусам (фрагменты С1 —С9 способны ли-зировать вирусы; C3b -фрагмент является опсонином; отдельные компо-ненты комплемента блокируют пенетрацию вируса в клетку).
• Участие в осуществлении клиренса иммунных комплексов, которые раз-рушаются как непосредственно комплементом, так и макрофагами селе-зенки и печени, содержащими рецепторы к комплементу (в первую оче-редь, к Clq).
• Обеспечение профилактики самоповреждения при воспалении, так как за счет разрушения циркулирующих иммунных комплексов предотвра-щается возможность развития иммунокомплексной патологии (гломерулонефрита, васкулитов).
• Осуществление активации

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.

Комплемент и его активация

Замечание 1

Комплемент – это сложная система белков, количеством свыше 30, присутствующих в цитоплазме и на поверхности клеток.

Комплемент представляет собой набор ферментов, которые активируются различными определенными стимулами. При этом формируется быстрый, многократно усиленный ответ: первичный сигнал инициирует каскадный процесс, при котором продукт одной реакции служит ферментом-катализатором последующей.

Комплемент является важной составной частью системы врожденного иммунитета, так как активированные или возникающие при расщеплении продукты обладают рядом защитных функций.

Многие компоненты комплемента обозначаются символом «С» и цифрой, которая соответствует хронологии их открытия.

Краткая характеристика некоторых компонентов системы комплемента

Больше всего в организме по сравнению с другими компонентами комплемента содержится компонента С3, выполняющего наиболее важные функции.

Замечание 2

В нормальных условиях белок $C3$ постоянно расщепляется с образованием функционально сходной молекулы. В дальнейшем при взаимодействии с другими компонентами комплемента, фактором В и в присутствии ионов магния образуется новый белок, обладающий новой важной ферментативной активностью – он является $C3$-конвертазой.

Расщепление $C3$ играет важную роль для устранения патогенных микробов.

В ходе инфекции $C3$-конвертаза стабилизируется и происходит активация комплемента по альтернативному пути:

• в присутствии большого количества микроорганизмов появляется $C3$-конвертазная активность;
• образуется большое количество продуктов расщепления $C3$;
• происходит связывание с поверхностью микробных клеток;
• на связанную конвертазу воздействует белок пропердин, способствующий ее большей стабилизации;
• на поверхности микробных клеток накапливается большое количество белка $C3b$.

1. Комплемент активируется при связывании углеводов микробной поверхности с манносвязывающим лектином (МСЛ), являющимся белком плазмы крови.

   • МСЛ связывается с остатками маннозы и других углеводов, входящих в состав бактериальных клеток;
   • инициируется ряд реакций, завершающиеся активацией комплемента;
   • МСЛ активирует комплемент путем взаимодействия с сериновыми протеазами;
   • активация $C3$ инициирует действие механизма положительной обратной связи и образование лизирующего мембрану комплекса.

2. Реакции, инициируемые расщепление $C3$, приводят к образованию лизирующего мембрану комплекса.

   • в результате ряда превращений образуется амфипатическая молекула, способная проникать в липидный бислой и полимеризоваться с образованием лизирующего мембрану комплекса (ЛМК);
   • ЛМК образует трансмембранный канал, полностью проницаемый для воды и электролитов;
   • за счет высокого внутриклеточного давления и входов ионов натрия в клетку поступает вода, что приводит к лизису.

Биологические функции комплемента

Комплемент выполняет следующие защитные функции:

1. Компонент $C3b$ связывает рецепторы комплемента. Фагоцитарные клетки несут рецепторы для компонентов комплемента $C3b(CR1)$ и $C3bi(CR3)$, что способствует прикреплению микробных клеток к фагоцитам и последующему фагоцитозу. Процесс связывания $C3bc$ микробными клетками называется опсонизация.

2. При активации комплемента высвобождаются биологически активные фрагменты. При расщеплении молекул $C3$ и $C5$ образуются небольшие пептиды $C3a$ и $C5a$, являющиеся анафилатоксинами и выполняющими ряд важных функций:

   • вызывают высвобождение защитных медиаторов (гистамин, фактор некроза опухолей, лейкотриен $B4$ и др;
   • воздействуют на эозинофилы, $C5a$ – на нейтрофилы;
   • стимулируют в клетках дыхательную активность;
   • повышают экспрессию поверхностных рецепторов для $C3b$;
   • $5a$ –сильный хемотаксический агент для нейтрофилов;
   • воздействуют на эндотелий капилляров, расширяя сосуды и повышая их проницаемость.

3. Лизирующий мембрану комплекс комплемента повреждает мембрану.

4. Комплемент принимает участие в индукции антител ообразования. Рецептор для $C3b$ участвует в регуляции активности $B$-клеток. Пролиферация $B$-клеток и синтез ими антител зависят от активации, индуцируемой связыванием антигена с поверхностными клеточными рецепторами. В присутствии $C3b$ пороговая концентрация антигена для активации $B$-клеток снижается, поэтому они активируются при намного меньшем содержании антигена в организме.

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.

Организма. Является важным компонентом как врождённого, так и приобретённого иммунитета.

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.

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.

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.

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

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 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 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.

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.

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

При болезнях иммунных комплексов комплемент провоцирует воспаление главным образом двумя путями:

Уже в первые часы после заражения геморрагической лихорадкой Эбола система комплемента блокируется