Система комплемента. Классический путь активации. Альтернативный путь активации. Функции. Регуляторные механизмы комплемента. Защитные функции комплемента

Структура системы комплемента:

1. белки – активаторы(начальные компоненты) – C1qrs, C2, C3, C4.

2. белки конечной последовательности(терминальные компоненты) – С5, С6, С7, С8, С9.

3. факторы альтернативного пути активации – D i , B i , P.

4. белки ингибиторы и активаторы:

· имеющие ферментативную активность – фактор I, C3b – инактиватор, карбоксипептидазы.

· Связывающие и конкурирующие белки – С4вр(С4 – связывающий протеин), витронектин или S – белок, C1 – INH (C1 - ингибитор), фактор Н, DAF(CD55 – фактор, усиливающий гниение), CD59, MCP(CD46).

C2b инактивируется C4BP and DAF, C3b инактивируется CR1 b фактор Н.

5. рецепторы к белкам комплемента. Обозначаются CR – complement receptor.

· CR3(CD11b, CD18)

· CR4(CD11c, CD18)

Система комплемента представляет собой около сорока связанных функционально плазменных белков: компонентов, факторов регуляторных белков и рецепторов. Они способны к последовательной активации по форме каскада с конечным неспецифическим цитотоксическим эффектом по отношению к бактериям, грибам, вирусам, опухолевым клеткам, клеткам трансплантанта и другим.

Комплемент входит в состав мегасистемы Хагемана , наряду со свертывающей системой крови, фибринолитической и кинин – калликреиновой системой.

Фрагменты – это продукты расщепления компонентов: C3a, C3b и т. д. Если фрагмент инактивируется, то добавляют букву I: С3ai; белки с ферментативной активностью обозначаются линией над буквой Д - , С4α, С4β – это отдельные цепи в молекулах пептидов.

Биосинтез белков комплемента идет в печени, эпителии тонкого кишечника, костном мозге, селезенке и макрофагах.

Синтез и потребление, активация и ингибирование находятся в лабильном равновесии и жестко регулируются. В некоторых случаях полипептидные цепи одного компонента С1, С8 синтезируются отдельно и собираются непосредственно перед секрецией как бинарное оружие. Синтез комплемента в эмбриональный период начинается с 6 недели развития, а на 10 неделе уже регистрируется цитотоксическая активность.

Механизмы активации комплемента:

1. классический путь – зависимый от иммунных комплексов

2. лектиновый – близок к классическому

3. альтернативный – зависимый от фактора Р

4. протеазный – близок к альтернативному, но не зависит от фактора Р.

Классический путь активации.

Запускается комплексом антиген + антитело(иммунный комплекс - ИК), то есть требует наличия в данный момент специфического иммунного процесса. Он может запускаться комплексом антиген + С – реактивный белок, либо маннозосвязывающим лектином(лектиновый путь) – MBL. Прикрепляясь к поверхности клетки – мишени(*: бактерия), антитело первоначально меняет то, что должно быть уничтожено впоследствии комплементом. Соединение антитела с антигеном приводит к изменению пространственной конфигурации антитела, что делает возможным дальнейшую фиксацию на нем С1q.

Однако для прочной фиксации необходима 1 молекулаIgM или 2 молекулы IgG. Другие классы Ig не активируют комплемент.

С1 компонент комплемента состоит из трех компонентов: C1q, C1r, C1s.

C1q - мономер, C1r – димер(препротеаза C1s), C1s – димер(препротеаза для С2 и С4).

Внешне молекула C1qrs имеет форму тюльпана.

Физиологические и патологические эффекты фрагментов активированного комплемента.

С2а – кининоподобная субстанция, которая раздражает болевые рецепторы.

С4а – вызывает сильное расширение капилляров и сильный отек ткани

С3b – стимуляция адгезии и опсонизации

С3а, С5а – анафилотоксины 1 и 2 соответственно, они стимулируют хемотаксис клеток в очаг воспаления, вызывая спазм гладких мышц, повышение проницаемости капилляров, дегрануляцию тучных клеток(например за счет гистамина). С5а более агрессивный фрагмент, чем С3а. С5а обладает потенциальной способностью к цитолизу(образуется много кислородзависимых радикалов).

С5b6789…9 – вещество, имеющее форму полого цилиндра, с липидсвязывающими центрами, это мембранатакующий комплекс. Цилиндр с диаметром отверстия 10 нм, которое за счет липидсвязывающих центров способен фиксироваться на мембране клетки – мишени, пробуравливать ее, вследствие чего содержимое клетки вытекает наружу(точнее в клетку входят ионы натрия и вода).

Основные функции комплемента.

1. микробицидная – направлена против бактерий, вирусов, грибов

2. цитолитическая – против опухолевых клеток трансплантантов, при патологии – против собственных(при дефектах регуляции и укусах насекомых или рептилий).

3. участие в воспалении – С2а, С3а, С4а, С5а

4. активация фагоцитарной реакции: хемотаксиса, опсонизации, адгезии и поглощения. Главный фрагмент –C3b, но хемотаксис стимулируется также С3а иС5а.

5. взаимодействие с другими частями мегасистемы Хагемана: 12 фактор свертываемости – способен активировать систему комплемента по альтернативному пути.

Калликреин, плазмин, тромбин – активируют С3, С4, С5, В.

6. участие в регуляции иммунного ответа

7. участие в аллергических реакциях – анафилотоксины.

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.

Комплемент – сложный белковый комплекс сыворотки крови. Система комплементасостоит из 30 белков (компонентов, или фракций , системы комплемента). Активируется система комплемента за счет каскадного процесса: продукт предыдущей реакции исполняет роль катализатора последующей реакции. Причем при активации фракции компонента происходит, у первых пяти компонентов, ее расщепление. Продукты этого расщепления и обозначаются как активные фракции системы комплемента .

1. Больший из фрагментов (обозначаемый буквой b), образовавшихся при расщеплении неактивной фракции, остается на поверхности клетки – активация комплемента всегда происходит на поверхности микробной клетки, но не собственных эукариотических клеток. Этот фрагмент приобретает свойства фермента и способность воздействовать на последующий компонент, активируя его.

2. Меньший фрагмент (обозначается буквой a) является растворимым и «уходит» в жидкую фазу, т.е. в сыворотку крови.

В. Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.

1. Девять – открытых первыми – белков системы комплемента обозначаются буквой С (от английского слова complement) с соответствующей цифрой.

2. Остальные фракции системы комплемента обозначаются другими латинскими буквами или их сочетаниями.

Пути активации комплемента

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

А. Классический путь активации комплемента является основным . Участие в этом пути активации комплемента – главная функция антител.

1. Активацию комплемента по классическому пути запускает иммунный комплекс : комплекс антигена с иммуноглобулином (класса G или М). Место антитела может «занять» С-реактивный белок – такой комплекс также активирует комплемент по классическому пути.

2. Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом.

а. Сначала активируется фракция С1 : она собирается из трех субфракций (C1q, C1r, C1s) и превращается в фермент С1-эстеразу (С1qrs).

б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4 .

в. Активная фракция С4b ковалентно связывается с поверхностью микробных клеток - здесь присоединяет к себе фракцию С2 .

г. Фракция С2 в комплексе с фракцией С4b расщепляется С1-эстеразой с образованием активной фракции С2b .

д. Активные фракции С4b и С2b в один комплекс – С4bС2b – обладающий ферментативной активностью. Это так называемая С3-конвертаза классического пути .

е. С3-конвертаза расщепляет фракцию С3 , нарабатываю большие количества активной фракции С3b.

ж. Активная фракция С3b присоединяется к комплексу С4bС2b и превращает его в С5-конвертазу (С4bС2bС3b ).

з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5 .

и. Появившаяся в результате этого активная фракция С5b присоединяет фракцию С6 .

к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7 .

л. Комплекс С5bС6С7 встраивается в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки .

м. К этому комплексу присоединяется белок С8 и белок С9 . Данный полимер формирует в мембране микробной клетки пору диаметром около 10 нм, что приводит к лизису микроба (так как на его поверхности образуется множество таких пор – «деятельность» одной единицы С3-конвертазы приводит к появлению около 1000 пор). Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).

Б. Лектиновый путь активации комплемента запускается комплексом нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (с остатками маннозы).

В
.Альтернативный путь активации комплемента начинается с ковалентного связывания активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.

1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.

а. С3b связывает фактор В , образуя комплекс С3bВ.

б. В связанном с С3b виде фактор В выступает в качестве субстрата для фактора D (сывороточной сериновой протеазы), которая расщепляет его с образованием активного комплекса С3bВb . Этот комплекс обладает ферментативной активностью, структурно и функционально гомологичен С3-конвертазе классического пути (С4bС2b) и называется С3-конвертазой альтернативного пути .

в. Сама по себе С3-конвертаза альтернативного пути нестабильна. Чтобы альтернативный путь активации комплемента успешно продолжался этот фермент стабилизируется фактором Р (пропердином).

2. Основное функциональное отличие альтернативного пути активации комплемента, по сравнению с классическим, заключается в быстроте ответа на патоген: так как не требуется время для накопления специфических антител и образования иммунных комплексов.

Г. Важно понимать, что и классический и альтернативный пути активации комплемента действуют параллельно , еще и амплифицируя (т.е. усиливая) друг друга. Другими словами комплемент активируется не «или по классическому или по альтернативному», а «и по классическому и по альтернативному» путям активации. Это, еще и с добавлением лектинового пути активации, – единый процесс, разные составляющие которого могут просто проявляться в разной степени.

Функции системы комплемента

Система комплемента играет очень важную роль в защите макроорганизма от патогенов.

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 C 5 b ) .

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

Активные фракции комплемента С3а и С5а называются анафилотоксинами , так как участвуют, помимо прочего, в аллергической реакции, называемой анафилаксия. Наиболее сильным анафилотоксином является С5а. Анафилотоксины действуют на разные клетки и ткани макроорганизма.

1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

2. Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы , вызывая их сокращение.

3. 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.

Корме того, анафилотоксины являются иммуномодуляторами , т.е. они выступают в роли регуляторов иммунного ответа.

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

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

ВОПРОС 10 «Иммунитет – понятие. Классификация форм иммунитета. Органы иммунной системы. Иммуногенез»

Под иммунитетом понимают защитные механизмы , которые реализуются с участием лимфоцитов и направлены на распознавание и элиминацию из внутренней среды организма группы молекул или даже частей молекул, рассматриваемые как «чужеродная метка». Для обозначения такой метки, которую иммунитет расценивает как «свое» или «чужое», используется термин антиген . Распознавая эти «метки» – антигены, иммунитет удаляет из внутренней среды организма:

собственные, ставшие по разным причинам ненужными, клетки,

микроорганизмы,

пищевые, ингаляционные и аппликационные внешние вещества,

трансплантаты.

Выделяют две основные формы иммунитета - видовой (врожденный) и приобретенный. Существует классификация приобретенного иммунитета в зависимости от его происхождения, согласно которой он подразделяется на естественный (не путать с естественным иммунитетом, обусловленным факторами неспецифической резистентности) и искусственный.

А. Естественный приобретенный иммунитет формируется естественным путем (откуда и название).

1. Активный естественный приобретенный иммунитет формируется в результате перенесенной инфекции и поэтому называется постинфекционным .

2. Пассивный естественный приобретенный иммунитет формируется за счет материнских антител, поступающих в организм плода через плаценту, а после рождения – в организм ребенка с материнским молоком. Вследствие этого этот вид иммунитета называется материнским .

Б. Искусственный приобретенный иммунитет формируется у пациента врачом.

1. Активный искусственный приобретенный иммунитет формируется в результате вакцинации и поэтому называется поствакцинальным .

2. Пассивный искусственный приобретенный иммунитет формируется в результате введения лечебно-профилактических сывороток и поэтому называется постсывороточным .

Приобретенный иммунитет может быть также стерильный (без наличия возбудителя) и нестерильный (существующий в присутствии возбудителя в организме), гуморальный и клеточный, системный и местный, по направленности - антибактериальный, антивирусный, антитоксический, противоопухолевый, антитрансплантационный.

Иммунная система - совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающих клеточно-генетическое постоянство организма. Принципы антигенной (генетической) чистоты основываются на распознавании “своего - чужого” и в значительной степени обусловлены системой генов и гликопротеидов (продуктов их экспрессии)- главным комплексом гистосовместимости (MHC ), у человека часто называемой системой HLA (human leukocyte antigens).

Органы иммунной системы.

Выделяют центральные (костный мозг - кроветворный орган, вилочковая железа или тимус, лимфоидная ткань кишечника) и периферические (селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфоидной ткани в собственном слое слизистых оболочек кишечного типа) органы иммунитета.

Иммунная система включает:

ЛИМФОИДНУЮ СИСТЕМУ (лимфоидные органы и лимфоциты)

МОНОЦИТАРНО-МАКРОФАГАЛЬНУЮ СИСТЕМУ (моноциты, тканевые макрофаги , дендритные клетки , микрофаги или полиморноядерные гранулоциты – это базофилы, эозинофилы, нейтрофилы).

Иммунная система включает уровни:

Органный уровень

Клеточный уровень (макрофаги и микрофаги, Т и В лимфоциты, моноциты, тромбоциты и другие клетки)

Гуморальный или молекулярный уровень (иммуноглобулины или антитела, цитокины, интерфероны т.д.).

ЦИТОКИНЫ – биологические активные молекулы, которые обеспечивают взаимодействие клеток иммунной системы друг с другом и с другими системами

ОРГАНЫ иммунной системы

А. ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ:

Тимус

Костный мозг

ФУНКЦИЯ: Образование, антиген-независимая дифференциация и пролиферация иммунокомпетентных клеток .

В. ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ:

Лимфатические узлы

Селезенка

Лимфоидная ткань слизистых оболочек (Пейеровые бляшки кишечника, аппендикс, миндалины, диффузные скопления лимфоцитов в лёгких и кишечнике и др.).

ФУНКЦИЯ: Антиген-зависимая дифференциация и пролиферация иммунокомпетентных клеток.

Клетки-предшественники иммунокомпетентных клеток продуцируются костным мозгом. Некоторые потомки стволовых клеток становятся лимфоцитами. Лимфоциты подразделяют на два класса - Т и В. Предшественники Т- лимфоцитов мигрируют в тимус, где созревают в клетки, способные участвовать в иммунном ответе. У человека В - лимфоциты созревают в костном мозге. У птиц незрелые В- клетки мигрируют в сумку (бурсу) Фабрициуса, где достигают зрелости. Зрелые В- и Т- лимфоциты заселяют периферические лимфоузлы. Таким образом, центральные органы иммунной системы осуществляют образование и созревание иммунокомпетентных клеток, периферические органы обеспечивают адекватный иммунный ответ на антигенную стимуляцию- “обработку” антигена, его распознавание и клональную пролиферацию лимфоцитов - антиген-зависимую дифференцировку.