СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ проф Виктор

СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА: ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ проф. Виктор Константинович КОЗЛОВ Профессор кафедр: клинической лабораторной диагностики СЗГМУ им. И. И. Мечникова; микробиологии, иммунологии и инфекционных болезней Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого; челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии Санкт-Петербургского государственного университета.

Гуморальная составляющая врожденного иммунитета представлена несколькими взаимосвязанными системами: системой комплемента, n цитокиновой сетью, n бактерицидными пептидами, n гуморальными системами, ассоциированными с воспалением. n

КОМПЛЕМЕНТ n Комплемент (система комплемента) (от лат. complementum - дополнение), сложный комплекс глобулярных белков и гликопротеинов (около 20) сыворотки крови животных и человека, представляющих собой часть иммунной системы организма. n Комплемент так же как и белки, участвующие в процессах свертывания крови, фибринолиза и образования кининов, формируют системы эффективной защиты организма от чужеродных клеток. n Система комплемента функционирует по каскадному принципу, т. е. компоненты системы последовательно активируются путем каскадного протеолиза. n Для системы комплемента характерен быстрый и многократно усиленный ответ на первичный активационный сигнал за счет каскадного процесса. n Продукт одной реакции активации каскада комплемента служит катализатором последующей.

КОМПЛЕМЕНТ n Комплемент обычно относят к врожденному (конституционному) иммунитету. n При попадании в организм инфицирующих его бактерий или вирусов, некоторых токсинов или возникновении собственных трансформированных клеток происходит активация комплемента, в результате чего клетки-мишени разрушаются путем лизиса, а токсины и вирусы нейтрализуются по причине их связывания - опсонизации белками данной гуморальной защитной системы. n Систему комплемента рассматривают наряду с макрофагами как передовой рубеж иммунной защиты организма.

КОМПЛЕМЕНТ n Эффекты каскадных реакций проявляются не только в конце активационного пути, но и на промежуточных стадиях. n Результатами работы данной гуморальной системы являются следующие события: - опсонизация потенциально опасных молекулярных факторов патогенности микроорганизмов, - вовлечение иммунных факторов в реализацию реакций воспаления, - лизис клеток-мишеней.

Зарождение и эволюция каскада комплемента

Основные белки классического и альтернативного путей активации комплемента и их функция Исходная форма Активированная форма Функция Белки классического пути активации комплемента С 1 Расщепление C 1 s до активной формы. C 1 s Расщепление С 4 и С 2. С 4 b Ковалентное связывание с патогеном и его опсонизация. С 4 a С 2 Связывание с комплексом антиген-антитело, активация C 1 r С 4 С 1 q Медиатор воспаления (слабый). С 2 b Активный фермент, расщепляет С 3 и С 5 при образовании С 3 - и С 5 -конвертаз. C 2 a С 3 b Связывается с поверхностью патогена и действует как опсонин. Связывает С 5 для расщепления ферментом С 2 b. C 3 a С 3 Не известна. Медиатор воспаления (умеренный). Белки альтернативного пути активации комплемента С 3 b Связывается с поверхностью патогена, связывает фактор В для расщепления фактором D. Инициирует "петлю усиления". Входит в состав конвертаз С 3 (С 3 b. Bb) и C 5 (C 3 b 2 Bb). Фактор В Ba Угнетает пролиферацию В-лимфоцитов. Bb Активный фермент С 3 - и С 5 -конвертаз. Фактор D D Сериновая протеаза, расщепляет компонент B на Ba и Bb, если он связан с С 3 b.

Основные функции системы комплемента n n n n n опсонизация патогена (С 3 b, С 4 b, С 1 q, MBL) и усиление фагоцитоза; путем взаимодействия с рецепторами фагоцитов; лизис патогена (клетки грамотрицательных бактерий, оболочечные вирусы) и измененных клеток организма мембранно-атакующим комплексом (C 5 b-C 9 – терминальная фаза каскада активации); элиминация иммунных комплексов из тканей (С 1 q, C 3, C 4); привлечение (С 5 а – выраженный хемоаттрактант) и активация лейкоцитов (С 3 а, С 4 а, С 5 а компоненты являются мощнейшими анафилатоксинами, вызывая выделение гистамина из тучных клеток); усиление продукции антител (наличие рецепторов к компонентам комплемента /CR/ на В-клетках и АПК); участие в формировании иммунологической памяти (наличие CR на фолликулярных ДК); клиренс очагов воспаления; взаимосвязь реакций врожденного и приобретенного иммунитета; регуляторная функция

А. П. Продеус, 2003

первичные иммунодефициты, обусловленные недостаточностью белков сыворотки Дефицит маннозосвязывающего протеина Дефициты белков – компонентов комплемента n C 1 q, C 1 s, C 1 r+C 1 s, C 2, C 4 (заболевания, обусловленные нарушением образования и клиренса иммунных комплексов) n Ингибитор С 1 (наследственный ангионевротический отёк) n C 3, фактор H, фактор I (рецидивирующие гнойные инфекции) n С 5, С 6, С 7, С 8, пропердин, фактор D (рецидивирующие инфекции, вызванные Neisseria) n C 9 (без клинических симптомов)

Три стартовых пути каскада комплемента

Альтернативный путь активации комплемента ● Как и при активации комплемента по классическому пути, происходит сборка С 3 -конвертазы. Фрагмент С 3 b, связываясь с поверхностью клетки, расщепляет фактор В на фрагменты Вb и Ва. Более крупный фрагмент Вb остается связанным в комплексе С 3 b. Bb, который стабилизируется фактором Р (пропердином). ● С 3 b. Bb-конвертаза расщепляет большие количества С 3, то есть, возможна регуляция по принципу положительной обратной связи. ● Факторы активации, например стенки микроорганизмов, защищают С 3 b от протеолитической деградации и облегчают взаимодействие с фактором В, обеспечивая устойчивую активацию альтернативного пути. ● С 3 -конвертаза создает активный фермент - С 5 -конвертазу, которая состоит из С 3 b. Bb. C 3 b.

С 3 - центральный компонент каскада комплемента

Провоспалительная активность продуктов ограниченного протеолиза С 3 – С 5 компонентов комплемента C 3 a Спазмогенная активность, хемотаксис тучных клеток, выброс PG из макрофагов, гистамина из тучных клеток, стимуляция иммунного ответа, регуляция экспрессии и секреции цитокинов; C 4 a Спазмогенная активность; C 5 a Спазмогенная активность, хемотаксис нейтрофилов, выброс серотонина из эозинофилов, усиление интенсивности кислородного взрыва, усиление гуморального ответа, стимуляция синтеза и секреции цитокинов; C 3 b, i. C 3 b, C 3 dg Усиление фагоцитоза и презентации антигенов.

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ ИММУНОДЕФИЦИТОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ДЕФЕКТАМИ ГЕНОВ КОМПОНЕНТОВ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ПУТИ Дефицит по С 3 – снижение уровня опсонизации и недостаточность функции мембраноатакующего комплекса: ■ пиогенные бактериальные инфекции с папулезной сыпью (верхний снимок); ■ мембрано-пролиферативный гломерулонефрит (на нижнем снимке). Дефицит по С 3 и пропердину (фактор Р) – недостаточность функции мембраноатакующего комплекса: ■ инфекции, вызванные нейссериями

Лектиновый и классический пути активации комплемента

Активация комплемента по классическому пути При активации С 1 q связывается иммунными комплексами, С 1 r катализирует активация С 1 s и свою собственную. Активированный С 1 s вычленяет из С 4 небольшой фрагмент С 4 а, а оставшаяся часть С 4 b связывается с углеводами или протеинами клеточной стенки. Закрепленный на поверхности С 4 b в присутствии ионов магния связывается с С 2, активированный С 1 s вычленяет из С 2 фрагмент С 2 b, что ведет к образованию активированного комплекса С 4 b 2 a, являющегося С 3 конвертазой классического пути. После образования активной С 3 -конвертазы начинается сборка С 5 -конвертазы классического пути, которую составляют активированные фрагмента С 4 b. C 2 a. C 3 b. С 5 -конвертаза на мембране клеткимишени расщепляет компонент С 5 на небольшой хемотаксический агент С 5 а и фрагмент С 5 b, который в комплексе с белками С 6 -С 9 формирует литический комплекс.

Манноза-связывающий лектин (MBL), белок плазмы крови, относящийся к семейству селектинов; L-, H- и М-фиколины, белки сыворотки крови. Коллагеновые домены молекул обозначены штрихованными участками, углевод-связывающие домены MBL – темно-серые, фибриноген-подобные домены фиколина – светло-серые.

ЛИГАНДЫ И ФУНКЦИИ MBL

КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ MBL n Низкий уровень MBL, связанный с генетическим дефектом имеет следствием повышенную чувствительность слизистых оболочек носителей данного иммунодефицита к инфекциям и росту частоты проявления аутоиммунных заболеваний; n Прослежена также взаимосвязь между развитием нейтропении, у пациентов получающих противораковые химиотерапевтические средства, и дефицитом MBL; n Данные по влиянию MBL на чувствительность к ВИЧ инфекции и на темп развития проявлений СПИД у ВИЧ-инфицированных противоречивы; n Дефициты и дефекты MBL коррелируют с риском заболеваемости системной красной волчанкой; n Очевидна роль MBL в патофизиологии явления «ишемии/реперфузии» за счет его связывания с поверхностью реоксигенированных клеток и активацией комплемента с образованием анафилатоксинов.

MBL- ассоциированные сериновые протеазы (MASP) – новые белки каскада комплемента Примечание: MASP-1, -2, -3 открыты в конце 1990 -х гг. , гомологи C 1 r, C 1 s

Модель С 1 компонента комплемента Белок С 1 q имеет уникальную структуру, напоминающую "букет тюльпанов". С 1 q состоит из 6 комплектов А-, В- и С цепей, причем каждая тройка цепей имеет форму тройной спирали. На С-конце цепи расположена глобулярная структура. В состав комплекса С 1 входят еще два компонента С 1 r и С 1 s. Они представлены каталитическими единицами С 1 r 2 и С 1 s 2, которые являются предшественниками протеиназ трипсинового типа. Эти протеинкиназы активируются при образовании комплекса «антиген+антитело» .

C 1 q и его лиганды

C 1 q взаимодействует: c Ig. G - В-цепью; c Ig. M - С-цепью; с CRP - А- и В-цепями

ОРГАНИЗАЦИЯ МАК И ГОМОЛОГИЯ КОМПОНЕНТОВ С 6 – С 9

НА СЛИЗИСТЫХ ОБОЛОЧКАХ ВЕРХН. ДЫХ. ПУТЕЙ РЕАЛИЗУЕТСЯ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ, ТАК И ЛЕКТИНОВЫЙ ПУТЬ АКТИВАЦИИ КОМПЛЕМЕНТА (с у. ЧАСТИЕМ ПОЛИМЕРНОГО Ig. A). В АЛЬВЕОЛАХ ЛЕГКИХ – ТОЛЬКО КЛАССИЧЕСКИЙ КАСКАД.

Рецепторы комплемента: их представительство на клетках Реце птор Лиганд Функция Тип клеток, на которых представлен CR 1 C 3 b, C 4 b Способствует распаду С 3 b и С 4 b, стимулирует фагоцитоз, а также транспорт иммунных комплексов эритроцитами Эритроциты, макрофаги, моноциты, полиморфноядерные лейкоциты, Влимфоциты CR 2 C 3 d, C 3 dg, i. C 3 b, вирус Эпштей на-Барр Ко-рецептор субпопуляции В-лимфоцитов, рецептор вируса Эпштейна-Барр В-лимфоциты CR 3 i. C 3 b Стимуляция фагоцитоза Макрофаги, моноциты, полиморфноядерные лейкоциты CR 4 i. C 3 b Стимуляция фагоцитоза Макрофаги, моноциты, полиморфноядерные лейкоциты C 1 q. R C 1 q Связывание иммунных комплексов с фагоцитами В-лимфоциты, макрофаги, моноциты, тромбоциты, эндотелиальные клетки

Регуляция клеточных функций белками системы комплемента Клетка Рецепто р Лиганд Функция В-лимфоциты С 1 q. R С 1 q Продукция Ig CR 1 С 4 b Продукция Ig СR 2 C 3 dg, i. C 3 b Пролиферация и продукция Ig ? Bb Пролиферация Ba Пролиферация ¯ С 3 а/С 4 а. R С 3 а Пролиферация ¯ С 5 a. R С 5 a Пролиферация NK-лимфоциты CR 3 и 4 i. C 3 b Адгезия к клетке-мишени Эндотелий С 1 q. R С 1 q Локализация иммунных комплексов С 5 a. R Активация С 5 a. R МАС Активация Т-лимфоциты Изменени е

Регуляция клеточных функций белками системы комплемента Клетка Рецептор Лиганд Функция Тромбоциты С 1 q. R C 1 q Экспрессия GPIIb/IIIa и Р-селектина С 1 q. R MAC Агрегация С 1 q. R С 1 q Фагоцитоз С 3 а/С 4 а. R С 3 а Дегрануляция CR 1, 3 и 4 C 3 b, i. C 3 b Адгезия к клеткам-мишеням С 5 a. R С 5 a Хемотаксис, экспрессия СR 1 и CR 3 С 1 q. R С 1 q Фагоцитоз CR 1 С 4 b Удаление антигенов CR 1, 3 и 4 C 3 b, i. C 3 b Адгезия к клеткам-мишеням С 5 a. R С 5 a Хемотаксис, экспрессия СR 1 и CR 3 С 5 a. R С 5 a Продукция IL-1, IL-6, IL-8 и TNF Нейтрофилы Моноциты / макрофаги Изменение

Стимуляция продукции цитокинов человека комплементом Компонент Цитокин Клетки-мишени IL-1 , IL-6, TNF Моноциты, Фибробласты С 5 а IL-1 , TNF , IL-6, IL-8 Моноциты, Макрофаги, Нейтрофилы C 5 b-9 (MAC) МСР-1, IL-8, RANTES Эндотелий С 3 а

РОЛЬ РЕЦЕПТОРОВ КОМПЛЕМЕНТА CR 2 (CD 21) В АКТИВАЦИИ В-ЛИМФОЦИТОВ

УЧАСТИЕ РЕЦЕПТОРОВ КОМПЛЕМЕНТА В ПРОЦЕССАХ ПРОЛИФЕРАЦИИ В-КЛЕТОК И РАЗВИТИИ ПЕРВИЧНЫХ В-КЛЕТОЧНЫХ ФОЛЛИКУЛОВ (окраска гематоксилин-эозином)

РОЛЬ КОМПОНЕНТОВ КОМПЛЕМЕНТА И ИХ РЕЦЕПТОРОВ В КЛИРЕНСЕ ОЧАГА ВОСПАЛЕНИЯ

Участие С 5 компонента в процессах регенерации печени

КОМПЛЕМЕНТ И ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

КОМПЛЕМЕНТ И ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

С 3 а и С 5 а при сепсисе n Прирост С 3 а на ранних стадиях сепсиса (8 -24 ч) позволяет отличить сепсис от синдрома системного иммунного ответа (SIRS). n Важный положительный вклад комплемента продемонстрирован на модели септического перитонита у дефицитных по С 3 или С 4 мышей. n С 5 а резко повышает биоцидность нейтрофилов, что показано на моделях бактериального перитонита и пневмонии у мышей, дефицитных по С 5 а или его рецептору. n Избыток циркулирующих в крови С 5 а и С 3 а при сепсисе ингибирует хемотаксис нейтрофилов, хотя в физиологических концентрациях оба субкомпонента являются мощными хематтрактантами.

ИНГИБИТОРЫ КОМПЛЕМЕНТА

C 1 ингибитор (С 1 -Inh) Блокирует активацию проферментов C 1 r и C 1 s, ntv cfvsv предотвращая нерегулируемую активацию каскада. n Предотвращает спонтанный запуск системы гемостаза, ингибируя калликреин и факторы свёртывания крови XII, XI. n

Другие белки -регуляторы каскада комплемента

КЛИНИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЕФИЦИТА С 1 - Inh Формы НАСЛЕДСТВЕННЫЙ ПРИОБРЕТЕННЫЙ Механизм ДЕФЕКТ ГЕНА C 1 - Inh ПОВЫШЕННЫЙ РАСХОД C 1 -Inh ВСЛЕДСТВИЕ НАЛИЧИЯ АУТОАНТИТЕЛ, ЛИБО ПРИ ЛИМФОПРОЛИФЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ Проявления ПОВТОРЯЮЩИЙСЯ АНГИОНЕВРОТИЧЕСКИЙ ОТЕК, СОПРОВОЖДАЮЩИЙ СКВ, РА, ВИЧ, СИНДРОМОМ ГУДПАСЧЕРА

Аутоантитела к регуляторным белкам системы комплемента Анти – CR 1(CD 35) ■ CКВ; нарушение клиренса ЦИК; ■ ингибирование фагоцитоза; ■ нарушение функций B клеток; Анти – CR 2 (CD 21) ■ B-клеточная активация при РА; Анти – CR 3 (CD 11 b/CD 18) ■ Нейтропения при СКВ, РА, ВИЧ; Анти – фактор H ■ Hеконтролируемый расход факторов альтернативного пути; Анти – CD 46, CD 59 ■ Рассеянный склероз (острая фаза).

Резюме: 1. Оформление системы комплемента произошло у иглокожих (морские звезды, ежи) задолго до становления приобретенного иммунитета. 2. На основании наличия у иглокожих только С 3 компонента и фактора В можно утверждать, что альтернативный каскад комплемента был самым ранним эволюционным приобретением, а исходными функциями комплемента являлись обеспечение опсонизации патогена и участие в хемотаксисе фагоцитов. 3. Следующим эволюционным приобретением стал лектиновый путь активации комплемента, содержащий все компоненты классического пути, исключая C 1 q. Это событие, вероятно, случилось у асцидий (оболочников) ещё до эволюционного оформления позвоночных животных.

Резюме: 4. Есть основания предполагать, что появление C 1 q, знаменующее становление классического каскада комплемента, произошло до возникновения циркулирующих антител сыворотки крови. Напротив, обретение МАК относится к числу более поздних эволюционных событий. Это позволяет ставить вопрос о вторичности функции комплемент-зависимого лизиса, с которым обычно связывают главную функцию комплемента. 5. Наконец, поздним приобретением, подчеркивающим неразрывные связи между механизмами врожденного и приобретенного иммунитета, являются регуляторные функции компонентов комплемента в отношении В-клеток.