Эффекторные функции комплемента. Белки системы комплемента: свойства и биологическая активность

Биологические функции комплемента

Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М. Biological functions of complement

Odintsov Yu.N., Perelmuter V.M.

Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

© Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М.

Комплемент является одним из важнейших факторов резистентности организма. Система комплемента может принимать участие в различных эффекторных механизмах, прежде всего в лизисе (комплементарный киллинг) и опсонизации микроорганизмов. В переключении литической функции комплемента на опсоническую могут принимать участие макрофаги. Функции комплемента при бактериозах зависят от особенностей патогенеза инфекционного заболевания.

Ключевые слова: комплемент, бактериолиз, опсонизация, инфекционный процесс.

One of the true basic resistance factors is complement. Main functions of it consist in bacterial lysis, bacterial opsonisation for phagocytosis. Alteration of lytic function for opsonic function depends upon macrophages. Complement functions at bacteriosis depend on phathogenesis features in infectious disease.

Key words: complement, bakteriolysis, opsonisation, infectious process.

УДК 576:8.097.37

Организм человека имеет две основные линии защиты от возбудителей инфекционных заболеваний: неспецифическую (резистентность) и специфическую (иммунитет).

Факторы первой линии защиты (резистентности) характеризуются рядом общих признаков: 1) они сформированы задолго до встречи с возбудителем (внутриутробный период); 2) неспецифичны; 3) генетически детерминированы; 4) генотипически и фенотипически неоднородны (гетероген-ны) в популяции; 5) высокая резистентность к одному возбудителю может сочетаться с низкой к другому; 6) резистентность прежде всего зависит от функционального состояния макрофагов, которое контролируется генами, не связанными с HLA, и состояния системы комплемента (контролируемой НЬД).

Комплемент - многокомпонентная ферментная система плазмы, состав и функция которой в основном хорошо изучены, является одним из важнейших факторов резистентности организма. В 1960-1970-е гг. было особенно популярно определение титра комплемента как одного из показателей резистентности. И в настоящее время изучению функции комплемента посвящено множество исследований. Вместе с тем существуют

не только определенные трудности и противоречия при объяснении механизма активации комплемента, но до сих пор

остаются недостаточно изученными некоторые механизмы активации и функционирования комплемента. К таким дискуссионным вопросам относятся механизм действия ингибиторов активации комплемента in vivo, механизм переключения активации комплемента с литической на опсоническую функцию и понимание роли комплемента в саногенезе при различных инфекциях.

Известно 14 белков (компонентов) плазмы крови, составляющих систему комплемента . Они синтезируются гепатоцитами, макрофагами и нейтрофилами . Большинство из них относятся к р-глобулинам. Согласно номенклатуре, принятой ВОЗ, система комплемента обозначается символом С, а ее индивидуальные компоненты символами Cl, C2, С3, С4, С5, С6, С7, С8, С9 или прописными буквами (D, B, P). Часть компонентов (Cl, C2, С3, С4, С5, B) делится на составляющие их субкомпоненты - более тяжелые, обладающие ферментативной активностью, и менее тяжелые, не обладающие ферментативной активностью, но сохраняющие самостоятельную биологическую функцию. Активированные комплексы белков системы комплемента помечают чертой над комплексом (например, C4b2a3b - С5-конвертаза).

Помимо белков собственно комплемента (C1-C9) в осуществлении его биологической активности принимают

участие и другие белки, выполняющие регуляторные функции:

а) рецепторы мембран клеток макроорганизма к субкомпонентам комплемента: CR1(CD35), CR2(CD21), CR3(CD11b/CD18), CR4(CD11c/CD18), C1qR, C3a/C4aR, C5aR;

б) мембранные белки клеток макроорганизма: мембранный кофакторный белок (МКБ, или MCP - membrane-assoti-ated cofactor of proteolysis, CD46), фактор, ускоряющий диссоциацию (ФУД, или DAF - decay accelerating factor, CD55), протектин (CD59);

в) белки плазмы крови, осуществляющие позитивную или негативную регуляцию: 1) позитивная регуляция - фактор В, фактор D, пропердин (Р); 2) негативная регуляция - фактор I, фактор Н, белоксвязывающий C4b (C4 binding protein, C4bp), С1-ингибитор (C1-inh, серпин), S-белок (витро-нектин).

Таким образом, в функциях системы комплемента принимают участие более 30 компонентов. Каждый белковый компонент (субкомпонент) комплемента обладает определенными свойствами (табл. 1).

В норме компоненты комплемента находятся в плазме в неактивном состоянии. Они становятся активными в процессе многоступенчатых реакций активации. Активированные компоненты комплемента действуют в определенном порядке в виде каскада ферментативных реакций, а продукт предшествующей активации служит катализатором для включения в последующую реакцию нового субкомпонента или компонента комплемента.

Система комплемента может принимать участие в различных эффекторных механизмах:

1) лизис микроорганизмов (комплементарный киллинг);

2) опсонизация микроорганизмов;

3) расщепление иммунных комплексов и их клиренс;

4) активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления;

5) усиление индукции специфических антител путем: а) усиления локализации антигена на поверхности В-лимфо-цитов и антигенпредставляющих клеток (АПК); б) снижения порога активации В-лимфоцитов.

Наиболее важными из функций комплемента являются лизис мембран патогенов и опсонизация микроорганизмов.

Таблица 1

Компоненты и субкомпоненты комплемента, принимающие участие в классическом и альтернативном путях активации комплемента

Компонент (субкомпонент) Молекулярная масса, кД Субкомпонент Концентрация в сыворотке крови, мкг/мл Функция

С1 1124 1 C1q 2 C1r 2 C1s - Ферментный комплекс

Clq 460 - 80 Связывание с длинной цепью ^ или 1дМ комплекса антиген - антитело

Clr 166 - 30-50 Протеаза, активирующая СЬ

Cls 166 - 30-50 Сериновая протеаза, активирующая С4 и С2

С2 110 2a, 2b 15-25 Формируют СЗ-конвертазу (С4Ь2а), а затем и С5-конвертазу (С4Ь2а3Ь) классического пути

СЗ 190 3a, 3b 1200

С4 200 4a, 4b 350-500

С5 191 5a, 5b 75 Формирование мембраноатакующего комплекса, образующего пору в мембране клетки-мишени

Фактор В 95 Ba, Bb 200 Формируют СЗ-конвертазу (СЗЬВЬР), а затем и С5-конвертазу (СЗЬВЬЗЬ) альтернативного пути

Фактор D 25 - 1

Пропердин(Р) 220 25 Стабилизатор СЗ-конвертазы альтернативного пути (СЗЬВЬ), блокирует диссоциацию СЗЬВЬ под действием фактора Н

Комплементарный лизис микроорганизмов

Лизис микроорганизмов происходит в результате образования мембраноатакующего комплекса (МАК), состоя-

щего из компонентов комплемента. В зависимости от того, каким образом произошло образование МАК, различают несколько путей активации комплемента.

Классический (иммунокомплексный) путь активации комплемента

Этот путь активации комплемента называется классическим вследствие того, что он был описан первым и долгое время оставался единственным из известных сегодня. В классическом пути активации комплемента пусковую роль выполняет комплекс антиген - антитело (иммунный комплекс (ИК)). Первым звеном активации комплемента является связывание С ^-субкомпонента С1-компонента с иммуноглобулином иммунного комплекса. В частности, в случае активации комплемента иммуноглобулинами класса G (1д31, ^2, IgG3, ^4) это осуществляется аминокислотными остатками в позициях 285, 288, 290, 292 тяжелой цепи ДО . Активация этого участка происходит только после образования комплекса антиген - антитело (АГ-АТ). Способностью активировать комплемент по классическому пути обладают с убывающей интенсивностью 1дМ, ^3, ДО1 и ДО2.

Компонент комплемента С^ состоит из трех субъединиц (рис. 1), каждая из которых имеет два центра для связывания с 1д в комплексе АГ-АТ. Таким образом, полная молекула С^ располагает шестью такими центрами. При образовании комплекса АГ-1дМ молекула С^ связывается не менее чем с двумя вторыми доменами (СН2) одной и той же молекулы 1дМ, а при участии в образовании комплекса АГ- АТ иммуноглобулинов класса G - со вторыми доменами (СН2) не менее чем двух разных молекул ^ в комплексах АГ-^ . Присоединившийся к АГ-АТ С^ приобретает свойства сериновой протеазы и инициирует активацию и встраивание в С^ двух молекул С1г. С1г, в свою очередь, инициирует активацию и встраивание в С^ еще двух других молекул - С^. Активированный С^ обладает активностью сериновой эстеразы.

Затем С^ комплекса С1 расщепляет С4 на больший фрагмент С4Ь и меньший С4а. С4Ь соединяется ковалент-ными связями с амино- и гидроксильными группами молекул клеточной мембраны (рис. 2). Фиксированный на поверхности мембраны (или комплекса АГ-АТ) С4Ь связывает С2, который становится доступным для ферментативного расщепления той же сериновой протеазой С^. В результате образуется мелкий фрагмент 2Ь и более крупный фрагмент С2а, который, соединяясь с прикрепленным к поверхности мембраны С4Ь, образует ферментный комплекс С4Ь2а, на-

зываемый СЗ-конвертазой классического пути активации комплемента.

Рис. 1. Компоненты ферментного комплекса С1 (1д2г2э) и его взаимодействие с комплексом антиген - антитело (АГ-^ или АГ-1дМ): J - цепь, объединяющая мономеры пентамера

СЗЬВ -»-СЗЬВЬР

I------------------

Петля усиления Рис. 2. Активация комплемента по классическому пути

Образовавшаяся С3-конвертаза взаимодействует с С3 и расщепляет его на меньший фрагмент СЗа и больший СЗЬ. Концентрация СЗ в плазме самая высокая из всех компонентов комплемента, а один ферментный комплекс С4Ь2а (СЗ-конвертаза) способен расщепить до 1 тыс. молекул СЗ. Это создает высокую концентрацию СЗЬ на поверхности мембраны (амплификация образования СЗЬ). Затем СЗЬ ковалентно связывается с С4Ь, находящимся в составе СЗ-конвертазы. Сформированный трехмолекулярный комплекс С4Ь2аЗЬ является С5-конвертазой. СЗЬ в составе С5-конвертазы ковалентно соединяется с поверхностью микроорганизмов (рис. 2).

Субстратом для С5-конвертазы является компонент С5 комплемента, расщепление которого заканчивается образованием меньшего по размерам С5а и большего С5Ь. Об-

разование С5Ь инициирует формирование мембраноатакую-щего комплекса. Оно протекает без участия ферментов путем последовательного присоединения к С5Ь компонентов С6, С7, С8 и С9 комплемента. С5Ь6 является гидрофильным, а С5Ь67 - гидрофобным комплексом, который встраивается в липидный бислой мембраны. Присоединение к С5Ь67 С8 еще более погружает образовавшийся комплекс С5Ь678 в мембрану. И, наконец, к С5Ь678 комплексу фиксируется 14 молекул С9. Сформировавшийся С5Ь6789 и является мембраноатакующим комплексом. Полимеризация молекул С9 в комплексе С5Ь6789 приводит к образованию неспадающейся поры в мембране. Через пору в клетку поступают вода и N8+, что приводит к лизису клетки (рис. З).

Растворенные соединения

Интенсивность образования МАК при классическом пути активации комплемента возрастает за счет петли усиления альтернативного пути активации комплемента. Петля усиления начинается с момента образования ковалентной связи СЗЬ с поверхностью мембраны. В образовании петли участвуют три дополнительных белка плазмы: В, D и Р (пропер-дин). Под влиянием фактора D (сериновой эстеразы) связанный с СЗЬ белок В расщепляется на меньший фрагмент Ва и больший ВЬ, который связывается с СЗЬ (см. рис. 2). Присоединение к комплексу СЗЬВЬ пропердина, выполняющего роль стабилизатора комплекса СЗЬ ВЬ, завершает образование СЗ-конвертазы альтернативного пути - СЗЬВЬР. СЗ-конвертаза альтернативного пути расщепляет молекулы СЗ, образуя дополнительные СЗЬ, что обеспечивает формирование все большего количества С5-конвертазы и в конечном итоге - большего количества МАК. МАК действу-

ет самостоятельно, а возможно, индуцирует апоптоз через каспазный путь .

Альтернативный (самопроизвольный) путь активации комплемента

Механизм активации комплемента по альтернативному пути обусловлен спонтанным гидролизом тиоэфирной связи в нативной молекуле СЗ. Этот процесс происходит в плазме постоянно и называется «холостой» активацией СЗ. В результате гидролиза СЗ образуется его активированная форма, обозначаемая СЗ1 В дальнейшем С3i связывает фактор В. Фактор D расщепляет фактор В в составе комплекса С3iВ на малый фрагмент Ва и большой ВЬ. Образовавшийся комплекс С3iВb является жидкофазной С3-конвертазой альтернативного пути активации комплемента. Далее жидкофазная конвертаза С3iВb расщепляет СЗ на СЗа и СЗЬ. Если СЗЬ остается свободным, он разрушается, подвергаясь гидролизу водой. Если C3b ковалентно связывается с поверхностью бактериальной мембраны (мембраны любых микроорганизмов), то он не подвергается протеолизу. Более того, он инициирует образование петли усиления альтернативного пути. К фиксированному СЗЬ присоединяется фактор В (СЗЬ имеет большую аффинность к фактору В, чем к фактору Н), образуется комплекс СЗЬВ, от которого фактор D

отщепляет мелкий фрагмент Ва. После присоединения пропердина, являющегося стабилизатором комплекса СЗЬВЬ, образуется комплекс СЗЬВЬР, представляющий собой связанную с поверхностью мембраны С3-конвер-тазу альтернативного пути. Связанная СЗ-конвертаза инициирует прикрепление в том же месте дополнительных молекул СЗЬ (амплификация СЗЬ), что приводит к быстрому локальному накоплению СЗЬ . Далее связанная СЗ-конвертаза расщепляет СЗ на СЗа и СЗЬ. Присоединение СЗЬ к СЗ-конвертазе образует комплекс СЗЬВЬЗЬ (СЗЬ2ВЬ), который является С5-конвертазой альтернативного пути. Затем происходит расщепление компонента С5 и образование МАК, как и при классическом пути активации комплемента.

Спонтанный гидролиз

I_________________________I

Петля усиления

Рис. 4. Альтернативный (самопроизвольный) путь активации комплемента

« Холостая » активация

Микроорганизм

Лектиновый путь активации комплемента

Липополисахариды (ЛПС) грамотрицательных бактерий, в составе которых могут содержаться остатки манно-зы, фукозы, глюкозамина, связываются лектинами (сывороточные протеины, прочно связывающие углеводы) и индуцируют лектиновый путь активации комплемента. Например, триггером лектинового пути активации комплемента может быть маннансвязывающий лектин (МСЛ), как и С^, относящийся к семейству кальцийзависимых лекти-нов

Он соединяется с маннозой, находящейся в составе клеточной стенки бактерий, и приобретает способность взаимодействовать с двумя маннансвязываю-щими лектинассоциированными сериновыми протеиназами - МАСП1 и МАСП2, идентичными соответственно С1г и С1з.

Взаимодействие [МСЛ-МАСП1-МАСП2] аналогично образованию комплекса [С^-С1г-С^]. В дальнейшем активация комплемента происходит так же, как и по классическому пути (рис. 5).

4а 2Ь СЗа СЗЬ С5а

Петля усиления

Рис. 5. Лектиновый путь активации комплемента (М - манноза в составе поверхностных структур клетки, например, ЛПС)

Белки семейства пентраксинов, обладающие свойствами лектинов, таких как амилоидный протеин, С-реактивный протеин, также способны активировать комплемент по лектиновому пути, взаимодействуя с соответствующими субстратами клеточных стенок бактерий. Так, С-реактивный протеин активирует форсфорилхолин клеточной стенки грамположительных бактерий. И затем активированный форсфорилхолин запускает классический путь сборки компонентов комплемента.

СЗЬ, который образуется из СЗ, под влиянием любой СЗ-конвертазы связывается с мембраной мишени и становится местом дополнительного образования СЗЬ. Эта ступень каскада получила название «петля усиления». Каким бы ни был путь активации комплемента, если его не блокирует один из регуляторных факторов, он заканчивается образованием мембраноатакующего комплекса, образующего не-спадающуюся пору в мембране бактерии, что приводит к ее гибели.

Альтернативный и лектиновый пути активации комплемента по времени запуска при инфекционном заболевании являются ранними. Они могут активироваться уже в первые часы после попадания патогена во внутреннюю среду макроорганизма. Классический путь активации комплемента является поздним: он начинает «работать» лишь при появлении антител (1дМ,

Регуляторные белки активации комплемента

Процесс активации комплемента регулируется мембранными (табл. 2) и плазменными (табл. 3) белками .

Пути активации комплемента и образование МАК могут быть блокированы различными факторами:

1) классический, лектиновый:

Действием С1-ингибитора, связывающего и инактиви-рующего С1г и С^;

Подавлением образования СЗ-конвертазы классического и лектинового пути (С4Ь2а) под действием факторов I, Н, С4-Ьр, ФУД, МКБ и С^1;

Подавлением взаимодействия компонентов комплемента с поверхностью клеток макроорганизма действием ФУД ^55), CR1(CD35), МКБ^46);

2) альтернативный:

Диссоциацией комплексов C3iBb и СЗЬВЬ действием фактора Н;

Расщеплением СЗЬ фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (плазмы), CR1 или МКБ (связанных на поверхности клеток макроорганизма);

Подавлением образования СЗ-конвертазы альтернативного пути на поверхности клеток макроорганизма действием ФУД, CR1 или МКБ.

Таблица 2

Мембранные регуляторные белки

Клеточные (расположены на мембранах клеток макроорганизма)

Фактор Экспрессия на клетках Функция Результат

CR1 ^35) В-лимфоциты; моноциты (макрофаги); гранулоциты; фолликулярные дендритные клетки; НК-клетки Подавляет связывание С2 с С4Ь; вызывает и ускоряет диссоциацию С4Ь2а на С4Ь и 2а; кофактор катаболизма С4Ь под действием фактора I; кофактор катаболизма СЗЬ под действием фактора I; ускоряет диссоциацию СЗЬВЬ с освобождением СЗЬ Подавляет активацию комплемента по любому пути на мембранах клеток собственного организма

МКБ ^46) Т-лимфоциты; В-лимфоциты; моноциты (макрофаги); гранулоциты; дендритные клетки; НК-клетки Подавляет образование конвертаз: С4Ь2а и СЗЬВЬ; кофактор катаболизма С4Ь под действием фактора I; кофактор катаболизма СЗЬ под действием фактора I То же

ФУД ^55) Т-лимфоциты; В-лимфоциты; моноциты (макрофаги); гранулоциты; дендритные клетки; НК-клетки; тромбоциты Подавляет образование конвертазы С4Ь2а классического пути; подавляет образование конвертазы СЗЬВЬ альтернативного пути; подавляет связывание С2 с С4Ь; ускоряет диссоциацию С4Ь2а на С4Ь и 2а; ускоряет диссоциацию СЗЬВЬ с освобождением СЗЬ

Протектин ^59) Все клетки макро- Связывается с 5Ь678 и подавляет его погружение в мембрану Предотвращает лизис

организма | и развертывание С9 | собственных клеток

Таблица З

Плазменные регуляторные белки

Фактор Функция Молекулярная масса и концентрация в сыворотке Реализация эффекта на соматических клетках и (или) на патогенах

Фактор Н (легко связывается с сиаловыми кислотами поверхности клеток макроорганизма) Подавляет образование конвертазы C4b2a классического пути; подавляет образование конвертазы C3bBb альтернативного пути; вызывает диссоциацию жидкофазной конвертазы C3iBb на C3i и Bb; кофактор катаболизма C3i и Bb; вызывает диссоциацию конвертазы C3bBb на C3b и Bb 150 Кда, 500 мкг/мл Подавляет активацию комплемента по любому пути на мембранах клеток собственного организма и микроорганизмах

Фактор I (протеаза плазмы) Подавляет образование конвертазы C4b2a классического пути 90 Кда, 35 мкг/мл Подавляет активацию комплемента по классическому пути на мембранах клеток собственного организма и микроорганизмах

Вместе с одним из кофакторов (МКБ, CR1, C4bp) расщепляет 4b на C4c и C4d; вместе с одним из кофакторов (МКБ, CR1, H) расщепляет C3b; фактор катаболизма C3b и C3i Подавляет активацию комплемента по любому пути на мембранах клеток собственного организма

C4bp (C4 binding protein, белоксвязыва-ющий C4b) Подавляет связывание C2 с C4b; подавляет образование конвертазы C4b2a классического пути; вызывает диссоциацию C4b2a на C4b и 2a; кофактор катаболизма C4b под действием фактора I 560 Кда, 250 мкг/мл Подавляет активацию комплемента по классическому и лектиновому пути на мембранах клеток собственного организма и микроорганизмах

С1-ингибитор (C 1-inh, серпин) Связывает и ингибирует C1r и C1 s (сериновых протеаз ингибитор); отщепляет C1r и C1 s от C1q (C1q остается связанным с Fc-фрагментом Ig); ограничивает время контакта C1 s с C4 и C2; ограничивает спонтанную активацию C1 в плазме крови 110 Кда, 180 мкг/мл Подавляет активацию комплемента по классическому и лектиновому пути на мембранах клеток собственного организма и микрорганизмах

S-белок (витронектин) Образует комплекс 5b67-S, инактивирует его способность внедриться в липидный слой мембраны 85 Кда, 500 мкг/мл Блокирует образование МАК

Подавление образования МАК Напротив, регуляторные белки плазменного происхо-

ждения ингибируют активацию комплемента не только на поверхности соматических клеток, но и на мембранах патогенов.

Опсонизация микроорганизмов компонентами комплемента

Комплементарный лизис микроорганизмов является ранней реакцией макроорганизма на попадание патогенов в его внутреннюю среду . Образующиеся при активации комплемента по альтернативному или лектиновому пути субкомпоненты С2Ь, СЗа, С4а, С5а, Ва привлекают в очаг воспаления клетки и активируют их эффекторные функции.

Из компонентов комплемента опсонизирующими свойствами обладают в основном ЗЬ и 4Ь. Для их образования необходимы два условия: первое - активация комплемента одним из описанных выше путей, второе - блокирование активационного процесса, благодаря которому невозможно образование МАК и лизис патогена. В этом и состоит

на поверхности патогенов.

1. Гидрофобный комплекс С5Ь67, который начинает встраивается в липидный бислой мембраны, может быть инактивирован S-белком (витронектином). Образовавшийся комплекс 5b67S внедриться в липидный слой мембраны не может.

2. Присоединение компонента 8 к комплексу С5Ь67 в жидкой фазе может быть блокировано липопротеидами низкой плотности (ЛПНП).

3. Погружение в мембрану С5Ь678 и присоединение С9 предотвращает CD59 (протектин), белок мембраны клеток макроорганизма.

4. Удаление фрагментов мембраны клеток макроорганизма со встроенным МАК путем эндоцитоза либо экзоцитоза.

Таким образом, регуляторные белки клеточного происхождения самостоятельно ингибируют активацию комплемента с образованием МАК только на поверхности соматических клеток и не эффективны в ингибиции литической

К мембранному СЗЬ и его мембранному субкомпоненту деградации СЗЫ на клетках макроорганизма имеются соответствующие рецепторы (табл. 4). СЗЬ и инактивированный СЗЬ (СЗЫ) являются лигандами для рецепторов CR1 (СЗЬ, СЗЫ), CR3 (СЗЫ), CR4 (СЗЫ), расположенных на нейтрофи-лах , моноцитах (макрофагах) , эндотелии пуповины . СЗЬ и СЗЫ выполняют роль активных опсони-нов .

Предположительно, совместное действие факторов I и Н может переключать образование литического комплекса (МАК, комплементарный киллинг) на другой механизм уничтожения патогена - фагоцитарный киллинг (рис. 6). Растворимые ингибиторы активации комплемента (I и Н), продуцирующиеся макрофагами, позже появляющимися в очаге воспаления, действуют в микроокружении фагоцита, препятствуя образованию конвертазы СЗ на поверхности бактерий и обеспечивая, таким образом, наличие «свободных» СЗЬ. Рецептор макрофага к СЗЬ, связывая лиганд (СЗЬ), фиксирует бактерию на поверхности макрофага. Ее фагоцитоз осуществляется при совместном участии двух лиганд-рецеп-торных комплексов: рецептор к СЗЬ + СЗЬ и FcyR + ^ . Другая пара - рецептор к СЗЬ + СЗЫ инициирует фагоцитоз и без участия антител .

Биологический смысл переключения активации комплемента с литической на опсоническую функцию, вероятно, заключается в том, что все бактерии, которые не лизировались до встречи с фагоцитом, должны быть фагоцитированы с помощью СЗЬ-опсонина. Такой механизм переключения активации комплемента на опсонический необходим не только для фагоцитоза жизнеспособных патогенов в ранние сроки инфекции, но и для утилизации фагоцитами «осколков» микроорганизмов.

Таблица 4

Рецепторы к субкомпонентам комплемента

Рецептор (complement receptor, CR) Лиганды Экспрессия на клетках Эффект связывания

CR1 (CD35) C3bi > C3b, C4b Нейтрофилы, моноциты (макрофаги), В-лимфоциты, фолликулярные дендритные клетки, эритроциты, эпителий почечных клубочков Опсонизированный фагоцитоз, активация В-лимфоцитов, транспорт иммунных комплексов на эритроцитах

CR3 (CD11b/CD18) C3bi Нейтрофилы, моноциты (макрофаги), НК-клетки, фолликулярные дендритные клетки Опсонизированный фагоцитоз

CR4 (р 150-95) (CD11c/CD18) C3bi Нейтрофилы Опсонизированный фагоцитоз

CR2 (CD21), компонент коре-цепторного комплекса В-лим-фоцитов (BCR + CD19, CR2, CD81) C3bi, C3dg В-клетки, фолликулярные дендритные клетки Усиливает активационные реакции BCR, индуцирует нефагоцитируемое связывание комплекса АГ-АТ на фолликулярных дендритных клетках

переключение литической программы активации комплемента на опсоническую.

В реальных условиях инфекционного процесса переключение на опсоническую программу активации комплемента, обеспечивающую фагоцитоз патогена и клиренс иммунных комплексов , может происходить благодаря эффектам регуляторных белков. Сборка на мембране компонентов комплемента может завершиться образованием мембраноатакующего комплекса, а может быть прервана на уровне образования 4Ь и еще более активно на уровне образования ЗЬ факторами I и Н .

Фактор I является основным ферментом, вызывающим деградацию СЗЬ. Фактор Н в этом процессе выполняет роль кофактора. Действуя совместно, они обладают способностью инактивировать как жидкофазный, так и мембранный СЗЬ (свободный или в составе любой конвертазы), отщепляя от него фрагмент C3f (инактивированный СЗЬ обозначается как СЗЫ). Затем они продолжают расщепление СЗЫ следующим образом:

ф ^ субкомпонент субкомпонент

сз зь зь зь зь

Блокада дальнейшей активации комплемента

Бактерия

Переключение на процесс фагоцитоза

Фактор Н (кофактор)

Макрофаг

Поглощение бактерии

У Рецептор к Рс-фрагменту X ,1 СЗЬ компонент комплемента

1| |1 V Рецептор к СЗЬ или СЗЫ компоненту комплемента

Рис. 6. Переключение активации комплемента на процесс фагоцитоза

Является целесообразным рассмотреть вопрос о возможной роли комплемента в патогенезе различных групп бактериозов, разделенных ранее в зависимости от механизма саногенеза.

Токсигенные бактериозы (дифтерия, газовая гангрена, ботулизм, столбняк и др.). Обычная локализация возбудителей - входные ворота инфекции. Основной эффектор патогенеза - токсин (Т-зависимый антиген, антиген первого типа). Т-зависимые поверхностные антигены этих бактерий в индукции иммунного ответа принимают незначительное участие. Основной эффектор саногенеза - антитоксин Тип иммунного ответа - Т1л2. Выздоровление наступает вследствие образования и последующей элиминации иммунных комплексов, а также фагоцитарного киллинга бактерий в очаге воспаления. Роль комплемента при этих бактериозах, вероятно, ограничена участием в элиминации иммунных комплексов токсин - антитоксин. В нейтрализации токсина (т.е. в саногенезе токсигенных инфекций) комплемент существенной роли не играет.

Нетоксигенные негранулематозные бактериозы

1. Возбудители содержат поверхностные Т-неза-висимые антигены (Т"1-антигены, антигены второго типа):

Бактерии содержат классический ЛПС (Тьантигены энтеропатогенных кишечных палочек, сальмонелл, шигелл и др.). Обычная локализация возбудителей - от входных ворот в слизистых кишечного тракта до региональных лимфатических узлов. Основной эффектор патогенеза - эндотоксин и живые бактерии. Тип иммунного ответа - Т1л2. Иммунный

ответ на ЛПС характеризуется продукцией антител 1дМ-класса. Саногенез наступает прежде всего вследствие уничтожения бактерий нефагоцитарным путем в преиммунную фазу инфекционного процесса за счет лектинового и альтернативного пути активации комплемента. В иммунную фазу инфекционного процесса - за счет иммунного лизиса с участием 1дМ и комплемента по классическому пути активации. Фагоцитоз не имеет существенного значения в саногенезе при бактериозах этой группы. Активация системы комплемента при этих заболеваниях может способствовать саногенезу ;

Бактерии содержат поверхностные (капсульные) 7!-антигены (пневмококки, гемофильные бактерии и др.). Обычная локализация возбудителей - от входных ворот в слизистых дыхательного тракта до региональных лимфатических узлов, нередко проникают в кровь. Основной эффектор патогенеза - живые бактерии. Тип иммунного ответа - Т1л2. В иммунном ответе на поверхностные антигены происходит образование антител 1дМ-класса. Саногенез осуществляется прежде всего вследствие уничтожения бактерий нефагоцитарным путем в преиммунную фазу инфекционного процесса за счет лектинового и альтернативного пути активации комплемента. В иммунную фазу инфекционного процесса - за счет иммунного лизиса с участием 1дМ и комплемента по классическому пути активации. В случае проникновения бактерий этой группы в кровь основную роль в очищении макроорганизма от возбудителей играет селезенка - основное место фагоцитоза слабоопсонизирован-ных (или неопсонизированных) бактерий - и способность

ДМ «нацеливать» сенсибилизированные им бактерии на фагоцитоз купферовыми клетками с последующим переносом еще не дезинтегрированных до конца фрагментов бактерий в желчные капилляры. Соли желчных кислот расщепляют фрагменты бактерий, которые выводятся в кишечник. Активация системы комплемента при этой группе заболеваний также может способствовать саногенезу .

2. Возбудители содержат поверхностные Т-зависи-мые антигены (Т-антигены, антигены первого типа).

Локализация возбудителей (стафилококки, стрептококки и др.) - входные ворота (кожа, слизистые), региональные лимфатические узлы, системное поражение (органы). Основные эффекторы патогенеза - живые бактерии и, в меньшей степени, их токсины. В иммунном ответе четко прослеживается смена синтеза!дМ на ДО. Тип иммунного ответа при адекватном течении инфекционного заболевания (у пациентов без признаков иммунодефицита) - Т1г2. Саногенез обусловлен иммунным фагоцитозом, иммунным лизисом и антитоксинами. При этих инфекциях в преиммунную фазу саногенез осуществляется за счет альтернативного пути активации комплемента и опсонизации бактерий продуктами активации комплемента с последующим их фагоцитозом. В иммунную фазу инфекционного процесса саногенез связан с комплементарным кил-лингом при классическом пути активации комплемента с участием!дМ и ДО, а также с фагоцитозом опсонизирован-ных продуктами активации комплемента и ДО бактерий .

Гранулематозные бактериозы

1. Возбудители острых неэпителиоидноклеточ-ных гранулематозных бактериозов (листерии, сальмонеллы брюшного тифа, паратифов А, В и др.).

Возбудители содержат поверхностные Т-зависимые антигены. Эффекторами патогенеза являются живые бактерии. Фагоцитоз незавершенный. Тип иммунного ответа - Т1г2 и ТМ. Появление!дМ сопровождается образованием гранулем . Смена!дМ на ДО ведет к обратному развитию гранулем. Саногенез осуществляется за счет альтернативного пути активации комплемента и опсонизации бактерий продуктами активации комплемента с последующим их фагоцитозом. В иммунную фазу инфекционного процесса сано-генез связан с комплементарным киллингом при классическом пути активации комплемента с участием!дМ и ДО, а также с фагоцитозом опсонизированных продуктами активации комплемента и ДО бактерий.

2. Возбудители хронических эпителиоиднокле-точных гранулематозных бактериозов (микобактерии туберкулеза, лепры; бруцеллы и др.).

Возбудители содержат поверхностные Т-зависимые антигены. Эффекторами патогенеза являются живые бактерии. Фагоцитоз незавершенный. Тип иммунного ответа - Th2 и Th1. Появление IgM, по-видимому, также может являться ведущим фактором образования гранулем. Действия цитокинов Thl-набора недостаточно для завершенности фагоцитоза, что приводит к появлению в гранулеме эпителио-идных клеток. Ни один из вариантов активации комплемента в саногенезе не играет существенной роли .

Заключение

Комплемент (система комплемента) является одним из первых гуморальных факторов, с которым сталкивается патоген при его попадании во внутреннюю среду макроорганизма. Механизмы активации компонентов комплемента позволяют использовать его как для лизиса патогенов, так и для усиления фагоцитоза. Не при всех бактериальных инфекционных заболеваниях содержание и уровень комплемента в крови можно использовать как прогностический тест.

Литература

1. Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М., Климентьева Т.К. Тафтсин: роль в развитии негранулематозных и гранулематозных бактериозов // Бюл. сиб. медицины. 2002. Т. 1. № 3. С. 98-102.

2. Перельмутер В.М., Одинцов Ю.Н. Основная функция иммуноглобулинов класса M (IgM) - регуляция проницаемости гема-тотканевого барьера для бактерий и их антигенов // Бюл. сиб. медицины. 2005. Т. 4. № 3. С. 38-42.

3. Ройт А. Основы иммунологии. Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 328 с.

4. Ройт А, Бростофф Дж, Мейл Д. Иммунология. Пер. с англ. М.: Мир, 2000. 581 с.

5. Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. М.: Медицина, 2000. 432 с.

6.Ярилин АА Основы иммунологии. М.: Медицина, 1999. 607 с.

7. Alban S., Classen B., Brunner G., Blaschek W. Differentiation between the complement modulating effects of an arabinogalactan-protein from Echinacea purpurea and heparin // Planta Med. 2002. V. 68 (12). P. 1118-1124.

8. Ambrosio A.R., De Messias-Reason I.J. Leishmania (Viannia) braziliensis: interaction of mannose-binding lectin with surface gly-coconjugates and complement activation. An antibody-independent defence mechanism // Parasite Immunol. 2005. V. 27. P. 333-340.

9. Andersson J., Larsson R, RichterR. et al. Binding of a model regulator of complement activation (RCA) to a biomaterial surface: surface-bound factor H inhibits complement activation // Biomaterials. 2001. V. 22. P. 2435-2443.

10. Bohana-Kashtan O., Ziporen L, Donin N. et al. Cell signals transduced by complement // Mol. Immunol. 2004. V. 41. P. 583-597.

11. Bohlson S.S., Strasser J.A., Bower J.J., Schorey J.S. Role of complement in Mycobacterium avium pathogenesis: in vivo and in vitro analyses of the host response to infection in the absence of complement component C3 // Infect. Immunol. 2001. V. 69. P. 7729- 7735.

12. Brown J.S., Hussell T, Gilliland S.M. et al. The classical pathway is the dominant complement pathway required for innate immunity to Streptococcus pneumoniae infection in mice // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. P. 16969-16974.

13. Caragine T.A., Okada N., Frey A.B., Tomlinson S. A tumor-expressed inhibitor of the early but not late complement lytic pathway enhances tumor growth in a rat model of human breast cancer // Cancer Res. 2002. V. 62. P. 1110-1115.

14. Celik I., Stover C, Botto M. et al. Role of the classical pathway of complement activation in experimentally induced polymicrobial peritonitis // Infect. Immun. 2001. V. 69. P. 7304-7309.

15. Donin N, Jurianz K., Ziporen L. et al. Complement resistance of human carcinoma cells depends on membrane regulatory proteins, protein kinases and sialic acid // Clin. Exp. Immunol. 2003. V. 131. P. 254-263.

16. Fernie-King B.A., Seilly D.J., Willers Ch. et al. Streptococcal inhibitor of complement (SIC) inhibits the membrane attack complex by preventing uptake of c567 onto cell membranes // Immunology. 2001. V. 103. Issue 3. P. 390-408.

17. Frumeaux-Bacchi V., Dragon-Durey M.A., Blouin J. et al. Investigation of the complement system in clinical practice // Ann. Med. Interne (Paris). 2003. V. 154. P. 529-540.

18. Imai M., Ohta R., Okada N, Tomlinson S. Inhibition of a complement regulator in vivo enhances antibody therapy in a model of mammary adenocarcinoma // Int. J. Cancer. 2004. V. 110. P. 875- 881.

19. Jiang H, WagnerE, Zhang H, Frank M.M. Complement 1 inhibitor is a regulator of the alternative complement pathway // J. Exp. Med.

2001. V. 194. № 11. P. 1609-1616.

20. Langeggen H, Berge K.E., Johnson E, Hetland G. Human umbilical vein endothelial cells express complement receptor 1 (CD35) and complement receptor 4 (CD11c/CD18) in vitro // Inflammation.

2002. V. 26. № 3. P. 103 - 110.

21. Laufer J., Katz Y, Passwell J.H. Extrahepatic synthesis of complement proteins in inflammation // Mol. Immunol. 2001. V. 38. P. 221 -229.

22. Leslie R.G.Q., Nielsen C.H. The classical and alternative pathways of complement activation play distinct roles in spontaneous C3 fragment deposition and membrane attack complex (MAC) formation on human B lymphocytes // Immunology. 2004. V. 111. Issue 1. P. 86-98.

23. Lukas T.J., MunozH., Erickson B.W. Inhibition of C1-mediated immune hemolysis by monomeric and dimeric peptides from the second constant domain of human immunoglobulin G // J. Immunology. 1981. V. 127. № 6. P. 2555-2560.

24. Nauta A.J., Daha M.R., Tijsma O. et al. The membrane attack complex of complement induces caspase activation and apoptosis // Europ. J. of Immun. 2002. V. 32. Issue 3. P. 783-792.

25. Nielsen C.H., Marquait H.V., Prodinger W.M., Leslie R.G. CR2-medi-ated activation of the complement alternative pathway results in formation of membrane attack complexes on human B lymphocytes // Immunol. 2001. V. 104. P. 418-422.

26. Nielsen C.H., Pedersen M.L., Marquart H.V. et al. The role of complement receptors type 1 (CR1, CD35) and 2 (CR2, CD21) in promoting C3 fragment deposition and membrane attack complex formation on normal peripheral human B cells // Eur. J. Immunol. 2002. V. 32. P. 1359-1367.

27. Ren B., McCrory M.A., Pass C. et al. The virulence function of Streptococcus pneumoniae surface protein A involves inhibition of complement activation and impairment of complement receptor-mediated protection // J. Immunol. 2004. V. 173. P. 7506-7512.

28. Roos A., Ramwadhdoebe T.H., Nauta A.J. et al. Therapeutic inhibition of the early phase of complement activation // Immunobiology. 2002. V. 205. P. 595-609.

29. Roos A., Bouwman L.H., Munoz J. et al. Functional characterization of the lectin pathway of complement in human serum // Mol. Immunol. 2003. V. 39. P. 655-668.

30. Song H, He C., Knaak C. et al. Complement receptor 2-mediated targeting of complement inhibitors to sites of complement activation // J. Clin. Invest. 2003. V. 111. P. 1875-1885.

31. Thiel S, Petersen S.V., Vorup-Jensen T. et al. Interaction of C1q and mannan-binding lectin (MBL) with C1r, C1s, MBL-associated serine proteases 1 and 2, and the MBL-associated protein MAp19 // J. Immunol. 2000. V. 165. P. 878-887.

32. Windbichler M., Echtenacher B., Hehlgans T. et al. Involvement of the lectin pathway of complement activation in antimicrobial immune defense during experimental septic peritonitis // Infection and Immunity. 2004. V. 72. № 9. P. 5247-5252.

Biological functions of complement

Odintsov Yu.N., Perelmuter V.M.

Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

ã Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М.

Комплемент является одним из важнейших факторов резистентности организма. Система комплемента может принимать участие в различных эффекторных механизмах, прежде всего в лизисе (комплементарный киллинг) и опсонизации микроорганизмов. В переключе­ нии литической функции комплемента на опсоническую могут принимать участие макрофаги. Функции комплемента при бактериозах за­ висят от особенностей патогенеза инфекционного заболевания.

Ключевые слова: комплемент, бактериолиз, опсонизация, инфекционный процесс.

One of the true basic resistance factors is complement. Main functions of it consist in bacterial lysis, bacterial opsonisation for phagocytosis. Alteration of lytic function for opsonic function depends upon macrophages. Complement functions at bacteriosis depend on phathogenesis fea­ tures in infectious disease.

Key words: complement, bakteriolysis, opsonisation, infectious process.

УДК 576:8.097.37

Организм человека имеет две основные линии защиты от возбудителей инфекционных заболеваний: неспецифиче­ скую (резистентность) и специфическую (иммунитет).

Факторы первой линии защиты (резистентности) харак­ теризуются рядом общих признаков: 1) они сформированы задолго до встречи с возбудителем (внутриутробный пери­ од); 2) неспецифичны; 3) генетически детерминированы; 4) генотипически и фенотипически неоднородны (гетероген­ ны) в популяции; 5) высокая резистентность к одному возбу­ дителю может сочетаться с низкой к другому; 6) резистент­ ность прежде всего зависит от функционального состояния макрофагов, которое контролируется генами, не связанными с HLA, и состояния системы комплемента (контролируемой HLA).

Комплемент - многокомпонентная ферментная система плазмы, состав и функция которой в основном хорошо изуче­ ны, является одним из важнейших факторов резистентности организма. В 1960-1970-е гг. было особенно популярно определение титра комплемента как одного из показателей резистентности. И в настоящее время изучению функции комплемента посвящено множество исследований. Вместе с тем существуют не только определенные трудности и противоречия при объ­

яснении механизма активации комплемента, но до сих пор

остаются недостаточно изученными некоторые механизмы активации и функционирования комплемента. К таким дис­ куссионным вопросам относятся механизм действия ингиби­ торов активации комплемента in vivo , механизм переключе­ ния активации комплемента с литической на опсоническую функцию и понимание роли комплемента в саногенезе при различных инфекциях.

Известно 14 белков (компонентов) плазмы крови, со­ ставляющих систему комплемента . Они синтезируются гепатоцитами, макрофагами и нейтрофилами . Большинство из них относятся к β -глобулинам. Согласно но­ менклатуре, принятой ВОЗ, система комплемента обознача­ ется символом С, а ее индивидуальные компоненты симво­ лами Cl, C2, С3, С4, С5, С6, С7, С8, С9 или прописными бук­ вами (D, B, P). Часть компонентов (Cl, C2, С3, С4, С5, B) де­ лится на составляющие их субкомпоненты - более тяже­ лые, обладающие ферментативной активностью, и менее тяжелые, не обладающие ферментативной активностью, но сохраняющие самостоятельную биологическую функцию. Активированные комплексы белков системы комплеме нта помечают чертой над комплексом (например, C4b2a3b - С5-конвертаза).

Помимо белков собственно комплемента (C1-C9) в осуществлении его биологической активности принимают

участие и другие белки, выполняющие регуляторные функ­ ции:

а) рецепторы мембран клеток макроорганизма к суб­ компонентам комплемента: CR1(CD35), CR2(CD21), CR3(CD11b/CD18), CR4(CD11c/CD18), C1qR, C3a/C4aR, C5aR;

б) мембранные белки клеток макроорганизма: мембран­ ный кофакторный белок (МКБ, или MCP - membrane-assoti­ ated cofactor of proteolysis, CD46), фактор, ускоряющий дис­ социацию (ФУД, или DAF - decay accelerating factor, CD55), протектин (CD59);

в) белки плазмы крови, осуществляющие позитивную или негативную регуляцию: 1) позитивная регуляция - фак­ тор В, фактор D, пропердин (Р); 2) негативная регуляция - фактор I, фактор Н, белоксвязывающий C4b (C4 binding pro­ tein, C4bp), C1-ингибитор (C1-inh, серпин), S-белок (витро­ нектин).

Таким образом, в функциях системы комплемента при­ нимают участие более 30 компонентов. Каждый белковый компонент (субкомпонент) комплемента обладает опреде­ ленными свойствами (табл. 1).

В норме компоненты комплемента находятся в плазме в неактивном состоянии. Они становятся активными в процессе многоступенчатых реакций активации. Активированные компоненты комплемента действуют в определенном поряд­ ке в виде каскада ферментативных реакций, а продукт пред­ шествующей активации служит катализатором для включе­ ния в последующую реакцию нового субкомпонента или компонента комплемента.

Система комплемента может принимать участие в раз­ личных эффекторных механизмах:

1) лизис микроорганизмов (комплементарный киллинг);

2) опсонизация микроорганизмов;

3) расщепление иммунных комплексов и их клиренс;

4) активация и хемотаксическое привлечение лейкоци­ тов в очаг воспаления;

5) усиление индукции специфических антител путем: а) усиления локализации антигена на поверхности В-лимфо­ цитов и антигенпредставляющих клеток (АПК); б) снижения порога активации В-лимфоцитов.

Наиболее важными из функций комплемента являются лизис мембран патогенов и опсонизация микроорганизмов.

Т а б л и ц а 1

Компоненты и субкомпоненты комплемента, принимающие участие в классическом и альтернативном путях активации комплемента

щего из компонентов комплемента. В зависимости от того, каким образом произошло образование МАК, различают несколько путей активации комплемента.

Классический (иммунокомплексный) путь активации комплемента

Этот путь активации комплемента называется классиче­ ским вследствие того, что он был описан первым и долгое время оставался единственным из известных сегодня. В классическом пути активации комплемента пусковую роль выполняет комплекс антиген - антитело (иммунный комплекс (ИК)). Первым звеном активации комплемента яв­ ляется связывание C1q-субкомпонента C1-компонента с им­ муноглобулином иммунного комплекса. В частности, в слу­ чае активации комплемента иммуноглобулинами класса G (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) это осуществляется аминокислотны­ ми остатками в позициях 285, 288, 290, 292 тяжелой цепи IgG . Активация этого участка происходит только после образования комплекса антиген - антитело (АГ-АТ). Способностью активировать комплемент по классическому пути обладают с убывающей интенсивностью IgM, IgG3, IgG1 и IgG2.

Компонент комплемента C1q состоит из трех субъеди­ ниц (рис. 1), каждая из которых имеет два центра для связы­ вания с Ig в комплексе АГ-АТ. Таким образом, полная мо­ лекула C1q располагает шестью такими центрами. При об­ разовании комплекса АГ-IgM молекула C1q связывается не менее чем с двумя вторыми доменами (CH2) одной и той же молекулы IgM, а при участии в образовании комплекса АГ- АТ иммуноглобулинов класса G - со вторыми доменами (CH2) не менее чем двух разных молекул IgG в комплексах АГ-IgG . Присоединившийся к АГ-АТ C1q приобретает свойства сериновой протеазы и инициирует активацию и встраивание в C1q двух молекул С1r. С1r, в свою очередь, инициирует активацию и встраивание в C1q еще двух других молекул - С1s. Активированный С1s обладает активностью сериновой эстеразы.

Затем С1s комплекса С1 расщепляет С4 на больший фрагмент С4b и меньший C4a. С4b соединяется ковалент­ ными связями с амино- и гидроксильными группами молекул клеточной мембраны (рис. 2). Фиксированный на поверхно­ сти мембраны (или комплекса АГ-АТ) С4b связывает С2, который становится доступным для ферментативного рас­ щепления той же сериновой протеазой С1s. В результате образуется мелкий фрагмент 2b и более крупный фрагмент С2а, который, соединяясь с прикрепленным к поверх ности мембраны С4b, образует ферментный комплекс C4b2a , на­

Обзор литературы

зываемый С3-конвертазой классического пути активации комплемента.

Рис. 1. Компоненты ферментного комплекса C1 (1q2r2s) и его взаимодействие с комплексом антиген - антитело (АГ-IgG или АГ-IgM):

J - цепь, объединяющая мономеры пентамера

Рис. 2. Активация комплемента по классическому пути

Образовавшаяся С3-конвертаза взаимодействует с С3 и расщепляет его на меньший фрагмент С3а и больший С3b. Концентрация С3 в плазме самая высокая из всех компо нентов комплемента, а один ферментный комплекс C4b2a (С3-конвертаза) способен расщепить до 1 тыс. моле­ кул С3. Это создает высокую концентрацию C3b на поверх­ ности мембраны (амплификация образования С3b). Затем С3b ковалентно связывается с С4b, находящимся в составе С3-конвертазы. Сформированный трехмолекулярный комплекс C4b2a3b является С5-конвертазой. С3b в составе С5-конвертазы ковалентно соединяется с поверхностью ми­ кроорганизмов (рис. 2).

Субстратом для С5-конвертазы является компонент C5 комплемента, расщепление которого заканчивается образо­ ванием меньшего по размерам С5а и большего С5b. Об­

Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М.

разование С5b инициирует формирование мембраноатакую­ щего комплекса. Оно протекает без участия ферментов пу­ тем последовательного присоединен ия к С5b компонентов C6, C7, C8 и C9 комплемента. C5b6 является гидрофиль­ ным, а C5b67 - гидрофобным комплексом, который встраи­ вается в липидный бислой мембраны. Присоединение к C5b67 С8 еще более погружает образовавшийс я комплекс C5b678 в мембрану. И, наконец, к C5b678 комплек- су фик сируется 14 молекул С9. Сформировавшийся C5b6789 и является мембраноатакующим ком плексом. По­ лимеризация молекул С9 в комплексе C5b6789 приводит к образованию неспадающейся поры в мембране. Через пору в клетку поступают вода и Na+ , что приводит к лизису клетки (рис. 3).

Рис. 3. Схема формирования мембраноатакующего комплекса (C5b6789)

Интенсивность образования МАК при классическом пути активации комплемента возрастает за счет петли усиления альтернативного пути активации комплемента. Петля усиле­ ния начинается с момента образования ковалентной связи С3b с поверхностью мембраны. В образовании петли участ­ вуют три дополнительных белка плазмы: B, D и Р (пропер­ дин). Под влиянием фактора D (сериновой эстеразы) свя­ занный с С3b белок В расщепляется на меньший фрагмент Ba и больший Bb, который связыв ается с С3b (см. рис. 2). Присоединение к комплексу C3bBb пропер дина, выполняю­ щего роль стабилизатора комплекса C3bBb , завершает об ­ разование С3-конвертазы альтернативного пути - C3bBbP

С3-конвертаза альтернативного пути расщепляет молеку­ лы С3, образуя дополнительные С3b, что обеспечивает формирование все большего количества С5-конвертазы и в конечном итоге - большего количества МАК. МАК действу­

Биологические функции комплемента

ет самостоятельно, а возможно, индуцирует апоптоз через каспазный путь .

Альтернативный (самопроизвольный) путь активации комплемента

Механизм активации комплемента по альтернативному пути обусловлен спонтанным гидролизом тиоэфирной связи в нативной молекуле С3. Этот процесс происходит в плазме постоянно и называется «холостой» активацией С3. В ре­ зультате гидролиза С3 образуется его активированная форма, обозначаемая С3i. В дальнейшем С3i связывает фактор В. Фактор D расщепляет фактор В в составе комплекса С3iВ на малый фрагмент Ba и большой Вb. Об­ разовавшийся комплекс С3iВb является жидкофазной С3конвертазой альтернативного пути активации комплемента. Далее жидкофазная конвертаза С3iВb расщепляет С3 на C3a и C3b. Если C3b остается свободным, он разрушается, подвергаясь гидролизу водой. Если C3b ковалентно свя­

зывается с поверхностью бактериальной мембраны (мембраны любых микроорганизмов ), то он не подвергается протеолизу. Более того, он инициирует образование петли усиления альтернативного пути. К фиксированному C3b присоединяется фактор В (C3b имеет б ó льшую аффинность к фактору В, чем к фактору Н), образуется комплекс C3bВ, от которого фактор D отщепляет мелкий фрагмент Ва. После присоединения пропердина, являющегося с табилиз атором комплекса C3bВb, образуется комплекс C3bBbP , представляющий собой связанную с поверхностью мембраны С3-конвер­ тазу альтернативного пути. Связанная С3-конвертаза ини­ циирует прикрепление в том же месте дополнительных мо­ лекул C3b (амплификация C3b), что приводит к быстрому локальному накоплению C3b . Далее связанная С3-конвертаза расщепляет С3 на С3a и С3b. П рисоеди не­ ние C3 b к С3-конвертазе образует комплекс C3bBb3b (C3b 2 Bb), который является С5-конвертазой альтернативно­ го пути. Затем происходит расщепление компонента С5 и образование МАК, как и при классическом пути активации комплемента.

Обзор литературы

Рис. 4. Альтернативный (самопроизвольный) путь активации комплемента

Лектиновый путь активации комплемента

Липополисахариды (ЛПС) грамотрицательных бакте­ рий, в составе которых могут содержаться остатки манно­ зы, фукозы, глюкозамина, связываются лектинами (сыво­ роточные протеины, прочно связывающие углеводы) и ин­ дуцируют лектиновый путь активации комплемента. Например, триггером лектинового пути активации компле­ мента может быть маннансвязывающий лектин (МСЛ), как и C1q, относящийся к семейству кальцийзависимых лекти­ нов

Он соединяется с маннозой, находящейся в составе клеточной стенки бактерий, и приобретает способность взаимодействовать с двумя маннансвязываю­ щими лектинассоциированными сериновыми протеиназами

МАСП1 и МАСП2, идентичными соответственно C1r и C1s.

Взаимодействие [МСЛ-МАСП1-МАСП2] аналогично образованию комплекса . В дальнейшем ак­ тивация комплемента происходит так же, как и по классиче­ скому пути (рис. 5).

Рис. 5. Лектиновый путь активации комплемента (М - манноза в составе поверхностных структур клетки, например, ЛПС)

Белки семейства пентраксинов, обладающие свойства­ ми лектинов, таких как амилоидный протеин, С-реактивный протеин, также способны активировать комплемент по лектиновому пути, взаимодействуя с соот­ ветствующими субстратами клеточных стенок бактерий. Так, С-реактивный протеин активирует форсфорилхолин клеточ­ ной стенки грамположительных бактерий. И затем активи­ рованный форсфорилхолин запускает классический путь сборки компонентов комплемента.

C3b, который образуется из С3, под влиянием любой С3-конвертазы связывается с мембраной мишени и стано­ вится местом дополнительного образования C3b. Эта сту­ пень каскада получила название «петля усиления». Каким бы ни был путь активации комплемента, если его не блокиру­ ет один из регуляторных факторов, он заканчивается образо­ ванием мембраноатакующего комплекса, образующего не­ спадающуюся пору в мембране бактерии, что приводит к ее гибели.

Альтернативный и лектиновый пути активации компле­ мента по времени запуска при инфекционном заболевании яв­ ляются ранними. Они могут активироваться уже в первые часы после попадания патогена во внутреннюю среду ма­ кроорганизма. Классический путь активации комплемента яв­ ляется поздним: он начинает «работать» лишь при появлении антител (IgM, IgG).

Регуляторные белки активации комплемента

Процесс активации комплемента регулируется мем­ бранными (табл. 2) и плазменными (табл. 3) белками .

Пути активации комплемента и образование МАК могут быть блокированы различными факторами:

1) классический, лектиновый:

Действием С1-ингибитора, связывающего и инактиви­ рующего С1r и C1s;

- подавлением образования С3-конвертазы классиче­ ского и лектинового пути (C4b2a) под действием факторов I, Н, C4-bp, ФУД, МКБ и CR1;

- подавлением взаимодействия компонентов компле­ мента с поверхностью клеток макроорганизма действием ФУД (CD55), CR1(CD35), МКБ(CD46);

2) альтернативный:

- диссоциацией комплексов C3iBb и C3bBb действием фактора Н;

- расщеплением C3b фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (плазмы), CR1 или МКБ (свя­ занных на поверхности клеток макроорганизма);

- подавлением образования С3-конвертазы альтерна­ тивного пути на поверхности клеток макроорганизма дей­ ствием ФУД, CR1 или МКБ.

Подавление образования МАК

1. Гидрофобный комплекс C5b67 , который начинает встраивается в липидный бислой мембраны, может быть инактивирован S-белком (витронектином). Образовавшийся комплекс 5b67S внедриться в липидный слой мембраны не может.

2. Присоединение компонента 8 к комплексу C5b67 в жидкой фазе может быть блокировано липопротеидами низ­ кой плотности (ЛПНП).

3. Погружение в мембрану C5b678 и присоединение С9 предотвращает CD59 (протектин), белок мембраны клеток макроорганизма.

4. Удаление фрагментов мембраны клеток макроорга­ низма со встроенным МАК путем эндоцитоза либо экзоцитоза.

Таким образом, регуляторные белки клеточного проис­ хождения самостоятельно ингибируют активацию компле­ мента с образованием МАК только на поверхности сомати­ ческих клеток и не эффективны в ингибиции литической функции на поверхности патогенов.

Напротив, регуляторные белки плазменного происхо­ ждения ингибируют активацию комплемента не только на поверхности соматических клеток, но и на мембранах пато­ генов.

Опсонизация микроорганизмов компонентами комплемента

Комплементарный лизис микроорганизмов является ранней реакцией макроорганизма на попадание патогенов в его внутреннюю среду . Образующиеся при активации комплемента по альтернативному или лектиновому пути субкомпоненты C2b, C3a, C4a, C5a, Ba привлекают в очаг воспаления клетки и активируют их эффекторные функции.

Из компонентов комплемента опсонизирующими свой­ ствами обладают в основном 3b и 4b. Для их образования необходимы два условия: первое - активация комплемента одним из описанных выше путей, второе - блокирование активационного процесса, благодаря которому невозможно образование МАК и лизис патогена. В этом и состоит

переключение литической программы активации комплемен­ та на опсоническую.

В реальных условиях инфекционного процесса переключение на опсоническую программу активации комплемента, обеспечивающую фагоцитоз патогена и кли­ ренс иммунных комплексов , может происходить благо­ даря эффектам регуляторных белков. Сборка на мембране компонентов комплемента может завершиться образовани­ ем мембраноатакующего комплекса, а может быть прервана на уровне образования 4b и еще более активно на уровне образования 3b факторами I и H .

Фактор I является основным ферментом, вызывающим деградацию C3b. Фактор H в этом процессе выполняет роль кофактора. Действуя совместно, они обладают способно­ стью инактивировать как жидкофазный, так и мембранный C3b (свободный или в составе любой конвертазы), отщеп­ ляя от него фрагмент C3f (инактивированный C3b обознача­ ется как C3bi). Затем они продолжают расщепление C3bi следующим образом:

К мембранному C3b и его мембранному субкомпоненту деградации C3bi на клетках макроорганизма имеются соот­ ветствующие рецепторы (табл. 4). C3b и инактивированный C3b (C3bi) являются лигандами для рецепторов CR1 (C3b, C3bi), CR3 (C3bi), CR4 (C3bi), расположенных на нейтрофи­ лах , моноцитах (макрофагах) , эндотелии пу­ повины . C3b и C3bi выполняют роль активных опсони­ нов .

Предположительно, совместное действие факторов I и H может переключать образование литического комплекса (МАК, комплементарный киллинг) на другой механизм уни­ чтожения патогена - фагоцитарный киллинг (рис. 6). Раство­ римые ингибиторы активации комплемента (I и H), продуци­ рующиеся макрофагами, позже появляющимися в очаге вос­ паления, действуют в микроокружении фагоцита, препят­ ствуя образованию конвертазы C3 на поверхности бактерий

и обеспечивая, таким образом, наличие «свободных» C3b. Рецептор макрофага к C3b, связывая лиганд (C3b), фикси­ рует бактерию на поверхности макрофага. Ее фагоцитоз осуществляется при совместном участии двух лиганд-рецеп­ торных комплексов: рецептор к C3b + C3b и Fcγ R + IgG . Другая пара - рецептор к C3b + C3bi инициирует фагоцитоз

и без участия антител .

Биологический смысл переключения активации компле­ мента с литической на опсоническую функцию, вероятно, за­ ключается в том, что все бактерии, которые не лизировались до встречи с фагоцитом, должны быть фагоцитированы c по­ мощью C3b-опсонина. Такой механизм переключения актива­ ции комплемента на опсонический необходим не только для фагоцитоза жизнеспособных патогенов в ранние сроки инфек­ ции, но и для утилизации фагоцитами «осколков» микроорга­ низмов.

Обзор литературы

Рис. 6. Переключение активации комплемента на процесс фагоцитоза

Является целесообразным рассмотреть вопрос о воз­ можной роли комплемента в патогенезе различных групп бактериозов, разделенных ранее в зависимости от меха­ низма саногенеза.

Токсигенные бактериозы (дифтерия, газовая гангре­ на, ботулизм, столбняк и др.). Обычная локализация возбу­ дителей - входные ворота инфекции. Основной эффектор патогенеза - токсин (Т-зависимый антиген, антиген первого типа). Т-зависимые поверхностные антигены этих бактерий в индукции иммунного ответа принимают незначительное участие. Основной эффектор саногенеза - антитоксин (IgG). Тип иммунного ответа - Th2. Выздоровление насту­ пает вследствие образования и последующей элиминации иммунных комплексов, а также фагоцитарного киллинга бак­ терий в очаге воспаления. Роль комплемента при этих бак­ териозах, вероятно, ограничена участием в элиминации им­ мунных комплексов токсин - антитоксин. В нейтрализации токсина (т.е. в саногенезе токсигенных инфекций) компле­ мент существенной роли не играет.

Нетоксигенные негранулематозные бактериозы

1. Возбудители содержат поверхностные Т-неза­ висимые антигены (Ti-антигены, антигены второго типа):

Бактерии содержат классический ЛПС (Ti-антигены энтеропатогенных кишечных палочек, сальмонелл, шигелл и др.). Обычная локализация возбудителей - от входных во­ рот в слизистых кишечного тракта до региональных лимфати­ ческих узлов. Основной эффектор патогенеза - эндотоксин и живые бактерии. Тип иммунного ответа - Th2. Иммунный

ответ на ЛПС характеризуется продукцией антител IgMкласса. Саногенез наступает прежде всего вследствие уни­ чтожения бактерий нефагоцитарным путем в преиммунную фазу инфекционного процесса за счет лектинового и аль­ тернативного пути активации комплемента.

В иммунную фазу инфекционного процесса - за счет им­ мунного лизиса с участием IgM и комплемента по классиче­ скому пути активации. Фагоцитоз не имеет существенного зна­ чения в саногенезе при бактериозах этой группы. Активация системы комплемента при этих заболеваниях может способ­ ствовать саногенезу ;

Бактерии содержат поверхностные (капсульные)

Ti-антигены (пневмококки, гемофильные бактерии и др.). Обычная локализация возбудителей - от входных ворот в слизистых дыхательного тракта до региональных лимфати­ ческих узлов, нередко проникают в кровь. Основной эффек­ тор патогенеза - живые бактерии. Тип иммунного ответа - Th2. В иммунном ответе на поверхностные антигены проис­ ходит образование антител IgM-класса. Саногенез осуще­ ствляется прежде всего вследствие уничтожения бактерий нефагоцитарным путем в преиммунную фазу инфекционно­ го процесса за счет лектинового и альтернативного пути ак­ тивации комплемента. В иммунную фазу инфекционного процесса - за счет иммунного лизиса с участием IgM и комплемента по классическому пути активации. В случае проникновения бактерий этой группы в кровь основную роль в очищении макроорганизма от возбудителей играет селе­ зенка - основное место фагоцитоза слабоопсонизирован­ ных (или неопсонизированных) бактерий - и способность

Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М.

IgM «нацеливать» сенсибилизированные им бактерии на фагоцитоз купферовыми клетками с последующим перено­ сом еще не дезинтегрированных до конца фрагментов бак­ терий в желчные капилляры. Соли желчных кислот расщеп­ ляют фрагменты бактерий, которые выводятся в кишечник. Активация системы комплемента при этой группе заболева­ ний также может способствовать саногенезу .

2. Возбудители содержат поверхностные Т-зависи­ мые антигены (T-антигены, антигены первого типа).

Локализация возбудителей (стафилококки, стрептококки и др.) - входные ворота (кожа, слизистые), региональные лимфатические узлы, системное поражение (органы). Основные эффекторы патогенеза - живые бактерии и, в меньшей степени, их токсины.

В иммунном ответе четко прослеживается смена синтеза IgM на IgG. Тип иммунного ответа при адекватном течении инфекционного заболевания (у пациентов без признаков им­ мунодефицита) - Th2. Саногенез обусловлен иммунным фагоцитозом, иммунным лизисом и антитоксинами. При этих инфекциях в преиммунную фазу саногенез осуществляется за счет альтернативного пути активации комплемента и опсонизации бактерий продуктами активации комплемента с последующим их фагоцитозом. В иммунную фазу инфекци­ онного процесса саногенез связан с комплементарным кил­ лингом при классическом пути активации комплемента с участием IgM и IgG, а также с фагоцитозом опсонизирован­ ных продуктами активации комплемента и IgG бактерий .

Гранулематозные бактериозы

1. Возбудители острых неэпителиоидноклеточ­ ных гранулематозных бактериозов (листерии, сальмо­ неллы брюшного тифа, паратифов А, В и др.).

Возбудители содержат поверхностные Т-зависимые ан­ тигены. Эффекторами патогенеза являются живые бакте­ рии. Фагоцитоз незавершенный. Тип иммунного ответа - Th2 и Th1. Появление IgM сопровождается образованием гранулем . Смена IgM на IgG ведет к обратному развитию гранулем. Саногенез осуществляется за счет альтернатив­ ного пути активации комплемента и опсонизации бактерий продуктами активации комплемента с последующим их фа­ гоцитозом. В иммунную фазу инфекционного процесса сано­ генез связан с комплементарным киллингом при классиче­ ском пути активации комплемента с участием IgM и IgG, а также с фагоцитозом опсонизированных продуктами актива­ ции комплемента и IgG бактерий.

Биологические функции комплемента

2. Возбудители хронических эпителиоиднокле­ точных гранулематозных бактериозов (микобактерии туберкулеза, лепры; бруцеллы и др.).

Возбудители содержат поверхностные Т-зависимые ан­ тигены. Эффекторами патогенеза являются живые бакте­ рии. Фагоцитоз незавершенный. Тип иммунного ответа - Th2 и Th1. Появление IgM, по-видимому, также может яв­ ляться ведущим фактором образования гранулем. Действия цитокинов Th1-набора недостаточно для завершенности фа­ гоцитоза, что приводит к появлению в гранулеме эпителио­ идных клеток. Ни один из вариантов активации комплемента в саногенезе не играет существенной роли .

Заключение

Комплемент (система комплемента) является одним из первых гуморальных факторов, с которым сталкивается па­ тоген при его попадании во внутреннюю среду макроорга­ низма. Механизмы активации компонентов комплемента позволяют использовать его как для лизиса патогенов, так и для усиления фагоцитоза. Не при всех бактериальных ин­ фекционных заболеваниях содержание и уровень компле­ мента в крови можно использовать как прогностический тест.

Литература

1. Одинцов Ю.Н., Перельмутер В.М., Климентьева Т.К. Тафтсин: роль в развитии негранулематозных и гранулематозных бакте­ риозов // Бюл. сиб. медицины. 2002. Т. 1. № 3. С. 98-102.

2. Перельмутер В.М., Одинцов Ю.Н. Основная функция иммуно­ глобулинов класса M (IgM) - регуляция проницаемости гема­

тотканевого барьера для бактерий и их антигенов // Бюл. сиб. медицины. 2005. Т. 4. № 3. С. 38-42.

3. Ройт А. Основы иммунологии. Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 328 с.

4. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология. Пер. с англ. М.: Мир, 2000. 581 с.

5. Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология. М.: Медицина, 2000. 432 с.

6. Ярилин А.А. Основы иммунологии. М.: Медицина, 1999. 607 с.

7. Alban S., Classen B., Brunner G., Blaschek W. Differentiation be­ tween the complement modulating effects of an arabinogalactan-protein from Echinacea purpurea and heparin // Planta Med. 2002. V. 68 (12). P. 1118-1124.

8. Ambrosio A.R., De Messias-Reason I.J. Leishmania (Viannia) braziliensis: interaction of mannose-binding lectin with surface gly­ coconjugates and complement activation. An antibody-independent defence mechanism // Parasite Immunol. 2005. V. 27. P. 333-340.

9. Andersson J., Larsson R., Richter R. et al. Binding of a model regula­ tor of complement activation (RCA) to a biomaterial surface: surfacebound factor H inhibits complement activation // Biomaterials. 2001. V. 22. P. 2435-2443.

Комплемент представляет собой одну из важнейших полифункцио- нальных систем организма. С одной стороны, его можно расценить как принципиальный эффектор антителозависимых реакций. Он участвует не только в литических и бактерицидных реакциях, но и в других антителозависимых эффектах, среди которых повышение фагоцитоза является одной из его важнейших функций in vivo. С другой стороны, комплемент выступает как основная система - амплифика- тор воспалительных реакций. Возможно, что в эволюционном аспекте это его главная (первичная) функция, и совсем не обязательно связывать ее с антителами и другими иммунологическими механизмами.
Центральным событием в процессе активации комплемента является расщепление СЗ-компонента по классическому (названному так только потому, что он был открыт первым, а не в силу его исключительной значимости) и альтернативному пути. Вторым принципиальным моментом является возможная глубина процесса: останавливается
ли он на стадии расщепления СЗ, обеспечивая при этом ряд биологических эффектов, или углубляется далее (от С5 до С9). Последний этап активации часто называют терминальным, заключительным (мембраноатакующим), он является общим, идентичным для классического и альтернативного пути и с ним связана литическая функция комплемента.
В настоящее время насчитывают не менее 20 протеинов плазмы, объединяемых в систему комплемента. Принципиально они делятся на 3 группы. Компоненты, участвующие в классическом пути активации и в заключительном (мембраноатакующем) этапе, обозначены как Clq, Clr, С1„ С4, С2, СЗ, С5, С6, С7, С8 и С9. Белки, участвующие в альтернативном пути активации, называются факторами и обозначены как В, Д, Р. Наконец, выделяется группа белков, регулирующих интенсивность реакции, или группа белков-контролеров: к ним относятся С1-ингибитор (C1INH), СЗЬ-инактиватор (C3bINa), pIH-фактор - С4 - ВР, ингибитор анафилотоксина. Фрагменты, получающиеся при энзиматическом расщеплении основных компонентов, обозначаются малыми буквами (например, СЗа, СЗь, C3d, С5а и т. д.). Для обозначения компонентов или фрагментов, обладающих энзиматической активностью, над их символами ставится черта, например Cl, С42, СЗьВь.
Ниже приводится содержание отдельных компонентов комплемента в сыворотке крови :
Компонент Концентрация, мкг/мл
Классический путь
С1 70
С1 34
С1 31
С4 600
С2 25
СЗ 1200
Альтернативный путь
Пропердин 25
Фактор В 200
Фактор Д 1
Мембраноатакующий комплекс
С5 85
С6 75
С7 55
С8 55
С9 60
Регуляторные белки
С1-ингибитор 180
Фактор Н 500
Фактор I 34
Система комплемента относится к числу «триггерных» энзимати
ческих систем, как и система свертывания крови, фибринолиз, образование кининов. Она характеризуется быстрым и стремительно усиливающимся ответом на стимуляцию. Эта амплификация (усиление) вызывается каскадным феноменом, для которого характерно, что продукты одной реакции являются катализаторами для следующей. Такой каскад может быть линейным, однонаправленным (например, классический путь активации комплемента), или вовлекает петли обратной связи (альтернативный путь). Таким образом, в системе комплемента имеют место оба варианта (схема 1).
Классический путь активируется иммунными комплексами

антиген - антитело, в состав которых в качестве антигенов входят IgM, IgG (субклассов 3, 1, 2; они расположены по убывающей активности). Кроме того, классический путь могут активировать агрегаты IgG, СРБ, ДНК, плазмин. Процесс начинается с активации С1, который состоит из 3 компонентов Clq, Clr, Cls. Clq (относительная молекулярная масса 400), имеет своеобразную структуру: 6 субъединиц с коллагеновым стержнем и неколлагеновой головкой, 6 стержней объединены на конце молекулы, противоположном головке. На головках находятся участки для присоединения к молекулам антител, участки же для присоединения С1Г и Cls расположены на коллагеновых стержнях. После присоединения Clq к АТ С1г путем конформативных преобразований становится С1г, активной протеазой. расщепляет Cls, превращая весь комплекс в серинэстеразу С1. Последняя расщепляет С4 на 2 фрагмента - С4а и С4ь и С2 на С2а и С2ь. Образующийся комплекс С4Ь2Ь(а) представляет собой активный фермент, расщепляющий СЗ-компонент (СЗ-конвертаза классического пути); иногда он обозначается С42.
Регулятором классического пути является С1-ингибитор (C1INH), подавляющий активность С1г и Cls путем необратимого связывания с этими ферментами. Установлено, что C1INH также уменьшает активность калликреина, плазмина и фактора Хагемана. Врожденный дефицит этого ингибитора приводит к неконтролируемой активации С4 и С2, проявляющейся в виде врожденного антиоотека.
Альтернативный (пропердиновый) путь состоит из ряда последовательных реакций, не включающих Cl, С4 и С2-компо- ненты и тем не менее приводящих к активации СЗ. К тому же эти реакции приводят к активации заключительного мембраноатакующего механизма. Активация этого пути инициируется эндотоксином грам- отрицательных бактерий, некоторыми полисахаридами типа инулина и зимозана, иммунными комплексами (ИК), содержащими IgA или IgG, и некоторыми бактериями и грибками (например, Staf. epidermis, Candida albicans). В реакции участвуют 4 компонента: факторы Д и В, СЗ и пропер дин (Р). При этом фактор Д (фермент) подобен Cls классического пути, СЗ и фактор В соответственно аналогичны С4- и С2-компонентам. В результате образуется конвертаза альтернативного пути СЗьВь. Образовавшийся комплекс крайне нестойкий, и для выполнения своей функции он стабилизируется пропердином, образуя более сложный комплекс СЗьВьР. Регуляторными белками альтернативного пути являются piH и СЗь-инактиватор (C3JNA). Первый связывается с СЗь и формирует участок связывания для инактиватора (C3bINA). Искусственное удаление этих факторов или их генетический дефицит, существование которого недавно установлено у людей, приводит к безудержной активации альтернативного пути, которая потенциально может завершиться полным истощением СЗ или фактора В.
Терминальный мембраноатакующий механизм. Как уже было сказано, оба пути сходятся на СЗ-компоненте, который активируется любой из образовавшихся конвертаз С42 или СЗьВь. Для
формирования С5-конвертазы необходимо расщепление дополнительного количества СЗ. СЗь, связанный на поверхности клетки, и свободные В, Р или р1Н формируют участок для связывания С5 и придают последнему чувствительность к протеолизу любой из конвертаз СЗ. При этом от С5 отщепляется небольшой пептид С5а, а остающийся крупный С5ь присоединяется к клеточной мембране и имеет участок для прикрепления Сб. Далее последовательно присоединяются компоненты С7, С8, С9. В результате формируется стабильный трансмембранный канал, обеспечивающий через билипидный слой клетки двустороннее движение ионов и воды. Мембрана повреждается, и клетка гибнет. Так, в частности, осуществляется киллинг чужеродных микроорганизмов.
В ходе активации комплемента образуется ряд фрагментов, пептидов, играющих важную роль в процессах воспаления, фагоцитоза и аллергических реакциях.
Так, расщепление С4 и С2 с помощью Cls ведет к повышению проницаемости сосудов и лежит в основе патогенеза врожденного антиоотека, связанного с дефицитом С1-ингибитора. Пептиды СЗа и С5а обладают свойствами анафилотоксина. Присоединяясь к тучным клеткам и базофилам, они индуцируют выделение гистамина. Связываясь с тромбоцитами, СЗа вызывает секрецию серотонина. Анафило- токсическая активность СЗа и С5а легко разрушается под воздействием карбоксипептидазы В, которая отщепляет от этих пептидов аргинин. Образующиеся продукты приобретают свойства хемоаттрактантов в отношении полиморфно-ядерных клеток, эозинофилов и моноцитов. Комплекс C5i67, не обладающий гемолитическими свойствами, и Вь- фрагмент вызывают хемотаксис только у полиморфно-ядерных лейкоцитов. В нормальной человеческой сыворотке имеется фактор CFi, который подавляет активность С5а в отношении полиморфно-ядерных клеток, устраняя способность его стимулировать освобождение лизо- сомальных ферментов. У больных саркоидозом и болезнью Ходжкина имеется избыток CFi. Этим можно объяснить дефект функционирования указанных клеток. Другой пептид СЗь является сильным опсонином для полиморфно-ядерных клеток (ПМЯ) и макрофагов. Рецепторы к этому пептиду обнаружены и на других клетках (моноцитах и В-лим- фоцитах), однако их значение для функционирования этих клеток пока неясно. Связывание лимфоцитами комплемента, находящегося в составе иммунного комплекса, может играть роль в формировании первичного иммунного ответа.
Исследование системы комплемента в клинической практике может быть использовано для диагноза заболевания, определения активности процесса и оценки эффективности терапии. Уровень сывороточного комплемента в каждый данный момент зависит от баланса синтеза, катаболизма и потребления его компонентов.
Низкие значения гемолитической активности комплемента могут отражать недостаточность отдельных компонентов или нахождение продуктов его расщепления в циркуляции. Следует также иметь в виду,
что интенсивное локальное потребление комплемента в таких участках, как плевра, полости суставов, может не сочетаться с изменением уровня комплемента й сыворотке крови. Например, у некоторых больных ревматоидным артритом уровень сывороточного комплемента может быть нормальным, тогда как в синовиальной жидкости он может быть резко понижен из-за активного его потребления. Определение комплемента в синовиальной жидкости очень важно для диагностики.
Врожденные дефициты комплемента. Наследование дефицитов комплемента - аутосомное рецессивное или кодоминант- ное, поэтому гетерозиготы имеют около 50% нормального уровня компонентов комплемента. В большинстве случаев врожденные дефициты ранних инициирующих компонентов (С1, С4, С2) ассоциированы с системной красной волчанкой. Лица с дефицитом С-компонента подвержены возвратным пиогенным инфекциям. Дефициты терминальных компонентов сопровождаются повышением восприимчивости к гонококковой и менингококковой инфекциям. При этих дефицитах комплемента также встречается системная красная волчанка, но реже. Наиболее часто наблюдается врожденный дефицит С2. Гомозиготный дефицит по этому признаку обнаруживается при некоторых аутоиммунных нарушениях, включающих волчаночноподобные заболевания, болезнь Шенлейна - Геноха, при гломерулонефритах и дерматомиозитах. Гомозиготные по этому признаку индивидуумы не обнаруживают повышенной чувствительности к инфекции, если альтернативный путь активации функционирует нормально. Гомозиготы, имеющие дефицит С2, обнаружены среди практически здоровых людей.
Гетерозиготный дефицит С2 может быть ассоциирован с ювенильным ревматоидным артритом и системной красной волчанкой. Семейные исследования позволили обнаружить, что дефицит С2 и С4 ассоциируется с определенными HLA-гаплотипами.
Дефицит регуляторных протеинов системы комплемента также может иметь клинические проявления. Так, при врожденном дефиците C3INA наблюдается клиническая картина, аналогичная таковой при дефиците СЗ, потому что потребление последнего по альтернативному пути становится неконтролируемым.

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.

8381 0

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

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

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

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

Пути активации комплемента

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

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

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

Классический путь

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

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

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

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

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

Лектиновый путь

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

Альтернативный путь

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

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

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

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

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

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

Активация С3 и С5

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

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

Терминальный путь

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

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

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

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини