Защитная роль комплемента образование мак. Основные этапы активации системы комплемента. «Московская государственная академия ветеринарной медицины
Структура системы комплемента:
1. белки – активаторы(начальные компоненты) – C1qrs, C2, C3, C4.
2. белки конечной последовательности(терминальные компоненты) – С5, С6, С7, С8, С9.
3. факторы альтернативного пути активации – D i , B i , P.
4. белки ингибиторы и активаторы:
· имеющие ферментативную активность – фактор I, C3b – инактиватор, карбоксипептидазы.
· Связывающие и конкурирующие белки – С4вр(С4 – связывающий протеин), витронектин или S – белок, C1 – INH (C1 - ингибитор), фактор Н, DAF(CD55 – фактор, усиливающий гниение), CD59, MCP(CD46).
C2b инактивируется C4BP and DAF, C3b инактивируется CR1 b фактор Н.
5. рецепторы к белкам комплемента. Обозначаются CR – complement receptor.
· CR3(CD11b, CD18)
· CR4(CD11c, CD18)
Система комплемента представляет собой около сорока связанных функционально плазменных белков: компонентов, факторов регуляторных белков и рецепторов. Они способны к последовательной активации по форме каскада с конечным неспецифическим цитотоксическим эффектом по отношению к бактериям, грибам, вирусам, опухолевым клеткам, клеткам трансплантанта и другим.
Комплемент входит в состав мегасистемы Хагемана , наряду со свертывающей системой крови, фибринолитической и кинин – калликреиновой системой.
Фрагменты – это продукты расщепления компонентов: C3a, C3b и т. д. Если фрагмент инактивируется, то добавляют букву I: С3ai; белки с ферментативной активностью обозначаются линией над буквой Д - , С4α, С4β – это отдельные цепи в молекулах пептидов.
Биосинтез белков комплемента идет в печени, эпителии тонкого кишечника, костном мозге, селезенке и макрофагах.
Синтез и потребление, активация и ингибирование находятся в лабильном равновесии и жестко регулируются. В некоторых случаях полипептидные цепи одного компонента С1, С8 синтезируются отдельно и собираются непосредственно перед секрецией как бинарное оружие. Синтез комплемента в эмбриональный период начинается с 6 недели развития, а на 10 неделе уже регистрируется цитотоксическая активность.
Механизмы активации комплемента:
1. классический путь – зависимый от иммунных комплексов
2. лектиновый – близок к классическому
3. альтернативный – зависимый от фактора Р
4. протеазный – близок к альтернативному, но не зависит от фактора Р.
Классический путь активации.
Запускается комплексом антиген + антитело(иммунный комплекс - ИК), то есть требует наличия в данный момент специфического иммунного процесса. Он может запускаться комплексом антиген + С – реактивный белок, либо маннозосвязывающим лектином(лектиновый путь) – MBL. Прикрепляясь к поверхности клетки – мишени(*: бактерия), антитело первоначально меняет то, что должно быть уничтожено впоследствии комплементом. Соединение антитела с антигеном приводит к изменению пространственной конфигурации антитела, что делает возможным дальнейшую фиксацию на нем С1q.
Однако для прочной фиксации необходима 1 молекулаIgM или 2 молекулы IgG. Другие классы Ig не активируют комплемент.
С1 компонент комплемента состоит из трех компонентов: C1q, C1r, C1s.
C1q - мономер, C1r – димер(препротеаза C1s), C1s – димер(препротеаза для С2 и С4).
Внешне молекула C1qrs имеет форму тюльпана.
Физиологические и патологические эффекты фрагментов активированного комплемента.
С2а – кининоподобная субстанция, которая раздражает болевые рецепторы.
С4а – вызывает сильное расширение капилляров и сильный отек ткани
С3b – стимуляция адгезии и опсонизации
С3а, С5а – анафилотоксины 1 и 2 соответственно, они стимулируют хемотаксис клеток в очаг воспаления, вызывая спазм гладких мышц, повышение проницаемости капилляров, дегрануляцию тучных клеток(например за счет гистамина). С5а более агрессивный фрагмент, чем С3а. С5а обладает потенциальной способностью к цитолизу(образуется много кислородзависимых радикалов).
С5b6789…9 – вещество, имеющее форму полого цилиндра, с липидсвязывающими центрами, это мембранатакующий комплекс. Цилиндр с диаметром отверстия 10 нм, которое за счет липидсвязывающих центров способен фиксироваться на мембране клетки – мишени, пробуравливать ее, вследствие чего содержимое клетки вытекает наружу(точнее в клетку входят ионы натрия и вода).
Основные функции комплемента.
1. микробицидная – направлена против бактерий, вирусов, грибов
2. цитолитическая – против опухолевых клеток трансплантантов, при патологии – против собственных(при дефектах регуляции и укусах насекомых или рептилий).
3. участие в воспалении – С2а, С3а, С4а, С5а
4. активация фагоцитарной реакции: хемотаксиса, опсонизации, адгезии и поглощения. Главный фрагмент –C3b, но хемотаксис стимулируется также С3а иС5а.
5. взаимодействие с другими частями мегасистемы Хагемана: 12 фактор свертываемости – способен активировать систему комплемента по альтернативному пути.
Калликреин, плазмин, тромбин – активируют С3, С4, С5, В.
6. участие в регуляции иммунного ответа
7. участие в аллергических реакциях – анафилотоксины.
СЛАЙД 1
Лекция №4. Гуморальные факторы врожденного иммунитета
1. Система комплемента
2. Белки острой фазы воспаления
3. Биогенные амимны
4. Липидные медиаторы
5. Цитокины
6. Интерфероны
СЛАЙД 2
Гуморальная составляющая врожденного иммунитета представлена несколькими взаимосвязанными системами - системой комплемента, цитокиновой сетью, бактерицидными пептидами, а также гуморальными системами, связанными с воспалением.
Действие большинства этих систем подчиняется одному из двух принципов - каскада и сети. По каскадному принципу функционирует система комплемента, при активации которой происходит последовательное вовлечение факторов. При этом эффекты каскадных реакций проявляются не только в конце активационного пути, но и на промежуточных стадиях.
Принцип сети характерен для системы цитокинов и предполагает возможность одновременного функционирования различных компонентов системы. Основа функционирования такой системы - тесная взаимосвязь, взаимное влияние и значительная степень взаимозаменяемости компонентов сети.
СЛАЙД 3
Комплемент – сложный белковый комплекс сыворотки крови.
Система комплемента состоит из 30 белков (компонентов, или фракций , системы комплемента).
Активируется система комплемента за счет каскадного процесса: продукт предыдущей реакции исполняет роль катализатора последующей реакции. Причем при активации фракции компонента происходит, у первых пяти компонентов, ее расщепление. Продукты этого расщепления и обозначаются как активные фракции системы комплемента .
1. Больший из фрагментов (обозначаемый буквой b), образовавшихся при расщеплении неактивной фракции, остается на поверхности клетки – активация комплемента всегда происходит на поверхности микробной клетки, но не собственных эукариотических клеток. Этот фрагмент приобретает свойства фермента и способность воздействовать на последующий компонент, активируя его
2. Меньший фрагмент (обозначается буквой a) является растворимым и «уходит» в жидкую фазу, т.е. в сыворотку крови.
Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.
1. Девять – открытых первыми – белков системы комплемента обозначаются буквой С (от английского слова complement) с соответствующей цифрой.
2. Остальные фракции системы комплемента обозначаются другими латинскими буквами или их сочетаниями.
СЛАЙД 4
Пути активации комплемента
Существуют три пути активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный.
СЛАЙД 5
1. Классический путь активации комплемента является основным. Участие в этом пути активации комплемента – главная функция антител.
Активацию комплемента по классическому пути запускает иммунный комплекс : комплекс антигена с иммуноглобулином (класса G или М). Место антитела может «занять» С-реактивный белок – такой комплекс также активирует комплемент по классическому пути.
Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом.
а. Сначала активируется фракция С1 : она собирается из трех субфракций (C1q, C1r, C1s) и превращается в фермент С1-эстеразу (С1qrs).
б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4 .
в. Активная фракция С4b ковалентно связывается с поверхностью микробных клеток - здесь присоединяет к себе фракцию С2 .
г. Фракция С2 в комплексе с фракцией С4b расщепляется С1-эстеразой с образованием активной фракции С2b .
д. Активные фракции С4b и С2b в один комплекс – С4bС2b – обладающий ферментативной активностью. Это так называемая С3-конвертаза классического пути .
е. С3-конвертаза расщепляет фракцию С3 , нарабатываю большие количества активной фракции С3b.
ж. Активная фракция С3b присоединяется к комплексу С4bС2b и превращает его в С5-конвертазу (С4bС2bС3b ).
з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5 .
и. Появившаяся в результате этого активная фракция С5b присоединяет фракцию С6 .
к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7 .
л. Комплекс С5bС6С7 встраивается в фосфолипидный бислой мембраны микробной клетки .
м. К этому комплексу присоединяется белок С8 и белок С9 . Данный полимер формирует в мембране микробной клетки пору диаметром около 10 нм, что приводит к лизису микроба (так как на его поверхности образуется множество таких пор – «деятельность» одной единицы С3-конвертазы приводит к появлению около 1000 пор). Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).
СЛАЙД 6
2. Лектиновый путь активации комплемента запускается комплексом нормального белка сыворотки крови – маннансвязывающего лектина (МСЛ) – с углеводами поверхностных структур микробных клеток (с остатками маннозы).
СЛАЙД 7
3. Альтернативный путь активации комплемента начинается с ковалентного связывания активной фракции С3b – которая всегда присутствует в сыворотке крови в результате постоянно протекающего здесь спонтанного расщепления фракции С3 – с поверхностными молекулами не всех, но некоторых микроорганизмов.
1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.
а. С3b связывает фактор В , образуя комплекс С3bВ.
б. В связанном с С3b виде фактор В выступает в качестве субстрата для фактора D (сывороточной сериновой протеазы), которая расщепляет его с образованием активного комплекса С3bВb . Этот комплекс обладает ферментативной активностью, структурно и функционально гомологичен С3-конвертазе классического пути (С4bС2b) и называется С3-конвертазой альтернативного пути .
в. Сама по себе С3-конвертаза альтернативного пути нестабильна. Чтобы альтернативный путь активации комплемента успешно продолжался этот фермент стабилизируется фактором Р (пропердином).
2. Основное функциональное отличие альтернативного пути активации комплемента, по сравнению с классическим, заключается в быстроте ответа на патоген: так как не требуется время для накопления специфических антител и образования иммунных комплексов.
Важно понимать, что и классический и альтернативный пути активации комплемента действуют параллельно , еще и амплифицируя (т.е. усиливая) друг друга. Другими словами комплемент активируется не «или по классическому или по альтернативному», а «и по классическому и по альтернативному» путям активации. Это, еще и с добавлением лектинового пути активации, – единый процесс, разные составляющие которого могут просто проявляться в разной степени.
СЛАЙД 8
Функции системы комплемента
Система комплемента играет очень важную роль в защите макроорганизма от патогенов.
1. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.
2. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b) .
3. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .
СЛАЙД 9
Активные фракции комплемента С3а и С5а называются анафилотоксинами , так как участвуют, помимо прочего, в аллергической реакции, называемой анафилаксия. Наиболее сильным анафилотоксином является С5а. Анафилотоксины действуют на разные клетки и ткани макроорганизма.
1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.
2. Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы , вызывая их сокращение.
3. Действуют они и на стенку сосуда : вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.
Корме того, анафилотоксины являются иммуномодуляторами , т.е. они выступают в роли регуляторов иммунного ответа.
1. С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).
2. С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).
СЛАЙД 10
Белки острой фазы
Некоторые гуморальные реакции врожденного иммунитета по своему назначению аналогичны реакциям адаптивного иммунитета и могут рассматриваться как их эволюционные предшественники. Такие реакции врожденного иммунитета имеют преимущество перед адаптивным иммунитетом в быстроте развития, однако недостаток их заключается в отсутствии специфичности в отношении антигенов. Пару сходных по результатам реакций врожденного и адаптивного иммунитета мы рассмотрели выше в разделе, посвященном комплементу (альтернативная и классическая активация комплемента). Другой пример будет рассмотрен в данном разделе: белки острой фазы в ускоренном и упрощенном варианте воспроизводят некоторые эффекты антител.
Белки (реактанты) острой фазы представляют группу протеинов, секретируемых гепатоцитами. При воспалении продукция белков острой фазы изменяется. При усилении синтеза белки называют положительными, а при понижении синтеза - отрицательными реактантнами острой фазы воспаления.
Динамика и выраженность изменений сывороточной концентрации различных белков острой фазы при развитии воспаления неодинакова: концентарция С-реактивного белка и сывороточного амилоида Р возрастает очень сильно (в десятки тысяч раз) - быстро и кратковременно (практически нормализуется к концу 1-й недели); уровни гаптоглобина и фибриногена возрастают слабее (в сотни раз) соответственно на 2-й и 3-й неделях воспалительной реакции. В данной презентации будут рассмотрены только положительные реактанты, участвующие в иммунных процессах.
СЛАЙД 11
Согласно выполняемым функциям выделяют несколько групп белков острой фазы.
К транспортным белкам относят преальбумин, альбумин, орозомукоид, липокалины, гаптоглобин, трансферрин, маннозасвязывающий и ретинолсвязывающий белки и т.д. Они играют роль переносчиков метаболитов, ионов металлов, физиологически активных факторов. Роль факторов этой группы существенно возрастает и качественно изменяется при воспалении.
Другую группу образуют протеазы (трипсиноген, эластаза, катепсины, гранзимы, триптазы, химазы, металлопротеиназы), активация которых необходима для формирования многих медиаторов воспаления, а также для осуществления эффекторных функций, в частности киллерной. Активация протеаз (трипсина, химотрипсина, эластазы, металлопротеиназ) уравновешивается накоплением их ингибиторов. α2-Макроглобулин участвует в подавлении активности протеаз разных групп.
Помимо перечисленных, к белкам острой фазы относят факторы коагуляции и фибринолиза, а также белки межклеточного матрикса (например, коллагены, эластины, фибронектин) и даже белки системы комплемента.
СЛАЙД 12
Пентраксины. Наиболее полно проявляют свойства реактантов острой фазы белки семейства пентраксинов: в первые 2-3 сут развития воспаления их концентрация в крови повышается на 4 порядка.
С-реактивный белок и сывороточный амилоид Р образуются и секретируются гепатоцитами. Основной индуктор их синтеза - IL-6. Белок PTX3 вырабатывают миелоидные (макрофаги, дендритные клетки), эпителиальные клетки и фибробласты в ответ на стимуляцию через TLR, а также под действием провоспалительных цитокинов (например, IL-1β, TNFα).
Концентрация пентраксинов в сыворотке резко возрастает при воспалении: С-реактивного белка и сывороточного амилоида Р - с 1 мкг/мл до 1–2 мг/мл (т.е. в 1000 раз), РТХ3 - с 25 до 200–800 нг/мл. Пик концентрации достигается через 6–8 ч после индукции воспаления. Для пентраксинов характерна способность связываться с самыми разнообразными молекулами.
С-реактивный белок был впервые идентифицирован благодаря его способности связывать полисахарид С (Streptococcus рneumoniae ), что и определило его название. Пентраксины взаимодействуют и с множеством других молекул: C1q, бактериальными полисахаридами, фосфорилхолином, гистонами, ДНК, полиэлектролитами, цитокинами, белками межклеточного матрикса, сывороточными липопротеинами, компонентами комплемента, друг с другом, а также с ионами Са 2+ и других металлов.
Для всех рассматриваемых пентраксинов существуют высокоаффинные рецепторы на миелоидных, лимфоидных, эпителиальных и других клетках. Кроме того, эта группа белков острой фазы обладает достаточно высоким сродством к таким рецепторам, как FcγRI и FcγRII. Многочисленность молекул, с которыми взаимодействуют пентраксины, определяет широкое разнообразие их функций.
Распознавание и связывание пентраксинами PAMP дает основание рассматривать их как вариант растворимых патогенраспознающих рецепторов.
К наиболее важным функциям пентраксинов относят их участие в реакциях врожденного иммунитета в качестве факторов, запускающих активацию комплемента через C1q и участвующих в опсонизации микроорганизмов.
Комплементактивирующая и опсонизирующая способность пентраксинов делает их своеобразными «протоантителами», частично выполняющими функции антител на начальном этапе иммунного ответа, когда истинные адаптивные антитела еще не успели выработаться.
Роль пентраксинов во врожденном иммунитете заключается также в активации нейтрофилов и моноцитов/макрофагов, регуляции синтеза цитокинов и проявлении хемотаксической активности по отношению к нейтрофилам. Помимо участия в реакциях врожденного иммунитета пентраксины регулируют функции межклеточного матрикса при воспалении, контроле апоптоза и элиминации апоптотических клеток.
СЛАЙД 13
Биогенные амины
К этой группе медиаторов относят гистамин и серотонин, содержащиеся в гранулах тучных клеток. Освобождаясь при дегрануляции, эти амины вызывают разнообразные эффекты, играющие ключевую роль в развитии ранних проявлений гиперчувствительности немедленного типа.
Гистамин (5-β-имидазолилэтиламин) - главный медиатор аллергии. Он образуется из гистидина под влиянием фермента гистидиндекарбоксилазы.
Поскольку гистамин содержится в гранулах тучных клеток в готовом виде, а процесс дегрануляции происходит быстро, гистамин очень рано появляется в очаге аллергического поражения, причем сразу в большой концентрации, что определяет проявления немедленной гиперчувствительности. Гистамин быстро метаболизируется (95% за 1 мин) с участием 2 ферментов - гистамин-N-метилтрансферазы и диаминооксидазы (гистаминазы); при этом образуется (в соотношении примерно 2:1) соответственно N-метилгистамин и имидазолацетат.
Известно 4 разновидности рецепторов для гистамина Н 1 -Н 4 . При аллергических процессах гистамин действует преимущественно на гладкие мыщцы и эндотелий сосудов, связываясь с их Н 1 -рецепторами. Эти рецепторы поставляют активационный сигнал, опосредованный превращениями фосфоинозитидов с образованием диацилглицерола и мобилизацией Са 2+ .
Указанные эффекты частично обусловлены образованием в клетках (мишенях гистамина) оксида азота и простациклина. Действуя на нервные окончания, гистамин вызывает ощущение зуда, характерного для аллергических проявлений в коже.
У человека гистамин играет важную роль в развитии кожной гиперемии и аллергического ринита. Менее очевидно его участие в развитии общих аллергических реакций и бронхиальной астмы. В то же время через Н 2 -рецепторы гистамин и родственные вещества оказывают регуляторное действие, иногда уменьшающее проявления воспаления, ослабляя хемотаксис нейтрофилов и выброс ими лизосомных ферментов, а также высвобождение самого гистамина.
Через Н 2 -рецепторы гистамин действует на сердце, секреторные клетки желудка, подавляет пролиферацию и цитотоксическую активность лимфоцитов, а также секрецию ими цитокинов. Большинство этих эффектов опосредовано активацией аденилатциклазы и повышением внутриклеточного уровня цАМФ.
Данные об относительной роли различных рецепторов гистамина в реализации его действия очень важны, поскольку многие антиаллергические препараты представляют собой блокаторы Н 1 (но не Н 2 и других) рецепторов гистамина.
СЛАЙД 14
Липидные медиаторы.
Важную роль в регуляции иммунных процессов, а также в развитии аллергических реакций играют гуморальные факторы липидной природы. Наиболее многочислены и важны из них эйкозаноиды.
Эйкозаноиды - продукты метаболизма арахидоновой кислоты - жирной полиненасыщенной кислоты, молекула которой содержит 20 атомов углерода и 4 ненасыщенные связи. Арахидоновая кислота образуется из мембранных фосфолипидов как прямой продукт действия фосфолипазы А (PLA) или косвенный продукт превращений, опосредованных PLC.
Образование арахидоновой кислоты или эйкозаноидов происходит при активации различных типов клеток, особенно участвующих в развитии воспаления, в частности аллергического: эндотелиальных и тучных клеток, базофилов, моноцитов и макрофагов.
Метаболизм арахидоновой кислоты может проходить по 2 путям - катализироваться циклооксигеназой или 5’-липоксигеназой. Циклооксигеназный путь приводит к образованию простагландинов и тромбоксанов из нестабильных промежуточных продуктов - эндоперекисных простагландинов G2 и H2, а липоксигеназный - к образованию лейкотриенов и 5-гидроксиэйкозатетраеноата через промежуточные продукты (5-гидроперокси-6,8,11,14-эйкозатетраеновую кислоту и лейкотриен А4), а также липоксинов - продуктов двойной липоксигенации (под действием двух липоксигеназ - см. далее).
Простагландины и лейкотриены во многих отношениях проявляют альтернативные физиологические эффекты, несмотря на то, что внутри этих групп существуют значительные различия в активности.
Общее свойство этих групп факторов - преобладающее действие на стенку сосудов и гладкие мышцы, а также хемотаксический эффект. Эти эффекты реализуются при взаимодействии эйкозаноидов со специфическими рецепторами на поверхности клеток. Некоторые представители семейства эйкозаноидов усиливают действие других вазоактивных и хемотаксических факторов, например, анафилатоксинов (С3а, С5а).
СЛАЙД 15
Лейкотриены (LT) - С 20 -жирные кислоты, молекула которых в положении 5 содержит ОН-группу, а в положении 6 - боковые серосодержащие цепи, например глутатион.
Выделяют 2 группы лейкотриенов:
Одна из них включает лейкотриены С4, D4 и Е4, называемые цистеиниллей-котриенами (Cys-LT),
Во вторую входит один фактор - лейкотриен B4.
Лейкотриены образуются и секретируются в течение 5–10 мин после активации тучных клеток или базофилов.
Лейкотриен C4 присутствует в жидкой фазе в течение 3–5 мин, при этом он превращается в лейкотриен D4. Лейкотриен D4 существует в последующие 15 мин, медленно превращаясь в лейкотриен E4.
Лейкотриены оказывают свое действие через рецепторы, относящиеся к группе пуриновых рецепторов семейства родопсиноподобных рецепторов, 7-кратно пронизывающих мембрану и связанных с протеином G.
Рецепторы лейкотриенов экспрессируются на клетках селезен-ки, лейкоцитах крови, кроме того, CysLT-R1 представлен на макрофагах, клетках кишечника, воздухоносного эпителия, а CysLT-R2 - на клетках надпочечников и головного мозга.
Цистеиниловые лейкотриены (особенно лейкотриен D4) вызывают спазм гладкой мускулатуры и регулируют локальный кровоток, снижая артериальное давление. Цистеиниловые лейкотриены - медиаторы аллергических реакций, в частности, медленной фазы бронхоспазма при бронхиальной астме.
Кроме того, они подавляют пролиферацию лимфоцитов и способствуют их дифференцировке.
Ранее комплекс этих факторов (лейкотриены C4, D4 и E4) называли медленнореагирующей субстанцией А. Лейкотриен B4 (дигидроксиэйкозатетраеновая кислота) проявляет хемотаксическое и активирующее действие преимущественно в отношении моноцитов, макрофагов, нейтрофилов, эозинофилов и даже Т-клеток.
Еще один продукт липоксигеназного пути - 5-гидроксиэйкозатетраеноат - менее активен, чем лейкотриены, но может служить хемоаттрактантом и активатором нейтрофилов и тучных клеток.
СЛАЙД 16
Простагландины (PG ) - С 20 -жирные кислоты, молекула которых содержит циклопентановое кольцо.
Варианты простагландинов, отличающиеся по типу и положению замещающих групп (окси-, гидрокси-), обозначаются различными буквами; цифры в названии означают число ненасыщенных связей в молекуле.
Простагландины накапливаются в очаге воспаления позже кининов и гистамина, несколько позже лейкотриенов, но одновременно с монокинами (через 6–24 ч после запуска воспаления).
Помимо вазоактивного и хемотаксического эффекта, достигаемого в кооперации с другими факторами, простагландины (особенно простагландин E2) оказывают регулирующее действие при воспалительных и иммунных процессах.
Экзогенный простагландин E2 вызывает некоторые проявления воспалительной реакции, но подавляет иммунный ответ и аллергические реакции.
Так, простагландин E2 снижает цитотоксическую активность макрофагов, нейтрофилов и лимфоцитов, пролиферацию лимфоцитов, выработку этими клетками цитокинов.
Он способствует дифференцировке незрелых лимфоцитов и клеток других кроветворных рядов.
Некоторые эффекты простагландина Е2 связаны с повышением уровня внутриклеточного цАМФ.
Простагландины E2 и D2 подавляют агрегацию тромбоцитов; простагландины F2 и D2 вызывают сокращение гладкой мускулатуры бронхов, тогда как простагландин E2 расслабляет ее.
СЛАЙД 17
Тромбоксан А2 (ТХА2 ) - С 20 -жирная кислота; в его молекуле есть 6-членное кислородсодержащее кольцо.
Это очень нестабильная молекула (время полужизни - 30 с), превращающаяся в неактивный тромбоксан В2.
Тромбоксан А2 вызывает сужение сосудов и бронхов, агрегацию тромбоцитов с высвобождением из них ферментов и других активных факторов, способствующих митогенезу лимфоцитов.
Другой продукт циклоксигеназного пути - простагландин I2 (простациклин) - тоже нестабилен. Он проявляет свое действие через цАМФ, сильно расширяет сосуды, увеличивает их проницаемость, ингибирует агрегацию тромбоцитов.
Наряду с пептидным фактором брадикинином простациклин вызывает ощущение боли при воспалении.
СЛАЙД 18
Цитокины
Похожая информация.
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
Начальные этапы активации комплемента заключаются в последовательной каскадной активации одного за другим его компонентов. На этой стадии активация одного компонента индуцирует действие фермента, которое приводит к активации следующего по очереди компонента. Поскольку одна активная молекула фермента способна расщеплять множество молекул субстрата, этот каскад реакций усиливает относительно слабый начальный сигнал. Эти каскадные свойства системы комплемента аналогичны наблюдаемым в других сывороточных каскадах, направленных на образование сгустка и выработку кининов, сосудистых медиаторов воспаления.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
Классический путь активации так называется потому, что он был определен первым. Белковые компоненты классического пути обозначаются С1, С2, С9. (Номера расставлены в том порядке, в котором компоненты были открыты, а не в том, в котором они активируются.) Комплексы антиген - антитело являются основными активаторами классического пути. Таким образом, последний является главным эффекторным путем активации гуморального адаптивного иммунного ответа.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
Лектиновый путь активируется концевыми остатками маннозы в белках и полисахаридах, находящихся на поверхности бактерии. Эти остатки не обнаруживаются на поверхности клеток млекопитающих, поэтому лектиновый путь может рассматриваться в качестве средства распознавания своего и чужого. Поскольку этот путь активации не требует присутствия антител, он является частью системы врожденной иммунной защиты.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
Альтернативный путь активации комплемента запускается почти любой чужеродной субстанцией. К наиболее изученным веществам относятся липополисахариды (ЛПС, также известные как эндотоксины клеточной стенки грамотрицательных бактерий), клеточные стенки некоторых дрожжей и белок, находящийся в яде кобры (фактор яда кобры). Некоторые агенты, активирующие классический путь, - вирусы, агрегаты иммуноглобулинов и мертвые клетки, запускают также и 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
Расщепление С3 является основной фазой для всех трех путей активации. На рис. 13.2 показано, что С3-конвертазы при классическом и альтернативном путях (С4b2а и С3bВb соответственно) расщепляют С3 на два фрагмента. Более мелкий С3а является растворимым белком анафилатоксином: он активирует клетки, участвующие в реакции воспаления. Больший фрагмент, С3b, продолжает процесс активации каскада комплемента, связываясь с клеточными поверхностями вокруг места активации. Как показано далее, С3b также участвует в защите организма, воспалении и иммунной регуляции.
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
Терминальные компоненты каскада комплемента - С5b, С6, С7, С8 и С9 - являются общими для всех путей активации. Они связываются друг с другом и формируют мембраноатакующий комплекс (МАК), который вызывает лизис клетки (рис. 13.3).
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
Комплемент – система белков сыворотки крови, принимающая участие в регуляции воспалительных процессов, активации фагоцитоза и разрушающем (литическом) действии на клеточные мембраны.
В систему комплемента входит около двух десятков белков, их содержание составляет ~ 5 % от всех белков плазмы крови, т. е. концентрация в крови 3 – 4 г/л. Белки комплемента обозначают символом ʼʼСʼʼ и цифрой, соответствующей хронологии их открытия, продукты расщепления компонентов комплемента – маленькой латинской буквой (С3b, C5a и др.). В наибольшем количестве в крови содержится компонент С3, который выполняет центральную роль в активации комплемента.
Для этой системы характерен быстрый, многократно усиленный ответ на антигеннный сигнал за счёт каскадного процесса. При этом продукт одной реакции является катализатором последующей.
В отсутствие антигена компоненты комплемента находятся в неактивном состоянии. Существует два пути активации комплемента˸ без участия антител – альтернативный, и с участием антител – классический. Активацию комплемента по альтернативному пути вызывают компоненты микробных клеток, по классическому – комплексы антиген – антитело. Общим для обоих путей является образование фермента С3-конвертазы, который расщепляет компонент С3 на фрагменты С3а и С3b. Меньший фрагмент С3а принимает участие в развитии воспалительного процесса и хемотаксиса. Больший фрагмент С3b, связываясь с С3-конвертазой, образует С5-ковертазу – фермент, катализирующий расщепление С5 на фрагменты С5а и С5b. Высвобождающийся фрагмент С5b остается фиксированным на мембране и последовательно присоединяет С6, С7, С8 и С9, благодаря чему образуется мембраноатакующий комплекс (МАК), который лизирует клетку-мишень за счёт формирования трансмембранного канала. По этому каналу внутрь клетки поступают ионы Na + и вода, клетка набухает и лопается, т. е. лизирует. Среди других эффектов системы комплемента необходимо отметить следующие˸
- развитие воспалительной реакции и хемотаксис. Компоненты комплемента С3а и С5а могут привлекать к месту воспаления иммунокомпетентные клетки, например фагоциты, которые атакуют бактерии и пожирают их.
- Опсонизация (облегчение распознавания) микроорганизмов. Фрагменты С3b связываются с поверхностью бактерий, благодаря чему создается метка для узнавания фагоцитами, имеющими рецепторы к этому компоненту комплемента.
Рис. 13. Активация белков системы комплемента
Активность системы комплемента контролируется ингибиторами плазмы крови, блокирующими избыточную реакцию.
Фагоцитоз (ʼʼпоеданиеʼʼ клетками) – первая реакция иммунной системы на внедрение чужеродного антигена. Механизм фагоцитоза включает 8 последовательных стадий (рис. 14)˸
1. Хемотаксис – направленное перемещение фагоцитирующих клеток к объекту по градиенту концентрации хемотаксических соединений.
Рис. 14. Стадии фагоцитоза
2. Адгезия - распознавание и прикрепление чужеродного объекта к поверхности фагоцита. Процесс адгезии усиливают опсонины (комплемент С3b, антитела), обволакивающие объекты фагоцитоза. В этом случае связывание происходит с участием фагоцитарных рецепторов для С3b комлемента и /или Fc антитела.
А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.
Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C5b).
В. Активные фракции системы комплемента принимают участие в формировании воспалительной реакции .
Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.
Анафилотоксины действуют также на гладкие мышцы, вызывая их сокращение.
Действуют они и на стенку сосуда: вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.
С3а выступает в роли иммуносупрессора (т.е. подавляет иммунный ответ).
С5а является иммуностимулятором (т.е. усиливает иммунный ответ).
Комплекс С5bС6С7С8С9, образующийся в результате активации комплемента, называется мемранатакующим комплексом (МАК).
Для осуществления бактериолиза или цитолиза требуется активация компонентов комплемента от СЗ до С9 по классическому или альтернативному пути. В роли опсонинов выступают большие фрагменты СЗб, С4б - адсорбируясь на поверхности клеток, они усиливают фагоцитарную реакцию, способствуют иммунному прилипанию комплекса АГ-АТ-комплемент к поверсности иммунокомпетентных клеток (В-лимфоциты). Низкомолекулярныё фрагмента -полипептиды - СЗа, С5а способствуют высвобождению биогенных аминов (гистамина, серотонина) из тучных клеток, вызывают сокращение гладкой мускулатуры, повышают сосудистую проницаемость, вызывают хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления. Компоненты CI-C4 нейтрализуют некоторые вирусы. Синтез белков комплемента осуществляется клетками системы мононуклеарных фагоцитов, фибластов, печенью. У человека встречаются генетические дефекты по большинству компонентов комплемента. Клинически они проявляются в форме синдрома системной красной волчанки, рецидивирующих пиогенных инфекций, ангионевротическим отеком.
Данные о функциональной активности белков комплемента и их концентрации дают очень важную информацию о протекании заболевания, могут быть использованы для оценки тяжести течения, эффективности терапевтических мероприятий, прогноза заболевания.
Методы исследования системы комплемента
I. Определение общей гемолитической активности классического пути. Сыворотку крови разводят физиологическим раствором 1:10 и вносят в пробирки в объеме от 0,05 до. 0,5 мл. Объем проб доводят до 1,5 мл физиологическим раствором и вносят по 1,5 мл гемолитической системы (смесь равных объемов 3% взвесей бараньих эритроцитов и гемолитической сыворотки). Пробирки инкубируют при 37°С 45 минут,- охлаждают при 4°С для остановки реакции и центрифугируют при 1500 оборотов 4-5 минут. После центрифугирования определяют объем сыворотки, вызывающий лизис 50% сенсибилизированных эритроцитов (условную гемолитическую единицу активности комлемента - СН 50), затем рассчитывают количество СН 50 на мл цельной сыворотки. У здоровых людей титр комлемента (СН 50 на мл) составляет примерно 40-60 СН 50.
Гемолитическую активность альтернативного пути комлемента определятт также, но вместо сенсибилизированных бараньих эритроцитов используют несенсибилизированные кроличьи эритроциты и физиологический раствор, содержащий ионы Mg, но без Са для блокирования классического пути активации.
2.Определение функциональной активности отдельных компонентов. Этот метод позволяет определить численность функционально активных молекул в I мл сыворотки крови. Для этого к сенсибилизированным эритроцитам добавляют реагент на определенный компонент комплемента (в качестве реагента используют либо смесь компонентов комлемента, исключая искомый, либо сывоттку крови, лишенную активности этого компонента. Сыворотку для титрования компонентов классического пути разводят в 40-50 -раз, а альтернативного - в 5-7 раз. Таким образом можно установить дефект определенных компонентов и определить профиль комплемента при различных заболеваниях.
3. Иммунохимическое определение концентрации компонентов комплемента. Данный метод исследования позволяет определить концентрацию каждого из белков комплемента, используя антисыворотки (антитела) к ним. Концентрация белков выражается в г\л. Для определения используют метод радиальной иммунодиффузии в arapе.
4 Определение активности комплемента и его компонентов методом радиального гемолиза в агаровом геле. Гемолитическую систему смешивают с расплавленным агаром в соотношении 1:7 и быстро выливают в стерильные чашки Петри. После застывания в агаре проделывают лунки диаметром 4.мм- (до 15 лунок на 1-ой чашке). Лунки заполняются испытуемыми сыворотками и помещают чашки в холодильник при 4°С на 21 час для диффузии белков комплемента в агар. Затем чашки помещают в термостат на 60 минут для проявления зон гемолиза. Критерием активности комплемента служит квадрат диаметра зон гемолиза.
