Компоненты системы комплемента и их функции. Органы иммунной системы. Активацию тучных клеток, в результате чего выделяется гистамин, расширяющий капилляры и вызывающий локальное покраснение при воспалении и аллергических реакциях; эта функция связана с

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

В конце XIX столетия было установлено, что сыворотка крови содержит некий «фактор», обладающий бактерицидными свойствами. В 1896 году молодой бельгийский ученый Жюль Борде , работавший в Институте Пастера в Париже, показал, что в сыворотке имеются два разных вещества, совместное действие которых приводит к лизису бактерий: термостабильный фактор и термолабильный (теряющий свои свойства при нагревании сыворотки) фактор. Термостабильный фактор, как оказалось, мог действовать только против некоторых микроорганизмов, в то время как термолабильный фактор имел неспецифическую антибактериальную активность. Термолабильный фактор позднее был назван комплементом . Термин «комплемент» ввёл Пауль Эрлих в конце 1890-х годов. Эрлих был автором гуморальной теории иммунитета и ввёл в иммунологию много терминов, которые впоследствии стали общепринятыми. Согласно его теории, клетки, ответственные за иммунные реакции, имеют на поверхности рецепторы , которые служат для распознавания антигенов . Эти рецепторы мы сейчас называем «антителами » (основой вариабельного рецептора лимфоцитов является прикреплённое к мембране антитело класса IgD, реже IgM. Антитела других классов в отсутствие соответствующего антигена не прикреплены к клеткам). Рецепторы связываются с определённым антигеном, а также с термолабильным антибактериальным компонентом сыворотки крови. Эрлих назвал термолабильный фактор «комплементом» потому, что этот компонент крови «служит дополнением» к клеткам иммунной системы.

Эрлих полагал, что имеется множество комплементов, каждый из которых связывается со своим рецептором, подобно тому, как рецептор связывается со специфическим антигеном. В противоположность этому Борде утверждал, что существует «дополнение» только одного типа. В начале XX века спор был разрешён в пользу Борде; выяснилось, что комплемент может активироваться с участием специфических антител или самостоятельно, неспецифическим способом.

Комплемент - система белков, включающая около 20 взаимодействующих компонентов: С1 (комплекс из трех белков), С2, СЗ, …, С9, фактор В, фактор D и ряд регуляторных белков. Все эти компоненты - растворимые белки с мол. массой от 24 000 до 400 000, циркулирующие в крови и тканевой жидкости. Белки комплемента синтезируются в основном в печени и составляют приблизительно 5 % от всей глобулиновой фракции плазмы крови. Большинство из них неактивны до тех пор, пока не будут приведены в действие или в результате иммунного ответа (с участием антител), или непосредственно внедрившимся микроорганизмом (см. ниже). Один из возможных результатов активации комплемента - последовательное объединение так называемых поздних компонентов (С5, С6, С7, С8 и С9) в большой белковый комплекс, вызывающий лизис клеток (литический, или мембраноатакующий, комплекс). Агрегация поздних компонентов происходит в результате ряда последовательных реакций протеолитической активации с участием ранних компонентов (С1, С2, С3, С4, фактора В и фактора D). Большинство этих ранних компонентов - проферменты, последовательно активируемые путём протеолиза . Когда какой-либо из этих проферментов специфическим образом расщепляется, он становится активным протеолитическим ферментом и расщепляет следующий профермент, и т. д. Поскольку многие из активированных компонентов прочно связываются с мембранами, большинство этих событий происходит на поверхностях клеток. Центральный компонент этого протеолитического каскада - С3. Его активация путём расщепления представляет собой главную реакцию всей цепи активации комплемента. С3 может быть активирован двумя основными путями - классическим и альтернативным. В обоих случаях С3 расщепляется ферментным комплексом, называемым С3-конвертазой. Два разных пути приводят к образованию разных С3-конвертаз, однако обе они образуются в результате спонтанного объединения двух компонентов комплемента, активированных ранее в цепи протеолитического каскада. С3-конвертаза расщепляет С3 на два фрагмента, больший из которых (С3b) связывается с мембраной клетки-мишени рядом с С3-конвертазой; в результате образуется ферментный комплекс ещё больших размеров с измененной специфичностью - С5-конвертаза. Затем С5-конвертаза расщепляет С5 и тем самым инициирует спонтанную сборку литического комплекса из поздних компонентов - от С5 до С9. Поскольку каждый активированный фермент расщепляет много молекул следующего профермента, каскад активации ранних компонентов действует как усилитель: каждая молекула, активированная в начале всей цепи, приводит к образованию множества литических комплексов.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путём. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4bC2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

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

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с -участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM , активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути. С5 расщепляется на C5a и C5b. C5b остается на мембране и соединяется с комплексом C4b2a3b. Потом соединяются С6, С7, С8 и С9, которая полимеризуется и возникает трубочка внутри мембраны. Тем самым нарушается осмотический баланс и в результате тургора бактерия лопается. Классический путь действует более точно, поскольку так уничтожается любая чужеродная клетка.

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbBb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bBb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента. В жидкости в комплексе СЗbBb В заменяется Н-фактором и под воздействием дезактивирующего соединения (Н) превращается в С3bi. Когда микробы попадают в организм, комплекс СЗbBb начинает накапливаться на мембране, катализируя реакцию ращепления С3 на С3b и С3а, значительно увеличивая концентрацию С3b. К комплексу пропердин+С3bВb присоединяется еще одна молекула С3b. Образовавшийся комплекс расщепляет С5 на C5a и C5b. C5b остается на мембрае. Происходит дальнейшая сборка МАК с поочередным присоединением факторов С6, С7, С8 и С9. После соединения С9 с С8 происходит полимеризация С9 (до 18 молекул сшиваются друг с другом) и образуется трубочка, которая пронизывает мембрану бактерии, начинается закачка воды и бактерия лопается.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды (являются митогенами), вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Он использует лектин, связывающий маннозу, (MBL) - белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - сывороточный белок, принадлежащий к группе белков коллектинов, который синтезируется преимущественно в печени и может активировать каскад комплемента, непосредственно связываясь с поверхностью патогена.

В сыворотке крови MBL формирует комплекс с MASP-I и MASP-II (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, связывающие MBL сериновые протеазы). MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классического пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда несколько активных центров MBL связываются определенным образом c ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b. Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты для клеток иммунной системы.

Система комплемента может быть очень опасной для тканей хозяина, поэтому её активация должна хорошо регулироваться. Большинство компонентов активны только в составе комплекса, при этом их активные формы способны существовать очень короткое время. Если в течение этого времени они не встретятся со следующим компонентом комплекса, то активные формы теряют связь с комплексом и становятся неактивными. Если концентрация какого-то из компонентов ниже пороговой (критической), то работа системы комплемента не приведет к физиологическим последствиям. Система комплемента регулируется специальными белками, которые находятся в плазме крови даже в большей концентрации, чем сами белки системы комплемента. Эти же белки представлены на мембранах собственных клеток организма, предохраняя их от атаки со стороны белков системы комплемента.

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

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

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

Комплемент и его активация

Замечание 1

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

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

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

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

Краткая характеристика некоторых компонентов системы комплемента

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

Замечание 2

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

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

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

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

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

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

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

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

Биологические функции комплемента

Комплемент выполняет следующие защитные функции:

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

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

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

3. Лизирующий мембрану комплекс комплемента повреждает мембрану.

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

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

Белки системы комплемента

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

Рецепторы к системе комплемента

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

Ингибиторы системы комплемента

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

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

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

Роль системы комплемента

Роль системы комплемента заключается в: Материал с сайта

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

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

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

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

В. Фракции системы комплемента обозначаются по-разному.

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

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

Пути активации комплемента

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

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

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

2. Классический путь активации комплемента осуществляется следующим образом.

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

б. С1-эстераза расщепляет фракцию С4 .

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

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

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

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

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

з. С5-конвертаза расщепляет фракцию С5 .

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

к. Комплекс С5bС6 присоединяет фракцию С7 .

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

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

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

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

1. Дальнейшие события развиваются следующим образом.

а. С3b связывает фактор В , образуя комплекс С3bВ.

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

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

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

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

Функции системы комплемента

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

А. Система комплемента участвует в инактивации микроорганизмов , в т.ч. опосредует действие на микробы антител.

Б. Активные фракции системы комплемента активируют фагоцитоз (опсонины - С3b и C 5 b ) .

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

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

1. Действие их на тучные клетки вызывает дегрануляцию последних.

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

3. Действуют они и на стенку сосуда : вызывают активацию эндотелия и повышение его проницаемости, что создает условия для экстравазации (выхода) из сосудистого русла жидкости и клеток крови в ходе развития воспалительной реакции.

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

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

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

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

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

собственные, ставшие по разным причинам ненужными, клетки,

микроорганизмы,

пищевые, ингаляционные и аппликационные внешние вещества,

трансплантаты.

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

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

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

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

Б. Искусственный приобретенный иммунитет формируется у пациента врачом.

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

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

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

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

Органы иммунной системы.

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

Иммунная система включает:

ЛИМФОИДНУЮ СИСТЕМУ (лимфоидные органы и лимфоциты)

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

Иммунная система включает уровни:

Органный уровень

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

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

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

ОРГАНЫ иммунной системы

А. ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ:

Тимус

Костный мозг

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

В. ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ:

Лимфатические узлы

Селезенка

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

ФУНКЦИЯ: Антиген-зависимая дифференциация и пролиферация иммунокомпетентных клеток.

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

Система комплемента

Мембраноатакующий комплекс, вызывающий лизис клетки.

Система комплемента - комплекс сложных белков, постоянно присутствующих в крови. Это каскадная система протеолитических ферментов , предназначенная для гуморальной защиты организма от действия чужеродных агентов, она участвует в реализации иммунного ответа организма. Является важным компонентом как врождённого, так и приобретённого иммунитета.

История понятия

В конце XIX столетия было установлено, что сыворотка крови содержит некий «фактор», обладающий бактерицидными свойствами. В 1896 году молодой бельгийский ученый Жюль Борде , работавший в Институте Пастера в Париже, показал, что в сыворотке имеются два разных вещества, совместное действие которых приводит к лизису бактерий: термостабильный фактор и термолабильный (теряющий свои свойства при нагревании сыворотки) фактор. Термостабильный фактор, как оказалось, мог действовать только против определенных микроорганизмов, в то время как термолабильный фактор имел неспецифическую антибактериальную активность. Термолабильный фактор позднее был назван комплементом . Термин «комплемент» ввел Пауль Эрлих в конце 1890-х годов. Эрлих был автором гуморальной теории иммунитета и ввел в иммунологию много терминов, которые впоследствии стали общепринятыми. Согласно его теории, клетки, ответственные за иммунные реакции, имеют на поверхности рецепторы , которые служат для распознавания антигенов . Эти рецепторы мы сейчас называем «антителами » (основой вариабельного рецептора лимфоцитов является прикреплённое к мембране антитело класса IgD, реже IgM. Антитела других классов в отсутствие соответствующего антигена не прикреплены к клеткам). Рецепторы связываются с определенным антигеном, а также с термолабильным антибактериальным компонентом сыворотки крови. Эрлих назвал термолабильный фактор «комплементом» потому, что этот компонент крови «служит дополнением» к клеткам иммунной системы.

Эрлих полагал, что имеется множество комплементов, каждый из которых связывается со своим рецептором, подобно тому, как рецептор связывается со специфическим антигеном. В противоположность этому Борде утверждал, что существует «дополнение» только одного типа. В начале XX века спор был разрешен в пользу Борде; выяснилось, что комплемент может активироваться с участием специфических антител или самостоятельно, неспецифическим способом.

Общее представление

Компоненты системы комплемента

Комплемент - система белков, включающая около 20 взаимодействующих компонентов: С1 (комплекс из трех белков), С2, СЗ, …, С9, фактор В, фактор D и ряд регуляторных белков. Все эти компоненты - растворимые белки с мол. массой от 24 000 до 400 000, циркулирующие в крови и тканевой жидкости. Белки комплемента синтезируются в основном в печени и составляют приблизительно 5 % от всей глобулиновой фракции плазмы крови. Большинство из них неактивны до тех пор, пока не будут приведены в действие или в результате иммунного ответа (с участием антител), или непосредственно внедрившимся микроорганизмом (см. ниже). Один из возможных результатов активации комплемента - последовательное объединение так называемых поздних компонентов (С5, С6, С7, С8 и С9) в большой белковый комплекс, вызывающий лизис клеток (литический, или мембраноатакующий, комплекс). Агрегация поздних компонентов происходит в результате ряда последовательных реакций протеолитической активации с участием ранних компонентов (С1, С2, С3, С4, фактора В и фактора D). Большинство этих ранних компонентов - проферменты, последовательно активируемые путем протеолиза . Когда какой-либо из этих проферментов специфическим образом расщепляется, он становится активным протеолитическим ферментом и расщепляет следующий профермент, и т. д. Поскольку многие из активированных компонентов прочно связываются с мембранами, большинство этих событий происходит на поверхностях клеток. Центральный компонент этого протеолитического каскада - С3. Его активация путем расщепления представляет собой главную реакцию всей цепи активации комплемента. С3 может быть активирован двумя основными путями - классическим и альтернативным. В обоих случаях С3 расщепляется ферментным комплексом, называемым С3-конвертазой. Два разных пути приводят к образованию разных С3-конвертаз, однако обе они образуются в результате спонтанного объединения двух компонентов комплемента, активированных ранее в цепи протеолитического каскада. С3-конвертаза расщепляет С3 на два фрагмента, больший из которых (С3b) связывается с мембраной клетки-мишени рядом с С3-конвертазой; в результате образуется ферментный комплекс еще больших размеров с измененной специфичностью - С5-конвертаза. Затем С5-конвертаза расщепляет С5 и тем самым инициирует спонтанную сборку литического комплекса из поздних компонентов - от С5 до С9. Поскольку каждый активированный фермент расщепляет много молекул следующего профермента, каскад активации ранних компонентов действует как усилитель: каждая молекула, активированная в начале всей цепи, приводит к образованию множества литических комплексов.

Основные этапы активации системы комплемента.

Классический и альтернативный пути активации системы комплемента.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4bC2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

Биологические функции

Сейчас выделяют следующие функции:

1. Опсонизирующая функция. Сразу вслед за активацией системы комплемента образуются опсонизирующие компоненты, которые покрывают патогенные организмы или иммунные комплексы, привлекая фагоцитов. Наличие на поверхности фагоцитирующих клеток рецептора к С3b усиливает их прикрепление к опсонизированным бактериям и активирует процесс поглощения. Такое более тесное прикрепление С3b-связанных клеток или иммунных комплексов к фагоцитирующим клеткам получило название феномена иммунного прикрепления .
2. Солюбилизация (т.е. растворение) иммунных комплексов (молекулой C3b). При недостаточности комплемента развивается иммунокомплексная патология (СКВ-подобные состояния). [СКВ = системная красная волчанка]
3. Участие в воспалительных реакциях. Активация системы комплемента приводит к выделению из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови биологически активных веществ (гистамина, серотонина, брадикинина), которые стимулируют воспалительную реакцию (медиаторов воспаления). Биологически активные компоненты, которые образуются при расщеплении С3 и С5 , приводят к высвобождению вазоактивных аминов, таких как гистамин , из тканевых базофилов (тучных клеток) и базофильных гранулоцитов крови. В свою очередь это сопровождается расслаблением гладкой мускулатуры и сокращением клеток эндотелия капилляров, усилением сосудистой проницаемости. Фрагмент С5а и другие продукты активации комплемента содействуют хемотаксису , агрегации и дегрануляции нейтрофилов и образованию свободных радикалов кислорода. Введение С5а животным приводило к артериальной гипотонии, сужению легочных сосудов и повышению проницаемости сосудов из-за повреждения эндотелия.
   Фукнции С3а:
   • выступать в роли хемотаксического фактора, вызывая миграцию нейтрофилов по направлению к месту его высвобождения;
   • индуцировать прикрепление нейтрофилов к эндотелию сосудов и друг к другу;
   • активировать нейтрофилы, вызывая в них развитие респираторного взрыва и дегрануляцию;
   • стимулировать продукцию нейтрофилами лейкотриенов.
4. Цитотоксическая, или литическая функция. В конечной стадии активации системы комплемента образуется мембраноатакующий комплекс (МАК) из поздних компонентов комплемента, который атакует мембрану бактериальной или любой другой клетки и разрушает ее.

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

Активация системы комплемента

Классический путь

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по одной молекуле С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM , активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути. С5 расщепляется на C5a и C5b.C5b остается на мембране и соединяется с комплексом C4b2a3b.Потом соединяются С6, С7, С8 и С9,которая полимеризуется и возникает трубочка внутри мембраны. Тем самым нарушается осмотический баланс и в результате тургора бактерия лопается. Классический путь действует более точно, поскольку так уничтожается любая чужеродная клетка.

Альтернативный путь

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента. В жидкости в комплексе CЗbВb В заменяется Н фактором и под воздействием дезактивирующего соединения(Н) превращается в С3bi.Когда микробы попадают в организм комплекс СЗbВb начинает накапливаться на мембране. Он соединяется с С5, который расщепляется на C5a и C5b. C5b остается на мембране. Потом соединяются С6, С7, С8 и С9.После соединения С9 с С8, происходит полимеризация С9 (до 18 молекул сшиваются друг с другом) и образуется трубочка, которая пронизывает мембрану бактерии, начинается закачка воды и бактерия лопается.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды(являются митогенами), вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Он использует лектин, связывающий маннозу, (MBL) - белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - сывороточный белок, принадлежащий к группе белков коллектинов, который синтезируется преимущественно в печени и может активировать каскад комплемента, непосредственно связываясь с поверхностью патогена.

В сыворотке крови MBL формирует комплекс с MASP-I и MASP-II (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, связывающие MBL сериновые протеазы). MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классического пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда несколько активных центров MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b. Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты для клеток иммунной системы.

Регуляция системы комплемента

Система комплемента может быть очень опасной для тканей хозяина, поэтому ее активация должна хорошо регулироваться. Большинство компонентов активны только в составе комплекса, при этом их активные формы способны существовать очень короткое время. Если в течение этого времени они не встретятся со следующим компонентом комплекса, то активные формы теряют связь с комплексом и становятся неактивными. Если концентрация какого-то из компонентов ниже пороговой (критической), то работа системы комплемента не приведет к физиологическим последствиям. Система комплемента регулируется специальными белками, которые находятся в плазме крови даже в большей концентрации, чем сами белки системы комплемента. Эти же белки представлены на мембранах собственных клеток организма, предохраняя их от атаки со стороны белков системы комплемента.

Регуляторные механизмы в основном действуют в трех точках.

1. С1. Ингибитор С1 контролирует классический и лектиновый пути активации. Действует двумя путями: ограничивает действие С4 и С2 с помощью связывания C1r- и С1s-протеаз и подобным образом выключает лектиновый путь, удаляя ферменты MASP из MBP-комплекса.
2. С3-конвертаза. Время жизни С3-конвертазы уменьшают факторы ускорения распада. Некоторые из них находятся на поверхности собственных клеток (например, DAF и CR1). Они действуют на С3-конвертазы и классического, и альтернативного путей активации. DAF ускоряет распад С3-конвертазы альтернативного пути. СR1 (C3b/C4b receptor) расположен главным образом на поверхности эритроцитов и отвечает за удаление из плазмы крови опсонизированных иммунных комплексов. Другие регуляторные белки производятся печенью и в неактивном состоянии растворены в плазме крови. Фактор I - сериновая протеаза, расщепляющая C3b и C4b. С4-связывающий белок (C4BP) расщепляет С4 и помогает фактору I расщеплять C4b.Фактор H связывается с гликозаминогликанами, которые есть на собственных клетках, но не на клетках патогенов. Этот белок является кофактором фактора I, а также ингибирует активность C3bBb.
3. С9. CD59 и Гомологичный Фактор Ограничения ингибируют полимеризацию С9 во время образования мембраноатакующего комплекса, не давая ему сформироваться.

Роль системы комплемента при болезнях

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