Основи імунології - Курс лекцій М. В. Скок - Київ 2002

Розділ IIІ. Імунні процеси на рівні цілого організму

Додаток 1. Система комплементу

Система комплементу - це древній шлях захисту макроорганізму від бактерій, який з’явився задовго до появи імунної системи. У вищих тварин він доповнює (to complement - доповнювати) імунні реакції і сприяє руйнуванню мікроорганізмів, клітин, інфікованих бактеріями і вірусами, а також власних трансформованих клітин. Система комплементу і імунна системи тісно взаємопов’язані: імунні комплекси активують систему комплементу, а компоненти системи комплементу впливають на хід імунних реакцій, зокрема, сприяють виведенню із кровообігу антигенів і комплексів антиген-антитіло.

Систему комплементу було відкрито наприкінці ХІХ сторіччя Ж. Борде, який описав її як термолабільний компонент сироватки крові, здатний викликати лізис бактерій. Пізніше було з’ясовано, що система комплементу - це більш, ніж 20 білків, які взаємодіють по черзі, утворюючи каскадний процес, подібний до процесів згортання крові та фібринолізу, де продукт кожної реакції є каталізатором наступної. Білки системи комплементу відносять до глобулінів, але вони не є імуноглобулінами; їх кількість не збільшується при імунізації. Компоненти комплементу позначають літерою С і порядковим номером, який відповідає хронології відкриття цих компонентів і не завжди співпадає із чергою участі цих компонентів у каскаді реакцій.

Усі компоненти системи комплементу можна розподілити на декілька функціональних груп (Таблиця 1).

Таблиця 1. Функціональні групи білків системи комплементу.

Найбільшу концентрацію в крові (до 1,2 мг/мл) має компонент С3. Саме з цього компоненту починається каскад реакцій, спрямованих на реалізацію біологічної дії комплементу (Рис. 21). Компонент С3 розщеплюється на два фрагменти: С3а і С3b (запам’ятаємо, що літерою Ь позначають фрагменти більшої, а літерою а - меншої молекулярної ваги. Компоненти b звичайно приєднуються до клітин або вже утворених комплексів, а компоненти а залишаються у розчині). С3b ковалентно зв’язується із полісахаридами клітинних мембран грам-негативних бактерій та із спеціальними рецепторами клітин вищих організмів. С3b на мембрані зв’язує компонент С5, який розщеплюється на С5а і С5b. С5а дифундує у навколишнє середовище, а С5b залишається зв’язаним з С3b. С5b є ініціатором самозбірки великого мембрано-атакуючого комплексу (МАК). Він послідовно зв’язує компоненти С6, С7 і С8. Новоутворений комплекс дозволяє приєднання декількох, від 12 до 21, молекул компоненту С9, які прошивають наскрізь мембрану клітини і утворюють пору діаметром близько 100А (Рис. 22). Крізь таку пору можуть вільно проходити низькомолекулярні сполуки, але не білки і інші великі біологічні молекули. В результаті клітина руйнується шляхом осмотичного лізису.

Компонент С3 має у своїй структурі характерний метастабільний тіоефірний зв’язок, який і дозволяє утворення ковалентного зв’язку із поверхнею клітини. За нормальних умов цей зв’язок дуже повільно активується під дією води або факторів плазми крові. З’являється невелика кількість розчинного С3b-подібного білка. В присутності іонів магнію він утворює комплекс із фактором В - С3bВ. Потім фактор В розщеплюється під дією фактору D на Ва і Вb і утворюється комплекс С3bВb, який називається С3-конвертазою. Він має ферментативну активність і може ефективно розщеплювати компонент С3, запускаючи таким чином весь каскад утворення МАК.

При відсутності інфекційних агентів цей процес знаходиться під надійним контролем: фактор В легко заміщується фактором Н, а комплекс С3bН атакується фактором І, що інактивує С3b, який далі розщеплюється трипсиноподібними протеазами, присутніми в плазмі крові. При наявності в крові грам-негативних бактерій С3b зв’язується з ліпополісахаридами їх мембран, уникає зв’язування з фактором Н, а новоутворена С3-конвертаза додатково стабілізується спеціальним білком пропердином. При цьому, як тільки нові молекули С3 розщеплюється конвертазою, нові С3b вдразу ж зв’язуються з мембраною мікроорганізму. Таким чином, один каталітичний центр С3-конвертази може сприяти утворенню і зв’язуванню навколо себе на мембрані багатьох молекул С3b, які, в свою чергу, запускають каскад утворення МАК, в результаті чого клітина бактерії руйнується. Такий шлях активації комплементу є найбільш еволюційно древнім. Він називається альтернативним, тому що першим було відкрито як раз більш складний шлях активації, який відбувається за участю антитіл і називається класичним.

Класичний шлях активації комплементу ініціюється утворенням імунних комплексів антиген-антитіло. Здатність зв’язувати комплемент мають імунні комплекси, до складу яких входять імуноглобуліни класів М і G, ділянка зв’язування знаходиться в Fc фрагментах (Сμ4- і Сγ2-доменах, відповідно). Імунні комплекси зв’язують компонент Oq. Цей величезний білок складається із шести комплектів трьох типів поліпептидних ланцюгів, які мають колагеноподібну фібрілярну частину і глобулярну частину. Фібрілярні частини закручені у потрійну спіраль, а глобулярні - об’єднані для кожного комплекту ланцюгів і утворюють структуру, що нагадує букет тюльпанів. До Oq в присутності іонів кальцію приєднуються ще два білка - димери С1г і C1s, які є протеазами трипсинового типа, що активуються при зв’язуванні із імунним комплексом. В результаті утворюється компонент С1, який складається із однієї молекули Oq і тетрамера Or₂s₂ (Рис. 23). Os у складі С1 розщеплює компонент С4. С4, подібно до С3, містить внутрішній тіоефірний зв’зок, який дозволяє утворення ковалентного зв’язку із клітинною мембраною. При цьому відщеплюється С4а, а С4b зв’язує компонент С2 - утворюється комплекс С4b2. В присутності іонів магнію Os розщеплює С2 на С2а і С2b, і новоутворений комплекс С4b2b є С3-конвертазою, подібно до С3bВb в альтернативному шляху активації. Процес утворення С4b2b контролюється білком, що зв’язує С4 (С4bр), який заважає зв’язуванню С2 або руйнує конвертазу С4b2b.

Таким чином, існують два головних шляхи утворення С3-конвертази, яка запускає каскад реакцій утворення МАК: класичний, що опосередкується імунними комплексами, і призводить до утворення конвертази С4Ь2Ь, і альтернативний, що ініціюється безпосередньо бактеріями і призводить до утворення конвертази С3bВb. Нещодавно було знайдено, що деякі бактерії і навіть РНК-ові віруси можуть зв’язувати компонент С1 і запускати класичний шлях у відсутності імунних комплексів. Крім того, у сироватці крові всіх хребетних було знайдено два лектини - білки, що специфічно зв’язують вуглеводи бактеріальних стінок: Ra-реактивний фактор (RaRF) і білок, що зв’язує манозу (МВР). Ці білки відносяться до білків гострої фази, тобто їх концентрація в крові збільшується за умов запалення. RaRF може дисоціювати на Oq-подібну молекулу, здатну впізнавати полісахариди, і два поліпептиди, що посідають протеолітичної активності. Цей фактор може діяти безпосередньо на С4 і С2 у відсутності С1г або C1s. МВР за своєю будовою теж нагадує Oq. Він зв’язується із сироватковим білком, що активується манозою, і новоутворений комплекс може ефективно активувати C1₂s₂. MBP і RaRF стимулюють третій, лектин-залежний шлях активації комплементу.

Головною метою дії системи комплементу є руйнування мембрани клітини-мішені шляхом утворення МАК. Крім того, компоненти комплементу, що приєднуються до бактеріальних клітин, розпізнаються рецепторами, які містяться на макрофагах і сприяють фагоцитозу інфекційних агентів. Цей процес називається опсонізацією. За допомогою комплементу видаляються із організму невеликі імунні комплекси, які погано розпізнаються Fc-рецепторами, наприклад токсини бактерій і залишки мертвих мікроорганізмів, зв’язані антитілами. Такі комплекси зв’язуються CR1 рецепторами на еритроцитах, які транспортують їх до печінки і селезінки, де макрофаги знімають їх і деградують, не руйнуючи еритроцит.

Низькомолекулярні фрагменти С3а, С4а і С5а, що потрапляють в кровообіг при активації системи комплементу, опосередкують процес запалення; їх називають анафілотоксинами. Вони сприяють скороченню гладеньких м’язів, підвищують проникність судин і активують тучні клітини до секреції гістаміну і серотоніну, протеолітичних ферментів, гепарину, хемокінів та медіаторів запалення: простагландинів, тромбоксанів і лейкотрієнів. Це, у свою чергу, приваблює до місця запалення лімфоцити, нейтрофіли і фагоцити, що сприяє як фагоцитозу, так і розвитку специфічної імунної відповіді.

Клітини макроорганізму мають спеціальні регуляторні механізми, щоб запобігти пошкодженню здорових клітин дією комплементу. Так, якщо комплекс С5b67 не зв’язався із клітиною-мішенню, він може бути зв’язаний ліпопротеїнами низької щільності або вітронектином. Такі комплекси можуть далі зв’язувати С8 і С9, але не здатні приєднуватися до мембран клітин і не мають характерної будови мембранного каналу. Деякі мембранні глікопротеїни (протектин, DAF, C8bp, глікофорин А) обмежують зв’язування з клітиною компонентів МАК. DAF також прискорює розпад C4b2b.

Бактерії теж мають спеціальні механізми захисту від дії комплементу:

- деякі грам-негативні бактерії не мають центрів зв’язування С3b;

- інші мають на своїй поверхні довго ланцюгові глюкопротеїди, які зв’язують С3b на деякій відстані від мембрани;

- поверхневі ферменти можуть руйнувати зв’язані бактерією С3b і C4b; деякі бактерії швидко скидають їх;

- декілька видів бактерій секретують речовини, що зв’язують компоненти комплементу у розчині;

- деякі бактерії містять анти-фагоцитарні капсули, які заважають фагоцитам дістатись зв’язаного С3b;

- карбоксипептидази стрептококів А ін активують анафілотоксини С5а і С3а, а інші бактерії декретують ферменти, що руйнують інтактні компоненти комплементу.

Резюме.

Комплемент - це система білків сироватки крові, які сприяють знищенню інфекційних агентів і власних інфікованих клітин шляхом як безпосереднього лізису, так і стимуляції інших механізмів, в тому чисті імунної відповіді.

Головні функції комплементу:

1) лізіс клітин-мішеней шляхом утворення МАК;

2) опсонізація клітин-мішеней для поліпшення їх фагоцитозу;

3) виведення із кровообігу імунних комплексів;

4) стимуляція процесу запалення.

Шляхи активації комплементу:

1) класичний - за допомогою імунних комплексів; опосередкований конвертазою С4bС2b;

2) альтернативний - активується безпосередньо клітинами бактерій; опосередкований конвертазою С3bВb;

3) лектиновий - активується бактеріями; опосередкований сироватковими лектинами, що зв’ язують полісахариди мембран бактерій.

Дію комплементу на клітини опосередковано спеціальними рецепторами. Існують пристосувальні механізми захисту як макро-, так і мікроорганізму від руйнування системою комплементу.