Биологические эффекты комплемента

Биологические активности системы комплемента можно подразделить на полезные для организма-хозяина и вредные.

Основные полезные эффекты комплемента:

•    содействие в уничтожении микроорганизмов;

•    интенсивное удаление иммунных комплексов;

•    индукция и усиление гуморального иммунного ответа.

Система комплемента может вызывать повреждение клеток и тканей собственного организма в следующих случаях:

•  если происходит ее генерализованная массированная активация, например при септицемии, вызванной грамотрицательными бактериями;

•  если ее активация происходит в очаге тканевого некроза, в частности при инфаркте миокарда;

•    если активация происходит при аутоиммунной реакции в тканях.

Усиление ликвидации микробов достигается несколькими путями, включая:

•    образование анафилатоксинов, которые повышают проницаемость стенок сосудов, облегчая тем самым поступление в очаг инфекции других защитных факторов воспалительной реакции;

•    опсонизация микробов для усиления фагоцитоза;

•    внедрение лизирующего мембрану комплекса в мембрану микробных клеток.

Активация системы комплемента приводит к образованию анафилатоксинов С3а и С5а, физиологическая роль которых состоит в привлечении клеток воспалительного экссудата в очаг воспаления, а также в активации их эффекторных механизмов.

Системное введение С5а или генерализованная внутрисосудистая активация комплемента (например, при сепсисе, вызванном грамотрицательными бактериями), может привести к сердечно-сосудистому коллапсу и бронхоспазму — т.е. к состоянию, напоминающему анафилаксию (отсюда название анафилатоксины).

С5а служит сильным активатором всех типов клеток миелоидного ряда. Этот анафилатоксин вызывает хемокинез и хемотаксис нейтрофилов, их дегрануляцию, а также вспышку клеточного дыхания с образованием кислородных радикалов. Кроме того, С5а вызывает метаболизирование арахидоновой кислоты, входящей в состав мембран, с образованием простагландинов и эйкозаноидов. При этом возрастает также поверхностная экспрессия молекул межклеточной адгезии, что способствует прилипанию клеток к сосудистому эндотелию. У моноцитов и макрофагов С5а вызывает аналогичные реакции и, кроме того, секрецию ИЛ-1 и ИЛ-6, а у базофилов и тучных клеток — дегрануляцию с высвобождением гистамина и других вазоактивных медиаторов.

Активируя эти клетки, С5а опосредованно влияет на кровеносные сосуды, повышая их проницаемость, и на гладкую мускулатуру, вызывая ее сокращение. Кроме того, С5а может действовать синергично с другими медиаторами воспаления, например, вместе с ИФγ или эндотоксином стимулировать секрецию ИЛ-1 моноцитами.

Присутствие С5а в кровотоке весьма кратковременно. Содержащийся в крови фермент карбоксипептидаза-N отщепляет от С5а С-концевой остаток аргинина, в результате чего все биологические активности этого эффектора, за исключением хемотаксической, существенно ослабевают. Затем происходит связывание его рецептором для С5а, интернализация и быстрое внутриклеточное расщепление протеазами на неактивные фрагменты.

По сравнению с С5а, С3а обладает гораздо меньшей активностью и связывается с иным клеточным рецептором. Он вызывает слабую агрегацию нейтрофилов и вспышку клеточного дыхания, но в противоположность С5а не обладает хемотаксической активностью.

Отметим, что образование анафилатоксинов происходит в результате активации не только комплемента, но и других ферментных систем, которые непосредственно расщепляют С3, С4 и С5. К таким ферментам относятся плазмин, каликреин, тканевые и лейкоцитарные (лизосомные) протеазы (в частности, эластаза нейтрофилов), а также протеолитические ферменты микробного происхождения, например гингипаин-1 из бактерии Porphyromonas gingivalis, которая встречается при патологии периодонта.

Ковалентно связываясь с поверхностью бактерий и иммунными комплексами, С3b и С4b делают их лигандами для рецепторов комплемента на фагоцитарных клетках. Тем самым они обеспечивают очистку крови от бактерий и иммунных комплексов. Связывание С3b и С4b с рецепторами комплемента на поверхности нейтрофилов, моноцитов и макрофагов может вызывать, кроме стимуляции фагоцитоза, экзоцитоз гранул, содержащих протеолитические ферменты, и образование свободных кислородных радикалов в результате вспышки клеточного дыхания.

Недостаточность комплемента ассоциирована с подверженностью инфекционным заболеваниям. Физиологическая роль комплемента в опсонизации и бактериолизе становится совершенно ясной, если проанализировать две формы его наследственной недостаточности. Недостаточность компонентов классического пути и С3 и недостаточность семейства рецепторов CR3/CR4/LFA-1 ассоциированы с частым возникновением инфекций, вызываемых гноеродными бактериями. Тот факт, что дефицит опсонинов либо рецепторов приводит к одинаковым последствиям, убедительно свидетельствует о важной роли комплемента в уничтожении этих бактерий путем фагоцитоза и внутриклеточного разрушения.

В отличие от этого недостаточность компонентов ЛМК ассоциирована почти исключительно с повышенной восприимчивостью к заражению Neisseria meningitidis. Можно предполагать, что устойчивость организма в отношении этой бактерии, которая способна выживать внутри фагоцитов, основана на комплемент-зависимом бактериолизе в плазме крови.

Менее важен, по-видимому, комплемент для противовирусной защиты, в которой решающая роль принадлежит Т-клеткам. Недостаточность комплемента обычно не сопровождается повышенной восприимчивостью к вирусным инфекциям.

Лизирующий мембрану комплекс принимает также участие в воспалительной реакции. Согласно традиционному представлению, ЛМК уничтожает любую клетку, образуя поры в мембране и вызывая ее лизис. Однако не так давно было установлено, что содержащие ядро клетки, например клетки иммунной системы организма, относительно устойчивы к литическому действию ЛМК; отчасти это обусловлено присутствием на мембране регуляторных молекул типа CD59, но, кроме того, и способностью этих клеток устранять путем эндоцитоза или экзоцитоза те участки своей плазматической мембраны, в которые проник ЛМК. Даже в случае сублетального воздействия ЛМК вызванное им изменение структуры мембранного бислоя может стимулировать клетки иммунной системы (в зависимости от их тканевого происхождения) к высвобождению и метаболизированию арахидоновой кислоты, усилению окислительного метаболизма, дегрануляции или секреции цитокинов. Эти реакции, возможно, важны для усиления воспаления в участках активации комплемента.

Взаимодействие между системой комплемента и микробами можно рассматривать как фактор продолжающейся эволюционной межвидовой борьбы. По мере развития системы комплемента, вероятно под давлением отбора, связанного главным образом с инфекционными заболеваниями, у микробов в свою очередь появились механизмы выхода из-под удара комплемента и даже «использования» этой системы для развития инфекции. Фактически, патогенные микробы патогенны именно благодаря своей способности обходить в известной мере механизмы зашиты организма от инфекции.

Наружный слой клеточной стенки большинства грамотрицательных бактерий содержит липополисахарид (ЛПС) с длинными О-специфическими боковыми полисахаридными цепями, выступающими из мембраны наружу. Они эффективно активируют комплемент, но локализуют ковалентное связывание С3 и фиксацию ЛМК на таком удалении от цитоплазматической мембраны бактериальной клетки, при котором опсонизация и лизис невозможны. В подобных случаях в качестве фактора приобретенного иммунитета могут функционировать только бактерицидные антитела. Они активируют комплемент в непосредственной близости к тем участкам бактериальной поверхности, где его опсонизирующий и литический эффекты могут реализоваться.

Ряд микроорганизмов устойчив к действию комплемента за счет присутствия на их поверхности молекул, препятствующих альтернативной активации комплемента и усилению фиксации С3. Например, штаммы патогенных грамположительных бактерий отличаются от своих непатогенных аналогов наличием богатой сиаловыми кислотами капсулы, на которой С3b связывает фактор Н, а не фактор В, в результате чего подвергается расщеплению.

Другая стратегия обхода микробами действия комплемента — это экспрессия ингибиторов, подобных тем, которыми обладает организм-хозяин. Известны присутствующие на поверхности бактериальных клеток молекулы с Fc-рецепторными свойствами, например стафилококковый белок А и Fc-рецептор, имеющийся у многих герпесвирусов. Недавно обнаружена также экспрессия рецептора (гликопротеин-С) для комплемента вирусом простого герпеса. Грибы Candida albicans экспрессируют молекулы, подобные CR2 и CR3 и имеющие даже антигенное сходство с CR3 человека. Все эти молекулы способны защитить микроорганизмы от обычных последствий связывания антител и комплемента. Так, IgG или С3, связавшись с рецепторами на поверхности микробов, могут утратить способность к взаимодействию с Fc-рецепторами на фагоцитарных клетках. Еще один стратегический путь заключается в экспрессии регуляторных молекул, подавляющих активацию комплемента. Так, например, трипаносомы образуют ФУД- и СD59-подобные молекулы, тогда как шистосомы просто адсорбируют ФУД организма-хозяина, достигая той же цели.

Наиболее важная стадия в патогенезе вирусных инфекций — это проникновение возбудителя в клетки организма-хозяина. Как установлено, некоторые вирусы используют связанные с клеточными мембранами компоненты комплемента в качестве рецепторов для усиления проникновения в клетку. Так, вирус Эпштейна—Барр использует CR2, вирус кори — мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46), а ряд эховирусов — фактор, ускоряющий диссоциацию С3-конвертазы (ФУД, CD55).

Проникновению ряда других вирусов в клетки может способствовать их связывание с антителами и С3b в жидкой фазе. В частности, в результате взаимодействия с антителами усиливается поглощение клетками флавивирусов (в том числе вируса денге) при участии макрофагальных Fc-рецепторов, а связывание С3 с вирусными частицами способствует поглощению вируса Западного Нила (также флавивируса) при участии CR3.

Система комплемента облегчает контакт и взаимодействие антигенпрезентирующих клеток и В-клеток с антигеном. Например, от комплемента зависит необходимая для формирования В-клеток памяти локализация иммунных комплексов в центрах размножения внутри лимфоузлов.

На В-клетках и АПК выявлены следующие рецепторы комплемента:

•    В-клетки: CR1, связывающий С3b иiC3b,aтакже CR2, связывающий iC3b и C3dg;

•    моноциты и макрофаги: CR1 и CR3;

•    фолликулярные дендритные клетки (единственный тип клеток, обладающий всеми тремя рецепторами): CR1, CR2 и CR3.

Лица с наследственным дефицитом С3 страдают лишь умеренным нарушением продукции антител. Однако у морских свинок, дефицитных по С2, С3 или С4, наблюдается заметное угнетение первичного и вторичного иммунных ответов на малые дозы Т-зависимых антигенов. Эти факты свидетельствуют о вспомогательной (но не решающей) роли комплемента в эффективной индукции образования антител.

В 1940-х гг. Гейдельбергером было установлено, что комплемент препятствует формированию решетчатой структуры преципитирующих комплексов антиген—антитела. На структуру и размеры иммунных комплексов влияют многие факторы, включая следующие:

•    концентрация реагентов (антител и антигена);

•    афферентность антител к гомологичному антигену;

•    валентность как антител, так и антигена (чем выше валентность, тем крупнее образующиеся комплексы).

Активация комплемента по классическому пути подавляет образование преципитатов иммунных комплексов в плазме крови. Подобным же образом, активация по альтернативному пути может вызвать растворение иммунных комплексов, уже образовавших преципитаты в плазме, а также в тканях. Растворение происходит в результате ковалентного включения С3 в решетчатую структуру иммунного преципитата: С3 разрушает связь антител с эпитопами антигена, ограничивая тем самым возможность образования крупных агрегатов.

Активация комплемента иммунными комплексами в норме физиологически полезна, так как связанные с С3 комплексы эффективно удаляются из тканей и кровотока моноцитами и прочими фагоцитарными клетками. Однако в некоторых случаях интенсивное образование иммунных комплексов продолжается хронически, и тогда активация ими комплемента имеет вредные последствия; в частности это происходит при подостром бактериальном эндокардите и системной красной волчанке.

В определенных условиях активация комплемента in vivo играет вредную, а не полезную роль. Например, шок при бактериемии, вызванной грамотрицательными бактериями, отчасти обусловлен системной активацией комплемента эндотоксином. Возникающие при этом в больших количествах С3а и С5а вызывают активацию и дегрануляцию нейтрофилов, базофилов и тучных клеток. Внутрисосудистая агрегация нейтрофилов приводит к диссеминированному свертыванию крови и задержке образовавшихся микроэмболов в капиллярах легких, где продукты лейкоцитарного происхождения (включаяэластазу и свободные радикалы) могут вызвать синдром «шокового легкого». Он характеризуется интерстициальным отеком легкого вследствие повреждения мелких сосудов, образованием нейтрофильного экссудата в альвеолах и артериальной гипоксемией.

Искусственное кровообращение через аппараты сердце-легкие или купрофановые диализаторы может стать причиной экстракорпоральной активации комплемента, которая сопровождается временной лейкопенией, примерно такой же, как при агрегации нейтрофилов в легких.

Повреждение ткани вследствие ишемического некроза способно вызвать локальную активацию комплемента и интенсивную фиксацию ЛМК на клеточной мембране. О возможной патофизиологической роли активации комплемента в этом случае свидетельствуют данные экспериментального моделирования инфаркта миокарда, при котором снижение концентрации комплемента уменьшает масштабы повреждения ткани. Подобный же эффект, как установлено недавно, вызывает введение растворимого рекомбинантного CR1.

Активация комплемента имеет существенное значение в патогенезе тканевой деструкции при заболеваниях, обусловленных образованием иммунных комплексов. Формирование таких комплексов возможно в тканях, например в почечных клубочках при нефропатии, вызванной образованием аутоантител к гломерулярной базальной мембране, или на концевых пластинках двигательных нейронов при злокачественной миастении с образованием аутоантител к холинорецепторам . В других случаях циркулирующие иммунные комплексы могут отлагаться в стенках кровеносных сосудов. Например, при бактериальном эндокардите инфицированный сердечный клапан представляет собой источник образования иммунных комплексов, которые оседают в почках или других участках микрососудистого русла.

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

• с С3b и С4b, фиксированными на иммунных комплексах, связываются лейкоциты, актививируемые и привлекаемые в места отложения этих комплексов образовавшимися здесь анафилатоксинами; так начинается повреждение тканей при синдроме Гудпасчера и для подавления воспалительной реакции на экспериментальных моделях этого заболевания достаточно уменьшить содержание в крови комплемента или нейтрофилов;

• ЛМК (лизируюший мембрану комплекс) повреждает клеточную мембрану и стимулирует при этом образование простагландинов из арахидоновой кислоты. Этим обусловлено повреждение тканей при мембранозном нефрите, который в эксперименте удается вызвать антителами к субэпителиальным антигенам. Воспалительную реакцию в этом случае не подавляет устранение нейтрофилов, однако она почти полностью отсутствует у животных, дефицитных по С5. Базальная мембрана, вероятно, служит физическим барьером на пути миграции нейтрофилов, поэтому наблюдаемая высокая протеинурияобусловлена только фиксацией лизируюшего мембрану комплекса.

Список используемой литературы:

1. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. «Иммунология» / пер. с англ. В.И. Кандрора, А.Н. Маца,Л.А. Певницкого и М.А. Серовой. - М.: Мир, 2000

2. Воронин Е.С., Петров А.М., Серых М.М, Девришов Д.А. «Иммунология» - М.: Колос-Пресс, 2002.

3. Hilary Longhurst. «Ангионевротический отек – дефицит С1-ингибитора комплемента». Журнал «Аллергология» №1, 2004.

4. И.В. Кудрявцев, А.В. Полевщиков. «Эволюция каскада комплемента: ранние этапы». Журнал «Цитокины и воспаление» № 1, 2005.

2