4 комплемент его функция пути активации. Система комплемента, классический и альтернативный пути активации комплемента

№ 6 Комплемент, его структура, функции, пути актива­ции, роль в иммунитете.
Природа и характеристика комплемента . Комплемент является одним из важных фак­торов гуморального иммунитета, играющим роль в защите организма от антигенов. Комплемент представляет со­бой сложный комплекс белков сыворотки крови, находящийся обычно в неактивном состоянии и активирующийся при соедине­нии антигена с антителом или при агрега­ции антигена. В состав комплемента входят 20 взаимодействующих между собой белков, девять из которых являются основными ком­понентами комплемента; их обозначают циф­рами: С1 , С2, СЗ, С4...С9. Важную роль играют также факторы В, D и Р (пропердин). Белки комплемента относятся к глобулинам и отличаются между собой по ряду физико-химических свойств. В частности, они сущес­твенно различаются по молекулярной массе, а также имеют сложный субъединичный состав: C 1- C 1 q , C 1 r , C 1 s ; СЗ-СЗа, СЗ b ; С5-С5а, С5 b и т. д. Компоненты комплемента синтези­руются в большом количестве (составляют 5-10% от всех белков крови), часть из них образуют фагоциты.
Функции комплемента многообразны: а) участвует в лизисе микробных и других клеток (цитотоксическое действие); б) обладает хемотаксической активностью; в) принимает учас­тие в анафилаксии; г) участвует в фагоцитозе. Следовательно, комплемент является компонен­том многих иммунологических реакций, направ­ленных на освобождение организма от микробов и других чужеродных клеток и антигенов (на­пример, опухолевых клеток, трансплантата).
Механизм активации комплемента очень сложен и представляет собой каскад фер­ментативных протеолитических реакций, в результате которого образуется активный цитолитический комплекс, разрушающий стен­ку бактерии и других клеток. Известны три пути активации комплемента: классический, альтернативный и лектиновый.
По классическому пути комплемент активирует­ся комплексом антиген-антитело. Для этого достаточно участия в связывании антигена одной молекулы IgM или двух молекул IgG . Процесс начинается с присоединения к ком­плексу АГ+АТ компонента С1 , который рас­падается на субъединицы C 1 q , C 1 r и С1 s . Далее в реакции участвуют последовательно активированные «ранние» компоненты комплемента в такой последовательности: С4 , С2, СЗ. Эта реакция имеет характер усиливающе­гося каскада, т. е. когда одна молекула пре­дыдущего компонента активирует несколько молекул последующего. «Ранний» компонент комплемента С3 активирует компонент С5, который обладает свойством прикрепляться к мембране клетки. На компоненте С5 путем последовательного присоединения «поздних» компонентов С6, С7, С8, С9 образуется литический или мембраноатакующий комплекс который нарушает целостность мембраны (образует в ней отверстие), и клетка погибает в результате осмотического лизиса.
Альтернативный путь активации комплемен­та проходит без участия антител. Этот путь характерен для защиты от грамотрицательных микробов. Каскадная цепная реакция при аль­тернативном пути начинается с взаимодействия антигена (например, полисахарида) с протеи­нами В , D и пропердином (Р) с последующей активацией компонента СЗ. Далее реакция идет так же, как и при классическом пути - образу­ется мембраноатакующий комплекс.
Лектиновый путь активации комплемента также происходит без участия антител. Он ини­циируется особым маннозосвязывающим белком сыворотки крови, который после взаимодейс­твия с остатками маннозы на поверхности мик­робных клеток катализирует С4. Дальнейший каскад реакций сходен с классическим путем.
В процессе активации комплемента обра­зуются продукты протеолиза его компонен­тов - субъединицы СЗа и СЗ b , С5а и С5 b и дру­гие, которые обладают высокой биологической активностью. Например, СЗа и С5а принимают участие в анафилактических реакциях, являют­ся хемоаттрактантами, СЗ b - играет роль в опсонизации объектов фагоцитоза, и т. д. Сложная каскадная реакция комплемента происходит с участием ионов Са 2 + и Mg 2+ .

Отличия классического пути активации системы комплемента (схема 1) от альтернативного прежде всего состоят в следующем:

1. Для активации системы комплемента по классическому пути необходимо образование специфических иммуноглобулинов (IgG или IgM) и иммунных комплексов, что требует определенного времени;
2. Классический путь активации системы комплемента начинается с первых, так называемых ранних, компонентов комплемента: С1, который состоит из трех субкомпонентов (Clq, Cl г, С Is), и далее С4, С2 и СЗ.

Классический путь активации комплемента

Для активации системы комплемента иммунным комплексом необходимо, чтобы в его состав входили," как минимум, две молекулы IgG; для IgM достаточно одной молекулы. Наибольшей активностью при этом обладают IgM, IgG и три его субтипа: IgG, IgG2, IgG3. Активация системы комплемента происходит при связывании Clqсо специфическим сайтом (участком) в области Fc-фрагмента иммуноглобулинов. Для IgG это СН2-домен, а для IgM - это СН4-домен, который входит в Fc-фрагмент иммуноглобулинов.
Как упоминалось, система комплемента активируется по каскадному типу. Это значит, что при активации предыдущего компонента комплемента происходит его расщепление. Один из компонентов остается на поверхности клетки, которая участвует в образовании иммунного комплекса, а второй компонент является растворимым и "уходит" в жидкую фазу, т. е. в сыворотку крови. Тот компонент, который остался на иммунном комплексе, приобретает при этом свойство фермента и способность воздействовать на последующие компоненты комплемента, активируя их.
Итак, активация комплемента по классическому пути (см. схему 1) начинается с первого субкомпонента комплемента (Clq), который фиксируется к Fc-фрагментам иммуноглобулинов. При этом в молекуле
Clq возникают информационные изменения, что дает возможность фиксироваться к нему С1г, который, в свою очередь, приобретает способность фиксировать и активировать Cls. В результате образуется активный комплекс из составных частей С1, который приобретает способность активировать С4.
Образованию активного С1 препятствует С1-ингибитор. Его роль очень важна для контроля за активностью, с которой активируется комплемент по классическому пути. При врожденном дефиците (количества или функции) Cl-ингибитора развивается болезнь, получившая название ангионевротического отека (см. специальный раздел).
Образование активированного С1 приводит к активации С4, который распадается на два фрагмента - С4а, переходящий в растворенное состояние, и С4Ь, который остается на поверхности мембраны клетки, входящей в состав иммунного комплекса, и приббретает свойства фермента эстеразы, способного активировать С2. Образовавшийся активированный С4Ь в присутствии ионов магния расщепляет С2 на два фрагмента - С2а и С2Ь. При этом С2а присоединяется к С4Ь и образуется новое вещество, обладающее ферментными свойствами, - конвертаза 3-го компонента комплемента классического пути активации. Образовавшаяся СЗ-конвертаза (С4Ь2а) расщепляет СЗ на СЗа и СЗЬ. СЗа переходит в растворенное состояние, а СЗЬ является ключевым " как для классического, так и для альтернативного пути активации комплемента, т. е. в этом месте оба пути активации комплемента сходятся и далее процесс происходит единым путем. На этом этапе также действует инактиватор (СЗЬ-инактиватор), который называют еще фактором I. Он препятствует избыточной активации СЗ комплемента. При этом СЗЬ расщепляется на неактивные фрагменты - СЗс и C3d.
Активированный СЗЬ, связываясь с комплексом С4Ь и 2а, превращается в новый фермент - конвертазу 5-го компонента комплемента. С этого момента начинается сборка терминальных (конечных) компонентов системы комплемента С5 - С9, которые в конце концов формируются в мембраноатакующий комплекс (МАК). Под влиянием С5- конвертазы (С4Ь2аЗЬ) происходит расщепление С5 на С5а - мелкий фрагмент и С5Ь - более крупный. С5а переходит в растворенное состояние, а С5Ь является первым компонентом мембраноатакующего комплекса, который имеет рецепторы к С6 и С7. Начиная с " С6, белки в системе комплемента далее не расщепляются. Образовавшийся комплекс С5Ь67 приобретает способность прикрепляться к мембране клетки-мишени. Вслед за этим, к прикрепившемуся к мембране активированному комплексу С5Ь67 присоединяется С8 и, в принципе, в этом случае (т. е. даже в отсутствие С9) уже возможно начало лизиса стенки

клетки-мишени. Присоединение С9 к комплексу С5Ь678 значительно усиливает цитолиз стенки клетки-мишени. Образовавшийся комплекс С5Ь6789 индуцирует появление в липидном белке мембраны клетки цилиндрических пор длиной около 15 мм и диаметром 8-12 мм, что позволяет электролитам и воде проходить через нарушенную мембрану внутрь клетки и вызывать осмотический лизис клетки.

Может осуществляться по классическому и альтернативному пути.

В случае классического пути образуются специфические (IgG или IgM) и иммунные комплексы. Процесс активации начинается с ранних компонентов комплемента: С1, далее в процесс вовлекаются компоненты С4, С2 и СЗ.

Образование осуществляется при агрегации молекул иммуноглобулина или при связывании иммуноглобулинов с антигеном.

Наиболее важным условием в процессе активации является конфигурация иммуноглобулина. Непосредственно в активацию системы комплемента вовлечен домен СН2 Fc-фрагмента молекулы иммуноглобулина. При этом в молекуле IgM Н - цепи расположены на оптимальном расстоянии друг от друга за счет собственной конфигурации молекулы, а в реакциях активации с иммуноглобулином G такое взаиморасположение возникает с частотой примерно 1 к 800, в результате чего способность иммуноглобулина G к связыванию белков комплемента существенно ниже.

На молекулярном уровне стадии активации системы комплемента выглядят следующим образом:
1. В присутствии ионов Са из белка С1 образуется тетрамер C1r2-Са2+-С1s2, который связывается с одной молекулой C1q. Данный комплекс обладает протеазной активностью, а его субстратами являются С2 и С4. В плазме присутствует ингибитор данного фермента (C1—Inh).
2. В процесс вовлекается С4, распадающийся на два фрагмента — С4а и С4Ь, который приобретает свойства эстеразы, способной активировать С2. С4Ь в присутствии ионов магния расщепляет С2 на С2а и С2Ь. При этом С2а присоединяется к С4Ь, и образуется одно из ключевых веществ процесса активации комплемента — конвертаза 3-го компонента комплемента.
3. Образовавшаяся СЗ-конвертаза (С4Ь2а) расщепляет СЗ на СЗа. При этом СЗЬ - это ключевой фрагмент как для классического, так и для альтернативного пути активации, в этом месте оба пути активации сходятся и далее процесс происходит одинаково в обоих случаях. Регулятором активации СЗ комплемента является фактор I (СЗЬ-инактиватор). Он расщеплет СЗЬ на неактивные фрагменты — СЗс и C3d и препятствует чрезмерной активации СЗ.
4. Активная СЗЬ — фрагмент связывается с комплексом С4Ь и 2а, и образуется конвертаза 5-го компонента комплемента. С этого момента начинается образование финальной структуры — мембраноатакующаго комплекса (МАК), обозначаемого С5Ь6789. Он инициирует появление в липидном белке мембраны клетки пор, в результате образования которых возможен лизис клетки.

В первых реакциях альтернативного пути активации активное участие принимает пропердиновая система. Она состоит из белков, называемых факторами D и В. Фактор D находится в сыворотке крови в виде активного фермента, субстратом для которого является фактор В.

Данный белок расщепляется под влиянием фактора D, в результате чего образуется активный фрагмент - фактор ВЬ, в комплексе с СЗЬ образующий конвертазу 3-го компонента комплемента альтернативного пути активации. Она несколько отличается от конвертазы классического пути.

СЗЬВЬ, стабилизированный белком пропердином, активирует СЗ с образованием С5-конвертазы и далее иначинается сборка мембраноатакующего комплекса (МАК).

Комплемент — важнейший элемент иммунной системы позвоночных животных и человека, играющий ключевую роль в гуморальном механизме защиты организма от патогенов. Термин впервые ввел Эрлих для обозначения компонента кровяной сыворотки, без которого ее бактерицидные свойства пропадали. Впоследствии было выяснено, что этот функциональный фактор представляет собой набор белков и гликопротеидов, которые при взаимодействии друг с другом и с чужеродной клеткой вызывают ее лизис.

Комплемент в буквальном смысле переводится как "дополнение". Изначально он считался всего лишь еще одним элементом, обеспечивающим бактерицидные свойства живой сыворотки. Современные представления об этом факторе значительно шире. Установлено, что комплемент представляет собой сложнейшую, тонко регулируемую систему, взаимодействующую как с гуморальными, так и с клеточными факторами иммунного ответа и оказывающую мощное влияние на развитие воспалительной реакции.

Общая характеристика

В иммунологии системой комплемента называют проявляющую бактерицидные свойства группу взаимодействующих друг с другом белков сыворотки крови позвоночных, представляющую собой врожденный механизм гуморальной защиты организма от патогенов, способный действовать как самостоятельно, так и в комплексе с иммуноглобулинами. В последнем случае комплемент становится одним из рычагов специфического (или приобретенного) ответа, поскольку антитела сами по себе не могут уничтожать чужеродные клетки, а действуют опосредованно.

Эффект лизирования достигается за счет образования пор в мембране чужеродной клетки. Таких отверстий может быть множество. Перфорирующий мембрану комплекс системы комплемента называется МАК. В результате ее действия поверхность чужеродной клетки становится дырчатой, что приводит к выходу цитоплазмы наружу.

На долю комплемента приходится около 10% всех белков сыворотки. Его компоненты всегда присутствуют в крови, не оказывая никакого действия до момента активации. Все эффекты комплемента являются результатом последовательных реакций - либо расщепляющих входящие в его состав белки, либо приводящих к образованию их функциональных комплексов.

Каждый этап такого каскада подвержен строгой обратной регуляции, которая в случае необходимости может остановить процесс. Активированные компоненты комплемента проявляют большой комплекс иммунологических свойств. При этом эффекты могут оказывать на организм как положительное, так и негативное воздействия.

Основные функции и эффекты комплемента

Действие активированной системы комплемента включает:

• Лизис чужеродных клеток бактериальной и небактериальной природы. Осуществляется за счет образования специального комплекса, который встраивается в мембрану и проделывает в ней дыру (перфорирует).
• Активацию удаления иммунных комплексов.
• Опсонизацию. Присоединяясь к поверхностям мишеней, компоненты комплемента делают их привлекательными для фагоцитов и макрофагов.
• Активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления.
• Образование анафилотоксинов.
• Облегчение взаимодействия антигенпрезентирующих и В-клеток с антигенами.

Таким образом, комплемент оказывает комплексное стимулирующее воздействие на всю иммунную систему. Однако чрезмерная активность этого механизма может негативно повлиять на состояние организма. К отрицательным комплемента относят:

• Ухудшение протекания аутоиммунных заболеваний.
• Септические процессы (при условии массовой активации).
• Отрицательное влияние на ткани в очаге некроза.

Дефекты системы комплемента могут приводить к аутоиммунным реакциям, т.е. к повреждению здоровых тканей организма собственной иммунной системой. Именно поэтому имеет место такой строгий многоступенчатый контроль активации данного механизма.

Белки комплемента

Функционально белки системы комплемента подразделяются на компоненты:

• Классического пути (C1-C4).
• Альтернативного пути (факторы D, B, C3b и пропердин).
• Мембраноатакующего комплекса (C5-C9).
• Регуляторной фракции.

Номера С-белков соответствуют последовательности их обнаружения, но не отражают очередность их активации.

К регуляторным белкам системы комплемента относят:

• Фактор H.
• C4-связывающий белок.
• Мембранный кофакторный белок.
• Рецепторы комплемента первого и второго типа.

C3 является ключевым функциональным элементом, поскольку именно после его распада образуется фрагмент (C3b), который присоединяется к мембране клетки-мишени, начиная процесс формирования литического комплекса и запуская так называемую петлю усиления (механизм положительной обратной связи).

Активация системы комплемента

Активация комплемента представляет собой каскадную реакцию, в которой каждый фермент катализирует активацию последующего. Этот процесс может происходить как с участием компонентов приобретенного иммунитета (иммуноглобуллинов), так и без них.

Есть несколько способов активации комплемента, которые отличаются последовательностью реакций и набором участвующих в ней белков. Однако все эти каскады приводят к одному итогу — образованию конвертазы, расщепляющей белок C3 на C3a и C3b.

Существуют три пути активации системы комплемента:

• Классический.
• Альтернативный.
• Лектиновый.

Среди них только первый связан с системой приобретенного иммунного ответа, а остальные имеют неспецифический характер действия.

Во всех путях активации можно выделить 2 этапа:

• Пусковой (или собственно активационный) — включает весь каскад реакций до момента образования C3/C5-конвертазы.
• Цитолитический — обозначает формирование мембраноатакующего комплекса (МКФ).

Вторая часть процесса во всех стадиях схожа и задействует белки C5, C6, C7, C8, C9. При этом только C5 подвергается гидролизу, а остальные просто присоединяются, образуя гидрофобный комплекс, способный встроиться и перфорировать мембрану.

Первый этап основан на последовательном запуске ферментативной активности белков C1, C2, C3 и C4 путем гидролитического расщепления на большие (тяжелые) и малые (легкие) фрагменты. Образовавшиеся единицы обозначаются малыми буквами а и b. Одни из них осуществляют переход к цитолитическому этапу, а другие выполняют роль гуморальных факторов иммунного ответа.

Классический путь

Классический путь активации комплемента начинается со взаимодействия ферментного комплекса C1 с группой антиген - антитело. C1 представляет собой фракцию из 5 молекул:

• C1q (1).
• C1r (2).
• C1s (2).

На первой ступени каскада с иммуноглобулином связывается C1q. Это вызывает конформационную перестройку всего комплекса C1, что приводит к его автокаталитической самоактивации и образованию действующего фермента C1qrs, расщепляющего белок C4 на C4a и C4b. При этом все остается прикрепленным к иммуноглобулину и, следовательно, к мембране патогена.

После осуществления протеолитического эффекта группа антиген - C1qrs присоединяет к себе фрагмент C4b. Такой комплекс становится подходящим для связывания с C2, которая под действием C1s тут же расщепляется на C2a и C2b. В результате создается C3-конвертаза C1qrs4b2a, действие которой формирует C5-конвертазу, запускающую образование МАК.

Альтернативный путь

Такая активация иначе называется холостой, поскольку гидролиз C3 происходит самопроизвольно (без участия посредников), что приводит к периодическому беспричинному образования C3-конвертазы. Альтернативный путь осуществляется тогда, когда к возбудителю еще не сформировался. При этом каскад состоит из следующих реакций:

1. Холостой гидролиз C3 с образованием фрагмента C3i.
2. C3i связывается с фактором В, формируя комплекс C3iB.
3. Связанный фактор В становится доступен для расщепления D-белком.
4. Фрагмент Ba удаляется и остается комплекс C3iBb, который и является C3-конвертазой.

Суть холостой активации заключается в том, что в жидкой фазе C3-конвертаза нестабильна и быстро гидролизуется. Однако при столкновении с мембраной возбудителя стабилизируется и запускает цитолитическую стадию с формированием МАК.

Лектиновый путь

Лектиновый путь очень похож на классический. Основное отличие заключается в первой ступени активации, которая осуществляется не через взаимодействие с иммуноглобулином, а через связывание C1q с концевыми маннановыми группами, присутствующими на поверхности бактериальных клеток. Дальнейшая активация осуществляется полностью идентично классическому пути.

Отличия классического пути активации системы комплемента от альтернативного, прежде всего, состоят в следующем:

• Для активации системы комплемента по классическому пути необходимо образование специфических иммуноглобулинов (IgG или IgM) и иммунных комплексов, что требует определенного времени;
• Классический путь активации системы комплемента начинается с первых, так называ-емых ранних, компонентов комплемента: С1, который состоит из трех субкомпонентов (Clq, CIr, Cls), и далее С4, С2 и С3.

Для активации системы комплемента иммунным комплексом необходимо, чтобы в его состав входили, как минимум, две молекулы IgG; для IgM достаточно одной молекулы. Наибольшей активностью при этом обладают IgM, IgG и три его субтипа: IgG1, IgG2, IgG3. Активация системы комплемента происходит при связывании Clq со специфическим сайтом (участком) в области Fc-фрагмента иммуноглобулинов. Для IgG это СН2-домен, а для IgM – это СН4-домен, который входит в Fc-фрагмент иммуноглобулинов.

Как упоминалось, система комплемента активируется по каскадному типу. Это значит, что при активации предыдущего компонента комплемента происходит его расщепление. Один из компонентов остается на поверхности клетки, которая участвует в образовании иммунного комплекса, а второй компонент является растворимым и “уходит” в жидкую фазу, т. е. в сыворотку крови. Тот компонент, который остался на иммунном комплексе, приобретает при этом свойство фермента и способность воздействовать на последующие компоненты комплемента, активируя их.

Итак, активация комплемента по классическому пути (см. схему 1) начинается с первого субкомпонента комплемента (Clq), который фиксируется к Fc-фрагментам иммуноглобулинов. При этом в молекуле Clq возникают конформационные изменения, что дает возможность фиксиро¬ваться к нему С1r, который, в свою очередь, приобретает способность фиксировать и активиро¬вать Сls. В результате образуется активный комплекс из составных частей С1, который приоб¬ретает способность активировать С4.

Образованию активного С1 препятствует С1-ингибитор. Его роль очень важна для контроля за активностью, с которой активируется комплемент по классическому пути. При врожденном дефиците (количества или функции) С1-ингибитора развивается болезнь, получившая название ангионевротического отека .

Классический путь активации комплемента

Образование активированного С1 приводит к активации С4, который распадается на два фрагмента – С4а, переходящий в растворенное состояние, и С4Ь, который остается на поверхности мембраны клетки, входящей в состав иммунного комплекса, и приобретает свойства фермен¬та эстеразы, способного активировать С2. Образовавшийся активированный С4Ь в присутствии ионов магния расщепляет С2 на два фрагмента – С2а и С2b. При этом С2а присоединяется к С4b и образуется новое вещество, обладающее ферментными свойствами – конвертаза 3-го компонента комплемента классического пути активации. Образовавшаяся С3-конвертаза (С4b2а) расщепляет С3 на С3а и С3b. СЗа переходит в растворенное состояние, а С3b является ключе¬вым как для классического, так и для альтернативного пути активации комплемента, т. е. в этом месте оба пути активации комплемента сходятся и далее процесс происходит единым путем. На этом этапе также действует инактиватор (С3b-инактиватор), который называют еще фактором I. Он препятствует избыточной активации С3 комплемента. При этом С3b расщепляется на неактивные фрагменты – С3с и C3d.

Активированный С3b, связываясь с комплексом С4b и 2а, превращается в новый фермент – конвертазу 5-го компонента комплемента. С этого момента начинается сборка терминальных (конечных) компонентов системы комплемента С5 – С9, которые в конце концов формируются в мембраноатакующий комплекс (МАК). Под влиянием С5-конвертазы (С4b2а3b) происходит расщепление С5 на С5а- мелкий фрагмент и С5b-более крупный. С5а переходит в растворен¬ное состояние, а С5b является первым компонентом мембраноатакующего комплек са, который имеет рецепторы к С6 и С7. Начиная с С6, белки в системе комплемента далее не расщепляются. Образовавшийся комплекс С5b67 приобретает способность прикрепляться к мембране клетки-мишени. Вслед за этим, к прикрепившемуся к мембране активированному комплексу С5b67 присоединяется С8 и, в принципе, в этом случае (т. е. даже в отсутствие С9) уже возможно начало лизиса стенки клетки-мишени. Присоединение С9 к комплексу С5b678 значительно усиливает цитолиз стенки клетки-мишени. Образовавшийся комплекс С5b6789 индуцирует по¬явление в липидном белке мембраны клетки цилиндрических пор длиной около 15 мм и диаметром 8-12 мм, что позволяет электролитам и воде проходить через нарушенную мембрану внутрь клетки и вызывать осмотический лизис клетки.

Главная » Упражнения » 4 комплемент его функция пути активации. Система комплемента, классический и альтернативный пути активации комплемента