Компоненты системы комплемента и их функции. Регуляторные механизмы комплемента

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:

Холостой гидролиз C3 с образованием фрагмента C3i.
C3i связывается с фактором В, формируя комплекс C3iB.
Связанный фактор В становится доступен для расщепления D-белком.
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.

Структура системы комплемента:

1. белки – активаторы(начальные компоненты) – C1qrs, C2, C3, C4.

2. белки конечной последовательности(терминальные компоненты) – С5, С6, С7, С8, С9.

3. факторы альтернативного пути активации – D i , B i , P.

4. белки ингибиторы и активаторы:

· имеющие ферментативную активность – фактор I, C3b – инактиватор, карбоксипептидазы.

· Связывающие и конкурирующие белки – С4вр(С4 – связывающий протеин), витронектин или S – белок, C1 – INH (C1 - ингибитор), фактор Н, DAF(CD55 – фактор, усиливающий гниение), CD59, MCP(CD46).

C2b инактивируется C4BP and DAF, C3b инактивируется CR1 b фактор Н.

5. рецепторы к белкам комплемента. Обозначаются CR – complement receptor.

· CR3(CD11b, CD18)

· CR4(CD11c, CD18)

Система комплемента представляет собой около сорока связанных функционально плазменных белков: компонентов, факторов регуляторных белков и рецепторов. Они способны к последовательной активации по форме каскада с конечным неспецифическим цитотоксическим эффектом по отношению к бактериям, грибам, вирусам, опухолевым клеткам, клеткам трансплантанта и другим.

Комплемент входит в состав мегасистемы Хагемана , наряду со свертывающей системой крови, фибринолитической и кинин – калликреиновой системой.

Фрагменты – это продукты расщепления компонентов: C3a, C3b и т. д. Если фрагмент инактивируется, то добавляют букву I: С3ai; белки с ферментативной активностью обозначаются линией над буквой Д - , С4α, С4β – это отдельные цепи в молекулах пептидов.

Биосинтез белков комплемента идет в печени, эпителии тонкого кишечника, костном мозге, селезенке и макрофагах.

Синтез и потребление, активация и ингибирование находятся в лабильном равновесии и жестко регулируются. В некоторых случаях полипептидные цепи одного компонента С1, С8 синтезируются отдельно и собираются непосредственно перед секрецией как бинарное оружие. Синтез комплемента в эмбриональный период начинается с 6 недели развития, а на 10 неделе уже регистрируется цитотоксическая активность.

Механизмы активации комплемента:

1. классический путь – зависимый от иммунных комплексов

2. лектиновый – близок к классическому

3. альтернативный – зависимый от фактора Р

4. протеазный – близок к альтернативному, но не зависит от фактора Р.

Классический путь активации.

Запускается комплексом антиген + антитело(иммунный комплекс - ИК), то есть требует наличия в данный момент специфического иммунного процесса. Он может запускаться комплексом антиген + С – реактивный белок, либо маннозосвязывающим лектином(лектиновый путь) – MBL. Прикрепляясь к поверхности клетки – мишени(*: бактерия), антитело первоначально меняет то, что должно быть уничтожено впоследствии комплементом. Соединение антитела с антигеном приводит к изменению пространственной конфигурации антитела, что делает возможным дальнейшую фиксацию на нем С1q.

Однако для прочной фиксации необходима 1 молекулаIgM или 2 молекулы IgG. Другие классы Ig не активируют комплемент.

С1 компонент комплемента состоит из трех компонентов: C1q, C1r, C1s.

C1q - мономер, C1r – димер(препротеаза C1s), C1s – димер(препротеаза для С2 и С4).

Внешне молекула C1qrs имеет форму тюльпана.

Физиологические и патологические эффекты фрагментов активированного комплемента.

С2а – кининоподобная субстанция, которая раздражает болевые рецепторы.

С4а – вызывает сильное расширение капилляров и сильный отек ткани

С3b – стимуляция адгезии и опсонизации

С3а, С5а – анафилотоксины 1 и 2 соответственно, они стимулируют хемотаксис клеток в очаг воспаления, вызывая спазм гладких мышц, повышение проницаемости капилляров, дегрануляцию тучных клеток(например за счет гистамина). С5а более агрессивный фрагмент, чем С3а. С5а обладает потенциальной способностью к цитолизу(образуется много кислородзависимых радикалов).

С5b6789…9 – вещество, имеющее форму полого цилиндра, с липидсвязывающими центрами, это мембранатакующий комплекс. Цилиндр с диаметром отверстия 10 нм, которое за счет липидсвязывающих центров способен фиксироваться на мембране клетки – мишени, пробуравливать ее, вследствие чего содержимое клетки вытекает наружу(точнее в клетку входят ионы натрия и вода).

Основные функции комплемента.

1. микробицидная – направлена против бактерий, вирусов, грибов

2. цитолитическая – против опухолевых клеток трансплантантов, при патологии – против собственных(при дефектах регуляции и укусах насекомых или рептилий).

3. участие в воспалении – С2а, С3а, С4а, С5а

4. активация фагоцитарной реакции: хемотаксиса, опсонизации, адгезии и поглощения. Главный фрагмент –C3b, но хемотаксис стимулируется также С3а иС5а.

5. взаимодействие с другими частями мегасистемы Хагемана: 12 фактор свертываемости – способен активировать систему комплемента по альтернативному пути.

Калликреин, плазмин, тромбин – активируют С3, С4, С5, В.

6. участие в регуляции иммунного ответа

7. участие в аллергических реакциях – анафилотоксины.

Без регуляторных механизмов , действующих на многих этапах, система комплемента оказалась бы неэффективной; неограниченное расходование ее компонентов могло бы привести к тяжелым, потенциально смертельным повреждениям клеток и тканей организма. На первом этапе ингибитор С1 блокирует ферментативную активность Clr и Cls и, следовательно, расщепление С4 и С2. Активированный С2 сохраняется лишь короткое время, и его относительная нестабильность ограничивает время существования С42 и С423. Активирующий СЗ фермент альтернативного пути, С3bВb, также обладает коротким временем полувыведения, хотя связывание пропердина ферментным комплексом продлевает время существования комплекса.

В сыворотке присутствует инактиватор анафилатоксинов - фермент, отщепляющий N-концевой аргинин от С4а, С3а и С5а и тем самым резко снижающий их биологическую активность. Фактор I инактивирует C4b и С3b, фактор Н ускоряет инактивацию С3b фактором I, а аналогичный фактор, С4-связывающий белок (С4-сб), ускоряет расщепление С4b фактором I. Три конституциональных белка клеточных мембран - РК1, мембранный кофакторный белок и фактор, ускоряющий распад (ФУР) - разрушают С3- и С5-конвертазные комплексы, формирующиеся на этих мембранах.

Другие компоненты клеточных мембран - ассоциированные белки (среди которых наиболее изучен CD59) - могут связывать С8 или С8 и С9, что препятствует встраиванию мембраноатакующего комплекса (С5b6789). Некоторые белки сыворотки крови (среди которых наиболее изучены протеин S и кластерин) блокируют присоединение к клеточной мембране комплекса С5b67, связывание им С8 или С9 (т. е. образование полноценного мембраноатакующего комплекса) или как-то иначе препятствуют образованию и встраиванию этого комплекса.

Защитная роль комплемента

Нейтрализация вирусов антителами усиливается С1 и С4 и еще больше возрастает при фиксации С3b, образующегося по ходу классического или альтернативного пути. Таким образом, комплемент приобретает особую важность на ранних стадиях вирусной инфекции, когда количество антител еще невелико. Антитела и комплемент ограничивают инфектив-ность по крайней мере некоторых вирусов и за счет образования типичных комплементных «дыр», видимых при электронной микроскопии. Взаимодействие Clq с его рецептором опсонизирует мишень, т. е. облегчает ее фагоцитоз.

С4а, С3а и С5а фиксируются тучными клетками, которые начинают секретировать гистамин и другие медиаторы, приводя к расширению сосудов и характерным для воспаления отеку и гиперемии. Под влиянием С5а моноциты выделяют ФНО и ИЛ-1, усиливающие воспалительную реакцию. С5а - основной хемотактический фактор для нейтрофилов, моноцитов и эозинофилов, способных фагоцитировать микроорганизмы, опсонизированные С3b или продуктом его расщепления iC3b. Дальнейшая инактивация связанного с клеткой С3b, приводящая к появлению C3d, лишает его опсонизирующей активности, но способность его связывания с В-лимфоцитами сохраняется. Фиксация С3b на клетке-мишени облегчает ее лизис NK-клетками или макрофагами.

Связывание С3b с нерастворимыми иммунными комплексами солюбилизирует их, так как С3b, по-видимому, разрушает решетчатую структуру комплекса антиген-антитело. Одновременно появляется возможность взаимодействия этого комплекса с рецептором С3b (РК1) на эритроцитах, которые переносят комплекс в печень или селезенку, где он поглощается макрофагами. Этот феномен частично объясняет развитие сывороточной болезни (болезни иммунных комплексов) у лиц с недостаточностью С1, С4, С2 или С3.

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 – 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.