Система комплемента.

В конце ХIХ столетия Т.Наттелл, а позже Ж.Борде (1895) предполагали, что существует единственный термолабильный компонент плазмы, опосредующий литическое действие антител на бактерии. К настоящему времени идентифицировано 13 белков системы комплемента и 7 ингибиторов (рис.74). Эти регуляторы циркулируют в неактивной форме (за исключением фактора D, который присутствует в плазме в малых количествах, в активном виде), самособираются в ответ на определенные сигналы, активируют друг друга (причем служат при этом сериновыми протеазами и/или взаимными рецепторами), а в результате осуществляют несколько важных эффектов, основные из которых:

• лизис мишеней, активирующих комплемент (см. выше)

• опсонизация объектов, фиксирующих факторы комплемента (см. выше)

• хемотаксис и усиление фагоцитоза

• активация лейкоцитов и опосредование их адгезии

• регуляция иммунного ответа (см. ниже в главе “Иммунный ответ”)

• освобождение медиаторов воспаления.

Белки комплемента условно подразделяются на факторы классического пути активации (обозачаются буквой С с сответствующими индексами - С ₁,С₂, С₄), факторы альтернативного пути активации ( В.D), терминальные компоненты комплекса мембранной атаки (С₅ ,С₆, С₇, С₈, С₉), а также усилители и ингибиторы комплемента (Р, Н, I, С_4вр, DAF, MCP, HRF, C_{1 INA} и др.). Особняком стоит центральный фактор всей системы С₃, входящий в оба пути активации комплемента и участвующий в реализации практически всех его функций (Дж.Э. Воланакис, 1984).

Фрагменты протеолиза факторов обозначаются буквенным индексом а (малые) или в (большие), например С_5а или В_b . Индекс i свидетельствует о том, что это промежуточный короткоживущий продукт протеолиза (например, iC4_b).

Черточка сверху символизирует наличие у компонента или комплекса компонентов ферментативной активности (С_1r), а звездочка - нестабильное состояние молекулы в водном растворе. Такие активные нестабильные молекулы образуются при протеолизе из фрагментов, имеющих тиоэфирные связи. Они быстро оседают на поверхности клеток-мишеней, так как формируют с клеточными молекулами амидные и эфирные связи (например, С4_b*) .

Белки комплемента - члены различных суперсемейств распознающих и каталитических молекул. Они родственны самым разным биорегуляторам и компонентам плазмы.

Так, ингибиторы комплемента Н, I, С_4вр, DAF, MCP, а также его рецепторы СR1 и CR2 формируют отдельное генетически родственное семейство в хромосоме 1. Им родственны рецептор интерлейкина -2 и ХIII фактор свертывания крови.

С₂ и В , а также С₄ кодируются в коротком плече хромосомы 6 рядом с антигенами главного комплекса гистосовместимости и фактором некроза опухолей. Некоторые домены В и С₂ родственны трипсину и химотрипсину, а С₄ - 2-макроглобулину.

Фактор С₃ гомологичен интегринам, С_1q - аналог конглюттинина, белка А из состава лёгочного сурфактанта и маннансвязывающего сывороточного белка, взаимодействующего с полисахаридами бактериальных стенок. С_1s содержит домены рецептора липопротеидов низкой плотности и серинэстераз, а составные части комплекса мембранной атаки имеются также в структуре стрептококкового гемолизина стрептолизина О, цитотоксических белков эозинофилов и перфорина Т-киллеров. Наконец, С_1inh родственен другим антипротеазам - -антитрипсину, -антихимотрипсину и ингибитору коагуляции антитромбину III (М.Уолпорт, 1994). Замечательным примером сформулированного А.М.Уголевым (1987) принципа универсальных функциональных блоков в эволюции реактивности служит совместное использование всех этих регуляторов в единой системе комплемента. Природа перераспределила и рекомбинировала регуляторы, первичная функция которых у одноклеточных была различной, объединив их в мощную защитную систему.

Классический путь активации комплемента (рис. 75) - быстрый и эффективный (Б.Ф.Хайнс, А.С.Фоси; 1994). Он запускается фиксацией фрагмента С_1q к Fc-фрагментам пометивших мишень иммуноглобулинов ( классов М, G₁, G₂, G₃) - см. рисунок 74. Для запуска каскада необходимо связать не менее двух из шести доменов молекулы С_1q .

Кроме находящихся в составе иммунного комплекса одной молекулы IgM или, минимум, двух - IgG, это могут обеспечить микоплазмы, вирус везикулярного стоматита и некоторые мышиные ретровирусы. Поэтому данные возбудители активируют классический путь комплемента без участия антител. Классический путь активизируется также под влиянием отдельных маннан-содержащих бактерий, полианионов: липида А, ДНК, кардиолипина, гликозаминогликанов, С-реактивного белка, трипсина и плазмина. В некоторых условиях даже аспирин способен его запустить (М.М.Майер, 1977).

Конформационные изменения в С_1q приводят, в присутствии кальция, к аутокаталитической активации двух молекул С_1r, которые расщепляют и превращают в активную серинэстеразу две оставшихся молекулы пентамера С₁ - С_1s .Образовавшаяся серинэстераза С_1s^_ расщепляет белок С₄ , содержащий тиоэфирную связь. Его фрагмент С4_b* оседает на поверхности мишени, рядом с С_1s и связывает плазменный С₂. Под действием С_1s последний распадается, и его фрагмент С_2а формирует вместе с С4_b активную, связанную с поверхностью мишени С₃ -конвертазу классического пути (С4_b С_2а).

Ряд ингибиторов, как растворимых (серпин, фактор I, белок, связывающий С₄), так и мембранно-связанных (CR1, DAF, MCP) способны предупреждать или ослаблять активацию классического пути. Отсутствие DAF и другого ингибитора литических функций комплемента, HRF на мембранах мутантного клона эритроцитов наблюдается при пароксизмальной ночной гемоглобинурии (болезнь Макиафава-Микелли) и вызывает кризовый гемолиз. Под действием аутоантител к ингибитору С₁ наступает отёк гортани (Дж. Джексон и соавт.,1986).

Альтернативный путь активации комплемента характеризуется Б.Ф.Хайнсом и А.С.Фоси, как медленный и менее эффективный. Его значение заключается в том, что активация этого пути не требует образования комплексов антиген-антитело и, чаще всего, предшествует специфическому иммуному ответу.

Альтернативный путь срабатывает в ответ на липополисахариды (эндотоксины) бактерий, липоолигосахариды менингококков, трипаносомы, лейшмании, многие грибки, гельминты, вирусы геморрагических лихорадок и вирус Эпштейна-Барр. Высокомолекулярные полианионы (включая полисахариды, скажем, инулин, агарозу, декстраны), гетерологичные эритроциты с их полисахаридными поверхностными молекулами и свободный гемоглобин - также активируют альтернативный путь. При имунном ответе этот путь активируется иммуными комплексами с участием IgA_1,2 и IgD. Агрегаты IgE могут активировать альтернативный путь лишь при очень высоких концентрациях, что сводит участие этого пути в анафилактических реакциях к минимуму. Активизация альтернативного пути происходит и при контакте плазмы с поверхностью некоторых опухолевых клеток, например, асцитной карциномы Эрлиха и лимфобластом. Патогенез действия яда кобры включает активацию комплемента в плазме этим же путём.

Механизм альтернативного пути также ведет к появлению С₃ -конвертазы, но несколько по-иному. В нем участвуют факторы В и D, продукт спонтанного гидролиза С₃ нестабильный С_3i , а при самоусилении этого каскада подключается еще и плазменный белок со звучным названием “пропердин” (фактор Р).

С_3I в жидкой фазе связывает В, который после этого гидролизуется с помощью D и освобождает В_а . Комплекс С_3bВ_b^- - это растворимая конвертаза С₃ , которая продолжает превращать третий фактор комплемента в С_3в.

Последний оседает на клеточную поверхность и фиксирует новые молекулы В. Последующая судьба процесса зависит, во многом, от свойств этой поверхности. Система комплемента проявляет здесь элементарную способность к распознаванию “чужого” и “своего”.

На мембранах собственных клеток в изобилии присутствуют вездесущие молекулы-маркеры DAF, MCP и CR1. Все они - ингибиторы образования конвертазы альтернативного пути комплемента. Соседство с ними вытесняет фактор В из комплекса с С_3в, на его место приходит выигрывающий в этих условиях конкуренцию плазменный ингибитор альтернативного пути H. Н служит адаптером для связывания фактора I, и последний разрушает С_3в , через нестабильный i С_3в до С_3с и С_3dg. Данный фактор, оставаясь на мембране, способен служить опсонином и хемоаттрактантом, но дальнейшая активация литических эффекторов комплемента на этом обрывается.

На бактериальных и некоторых опухолевых мембранах ингибиторы не представлены и активация продолжается аутокаталитически. Связывание всё новых молекул В ведет, под протеолитическим действием D, к увеличению количества активных комплексов С_3IВ_в^- , то есть С₃- конвертазы альтернативного пути. Пропердин (Р), в присутствии ионов магния, присоединяется к этому комплексу и предохраняет его от диссоциации, обеспечивая результативное действие самоусилительного механизма путем накопления конвертазы на поверхности мишени. Некоторые грам-положительные бактерии имеют в клеточных стенках много остатков сиаловой кислоты, что мешает поверхностной активации конвертазы альтернативного пути и способствует их патогенности.

Для защиты от некоторых бактерий, например, менингококков, именно механизм пропердин-зависимой амплификации альтернативного пути является ключевым. Не случайно, дефицит пропердина или любые другие наследственные и приобретенные аномалии активации альтернативного пути ведут к резкому понижению антименингококкового иммунитета и уменьшению эффективности соответствующей вакцинации.

Как раз носители таких отклонений составляют большую часть жертв менингококкового сепсиса.

Для эффективного продолжения протеолитического каскада конвертазы классического и альтернативного пути связывают ещё по одной молекуле С_3b, что повышает их сродство к С₅ .

Образование терминальных компонентов комплемента требует действия конвертаз классического (С4_b С_2аС_3b^-), либо альтернативного (С_3bВ_bС_3b^- ) пути на фактор С₅.

Продуктом этой протеолитической реакции являются растворимый пептид С_5а - анафилотоксин 1 (сильнейший среди анафилотоксинов). Карбоксипептидаза N превращает его в лишённый концевого аргинина С_{5а des Arg} . Вместе с продуктом протеолитической активации конвертаз С_3a (анафилотоксином 2), эти пептиды служат мощными медиаторами сосудистых и клеточных реакций при воспалении (см. таблицу 18).

Другой продукт распада С₅ входит в состав мембранно-ассоциированого комплекса, последовательно, с С₆ и С₇, причем после фиксации С₇ весь агрегат С_5b67 приобретает гидрофобность и способность внедряться в липидный бислой.

Дополнительное связывание С₈ придает комплексу некоторую, а фиксация С₉ - исключительно сильную цитолитическую способность. В мембране образуется кольцо, пропускающее внутрь кальций, что провоцирует механизмы клеточной гибели, описанные в соответствующих главах книги. Таким образом, комплекс С_5b6789 - буквально, своего рода “молекулярный дырокол”, проделывающий в мембране пору, видимую в электронный микроскоп. Белок S (витронектин), вырабатываемый макрофагами, эндотелием и выделяемый также тромбоцитами, ингибирует активность литического комплекса комплемента, а параллельно оказывает антикоагулянтный эффект. Этот механизм предохраняет собственные клетки от атаки комплемента и предупреждает развитие васкулита.

Ряд активных нецитолитических фрагментов комплемента является важными медиаторами воспаления.

Их основные функции освещены в таблице 18:

Табл. 18. Фрагменты комплемента, как нецитолитические медиаторы воспаления.

Фрагмент	Эффекты
С5а	Сверхсильный анафилотоксин, освобождает гистамин из мастоцитов и базофилов, вызывает и прямое повышение проницаемости эндотелия посткапиллярных венул, хемоаттрактант нейтрофилов, базофилов, эозинофилов и макрофагов, ингибитор миграции макрофагов, стимулятор липооксигеназы фагоцитов, спазм гладких мышц, активация нейтрофилов, стимуляция лейкоцитарной адгезии, увеличение освобождения интерлейкина-1 и фактора активации тромбоцитов, синэргизм с веществом Р и простагландинами в болевых эффектах.
С5а des Arg	Слабый анафилотоксин, хемоаттрактант нейтрофилов в присутствии сывороточного пептида кохемотаксина. Не является гистаминолибератором, повышает сосудистую проницаемость, активируя освобождение нейтрофильных медиаторов.
С3а	Анафилотоксин средней силы. Эффекты сходны с С5а , но хемоаттрактивное действие очень слабое. Не активирует липооксигеназу.
С4а	Слабый анафилотоксин. Эффекты аналогичны С3а.
С3b , iС3b	Прилипание, погружение, опсонический эффект в отношении клеточных объектов, стимуляция эндоцитоза, фагоцитоза, активации фагоцитов, связывание и солюбилизация иммунных комплексов, способствуют маргинации лейкоцитов, синтезу простагландинов.
C4b	те же, что у С3b
Bb	способствует маргинации, ингибирует миграцию макрофагов.
С2а	вазоактивный пептид. Расширяет микроциркуляторные сосуды, увеличивает сосудистую проницаемость. Эффектор наследственного ангионевротического отека.
С5b67	хемоаттрактант лейкоцитов

Анафилотоксины инактивируются плазменными и лейкоцитарными карбоксипептидазами В и N (источником которой являются, в частности, эозинофилы). Активность этих ферментов обеспечивает действие ранее неидентифицированного “фактора инактивации хемотаксиса” или так называемого “антианафилотоксина”.

Комплемент взаимодействует с иммунной системой не только как антителозависимый цитотоксический эффектор и опсонин для иммунных комплексов (см. ниже в главе “Иммунный ответ”). Это важный модулятор иммунного ответа. По некоторым сведениям, именно факторы комплемента способствуют изотипическому переключению синтеза иммуноглобулинов М на G, регулируют активацию В-клеток , а также хелперную, либо супрессорную активность. Только лимфоциты, располагающие СR₃, могут участвовать в Т-зависимых иммунных реакциях. Считается, что супрессивное действие связано с С_3а , а С_5а, наоборот, способен отменять этот эффект.

Инактивация фактора С₃ ядом кобры ведет к подавлению синтеза любых иммуноглобулинов, кроме IgM ( А.Бифас и соавт.; 1985).

В заключение рассказа об основных свойствах системы комплемента будет освещен вопрос о ее наследственных и приобретенных дефектах и роли системной активации комплемента в патологии.

Эти состояния (табл. 19) разнообразны и могут быть вызваны как наследственными мутациями (дефициты С_{1 INH}, Р, I ), так и приобретенными состояниями, но их клинические проявления, как правило, сходны и включают снижение устойчивости к бактериальным инфекциям, из-за нарушения литических и опсонизирующих функций комплемента, и развитие иммунокомплексных заболеваний (ИК-синдромов), из-за помех в клиренсе иммунных комплексов.

При иммунокомплексных болезнях порой трудно определить, является ли дефицит факторов комплемента первичным наследственным или вторичным по отношению к иммунопатологическому процессу в организме. Так, при системной красной волчанке у клинически здоровых родственников больных, как и у самих пациентов, отмечается дефицит СR₁. Вместе с тем, усиленные иммунопатологические реакции ведут к потреблению и вторичному недостатку факторов С₃ ,С_4, С_{2 .}у людей, страдающих этим заболеванием. Кроме того, у больных системной красной волчанкой имеется нарушение протективного действия витронектина. Этот белок присутствует в плазме крови больных в комплексе с терминальными факторами комплемента в повышенных количествах, но активация им антитромботических механизмов, под воздействием иммуноглобулинов больных волчанкой, снижается. Возможно, в этом феномене играют какую-то роль аутоантитела к фосфолипидным компонентам, существенным для активности витронектина, тромбомодулина и связанных с ними факторов.(подробнее см. ниже главу “Иммунокомплексные реакции”).

Таблица 19. Дефекты системы комплемента. (по Дж.Шифферли, Д.Питерсу; 1983 и Л.Эйхенфильду, Р. Джонстоуну, 1989, модифицировано).

Дефектные фактор(ы) комплемента	Клинические проявления
С1qrs, C4, СR1	Волчаночный синдром, гломерулонефриты, васкулиты, артриты, эндокардиты, синдром Фелти (ИК-синдромы). Гноеродная инфекция, крупозные пневмококковые пневмонии. Системный гипокомплементэмический васкулит с волдырной сыпью. Приобретенные причины: системная красная волчанка, гломерулонефриты, малярия, СПИД (дефицит СR1), тромбоэмболическая болезнь, нефротический синдром, гипогамаглобулинемии.
C2	ИК-синдромы. Гноеродная инфекция менее характерна. Приобретенные причины: системная красная волчанка, гломерулонефриты, малярия, внутривенное введение неионных контрастных веществ.
C1 INH	Семейная аутосомно-доминантная форма форма ангионевротического отека. Поражает европеоидов. Проявляется зональными, стойкими спонтанными и провоцируемыми микротравмой, отеками глубоких слоев кожи и подкожной жировой клетчатки на конечностях, лице, половых органах. В отличие от анафилаксии, нет волдырей. Часто развиваются отек гортани и отеки желудочно-кишечного тракта, проявляющиеся рвотой, запором, абдоминальными коликами. Возможен панкреатит. Ингибитор С1 отсутствует (1 тип) или не активен (2 тип). Повышена активность кининов, фибринолиза и фибринообразования. Снижен уровень С2,С4 . Иногда - гноеродная инфекция и иммунокомплексные синдромы. Приобретенные причины: лимфопролиферативные заболевания (из-за наличия аутоантител к данному ингибитору).
С3	ИК-синдромы, гноеродная инфекция, поражения пневмококком, сальмонеллой, Haemophilus influenzae. Приобретенные причины: серповидноклеточная анемия (потребление), септический шок, мембранозно-пролиферативная форма хронического гломерулонефрита, другие нефриты, липодистрофия, внутривенное введение йодсодержащих контрастных веществ, кожная замедленная форма порфирии (активация комплемента и образование анафилотоксинов под действием порфиринов и света), хроническая печеночная недостаточность, нефротический синдром.
D	Гноеродная инфекция. Приобретенные причины: ожоги.
P	Менингококковая инфекция. Приобретенные причины: нефротический синдром, спленэктомия.
В	ИК-синдромы. Приобретенные причины: нефротический синдром. Спленэктомия, -талассемия.
I	Низкая концентрация С3 из-за его необратимого протеолиза, гноеродная инфекция.
H	гемолитико-уремический синдром.
C5678	рецидивирующая менингококковая инфекция, ИК-синдромы. Приобретенные причины: вирусный гепатит
C9	рецидивирующая менингококковая инфекция. Приобретенные причины: вирусный гепатит

Тотальная активация комплемента происходит при контакте плазмы с мембранами ионообменников искусственной почки и других устройств для экстракорпоральной терапии. Аналогичные осложнения могут быть и у пациентов с эндопротезами сосудов. Результатом является системное действие анафилотоксинов и медиаторов активированных комплементом лейкоцитов, что формирует постперфузионный синдром, сопровождаемый лихорадкой, шоком, внутрисосудистым гемолизом, лейкопенией и гипокомплементэмией потребления, кровоточивостью по капиллярному типу. Синдром исключается только в том случае, если все поверхности, с которыми контактирует кровь (плазма), будут неактивирующими.

Системная активация комплемента происходит при бактериемии грам-отрицательными возбудителями, особенно, сальмонеллами, менингококками, пневмококками, гемофильной палочкой, при вирусемии возбудителями геморрагических лихорадок. Это важный элемент патогенеза инфекционно-токсического шока (шокового легкого).

При ожоговой болезни в системном кровотоке появляется избыток активных фрагментов комплемента, обусловливающих, наряду с прочими факторами, развитие ожогового шока и респираторного дистресс-синдрома в легких.

При остром панкреатите и травмах поджелудочной железы панкреатические протеазы активируют сторожевую полисистему крови, проникая в системный кровоток. Это ведет не только к системному действию кининов, но и к продукции анафилотоксинов. У больных может развиться тяжелый коллапс, диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови и плюриорганная недостаточность, в том числе, шоковое лёгкое.

Очень велика роль расстройств функций комплемента в развитии нефропатий. Все нефриты, в том числе, инфекционные стрептококковые протекают с гипокомплементемией. При мембранозно-пролиферативной форме хронического диффузного гломерулонефрита в крови появляются аутоантитела к активной форме конвертазы альтернативного пути комплемента. Аутоантитела к конвертазе классического пути комплемента присутствуют при остром постстрептококковом нефрите и системной красной волчанке. Эти аутоантитела (нефритогенные факторы) блокируют освобождение ингибитором Н фактора С₃ из состава конвертазы и происходит снижение плазменной концентрации этого фактора. В результате нарушается клиренс иммунных комплексов, и они откладываются в клубочках почек, активируется комплементзависимый лизис эндотелия и других тканей и ослабевает устойчивость к гноеродной, в том числе, менингококковой инфекции. Нефритогенный фактор характерен и для парциальной липодистрофии, зачастую сопровождаемой дефицитом С₃ и гломерулонефритом. При любых видах нефротического синдрома факторы комплемента, особенно, В,Р и С₄, теряются с мочой, что обусловливает вторичную гипокомплементэмию и иммунодефицит по отношению к бактериальной инфекции. При цитотоксической форме аутоиммунного гломерулонефрита (подострый злокачественный гломерулонефрит с “полулуниями”, гломерулонефрит при синдроме Гудпасчера) комплемент опосредует лизис ткани клубочков под воздействием аутоантител к компонентам их базальной мембраны.

При СПИДе имеется дефицит ряда факторов комплемента на фоне значительного избытка в крови С_3а. В связи с иммуносупрессивным действием этого анафилотоксина предполагается, что его накопление вносит вклад в развитие иммунологической недостаточности у таких больных (А.М.Ищенко, С.В.Андреев; 1987).

Содержание многих факторов комплемента снижено, по сравнению со взрослыми, у новорожденных и, особенно, недоношенных детей, при голодании и печеночной недостаточности.

Поэтому, во всех этих случаях понижена антибактериальная резистентность.