81

3)Сироваткова хвороба. При захворюванні на дифтерію і зараз ефективним засобом лікування є введення конячої анти-дифтерійної сироватки (антитіл). Через 8 днів після ін’єкції у хворого з’являються антитіла проти антигенів конячої сироватки. Поки антитіл небагато, імунні комплекси накопичуються в крові і тканинах, що супроводжується підвищенням температури, лімфоцитозом, висипаннями на шкірі; вражаються також суглоби, нирки, серце. По мірі зростання кількості антитіл, імунні комплекси стають розчинними і ефективно виводяться із організму – хворий видужує.

4)Гломерулонефріт: імунні комплекси певного розміру закупорюють капіляри у клубочках нирок і розвивається запалювальний процес.

4) Патологічні імунні реакції, опосередковані клітинами – гіперчутливість уповільненого типу.

Гіперчутливість уповільненого типу – це нормальний тип імунної відповіді з утворенням ЦТЛ, але надсильний, що призводить до пошкодження нормальних здорових тканин. За таким механізмом розвивається:

1)реакція Манту: при наявності в організмі ЦТЛ до збудників туберкульозу введення під шкіру ослаблених мікобактерій призводить до місцевої запалювальної реакції: набряку, почервоніння, зуду;

2)висипання при віспі та корі, прояви герпесу: у місцях висипань іде інтенсивне винищення інфікованих клітин цитотоксичними Т лімфоцитами;

3)хронічні гранульоми, наприклад при проказі, туберкульозні каверни в легенях: накопичення ЦТЛ призводить до некрозу тканини;

4)контактний дерматит: клітини Лангерганса шкіри представляють антигени (косметики, барвників для волосся, деяких хімічних сполук) і на них через 12-15 годин розвивається клітинна імунна відповідь з набряком і мікропузирками;

5)укуси комах.

5) Аутосенсибілізація, обумовлена антитілами.

Суть її полягає в тому, що антитіла, які специфічно зв’язуються з рецептором, можуть викликати активацію клітини і фактично заміщати дію гормону, ростового фактору, інших сигналів. За таким механізмом розвивається, наприклад, тіреотоксикоз: аутоантитіла до антигенів клітин щитовидної залози стимулюють ці клітини у відсутності гормону.

2. Аутоімунні захворювання.

Як зазначалося у попередніх лекціях, платнею за широкий спектр специфічностей Т і В лімфоцитів є реальний ризик аутоімунітету. До більшості аутоантигенів толерантність утворюється за принципом ігнорування, тобто потенційно аутоспецифічні рецептори зберігаються. Це більше стосується В лімфоцитів, тому що контроль за специфічністю Т клітин більш суворий, оскільки саме Т клітини опосередковують знищення клітин, що несуть антиген, і регулюють імунну відповідь. Аутоантитіла у певних концентраціях завжди присутні в організмі і не обов’язково є шкідливими. Існує навіть думка, що вони можуть виконувати певні фізіологічні функції, наприклад, сприяти виведенню продуктів клітинного розпаду. Аутоантитіла завжди з’являються після некротичних процесів і травм, коли в кров потрапляє підвищена кількість тканинних антигенів (інфаркт міокарда, черепно-мозгові травми, гангрена). У деяких випадках вони стають

82

провідниками патологічних процесів: хронічного запалення, хвороб імунних комплексів, антитіло-залежної цитотоксичності. Є досить широкий спектр аутоімунних захворювань, кожне з яких характеризується своєю етіологією і характером протікання. Ось приклади деяких із них.

1)Тіреоідіт Хасімото – антитіла до тіреоглобуліну.

2)Міастенія гравіс – антитіла до ацетилхолінового рецептору м’язів.

3)Ювенільний діабет – антитіла до β-клітин підшлункової залози.

4)Ревматоїдний артрит – антитіла до IgG і антигенів клітинних ядер.

5)Системна червона вовчанка – антитіла до ДНК, нуклеопротеїду.

6)Аутоімунна пузирчатка – антитіла до білків шкіри.

Очевидно, що поява аутоантитіл у великих кількостях є ознакою порушень у регуляції імунної відповіді. Доказом цього служить підвищена частота деяких форм раку, що спостерігається при аутоімунних захворюваннях. Аутоімунні захворювання нащадкуються, тобто є генетично детермінованими. Наприклад, відома лінія новозеландських чорних мишей (NZB), які у певному віці обов’язково розвивають аутоімунну гемолітичну анемію. Вважають, що в данному випадку присутній дефект негативного відбору, коли зберігаються клітини певної аутоспецифічності.

Щодо походження аутоімунних захворювань, чіткої концепції немає. Класична точка зору стверджує, що аутоімунітет розвивається при видозміненні власного антигену, який організм кваліфікує як чужий. У деяких випадках ця точка зору знаходить підтвердження. Наприклад, знайдено зміни в характері гликозілювання Fc фрагментів IgG при ревматоїдному артриті, що може бути кваліфіковано як модифікація аутоантигену.

У деяких випадках причиною аутоімунного захворювання може бути перехресна специфічність власних і чужерідних антигенів. Відомо, наприклад, що аутоантитіла, які атакують серцевий м’яз при ревматизмі, утворюються після стрептококкової інфекції і спрямовані проти антигенів стрептококків. В останній час з’явилися дані, що антиіла проти основного білку мієліну, які є головним патогенним фактором при множинному склерозі, пов’язані із хламідозною інфекцією.

Як причини аутоімунних захворювань, дискутуються також наявність другого алелю α ланцюга Т клітинного рецептору і феномен "розповсюдження детермінант" (determinant spreading). Наявність рецепторів двох специфічностей на одній Т клітині складає ризик одночасної активації двох специфічностей відповіді, одна з яких може бути аутореактивною. Розширення репертуару відповіді по мірі її розвитку ("розповсюдження детермінант") спостерігали в експерименті, коли імунізація пептидним епітопом білка, що мав аналогів в організмі реципієнта, призводила до появи антитіл до інших епітопів цього антигену. У такому випадку очевидна участь аутоантигену в поширенні відповіді.

Згідно до концепції "ігнорування свого", потенційно аутореактивні клітини мовчать до тих пір, поки аутоантиген не з’являється у достатній кількості і належним чином представлений. Очевидно, що цьому можуть сприяти деструктивні процеси і інфекції, що виконують роль поліклональних активаторів імунної системи і викликають необхідний рівень експресії костимуляторних сигналів. Особливу роль можуть відігравати суперантигени (ендотоксини бактерій), які неспецифічно активують Т клітини, що несуть певні родини Т клітинних рецепторів.

Необхідно зазначити, що патології відомих аутоімунних захворювань опосередковані переважно антитілами. Це ще раз підтверджує, що контроль за

83

специфічністю Т клітин (і особливо ЦТЛ) є більш суворим у порівнянні з контролем В- клітинної специфічності.

Методами діагностики аутоімунних захворювань є тести на наявність специфічних антитіл. Методами лікування є загальна імунодепресивна терапія (стероїди, імунодепресанти), а також деякі специфічні підходи:

-плазмафорез: вилучення крові пацієнта, розділення її на плазму і формені елементи і повернення в організм тільки формених елементів – антитіла, що були присутні в плазмі, вилучаються;

-імуносорбція, коли із крові вибірково вилучаються аутоантитіла.

Ці підходи дають швидкий ефект полегшення стану хворого, але тільки на деякий час, поки не синтезуються нові порції аутоантитіл.

-введення пептидів-конкурентів – пептидних епітопів аутоантигену, які "відтягують" на себе ауто антитіла і специфічні Т-хелпери;

-модифікацією цього підходу є введення комплексів пептид-білок МНС, які краще конкурують із представленими на клітинах аутоантигенами;

-робляться спроби введення аутоімунних клітин в апоптоз.

3. Імунодефіцити.

Імунодефіцити можна класифікувати на первинні (природжені) і вторинні (надбані).

Природжені імунодефіцити можуть порушувати всі ланки специфічного і неспецифічного імунітету. Причинами їх є дефекти певних генів, що призводять до дефіцитів в:

-системі комплементу;

-розвитку мієлоїдних клітин (порушує функції макрофагів і моноцитів);

-В лімфоцитів (недорозвиток, неправильне диференціювання) – призводить до агамаглобулінемії (відсутності антитіл); відповідь на вірусні інфекції розвивається нормально;

-Т лімфоцитів (недорозвиток тимусу) – немає реакцій клітинного імунітету. Такі імунодефіцити часто пов’язані із дефектом гену ферменту пурін-нуклеозид фосфорилази;

-стовбурових клітин; в такому випадку вражені всі системи імунітету.

Надбані імунодефіцити виникають на протязі життя індивіддума під дією зовнішніх чинників. Такими чинниками можуть бути:

1)якість живлення, зокрема, рівень заліза, що потрапляє в організм з їжею;

2)вірусна чи бактеріальна інфекція, що може призводити до пригнічення імунітету;

3)радіоактивне опромінення (в тому числі ультрафіолетові і рентгенівські промені), яке перш за все вражає імунну систему: з появою імунної системи організми стають радіочутливими (міксина витримує в 10 разів більшу дозу радіації, ніж мінога); втрата радіорезистентності є платнею за розвиток імунної системи;

4)стрес;

5)кортикостероїди;

6)злоякісні хвороби;

7)вірусна інфекція, що цілеспрямовано вражає імунну систему (СНІД).

Лекція 15. Синдром надбаного імунодефіциту (СНІД).

На початку 80-х років було ідентифіковано хворобу, яку кваліфікували як гострий вторинний імунодефіцит. Вона характеризувалася зниженням всіх

84

імунних функцій, і людина гинула від звичайної інфекції, найчастіше пневмонії. Паралельно, досить часто знаходили ураження нервової системи і злоякісне захворювання — саркому Капоші.

Було винайдено групу ризику цього захворювання — наркомани та гомосексуалісти. Потім було знайдено, що СНІД є ендемічною хворобою у деяких країнах Африки (Заїр, Уганда), де до 90% населення інфіковано.

Досить довго дискутувався шлях появи цієї інфекції в країнах Америки і Європи (обговорювалось навіть штучне створення цього вірусу як бактеріологічної зброї). Найбільш очевидним є занесення її із країн Африки мігрантами, які поповнювали ряди наркоманів і гомосексуалістів.

Коли коло інфікованих поширилося, виявилося, що вірус може передаватися і нормальним статевим шляхом, а також через кров, наприклад, при трансплантаціях і хірургічних втручаннях.

Природу збудника, що викликає СНІД, було з’ясовано досить швидко. В лабораторіях Р.Галло (США) і Л.Монтань’є (Франція), майже одночасно, було показано, що збудником є РНК-овий ретровірус, споріднений до вже відомих інших вірусів імунодефіциту. Його назвали вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ). Подібно до інших ретровірусів, потрапивши у клітину, він за допомогою зворотної транскриптази перетворює свою РНК на кДНК, яка і вбудовується в геном інфікованої клітини. Транскрипція цієї ДНК призводить до утворення нових вірусних часток, які відшнуровуються від поверхні інфікованої клітини і заражають нові мішені. Було показано, що вірус інфікує CD4+ T клітини (тобто Тх) і таким чином вражає загальний стан імунітету. Досить швидко було ідентифіковано поверхневий білок вірусу, gp120, відповідальний за зв’язування із Т клітинами. Після відкриття природи вірусу з’явилася надія швидкого подолання хвороби шляхом (1) анти-ретровірусної терапії і (2) створення вакцини. Однак пройшло майже 20 років, а про перемогу над СНІДом говорити рано, хоча над цим працювали і працюють кращі лабораторії світу. За цей час було вивчено досить багато про сам вірус і ці знання роблять зрозумілим, чому так важко подолати цю інфекцію і запобігти їй шляхом вакцинування.

Виявилося, що хвороба має дуже довгий асимптоматичний період: від зараження до появи симптомів проходять місяці, а то і роки. Спочатку вважали, що вірус у цей час знаходиться в латентному стані, а потім якимось чином активізується. Проте було з’ясовано, що імунна відповідь на вірус проявляється дуже швидко: вже через 10-12 днів після зараження у крові інфікованих знаходили антитіла до ВІЛ. На цій основі було розроблено імунодіагностикуми, за допомогою яких стали тестувати як людей, так і донорську кров, призначену для трансплантації. Можливість діагностики захворювання мала велике значення для припинення (уповільнення) поширення інфекції (вибракування заражених порцій крові). Разом із розповсюдженням інформації про шляхи передачі інфекції, цими мірами вдалося знизити швидкість збільшення захворювань у США. На жаль, воно продовжувало і продовжує збільшуватися в країнах Африки, Південно-Східної Азії та Східної Європи. Головними шляхами інфекції стали статеві контакти і використання нестерильних інструментів (в тому числі шприців). На сьогодні у світі є більше 30 млн. інфікованих, 90% яких живе у країнах третього світу. В 1997 році близько 600 тис. дітей отримали ВІЛ від своїх матерів при народженні. Головним засобом лікування є анти-ретровірусна терапія. Однак можливості її обмежені, завдяки особливостям метаболізму вірусу в організмі

85

(дивись нижче). Крім того, анти-вірусні препарати є досить дорогими і доступні не кожному. Перш за все, вони не доступні для хворих із країн, що розвиваються, саме там, де рівень інфікованості населення найвищий.

Як вірус потрапляє в клітину.

ВІЛ потрапляє в клітину за допомогою свого білка оболонки — envelope protein. Він синтезується у вигляді попередника gp160, який гликозилюється в клітинах-мішенях і розщеплюється клітинною конвертазою на 2 субодиниці: gp120 - поверхнева і gp41 - трансмембранна. Субодиниці залишаються нековалентно зв’язаними і олігомеризуються в тримери на поверхні віріону. Зв’язування з клітиною виконує gp120; при цьому gp41 набуває конформаційних змін і опосередкує злиття вірусу з клітиною. gp41 має на своєму N-кінці так званий “фузогенний пептид”, гідрофобний, багатий на гліцини. Далі за ним слідують два гідрофобних повтори, які характерні для білків з суперспіральною будовою. При зв’язуванні gp120 із поверхнею клітини фузогенні пептиди, до тих пір сховані в середині молекули, виходять назовні і втикаються в мембрану клітини-мішені. Ця проміжна структура далі трансформується так, що мембрану, як шпилька для волосся, протикають 6 спіралей тримеру. Вони утворюють пору, через яку і відбувається злиття мембран вірусу і клітини. Цей механізм нагадує такий у вірусів грипу і мишачої лейкемії.

В середині 80-х років було встановлено, що ВІЛ взаємодіє з CD4 на поверхні Тх клітин. Пізніше з’ясували, що CD4 експресований не тільки на Тх, а і на моноцитах, макрофагах і дендритних клітинах.

При подальшому вивченні було знайдено, що є два штами вірусу, які розрізняються за тропізмом до різних клітин: перший інфікував активовані і трансформовані Т-клітини, а другий — макрофаги і Тх у спокої. Різниця цих двох штамів полягала в послідовності V3 домена білка gp120.

Із цих досліджень стало ясним, що вірус впізнає на поверхні клітин, які він інфікує, не тільки CD4, а і щось інше. І такі молекули було ідентифіковано. Ними виявилися рецептори до хемокінів:

CXCR4 — експресований на активованих і трансформованих Т-лімфоцитах, CCR5 — експресований на макрофагах і наївних Т-лімфоцитах. Відповідно, штами вірусу за тропізмом до цих клітин назвали Х4 і R5. Є

віруси з подвійним тропізмом, R5Х4.

Білок gp120 прямо взаємодіє з рецепторами CXCR4 і CCR5. Зв’язування з CD4 індукує конформаційні зміни в gp120 і збільшує його афінність до хемокінових рецепторів.

Таким чином, хемокіновий рецептор — це головний рецептор, що зв’язує білок оболонки вірусу з клітиною. CD4 потрібний для того, щоб сконцентрувати вірус на поверхні клітини і полегшити взаємодію із хемокіновим рецептором, тобто він фактично є корецептором для хемокінового рецептору.

Рецептори СХСR4 і ССR5 — це білки, що сім разів перетинають мембрану (серпентинові рецептори), зв’язані з G-білком. Зараз відкрито, що рецепторами для вірусів імунодефіциту мавп і людини можуть бути декілька хемокінових рецепторів: 5 головних і 4 мінорних. Вони експресовані, крім Т-клітин і моноцитів, на еозінофілах, клітинах мікроглії, прямої кишки і плаценти. Потрапляння вірусу до клітини опосередковане діяльністю G-білків, і сигнал, що передається, нагадує сигнал хемокінів (збільшення концентрації Са2+,

86

участь тирозинових кіназ). Хемокіни, які в нормі зв’язуються з цими рецепторами, запобігають зв’язуванню вірусу (конкурують з ним). Цікаво, що при зараженні на ранніх стадіях захворювання атаку починає R5 вірус, а вірусні штами з Х4 або R5Х4 тропізмом з’являються пізніше — тропізм вірусу розширюється.

Гомозиготна делеція в гені ССR5, яка зустрічається у 1% кавказців, робить їх нечутливими до ВІЛ.

Експресія рецепторів до хемокінів, чутливих до ВІЛ, на клітинах мікроглії пояснює частоту неврологічних захворювань, що супроводжують СНІД, а експресія їх у прямій кишці дає змогу зрозуміти шлях зараження гомосексуалістів.

Допоміжні білки.

Для реплікації в інфікованій клітині ВІЛ використовує допоміжні білки. Крім продуктів генів gag, pol і env, які використовують інші відомі ретровіруси, ВІЛ експресує гени додаткових малих білків: tat, rev, nef, vif, vpr, vpu . Кожен із продуктів цих генів виконує свої функції, що підвищують ефективність реплікації вірусу. Наприклад, Nef звільняє тирозинову кіназу Lck, зв’язану з CD4, і замість неї підтягує до плазматичної мембрани протеїнкіназу, що фосфорилює білки по залишках серину і треоніну. Таким чином, Nef впливає прямо на передачу сигналу від T-клітинного рецептору. Vpu взаємодіє із специфічними залишками на цитоплазматичному кінці CD4, коли той ще знаходиться в ендоплазматичному ретикулюмі. Одночасний синтез gp160 і CD4 у інфікованих може призводити до їх зв’язування ще до виходу на мембрану. Vpu зв’язує молекули CD4 і направляє їх до деградації. Це дозволяє вихід gp160 із ендоплазматичного ретикулюму і його вбудову в віріони ВІЛ.

Як вірус поводить себе, потрапивши у клітину, і де він зберігається.

Вірус може зберігатися в клітинах:

1)у вигляді інтегрованого до клітинної ДНК (активовані Т-клітини, макрофаги, клітини пам’яті);

2)у вигляді неінтегрованого до клітинної ДНК (Т-клітини у спокої);

3)у вигляді віріонів, представлених на фолікулярних дендритних клітинах у зародкових центрах лімфоїдних органів.

Реплікація вірусу відбувається тільки в активованих клітинах. Отже, клітини пам’яті, Т-клітини у спокої та макрофаги є резервуарами зберігання вірусу, де він ніяк себе не проявляє і не може бути розпізнаним.

У інфікованих індивідів пропорція активованих клітин зростає, як відповідь на інфекцію, і саме в них вірус активно реплікує.

Таким чином, поширенню інфекції сприяє саме активація імунної відповіді. Вірус вибірково вбиває Т-клітини, що активуються у відповідь на нього, Фактично, відбувається клональна делеція вірус-специфічних клітин. Так само знищуються і Т-клітини, активовані іншими антигенами — розвивається стан імунодефіциту.

Зберігання вірусу в резервуарах у неактивному стані пояснило обмежену ефективність анти-вірусної терапія. Використання коктейлів препаратів, що заважають реплікації вірусу (азацитидин, азатимідин) в комбінації із

інгібітором вірусної протеази, дозволило подовжувати асимптоматичний період хвороби, підвищувати рівні CD4+ клітин і полегшувати стан хворих. Але ці препарати не знищували вірус, що не реплікував, і швидко відбирали

87

резистентні штами. Крім того, якщо в хворих вдавалося підняти рівень CD4+ клітин, вірус починав ефективно розмножуватися саме в цих клітинах.

Із наведеного зрозуміло, що довга асимптоматична фаза СНІДу є станом балансу між продукцією вірусу і його знищенням імунною системою. Активна відповідь на вірус призводить до виснаження імунної системи і припинення імунного контролю. В цей час вірус зберігається у клітинних резервуарах, головним з яких є клітини пам’яті, де він не піддається анти-вірусній терапії, оскільки не реплікує.

Чому знижується імунна відповідь на ВІЛ.

Час напівжиття вірусних часток — менше 6 годин. При первинній інфекції спочатку спостерігаються дуже високі рівні вірусу в плазмі крові — 106 копій

РНК/мл. По мірі розвитку імунної відповіді ці рівні можуть знижуватися до 103 копій/мл і зберігаються стабільними на протязі всього асимптоматичного періоду. Швидкість розвитку захворювання пропорційна кількості вірусів у крові.

Таким чином, утворюється певна рівновага продукції і виведення вірусу, яка підтримується в період асимптоматичної хвороби. Це означає, що в цей час імунна система ще здатна контролювати інфекцію.

У інфікованих спочатку спостерігаються дуже високі рівні вірусспецифічних CD8+ЦТЛ (до 10% всіх периферичних CD8+ клітин). Вони з’являються раніше за антитіла, але потім різко знижуються. Зниження відбувається за рахунок особливостей метаболізму вірусу:

1)зберігання в клітинах, недоступних дії ЦТЛ (наприклад, мікроглії, захищеній гематоенцефалічним бар’єром);

2)зберігання в резервуарах без активної реплікації;

3)зниження експресії МНС I в інфікованих клітинах;

4)підвищення експресії FasL на інфікованих клітинах: при контакті з Fas+ ЦТЛ останні гинуть шляхом апоптозу;

5)делеції CD4+Тх призводять до браку активації нових попередників ЦТЛ. В результаті відбувається виснаження ЦТЛ, що існують, без поповнення із

попередників.

Складність отримання вакцини до ВІЛ.

Визначення білка gp120 як головного у зв’язуванні вірусу з клітиноюмішенню дало надію на швидке створення вакцини проти СНІДу. Було швидко знайдено епітоп, антитіла проти якого начебто нейтралізували вірус і захищали тварин від зараження ВІЛ. Однак для людей вакцина, зроблена на основі мономерного gp120, виявилася неефективною: вона викликала низькі рівні антитіл, які не нейтралізували вірус. Виявилося, що антитіла, отримані до пептидів gp120, впізнавали інші епітопи, ніж антитіла, виділені у хворих (лінійні, а не конформаційні) і не враховували гликозилювання gp120 нативного вірусу. Більше того, антитіла, які утворювалися у інфікованих живим вірусом, при пасивному переносі іншим індивідам теж не давали імунітету і не знижували титрів вірусу у інфікованих. Це означало, що антитіла, які виробляються у відповідь на вірус, не завдають йому шкоди. Було показано, що вони не впізнають нативний вірус; вважають, що вони утворюються не до живих вірусів, а до продуктів їх деградації.

Таким чином, завдання створювачів вакцини виявилося дуже складним: викликати утворення антитіл, які були б більш ефективними, ніж ті, що

моноклональних антитіла, здатних нейтралізувати вірус: два з них зв'язують різні епітопи на gp120, а третє впізнає ділянку gp41. Завдання ускладнюється тим, що штами вірусу, адаптовані в лабораторії, відрізняються від диких штамів; лабораторні є більш чутливими до нейтралізації.

Таким чином, незважаючи на великі досягнення в розумінні шляхів метаболізму вірусу в організмі, ефективної вакцини проти ВІЛ ще не створено. Натомість, запропоновано альтернативні вакцинуванню шляхи, що запобігають інфікуванню.

1)Використання розчинного CD4 — запобігає взаємодії gp120 з CD4+ клітинами.

2)Введення хемокінів, які блокують взаємодію gp120 з рецептором для хемокінів і знижують рівень експресії рецептору на клітині; так само поводять себе короткі позитивно заряджені пептиди;

3)Введення пептидів gp41: вони взаємодіють з мембраною клітини і запобігають зв’язуванню вірусного gp41;

4)Використання антитіл до всіх елементів взаємодії віруса з клітиною, що

заважають утворенню фузогенного комплексу.

Зрозуміло, що ці методи ефективні як профілактичні і діють досить короткий час після застосування, на відміну від вакцин, які здатні створити довгостроковий захист. Тому створення вакцини проти СНІДу залишається одним із найважливіших завдань у боротьбі із цією хворобою. Разом із удосконаленням анти-вірусної терапії це дає надію на подолання однієї із суворіших хвороб ХХ століття

Додаток 1. Система комплементу.

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

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

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

89

Таблиця 1. Функціональні групи білків системи комплементу.

Найбільшу концентрацію в крові (до 1,2 мг/мл) має компонент С3. Саме з цього компоненту починається каскад реакцій, спрямованих на реалізацію біологічної дії комплементу (Рис. 21). Компонент С3 розщеплюється на два фрагменти: С3а і С3b (запам’ятаємо, що літерою b позначають фрагменти більшої, а літерою а – меншої молекулярної ваги. Компоненти b звичайно приєднуються до клітин або вже утворених комплексів, а компоненти а залишаються у розчині). С3b ковалентно зв’язується із полісахаридами клітинних мембран грам-негативних бактерій та із спеціальними рецепторами клітин вищих організмів. С3b на мембрані зв’язує компонент С5, який розщеплюється на С5а і С5b. С5а дифундує у навколишнє середовище, а С5b залишається зв’язаним з С3b. C5b є ініціатором самозбірки великого мембрано-атакуючого комплексу (МАК). Він послідовно зв’язує компоненти С6, С7 і С8. Новоутворений комплекс дозволяє приєднання декількох, від 12 до 21, молекул компоненту С9, які прошивають наскрізь мембрану клітини і утворюють пору діаметром близько 100Å (Рис. 22). Крізь таку пору можуть вільно проходити низькомолекулярні сполуки, але не білки і інші великі біологічні молекули. В результаті клітина руйнується шляхом осмотичного лізису.

Компонент С3 має у своїй структурі характерний метастабільний тіоефірний зв’язок, який і дозволяє утворення ковалентного зв’язку із поверхнею клітини. За нормальних умов цей зв’язок дуже повільно активується під дією води або факторів плазми крові. З’являється невелика кількість розчинного С3b-подібного білка. В присутності іонів магнію він утворює комплекс із фактором В – С3bB. Потім фактор В розщеплюється під дією фактору D на Ва і Вb і утворюється комплекс С3bBb, який називається С3-конвертазою. Він має ферментативну активність і може ефективно розщеплювати компонент С3, запускаючи таким чином весь каскад утворення МАК.

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

90

альтернативним, тому що першим було відкрито як раз більш складний шлях активації, який відбувається за участю антитіл і називається класичним.

Класичний шлях активації комплементу ініціюється утворенням імунних комплексів антиген-антитіло. Здатність зв’язувати комплемент мають імунні комплекси, до складу яких входять імуноглобуліни класів М і G, ділянка зв’язування знаходиться в Fc фрагментах (Cμ4- і Cγ2-доменах, відповідно). Імунні

комплекси зв’язують компонент С1q. Цей величезний білок складається із шести комплектів трьох типів поліпептидних ланцюгів, які мають колагеноподібну фібрілярну частину і глобулярну частину. Фібрілярні частини закручені у потрійну спіраль, а глобулярні – об’єднані для кожного комплекту ланцюгів і утворюють структуру, що нагадує букет тюльпанів. До С1q в присутності іонів кальцію приєднуються ще два білка – димери С1r і C1s, які є протеазами трипсинового типа, що активуються при зв’язуванні із імунним комплексом. В результаті утворюється компонент С1, який складається із однієї молекули С1q і тетрамера С1r2s2 (Рис. 23).

С1s у складі С1 розщеплює компонент С4. С4, подібно до С3, містить внутрішній тіоефірний зв’зок, який дозволяє утворення ковалентного зв’язку із клітинною мембраною. При цьому відщеплюється С4а, а С4b зв’язує компонент С2 – утворюється комплекс С4b2. В присутності іонів магнію С1s розщеплює С2 на С2а і С2b, і новоутворений комплекс С4b2b є С3-конвертазою, подібно до С3bBb в альтернативному шляху активації. Процес утворення С4b2b контролюється білком, що зв’язує С4 (С4bp), який заважає зв’язуванню С2 або руйнує конвертазу С4b2b.

Таким чином, існують два головних шляхи утворення С3-конвертази, яка запускає каскад реакцій утворення МАК: класичний, що опосередкується імунними комплексами, і призводить до утворення конвертази С4b2b, і альтернативний, що ініціюється безпосередньо бактеріями і призводить до утворення конвертази С3bBb. Нещодавно було знайдено, що деякі бактерії і навіть РНК-ові віруси можуть зв’язувати компонент С1 і запускати класичний шлях у відсутності імунних комплексів. Крім того, у сироватці крові всіх хребетних було знайдено два лектини - білки, що специфічно зв’язують вуглеводи бактеріальних стінок: Ra-реактивний фактор (RaRF) і білок, що зв’язує манозу (МВР). Ці білки відносяться до білків гострої фази, тобто їх концентрація в крові збільшується за умов запалення. RaRF може дисоціювати на С1q-подібну молекулу, здатну впізнавати полісахариди, і два поліпептиди, що посідають протеолітичної активності. Цей фактор може діяти безпосередньо на С4 і С2 у відсутності С1r або C1s. МВР за своєю будовою теж нагадує С1q. Він зв’язується із сироватковим білком, що активується манозою, і новоутворений комплекс може ефективно активувати С1r2s2. MBP і RaRF стимулюють третій, лектин-залежний шлях активації комплементу.

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

Низькомолекулярні фрагменти С3а, С4а і С5а, що потрапляють в кровообіг при активації системи комплементу, опосередкують процес запалення; їх називають анафілотоксинами. Вони сприяють скороченню гладеньких м’язів, підвищують проникність судин і активують тучні клітини до секреції гістаміну і серотоніну,