Система комплемента

В конце XIX века 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;

• Опсонизация объектов, фиксирующих факторы комплемента;

• Хемотаксис и усиление фагоцитоза;

• Активация лейкоцитов и опосредование их адгезии;

• Регуляция иммунного ответа;

• Освобождение медиаторов воспаления. Белки комплемента условно подразделяются на факторы классического пути активации (обозначаются буквой С с соответствующими индексами — С₁, С₂, С₄), факторы альтернативного пути активации (В, D), терминальные компоненты комплекса мембранной атаки (С₅, С₆ С₇, С₈, С₉), а также усилители и ингибиторы комплемента (Ρ, Η, I, С_4bр, DAF, MCP, HRF, С₁, [342] IΝН и др.). Особняком стоит центральный фактор всей системы С₃, входящий в оба пути активации комплемента и участвующий в реализации практически всех его функций.

Фрагменты протеолиза факторов обозначаются буквенным индексом а (малые) или В (большие) например C_5а или В_b. Индекс i свидетельствует о том, что это промежуточный короткоживущий продукт протеолиза (например, iC_4b).

Черточка сверху символизирует наличие у компонента или комплекса компонентов ферментативной активности (С1r'), 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, С4b*).

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

Так, ингибиторы комплемента Н, I, С_4bp, DAF, МСР, а также его рецепторы CR₁ и CR₂ формируют отдельное генетически родственное семейство в хромосоме 1. Им родственны рецептор интерлейкина‑2 и XIII 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 —α₂-макроглобулину.

Фактор С₃ гомологичен интегринам, Clq аналог конглютинина, белка А из состава лёгочного сурфактанта и маннансвязывающего сывороточного белка, взаимодействующего с полисахаридами бактериальных стенок. C_ls содержит домены рецептора липопротеидов низкой плотности и серинэстераз, а составные части комплекса мембранной атаки имеются также в структуре стрептококкового гемолизина сnрептолизина О, цитотоксических белков эозинофилов и перфорина Т-киллеров. Наконец, C₁INH родственен другим антипротеазам: α₁-антитрипсину, α₁-антихимотрипсину и ингибитору коагуляции антитромбину III (М. Уолпорт, 1994). Замечательным примером сформулированного А. М. Уголевым (1987) принципа универсальных функциональных блоков [343] 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, 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.

Конформационные изменения в C_bq приводят, в присутствии кальция, к аутокаталитической активации двух молекул С_lr, которые расщепляют и превращают в активную серинэстеразу две оставшихся молекулы пентамера C₁-C_1s. Образовавшаяся серинэстераза C_1s расщепляет белок С₄, содержащий тиоэфирную связь. Его фрагмент С_4b, оседает на поверхности мишени, рядом с C_1s и связывает плазменный С₂. Под действием C_ls последний распадается, и его фрагмент С_2а формирует вместе с С_4b активную, связанную с поверхностью мишени С₃ -конвертазу классического пути (С_4b С_2а).

Ряд ингибиторов, как растворимых (сертин, фактор I, белок, связывающий С₄), так и мембранно-связанных (CR₁, DAF, МСР) 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 воздействием аутоантител к ингибитору С₁ наступает отек гортани. 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 иммунному 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 иммунном ответе этот путь активируется иммунными комплексами с участием Ig A₁, Ig А₂ 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 C_3i, а при самоусилении этого каскада подключается еще и плазменный белок со звучным названием «пропердин» (фактор Р).

C_3i в жидкой фазе связывает В, который после этого гидролизуется с помощью D и освобождает В_а. Комплекс С_3bВ_b это растворимая [344] конвертаза С₃, которая продолжает превращать третий фактор комплемента в С_3b.

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, МСР и CR₁. Все они — ингибиторы образования конвертазы альтернативного пути комплемента. Соседство с ними вытесняет фактор В из комплекса с С_3b, на его место приходит выигрывающий в этих условиях конкуренцию плазменный ингибитор альтернативного пути Η. Η служит адаптером для связывания фактора I, и последний разрушает С_3b, через нестабильный iC_3b до C_3c и С_3dg,. Этот 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_3iB_b 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 (С_4bС_2aС_3b), либо альтернативного (C_3bB_bC_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 C_{5a des Arg}. Вместе с продуктом протеолитической активации конвертаз С_3а (анафилотоксином 2), эти пептиды служат мощными медиаторами сосудистых и клеточных реакций при воспалении (см. таблицу 18).

Другой продукт распада С, входит в состав мембранно-ассоциированого комплекса, последовательно, с С₆ и С₇, причем после фиксации С₇ весь агрегат С_5bС₆_₇ 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 C_5b C_6-7-8-9 — 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 [345] эффект. Этот механизм предохраняет собственные клетки от атаки комплемента и предупреждает развитие васкулита.

Ряд активных нецитолитических фрагментов комплемента является важными медиаторами воспаления (Таблица 18).

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 Μ на G, регулируют активацию В-клеток, а также хелперную, либо супрессорную активность. Только лимфоциты, располагающие CR3, могут участвовать в Т-зависимых иммунных реакциях. Считается, что супрессивное действие связано с С_3а, а С_5a, 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, 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 трудно определить, является ли дефицит факторов комплемента первичным наследственным или вторичным по отношению к иммунопатологическому [346] процессу в организме. Так, при системной красной волчанке у клинически здоровых родственников больных, как и у самих пациентов, отмечается дефицит CR₁ Вместе с тем, усиленные иммунопатологические реакции ведут к потреблению и вторичному недостатку факторов С₃, С₄, С₂. 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»). [347]

Тотальная активация комплемента происходит при контакте плазмы с мембранами ионообменников искусственной полки 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 Η 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, Ρ 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.