Dopełniacz ( komplement, C)

Dopełniacz (komplement C)

Układ białek surowicy krwi, w tym kilku inhibitorów, znajdujących się we krwi w stanie nieaktywnym lub będących elementem błon komórkowych. Białka układu dopełniacza stanowią istotny składnik odpowiedzi naturalnej, a także biorą udział w fazie efektorowej odpowiedzi humoralnej. Uczestniczą w przeciwinfekcyjnej obronie organizmu na drodze bezpośredniego zabijania lub lizy drobnoustrojów oraz w zjawiskach zapalnych poprzez generację polipeptydów o aktywności prozapalnej. Obie te aktywności są związane z szere­giem interakcji o charakterze enzymatycznym między poszczególnymi składnikami układu dopełniacza – kaskada dopełniacza. Skutkiem tych reakcji jest ograniczona proteoliza niektórych z biorących udział w tych reakcjach cząsteczek. Skutkuje ona rozkładem substratu na dwa fragmenty. Większy łączy się z poprzednio aktywowanymi składnikami, tworząc nową aktywność enzymatyczną, zdolną do działania na następny czynnik kaskady. Mniejszy ma często silnie wyrażone działanie prozapalne. Większe fragmenty oznacza się małą literą b, mniejsze – a.

Składniki dopełniacza otrzymywały numery w kolejności odkrycia, tak więc numer nie oznacza danego miejsca w kaskadzie działania (prawidłowa kolejność: C1, C4, C2, C3, C5 do C9).

Reakcję kaskady dopełniacza można podzielić na dwie funkcjonalnie odmienne fazy: fazę aktywacji i fazę ataku. Cały proces zostaje zapoczątkowany swoiście przez reakcję antygen-przeciwciało (droga klasyczna) lub nieswoiście (drogi alternatywna i lektynowa) przez bezpośrednie interakcje z po­wierzchnią drobnoustrojów. Obie drogi mają wspólny przebieg aktywacji, począwszy od grającego główną rolę fragmentu C3. Droga alternatywna i droga lektynowa, które stanowią ważny mechanizm wrodzonej (naturalnej) odporności na zakażenia

Ryc. 1 Układ dopełniacza: droga lektynowa, klasyczna, alternatywna chłonnego [wg Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008]

Droga klasyczna aktywacji dopełniacza

Ryc.2 Klasyczna droga aktywacji dopełniacza [wg Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008]

W drodze klasycznej aktywacji fragment Fc przeciwciała tworzący kompleks z antygenem uzyskuje zdolność wiązania komponentu C1, co prowadzi do sekwencyjnego włączania się dalszych składników. Jedna cząstka IgM lub dwie blisko przestrzennie położone cząstki IgG1 lub IgG3, u człowieka wchodzące w skład kompleksu immunologicznego, silnie wiążą C1. W przypadku IgG2 wiązanie to jest bardzo słabe, a IgG4, IgE i IgD nie mają zdolności aktywacji. Kompleks C1 aktywuje wiele cząsteczek C4 i C2 (amplifikacja).

Powstające w czasie aktywacji fragmenty mają działanie farmakologiczne (C4a posiada aktywność anafilatoksyny, a C2a ma własności zbliżone do kinin). Aktywowane składniki C4b i C2b tworzą dwu cząsteczkowy kompleks wiążący się kowalencyjnie z powierzchnią komórki. Od tego momentu ani C1, ani kompleks immunologiczny nie są potrzebne w dalszym przebiegu reakcji. Kompleks C4b2b, określany jako C3 konwertaza drogi klasycznej, aktywuje C3 ( jeden kompleks C4b2b, mimo krótkiego półokresu trwania, może wytworzyć kilkaset aktywowanych fragmentów C3). Powstaje przy tym fragment C3b, wiążący się z kompleksem lub kowalencyjnie z błoną komórki, oraz fragment C3a, nazywany anafilatoksyną. Fragment C3b jest opsoniną i reaguje na powierzchni komórki z receptorem dla C'.

Drugi typ anafilatoksyny (C5a) powstaje w czasie aktywacji C5 przez konwertazę będącą kompleksem C4b3b2b. Jest to ostatni proces enzymatyczny w kaskadzie dopełniacza. Z kolei aktywowany C5b reaguje z C6 i C7, tworząc trój cząsteczkowy kompleks C567, wiążący się

i wnikający do błony komórkowej – fazą ataku (MAC) . C567 może przyłączyć się do komórek posiadających na powierzchni związane przeciwciała i fragmenty wcześ­niejszych interakcji dopełniacza lub też pozostaje niezwiązany w środowisku i wtedy reaguje ze znajdującymi się w otoczeniu komórkami nieuczulonymi, powodując ich uszkodzenie. C567 wywiera również działanie

chemotaktyczne na neutrofile i współdziała w tworzeniu procesu zapalnego. Związany z błoną komórkową przyłącza C8, w następstwie czego powstaje kilkanaście miejsc wiążących dla fragmentu C9, który polimeryzuje. Wielocząstecz­kowy kompleks ulega enzymatycznemu włączeniu do błony komór­kowej i wytwarza w niej tunel, poprzez który następuje wymiana osmotyczna między

wnętrzem komórki a otoczeniem (Na + i K+), co skutkuje lizą komórki. Jednak komórki jądrzaste są dość oporne na lizę ze względu na obecność inhibitorów i możliwość naprawy uszkodzeń poprzez endocytozę lub egzocytozę tunelu w błonie komórkowej.

Kompleks C5b6789 może działać również na zasadzie detergentu, usuwając fosfolipidy z powierzchni komórki lub innej cząsteczki, co prowadzi do jej dezinteg­racji. Ten sposób działania ma istotne znaczenie w ataku dopełniacza na ściany bakterii lub otoczki lipidowe wirusów, które nie działają jako bariery osmotyczne.

Droga lektynowa aktywacji dopełniacza

Klasyczna droga aktywacji może być również zapoczątkowana, niezależnie od kompleksów antygen-przeciwciało, przez wydzielnicze PRR (receptory rozpoznające wzorce), z których wiele jest białkami ostrej fazy. Zaliczamy do nich białko wiążące mannozę (MBP) białka surfaktantu A i D z rodziny kolektyn oraz białko C-reaktywne wiążące fosforylocholinę. Drogę tę mogą zapoczątkować także niektóre polianiony (np. DNA, heparyna).

Droga alternatywna aktywacji dopełniacza

Ryc.3 Alternatywna droga aktywacji dopełniacza [wg Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008]

Droga alternatywna aktywacji dopełniacza – istotny składnik odporności naturalnej i ma większe znaczenie biologiczne niż droga klasyczna. Jej aktywacja może zostać zapoczątkowana przez niektóre poli­sacharydy i lipopolisacharydy (endotoksyny bakteryjne, wybrane strukturalne skład­niki ściany komórkowej bakterii), ale także przez agregowane immunoglobuliny wszystkich podklas IgG oraz IgA i IgE, przy czym miejsca aktywujące znajdują się we fragmentach Fab. W skład drogi alternatywnej wchodzi szereg białek zbliżonych strukturalnie i funkcjonalnie do składników drogi klasycznej. Jej aktywacja zachodzi w obecności jonów Mg⁺² i jest kontynuacją stale utrzymującej się w ustroju niewielkiego stopnia samoistnej aktywacji składnika C3 do C3b. Reakcja rozpoczyna się od interakcji powstałego C3b z błoną komórkową bakterii. Fragment ten posiada normalnie bardzo krótki półokres trwania (milisekundy), jednak związanie z drobnoustrojem zapewnia mu względną stałość. C3b wiąże następnie czynnik B (proaktywator C3), który ulega proteolizie przez czynnik D (odpowiada C1r i Cls drogi klasycznej), przy czym uwolniony zostaje mały fragment Ba o działaniu chemotaktycznym. Kompleks C3bBb, będący alter­natywną konwertazą C3, jest wysoce nietrwały, stabilizuje go jednak properdyna (P). Obie drogi aktywacji najczęściej ulegają wzajemnemu powiązaniu, gdyż C3b generowany na drodze klasycznej może uruchomić drogę alternatywną. Z kolei alternatywna konwertaza C3 (C3bBb) może być mechanizmem amplifikacyjnym dla drogi klasycznej, jako że ma identyczną funkcję co kompleks C4b2b (konwertaza C3) i aktywuje C3, tworząc C3b i C3a. Kompleks C3bBb oraz łączący się z nim, wytworzony dodatkowo, fragment C3b

mają aktywność konwertazy C5 (C3bBb3b). C3b, reagując z czynnikami D i B, wytwarza obwód amplifikacyjny, w którym z C3generowane są dodatkowe fragmenty C3b. Od tego momentu droga klasyczna i alternatywna są identyczne.

Układ dopełniacza znajduje się pod kontrolą kilku inhibitorów, obecnych zarówno w fazie płynnej, jak i zlokalizowanych na powierzchni komórki. Ponieważ tworzenie konwertaz C3 i wytwarzanie C3b to centralny punkt obu dróg aktywacji, większość mechanizmów regulacyjnych skierowana jest właśnie na nie. Dodatkowym zabezpieczeniem jest fakt, że pośrednie komponenty kaskady mają bardzo krótki połowiczny okres trwania, niekiedy liczony w milisekundach, co minimalizuje niebezpieczeństwo ich ubocznego działania. Inhibitory znajdują się jedynie na powierzchni komórek gospodarza, nie mają ich natomiast drobnoustroje.

Większość składników dopełniacza powstaje w hepatocytach (np. ponad 90% C3). Pozostałe, a także inhibitory układu, wytwarzane są lokalnie przez makrofagi, szczególnie w ognisku zapalenia, oraz przez limfocyty, komórki nabłonkowe układu pokarmowego, moczopłciowego, płuc i mózgu.

Aktywność biologiczna składników układu dopełniacza

Receptory komórkowe dla fragmentów dopełniacza (CR)

Komórki układu immunologicznego (limfocyty, neutrofile, eozynofile, monocyty­

-makrofagi), a także niektóre inne komórki (erytrocyty naczelnych, komórki nabłon­kowe kłębuszków nerkowych) posiadają na błonie komórkowej receptory (CR) wiążące się z różnymi składnikami dopełniacza, zarówno występującymi w formie płynnej, jak i związanej z kompleksami immunologicznymi. Przyłączenie przez receptor odpowiedniego fragmentu jest sygnałem dla zmiany funkcji komórki.

Do receptorów dopełniacza należą receptory dla fragmentu C3 związanego z błoną komórkową, receptory dla anafilatoksyn (C3a, C4a i C5a), receptory wiążące poszczególne fragmenty kaskady

i hamujące działanie układu oraz receptor C1q, występujący na leukocytach i komórkach endotelialnych, który bierze udział m.in. w fagocytozie:

1. CR1 (CD35) wiąże C3b i (słabiej) C4b. Występuje na monocytach, eozynofilach, neutrofilach i limfocytach S, a także na powierzchni erytrocytów, które przyłączają kompleksy immunologiczne związane z C4b i C3b.

2. CR2 (CD31) występuje wyłącznie na limfocytach B i pęcherzykowych komórkach dendrytycznych węzłów chłonnych. Wiąże C3d i inne produkty rozpadu C3b. CR2 występujące na limfocytach B biorą udział w pozytywnej regulacji odpowiedzi immunologicznej.

3. CR3 (CD11 b) i CR4 (CD11c) należą do rodziny integryn. Występują na neu­trofilach, makrofagach i komórkach NK. Wiążą C3bi, produkt rozpadu C3b, co stymuluje fagocytozę.

4. Receptory dla anafilatoksyn, C3aR wiążący C3a i C4a oraz C5aR dla C5a, znajdują się na komórkach tucznych i bazofilach

5. C5aR występuje też m.in. na neutrofilach, monocytach, makrofagach oraz komórkach endotelialnych.

Rola biologiczna składników układu dopełniacza

Zasadniczą rolą dopełniacza jest doprowadzenie do cytotoksycznego uszkodzenia komórki bakteryjnej zarówno na drodze klasycznej, jak i alternatywnej poprzez wytworzenie dziur w jej powierzchni. Bakterie G (-), szczegól­nie formy szorstkie, są wrażliwe na atak dopełniacza. Większość G (+), w związku z odmienną budową ściany komórki, wykazuje oporność.

Aktywacja C3 i C5 prowadzi do powstania proteolitycznych fragmentów, z których

większe (C3b, C5b) biorą udział w samej kaskadzie dopełniacza, a mniejsze (C3a, C5a,C4a), zwane anafilatoksynami, zapoczątkowują proces zapalny wywołując degranulację komórek tucznych i bazofi­lów. Wytwarzane przez te komórki mediatory kurczą mięśnie gładkie i zwiększają przepuszczalność naczyń. Anafilatoksyny wywierają również działanie chemotaktyczne na leukocyty wielojądrowe, przyciągając je do miejsca reakcji. Podobne właściwości w stosunku do neutrofilów ma również C567.

Fragment C3b i produkty jego rozpadu (C3d, C3e) pełnią istotną rolę podczas fagocytozy. C3b przyłączony do kompleksu immunologicznego działa jak opsonina (okrywa komórkę, nasila fagocytozę) i wiąże go z komórkami posiadającymi powierzchniowy receptor C3 (CR1-CR4). Mechanizm opsonizacji przez C3b odgrywa istotną rolę w fagocytozie bakterii we wczesnej fazie zakażenia, gdy nie ma jeszcze swoistych przeciwciał, a dopełniacz aktywowany jest na powierzchni drobno­ustrojów na drodze alternatywnej lub lektynowej poprzez białko wiążące mannozę (MBP). C3b jest jednak stosunkowo słabym stymulatorem fagocytozy i tylko część opsonizowanych bakterii zostaje w ten sposób usunięta. Równocześnie C3b znacznie amplifikuje działanie niewielkiej ilości przeciwciał, które pojawiają się we wczesnym okresie zakażenia i same nie są w stanie w dostatecznym stopniu stymulować fagocytozy.

Adherencja immunologiczna do CR1 erytrocytów jest odpowiedzialna za usuwa­nie krążących we krwi kompleksów immunologicznych z C3b i C4b. Następnie w wątrobie i śledzionie erytrocyty zostają uwolnione od kompleksów przez makrofagi i powracają do krążenia, natomiast kompleksy podlegają katabolizmowi. C3b może również stabilizować kompleksy immunologiczne przez zahamowanie tworzenia wiązań wewnętrznych lub nawet może ułatwiać ich rozpusz­czanie, co zapobiega ich odkładaniu. Kompleksy antygenu połączone z fragmentem C3d wiążą się z CR2 na limfocytach B, co stanowi sygnał aktywacji dla tych komórek.

C3e – produkt enzymatycznego rozkładu C3b – odgrywa istotną rolę w zapaleniu. Działa bezpośrednio na neutrofile i wywo­łuje leukocytozę, mobilizując komórki szpiku i puli marginalnej.

Składniki C5-C9 (faza ataku) – mogą ulegać aktywacji na drodze fizykochemicznej, np. przy obniżonym pH. Mechanizm ten ma znaczenie, gdy w trakcie procesu zapalnego pH środowiska obniża się poniżej pH = 6

Opracowano na podstawie: Ptak W., Ptak M., Szczepanik M., Podstawy immunologii, PZWL, Warszawa, 2008