Система комплемента и пути ее активации

Комплемент был открыт в 1899 г. французским имму­нологом Ж. Борде, назвавшим его «алекси­ном». Современное название комплементу дал П. Эрлих. Комплемент представляет со­бой сложный комплекс белков сыворотки крови, находящийся обычно в неактивном состоянии и активирующийся при соедине­нии антигена с антителом или при агрега­ции антигена. В состав комплемента входят 20 взаимодействующих между собой белков, девять из которых являются основными ком­понентами комплемента; их обозначают циф­рами: С1, С2, СЗ, С4... С9. Важную роль играют также факторы В, D и Р (пропердин). Белки комплемента относятся к глобулинам и отличаются между собой по ряду физико-химических свойств. В частности, они сущес­твенно различаются по молекулярной массе, а также имеют сложный субъединичный состав: C1 - C1q, C1r, Cls; С3 - С3а, С3b; С5 - С5а, С5b и т. д. Компоненты комплемента синтези­руются в большом количестве (составляют 5-10 % от всех белков крови), часть из них образуют фагоциты.

Система комплемента выполняет следующие функции:

а) лизис клеток (эритроцитов - гемолиз, бактерий - бактериолиз, клеток опухолей или поврежденных, инфицированных внутриклеточными формами бактерий, микоплазмами, хламидиями, вирусами или простейшими - цитолиз);

б) усиление или подготовка фагоцитоза (участие в процессе опсонизации);

в) усиление хемотаксиса;

г) участие в нейтрализации вирусов;

д) участие в иммуноприлипании;

е) участие в аллергических реакциях немедленного типа (анафилотоксины).

Механизм активации системы комплемента сложен и представляет собой каскад фер­ментативных протеолитических реакций, в результате которого образуется активный цитолитический (мембранно-атакующий) комплекс, разрушающий стен­ку бактерии и других клеток. Известны три пути активации комплемента: классический, альтернативный и лектиновый (рис. 19).

По классическому пути комплемент активирует­ся комплексом антиген-антитело. Для этого достаточно участия в связывании антигена одной молекулы IgM или двух молекул IgG. Процесс начинается с присоединения к ком­плексу АГ+АТ компонента С1, который рас­падается на субъединицы Clq, Clr и Cls. Далее в реакции участвуют последовательно активированные «ранние» компоненты комплемента в такой последовательности: С4, С2, СЗ. Эта реакция имеет характер усиливающе­гося каскада, т. е. когда одна молекула пре­дыдущего компонента активирует несколько молекул последующего. «Ранний» компонент комплемента СЗ активирует компонент С5, который обладает свойством прикрепляться к мембране клетки. На компоненте С5 путем последовательного присоединения «поздних» компонентов С6, С7, С8, С9 образуется мембранно-атакующий комплекс, который нарушает целостность мембраны (образует в ней отверстие), и клетка погибает в результате осмотического лизиса.

Альтернативный путь активации комплемен­та проходит без участия антител. Этот путь характерен для защиты от грамотрицательных микробов. Каскадная цепная реакция при аль­тернативном пути начинается с взаимодействия антигена (например, липополисахарида) с протеи­нами В, D и пропердином (Р) с последующей активацией компонента С3. Далее реакция идет так же, как и при классическом пути - образу­ется мембранно-атакующий комплекс.

Примечания: С_1-9 – компоненты комплемента; MBL – маннозо-связывающий лектин; MASP - маннозо-ассоциированные специфические белки, МК – мембрано-атакующий комплекс.

Рис. 19. Пути активации комплемента

Лектиновый путь активации комплемента также происходит без участия антител. Он ини­циируется маннозосвязывающим белком сыворотки крови, который после взаимодейс­твия с остатками маннозы на поверхности мик­робных клеток катализирует С4. Дальнейший каскад реакций сходен с классическим путем. В процессе активации комплемента обра­зуются продукты протеолиза его компонен­тов — субъединицы С3а и С3 b, С5а и С5 b и дру­гие, которые обладают высокой биологической активностью. Например, С3а и С5а принимают участие в анафилактических реакциях, являют­ся хемоаттрактантами, С3b — играет роль в опсонизации объектов фагоцитоза, и т. д. Сложная каскадная реакция активации системы комплемента происходит с участием ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

1. Определение понятия «антиген». Свойства антигенов. Виды антигенов.

Антиген (от греч. anti — против и genos — создавать) — это биополимер органичес­кой природы, генетически чужеродный для макроорганизма, который при попадании в последний распознается его иммунной системой и вызывает иммунные реакции, направленные на его устранение.

Свойства антигенов:

• антигенность — потенциаль­ная способность молекулы антигена акти­вировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с фактора­ми иммунитета (антитела, клон эффекторных лимфоцитов);

• иммуногенность — потенциальная способ­ность антигена вызывать по отношению к себе в макроорганизме специфическую за­щитную реакцию (иммунный ответ).

Степень иммуногенности зависит от молекулярных особенностей антигена (природа, химический состав, молекулярный вес, струк­тура), клиренса антигена в организме, реактивности макроорганизма.

• специфичность — способность ан­тигена индуцировать иммунный ответ к строго определенному эпитопу.

Способностью вызывать развитие иммунного ответа и определять его специфичность обладает фрагмент молекулы Аг – антигенная детерминанта (эпитоп), избирательно реагирующая с Аг-распознающими рецепторами и Ат.

Классификация по происхождению:

• экзоген­ные (возникшие вне организма);

• эндоген­ные (возникшие внутри организма) антигены.

- аутогенные – это эндоген­ные антигены, структурно неизмененные молекулы собственного организма, синтези­руемые в физиологических усло­виях. В норме аутоантигены не вызывают ре­акцию иммунной системы вследствие сформи­ровавшейся иммунологической толерантности(невосприимчивости) либо их недоступности для контакта с факторами иммунитета — это так называемые забарьерныеантигены (головной мозг, хрусталик глаза, фолликулы щитовидной железы, семенные канальца яичек). При срыве толерантности или нарушении целост­ности биологических барьеров (наиболее час­тая причина — травма) компоненты иммунной системы начинают специфически реагировать на аутоантигены выработкой специфических факторов иммунитета (аутоантитела, клон аутореактивных лимфоцитов).

- неоан­тигены (опухолевые) – это эндоген­ные антигены, которые возникают в организме в результате мутаций. После модификации мо­лекулы приобретают черты чужеродности.

Классификация по природе: биополимеры белковой (протеиды) и небелковой природы (полиса­хариды, липиды, липополисахариды, нуклеи­новые кислоты и пр.).

Классификация по молекулярной структуре:

• глобуляр­ные (молекула имеет шаровидную форму);

• фибриллярные (форма нити).

Классификация по степени иммуногенности:

• полноценные ан­тигены - обладают выраженной антигенностью и иммуногенностью — иммунная система чувствительного организма реагирует на их введение выработкой факторов иммунитета. Такие вещества, как правило, имеют доста­точно большую молекулярную массу (более 10 кДа), большой размер молекулы (частицы) в виде глобулы и хорошо взаимодействуют с факторами иммунитета;

неполноценные антигены, или гаптены - не способны при введении в нормальных условиях индуцировать в организме иммунный ответ, так как обладают крайне низкой иммуногенностью. Однако свойство антигенности они не утратили, что позволяет им специфически взаимодейс­твовать с уже готовыми факторами иммунитета (антителами, лимфоцитами). Чаще всего гаптенами являются низкомолекулярные соединения (молекулярная масса меньше 10 кДа). При соединении гаптена с белковой молекулой, образовавшийся конъюгат обладает всеми свойствами полноценного антигена и вызы­вает при введении в организм выработку ан­тител или клона лимфоцитов, специфичных к гаптенной части комплекса. При этом спе­цифичность в составе молекулы конъюгата определяется гаптенной частью, а иммуногенность — белком-носителем. Молекула бел­ка-носителя назввается шлеппер (от нем. schlepper — буксир ).

Классификация по степени чужеродности:

• ксеногенные антигены (гетерологичные) — общие для организмов, стоящих на разных ступенях эволюционного развития, например, относящиеся к разным родам и видам. Примером может быть полисахаридный антиген Форсмана, присутствующий в эритроцитах кошек, собак, овец и почке морских свинок.

• аллогенные антигены (групповые) — об­щие для генетически неродственных орга­низмов, но относящихся к одному виду. На основании аллоантигенов общую популяцию организмов можно подразделить на отдельные группы. Примером таких антигенов у людей являются антигены крови (системы АВО, HLA и др.). Аллогенные ткани при трансплантации иммунологически несов­местимы — они отторгаются или лизируются реципиентом. Микробы на основании груп­повых антигенов могут быть подразделены на серогруппы, что имеет большое значение для микробиологической диагностики (например, классификация сальмонелл Кауфмана-Уайта).

• изогенные антигены (индивидуаль­ные) — общие только для генетически иден­тичных организмов, например для однояйцо­вых близнецов, инбредных линий животных. Изотрансплантаты обладают практически полной иммунологической совместимостью и не отторгаются реципиентом при пересадке. Примером таких антигенов в популяции лю­дей являются антигены гистосовместимости, а у бактерий — типовые антигены, не дающие дальнейшего расщепления.

Классификация по направленности активации и обеспе­ченности иммунного реагирования:

• иммуногены при попадании в организм спо­собны индуцировать продуктивную защитную реакцию иммунной системы, которая заканчивается выработкой факторов иммунитета (антите­ла, антигенореактивные клоны лимфоци­тов). В клинической практике иммуногены используют для иммунодиагностики, имму­нотерапии и иммунопрофилактики многих патологических состояний;

• толероген является полной противополож­ностью иммуногену. При взаимодействии с системой приобретенного иммунитета он вы­зывает включение альтернативных механиз­мов, приводящих к формированию иммуноло­гической толерантности или неотвечаемости на эпитопы данного толерогена. Толерогену, как правило, присуща мономер­ность, низкая молекулярная масса, высокая эпитопная плотность и высокая дисперсность (безагрегатность) коллоидных растворов. Толерогены используют для профилактики и лечения иммунологических конфликтов и ал­лергии путем наведения искусственной неот­вечаемости на отдельные антигены;

• аллерген -производимый им эффект, в отли­чие от иммуногена, формирует патологическую реакцию организ­ма в виде гиперчувствительности немедлен­ного или замедленного типа. По своим свойствам аллерген не отличается от иммуногена. В клинической практике ал­лергены применяют для диагностики инфек­ционных и аллергических заболеваний.

Антигены организма человека. С позиций клинической медицины наиболь­ший значение имеет определение группоспецифических антигенов (антигены групп крови), индивидуально специфических антигенов (антигены гисто­совместимости), органо- и тканеспецифических (раковоэмбриональные антигены).

Антигены гистосовместимости обнаружива­ются на цитоплазматических мембранах практи­чески всех клеток макроорганизма. Большая часть из них относится к системе главного ком­плекса гистосовместимости, или МНС (от англ. Main Hystocompatibility Complex). У человека МНС обозначается как HLA (от англ. Human Leukocyte Antigen), так как он ассоциирован с лейкоци­тами. Антигены гистосовместимости играют ключевую роль в осуществлении специфичес­кого распознавания «свой-чужой» и индук­ции приобретенного иммунного ответа. Они определяют совместимость органов и тканей при трансплантации в пределах одного вида, генетическую рестрикцию (ограничение) иммунного реагирования и другие эффекты. По химической природе анти­гены гистосовметимости представляют собой гликопротеиды, прочно связанные с цитоплазматической мембраной клеток. Их отдельные фрагменты имеют структурную гомологию с молекулами иммуноглобулинов. Различают два основных класса молекул МНС. Условно принято, что МНС I класса индуцирует преиму­щественно клеточный иммунный ответ, а МНС II класса - гуморальный.

• Локус МНС I класса включает сублокусы HLA-A, HLA-B и HLA-C, их гены наследуются и проявляются независимо. Процесс формирования комплекса «МНС I класса-антиген» протекает непрерывно в эндоплазматическом ретикулуме. В его состав включаются любые эндогенно синтезированные пептиды, в том числе вирусные. Этот комплекс экспрессируются на поверхности практически всех клеток, кроме эритроцитов (в безъядерных клетках отсутс­твует биосинтез) и клеток ворсинчатого трофобласта («профилактика» отторжения пло­да). Экспрессия молекул заметно усиливается под влиянием цитокинов, напри­мер γ-интерферона. Учитывая независимое наследование генов сублокусов, в популяции формируется беско­нечное множество неповторяющиеся комби­наций HLA I класса. Поэтому каждый человек строго уникален по набору антигенов гистосовместимости, исключение составляют только однояйцовые близнецы, которые абсолютно похожи по набору генов. Основная биологи­ческая роль HLA I класса состоит в том, что они определяют биологическую индивидуаль­ность («биологический паспорт») и являются маркерами «своего» для иммунокомпетентных клеток. Содержащая чужеродные (вирусные) или модифицированные пептиды (опухолевая трансформация) молекула МНС I класса имеет нетипичную для данного организма структуру и является сиг­налом для активации Т-киллеров (СD8⁺ лимфоцитов) и клетки, несущие такие нетипичные комплексы, уничтожаются как чужеродные.

• Локус МНС II класса включает сублокусы HLA DR, DQ и DP. МНС II класса экспрессируется на поверхности ограниченного числа клеток: дендритных, В-лимфоцитах, Т-хелперах, активированных макрофагах, тучных, эпителиальных и эндотелиальных клетках. Обнаружение МНС II класса на нетипичных клетках расценивается в настоящее время как иммунопатология. Биосинтез комплекса МНС II класса и пептида протекает в эндоплазматическом ретикулуме, затем встраивается в цитоплазматическую мембрану. Основная биологическая роль молекул МНС II класса состоит в презентации антигенного пептида в комплексе с молекулой МНС II класса Т-хелперам (СD4⁺ лимфоцитам). Структура МНС II класса с включенным в него пептидом в комплексе с ко-факторными молекулами CD-антигенов вос­принимается и анализируется. В случае принятия ре­шения о чужеродности включенного в МНС II класса пептида Т-хелпер начинает синтез соответствующих цитокинов, и вклю­чается механизм специфического иммунного реагирования. В итоге активируется проли­ферация и окончательная дифференцировка антигенспецифичных клонов лимфоцитов и формирование иммунной памяти.

Помимо описанных выше антигенов гистосовместимости, идентифицирован III класс молекул МНС. Локус, содержащий кодирую­щие их гены располагается между генами I и II клас­сов. К МНС III класса относят­ся некоторые компоненты комплемента (С2, С4), белки теплового шока, факторы некроза опухоли и др.

Антигены бактерий:

- жгутиковые, или Н-антигены, локализуют­ся в локомоторном аппарате бактерий - жгутиках. Они представляют собой эпитопы сократительного белка флагеллина. При на­гревании флагеллин денатурирует, и Н-антиген теряет свою специфичность. Фенол не действует на этот антиген;

- соматический, или О-антиген, связан с клеточной стенкой бактерий. Его основу со­ставляют липополисахарид (ЛПС). О-антиген проявляет термос­табильные свойства - не разрушается при кипячении. Однако соматичес­кий антиген подвержен действию альдегидов (например, формалина) и спиртов, которые нарушают его структуру. Если проиммунизировать животное жи­выми бактериями, имеющими жгутики, то будут вырабатываться антитела, на­правленные одновременно против О- и Н-антигенов. Введение животному про­кипяченной культуры стимулирует био­синтез антител к соматическому антигену. Культура бактерий, обработанная фенолом, вызовет образование антител к жгу­тиковым антигенам;

- капсульные, или К-антигены, располагаются на поверхности клеточной стенки. Встречаются у бактерий, образующих капсулу. Как правило, К-антигены состоят из кислых полисахаридов (уроновые кислоты). В то же время у бациллы сибирской язвы этот антиген построен из по­липептидных цепей. По чувствительности к нагреванию различают три типа К-антигена: А, В, и L. Наибольшая термостабильность ха­рактерна для типа А, он не денатурирует даже при длительном кипячении. Тип В выдержи­вает непродолжительное нагревание (около 1 часа) до 60 °С. Тип L быстро разрушается при этой температуре. Поэтому частичное удале­ние К-антигена возможно путем длительного кипячения бактериальной культуры. На поверхности возбудителя брюшного ти­фа и других энтеробактерий, которые облада­ют высокой вирулентностью, можно обнару­жить особый вариант капсульного антигена. Он получил название антигена вирулентнос­ти, или Vi-антигена.

Антигенными свойствами обладают также бактериальные белковые токсины, ферменты и некоторые другие белки, которые секретируются бактериями в окружающую среду (на­пример, туберкулин). Столбнячный, дифтерий­ный и ботулинический токсины относятся к числу сильных полноценных антигенов, поэ­тому их используют для получения анатокси­нов для вакцинации людей.

Антигены вирусов:

- ядерные (ко­ровые),

- капсидные (оболочечные),

- суперкапсидные (поверхностные).

Антигенный состав вириона зависит от стро­ения вирусной частицы. Антигенная специфичность простоорганизованных виру­сов связана с рибо- и дезоксирибонуклеопротеинами. Эти вещества хорошо растворяются в воде и поэтому обозначаются как S-антигены (лат. solutio - раствор). У сложноорганизованных вирусов часть антигенов связана с нуклеокапсидом, а другая - локализуется во внешней оболочке (суперкапсиде). Антигены многих вирусов отличаются вы­сокой степенью изменчивости. Это связано с постоянным мутационным процессом, кото­рый претерпевает генетический аппарат вирус­ной частицы. Примером могут служить вирус гриппа, вирусы иммунодефицитов человека.