Sistemul complement

Complementul, un complex multienzimatic format din circa 30 de componente, reprezinta unul dintre principalii constituenti ai apararii naturale, ai imunitatii umorale si respectiv un element important al reactiei imune survenite ca urmare a formarii complexelor antigen-anticorp (are rol esential in raspunsul inflamator). Sistemul complement (C') reprezinta o componenta normala a serului.

Sistemul complement are o serie de functii importante: apararea nespecifica contra infectiei (liza virusurilor, liza bacteriilor, liza celulelor straine, favorizarea prin opsonizare a fagocitozei, chemotactism pentru PMN si sistemul MM etc); eliminarea complexelor imune si a celulelor apoptotice; reglarea fiziologica a RI dar participa si la cresterea permeabilitatii capilarelor, stimularea contractilitatii musculaturii netede etc. In cele mai multe imprejurari sistemul complement are efecte benefice; totusi sunt de mentionat si unele efecte negative (ex. participa la reactiile anafilactice, este implicat in hipersensibilitatea citolitica-citotoxica etc).

Sistemul complement cuprinde circa 30 de componente celulare sau plasmatice. Componentele sale pot fi sintetizate de hepatocite, macrofage, celule epiteliale intestinale etc. Substantele activatoare reprezinta 5% din suma proteinelor serice (circa 3 g/l); componenta C3 este componenta care se gaseste in cantitatea cea mai mare (circa 1,3 g/l).

Sistemul C' se poate activa pe trei cai, respectiv calea clasica, calea lectinica si calea alterna. Activarea pe calea clasica este declansata in primul rand de formarea complexelor imune (Ag-Ac) dar si de aparitia celulelor apoptotice, anumite virusuri sau de proteina C reactiva cuplata cu anumiti liganzi. Calea lectinica poate fi activata de lectina care leaga manoza de pe suprafata bacteriilor (MBL, Mannan-Binding Lectin) dar si de alte proteine asemanatoare. Interactiunea acestora formeaza un complex asemanator celui format in primele subetape ale caii clasice (C1qrs) si activeaza calea clasica fara a necesita prezenta complexelor antigen-anticorp. Calea alterna poate fi activata de bacterii, fungi, virusuri, paraziti, venin de vipera, produsi de coagulare, celule tumorale etc. Calea clasica si calea alterna (alternativa) converg catre C3, apoi urmeaza o cale efectoare comuna, implicand ultimele componente ale sistemului complement. In fiecare dintre etape, intervin proteine activatoare, inhibitoare sau reglatoare precum si receptorii pentru complement. Aceste elemente se gasesc fie in plasma fie la nivelul peretelui celulelor autologe sau omologe.

In mod curent, sistemul complement este desemnat prin litera C. Pentru fiecare componenta studiata si bine delimitata in cadrul "cascadei de activare" se adauga o cifra, de la C1 la C9, care este eventual urmata de o litera (care reprezinta o anumita subdiviziune; spre exemplu, pentru C1 exista C1q, C1r si respectiv C1s).

Ca urmare a activarii sistemului C', unele componente (C4, C2, C3, C5), sunt fragmentate, aceste fragmente fiind desemnate printr-o litera atasata componentei initiale (exemplu C3a si C3b). In general componenta b este de dimensiuni mai mari (exceptie C2a, fragment inglobat intr-un complex proteolitic si care are dimensiuni mai mari decat C2b) si se fixeaza la nivelul structurii tinta, in timp ce componenta a este mai mica, este solubila si poseda o activitate anafilactoida sau chimiotactica. Compusul b poate fi mai departe fragmentat (exemplu C3c si C3d). Un compus inactivat este indicat prin litera i (exemplu: C3bi sau iC3b).

1. Calea clasica

Activarea sistemului complement

Componentele C' se gasesc in ser, in stare inactiva. Pentru a declansa activarea lor este necesar un stimul. Pentru calea clasica, punctul de pornire este reprezentat de catre complexele antigen-anticorp, unde anticorpii sunt de tip IgM (domeniul CH4) sau de tip IgG (domeniul CH2) corespunzand subclaselor IgGl, IgG2 sau IgG3. Complementul poate fi activat de o singura molecula de IgM sau de catre doua molecule de IgG apropiate una de alta. Activarea este posibila si in cazul unor molecule de IgG agregate.

In mod asemanator, calea clasica poate fi activata si de catre unele microorganisme sau diferite substante chimice: bacterii gram negative (Salmonella spp., E. coli, Neisseria spp.), retrovirusuri, glicoproteina anvelopei HIV, complexe heparina-protamina etc.

In cursul activarii intervin urmatoarele proteine:

C1. In sangele circulant exista un complex plurimolecular ce contine o molecula de C1q, doua molecule de C1r si doua molecule de C1s, situate in jurul ionilor de calciu si asociate inhibitorului C1, denumit C1inh. Compusul C1q, cu o greutate moleculara de 400.000 Da, a fost comparat cu un buchet de 6 lalele. Fiecare "floare' este la randul sau compusa din 3 lanturi de proteine alipite si terminate in mod globular. Fixarea C1q prin mai putin de doua parti globulare periferice pe fragmentele Fc ale imunoglobulinelor permite activarea sa cu eliberarea C1inh din complexul plurimolecular. Acest fenomen antreneaza pe de alta parte autoactivarea moleculelor C1r si C1s. Componenta C1s are o activitate serinesterazica, prin care poate sa cliveze urmatoarele 2 componente: C4 si C2.

C4 este fragmentat in C4a, molecula mica, cu activitate anafilactoida si respectiv C4b, de dimensiuni mai mari, care se leaga printr-o legatura covalenta fie de fragmentul Fab al anticorpului fie la nivelul peretelui bacterian sau la nivelul unor celule (straine, proprii modificate, infectate etc). Ansamblul formeaza complexul C1-C4b, notat pe scurt C14b.

C2. Aceeasi esteraza (C1s) impreuna cu fragmentul C4b, cliveaza o molecula de C2 in C2b (o molecula mica, cu activitate de tip kinina) si in C2a (molecula de dimensiune mai mare, care se leaga de structura tinta). Ansamblul necesita prezenta Mg2⁺ si formeaza C3 convertaza caii clasice sau C4b2a. In acest moment, anticorpii si respectiv componenta C1 pot sa se detaseze de structura tinta iar procesul poate continua.

C3 este clivata in C3a si C3b de catre C4b2a. C3a este o molecula mai mica si are, in mod primordial, o activitate anafilactoida si chimiotactica, in timp ce subcomponenta C3b se fixeaza pe structura tinta datorita unei punti realizate intre un radical tioester si o grupare OH sau NH₂ de pe suprafata celulara acceptoare. Pe de alta parte, C3b poate fi inactivat de factorul I (rezultand C3bi) iar apoi clivat intr-o molecula mare C3c (libera) si o molecula C3dg restanta pe structura tinta, care poate apoi sa se transforme in C3d. C3b format permite constituirea C5 convertazei (C4b2a-C3b) pe calea clasica.

2. Calea alterna si calea de amplificare

Calea alternativa constituie una dintre primele linii de aparare a organismului contra unui agent patogen, inaintea constituirii raspunsului imun. Aceasta cale poate fi activata de catre diferite microorganisme precum si de numeroase substante neimune, precum: bacterii Gram + (ex. Streptococcus pneumoniae) sau Gram -, virusuri (dar si celule infectate sau transformate de catre virusuri), fungi (ex. Candida albicans), paraziti (ex. Schistosoma mansoni, Trypanosoma cruzi), diverse substante: endotoxine bacteriene, zymosan, insulina, fibre de azbest, gluten, hemoglobina, prafuri, unele produse de contrast utilizate in radiologie responsabile de reactia anafilactoida, venin de vipera sau al unor serpi veninosi etc. Calea alterna poate fi activata de complexele imune care cuprind Ig G sau Ig A.

Substantele caii alterne (alternative) si de amplificare cuprind:

C3. In plasma, prin proteoliza spontana a C3 sunt formate in permanenta mici cantitati de C3b. Moleculele de C3b se fixeaza de suprafetele acceptoare, in particular de peretele microorganismelor sau de celulele infectate si alterate. Cateva bacterii, a caror structura este bogata in acid sialic, pot evita actiunea sistemului complement. La randul sau C3b, actioneaza asupra factorului B.

Factorul B. Element al caii de amplificare, factorul B este clivat in Ba si Bb. Complexul C3bBb format in prezenta ionilor de Mg2⁺ constituie C3-convertaza alternativa, care cliveaza noile molecule de C3 in C3b. Acest clivaj accelerat de C3, da nastere la C5-convertaza (C3bBb)n.

Factorul D, factor prezent sub forma activa in ser inainte de activarea C, cliveaza factorul B, ceea ce faciliteaza formarea complexului C3bBb.

Ansamblul factorilor activatori ai caii clasice si alternative realizeaza o bucla de amplificare, care permite transformarea numeroaselor molecule de C3 in C3b astfel incat C3b sa acopere (opsonizeze) peretele bacterian.

3. Calea finala comuna

Calea finala comuna mai este numita si calea efectoare sau calea litica. Activarea incepe de la C5-convertaza caii clasice (C4b2a-C3b)n si respectiv de la (C3bBb)n in cadrul caii alternative.

Activarea cuprinde de fapt complexul de atac al membranei (membrane attack complex, MAC):

-C5. Convertazele-C5 pentru calea clasica si respectiv pentru calea alterna cliveaza C5 in C5a, molecula mica, libera si in C5b, molecula mare care se fixeaza pe structura tinta. Atat C5a cat si molecula care rezulta in urma transformarii sale in C5-dezarginina, actioneaza la nivelul receptorului C5a-R al mastocitelor si bazofilelor.

-C6, C7, C8. C5b antreneaza legatura dintre C6 si C7 formand un complex C5b67 notat prescurtat C5b7. Complexele C5b7 se leaga de o molecula de C8 care se implanteaza in membrana apoi mai multe molecule de C9 vor forma un complex membranar C5b9m.

-C9. Aceasta proteina are doua proprietati: 1. de a se insera la nivel membranar, gratie unei fete hidrofobe; 2. de a polimeriza formand astfel peretele unei solutii de continuitate de circa 10 nm in diametru la nivelul membranelor celulelor tinta (limfocitul T utilizeaza o substanta numita perforina, cu efect asemanator cu cel produs de C9). Formarea sau fixarea complexului C5b9 in cantitati sublitice la suprafata celulelor antreneaza sinteza si eliberarea mediatorilor inflamatiei (leucotriene, IL-1 etc).

4. Receptorii pentru complement (CR)

Cei mai importanti receptori recunosc C3b sau derivatii sai C3bi si C3d.

CR1 (CR35) sau receptorul pentru C3b

CR1 sau receptorul pentru C3b si C4b este prezent pe hematii, trombocite, neutrofile, eozinofile, monocite si macrofage, limfocite B si T4 precum si la nivelul podocitelor glomerulare. Acest receptor permite transportul complexelor imune prin intermediul globulelor rosii spre macrofagele hepatice sau celulele Kuppfer. Pe de alta parte, fenomenul de aderenta imuna realizat prin intermediul macrofagelor de particulele incarcate cu C3b, permite fagocitoza complexelor si eliminarea lor. Daca sunt prezenti si anticorpii, aceasta actiune este decuplata, gratie actiunii conjugate a receptorilor de Ig. Ar mai fi de mentionat ca CR1 prezent pe celulele dendritice intrafoliculare, permite prezentarea antigenului situat in cadrul complexului imun acoperit de componente ale complementului.

CR2 (CD21) sau receptorul pentru C3d

Receptorul pentru C3dg, sau C3d, este prezent pe limfocitele B, pe celulele foliculare dendritice si pe celulele mucoase din orofaringe. C3d antreneaza stimularea si proliferarea limfocitelor B prin intermediul complexelor imune acoperite de C3d sau permite prezentarea antigenului prin intermediul celulelor dendritice. Spre ex. penetrarea la nivel faringian si respectiv infectarea ulterioara a limfocitelor de catre virusul Epstein-Barr se realizeaza prin intermediul acestui receptor.

CR3 (CD11b/CD18) sau receptorul pentru C3bi

CR3 sau receptorul C3bi se gaseste pe monocite, macrofage, neutrofile si pe celulele foliculare dendritice. El permite fenomenele de aderenta imuna precum si fagocitoza particulelor acoperite de C3bi sau citoliza bacteriei prin fenomenul de ADCC. CR3 permite de asemenea prezentarea antigenului prin intermediul celulelor dendritice.

CR3aR, C4a, C5a, C1q, HR

Exista, de asemenea, receptori pentru fragmentele mici C3a (C3aR), C4a (C4aR) si C5a (C5aR) la nivelul mastocitelor, monocitelor, macrofagelor, neutrofilelor si trombocitelor. Acesti receptori activati antreneaza fenomene inflamatorii, activand aceste celule si permitand eliberarea substantelor inflamatorii sau atragerea neutrofilelor. Receptorul pentru C1q (C1qR) precum si receptorul pentru factorul H (HR) permit fagocitoza particulelor opsonizate.

5. Rolul biologic al sistemului complement

Sistemul complement prezinta numeroase activitati biologice:

5. 1. In inflamatie sunt implicati diferiti compusi solubili, de talie mica. C3a si C4a au o masa moleculara apropiata de 10.000 Da si sunt numite anafilatoxine. Ele pot sa se fixeze pe bazofile si pe mastocite atragand eliberarea de histamina precum si vasodilatatie, unul dintre primele elemente ale raspunsului inflamator. C2b (lkinina-C2) este capabila sa creasca permeabilitatea vasculara. C5a poseda o activitate chimiotactica pozitiva fata de neutrofile si conduce la agregarea polinuclearelor, in urma activarii complementului. Complexul C5b7 fixat pe membrane sau pe complexele imune are de asemenea actiune chimiotactica pentru polinucleare. C3e induce o hiperleucocitoza.

5. 2. In apararea anti-infectioasa. Agentii infectiosi extracelulari pot fi acoperiti de componente ale sistemului complement fie in urma activarii directe (calea alternativa activand direct C3), fie prin intermediul anticorpilor care fixeaza complementul. In final, complexele de atac ale membranei (componentele C5-C9) lizeaza diferite microorganisme: bacterii, virusuri sau paraziti. Aceasta reprezinta o activitate citolitica directa a complementului cu sau fara prezenta anticorpilor.

Prin mecanisme asemanatoare, agentii infectiosi pot fi acoperiti de C3b sau C3bi care sunt recunoscuti de diferiti receptori, prezenti la nivelul diferitelor celule fagocitare esentiale: neutrofile si macrofage. Dupa aderare, acestea vor fagocita microorganismele. Diferite microorganisme au dezvoltat mecanisme de rezistenta la actiunea complementului: ex. prezenta unei capsule care impiedica activarea caii alternative (S. pneumoniae, Haemophilus influenzae), sintetizarea unor substante care fixeaza C3b sau antreneaza o rezistenta la insertia complexului de atac al membranei.

5. 3. In metabolismul complexelor imune. Curatarea (clearance-ul) complexelor imune este facilitata in mare masura de catre sistemul complement. Simpla fixare a complementului inhiba formarea complexelor imune de talie mare (calea clasica) si le solubilizeaza. Totusi complexele circulante acoperite de C3b pot adera la hematii, iar apoi pot fi transportate pana la nivelul celulelor Kuppfer hepatice, pentru a fi fagocitate. C1q are proprietatea de a precipita complexele imune in vitro. Aceasta proprietate sta la baza diverselor metode de detectare a complexelor imune circulante.

5. 4. In reglarea raspunsului imun. Pe limfocitele B se gasesc receptori pentru C3d sau C3dg (CR2).

Sistemul C' poate actiona in sistem heterolog (C' recoltat de la animale, de ex. nurca, cobai se poate folosi in reactii de diagnostic in microbiologia medicala, sistemul indicator provenind de la un alt animal de ex. oaie, bou) si din aceasta cauza a fost si este inca folosit in foarte multe situatii. Trebuie insa retinut faptul ca sistemul C' se degradeaza rapid la temperaturi mai mari de 56sC si din aceasta cauza reactivii care contin C' trebuie mentinuti la rece (0sC) inclusiv pe timpul transportului.