Komplement

IX – přednáška Komponent/Přecitlivělost
Komplement
Proteiny a glykoproteiny tvořicí komplementový systém jsou většinou produkovány hepatocyty. Složky komplementu (C´) tvoři 15% sérových g1obulinů a cirkulují v séru ve funkčně neaktivní formě, některé jako proenzymy s maskovaným aktivním místem. Při aktivaci se od proenzymu odštípne inhibični fragment a exponuje se aktivní místo. Aktivace C´ systému zahrnuje sekvenční enzymatickou kaskádu, ve které proenzymový produkt v jednom stupni je katalytickým enzymem v dalším stupni.
Složky komplementu se označují čísly (C1-C9). Peptidové fragmenty jsou po aktivaci označovány malými písmeny a to tak, že menší fragment je označen ”a” a větši fragment ”b”. Komplexy s enzymatickou aktivitou jsou označeny čarou nad čísly nebo písmeny (z technických důvodů bude v tomto textu označeno tučnou kurzívou) (např. C4b2b).
Počáteční stupně aktivace komplementu vedoucí ke vzniku C5b mohou probíhat dvěma cestami: klasickou a alternativní. Konečné stupně vedoucí ke vzniku komplexu poškozujícího membránu jsou stejné pro obě cesty (obr.1).
Klasická cesta aktivace komplementu:
Je zahájena tvorbou rozpustných Ag-Ab komplexe nebo vazbou Ab na Ag na povrchu cílové buňky. Klasická cesta může být aktivována IgM a některými podtřídami IgG.
Vazba Ab-Ag indukuje konformační změny v Fc oblasti Ab, které exponují vazebné místo pro C1 složku C‘. C1 existuje v séru jako makromolekulární komplex sestávající z C1q a dvou molekul C1r a C1s. Komplex je stabilizován Ca2+. C1q molekula je tvořena 18 polypeptidickými řetězci‚ C1r2s2 zaujímá dvojí možnou konfiguraci. Volný připomíná tvarem S, vázaný na C1q má podobu čísla 8. Každá C1 molekula se musí vázat nejméně na dvě Fc oblasti. V jedné molekule pentameru IgM navázaného na nějaký povrch jsou exponována nejméně 3 vazebná místa pro C1q. IgG obsahuje jen jedno vazebné místo pro C1q, a proto je pevné vazby C1q dosaženo pouze, když jsou dvě molekuly IgG vzdáleny 30—40 nm. K lýze erytrocytu komplementem stačí jedna molekula IgM, ale nejméně 1000 molekul IgG. Vazba C1q na Fc indukuje konformační změnu v C1r, která autokatalyticky přemění C1r na aktivni esterázový enzym. C1r potom štěpí C1s na podobný aktivní enzym C1s. C1s má dva substráty C4 a C2. Odštěpením C4a od C4 pomoci C1s se exponuje vazebné místo na C4b. C4b se pak připojí k cílovému povrchu poblíž C1 a proenzym C2 se pak naváže na vazebnému místo na C4b. Zde je z něj pomoci C1s odštěpen fragment C2a. Vzniklý C4bC2b komplex je nazýván C3/C5 konvertáza, protože konvertuje C3 a C5 proenzymy na enzymaticky aktivní formy. Hydrolýza krátkého fragmentu C3a vede ke vzniku C3b. Jedna molekula C3/C5 konvertázy může vytvořit více než 200 molekul C3b, což vede k výrazné amplifikaci na tomto stupni aktivace C´. C3b se váže na povrch cizího antigenu a slouží jako vazebné místo pro C5. Konvertázový enzym pak odštěpí C5a za vzniku C5b. Vázaná C5b pak iniciuje tvorbu komplexu poškozujícího membránu. C3b též slouží jako důležitý opsonin, protože fagocytující buňky mají receptor pro C3b. (obr.2)
Alternativní cesta: (obr.3)
Zahrnuje 4 sérové proteiny: C3, faktor B, faktor D a properdin.Alternativní cesta je aktivována cizími povrchovými složkami, např. složkami buněčné stěny bakterií (g+ i g-). Sérovä C3 spontánně hydrolyzuje na C3a a C3b, C3b složka se pak váže na cizí povrchové antigeny, nebo dokonce na vlastni buňky. Membrány většiny savčích buněk mají vysoký obsah kyseliny sialové, která přispívá k rychlé inaktivaci vázaných C3b molekul.
C3b váže další sérový protein faktor B, který slouží jako substrát, pro pro faktor D. Faktor D štěpí vázaný faktor B za vzniku C3bBb. Tento komplex je analogický komplexu C4b2b a má C3/C5 konvertázovou aktivitu. Tato aktivita má poločas pouze 5 minut, pokud se na C3bBb neváže další sérový protein properdin, který tento poločas prodlužuje na 30 min.
C3bBb může aktivovat nehydrolyzovanou C3 k autokatalytické produkci dalších molekul C3b.
Tvorba komplexu poškozujícího membránu:
Terminální sekvence aktivace C zahrnuje C5b, C6, C7, C8 a C9. Po vazbě C5 na neenzymatickou složku C3/C5 konvertázy C3b je C5 rozštěpena na C5a, která oddifunduje a Cb5 fragment, který má vazebné místo pro následující složky C´ tvořící komplex poškozující membránu. C5b je extrémně labilní a inaktivuje se během 2 minut, pokud se na ni nenaváže C6. Jakmile se na C5b6 naváže C7, dojde u ni ke změně struktury exponující hydrofobní oblasti sloužící jako vazebná mleta pro membránové fosfolipidy. To umožňuje komplexu C5b67 vnořit se do fosfolipidové dvojvrstvy. Když reakce proběhne na imunním komplexu, komplex se nemůže zakotvit v membráně a je uvolněn. Uvolněný komplex se může vázat na okolní buňky a způsobit jejich poškozeni. Vazba C8 na C5b67 komplex vede také k expozici hydrofobní oblasti u C8, kterou tato složka interaguje s plazmatickou membránou. Komplex C5b678 vytváří malé póry (poměr 10 A (angstremů)), které vedou k lýze červených krvinek, ale ne jaderných buněk. Konečným stupněm je vazba a polymerace C9, molekuly podobné perforinům. Úplný membránu poškozující komplex má tubulární tvar a průměr pórů 70- 100 A.. Protože těmito póry mohou volně difundovat ionty a malé molekuly, nemohou udržet svou osmotickou stabilitu a lýzují,.
Regulace komplementového systému:
Klasická i alternativní cesta aktivace C´ zahrnuje množství extrémně labilních složek, které se spontánně inaktivuji, jakmile difunduji od cílové buňky. Např. vazebné místo na C3b spontánně hydrolyzuje, jestliže difunduje 40nm od C4b2b nebo C3bBb konvertáz. Tato rychlá hydrolýza brání vazbě C3b na okolní buňky. Kromě toho obě cesty obsahují regulační proteiny, které inaktivují různé složky C‘. Např. glykoprotein označovaný jako C1 inhibitor tvoří komplex s C1r2s2 a tím způsobuje jeho disociaci od C1q, čímž brání další aktivaci C4 a C2. Aby se zabránilo poškozeni zdravých buněk C3b, existuje řada tzv. regulátorů aktivace komplementu (RCA), což jsou proteiny, které bráni vzniku C3/C5 konvertázového komplexu. RCA proteiny způsobují také disociaci C3 konvertázy. Regulační proteiny funguji i na Úrovni komplexu poškozujícího membránu. Např. na membráně široké škály buněk jsou dva proteiny (HRF a CD59), které chrání buňky před nespecifickou lýzou tím, že se vátou na C8 a brání připojení C9 a jejímu včlenění do membrány. Tyto proteiny blokují C9 pouze v případě, že C je ze stejného živočišného druhu jako buňky.
Komplementové receptory:
Každá červená či bílá krvinka má receptory pro některé složky C´. Tyto receptory zprostředkuji biologické aktivity komplementového systému. Kromě toho některé receptory hraji Úlohu ve vazbě a degradaci komplementových složek.
Komplementový receptor typu 1 (CR1):
Je to glykoprotein s vysokou afinitou pro C3b, ale může vázat i C4b s nižší afinitou. CR1 je na erytrocytech, monocytech, makrofágách, neutrofilech, eosinoíilech, B buňkách a některých T buňkách. Buňky s C1R vážou imunní komplexy a komplexy Ag-C3b. Vazba C3b nebo C4b na ORI umožhuje jejích proteolytickou degradaci faktorem I.
Komplementový receptor typu 2 (CR2):
Váže degradační produkty C3b a je pouze na B a některých T buňkách. Je receptorem pro virus Epsteina a Barrové (EBV).
Komplementové receptory typu 3 a 4 (CR3 a CR4):
Primárně váží degradační produkty C3b složky. Jsou na makrofágách, monocytech, neutrofilech, NK buňkách a některých T buňkách. Jsou členy integrinové rodiny společně s LFA—1. Vazba částic obalených komplementem na CR3 spouští fagocytózu.
Vazba fragmentů C3a, C4a a C5a na receptory na bazofilech a žírných.buňkách indukuje jejich degranulaci a uvolnění farmako1ogicky aktivních mediátorů.
Bioloqické následky aktivace komplementu:
Komplement slouží jako amplifikátor imunitní odpověi na invadujicí mikroorganismy a viry. Membránu poškozující komplex může lýzovat široké spektrum mikrobů, virů, erytrocytů a jaderných buněk.Alternativní cesta slouží jako důležitý přirozený systém nespecifické obrany proti infekci. Většina obalených virů je kromě bakterií citlivá ke komplementem zprostředkované lýze. Zatím co gramnegativní bakterie jsou citlivé k lytickým Účinkům komplementu, grampozitivní jsou resistentní, protože peptidoglykanová vrstva v buněčné stěně brání proniknuti membránu poškozujícího komplexu k vnitřní membráně. Rezistence některých g- bakterií ke komplementu je spojena s jejich zvýšenou virulenci.
Fragmenty C3a, C4a a C5a zvané anafy1atoxiny indukuji degranulaci žírných buněk a bazofilů. Uvolněné mediátory indukují kontrakci hladkých svalů a zvýšenou vaskulární permeabilitu. C5a indukuje pronikání monocytů a makrofágů přes cévní stěnu do místa aktivace C´ a tak se vyznamně Účastní zánětu. (Obr. 5a)
C3 je hlavním opsoninem komplementového systému. C3b obalené antigeny se váží na buňky nesoucí CRl. Tím je zesílena fagocytóza Ag. Aktivace fagocytů C5a anafylatoxinem zvyšuje množství CR1 molekul až 10X a tím usnadňuje fagocytózu opsonizovaných částic. (Obr. 5b)
Některé viry mohou aktivovat alternativní nebo dokonce klasickou cestu za nepřítomnosti Ab. U většiny virů vazba sérových protilátek na strukturní antigeny poskytuje vhodné podmínky pro aktivaci C‘ klasickou cestou. Komplement umožňuje virovou neutralizaci tvorbou velkých agregátů, obalené virové částice se nemohou adsorbovat na virové receptory. Kromě toho zvyšuje C´ fagocytózu virových částic, obalené viry mohou být komplementem účinně lýzovány.
Přecitlivělost
Základní dělení:
- časná přecitlivělost, iniciovaná vazbou Ab na Ag
- oddálená přecitlivělost, buňkami zprostředkovaná, iniciovaná TH buňkami.
Na základě diferencí efektorových molekulách se hypersenzitivní reakce dělí na 4 typy.(Obr. 6)..
Typ I - hypersenzitivita zprostředkovaná IgE protilátkam: (Obr.7)
Je indukována určitými typy Ag, označovanými jako alergeny. Alergen indukuje vznik paměových a plazmatických buněk sekretujících IgE obvyklým způsobem. IgE Ab se váží s vysokou afinitou na Fc receptory na povrchu tkáňových žírných buněk a krevních basofilů a tím je senzibilizují. Přemostění IgE molekul vázaných na membránu vede k degranulaci těchto buněk a k uvolnění farmakologicky aktivních mediátorů. Základní účinek těchto látek - vazodilatace a kontrakce hladkých svalů - může být systémový nebo lokalizovaný.
Následky těchto reakcí mohou být systémová anafylaxe, astma, senná rýma nebo ekzém.
Systémová anafylaxe:
Je šokový a často fatální stav, který nastává během minut po podání alergenu.
Anafylaxe - z řečtiny ana = proti, phylaxis ochrana.
Modelem pro studium anafylaxe je morče. Aktivní senzibilizace se dosáhne jednou injekcí cizího proteinu (vaječného albuminu). Po inkubaci asi 2 týdny se zvířeti podá intravenózně tentýž Ag. Během jedné minuty začne být zvíře neklidné, obtížně dýchá, klesne mu krevní tlak. Díky kontrakci hladkých svalů trávicího a vylučovacího ústroji intenzivně vylučuje. Za 2-4 min. po podání Ag hyne udušením díky stažení bronchiolů. Příčinou je systémová vazodilatace a kontrakce hladkých svalů způsobená uvolněnými mediátory. U lidí mohou tyto reakce vyvolat látky obsažené ve včelím, vosím či mravenčím žihadle, některé léky (penicilin), antitoxiny nebo mořské ryby.
Lokalizovaná anafylaxe:
Je omezená na cílovou tkáň nebo orgán v místě vstupu alergenu. Tendence k lokalizovaným anafylaktickým reakcím je dědičná a nazývá se atopie. Nejčastějším projevem lokální anafylaxe je alergická rýma zvaná senná rýma. Je výsledkem reakce vzdušných alergenů se senzibilizovanými žírnými buňkami ve spojivce a nosní sliznici. Uvolněné mediátory působí lokalizovanou vazodilataci a zvýšenou kapilární propustnost. Příznaky jsou exudát ze spojivky a nosní sliznice, kýchání a kašlání. Při astmatu je anafylaktická reakce lokalizovaná v dolním respiračním traktu. Stažení bronchů působí dýchací obtíže (sípáni). Některé alergeny z potravy mohou také vyvolat lokalizovanou anafylaxi projevující se zvracením a průjmem. Jiným projevem je atopická kopřivka, když je alergen z potravy přiveden ke kožním žírným buňkám.
Mediátory uvolňované během hypersenzitivní reakce typu I často indukují lokální zánětlivou reakci nazvanou reakce pozdní fáze. Začíná se vyvíjet za 4-6 hod po časné reakci a trvá 1-2 dny. Reakce je chrakterizována infiltraci buněk, z nichž nejdůležitější jsou eosinofily. Degranulující žírné buňky totiž uvolňují chemotaktický faktor pro eosinofily. Eosinofily mají receptor pro IgG a IgE a váží komplexy Ab-alergen, což vede k jejich degranulaci a uvolnění řady mediátorů zánětu.
Alergeny:
Většina lidí produkuje IgE protilátky jako obranu proti parazitickým infekcím. Atopické osoby však mají defekt v regulaci IgE odpovědi, což umožňuje neparazitickým alergenům stimulovat hypersenzitivní reakce typu I.
Reaginové protilátky (IgE):
Přenos hypersenzitivity sérovými Ab byl prokázán už v roce 1921 Prausnitzem a Kustnerem (P-K kožní reakce).
Hladina sérového IgE u normálních lidí je asi 0,1-0,4 ug/ml, ani u těžkých alergiků nepřesahuje 1 g/ml. Až objevení IgE myelomu umožnilo stanovit jeho m.h. na 190 000 ~.IgG má 150 000) a přítomnost 4. domény v konstantní oblasti těžkých řetězců.
Cílovými buňkami pro IgE jsou žírné buňky přítomné v pojivové tkáni zvláště blízko krevních a lymfatických cév, v kůži a sliznicích a basofily, tvořící 0,5-1% cirkulujících bílých krvinek.
Fc receptory pro IgE:
FcRI je vysoce afinní receptor specifický pro CH2 doménu IgE. Je na povrchM basofílů a žírných buněk. (Obr.8)
B buňky‚ makrofágy a eosinofily exprimují FcRII s menší afinitou, specifický pro CH3 doménu IgE.
FcRI obsahuje 4 polypeptidické řetězce, z nichž jeden má doménovou strukturu podobnou imunoglobulinům, další dva řetězce vykazují homologii s CD molekulou a mohou být zahrnuty v přenosu signálu o vazbě alergenu do buňky.
Mechanismus degranulace zprostředkované IgE:
Degranulace začíná přemostěním IgE molekul vázaných na receptory alergenem. Podobný efekt mají i protilátky proti samotným receptorům. Během 15 sec, po přemostěni dochází k metylaci membránových fosfolipidů. Dochází ke vzniku a akumulaci fosfatidylcholinu, což zvyšuje tekutost membrány a umožňuje vznik kanálů pro Ca2+ ionty. Příjem Ca2+ dosahuje maxima 2 min. po přemostění receptorů a aktivuje fosfolipázu; která štěpí fosfatidylchó1in na arachidonovou kyselinu, která je důležitým prekurzorem dvou skupin mediátorů, prostaglandinů a leukotrienů. Současně dochází k přechodnému zvýšení adenylát cyklázové aktivity vázané na membránu, což vede k prudkému nárůstu cAMP. Ten se uplatňuje prostřednistvím aktivace cAMP dependentních proteinových kináz. Ty fosforyluji membránové proteiny granul a mění jejich propustnost, čímž přispívají k jejich fůzi s plazmatickou membránou a uvolnění mediátorů z granul.
Mediátory reakcí typu I:
Děli se na primární a sekundární.
Primární mediátory jsou přítomné v granulech a zahrnují histamin, proteázy,chemotaktický faktor pro eosinofily a heparin.
Sekundární mediátory jsou syntetizovány po aktivaci cílových buněk a jsou uvolňovány během degranulačního procesu. Zahrnují faktor aktivující destičky, leukotrieny a prostoglandiny.
Histamin:
Je hlavní složkou granul žírných buněk. Jeho biologický Účinek je pozorován během minut po degranulaci. Váže se a dva typy receptorů. Vazba na H1 indukuje kontrakci hladkých svalů a zvyšuje propustnost cév a sekreci hlenu. Vazba na H2 receptory zvyšuje vazopermeabilitu a dilataci a stimuluje exokrinní žlázy.
Leukotrieny:
Jejích efekt je výraznější než u histaminu a déle trvá. l000X Účinněji vyvolávají stažení bronchů ve srovnání s histaminem.
Leukotrieny zřejmě způsobují dlouhodobé bronchoepasmy u astmatiků.
Regulace hypersenzitivní odovědi typu I:
Tento typ přecitlivělosti je ovlivňován dědičnosti. U obou alergických rodičů je 50% šance, že dítě bude alergik, když je alergický jeden z rodičů je tato možnost 30%.
Nízké opakovaně dávky vhodného Ag indukují perzistentní igE odpově, vyšší dávky vedou k přesmyku na IgG. Produkce IgE je podporována TH2 subpopulací prostřednictvím IL-4. Naopak IFN snižuje tvorbu IgE. Produkce IgE je regulována těž faktory vázajícími IgEmolekuly. Tyto faktory jsou produkovány T buňkami a jejich supresivní nebo potenciační Účinek je determinován jejich glykosylací.
Detekce hypersenzítivity typu 1:
Nejčastěji se užívají kožní testy, kdy se malé množství alergenu píchne přímo do kůže, nebo se použije skarifikace. Alergická reakce se projeví zarudnutím v místě vpichu během 30 min. U některých jedinců následuje reakce pozdní fáze vyvolaná poškozením tkáně obsahem eosinofilních granul.
Jinou metodou je určení celkových IgE protilátek radioimunosorbentním testem (RIST). Tato technika umožňuje prokázat nanogramová množství IgE. Pacientovo sérum se přidá k agarózovým kuličkám nebo papírovým diskům s navázaným králičím anti-IgE. Po promytí je přidáno totéž antisérum značené 125I. Promyté kuličky nebo disky se pak měří v gama počítači. (Obr.9 )
V podobném radioalergosorbentním testu (RAST) je na kuličky nebo disky navázán alergen, takže se stanovuje specifický IgE.
Léčba přecitlivělosti typu I:
Imunoterapie zvyšujícími se dávkami alergenu může způsobit přesmyk na IgG, které jsou pak produkovány jako blokující protilátky, soutěžící o alergen s IgE.
Antihistaminika se váží na histaminové receptory a blokuji vazbu histaminu.
Protilátkami zprostředkovaná cytotoxická hypersenzítivita (typ II):
Zahrnuje protilátkami zprostředkovanou destrukci buněk. Provází krevní transfuze, při kterých hostitelovy Ab reagují s Ag na inkompatibilních krvinkách. Efektorovými mechanísmy jsou komplement, ADCC, eventuelně opsonizace cizích krvinek a jejich fagocytóza.
Hemolytická anemie může být někdy způsobena vazbou některých antibiotik na červené krvinky. Tato antibiotika pak funguji jako hapteny a protilátky, které se proti nim tvoří indukují lýzu krvinek komplementem.
Přecitlivělost zprostředkovaná imunními komplexy (typ III):
Ačkoli tvorba imunních komplexů většinou usnadňuje elminaci Ag ‚ v některých případech může velké množství imunních komplexů vést k poškození tkání.
Lokální ukládáni komplexů blízko místa vstupu Ag vyvolá Arthusovu reakci (Obr.10) pokud jsou komplexy tvořeny v krvi, dochází k poškození tkáně, ve které se ukládají. Hypersenzitivní reakce typu III. Se vyvíjí, když imunitní komplexy aktivují komplement. Fragmenty složek C C3a,C4a a C5a jsou anafylatoxiny, které působí lokální degranulaci žírných buněk a následné zvýšení propustnosti cév . Kromě toho působí jako chemotektické faktory pro neutrofily.Poškození tkáně je pak výsledkem působení lytických enzymů uvolněných neutrofily.
Injekce Ag do kůže zvířat s vysokým titrem Ab vyvolá lokální tvorbu imunitních komplexů a akutní Arthusovu reakci. Reakce je charakteristická vysokým obsahem neutrofilů, akumulací tekutin (otok) a červených krvinek (erytém). Arthusova reakce se někdy vyvijí u přecitlivělých osob po štípnutí bodavým hmyzem.
Po intravenozním podání velkého kvanta Ag se tvoří malé komplexy, které se obtížně fagocytovatelné. Ty mohou způsobit poškození tkání reakcí typu III. Za dny až týdny se u pacientů vyvine sérová nemoc s příznaky teploty, slabosti, vyrážky, zvětšení lymfatických uzlin, bolesti kloubů a někdy se zánětem ledvin.
Hypersenzitivita zprostředkovaná TDTH buňkami (typ IV):
Vyvíjí se v případě, že likvidace Ag patogena není dostatečně účinná a vede k chronické DTH reakci s nadbytkem makrofágů a kontinuálním uvolňováním lysozomálních enzymů a následnou destrukcí tkáně. Granulomatosní kožní reakce doprovázející lepru a plicn íkavitace jsou charakteristické pro tuberkulózu.
Řada kontaktních dermatitid ( na formaldehyd, nikl, terpentýn a různé kosmetické prostředky) je zprostředkována TDTH buňkami.
- -
|