ÖSSZEFOGLALÓ KÖZLEMÉNY
A komplementrendszer szerepe az elsődleges felismerési mechanizmusokban és az immunválasz szabályozásában
Erdei Anna
 
 
 
 

DR. ERDEI ANNA (levelező szerző), Eötvös Loránd Tudományegyetem, Immunológiai Tanszék,
1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/C. Telefon: (1) 381-2175, fax: 1) 381-2176, e-mail: anna.erdei@freemail.hu

Magyar Immunol/Hun Immunol 2003;2 (4): 33-38.

Érkezett: 2003. augusztus 12.
Elfogadva: 2003. augusztus 15.



ÖSSZEFOGLALÁS

Régóta ismert a vérben és a különböző testnedvekben testszerte jelen lévő komplementrendszer "végrehajtószerepe", a különböző patogén mikrobákat elpusztító képessége. Az is köztudott, hogy egyes komplementkomponensek az idegen anyag fagocitózisát opszoninként segítik. Az utóbbi évek eredményei alapján mára nyilvánvalóvá vált, hogy e fontos funkciók mellett egyes komplementfaktorok részt vesznek az adaptív immunválasz megindításában és szabályozásában is, továbbá döntő szerepet játszanak a veleszületett és az adaptív immunrendszer közötti kölcsönhatások kialakításában. E folyamatok során a komplementrendszer egyes fehérjéi felismerik a nem saját struktúrát, illetve megkülönböztetik azt a test egyéb alkotóelemeitől/sejtjeitől. Ez a lépés indítja el az egyébként inaktív állapotú komponenseknek azt a láncszerű reakcióját, amelynek során számos biológiailag aktív, az immunrendszer működésének szabályozásában részt vevő molekula keletkezik.

komplementaktiválás, MBL, C1q, C3, komplementreceptorok, lymphocytaaktiválás


Régóta ismert, hogy az immunrendszer működése során az aktiválódó komplementkaszkád az egyik leghatékonyabb effektorrendszer, amely elősegíti a különböző kórokozók, testidegen anyagok elpusztítását, eltávolítását. Érdemes megjegyezni, hogy e kutatásokban Fodor József (1843-1901) úttörő szerepet játszott. Ez a több mint 30 komponensből álló rendszer enzimeket, szabályozómolekulákat - köztük különböző sejtmembránfehérjéket és receptorokat - egyaránt magában foglal. A szérumban és a különböző testnedvekben jelen lévő komplementfehérjéket elsősorban a hepatocyták termelik, de a komplementkomponensek fontos forrásai a monocyták/macrophagok, valamint az endothelsejtek is; ezek elsősorban a lokális immunfolyamatokban játszanak fontos szerepet. A különböző anyagok - kórokozók, antigének, különböző nem saját struktúrák - hatására aktiválódó kaszkádrendszer működése során számos biológiailag aktív fragmentum keletkezik, közülük elsősorban a legnagyobb koncentrációban jelen lévő harmadik komponensből (C3) származó C3a-, C3b-, iC3b- és C3d-molekulák, a C1q-alegység, továbbá a C4a- és a C5a-peptidek játszanak fontos szerepet a különböző immunfolyamatokban.

Korábban azt gondolták, hogy a komplementrendszer csupán a nagy fajlagosságú adaptív immunrendszer működését segítő funkciót tölt be. Főként az utóbbi 10-15 év eredményei alapján azonban mára nyilvánvaló, hogy ennél jóval több a komplementkomponensek szerepe. Így ismert, hogy a komplementrendszer a veleszületett vagy természetes immunitás elengedhetetlen részét jelentik, mivel képesek a szervezetbe jutó idegen anyagot vagy káros mikrobát azonnal felismerni és eliminálni. Bizonyított továbbá az is, hogy a "végrehajtó" szerep mellett egyes komponensek döntő szerepet játszanak a veleszületett és az adaptív immunrendszer közötti kölcsönhatások kialakításában, valamint részt vesznek immunfolyamatok megindításában és szabályozásában is.
 

A komplementrendszer aktiválódása
 

1. ábra. A komplementrendszer aktiválódási útjai.
MAC: membránkárosító komplex, MASP: mannózkötő lektinhez kapcsolt szerin-proteáz, MBL: mannózkötő lektin

 

A komplementrendszer háromféleképpen aktiválódhat: a klasszikus, a lektinfüggő és az alternatív úton, ezek az utak a reakció központi szakaszában - a C3-molekula aktiválódásával - egyesülnek (1. ábra). Ez azt jelenti, hogy bármely módon indul is be a kaszkád, az előbb említett aktív fragmentumok (számos más termékkel együtt) minden esetben felszabadulnak, és a végső fázisban mindegyik út elvezethet a membránkárosító komplex (MAC) kialakulásához. Mivel ez az enzimatikus kaszkádrendszer több pontban is felerősödhet, fontos, hogy a folyamat szigorú szabályozás alatt álljon. Ezt számos gátló- és szabályozófehérje biztosítja; ezek a fehérjék egyrészt a vérben és a testnedvekben, másrészt a magasabb rendű fajok magvas sejtjeinek membránján vannak jelen.

Fontos kiemelni, hogy normális körülmények között a komplementrendszer nyugvó állapotban van a szervezetben; az aktiváció csak akkor indul el, ha a szervezetbe jutó idegen anyagot bizonyos komplementfehérjék felismerik - ellenkező esetben ugyanis a szervezet saját struktúrái eshetnének a pusztító mechanizmusok áldozatául.
 

A felismerésben szerepet játszó molekulák

Az evolúció során legkorábban az alternatív és a lektinfüggő út alakult ki, ezek ellenanyag jelenléte nélkül - vagyis az adaptív immunrendszer hiányában - is képesek a nem saját anyagokat, a káros mikrobákat felismerni és elpusztítani (1). Ezek a nem csupán a gerincesekben, hanem az alacsonyabb rendű fajokban - például az előgerinchúros állatokban - is működő fontos, azonnali védelmet nyújtó mechanizmusok tehát a veleszületett immunrendszer részét képezik. A klasszikus út az adaptív immunválasz létrejöttével (vagyis a gerincesek kialakulásával) jelent meg; aktivációját elsősorban az immunkomplexben lévő ellenanyag-molekulák váltják ki.
 

Klasszikus út

A legkorábban megismert út a három alegységből (C1q, C1r, C1s) álló C1-molekula komplex aktivációjával indul el azáltal, hogy a C1q-alegység felismeri az antigénnel komplexet alkotó ellenanyag-molekula Fc-részét. Ebben a folyamatban fontos szerepet játszik a C1q-molekula különleges szerkezete. A hat globuláris, úgynevezett feji rész és az azokhoz kapcsolódó, kollagénszerű helicalis szárak jellegzetes, tulipáncsokorra emlékeztető komplexet alkotnak (2. ábra). A globuláris rész ismeri fel az Ig-molekula Fc-részét; ha legalább két feji rész kötődik két Fc-szakaszhoz, akkor a térszerkezeti változások következtében aktiválódnak a C1-molekula komplex C1r- és C1s-alegységei (2). Ezzel veszi kezdetét a komplementrendszer aktivációja a klasszikus úton. Mivel az antigénhez kötődő IgM-molekula esetében a pentamerszerkezet következtében egyetlen molekula is biztosítja a két- vagy több pontos kapcsolatot, ezért ez az Ig izotípus különösen hatékony komplementaktiváló ellenanyag.

Újabb eredmények szerint a C1q és a következő alfejezetben említendő mannózkötő lektin (mannose binding lectin, MBL) fontos szerepet játszik az apoptotikus sejtek és a sejttörmelék felismerésében és eliminálásában is, a phagocytasejteken megjelenő CD91/kalretikulin molekulák részvételével (3). Ebben az esetben is a globuláris rész vesz részt a felismerésben, az aktiválódó C1 elindítja a kaszkádot; ugyanekkor a C1q-alegység kollagénrésze macrophagokhoz kötődve elősegítheti az elpusztult sejtek bekebelezését, eltakarítását.

A klasszikus utat az immunkomplexek mellett a C1q megkötésére képes akutfázis-fehérjék közé tartozó pentraxinok is aktiválják, így a SAP (szérumamiloid P), a CRP (C-reaktív protein) és a PTX3 (pentraxin 3). Ez a folyamat feltehetően szintén az apoptotikus sejtek eliminálásában, így az autoimmun folyamatok kialakulásának megakadályozásában jelentős (4).
 

A lektinfüggő út

A legújabban leírt lektinfüggő utat olyan oligomer fehérjekomplexek indítják el, amelyek a patogének mintázatát, az úgynevezett PAMP-ot (pathogen associated molecular patterns) ismerik fel. Ezek közé tartozik az elsőként azonosított MBL- (mannózkötő lektin-) molekula, valamint a fikolinok (2. ábra). Ezek a szérumfehérjék különböző szénhidrát-felismerő doméneket (CRD, carbohydrate recognition domain) tartalmaznak; az MBL C típusú lektindomént, a fikolinek fibrinogénszerű domént. A fertőző ágenssel való reakciót követően ezek a molekulák indítják el a lektinfüggő út aktiválódását, a MASP-2 (mannose-binding lectin associated serine protease 2) szerin-proteáz részvételével (5).
 

2. ábra. A C1q, a mannózkötő lektin (MBL) és a fikolin szerkezete.
MASP: mannózkötő lektinhez kapcsolt szerin-proteáz

 

Az MBL-molekula a C1q-hoz hasonlóan kollagénszerű szárakat tartalmaz (2. ábra); lényeges különbség azonban, hogy a felismerő struktúra nem globuláris, hanem szénhidrát-felismerő domén; ez a cukormolekulák megfelelő elrendeződésben lévő szerkezeti egységeit (3-as, 4-es OH-csoportokat) ismeri fel (6). Így a mannózkötő lektin elsődleges liganduma a mannóz és az N-acetil-glukózamin (GlcNAc), ami számos baktérium, gomba és vírus külső burkában megtalálható. A gazdaszervezet struktúrái nem aktiválják ezt az utat, mivel az emlősök glikoproteinjeire jellemző sziálsav és a galaktóz nem rendelkezik ilyen térszerkezettel, ezért nem kötődnek az MBL-hez. Az MBL három polipeptidláncból feltekeredő alegysége különböző méretű oligomereket alkothat, így ez a szérumfehérje előfordulhat trimer, tetramer, hexamer stb. formában is.

A mannózkötő lektin fontos szerepet játszik a kórokozók azonnali felismerésében. Számos klinikai tapasztalat bizonyítja, hogy e molekula hiányában, illetve alacsony szintje esetén jelentősen fokozódik a különböző kórokozókkal szembeni érzékenység (7). Az egyes egyedek szérumának MBL-mennyisége között nagy eltérések fordulhatnak elő; a koncentrációbeli különbség akár ezerszeres is lehet. A fenotípus szerint megkülönböztethető alacsony, közepes és magas szint.

A legújabban leírt fikolinok szintén tartalmaznak kollagénszárakat, azonban a szénhidrát-felismerésben - elsősorban a GlcNAc felismerésében - fibrinogéndomének játszanak szerepet. A fikolinek két típusa - H- és L-fikolin - szintén a MASP-2 révén képes aktiválni a lektindependens utat (5). E molekula szerepének tisztázása folyamatban van.
 

Alternatív út
 

3. ábra. A C3 aktiválódása, a kovalensen kötött C3b fragmentálódása.

 

Régóta ismert, hogy a C3-molekulák kis hányadának spontán aktiválódása/hidrolízise az egészséges szervezetekben is folyamatosan zajlik. Ez az úgynevezett "tick-over" mechanizmus azt eredményezi, hogy a C3-molekula az ilyenkor feltáruló tioészterhíd révén kovalensen kötődik hidroxil- és amino-csoportokhoz (3. ábra) (8). Ilyen nukleofil gyökök nemcsak az idegen, hanem a saját struktúrák felszínén (a fehérjék, szénhidrátok oldalláncain) is jelen vannak, tehát nincs különbség a saját és a nem saját struktúrák "spontán" C3b-kötő képessége között. Mivel a kovalensen kötődő C3b a kaszkádot erősítő alternatív út C3-konvertáz enzimjének a magját képezi, fontos, hogy a gazdaszervezet sejtjeit gátló mechanizmusok védjék az autológ komplementrendszer aktiválódása ellen. Ezt biztosítják a minden magvas sejten megjelenő szabályozómolekulák (például CD35, CD46, CD59 , DAF, MCP); ezek gátolják a kaszkád továbbfutását, a folyamat felerősítését (9). Egyre több adat bizonyítja a "fiziológiásan opszonizált", vagyis C3-fragmentumokat hordozó saját sejtek szerepét a különböző immunfolyamatokban, például a macrophagok, B-lymphocyták esetében az antigénbemutatás hatékonyságának fokozásában, valamint a T-sejtek funkcióiban (10, 11).

Mivel a C3b saját és nem saját struktúrákhoz egyaránt kötődhet kovalensen, az idegen anyag megkülönböztetése a következő lépésekben, vagyis a kaszkád felerősítésében, illetve az egyes gátlómechanizmusok beindulásában keresendő. Az úgynevezett nem aktiváló felszíneken/sejteken egyrészt a korábban említett szabályozómolekulák állítják le a folyamatot, másrészt pedig a szérumban jelen lévő H-regulátor fehérje és az I-enzim inaktiválja a C3b-t - azaz iC3b-vé hasítja -, így gátolva a kaszkád továbbvitelét. Ez utóbbi folyamatban a sziálsav jelenlétének, illetve hiányának szerepét is bizonyították. Mivel ezek a gátlómechanizmusok autológ rendszerben működnek, főként a saját sejtek/szövetek integritásának védelmét biztosítják. A szervezetbe jutó idegen anyagok - köztük például a kórokozó mikrobák - általában sziálsavban szegények, "aktiváló" felszínként nem tartalmaznak szabályozómolekulákat, ezért az ezek felszínére kötődő C3b hatékonyan képes beindítani az alternatív utat (9). Meg kell említeni ugyanakkor azt is, hogy számos patogén éppen a szabályozásban részt vevő molekulák kifejeződése - a molekuláris mimikri - révén menekül meg a gazdaszervezet által való pusztítástól; más esetekben pedig receptorként használja a sejtekbe való bejutáshoz (például az MCP a kanyaróvírus és herpeszvírus 6 receptora is egyben).

Fontos hangsúlyozni, hogy ez az aktiváció ellenanyag-molekulák jelenléte nélkül indul el, tehát a komplementrendszer alternatív módon induló aktiválódása szintén az azonnali védelmet biztosító természetes immunrendszer része. Ugyanakkor kiemelendő, hogy ez az út egyben erősítést jelent akkor is, amikor a klasszikus úton indul el az aktiváció (feed-back mechanizmus) (1. ábra).
 

Az adaptív válasz szabályozása

Bár az antiszérumok hatását "kiegészítő" komplementrendszernek a mikrobák lízisét okozó szerepe mintegy száz éve ismert, az utóbbi évtizedben nyilvánvalóvá vált az is, hogy az egyes komponensek, illetve azok receptorai fontos szerepet játszanak az immunhomeosztázis fenntartásában, így az adaptív immunválasz elindításában, szabályozásában és a gyulladási folyamatok során.

Függetlenül attól, hogy melyik úton indul el a kaszkád, az aktiváció során számos biológiailag aktív komplementfragmentum keletkezik. Ezek közül néhány molekula jelentősen befolyásolhatja a különböző antigénekre adott immunválaszt. Az aktivációs termékek a különböző sejtféleségen - köztük lymphocytákon, macrophagokon, endothelsejteken - kifejeződő komplementreceptorok közvetítésével indirekt vagy direkt módon befolyásolhatják az immunreakciókat. Jól ismert például a C3-fragmentumok hatása a monocyták/macrophagok általi gyulladási citokinek termelésére, vagy az IL-12 termelésének gátlására (12-14).
 

A harmadik komplementkomponens hatása a lymphocyták funkcióira

B-sejt-aktiváció

A közvetlen hatást tekintve a legtöbb vizsgálat a B-lymphocyták aktivációjával, ellenanyag-termelő sejtté érésével kapcsolatos. Számos csoport bizonyította a 2-es típusú komplementreceptor (CR2, CD21, EBV-receptor) fontos szerepét a B-sejt-receptor (BCR) koreceptor-komplexében (amely még CD19-et és TAPA-molekulát tartalmaz), humán és egérrendszerben egyaránt. Ismert, hogy a C3-fragmentumokkal (elsősorban C3d-vel) opszonizált antigén a B-sejt-receptort és a CR2-t tartalmazó trimolekuláris komplex keresztkötése által jelentősen fokozza a B-lymphocyták aktivációját (15). Ezért nevezték el a C3d-t molekuláris adjuvánsnak. Ismert az is, hogy a CR2 közreműködésével fokozható az B-sejtek antigénfelvétele és az adott antigénre specifikus B-sejtek aktivációja is. Lényeges különbség, hogy embernél a CR1- (CD35) és a CR2- (CD21) receptorokat két különböző gén kódolja, ellentétben az egérrel, ahol mindkét molekula egyetlen gén alternatív illeszkedés (splicing) útján keletkező terméke. Ezért e két C3-receptor szerepe egérben azonos, az emberi B-sejtek esetében viszont eltérő; saját eredményeink is azt bizonyítják, hogy a CR1 - ellentétben a CR2-vel - gátló hatású az aktivációra (16). A közvetlen kölcsönhatásokat tekintve régóta ismert, hogy úgy a T-independens, mint a T-dependens antigénekre adott ellenanyagválasz során szükség van a jól működő komplementrendszerre, főként kisebb antigéndózisok esetében. Nemrégen a Streptococcus G esetében mutatták ki, hogy a hatékony immunválasz kialakulásához (izotípusváltás, memória létrejötte) elengedhetetlenül szükséges az antigén C3-függő eljutása a marginális zóna B-sejtjeihez és a follicularis dendritikus sejtekhez (FDC)17. Bizonyították a marginális zóna macrophagjain megjelenő C3-receptorok (CR3, CR4) részvételét a VSV-specifikus ellenanyag termelése során is, valamint a marginális zóna B-sejtjeinek elengedhetetlen szerepét e folyamatban (18).

Egerekkel végzett kísérletek eredményei bizonyítják, hogy a CR1/2-receptorok szerepet játszanak a B-sejt-repertoár kialakulásában is. A receptorhiányos állatokban ugyanis a B1-alpopuláció méretének és a természetes ellenanyagok szintjének jelentős csökkenését találták; ez arra utal, hogy a CR1/2 a B-sejtek klonális szelekciójának folyamatában is részt vesz (19, 20).

T-sejt-aktiváció

Egyre több adat utal arra, hogy a komplementrendszer a T-sejtek válaszát is befolyásolja. Legújabban C3-hiányos egereket alkalmazva, az LCMV hatását vizsgálva kimutatták, hogy a vírusspecifikus CD8+ T-sejtek kialakulásához feltétlenül szükséges a C3 jelenléte (21).

Számos adat bizonyítja, hogy a T-sejteken is megjelenhetnek CR1-, illetve CR2-receptorok. Így például kimutatták, hogy a humán T-sejtekhez is kötődik az EBV (22), továbbá egerek esetében munkacsoportunk is bizonyította, hogy az aktivált T-sejteken megjelenik a CR1/2 és szerepet játszik az antigénbemutatás folyamatában, az antigénspecifikus T-sejtek aktiválódásának fokozásában (23). Mivel a T-sejteken nem fejeződik ki a jelátvitelben fontos CD19 molekula, továbbá a CR2 önmagában nem képes jelátvitelre, feltehetőleg ezeken a sejteken egyéb járulékos molekulákkal aszszociálódik ez a komplementreceptor. Nemrég az úgynevezett szabályozó C3-receptorok - köztük elsősorban a C3b-vel reagáló CD46 molekula szerepét bizonyították a T-sejtek aktivációja során - kimutatták, hogy a CD3-mal való keresztkötése IL-10-szekréciót eredményez (24).

IRODALOM

  1. Nonaka M. Evolution of the complement system. Curr Opin Immunol 2001;13:69-73.
  2. Reid KBM et al. Complement component C1 and the collectins-first-line defence molecules in innate and acquired immunity. TRENDS in Immunol 2002;23:115-7.
  3. Nauta AJ et al. Direct binding of C1q to apoptotic cells and cell blebs induces complement activation. Eur J Immunol 2002;32:1726-36.
  4. Nauta AJ et al. Recognition and clearance of apoptotic cells: a role for complement and pentraxins. TRENDS in Immunol 2003;24:148-54.
  5. Fujita T. Evolution of the lectin-complement pathway and its role in innate immunity. Nat Reviews 2002;2:346-53.
  6. Ezekowitz RA. Role of the mannose-binding lectin in innate immunity. The Journal of Infectious Disease 2003;187(Suppl 2):S335-9.
  7. Super M et al. Association of low levels of mannan-binding protein with a common defect of opsonisation. Lancet 1989;25:1236-9.
  8. Law A, Dodds A. The internal thioester and the covalent binding properties of the complement proteins C3 and C4. Protein Science 1997;6:263.
  9. Farries TC, Atkinson JP. Evolution of the complement system. 1991;12(9):295-300.
  10. Kerekes K et al. A further link between innate and adaptive immunity: C3 deposition on antigen presenting cells enhances the proliferation of antigen-specific T cells. J Leukoc Biol 2001;69:69-74.
  11. Pratt JR et al. Local synthesis of complement component C3 regulates acute renal transplant rejection. Nat Med 2002;6:582-7.
  12. Yoshida Y et al. Monocyte induction of IL-10 and down-regulation of IL-12 by iC3b deposited in ultraviolet-exposed human skin. J Immunol 1998;161:5873-9.
  13. D'Addario M et al. Binding of the Epstein-Barr virus major envelope glycoprotein gp350 results in the upregulation of the TNF-a gene expression in monocytic cells via NF-kappaB involving PKC, PI3-K and tyrosine kinases. J Mol Biol 2000;298:765-78.
  14. Marth T, Kelsall BL. Regulation of IL-12 by complement receptor 3 signaling. J Exp Med 1997;185:1987-95.
  15. Dempsey PW et al. C3d of complement as a molecular adjuvant: bridging innate and acquired immunity. Science 1996;271:348-50.
  16. Józsi M et al. Complement receptor type 1 (CR1, CD35) mediates inhibitory signals in human B lymphocytes. J Immunol 2002;168:2782-8.
  17. Pozdnyakova O et al. Impaired antibody response to group B streptococcal type III capsular polysaccharide in C3- and complement receptor 2-deficient mice. J Immunol 2003;170:84-90.
  18. Ochsenbein AF et al. Protective T cell-independent antiviral antibody responses are dependent on complement. J Exp Med 1999;190:1165-74.
  19. Ahearn JM, Fischer MB, Croix D, Goerg S, Ma M, Xia J et al. Disruption of the Cr2 locus results in a reduction in B-la cells and in an impaired B cell response to T-dependent antigen. Immunity 1996;4:251-62.
  20. Fleming SD et al. Mice deficient in complement receptors 1 and 2 lack a tissue injury-inducing subset of the natural antibody repertoire. J Immunol 2002;169:2126-33.
  21. Suresh M et al. Complement component 3 is required for optimal expansion of CD8 T cells during a systemic viral infection. J Immunol 2003;170:788-94.
  22. Tsoukas CD, Lambris JD. Expression of EBV/C3d receptors on T cells: biological significance. Immunol Today 1994;14:56-9.
  23. Kerekes K et al. Adjuvant effect of g-inulin is mediated by C3-fragments deposited on antigen presenting cells. Int Immunol 1998;10:1923-30.
  24. Kemper C et al. Activation of human CD4+ cells with CD3 and CD46 induces a T-regulatory cell 1 phenotype. Nature 2003;421:388-92.


The role of the complement system in the primary recognition processes and in the regulation of adaptive responses

It is known for long that the complement system present in blood and other body fluids is able to kill pathogenic microbes as a result of activation. It is also well-known that certain complement components enhance phagocytosis by opsonizing foreign substances. In addition to these roles, recent experimental results point to novel functions of certain complement proteins/receptors, namely to their contribution to the development and regulation of the adaptive response and their capacity to influence the interaction between the innate and the adaptive immune systems. During these processes certain proteins of the complement system recognise non-self structures and distinguish them from the body's own constituents/cells. This step initiates the activation of the cascade generating several biologically active molecules, which then regulate various immune reactions.

Magy Immunol/Hun Immunol 2003;2(4):33-38.

Correspondence: DR. ERDEI ANNA, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Immunológiai Tanszék,
1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/C. Telefon: (1) 381-2175, fax: 1) 381-2176, e-mail: anna.erdei@freemail.hu
  
complement activation, MBL, C1q, C3, complement receptors, lymphocyte activation