Система комплемента (или алексин) была идентифицирована более 100 лет назад Jules Bordet, названная так за ее способность «дополнять» роль термостабильных антител в защите организма и лизисе бактерий [1].
Система комплемента относится к факторам врожденного иммунитета и играет важную роль в сохранении гомеостаза и развитии нормальной беременности от момента зачатия до родов [2].
Согласно опубликованным результатам исследований, неконтролируемая активация комплемента во время беременности может приводить к таким осложнениям, как самопроизвольный выкидыш, преэклампсия, преждевременные роды [2–5].
Система комплемента состоит из более чем 30 растворимых в плазме и связанных с мембраной белков, которые действуют по принципу «ферментативного каскада» с последовательной активацией компонентов в ответ на наличие какого-либо антигена (чужеродного или аутоантигена).
Основные функции системы комплемента – это опсонизация (адгезия к поверхности микроорганизмов и рецепторам иммунных комплексов для облегчения фагоцитоза), участие в воспалительных реакциях (анафилатоксины), цитотоксическая функция (элиминация патогена путем перфорации и цитолиза клеток).
Взаимодействие белков комплемента происходит в виде биохимических реакций. Регуляция их действия осуществляется путем первичного распознавания различных молекулярных паттернов. Далее происходит активация белков-детекторов и запускается каскад протеолитических реакций, которые многократно усиливают даже самый слабый первичный сигнал. Вырабатываются миллионы фрагментов белков системы комплемента. И в конце каскада происходит сборка мембран-атакующего комплекса (МАК), который лизирует патоген. Процессы регулируются группой белков-регуляторов (regulators of complement activity – RCA), которые ингибируют силу иммунного ответа.
Считается, что в физиологических условиях имеет место устойчивое состояние активации системы комплемента. Известно три пути его активации – быстрый классический и более медленные, альтернативный и лектиновый. Ключевое событие для всех трех путей – образование С3-конвертазы с дальнейшим сходным каскадом и формированием комплекса С5b-9 (МАК).
Классический путь активации комплемента индуцируется в основном иммуноглобулинами (IgG и IgM), входящими в комплексы антиген-антитело, вследствие чего является главным путем активации гуморального адаптивного иммунного ответа. В роли индуктора могут выступать также ДНК, апоптотические клетки, инфекционные агенты, С-реактивный белок, ß-амилоид и др.
Активация начинается вследствие прикрепления С1q субъединицы С1 к Fc-рецептору иммуноглобулинов (обычно IgG1 и IgМ, фиксированных на поверхности патогена) с образованием фермента С1-эстеразы, а далее идет каскадная последовательная активация С4-С2-СЗ-С5-С6-С7-С8-С9.
Особенно важен компонент СЗ, рецепторы к которому имеются на всех клетках. Конвертаза классического пути (комплекс С4в/С2в) расщепляет СЗ на СЗа и СЗв. C3a, С4а и C5a являются мощными анафилатоксинами, оказывают провоспалительное действие, опосредуют реакции гиперчувствительности немедленного типа, увеличивают проницаемость сосудов микроциркуляции, вызывают вазоконстрикцию.
Образование С3b – ключевое звено как для классического, так и для альтернативного и лектинового путей активации, после которого следует формирование С5b6789 (МАК). МАК трансмембранно встраивается в клетку-мишень, образуя асимметричный цилиндрический канал, через который молекулы воды и электролиты свободно проникают внутрь клетки, что вызывает ее целенаправленный осмотический лизис, остатки мембран и ядер элиминируются. Сборка МАК может ингибироваться белком CD59 или моноклональным антителом.
Необходимо особо отметить, что C1q, помимо участия в классическом пути активации комплемента, имеет и другие функции. C1q модулирует функции иммунной системы и играет важную роль в развитии беременности [6]. При связывании с рецептором cC1qR незрелых дендритных клеток C1q индуцирует транслокацию NF-κB в ядро и последовательную продукцию интерлейкина (IL)-10, IL-12 и фактора некроза опухоли-α с последующим созреванием дендритных клеток [7]. C1q также оказывает антипролиферативное действие на Т-лимфоциты и другие клетки периферической крови (за исключением эритроцитов), что может иметь решающее значение в формировании иммунологической толерантности во время беременности. Кроме того, C1q участвует в процессах ангиогенеза и клиренсе апоптотических клеток [6].
Следует принимать во внимание, что терминальный комплекс (МАК) не всегда стимулируется ферментативным каскадом и часто является быстро самоассоциирующимся мультимолекулярным МАК. Для этого необходимы дополнительные активирующие патогенные лиганды, генетически чужеродная ДНК, РНК, факторы сенсибилизации (к примеру, ревматоидный, наличие гематомы, повреждение тканей, изменения конфигурации и структуры белков (амилоид, С-реактивный белок и др.), мутации генов-регуляторов комплемента). В конечном итоге (без «петли амплификации») классический путь активации комплемента способствует частичной и полной элиминации иммунных комплексов (в том числе иммунокомплексных депозитов в тканях) и выздоровлению.
Aльтернативный путь (петля амплификации) отличается от классического и лектинового путей. Он запускается практически любой чужеродной субстанцией без участия антител (липополисахариды клеточной стенки микроорганизмов, вирусы, погибшие клетки, а также измененные собственные структуры, аутоантигены, переливание несовместимой крови и др.), когда фактор C3b напрямую связывается с проактиваторами. Индукторами активации альтернативного пути во время беременности могут быть генетически чужеродные для матери белки, ДНК и РНК полуаллогенного/алллогенного плода. Если такие антигены проходят через поврежденные барьеры и попадают в кровь матери, они воспринимаются ее иммунной системой как чужеродные. Немедленно развивается иммунный ответ – быстрый, стремительный.
Альтернативный путь инициируется низкоуровневым спонтанным гидролизом C3 (концентрация которого в плазме крови достаточно высокая) до аналога C3b, C3(H2O) [8]. В результате спонтанного расщепления реактивной тиоловой группы С3 компонент С3b образуется в крови постоянно в небольших количествах. C3b также связывает фактор B (FB) с образованием C3bB. FB расщепляется фактором D (FD) с образованием C3-конвертазы альтернативного пути, C3bBb. Если комплекс C3bBb формируется на поверхности клеток, он быстро разрушается под действием регуляторных белков. На микробных клетках, в отличие от млекопитающих, C3bBb стабилизируется белком комплемента пропердином, который является единственным известным в настоящее время положительным регулятором комплемента. В конечном итоге С3-конвертаза приводит к активации каскада до С5-9, как при классическом и лектиновом путях.
Из-за независимости альтернативного пути от антигена его часто считают функционирующим в качестве петли амплификации (усиления) для классического или лектинового путей.
Практически «петлей усиления» могут быть трудные роды, боль, недостаточное обезболивание, стресс, стимуляция родовой деятельности, ручное вхождение в матку, кровопотеря и др.
Для врачей акушеров-гинекологов важен еще один механизм активации альтернативного пути комплемента – для сборки МАК необходима клеточная поверхность, на которой связывается большое количество С3b с образованием С3- и С5-конвертаз. Большая раневая поверхность послеродовой матки, особенно при ручном отделении плаценты, обширные разрывы в родах, травматичная операция кесарева сечения могут вызвать тяжелое кровотечение, септические осложнения, шок, тромботическую микроангиопатию и т.д.
Лектиновый путь активации комплемента связан с фактором врожденного иммунитета маннозосвязывающим лектином (МBL) и группой лектинов Ficolin, которые постоянно циркулируют в кровотоке в виде MBL-ассоциированного комплекса (MASP). МBL – белок, синтезируемый в печени, который с высокой аффинностью способен связывать углеводы (остатки маннозы) на поверхности грамположительных и грамотрицательных бактерий и грибов, а также на некоторых вирусах, простейших и других патогенах. После связывания и опсонизации этих клеток MASP происходит активация протеаз с образованием С4 и С2, формирование С3-конвертазы с последующим каскадом аналогично классическому пути.
Паттернами распознавания патогенов чаще являются полимеры липополисахаридов, реже – фиколины (ацетилированные сахара), гликаны на поверхности бактерий, лектины и сериновые протеазы (MASP1, MASP2 и MASP3).
В последние годы были описаны дополнительные механизмы инициации активации комплемента [8]. В частности, установлена новая потенциально важная связь между системами комплемента и коагуляции. Выявлено, что C3 и C5 могут непосредственно расщепляться такими протеазами коагуляционной системы, как калликреин и тромбин, что приводит к дополнительному образованию анафилатоксинов C5a и C3a [9].
Однако активность комплемента в норме должна быть ограничена соответствующим патогеном. Из-за деструктивного потенциала активации комплемента функционирование каскада строго регулируется, чтобы предотвратить или минимизировать повреждение здоровых тканей организма. Регуляция комплемента происходит преимущественно на двух стадиях каскада – на уровне сборки и активации конвертаз и на уровне сборки MAК.
Существует целый ряд ингибиторных белков, ответственных за ограничение активации комплемента и предотвращение «ошибочной» его активации у здорового человека. Многочисленные белки комплемента регулируют как амплификацию, так и деградацию C3b, образование C5b-9, ограничивая повреждение собственных клеток. Эти регуляторные белки либо циркулируют в растворимой форме – фактор комплемента H, фактор I и др., либо связаны с мембранами клеток – MCP (membrane cofactor protein, CD46), DAF (decay-accelerating factor, CD55), protectin CD59 [5, 10].
У человека DAF (CD55) и MCP (CD46) контролируют активацию C3 на ранней стадии каскада комплемента, тогда как CD59 действует на терминальной стадии, предотвращая образование MAК [2].
При длительных заболеваниях, сопровождающихся образованием иммунных комплексов, уровень белков комплемента снижается (имеет место гипокомплементемия).
Активация комплемента при беременности
В настоящее время основная иммунологическая концепция роли иммунного ответа и толерантности к полуаллогенному (или полностью аллогенному) плоду несколько изменена. Доказано, что иммунная система активируется не только экзогенными патогенами (вирусы, бактерии, чужеродные клетки и ткани), но и собственными поврежденными или погибшими клетками, фрагментами ДНК, РНК, а также такими эндогенными молекулярными паттернами повреждении, как мочевая кислота, липопротеиды низкой плотности, гепаран сульфат, фактор некроза опухоли, белки теплового шока, гипергликемия и др. (так называемые DAMP – Damage associated molecular pattern, играющие важную роль в развитии плацентарных нарушений и преэклампсии) [11, 12].
Для физиологического развития полуаллогенных для матери плода и плаценты важны правильное функционирование и регуляция системы комплемента во время беременности. В настоящее время изучены многие механизмы, защищающие плод от агрессии материнской иммунной системы. В частности, известно об отсутствии экспрессии классического лейкоцитарного антигена человека класса I (HLA-A и -B) в клетках инвазивного трофобласта [13], наличии NK-клеток в матке, которые жестко регулируют активацию системы комплемента и являются не цитотоксическими, а проангиогенными [14, 15], экспрессии ингибиторов комплемента в плаценте [15] и др.
Открытие в конце прошлого века способности C3b и CD46 облегчать взаимодействие сперматозоидов с ооцитами стало началом многочисленных исследований комплемента в развитии беременности [16].
Физиологически протекающая беременность, как признается многими авторами, сопровождается системной активацией системы комплемента, которая может индуцироваться разными факторами (апоптотические фрагменты синцитиотрофобласта, свободная внеклеточная эмбриональная ДНК и РНК, цитоплазматические белки плода (к примеру, цитокератин)) [10, 17, 18].
Исследования Derzsy Z. et al. (2010) показали усиление активации комплемента при нормальной беременности по классическому и лектиновому путям при отсутствии изменений в альтернативном пути. К 36–37 неделям гестационного процесса обнаружено увеличение концентрации C4d, C3a, sC5b-9, C3, C9 и регулирующего фактора H, а также отношения C4d/C4, C3a/C3; в то же время фактор Bb достоверно не изменялся [19]. Это исследование согласуется с более ранними исследованиями [20–22].
Согласно результатам исследований Mor G. et al. (2011), процессы имплантации и плацентации сопровождаются достаточно сильным провоспалительным ответом [23]. В крови здоровых беременных обнаружены также более высокие концентрации анафилатоксинов C3a, C4a и C5a по сравнению с небеременными женщинами [22].
Для физиологического развития беременности необходимо сохранение гомеостаза между системной активацией комплемента и увеличением регуляторных белков как в материнском кровотоке, так и в плаценте. Адекватная плацентация сопровождается локальной экспрессией таких регуляторных белков, как DAF (CD55), CD59 и MCP (CD46), которые блокируют образование конвертаз C3, C5 и сборку MAК на поверхности мембран клеток [15]. Как показано, синцитиотрофобласт и вневорсинчатый инвазивный трофобласт, наиболее тесно контактирующие с материнскими тканями, экспрессируют все три ингибитора (CD46, CD55 и CD59), что обеспечивает их максимальную защиту от активации материнского комплемента.
Однако, помимо регуляторов комплемента, в клетках трофобласта также синтезируются и белки комплемента (в частности, C3 и C4), а также обнаружены мРНК для компонентов C6, C7, C8 и C9 [24], что необходимо для иммунной защиты от инфекции. Также при нормальной беременности обнаружено позитивное окрашивание на C1q, C9 и C3d в ткани плаценты [3].
Однако не все активированные компоненты комплемента оказывают пагубное действие на развитие беременности. Для полноценной миграции инвазивного цитотрофобласта и ремоделирования спиральных артерий крайне важен C1q [25]. C1q активно синтезируются в децидуальных эндотелиальных и стромальных клетках, а также вневорсинчатым трофобластом. Экспериментальные модели на С1q-дефицитных мышах показали развитие гипертензии, протеинурии, эндотелиоза и эндотелиальной дисфункции, снижение сосудисто-эндотелиального фактора роста (VEGF) и повышение растворимой fms-подобной тирозинкиназы-1 (sFlt-1) на фоне дефектной инвазии трофобласта [26].
Обнаружено, что чрезмерная активация комплемента на поверхности эмбриона, в частности при невынашивании беременности, определяется уже на предимплантационной стадии [27]. Те же авторы продемонстрировали экспрессию регуляторов комплемента эмбрионом на этой столь ранней стадии развития, что, по-видимому, направлено на ограничение чрезмерной активации комплемента и сохранение беременности.
Все больше исследований подтверждают также роль активации комплемента в инициировании родов, ремоделировании шейки матки, индукции сократительной деятельности миометрия [2, 28].
Множество данных указывает на возможность проникновения материнских медиаторов воспаления (в том числе продуктов активации комплемента) через плаценту к плоду, что влияет на его развитие. Данный факт согласуется с гипотезой «происхождения заболеваний у взрослых», согласно которой риск заболевания во взрослом возрасте определяется пренатальным воздействием.
Как показали недавние исследования, система комплемента имеет важное значение в развитии плода, в частности, его центральной нервной системы. Как и клетки многих органов, клетки мозга продуцируют белки комплемента и их рецепторы. C одной стороны, синтезируемые клетками головного мозга белки комплемента участвуют в процессах нейрогенеза, миграции нейронов и синаптического ремоделирования [29, 30]. С другой стороны, чрезмерная активация комплемента у развивающегося плода может приводить к нейрокогнитивным и психическим расстройствам, таким как шизофрения и аутизм в его постнатальной жизни [31–33].
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) плода играет важную роль в ограничении прохождения крупных молекул из крови в мозг. Продукты активации комплемента повреждают эндотелиальные клетки мозговых сосудов, способствуя повышению проницаемости ГЭБ [34]. В этом процессе непосредственно участвует сигнальный путь С5а, который является мощным провоспалительным медиатором [35].
Кроме того, избыточная экспрессия цитокинов и продуктов активации комплемента у матери при осложненном течении беременности способствует увеличению проницаемости ГЭБ плода, проникновению клеток иммунной системы и белков периферической крови (в том числе комплемента) в мозг плода и его повреждению [36]. Материнские инфекции и другие осложнения беременности представляют собой серьезный риск развития ишемически-гипоксической энцефалопатии новорожденных – основной причины неонатальной заболеваемости и смертности. Недавние исследования на животных показали важную роль пропердина (регулятора активации альтернативного пути комплемента) в повреждении головного мозга новорожденных [37], что позволило авторам рассматривать пропердин в качестве терапевтической мишени для лечения ишемически-гипоксической энцефалопатии и неонатальной нейропротекции.
Опубликованы исследования, показавшие роль активации комплемента в повреждении сердца плода и развитии врожденной блокады сердца. В частности, показано, что активация MASP (сериновой протеазы лектинового пути) приводила к отложению компонентов комплемента и образованию инфильтратов провоспалительных клеток в ткани сердца новорожденных, умерших от сердечной недостаточности [38].
Известно, что уровень C3 ассоциирован со снижением бета-клеток поджелудочной железы и повышением риска развития диабета 2 типа, а также выявлена взаимосвязь между комплементом и ожирением, что требует проведения дальнейших исследований [39, 40].
Заключение
Таким образом, опубликованные в настоящее время результаты исследований свидетельствуют об активном участии системы комплемента уже с самых ранних этапов гестационного процесса (зачатие, имплантация, эмбриогенез, органогенез, развитие мозга плода). Для успешного развития полуаллогенного для матери плода крайне важно правильное функционирование факторов комплемента и белков-регуляторов в области материнско-плодового интерфейса.
Клинические исследования с использованием биомаркеров комплемента в сыворотке крови, моче и плаценте показали прямую связь между нарушением регуляции системы комплемента и неблагоприятными исходами беременности, такими как преэклампсия, задержка роста плода, невынашивание беременности и преждевременные роды.
Более того, эффекты активации комплемента, по-видимому, имеют и долговременные последствия как для матери, так и для плода, а именно повышают риск развития метаболических нарушений, ожирения и диабета 2 типа в их последующей жизни.
Лучшее понимание роли системы комплемента в развитии осложнений беременности позволит разработать потенциальные терапевтические стратегии с целью сохранения беременности и улучшения долгосрочных результатов для матери и ребенка.
