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Sistema del complemento
1. Introducción
En la inmunidad innata, los mecanismos celulares que contribuyen a la erradicación de los microorganismos infecciosos están mediados por células tales como neutrófilos, macrófagos, células NK, eosinófilos, mastocitos, etc. Los mecanismos humorales incluyen: la acción de citocinas y quimiocinas, el sistema de complemento y las proteínas de fase aguda. El sistema de complemento es el de mayor impacto frente a las infecciones bacterianas. Las bacterias Gram positivas son raramente atacadas por el complemento, ya que al tener una pared gruesa se dificulta la formación del poro. El sistema de complemento comprende un grupo de más de 30 proteínas, que constituyen el 15% de las globulinas séricas y que son sintetizadas principalmente por los hepatocitos. Los componentes del complemento se encuentran en la sangre y en los líquidos extravasculares, aún en ausencia de procesos infecciosos o inflamatorios.
Anafilotoxinas
El complemento aumenta la opsonización de las bacterias por anticuerpos y permite que los anticuerpos maten a algunas bacterias, de modo que complementa la acción de los Acs. El sistema del complemento está formado por un gran número de proteínas plasmáticas distintas que reaccionan entre sí para opsonizar patógenos e inducir una serie de respuestas inflamatorias que ayudan a combatir la infección. Un número de proteínas del complemento son proteasas que son ellas mismas activadas por escisión proteolítica. Tales enzimas se llaman zimógenos. Estos precursores están ampliamente distribuidos a través de fluidos corporales y tejidos sin efectos adversos. En los sitios de infección, sin embargo, se activan localmente y desencadenan una serie de potentes eventos inflamatorios
Algunas particularidades del sistema del complemento son: La mayoría de sus componentes se encuentran normalmente en forma inactiva y suelen activarse por proteólisis. Su modo de activación involucra un potente mecanismo de amplificación donde el “componente A” activado, tiene la capacidad de escindir un número elevado de “moléculas B”. El proceso de activación del complemento está bajo el control de reguladores solubles y reguladores de membrana. En el proceso de activación, se forman complejos multimoleculares. Los primeros, denominados convertasas, y los que actúan sobre el final, CAM: complejo molecular de ataque a la membrana. El sistema de complemento puede activarse mediante 3 vías diferentes: vía clásica, vía alterna y vía de las lectinas: La VÍA DE LAS LECTINAS es activada fundamentalmente por los receptores de reconocimiento de los patrones solubles MBL y las ficolinas H y L. Adquieren la capacidad de activar el sistema de complemento, luego de reconocer a sus ligandos (hidratos de carbono) sobre la superficie de los microorganismos. La VÍA CLÁSICA es activada por Acs IgM, IgG1, IgG2 e IgG3 , una vez que estos interactuaron con el antígeno, dando lugar a la formación de complejos inmunes. La VÍA ALTERNA es activada en forma directa por ciertos microorganismos. En otras palabras, no requiere la presencia de opsoninas, por lo tanto, le permite al sistema de complemento operar en etapas más tempranas del proceso infeccioso. La vía clásica suele actuar en las etapas más tardías del proceso infeccioso, ya que requiere la presencia de altos títulos de Acs IgM o IgG específicos, los que suelen observarse luego de 4 a 7 días de instalada la infección. Sin embargo, en individuos con reinfecciones por un microorganismo, la vía clásica se activa inmediatamente por la presencia de memoria inmunitaria.
La generación de una reacción inflamatoria local es fundamental para reclutar mecanismos inmunitarios celulares y humorales en el sitio de infección que medien la erradicación del foco infeccioso. Debido a que los componentes del complemento se encuentran distribuidos de manera homogénea a nivel tisular, constituyen una primera línea de defensa constitutiva. La reacción inflamatoria concentra esos componentes distribuidos homogéneamente en el foco infeccioso. La actividad inflamatoria del sistema de complemento es mediada principalmente por los componentes C3a y C5a, a través de su interacción con receptores específicos. AMBOS MEDIAN UNA ACTIVIDAD QUIMIOTÁCTICA Y ANAFILÁCTICA. Los receptores para estas anafilotoxinas se expresan en neutrófilos, eosinófilos, basófilos, mastocitos, monocitos, macrófagos, células musculares lisas, células endoteliales, plaquetas y células dendríticas. La actividad quimiotáctica de C3a y C5a se ejerce en forma preferencial sobre neutrófilos y monocitos, induciendo su reclutamiento en el sitio de lesión. Además de mediar la quimiotaxis de los fagocitos al foco infeccioso, el C3a y el C5a los activan mediando importantes mecanismos efectores antimicrobianos que incluyen: La generación de intermediarios reactivos del oxígeno La liberación de enzimas lisosómicas La estimulación de la capacidad fagocítica La producción de citocinas (TNF-α, IL-1, IL-12, IL-10,etc.) La expresión incrementada de adhesinas y moléculas de clase I o II del MHC. La producción de mediadores lipídicos de la inflamación como leucotrienos, prostaglandinas y el factor de activación plaquetario. La actividad anafiláctica de C3a y C5a se refiere a su capacidad de inducir la activación y desgranulación de mastocitos, células ubicadas preferentemente en la vecindad de vasos pequeños y vénulas poscapilares. Los compuestos liberados por los mastocitos incluyen: Aminas vasoactivas (histamina, serotonina) Mediadores lipídicos (prostaglandinas, leucotrienos, factor activador plaquetario) Quimiocinas y citocinas Estos compuestos median el incremento del flujo sanguíneo local y la permeabilidad de la barrera endotelial, estimulando además la expresión de adhesinas por el endotelio. Los cambios inducidos, facilitan la difusión de proteínas séricas al sitio de lesión, así como la extravasación de leucocitos PMN en la fase temprana y de monocitos y linfocitos en los estadios más tardíos del proceso infeccioso. A su vez, la acumulación de líquido intersticial, favorece la migración de las células dendríticas hacia los nódulos linfáticos locales contribuyendo así al inicio de la respuesta adaptativa.
C3a y C5a también actúan directamente sobre las células musculares lisas induciendo su contracción y, sobre células endoteliales mediando un incremento de su permeabilidad y la expresión de las moléculas de adhesión.
2.2 Opsonización de microorganismos y complejos inmunes
Los microbios sobre los cuales se activa el complemento por las vías alternativa o clásica, se cubren de C3b, C3bi o C4b y son fagocitados por la unión de estas proteínas a receptores específicos situados en los macrófagos y neutrófilos. Es decir, el C3b y el C3bi, actúan como opsoninas por unirse a receptores ubicados en la superficie de células fagocíticas. Por sí mismo, CR1 (Receptor de C3b y C4b), no induce eficazmente la fagocitosis de microbios recubiertos con C3b, pero su capacidad para hacerlo aumenta si los microbios están cubiertos de Acs IgG, que se unen de manera simultánea al RFcγ.
Una segunda función crítica del sistema del complemento es facilitar la endocitosis de patógenos por células fagocíticas. Esta actividad facilitadora de la fagocitosis está mediada por opsoninas, fundamentalmente C3b. La interacción de C3b con la superficie del patógeno, involucra interacciones que permiten marcar al microorganismo como una célula extraña. Esto le da a los fagocitos un motivo adicional de reconocimiento. Este reconocimiento es mediado por el receptor específico para C3b denominado CR1 (CD35). El CR1 es incapaz de mediar la internalización del microorganismo. Adquiere esta capacidad cuando la célula fagocítica recibe señales adicionales impartidas por otros receptores, como PRRs o RFc. El CR1 no solo reconoce C3b, sino también C4b. Durante el transcurso de la activación del sistema del complemento, el fragmento C3b suele ser escindido por una proteasa plasmática denominada factor I originando el fragmento C3bi. CR1 no solo reconoce a C3b y C4b, sino también otras opsoninas como C1q y MBL. Los receptores del complemento CR3 y CR4 pueden mediar la fagocitosis de los microorganismos opsonizados con C3bi, siempre que la célula fagocítica reciba
2.4 Productos de degradación de C3b potencian la respuesta B
El CR2 (CD21) se expresa en la membrana de las células B como parte de un complejo integrado también por CD19 y CD81 , conformando el denominado “complejo correceptor de la célula B”. El CR2 reconoce como ligandos a fragmentos derivados de la proteólisis del C3b (C3bi, C3d y C3d,g) y CD19 es el encargado de transducir señales conducentes a la activación celular. El reconocimiento de antígenos recubiertos por C3d, C3d,g o C3bi por CD21, induce el entrecruzamiento del complejo CR2/CD19/CD81 con el receptor antigénico B. Como resultado disminuye notablemente la concentración de antígeno requerida para inducir la activación de la célula B, o en otras palabras, cuando el antígeno está marcado por complemento, la célula B se activa más fácilmente.
3. Vías de activación del complemento
Los eventos tempranos de las tres vías de activación del complemento implican una serie de reacciones de escisión que culminan en la formación de una actividad enzimática llamada C3 convertasa, que escinde el componente C3 del complemento en C3b y C3a. La producción de la convertasa C3 es el punto en el que convergen las tres vías y se generan las principales funciones efectoras del complemento.
3.1 Vía clásica
Solo los Acs que hayan formado complejos inmunes con el Ag podrán mediar la activación de la vía clásica. El C1 , primer componente de la cascada de activación de la vía clásica, es un complejo multimolecular formado por 3 proteínas: C1q, C1r y C1s, integrado por una copia de C1q y 2 copias de C1r y C1s, estabilizado por iones calcio.
3.2 Vía alternativa
Los microorganismos son opsonizados por C3b en ausencia de Acs específicos. La activación de esta vía involucra 4 proteínas: C Factos B Factor D Properdina (P) Puede transcurrir su activación según se haya producido en forma previa o no, la activación de la vía clásica.
3.2.1 La activación de la vía clásica conduce a la activación de la vía alterna
La activación de la vía clásica, conduce a la generación de numerosas moléculas de C3b , que se unen de modo covalente a la superficie de la célula diana. En presencia de C3b, el factor B se une a C3b y es escindido por el factor D. La escisión de B origina 2 fragmentos: Ba (de bajo PM) liberado a la fase soluble, y Bb (de alto PM) que permanece unido a C3b sobre la superficie. Esto forma el complejo C3bBb o CONVERTASA DE C3 de la vía alterna. La interacción del complejo C3bBb con properdina conduce a la formación de C3bBbP, un complejo que potencia la actividad de la convertasa alternativa de C3 al
incrementar su estabilidad. La convertasa de C3 escinde numerosas moléculas de C y genera cantidades adicionales de C3b, que contribuyen a la opsonización de la célula diana. Alguna de las moléculas de C3b generadas, se unirán a la convertasa de C3 y darán lugar a la formación de (C3b) 2 Bb , o CONVERTASA DE C5. Esta convertasa escindirá a C5 para generar C5a y C5b , componente que inicia el ensamblado del CAM. La convertasa de C5 resulta también estabilizada por su interacción con properdina.
3.2.2 Activación de la vía alterna sin activación de la vía clásica
En condiciones normales, es decir en ausencia de procesos infecciosos, se generan en los líquidos corporales bajas concentraciones de C3b. Este proceso suele involucrar la acción de proteasas plasmáticas que, con muy baja eficacia, escinden el componente C3. Es decir, se produce una escisión espontánea de C3. El C3b así generado puede interactuar con la superficie de células propias o células extrañas y conducir a la formación de la CONVERTASA DE C3 , cuando se une con el factor B , escindido por el factor D. La eficacia de la vía alterna depende de su capacidad de distinguir lo propio de lo que no es para que C3b se una solo a la superficie de células extrañas. El mecanismo discriminatorio que permite el ensamblado de la convertasa C3 sobre la superficie de ciertos microorganismos pero no sobre las células propias, es mediado básicamente por un conjunto de proteínas reguladoras de la actividad de C3 que incluyen una proteína sérica denominada factor H y 3 proteínas de membrana: CR1 (CD35), MCP (CD46) y DAF (CD55). Estas 3 proteínas pueden unirse a C3b y mediar 2 actividades centrales:
1. Inhibir su interacción con el factor B rompiendo el complejo C3bBb formado 2. Tornar susceptible a C3b a la acción proteolítica del factor I originando C3bi Por lo tanto, las proteínas reguladoras de C3 actúan inhibiendo la formación de la convertasa de C3 de la vía alterna. CR1, MCP y DAF se expresan en la superficie de las células propias y NO en la superficie de los microorganismos. El factor H , al ser una proteína plasmática podría actuar en ambos casos. Sin embargo, no es así porque para actuar debe interactuar con la superficie celular. Tal interacción se encuentra mediada por el reconocimiento de residuos de ácido siálico por parte del factor H. Las células de los mamíferos, suelen expresar un alto contenido de ácido siálico, mientras que en los microorganismos su expresión no es uniforme. Las células que expresen un alto contenido de ácido siálico, unirán el factor H y estarán protegidas de la acción de la vía alterna del complemento. Aquellos microorganismos que expresen bajo contenido de ácido
4. Activación de los componentes terminales del sistema de
complemento
El componente C5 , escindido por sus convertasas, origina C5a y C5b. El C5b expone un sitio de unión para C6 y permanece asociado con la convertasa de C5 mediante la unión con C3b. El C5b es un componente lábil y es rápidamente inactivado, salvo que interactúe con C6, incrementando así su estabilidad. El componente C7 , se une al complejo C5bC6 y forman el complejo C5bC6C7. La integración al complejo de ataque lítico naciente expone en C7 un sitio hidrófobo que le permite al complejo insertarse en la membrana celular, en un sitio diferente del ocupado por la convertasa de C5. El paso siguiente, consiste en la unión de una molécula de C8. La unión de C8β permite la posterior inserción de C8αγ, subunidad que induce la polimerización de C9 , componente perteneciente a la familia de perforinas. Este proceso genera un poro funcional que, al permitir el libre flujo de agua y solutos, conduce a un desequilibrio osmótico y a la lisis de la célula diana.
5. Receptores del complemento
CR1: Tiene alta afinidad por C3b y C4b. Las partículas opsonizadas por C3b y C4b son fagocitadas por las células que usan este receptor: los fagocitos. El CR1 situado en los eritrocitos se une a complejos inmunes circulantes con C3b y C4b unidos y transporta los complejos hasta el hígado y el bazo, para que los fagocitos los eliminen de la circulación. CR1 también regula la activación del complemento. CR2: estimula respuestas inmunitarias humorales al potenciar la activación del linfocito B por el Ag y promover el atrapamiento de complejos Ag-Ac por las células dendríticas foliculares hacia los centros germinales. Se une a los productos de escisión de C3b: C3d, C3d,g y C3bi. CR3: puede reconocer directamente bacterias para la fagocitosis y también se une a la molécula de adhesión intercelular-1 (ICAM-1) situado en las células endoteliales, y promueve la unión estable de los leucocitos al endotelio. CR4: tiene una función análoga a CR3, con la diferencia de que la cadena α (CD11c) es diferente a la cadena α del CR3 (CD11b). Las cadenas β son iguales en ambos receptores.
Distribución y función de los receptores de superficie celular para proteínas del complemento. Hay varios receptores específicos para diferentes componentes del complemento unidos y sus fragmentos. CR1 y CR3 tienen especial importancia en la inducción de la f agocitosis de bacterias con componentes del complemento unidos a su superficie. CR2 se encuentra principalmente sobre células B, donde también forma parte del complejo correceptor de estas células y el receptor mediante el cual el virus de Epstein-Barr infecta de modo selectivo a las células B, lo que origina Mononucleosis infecciosa. CR y CR2 comparten características estructurales con las proteínas reguladoras del complemento que se unen a C3b y a C4b. CR3 y CR4 son integrinas; se sabe que CR3 es importante para la adhesión y para la migración de leucocitos, mientras que respecto a CR4 sólo se sabe que funciona en respuestas fagocíticas. Los receptores C5a y C3a son receptores acoplados a proteína con siete dominios transmembrana.
Permite la adhesión de leucocitos al endotelio mediante ICAM- 1
ICAM - 1
6.2 Reguladores de membrana: proteínas celulares
CR1 (CD35): se une a C4b, desplazando a C2b, o a C3b, desplazando a Bb e inhibe la formación de las convertasas de C3. Acelera la disociación de ambas convertasas de C3 ya constituidas y actúa como cofactor de I Regulador de las 3 vías. Factor acelerador de la degradación (DAF): se expresa en células propias y se une a C4b y C3b inhibiendo la interacción de C4b con C2 y de C3b con B, evitando que se formen las convertasas de C3 Regulador de las 3 vías. Proteína cofactor de membrana: se une a C4b y C3b depositados sobre la superficie de células propias y promueve su inactivación por el factor I. Por lo tanto, previene la formación de las convertasas de C3 sobre células propias Regulador de las 3 vías. CD59 (Protectina): evita la formación del complejo de ataque de membrana sobre ciertas células.
7. Deficiencias del complemento y patologías asociadas
7.1 Angioedema hereditario
Es una enfermedad vascular hereditaria rara (trastorno autosómico dominante) caracterizada por una acumulación excesiva de líquidos o fluidos del organismo que da lugar a áreas de obstrucción en los vasos linfáticos o las venas. La obstrucción del flujo normal de la sangre o de la linfa conduce a la hinchazón temporal de la piel y membranas mucosas. La enfermedad es provocada por el déficit en el inhibidor de C1q.
7.2 Hemoglobinuria paroxística nocturna
Es causada por un defecto en el anclaje de la proteína glucosilfosfatidilinositol (GPI) y, como resultado de la falta de este anclaje para la proteína superficial, muchas otras proteínas superficiales no pueden permanecer atadas a la superficie de las células. Esto incluye a la proteína CD55 o factor acelerador de la degradación (DAF). El resultado de la pérdida de estas proteínas de la superficie celular es un aumento de la sensibilidad a la destrucción celular mediada por el complemento. Esta enfermedad puede afectar a individuos de cualquier edad.
(A)
(A)
(α) (^) (β)
(γ)^ (γ)
7.3 Lupus eritematoso activo
Los pacientes con LES pueden tener niveles deprimidos de C3 y C4 como resultado del alto consumo del complemento. Adicionalmente, en pacientes con autoinmunidad que tienen asociada una infección recurrente por gérmenes extracelulares, se debe descartar una deficiencia de los componentes activadores de la vía clásica (C2 y C4). Los defectos en la activación del complemento pueden impedir la eliminación de los complejos inmunes circulantes. Si estos no se eliminan de la circulación, pueden depositarse en las paredes vasculares y en los tejidos.
8. Complemento, coagulación y fibrinólisis
Puntos de interacción entre las vías del complemento, coagulación y fibrinólisis. La fibrinólisis consiste en la degradación de las redes de fibrina formadas en el proceso de coagulación sanguínea, evitando la formación de trombos (coágulos en el interior de un vaso sanguíneo). El factor activador de la coagulación XII ( FXIIa ) activa la vía del complemento a través de la escisión del componente C1 (1). Cuando la coagulación está activada, la presencia de trombina puede clivar C3 y C5 y retroalimentar positivamente la activación del complemento (2). Los pequeños péptidos difusibles C3a y C5a, liberados durante la activación del complemento, cumplen la importante función de anafilotoxinas: promueven la quimiotaxis de células inflamatorias, eosinófilos y neutrófilos al sitio de infección, activan sus funciones efectoras e inician el proceso inflamatorio. A su vez C3a y C5a
La activación del complemento lleva a la generación de: El complejo de ataque de membrana, que forma poros en las membranas atacadas Moléculas quimiotácticas, producto de la proteólisis de ciertos componentes Moléculas opsonizantes de microorganismos Dicha activación produce un consumo de los componentes del complemento, lo que provoca una disminución de su nivel plasmático que, en condiciones normales, se restablece en muy poco tiempo gracias a su rápida síntesis. Sin embargo, en ciertas circunstancias, una activación exagerada puede disminuir de forma muy importante los niveles plasmáticos de uno o varios componentes. En ciertas patologías inmunes es importante la detección del consumo del complemento para el seguimiento de la enfermedad y para predecir la extensión del daño tisular. Los niveles de complementos también pueden estar disminuidos por deficiencias genéticas primarias. Para estudiar en el laboratorio las distintas deficiencias del complemento, se desarrollaron distintas técnicas. El principal rol del laboratorio en el estudio del complemento es determinar los defectos que existen en el suero del paciente y ayudar al médico a definir el rol que el defecto del complemento o su activación tiene en la patología estudiada. El análisis del complemento es necesario a nivel clínico, ya que es parte esencial de la inmunidad innata y, por lo tanto, sus alteraciones llevan a infecciones y a la amplificación de algunas enfermedades. Hay 3 razones principales para estudiar la función del complemento: Las deficiencias del complemento están asociadas a infecciones y a enfermedades autoinmunes. Por ejemplo, Lupus Eritematoso Sistémico, está asociado con deficiencias en la vía clásica. Activación del sistema del complemento es parte de enfermedades autoinmunes activas. Nuevas terapias dirigidas a detener o incrementar la actividad del complemento. Por ejemplo, la terapia con anticuerpo monoclonal.
Métodos de valoración de complemento
Ensayos inmunoquímicos: inmunodifusión radial, ELISA, nefelometría , etc. Al ser proteínas antigénicas, se pueden cuantificar mediante el empleo de antisueros monoespecíficos. No permiten medir la actividad de los componentes. Ensayos funcionales: permiten evaluar la integridad del sistema (vía clásica, alterna y lectinas). Se basan en determinar la cantidad de suero necesaria para producir la lisis del 50% del sistema hemolítico (SH). El sistema hemolítico está
constituido por glóbulos rojos. La lisis se evalúa mediante medición espectrofotométrica de la hemoglobina liberada de los glóbulos rojos lisados.
Sistema hemolítico
La actividad del complemento se mide cuantificando la hemólisis debida al complemento del suero en estudio. Por lo tanto, el suero (que contendrá el complemento) se mezcla con una solución de glóbulos rojos de carnero recubiertos de anticuerpos, a modo de activar el complemento presente en el suero por la vía clásica. Los resultados se expresan como: A. Unidad hemolítica 50 (CH50): cantidad de suero capaz de lisar la mitad de eritrocitos de la suspensión estandarizada bajo ciertas condiciones definidas. B. Unidad hemolítica 100 (CH100): cantidad de suero capaz de hemolizar 1ml de sistema hemolítico. Es decir, 100% de hemólisis determina la mayor dilución de suero capaz de producir 100% de lisis de glóbulos rojos de carnero.
El sistema hemolítico consiste en un sistema constituido por glóbulos rojos de carnero y hemolisina que contiene anticuerpos contra los glóbulos rojos de carnero, producidos en conejo. Es decir, el sistema hemolítico contiene glóbulos rojos sensibilizados con anticuerpos que son el punto de partida de la vía clásica. De esta manera, al agregar el suero, el complemento reconocerá al eritrocito marcado como una célula extraña y lo lisará. Para preparar el sistema hemolítico generalmente se eligen carneros adultos y se hace una extracción de sangre con anticoagulantes. Se separan los eritrocitos y se los inyecta al conejo por la vena marginal de la oreja. Como los conejos van a reconocer como células extrañas los eritrocitos del carnero, sintetizarán anticuerpos específicos dirigidos contra este tipo celular. De esta manera, se obtiene del suero del conejo la hemolisina y se construye el sistema hemolítico. En la práctica, se adiciona suero de cobayo para medir la actividad del complemento en él.
