DOENÇAS INFECCIOSAS

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IMUNOLOGIA – CAPÍTULO DOIS  

COMPLEMENTO 

Gene Mayer, Ph.D. 

Tradução: PhD. Myres Hopkins

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DR MYRES HOPKINS

ESCOLA DE MEDICINA DA UNIVERSIDADE DA CAROLINA DO SUL

  

 

LEITURA
(EM INGLÊS)
 
Male et al. Immunology
7th edição, capítulo 4

OBJETIVOS

 Compreender os diferentes caminhos da ativação do complemento (C).

Conhecer os mecanismos enzimáticos e não enzimáticos da ativação do complemento

Conhecer as propriedades biológicas dos produtos da ativação do complemento

 Conhecer o significado do sistema C na resistência do hospedeiro, inflamação e danos ao próprio

Compreender os mecanismos de regulação da ativação do complemento e seus produtos



bordet.jpg (27945 bytes)  Jules Bordet  (1870-1961), descobridor do complemento   Biblioteca Nacional de Medicina

Figura 1
Etapas da ativação do complemento
 


 

I. FUNÇÕES DO COMPLEMENTO
 

Historicamente, o termo complemento (C) era usado para se referir a um componente  termo lábil do soro que era capaz de lisar bactéria (atividade destruída (inativada) pelo aquecimento do soro a 56 graus C por 30 minutos). Entretanto, o complemento é hoje conhecido por contribuir para as defesas do hospedeiro também de outras maneiras. O complemento pode opsonizar bactéria para uma melhor fagocitose; pode recrutar e ativar várias células incluindo células polimorfonucleares (PMNs) e macrófagos; pode participar na regulação de respostas de anticorpos e pode auxiliar na eliminação de complexos imunológicos e células apoptóticas. Complemento também tem efeitos detrimentais para o hospedeiro; contribui para inflamação e danos tissulares e pode disparar anafilaxia.

O complemento compreende mais de 20 proteínas séricas diferentes (ver Tabela 1) que são produzidas por uma variedade de células incluindo, hepatócitos, macrófagos e células epiteliais do intestino. Algumas proteínas do complemento ligam-se a imunoglobulinas ou a componentes de membrana das células. Outras são proenzimas que, quando ativadas, clivam uma ou mais outras proteínas do complemento. Com a clivagem algumas das proteínas do complemento liberam fragmentos que ativam células, aumentam a permeabilidade vascular ou opsonizam bactéria.

 

Nomenclatura do complemento

 

Tabela 1. Proteínas do sistema Complemento

Via Clássica

Via da Lectina

Via Alternativa

Via Lítica

Proteínas de ativação:

C1qrs, C2, C3, C4

 

Proteínas de Controle:

C1-INH, C4-BP

 

Proteína de ligação à manana (MBP), protease manana-associada a serina (MASP, MASP2) C3, Fatores B & D*, Properdina (P)

 

Fatores I* & H, fator acelerador  de decaimento  (DAF), Receptor de complemento 1(CR1), etc.

 

 

C5, C6, C7, C8, C9

 

 

Proteína S

Componentes sublinhados adquirem atividade enzimática quando ativados.

Componentes marcados com um asterisco têm atividade enzimática na sua forma inativa.

 

 

II. VIAS DE ATIVAÇÃO DO COMPLEMENTO

A ativação do complemento pode ser dividida em quatro vias (figura 1): a via clássica, a via da lectina, a via alternativa e a via do ataque à membrana (ou via lítica). Ambas as vias clássica e alternativa levam à ativação da C5 convertase e resulta na produção de C5b que é essencial para a ativação da via do ataque à membrana.

FILME
Ativação do Complemento e Funções Biológicas 
Alta Resolução Quicktime 
Baixa Resolução Quicktime

© Scott R. Barnum, Universidade do Alabama, Birmingham, Ala., USA and
The MicrobeLibrary

CGAP
Vias do complemento com mais detalhes da CGAP/Biocarta

A.  VIA CLÁSSICA (Figura 2)

Ativação de C1
C1, uma proteína multi-subunitária contendo três proteínas diferentes (C1q, C1r e C1s), liga à região Fc das moléculas de anticorpo IgG e IgM que interagiram com antígeno. A ligação de C1 não ocorre a anticorpos que não se complexaram com antígeno e a ligação requer íons cálcio e magnésio.  (N.B.  Em alguns casos C1 pode ligar a imunoglobulinas agregadas [ex. agregados de IgG] ou a certas superfícies em patógenos na ausência de anticorpo). A ligação de C1 a anticorpo é via C1q e esta proteína deve realizar ligação cruzada com pelo menos duas moléculas de anticorpo para ser firmemente fixada. A ligação de C1q leva à ativação de  C1r que por sua vez ativa C1s.  O resultado é a formação de uma “C1qrs” ativada, que é uma enzima que cliva C4 em dois fragmentos C4a e C4b. 

Ativação de C4 e C2 (geração de C3 convertase)
O fragmento C4b liga-se à membrana e o fragmento  C4a é liberado no microambiente. “C1qrs” ativada também cliva C2 em C2a e C2b.  C2a liga-se à membrana em associação com C4b, e C2b é liberada no microambiente. O complexo resultante C4bC2a é uma C3 convertase, que cliva C3 em C3a e C3b. 

Ativação de C3 (geração de C5 convertase)
C3b liga-se à membrana em associação com C4b e C2a, e C3a é liberada no microambiente. O C4bC2aC3b resultante é uma C5 convertase.  A geração de C5 convertase é o fim da via clássica. 

      Alguns dos produtos da via clássica têm atividades biológicas potentes que contribuem para as defesas do hospedeiro. Alguns desses produtos também têm efeitos detrimentais se produzidos de maneira não regulada. Tabela 2 sumariza as atividades biológicas dos componentes da via clássica.  

 

Tabela 2.  Atividade Biológica dos produtos da via clássica

Componente Atividade Biológica
C2b Procinina; clivada pela plasmina para liberar cinina, que resulta em edema
C3a Anafilotoxina; pode ativar basófilos e mastócitos induzindo sua degranulação resultando no aumento da permeabilidade vascular e contração das células da musculatura lisa, levando à anafilaxia
C3b

Opsonina; promove fagocitose pela ligação a receptores do complemento

Ativação de células fagocitárias
C4a Anafilotoxina (mais fraca que C3a)
C4b Opsonina; promove fagocitose pela ligação a receptores do complemento

        
Se a via clássica não for regulada poderá haver produção contínua de C2b, C3a, e C4a. Desse forma, deve haver uma maneira de regular a atividade da via clássica. Tabela 3 sumariza as maneiras pelas quais a via clássica é regulada. 
 

Tabela 3.   Regulação da Via Clássica

Componente Regulação
Todos C1-INH; dissocia C1r e C1s de C1q
C3a CInativador C3a (C3a-INA; Carboxipeptidase B); inactiva C3a
C3b Fatores H e I; Fator H facilita a degradação de C3b pelo Fator I
C4a C3-INA
C4b Proteína ligadora de C4 (C4-BP) e Fator I; C4-BP facilita a degradação de C4b pelo Fator I; C4-BP também previne a associação de C2a com C4b bloqueando assim a formação da C3 convertase

 

      A importância de C1-INH na regulação da via clássica é demonstrada pelo resultado de uma deficiência neste inibidor. Deficiências de C1-INH estão associadas com o desenvolvimento de angioedema hereditário.

 

 

A.  Geração da C3 convertase na via clássica

B Geração da C5 convertase na via clássica

 C
Ativação de C3 pela via clássica

Figura 2

 

Figura 3 Via iniciada pela lectina

VIA DA LECTINA


A via da lectina (figura 3) é muito similar à via clássica. Ela é iniciada pela ligação da lectina ligadora a manose (MBL) a superfícies bacterianas com polissacarídeos (mananas) contendo manose. A ligação de MBL a um patógeno resulta na associação de duas proteases de serina, MASP-1 e MASP-2 (MBL-proteases associadas a serina). MASP-1 e MASP-2 são similares a C1r e C1s, respectivamente e MBL é similar a C1q. A formação do complexo tri-molecular MBL/MASP-1/MASP-2 resulta na ativação das MASPs e subseqüente clivagem de C4 em C4a e C4b. O fragmento C4b liga à membrana e o fragmento C4a é liberado no microambiente. MASPs ativadas também clivam C2 em C2a e C2b. C2a liga à membrana em associação com C4b e C2b é liberada no microambiente. O complexo C4bC2a resultante é a C3 convertase, que cliva C3 em C3a e C3b. C3b liga-se à membrana em associação com C4b e C2a e C3a é liberada no microambiente. O C4bC2aC3b resultante é a C5 convertase. A geração da C5 convertase é o fim da via da lectina.

As atividades biológicas e proteínas reguladoras da via da lectina são as mesmas da via clássica.

 

 Figura 4 Ativação espontânea de C3

VIA AlternativA
A via alternativa começa com a ativação de C3 e requer Fatores B e D e cátions Mg++ , todos presentes no soro normal.

1. Circuito de amplificação da formação de C3b (Figura 4)
No soro há um baixo nível de hidrólise espontânea de C3 para produzir C3i. O fator B liga-se a C3i e se torna susceptível ao Fator D, que cliva o Fator B em Bb. O complexo C3iBb age como uma C3 convertase e cliva C3 em C3a e C3b. Uma vez formado C3b, o Fator B ligar-se-á a ele e tornar-se-á susceptível à clivagem pelo Fator D. O complexo C3bBb resultante é uma C3 convertase que continuará a gerar mais C3b, amplificando assim a produção de C3b. Se este processo continuar sem parar, o resultado seria o consumo de todo o C3 do soro. Dessa forma, a produção espontânea de C3b está estreitamente controlada.
 

  Figura 5
Regulação de C3 ativada pelo DAF

 

 Figura 6  Regulação de C3 ativada pelo Cr1 

 

 Figura 7  Estabilização da C3 convertase

 Figura 8
C5 convertase etabilizada pela via alternativa
 

2. Controle do circuito de amplificação (Figuras 5 e 6)
Como C3b espontaneamente produzida liga-se a membranas hospedeiras autólogas, este interage com DAF (fator de aceleração de decaimento), que bloqueia a associação do Fator B com C3b prevenindo dessa maneira a formação de C3 convertase adicional. Além disso, DAF acelera a dissociação de Bb de C3b na C3 convertase que foi formada, parando dessa maneira a produção de C3b adicional. Algumas células possuem o receptor de complemento 1 (CR1). A ligação de C3b a CR1 facilita a degradação enzimática de C3b pelo Fator I. Além disso, a ligação da C3 convertase (C3bBb) a CR1 também dissocia Bb Fo complexo. Dessa maneira, em células possuidoras de receptores do complemento, CR1 também exerce papel no controle do circuito de amplificação. Finalmente, Fator H pode ligar a C3b ligado a uma célula ou na fase fluida e facilita a degradação enzimática de C3b pelo Fator I. Dessa forma, o circuito de amplificação é controlado pelo bloqueio da formação da C3 convertase, dissociação da C3 convertase, ou pela digestão enzimática de C3b. A importância do controle desse circuito de amplificação é ilustrada em pacientes com deficiências genéticas do Fator H ou I. Esses pacientes têm uma deficiência de C3 e elevada susceptibilidade a certas infecções.

3. Estabilização da C convertase por superfícies ativadoras (protetoras) (Figura 7)
Quando ligado ao ativador apropriado da via alternativa, C3b liga-se ao Fator B, que é clivado enzimaticamente pelo Fator D para produzir C3 convertase (C3bBb). Entretanto, C3b é resistente à degradação pelo Fator I e a C3 convertase não é rapidamente degradada, uma vez que é estabilizada pela superfície ativadora. O complexo é subseqüentemente estabilizado pela ligação da properdina a C3bBb. Ativadores da via alternativa são componentes na superfície de patógenos e incluem: LPS de bactéria Gram-negativa e as paredes celulares de algumas bactérias e leveduras. Dessa forma, quando C3b liga-se a uma superfície ativadora, a C3 convertase formada torna-se estável e continua a gerar mais C3a e C3b pela clivagem de C3.

4. Geração da C5 convertase (Figura 10)
Algumas das C3b geradas pela C3 convertase estabilizada na superfície ativadora se associam com o complexo C3bBb para formar um complexo C3bBbC3b. Este é a C5 convertase da via alternativa. A geração de C5 convertase é o fim da via alternativa. A via alternativa pode ser ativada por muitas bactérias Gram-negativas (sendo as mais significativas a Neisseria meningitidis e N. gonorrhoea), algumas Gram-positivas e certos vírus e parasitas, e resulta na lise desses organismos. Dessa forma, a via alternativa de ativação do C proporciona outro meio de proteção contra certos patógenos antes da montagem de uma resposta por anticorpo. A deficiência de C3 resulta em uma susceptibilidade aumentada a esses organismos. A via alternativa deve ser uma via mais primitiva e as vias clássica e da lectina provavelmente teriam se desenvolvido a partir da via alternativa.
 

   
  Lembrem-se de que a via alternativa proporciona um meio de resistência não específica contra infecção sem a participação de anticorpos e, portanto fornece a primeira linha de defesa contra uma variedade de agentes infecciosos.

Muitas bactérias gram negativas e algumas gram positivas, certos vírus, parasitas, células vermelhas heterólogas, agregados de imunoglobulinas (particularmente IgA) e algumas outras proteínas (ex. proteases, produtos da via de coagulação) pode ativar a via alternativa. Uma proteína, o fator do veneno da cobra (CVF), tem sido extensivamente estudada pela sua habilidade de ativar esta via.

 

 Figura 9 Via lítica

VIA DO ATAQUE À MEMBRANA (LÍTICA) (figura 9)

A C5 convertase das vias clássica (C4b2a3b), da lectina (C4b2a3b) ou alternativa (C3bBb3b) cliva C5 em C5a e C5b. C5a permanece na fase fluida e C5b se associa rapidamente com C6 e C7 e se insere na membrana. Subsequentemente C8 liga-se, seguido por algumas moléculas a C9. As moléculas C9 formam um poro na membrana através do qual os conteúdos celulares vazam e ocorre a lise. A lise não é um processo enzimático; acredita-se que seja devido ao dano físico à membrana. O complexo consistindo em C5bC6C7C8C9 é referido como complexo de ataque à membrana (MAC).

C5a gerado na via lítica tem várias e potentes atividades biológicas. É a mais potente anafilotoxina. Além disso, é um fator quimiotáctico para neutrófilos e estimula a queima respiratória neles e estimula a produção de citocina inflamatória pelos macrófagos. Sua atividade é controlada pela inativação pela carboxipeptidase B (C3-INA).

Alguns dos complexos C5b67 formados podem se dissociar da membrana e entrar na fase fluida. Se for isso o que acontece então ele pode se ligar a outras células vizinhas e provocar sua lise. A lesão a células das vizinhanças é impedida pela Proteína S (vitronectina). Proteína S liga-se ao C5b67 solúvel e impede sua ligação a outras células.

 

 Figura 10 Regulação de C1rs (C4 convertase) pelo C1-INH III. PRODUTOS BIOLOGICAMENTE ATIVOS DA ATIVAÇÃO DO COMPLEMENTO

Ativação do complemento resulta na produção de várias moléculas biologicamente ativas que contribuem para a resistência,  anafilaxia e inflamação.

Produção de Cinina
C2b gerada durante a via clássica da ativação do C é uma procinina que torna-se biologicamente ativa após alteração enzimática pela plasmina. A produção excessiva de C2b é impedida pela ativação limitada de C2 pelo inibidor C1 (C1-INH) também conhecido como serpina que desacopla C1rs do complexo C1qrs (Figura 10). Uma deficiência genética de C1-INH leva à superprodução de C2b e é a causa do edema angioneurótico. Esta condição pode ser tratada com Danazol que promove a produção de C1-INH ou com ácido ε-amino capróico que diminui a atividade da plasmina.

RECURSOS DA WEB
Angioedema hereditário
On-line Herança mendeliana humana (NIH)

Anafilotoxinas
C4a, C3a e C5a (em ordem crescente de atividade) são todas as anafilotoxinas que causam degranulação celular de basófilos/mastócitos e contração de células da musculatura lisa. Efeitos indesejáveis desses peptídios são controlados pela carboxipeptidase B (C3a-INA).

Fatores Quimiotácticos
C5a e MAC (C5b67) são ambos quimiotácticos. C5a é também um potente ativador de neutrófilos, basófilos e macrófagos e causam indução de moléculas de  adesão nas células endoteliais vasculares.

Opsoninas
C3b e C4b na superfície de microrganismos se encaixam no receptor do C (CR1) em células fagocitárias e promovem fagocitose.

Outros produtos biologicamente ativos da ativação do C
Os produtos de degradação de C3 (iC3b, C3d e C3e) também se ligam a células diferentes através de receptores distintos e modulam suas funções.

Em resumo, o sistema do complemento toma parte na resistência específica e não específica e gera uma variedade de produtos de significância biológica e patofisiológica (Tabela 4).

Há deficiências genéticas conhecidas para a maioria dos componentes individuais do complemento, mas a deficiência de C3  é mais séria e fatal. Deficiências do complemento podem ocorrer em doenças imunes complexas como o lúpus eritematoso sistêmico (SLE) e infecções bacterianas, virais e parasitárias agudas e crônicas.

 

   
 

 

Tabela 4.  Atividades dos Produtos de Ativação do Complemento e seus Fatores de Controle

Fragmento Atividade Efeito Fator (ES) de Controle
C2a Procinina, acúmulo de fluidos Edema C1-INH
C3a Degranulação de basófilos e mastócitos; aumento da permeabilidade vascular, contração da musculatura lisa Anafilaxia C3a-INA
C3b Opsonina, ativação de célula fagocitária Fagocitose Factores H e I
C4a Degranulação de basófilo e mastócito; aumento da permeabilidade vascular, contração da musculatura lisa

Anafilaxia

(menos potente)

C3a-INA
C4b Opsonina Fagocitose C4-BP e Fator I
C5a Degranulação de basófilo e mastócito; aumento da permeabilidade vascular, contração da musculatura lisa

Anaphylaxis

(most potent)

C3a-INA
Quimiotaxia, estimulação da queima respiratória, ativação de células fagocitárias, estimulação de citocinas inflamatórias Inflamação
C5bC6C7 Quimiotaxia Inflamação Proteína S (vitronectina)
Liga-se a outras membranas Danos de tecido

 

Você aprendeu

 As proteínas do sistema complemento

As diferenças e semelhanças entre as diferentes vias de ativação de C3

O significado das diferentes vias na imunidade específica e não específica

O papel dos diferentes produtos de ativação do complemento na amplificação da imunidade não específica e específica e na inflamação

 

 

Tabela 5.  Deficiências do complemento e doença

Via/Componente Doença Mecanismo

Via Clássica

 
   C1INH Angioedema hereditário Superprodução de C2b (procinina)
  C1, C2, C4 Predisposição ao  SLE Opsonização de complexos imunes ajuda a mantê-los solúveis, a deficiência resulta no aumento da precipitação em tecidos e inflamação

Via da Lectina

 
MBL Susceptibilidade a infecções bacterianas em bebês ou imunodeprimidos Inabilidade de iniciar a via da lectina

Via Alternativa

 
  Fatores B ou D Susceptibilidade a infecções bacterianas piogênicas (formadoras de pus) Insuficiência de opsonização da bactéria
  C3 Susceptibilidade a infecções bacterianas Ausência de opsonização e inabilidade de utilizar a via do ataque à membrana
  C5, C6, C7 C8, e C9 Susceptibilidade a infecções Gram-negativas Incapacidade de atacar a membrana externa de bactéria Gram-negativa
Properdina (ligada ao X) Susceptibilidade a meningite meningocócica Ausência de opsonização da bactéria
Fatores H ou I Deficiência de C3 e susceptibilidade a infecções bacterianas Ativação descontrolada de C3 pela via alternativa em depleção de C3

 

  

 

 

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