🛡️ Kaskada dopełniacza

Droga klasyczna zaczyna się, gdy C1q — heksameryczne białko rozpoznające o strukturze przypominającej bukiet — wiąże się z fragmentami Fc przeciwciał IgG lub IgM już przyłączonych do powierzchni patogenu. Aktywuje to proteazy serynowe C1r i C1s, które tną C4 na C4a i C4b oraz C2 na C2a i C2b, tworząc konwertazę C3 — C4b2a. Pojedynczy kompleks antygen-przeciwciało może aktywować dziesiątki cząsteczek C3, co pokazuje siłę amplifikacji kaskady.

Droga alternatywna nie wymaga przeciwciał. Wykorzystuje spontaniczną, niskopoziomową hydrolizę C3 w osoczu ("tick-over"), tworząc C3(H₂O), które wiąże czynnik B; czynnik D tnie następnie czynnik B, tworząc płynną konwertazę C3(H₂O)Bb. Na powierzchni patogenów — pozbawionej białek regulatorowych obecnych na komórkach gospodarza — złogi C3b rekrutują więcej czynnika B i D, tworząc związaną z powierzchnią konwertazę C3bBb, stabilizowaną przez properdynę. Powstaje samowzmacniająca się pętla odpowiadająca za 80-90% całkowitego odkładania C3b.

MAC (C5b-6-7-8-9) to przezbłonowy por o średnicy około 10 nm. Po tym, jak konwertaza C5 tnie C5 na C5a i C5b, C5b rekrutuje kolejno C6, C7 i C8, które wbudowują się w dwuwarstwę lipidową. Wiele cząsteczek C9 polimeryzuje wokół tego zalążka, tworząc ostateczny por, który zaburza gradienty jonowe utrzymujące równowagę osmotyczną, powodując napływ wody, obrzęk i lizę. MAC działa głównie przeciw bakteriom Gram-ujemnym; bakterie Gram-dodatnie chroni ich gruba ściana peptydoglikanowa.

Opsonizacja to pokrycie patogenu białkami dopełniacza (głównie C3b) lub przeciwciałami w celu ułatwienia fagocytozy. C3b wiąże się kowalencyjnie z powierzchnią patogenu poprzez wewnętrzne wiązanie tioestrowe reagujące z grupami hydroksylowymi lub aminowymi — proces trwający zaledwie mikrosekundy. Makrofagi i neutrofile mają receptor dopełniacza 1 (CR1, CD35) rozpoznający C3b, co znacząco przyspiesza fagocytozę. Bez opsonizacji wiele otoczkowanych bakterii, jak Streptococcus pneumoniae, może całkowicie uniknąć fagocytozy.

C3a i C5a to małe rozpuszczalne fragmenty uwalniane podczas cięcia C3 i C5, działające jako anafilatoksyny — silne mediatory zapalenia. C5a jest około 100 razy silniejsze niż C3a. Wiążą się z receptorami sprzężonymi z białkiem G (C3aR i C5aR/CD88) na komórkach tucznych, bazofilach i neutrofilach, wywołując uwalnianie histaminy, zwiększoną przepuszczalność naczyń i chemotaksję komórek zapalnych do miejsca zakażenia. Nadmierna sygnalizacja C5a jest wiązana z burzą cytokinową w ciężkim przebiegu COVID-19 i sepsy.

Komórki gospodarza mają na powierzchni białka inaktywujące dopełniacz. Czynnik przyspieszający rozpad (DAF/CD55) przyspiesza spontaniczny rozpad konwertaz C3 i C5, zapobiegając dalszemu odkładaniu C3b. CD59 (protektyna) blokuje polimeryzację C9, uniemożliwiając powstanie MAC. Czynnik I tnie płynny C3b do nieaktywnego iC3b przy pomocy czynnika H. Te mechanizmy zapewniają, że dopełniacz atakuje patogeny, oszczędzając tkanki własne — czego przykładem jest napadowa nocna hemoglobinuria (PNH), gdzie utrata białek zakotwiczonych w GPI (w tym CD55/CD59) prowadzi do niszczenia krwinek czerwonych.

PNH to rzadkie nabyte zaburzenie spowodowane somatyczną mutacją genu PIG-A w komórce macierzystej krwiotwórczej, znoszącą syntezę kotwicy GPI. Powstałe komórki krwi nie mają CD55 i CD59, co czyni je podatnymi na lizę przez dopełniacz — zwłaszcza nocą, gdy kwasica oddechowa lekko obniża pH i aktywuje dopełniacz. Pacjenci cierpią na niedokrwistość hemolityczną, zakrzepicę i ciemny mocz. Przeciwciało monoklonalne anty-C5, ekulizumab (Soliris), zrewolucjonizowało leczenie, blokując tworzenie MAC.

Enzymy dopełniacza, jak wszystkie katalizatory biologiczne, podlegają kinetyce Arrheniusa: szybkość reakcji podwaja się mniej więcej co 10°C wzrostu temperatury (Q₁₀ ≈ 2). Symulator modeluje to czynnikiem exp[0,05×(T-37)], więc podniesienie temperatury z 37°C do 42°C zwiększa efektywną szybkość o ok. 28%, a ochłodzenie do 20°C zmniejsza ją o ok. 65%. Hipotermia terapeutyczna stosowana podczas operacji kardiochirurgicznych celowo spowalnia aktywację dopełniacza, by ograniczyć uszkodzenie przeszczepianych narządów.

Droga lektynowa jest aktywowana przez lektynę wiążącą mannozę (MBL) lub fikoliny, które rozpoznają zachowane wzorce węglowodanowe (mannozę, N-acetyloglukozaminę) na powierzchni patogenów — wzorce w większości nieobecne na komórkach ssaków. MBL tworzy kompleksy z proteazami serynowymi MASP-1 i MASP-2, które tną C4 i C2 (dokładnie jak w drodze klasycznej od tego momentu). Niedobór MBL to jeden z najczęstszych ludzkich stanów niedoboru odporności, predysponujący dzieci do nawracających infekcji dróg oddechowych zanim dojrzeje odporność nabyta.

Tak — leki wpływające na dopełniacz stały się ważną klasą terapeutyczną. Ekulizumab (anty-C5) leczy PNH, atypowy zespół hemolityczno-mocznicowy (aHUS) i zapalenie nerwów wzrokowych i rdzenia. Rawulizumab to długo działające przeciwciało anty-C5 wymagające dawkowania tylko co 8 tygodni. Inhibitory C3, jak pegcetakoplan, są zatwierdzone w PNH i celują w pętlę amplifikacji. Suwak "inhibitor" w symulatorze odzwierciedla aktywność regulatorową podobną do DAF/CD55 — podniesienie go blokuje tworzenie konwertazy, proporcjonalnie zmniejszając odkładanie C3b i tworzenie porów MAC.

Dopełniacz łączy odporność wrodzoną i nabytą. Antygeny pokryte C3b są wychwytywane przez komórki dendrytyczne poprzez CR3, wzmacniając prezentację antygenu i obniżając próg aktywacji limfocytów B nawet 1000-krotnie. Fragmenty C3d na antygenach angażują koreceptor CD21 limfocytów B, wzmacniając sygnalizację. Niedobory dopełniacza — zwłaszcza C1q, C4 lub C2 — są silnie powiązane z toczniem rumieniowatym układowym (SLE), ponieważ zaburzone usuwanie szczątków komórek apoptotycznych pozwala antygenom jądrowym uciec i napędzać autoimmunizację.