Antimicrobial activity of the complement system

Full Text

Список сокращений

МАК — мембраноатакующий комплекс; МИК — минимальная ингибирующая концентрация; MBL — маннан-связывающий лектин; MASP — ассоциированная с MBL сериновая протеаза.

Введение

Система комплемента — центральная часть врожденного иммунитета. Она состоит из более чем 40 белков как циркулирующих в плазме крови, так и мембраносвязанных. Белки комплемента вовлечены в формирование сложного каскада биохимических реакций и его регуляцию. Система комплемента может активироваться по одному из трех путей — классическому, лектиновому или альтернативному, общей точкой пересечения которых является конвертация белка C3, то есть его расщепление на фрагменты C3a и C3b с последующим запуском терминального пути, приводящим к образованию литической поры на поверхности-мишени. Наряду с реализацией прямой бактерицидной активности комплемент участвует в опсонизации, регуляции воспаления, гомеостазе, модуляции реакций приобретенного иммунитета [1–3].

Рецепторной молекулой классического пути является белок C1q (буква «C» означает «компонент», от англ. component), вместе с тетрамером сериновых протеиназ C1r₂C1s₂ образующий комплекс C1 [4]. Классический путь запускается главным образом при взаимодействии C1q с иммунными комплексами, образованными IgG или IgM. Конформационные перестройки C1q последовательно приводят к активации C1r и C1s, расщеплению C4 и C2 [5]. Образовавшиеся субкомпоненты C4b и C2a формируют ковалентно связанный с мембраной комплекс C4b2a — C3-конвертазу классического пути. Она расщепляет C3 — ключевой компонент комплемента [1]. Лектиновый путь активируется аналогично классическому за счет взаимодействия рецепторных молекул, например, маннан-связывающего лектина (MBL), фиколинов и коллектинов с углеводными эпитопами на чужеродных поверхностях, включая остатки глюкозы, маннозы и N-ацетилглюкозамина. Рецепторные молекулы ассоциированы с сериновыми протеиназами (MASPs, MBL-associated serine proteases), которые при распознавании мишени активируются и расщепляют C4 и C2, индуцируя образование C3-конвертазы [6]. Альтернативный путь поддерживается на низком уровне конститутивной активации с помощью процесса, известного как «tickover» (от англ. «холостые обороты»), который происходит за счет спонтанного гидролиза тиоэфирной связи в молекуле C3. Образовавшаяся молекула С3(H₂O) конформационно напоминает C3b и связывается с фактором B, расщепляемым далее на Ba и Bb фактором D. Сформированный комплекс C3(H₂O)Bb — изначальная (англ. initial), или жидкофазная, C3-конвертаза альтернативного пути. Собранные C3-конвертазы расщепляют С3 на анафилатоксин C3a и белок C3b, который в результате дестабилизации тиоэфирной связи способен ковалентно связываться с прилегающей поверхностью, содержащей гидроксильные группы. Откладываемый на поверхностях C3b, не подвергнутый протеолизу регуляторным белком фактором I, участвует в петле усиления (англ. amplification loop), задача которой — эффективная конвертация большего числа молекул C3b комплексом C3bBb, стабилизированным фактором P, или пропердином [7]. При связи C3b с чужеродной поверхностью запускается образование C5-конвертаз: C4b2a3b и C3bBb3b. C5-конвертазы расщепляют белок C5, высвобождая анафилатоксин C5a и фрагмент C5b, который привлекает компоненты C6, C7, C8, и несколько белков C9 — поздние компоненты, являющиеся участниками мембраноатакующего комплекса (МАК) [1].

Активация комплемента регулируется многочисленными ингибиторами, что позволяет избежать повреждения клеток хозяйского организма. Ингибитор C1 (C1-INH) относится к серпинам и способен ингибировать активацию классического и лектинового путей, связываясь с C1 и MASP [8, 9]. Для защиты поверхности клетки хозяина связанный с ней C3b подвергается ограниченному протеолизу фактором I при участии кофакторов. При этом образуется инактивированная форма iC3b и фрагмент C3f, далее iC3b гидролизуется тем же фактором I до фрагментов C3c и C3dg. Кофакторами для расщепления C3b выступают фактор H, привлекаемый сиалированными поверхностями, CR1 (рецептор комплемента 1) или CD35, МКБ (мембранный кофакторный белок) или CD46. Расщепление белка C4b происходит схожим образом [10]. Образование MAК контролируется экспрессией на клеточной поверхности белка CD59, который взаимодействует с C8 и C9 и препятствует формированию пор [11].

Помимо системы комплемента за нейтрализацию микробов в сыворотке отвечают антимикробные пептиды и белки, которые вырабатываются различными клетками организма (нейтрофилы, макрофаги и др.). Антимикробные пептиды представляют собой небольшие положительно заряженные амфипатические молекулы, способные инактивировать широкий спектр патогенов. Примеры таких пептидов в организме человека — дефенсины, кателицидин LL-37, хемокины, гистатины и гепсидин. Пептиды могут проявлять антимикробную активность различными способами: разрушением цитоплазматической мембраны бактерий, взаимодействием с поверхностными и интегральными белками мембран, а также внутриклеточными белками и нуклеиновыми кислотами, ингибированием процессов матричного биосинтеза. Однако наиболее распространенным механизмом действия антимикробных пептидов является лизис мембран: пептиды адсорбируются на мембране за счет электростатических взаимодействий, далее встраиваются в нее благодаря липофильным остаткам и вызывают порообразование [12, 13]. Антимикробные белки способны проявлять бактерицидный эффект по различным механизмам, в том числе за счет ферментативной активности. К представителям антимикробных белков относятся лизоцим, секреторная фосфолипаза А2-IIА, пептидогликан-распознающие белки, лактоферрин, миелопероксидаза, а также сериновые протеазы нейтрофильных гранулоцитов (катепсин G, нейтрофильная эластаза, протеаза 3). Сериновые протеазы представляют собой протеолитические ферменты, которые катализируют расщепление белков, а также могут принимать участие в уничтожении патогенов и регуляции воспалительного процесса [12]. Для сериновых протеаз нейтрофилов была показана возможность прямого бактерицидного действия, хотя точный механизм известен не для всех бактерий. В отношении некоторых бактерий антимикробная активность зависит от расщепления белков мембраны или факторов вирулентности. Другой вариант действия сериновых протеаз — дестабилизация мембраны за счет положительного поверхностного заряда [12, 14, 15].

Хотя МАК считается главным бактерицидным фактором комплемента, описаны и другие участники комплемента, способные вносить вклад в выполнение данной функции. Некоторые представители обладают чертами «типичных» антимикробных пептидов, что позволяет говорить о существовании антимикробных пептидов комплемента, а другие являются сериновыми протеазами. Их влияние может быть существенным при локальном действии комплемента в ходе элиминации патогенов. Понимание роли этих факторов может способствовать более детальной расшифровке механизмов бактериолиза, поскольку ранее для МАК был показан синергизм с другими антимикробными агентами. Следует подчеркнуть, что МАК имеет ограниченный спектр мишеней для лизиса, а также может дополнительно ингибироваться бактериальными факторами. В то же время антимикробные пептиды комплемента, образующиеся на более ранних стадиях, могут оказывать влияние даже на устойчивые к действию МАК клетки. Основная информация по антимикробной активности системы комплемента приведена в таблице.

 

Таблица / Table. Антимикробные факторы системы комплемента

Antimicrobial factors of the complement system

Название	Организмы	Основные функции	Спектр антимикробного действия	Минимальная ингибирующая концентрация, мкмоль/л*	Источники
Мембраноатакующий комплекс	Позвоночные	Образование литической поры в мембране	Гр–	–	[28, 37, 38]
C3	Азиатский паралихт	Участие в сборке С3- и С5-конвертаз, предшественник опсонинов и анафилатоксина С3а	Гр+, Гр–	–	[67]
C3a	Человек, домовая мышь	Анафилатоксическая активность, хемотаксический эффект, активация фагоцитов, иммунорегуляторный эффект	Гр+, Гр–, Candida albicans	0,7	[66, 72–74]
C4a	Человек, домовая мышь	Провоспалительная активность, хемотаксический эффект, активация клеток иммунной системы	Гр+, Гр–, Candida albicans	–	[72, 73]
C5a	Домовая мышь	Анафилатоксическая активность, хемотаксический эффект, активация фагоцитов	Гр–	–	[72]
C3f	Человек	Точная функция неизвестна	Гр+	70	[79]
Ba	Морской язык	Продукт активации фактора B, проявляет хемотаксическую активность, способен ингибировать пролиферацию активированных В-клеток	Гр–	–	[91]
Фактор D	Учанский лещ	Расщепляет фактор В, участвуя в активации альтернативного пути	Гр+, Гр–	–	[94]
Фактор I	Морской язык	Регулятор системы комплемента, расщепляющий C4b и C3b	Гр+, Гр–	0,4	[98, 99]

Примечание: Гр^– — грамотрицательные бактерии, Гр⁺ — грамположительные бактерии. * Для наиболее чувствительного микроорганизма.

 

Мембраноатакующий комплекс

В контексте эволюции комплемента МАК представляет собой относительно молодой механизм нейтрализации бактерий. Образование MAК — это конечный этап серии биохимических реакций, в результате которых поздние компоненты комплемента образуют трансмембранную пору. Хотя детали механизма сборки и действия МАК до сих пор полностью не расшифрованы, его литическая функция играет важную роль в уничтожении грамотрицательных бактерий. Генетический дефицит компонентов МАК комплемента приводит к рецидивирующим инфекциям [16, 17], решающее значение МАК играет в борьбе с Neisseria meningitidis [18, 19]. Помимо бактерицидной функции MAК может индуцировать внутриклеточную передачу сигналов и активацию клеток собственного организма [3, 20].

Сборка МАК начинается, когда С5-конвертаза, связанная с поверхностью клетки-мишени [21], расщепляет белок С5 с образованием C5a и C5b. Появившийся C5b нестабилен, он быстро ассоциирует с С6 и образует стабильные комплексы C5b6 [22]. После привлечения С7 образующийся комплекс C5b-7 становится липофильным и взаимодействует с липидными мембранами. C5b-7 впоследствии привлекает C8 (гетеротример, состоящий из C8α, C8β и C8γ) с образованием комплекса C5b-8, который обеспечивает встраивание в мембрану [23]. Уже на этом этапе комплекс может вызывать небольшие повреждения в мембранах эритроцитов и липосом [24, 25]. Связывание первой молекулы С9 является лимитирующей стадией, и встроенный в мембрану комплекс C5b-9 может привлекать дополнительные растворимые мономеры С9. Порообразование быстро завершается однонаправленной олигомеризацией по часовой стрелке [23]. Образовавшийся МАК включает 6 полипептидных цепей (C5b, C6, C7, C8α, C8β и C8γ) и до 18 мономеров C9. МАК представляет собой гибкую иммунную пору с асимметричной конфигурацией разделенной шайбы, внешний диаметр поры 24 нм, внутренний — 11 нм [26]. Высокий уровень гликозилирования белков МАК, предположительно, может способствовать поддержанию структурной целостности поры [26, 27].

Отложение МАК может происходить на различных поверхностях: главным образом на мембранах грамотрицательных бактерий, паразитов, эукариотических клеток, а также на грамположительных бактериях и оболочечных вирусах [28–31]. При достаточном количестве МАК эукариотические клетки могут погибать вследствие апоптоза или лизиса [32–34]. При этом они имеют ряд защитных механизмов, чтобы избавляться от нежелательного эффекта МАК: экспрессия ингибиторных молекул (таких как CD59, кластерин и витронектин, которые взаимодействуют с предшественниками МАК на различных стадиях [11]), а также возможность быстро удалять встроенные поры путем везикуляции [35]. Хотя компоненты МАК могут быть обнаружены на поверхности грамположительных бактерий, это не приводит к их лизису. Вероятно, поры MAК не могут встроиться в мембрану и уничтожить бактерию из-за наличия толстого слоя пептидогликана [36].

Основная функция МАК заключается в уничтожении грамотрицательных бактерий [37, 38]. В недавнем исследовании [21] было показано, что для эффективного действия формирование поры должно инициироваться поверхностно-связанными С5-конвертазами. Для бактерий комплекс С5b-8 без С9 обладает низкой бактерицидной активностью [39, 19]. При этом молекула С9 может быть летальной без дополнительных компонентов, когда она имеет доступ к внутренней мембране, что доказали исследования по введению С9 в периплазму грамотрицательных бактерий [40–42]. Первоначально МАК собирается на внешней мембране бактерий, причем полимеризация компонента С9 необходима для сильного повреждения мембраны [21]. Важное условие для уничтожения бактерий — повреждение внутренней мембраны, для чего требуется больше времени [43]. Пока не ясен точный механизм процесса, но есть несколько гипотез. Во-первых, наличие пор во внешней мембране позволяет мономерам С9 ее пересекать и напрямую повреждать внутреннюю мембрану [40–42]. Во-вторых, нарушение целостности внешней мембраны может вызывать утечку периплазматических белков или стрессовую реакцию внутри бактерии, что приведет к дестабилизации внутренней мембраны и гибели бактерии. И, в-третьих, наличие пор может вызвать липидный обмен между внешней и внутренней мембраной, что вызовет осмотическую нестабильность и последующую дестабилизацию внутренней мембраны [21, 28]. Недавние исследования сообщают, что МАК проявляет синергизм с некоторыми антимикробными препаратами. Предполагается, что повреждение внешней мембраны порами МАК позволяет антимикробным соединениям проникнуть к нижележащим структурам и эффективнее убивать патогены [44].

Некоторые грамотрицательные бактерии развивают механизмы избегания МАК. Они могут преобразовывать поверхность путем модификации липополисахаридов [45, 46] и образования капсулы [47]. Грамотрицательные бактерии способны экспрессировать белки для ингибирования разных этапов формирования МАК [48–50]. Другим механизмом противостояния действию МАК является использование регуляторов комплемента хозяина [51, 52]. Образование полифосфатов может быть дополнительным вариантом борьбы с лизисом, вызванным МАК [53, 54].

Белок С3

Белок С3 — центральный компонент в системе комплемента, именно на нем сходятся три пути активации [1]. Дефицит С3 связан с повышенной восприимчивостью к бактериальным инфекциям [55–59]. Белок C3 млекопитающих имеет молекулярную массу около 190 кДа и состоит из двух полипептидных цепей, α и β, соединенных дисульфидной связью. При активации комплемента C3-конвертаза расщепляет α-цепь C3 с образованием белка C3b и пептида C3a [1]. C3 принадлежит к семейству белков, содержащих тиоэфирную связь (TEP от англ. thioester-containing proteins) [60], которое также включает компоненты комплемента С4 и С5, при этом в молекуле белка С5 тиоэфирная связь отсутствует. Исследования, направленные на понимание эволюции системы комплемента, предполагают, что общая предковая молекула дала начало C3 и двум другим молекулам комплемента C4 и C5 [61]. С3 — эволюционно древняя молекула. С3-подобные белки встречаются у различных животных, включая книдарий, первичноротых и вторичноротых беспозвоночных [62–64]. Поскольку C3-подобный ген обнаружен и у губок, существует мнение, что ген-прототип С3-подобного белка возник на ранней стадии эволюции у хоанофлагеллят (одноклеточные заднежгутиковые) до разделения на Porifera и Metazoa, а в дальнейшем в некоторых геномах ген C3 был утерян или накапливал изменения [65].

Хотя у человека белок С3 не проявляет бактерицидного действия против Escherichia coli, Enterococcus faecalis и Pseudomonas aeruginosa [66], данные, полученные для C3 представителя костистых рыб — азиатского паралихта (Paralichthys olivaceus), показывают, что в условиях с физиологической ионной силой белок проявляет прямую дозозависимую бактерицидную активность в отношении Vibrio harveyi и Streptococcus iniae [67]. Показано, что в сыворотке паралихта белок C3 может взаимодействовать с мембранами некоторых грамположительных и грамотрицательных бактерий. Грамотрицательная бактерия Vibrio anguillarum демонстрирует наиболее сильное связывание.

С3а у млекопитающих образуется из N-концевой области α-цепи C3, молекулярная масса С3а человека ~9 кДа [68]. Пептид имеет важное значение в регуляции врожденного и адаптивного иммунитета, являясь анафилатоксином [69, 70]. Анафилатоксическое действие C3a регулируется карбоксипептидазами N и B2, которые отщепляют С-концевой остаток аргинина с образованием неактивного пептида C3a-desArg. У большинства видов позвоночных молекула С3а имеет положительный заряд, сохраняя при этом умеренную амфипатичность, и содержит четыре α-спиральных участка [71, 72]. Структурные характеристики С3а схожи с таковыми «типичных» антимикробных пептидов. Было показано эволюционное сохранение вторичных структур, имеющих значение для антимикробной активности у пептида С3а от беспозвоночных до человека [73].

С3а и его инактивированный вариант C3a-desArg проявляют прямую антимикробную активность в отношении широкого спектра грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также клеток грибов. Исследования указывают на то, что антимикробное действие опосредовано С-концевой областью пептида. Бактерицидная активность пептида коррелировала с положительным зарядом. Механизм антимикробного действия обусловлен физическим нарушением целостности мембран, что было показано для мембран бактерий и на липосомных моделях [66, 71–75]. Пептид C3a человека эффективно уничтожал грамотрицательные бактерии E. coli, P. aeruginosa и грамположительную E. faecalis, а также грибок Candida albicans [66, 73, 74]. Минимальная ингибирующая концентрация (МИК) для C3a против P. aeruginosa и E. coli составляла 0,70 и 0,75 мкмоль/л соответственно [66]. Пептид оставался антимикробным в том числе в присутствии 0,15 моль/л NaCl, что говорит о его активности в физиологических условиях. С3а, принадлежащий домовой мыши, проявлял антимикробную активность в отношении E. coli (наиболее чувствительна), P. aeruginosa и Edwardsiella ictaluri [72]. В то же время пептид C3a азиатского паралихта в отличие от белка С3 не проявлял антимикробной активности, хотя и демонстрировал связывание со многими грамотрицательными и грамположительными бактериями [67].

Некоторые пептиды, являющиеся фрагментами С3а, тоже обладают антимикробными свойствами, связанными с мембранолитическим действием. Уровень их активности различный, наиболее высокий показан для пептида CNY21, чья пептидная последовательность образует 57–77 С-конец С3а. CNY21 проявлял антибактериальную активность как in vitro, так и при введении в селезенку мышей [66, 74, 75]. Важное условие для разрушения липидной мембраны — предшествующая электростатическая адсорбция пептида [76]. При этом CNY21 не проявлял значимой гемолитической активности, что дает возможность для дальнейшего изучения пептида в терапевтических целях [76]. Однако при разработке противомикробных пептидных препаратов на основе последовательностей анафилатоксинов необходимо исключать возможные рецептор-опосредованные эффекты [77].

С3f. Пептид образуется при протеолитическом расщеплении белка C3b фактором I [78]. Молекулярная масса С3f человека составляет ~2 кДа, он состоит из 17 аминокислот, является катионным и, вероятно, формирует структуру амфипатической α-спирали. Методом радиальной диффузии в бессолевых условиях была показана невысокая антимикробная активность С3f в отношении некоторых грамположительных бактерий (Listeria monocytogenes, Micrococcus luteus, E. faecium). Самой чувствительной к пептиду оказалась L. monocytogenes (МИК ~70 мкМ). Часть микроорганизмов (Bacillus cereus, E. coli, C. albicans) была устойчива к действию пептида [79].

С4a. Компонент комплемента С4 участвует в активации классического и лектинового путей. Белок состоит из α-, β- и γ-цепей и в ходе каскада комплемента расщепляется с образованием фрагментов C4a и C4b [80]. Пептид С4а имеет молекулярную массу ~8,6 кДа. Дефицит С4 сопровождается повышенной восприимчивостью к инфекциям [57] и является фактором риска, связанным с развитием системной красной волчанки [81–83]. C4 в отличие от С3 встречается только у челюстноротых (Gnathostomata). Считается, что белок С4 произошел в результате дупликации гена С3 после дивергенции бесчелюстных (Agnatha) [84].

Пептид С4а образуется из N-концевого участка α-цепи белка С4. Начиная с 1979 г. пептиду приписывали активность анафилатоксина [85], хотя недавние исследования ставят под сомнение эту роль [86]. С4а характеризуется амфипатической структурой, а также укладкой в форме α-спирали. Пептид C4a, а также некоторые его фрагменты демонстрировали антимикробную активность против грамположительных и грамотрицательных бактерий. С4а человека проявлял бактерицидное действие против грамотрицательной (P. aeruginosa) и грамположительной (E. faecalis) бактерий, E. faecalis оказалась более чувствительной к действию пептида [73]. С4а мыши обладал антимикробной активностью в отношении E. coli (наиболее чувствительна), P. aeruginosa и E. ictaluri [72]. Фрагменты, полученные из С4а различных позвоночных, демонстрировали антимикробную активность в отношении ряда грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибка C. albicans [72, 73]. Таким образом, антибактериальная активность С4а высококонсервативна у позвоночных. Полученные данные указывают на то, что подобно механизму действия пептида C3a механизм действия C4a связан с мембранолитическим действием [72], и за бактерицидное действие ответственна С-концевая область [73]. Пептид C4a не обладал гемолитической активностью, что может быть важным для разработки терапевтических средств на его основе [71–73].

C5a. Белок C5, как и С4, произошел при амплификации гена С3 после дивергенции Agnatha [84]. Дефицит С5 приводит к невозможности формировать эффективный хемотаксический ответ и повышает чувствительность к некоторым инфекциям [16]. Белок С5 состоит из α- и β-цепи, при действии С5-конвертаз белок расщепляется с образованием пептидов C5a и C5b. Подобно C3a и C4a, фрагмент С5а высвобождается из N-концевого участка α-цепи и обладает молекулярной массой ~11 кДа [87]. Молекула C5a считается наиболее мощным провоспалительным медиатором среди анафилатоксинов системы комплемента [69, 70, 88]. В ранних исследованиях было показано, что молекула С5а человека, в отличие от С3а и С4а, не обладает антимикробной активностью в отношении P. aeruginosa и E. faecalis [71, 73]. Однако в недавнем исследовании было показано, что С5а некоторых позвоночных, например мыши, а также некоторые фрагменты пептида обладают бактерицидным действием в отношении E. coli, P. aeruginosa и E. ictaluri. Антимикробная активность С5а связана с нарушением целостности мембраны и коррелирует с положительным зарядом молекулы, что характерно для типичных антимикробных пептидов. Так же как C3a и C4a, С5а не оказывал гемолитического действия [72]. Более низкий уровень антимикробной активности пептида С5а по сравнению с С3а и С4а, возможно, связан с тем, что у позвоночных С5 дивергировал от общей предковой молекулы раньше, чем С3 и С4 [89].

Фактор B

Фактор B представляет собой зимоген сериновой протеазы, которая активируется при расщеплении белка фактором D. Фактор D способен действовать только после связывания фактора B с C3b или C3(H₂O). Фактор B расщепляется на фрагменты Ba (~33 кДа), остающийся в циркуляции, и более крупный ферментативно активный Bb, что приводит к образованию С3-конвертазы [90]. Для рыб было продемонстрировано повышение экспрессии фактора B при заражении некоторыми патогенами, а также показано, что рекомбинантный фрагмент Ba морского языка Cynoglossus semilaevis способен проявлять антибактериальный эффект как in vitro, так и in vivo [91]. Ba способен дозозависимым образом связываться с Edwardsiella tarda, Pseudomonas fluorescens и V. harveyi, в присутствии пептида бактерии демонстрировали замедленную скорость роста. Для изучения in vivo рыбы были заражены E. tarda, и при увеличении содержания Ba путем введения плазмиды, экпрессирующей рекомбинантный Ba, количество бактерий в печени значительно снижалось по сравнению с контролем. Такой эффект может достигаться как ингибированием роста бактериальных клеток фрагментом Ba, так и модуляцией лейкоцитарного ответа [91].

Фактор D

Фактор D имеет молекулярную массу ~23,5 кДа и принадлежит к семейству сериновых протеаз [92]. Белок циркулирует в виде зрелой сериновой протеазы и при активации альтернативного пути расщепляет фактор B, что приводит к образованию С3-конвертазы [90, 93]. Фактор D высококонсервативен у позвоночных. Было показано, что патогенная инфекция усиливает экспрессию белка у рыб. Фактор D из учанского леща (Megalobrama amblycephala) проявлял антимикробную активность в отношении как грамотрицательных (Aeromonas hydrophila и E. coli), так и грамположительных бактерий (Staphylococcus aureus). Грамотрицательные бактерии показали более высокую чувствительность к белку [94].

Фактор I

Фактор I (молекулярная масса 88 кДа) представляет собой высокоактивную растворимую сериновую протеазу, которая в присутствии кофакторов способна расщеплять C3b и C4b, тем самым сдерживая действие системы комплемента [95]. Фактор I высококонсервативен у позвоночных [96, 97]. Экспрессия белка у рыб повышается при заражении некоторыми патогенами. Фактор I из Cynoglossus semilaevis обладал антимикробной активностью против грамотрицательных (Shewanella putrefaciens, E. coli и P. aeruginosa) и грамположительных бактерий (S. aureus). Наибольшую чувствительность показала S. putrefaciens, а наименьшую — E. coli. МИК в отношении E. coli составляла 0,4–1,1, в отношении остальных бактерий — 0,1–0,7 мкмоль/л [98]. По всей видимости, из пяти белковых доменов фактора I рыб ключевую роль в антимикробной активности играет именно домен сериновой протеазы, поскольку для рекомбинантного фрагмента фактора I азиатского паралихта, соответствующего этому домену, было показано взаимодействие с грамположительными и грамотрицательными бактериями, а также бактериостатическое действие [99].

Антимикробная защита в контексте терапевтического ингибирования комплемента

Комплементу принадлежит настолько важная роль как в избавлении от инфекций, так и в патогенезе различных воспалительных и аутоиммунных заболеваний, что он может быть назван архетипическим участником и первого, и второго. Эффективное сдерживание чрезмерной активации системы комплемента является насущной потребностью в медицинской практике. С такой точки зрения существенным становится и вопрос о возможных рисках, сопряженных с терапевтическим ингибированием данной системы. Экулизумаб — первый ингибитор комплемента, одобренный для клинического применения. Это моноклональное антитело, разработанное компанией Alexion Pharmaceuticals Inc. (США), связывается с белком C5 и блокирует его расщепление [100]. Ключевые данные о влиянии ингибирования комплемента на подверженность инфекциям были получены именно при клиническом применении этого препарата. Важно подчеркнуть, что ингибирование конвертации C5 может препятствовать не только инициации литического каскада и бактериолизу, но и эффектам, опосредованным C5a. Это может выражаться в подавлении привлечения и активации фагоцитов, а следовательно, опсонофагоцитоза, несмотря на отсутствие сдерживающего эффекта на уровне продукции опсонинов-производных C4 или C3. Действительно, такая логика подтверждается прямыми экспериментальными исследованиями ex vivo [101], а клинические данные показывают, что применение экулизумаба значительно повышает риск инвазивной менингококковой инфекции, несмотря на вакцинацию [102]. Вакцинация — стандартная рекомендация при интервенции в систему комплемента. Однако не стоит забывать, что задача вакцинации — стимуляция выработки антител в организме вакцинированного, а один из важнейших механизмов защитного действия антител — именно запуск классического пути и последующих этапов активации комплемента. Несмотря на кажущееся принципиальное ограничение клинического применения ингибиторов комплемента в контексте его антимикробной защиты, оптимистический взгляд призывает к корректному подбору протоколов вакцинации, антибиотической терапии и лечения комплемент-зависимой болезни [103].

Заключение

Система комплемента представляет собой важный компонент врожденного иммунитета животных. В настоящее время известно, что МАК играет важную роль в элиминации микроорганизмов, эффективно уничтожая грамотрицательные бактерии. Имеющиеся данные говорят о том, что лизис патогенов осуществляется не только благодаря образованию МАК, но и за счет формирования антимикробных пептидов — производных компонентов комплемента. Важное значение для человека могут иметь пептиды С3а и С4а, для которых показана антимикробная активность против широкого спектра микроорганизмов. Активность С3а сохраняется в условиях с физиологической ионной силой, это свидетельствует о том, что пептиды вносят вклад в нейтрализацию патогенов в сыворотке крови. Пока не ясно, работают ли пептиды и МАК вместе, усиливая действие друг друга, или С3а и С4а лизируют клетки, недоступные МАК. Пептид C3f человека также обладает бактерицидной активностью, но, вероятно, она слишком мала, чтобы считаться физиологически значимой. Для белка С3 и пептида С5а человека не было показано активности, но у азиатского паралихта и мыши компоненты обладали бактерицидным действием. Для сериновых протеаз комплемента антимикробная активность была показана только у рыб, но следует отметить, что фактор I действует в весьма низких концентрациях.

Образование литической поры — относительно молодой эволюционный механизм, поэтому антимикробные белки и пептиды системы комплемента могли играть важную роль в защите организма от патогенов до появления МАК.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FGWG-2022-0007).

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Наибольший вклад распределен следующим образом: Е.В. Егорова, И.А. Кренев, Н.Н. Оборин, М.Н. Берлов — поиск и анализ публикаций по теме обзора; Е.В. Егорова — написание текста рукописи; И.А. Кренев, М.Н. Берлов — редактирование текста рукописи.

Additional information

Funding source. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. FGWG-2022-0007).

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Authors’ contribution. All authors made a significant contributions to concept development and paper preparation, read and approved the final version before publication. The largest contribution is distributed as follows: E.V. Egorova, I.A. Krenev, N.N. Oborin, M.N. Berlov — search and analysis of publications on the topic of the review; E.V. Egorova — original draft preparation; I.A. Krenev, M.N. Berlov — review and editing.

About the authors

Ekaterina V. Egorova

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: egorova.ekaterina@internet.ru

Trainee in the General Pathology Laboratory, Department of General Pathology and Pathological Physiology; Undergraduate student in the Faculty of Biology

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Ilia A. Krenev

Institute of Experimental Medicine

Email: il.krenevv13@yandex.ru

Junior Research Associate in the General Pathology Laboratory, Department of General Pathology and Pathological Physiology, PhD student

Russian Federation, Saint Petersburg

Nikita N. Oborin

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University

Email: obnn29@gmail.com

Laboratory Technician, Laboratory of Antitumour Peptide Drugs, Department of General Pathology and Pathological Physiology; Master’s student in the Faculty of Biology

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Mikhail N. Berlov

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: berlov.mn@iemspb.ru
ORCID iD: 0000-0001-5191-0467
SPIN-code: 9006-6127
Scopus Author ID: 6505880084
ResearcherId: O-1283-2014

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate in the General Pathology Laboratory, Department of General Pathology and Pathological Physiology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files