Sistema Complemento
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O sistema complemento é um elemento fisiológico vital que deve ser induzido para desempenhar suas funções protetoras. O complemento foi originalmente denominado por sua capacidade de auxiliar, ou ser “complementar” a, anticorpos envolvidos na lise de bactérias.
Natureza e funções
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O complemento não é uma substância única, mas uma coleção de cerca de 30 proteínas séricas que constituem um sistema complexo de enzimas funcionalmente relacionadas. Essas enzimas são sequencialmente ativadas em uma cascata rigidamente regulada para realizar as funções do complemento. A ativação do complemento tem quatro resultados principais: (1) lise de patógenos; (2) opsonização (revestimento) de entidades estranhas para aumentar a fagocitose; (3) eliminação de complexos imunes (redes solúveis de antígeno ligado ao anticorpo); e (4) a geração de subprodutos de peptídeos que estão envolvidos na resposta inflamatória.
O sistema do complemento pode ser ativado por meio de três vias bioquímicas: a via clássica, a via da lectina e a via alternativa (Figura 4-1). Todas as três vias resultam na produção do componente C3b chave do complemento e na montagem na superfície do patógeno de uma estrutura chamada complexo de ataque à membrana (MAC). A via clássica é desencadeada quando o antígeno presente na superfície do patógeno se liga ao anticorpo, e esse anticorpo, por sua vez, é ligado pelo componente C1 do complemento. Na via da lectina, a ativação do complemento é iniciada pela ligação direta de MBL (Manose Binding Lectin) a certos carboidratos na superfície de um patógeno; nenhum anticorpo está envolvido. A via alternativa é ativada quando o componente C3 do complemento hidrolisa espontaneamente e, em seguida, interage com certos fatores enzimáticos para produzir C3b. Este C3b pode se ligar a quase qualquer carboidrato ou proteína na superfície de um patógeno; novamente, nenhum anticorpo está envolvido. A ligação do C3b a uma superfície do patógeno leva à formação do MAC. O MAC então perfura um orifício na membrana externa do patógeno, criando um desequilíbrio osmótico que lisa o invasor.
A via clássica de ativação do complemento foi descoberta primeiro, mas provavelmente evoluiu por último. Devido ao seu envolvimento de anticorpos, a via clássica tem a vantagem de maior especificidade do que as vias alternativas e da lectina, mas a desvantagem do atraso devido à sua dependência de uma resposta adaptativa. A lectina e as vias alternativas são menos específicas, mas muito rápidas e podem ativar o complemento durante a fase de latência necessária para a ativação das células B e síntese de anticorpos. Além disso, por envolver anticorpos, a via clássica liga as respostas inatas e adaptativas. As vias alternativas e da lectina são puramente elementos da imunidade inata.
Muitos patógenos com membranas podem se tornar alvos para a montagem do MAC e, portanto, sujeitos à destruição via lise mediada pelo MAC. A maioria das bactérias é suscetível à morte mediada por MAC, embora alguns desses organismos protejam suas membranas cobrindo-as com cápsulas espessas de polissacarídeo. Algumas partículas de vírus envelopadas e células hospedeiras infectadas por vírus que expressam antígenos virais em suas membranas (e, portanto, tornam-se revestidas por anticorpos antivirais) também estão sujeitas à lise mediada por MAC. Mesmo eritrócitos estranhos introduzidos em um hospedeiro por uma transfusão de sangue podem ser destruídos pela formação de MAC se os eritrócitos carregarem antígenos de superfície reconhecidos pelos anticorpos do hospedeiro. No entanto, a maioria das células nucleadas não infectadas resistem à lise mediada por MAC devido à ação das proteínas reguladoras do hospedeiro.
A amplificação é um recurso chave da ativação do complemento. A cascata é composta por um grande número de etapas de ativação sequenciais, algumas das quais geram vários produtos. Como muitos desses produtos são enzimas que desencadeiam as etapas subsequentes, um aumento exponencial nas moléculas ativadas é gerado. Uma grande amplificação de um sinal inicial pode ser alcançada, tornando possível gerar uma resposta massiva a partir de um único evento de disparo em um curto período de tempo. No entanto, o sistema complemento também é altamente sensível, uma vez que a deficiência de qualquer uma das enzimas pode interromper completamente a progressão da cascata. Com relação às fontes de componentes do complemento, a maioria é sintetizada principalmente pelos hepatócitos no fígado, mas também são secretados por macrófagos, monócitos e células epiteliais dos tratos urogenital e gastrointestinal. As citocinas produzidas durante a resposta inflamatória (como o TNF e a IL-1) também podem induzir a síntese e a secreção de algumas proteínas do complemento por outros tipos de células hospedeiras.
Nomenclatura
Os bioquímicos adotaram certas convenções ao nomear os componentes do complemento. Como foram identificadas primeiro, as enzimas da via clássica são designadas pela letra “C” e pelos números de 1 a 9 (que refletem sua ordem de descoberta, não sua ordem de ação). Uma vez que uma proteína é clivada, os fragmentos de peptídeo resultantes são designados como "a" e "b", onde "a" indica o produto menor e "b" indica o maior. De um modo geral, os fragmentos "b" contribuem para a próxima atividade enzimática na cascata (por exemplo, C3b), enquanto os fragmentos "a" (por exemplo, C5a) estão envolvidos na resposta inflamatória (ver mais tarde). A exceção é C2, onde C2a (não C2b) é o fragmento maior e contém o domínio enzimático. Freqüentemente, vários componentes do complemento devem se associar para formar um complexo ativo, como C4b, C2a e C3b, formando C4b2a3b. Os componentes do caminho alternativo foram descobertos historicamente mais tarde e são chamados de "fatores". Os fatores são atribuídos a uma única letra (Fator B, Fator D, etc.) e muitas vezes são abreviados simplesmente como B, F, D, H e I. A via da lectina compartilha a maioria dos componentes da via clássica, mas difere nas enzimas que iniciam a cascata.
Vias de ativação do complemento
Todas as três vias de ativação do complemento atingem o mesmo objetivo de gerar a molécula-chave C3b. É o C3b que permite que os componentes do complemento do terminal (que são os mesmos nas três vias) se reúnam e montem o MAC. As etapas das vias de ativação do complemento de lectina clássica, alternativa e lectina estão resumidas na Figura 4-2.
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Caminho Clássico
O componente C1 do complemento circula no plasma como um enorme complexo de proteínas inativas contendo uma subunidade C1q, duas subunidades C1r e duas subunidades C1s. A subunidade C1q pode se ligar às regiões Fc de dois anticorpos específicos do antígeno que se ligaram em estreita proximidade ao antígeno fixado na superfície de um patógeno. Esta ligação ativa as subunidades C1r de modo que elas ativam as subunidades C1s. As subunidades C1s ativadas podem então clivar C4 sérico em C4a e C4b. O C4a se difunde enquanto o C4b se liga às proteínas na superfície do patógeno e então se liga ao C2 do soro. Essa interação faz com que C2 se torne suscetível à clivagem por C1s, gerando C2a e C2b. C2a permanece ligado a C4b, enquanto C2b se difunde. A estrutura C4bC2a é conhecida como a clássica C3 convertase. A C3 convertase cliva o C3 do soro em C3a e na molécula-chave C3b. C3b liga-se a C4bC2a para formar outro complexo enzimático denominado C5 convertase clássica.
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Caminho da lectina
MBL se liga a porções de carboidratos em proteínas patogênicas. Um complexo de protease denominado serina protease associada a MBL (MASP) associa-se a MBL e cliva o C4 do soro para gerar C4a e C4b. C4b então se liga a motivos em proteínas na superfície do patógeno, conforme descrito para a via clássica. C2 liga-se a C4b e é clivado pelo complexo MASP de modo que uma convertase C3 clássica é formada. O resto da via é o mesmo que na ativação clássica do complemento, de modo que uma C5 convertase clássica é formada.
Figura 4.2. Formação de Convertases e do MAC durante a Ativação do Complemento. Os componentes das três vias de ativação do complemento e a formação das convertases C3 e C5 relevantes em cada via são ilustrados. A geração das anafilatoxinas (C3a, C4a e C5a) também é mostrada. Todas as três vias culminam na clivagem de C5 e na produção de C5b, que se junta aos componentes terminais do complemento (C6-C9) para formar o MAC. A presença do MAC na membrana do patógeno leva inexoravelmente à lise do patógeno.
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Caminho Alternativo
O C3 hidrolisa espontaneamente uma ligação tioéster interna para formar um produto denominado C3i. Os fatores B e D podem atuar em C3i para gerar C3b. Este C3b se liga a macromoléculas de superfície em patógenos e recruta outra molécula do Fator B. O complexo C3b-Fator B é clivado pelo Fator D para gerar C3bBb, a alternativa C3 convertase. Esta enzima pode gerar C3b adicional, amplificando a via. Uma proteína chamada properdina (P) então se liga ao complexo C3 convertase, produzindo a alternativa C3 convertase estabilizada (C3bBbP). A adição de outra molécula C3b produz C3bBbPC3b, a alternativa C5 convertase.
Passos Finais
Uma vez que uma C5 convertase (independentemente da derivação) é fixada na superfície do patógeno, ela cliva o C5 sérico para produzir C5a (que se difunde) e C5b (que permanece ligado à convertase). A ligação de C6 então estabiliza o complexo, enquanto a ligação de C7 expõe regiões hidrofóbicas que facilitam a penetração do complexo na membrana do patógeno. A adição de C8 estabiliza o complexo na membrana e inicia-se a formação de um poro. Com a adição de pelo menos quatro moléculas de C9, o MAC é concluído (Figura 3.1). O poro torna-se um túnel, permitindo que íons e moléculas de água fluam através da membrana do patógeno para o interior. O patógeno sofre lise devido ao desequilíbrio osmótico.
Outras funções do C3b
C3b tem várias outras funções importantes, além de iniciar a montagem do MAC. (1) Um patógeno revestido em C3b liga-se ao receptor 1 do complemento (CR1) expresso na superfície dos fagócitos (incluindo APCs). Essas células então engolfam e destroem facilmente o invasor. Diz-se que o C3b está agindo como uma opsonina, neste caso, porque aumenta a capacidade de uma entidade ser fagocitada. Ao encorajar a captação de patógenos por APCs desta forma, C3b indiretamente aumenta a apresentação de antígenos para células T e, portanto, a resposta adaptativa. (2) Os complexos antígeno-anticorpo solúveis podem se ligar a C1 e desencadear a via clássica do complemento, de modo que o C3b é depositado nos próprios complexos. O C3b então bloqueia a rede entre várias moléculas de antígeno e anticorpo que resulta na formação de grandes redes de complexos imunes insolúveis (Figura 4.3). Diz-se que o C3b “solubiliza” os complexos imunológicos, tornando-os mais fáceis de serem eliminados da circulação e evitando os danos que eles poderiam causar se se acumulassem nos pequenos vasos e canais do corpo. Os eritrócitos que expressam CR1 podem ligar-se aos complexos antígeno-anticorpo revestidos de C3b e transportá-los através da circulação para o fígado e baço. As células fagocíticas nesses locais envolvem e destroem os complexos antígeno-anticorpo durante o descarte de rotina das hemácias. (3) O C3b também contribui diretamente para a defesa contra vírus. Quando esses patógenos se tornam revestidos em C3b, o C3b bloqueia a ligação do vírus aos seus receptores em uma célula hospedeira e impede a entrada na célula (Fig. 3.3-II). O C3b teria “neutralizado” o vírus.
