Il sistema del complemento è un elemento essenziale del sistema immunitario nei meccanismi di difesa umorale contro gli agenti infettivi; si tratta di un sistema costituito da diverse proteine circolanti nel sangue e di membrana, capaci di interagire reciprocamente e con le membrane cellulari. Le proteine del complemento sono normalmente presenti nel torrente circolatorio, dove - sotto forma di precursori inattivi - costituiscono circa il 10% delle globuline. Viene definito “Complemento” per la capacità di potenziare (complementare) l’attività opsonizzante degli anticorpi. E’ un sistema di difesa innato ed inducibile. E’ attivato da una cascata enzimatica costituito da proteasi sieriche.
Lo scopo fondamentale di questo sistema è quello di proteggere l'organismo, attraverso la rimozione degli agenti patogeni (specialmente i batteri), interagendo con gli immunocomplessi e/o facilitando la loro distruzione da parte di altri sistemi biologici, sierici o cellulari. Tuttavia, il complemento può agire anche in assenza di una componente anticorpale. Il complemento fa parte dei meccanismi di difesa dell'immunità innata.
Scoperta e Caratteristiche del Sistema del Complemento
Il termine complemento fu usato per la prima volta nel 1898 da Jules Bordet che aveva notato che, incubando una miscela di batteri con siero contenente anticorpi rivolti contro i batteri stessi, questi venivano lisati (distrutti). Se invece il siero veniva riscaldato a una temperatura di 56 °C la lisi non avveniva. Poiché era stato già dimostrato che gli anticorpi resistevano al riscaldamento, Bordet ipotizzò la presenza nel siero di un componente termolabile che completava l’azione degli anticorpi e che battezzò appunto complemento.
Il sistema consiste di circa trenta proteine, sia solubili (plasmaproteine) che di membrana, presenti in tutti i liquidi organici, indicate con la lettera C seguita da numeri progressivi. In condizioni fisiologiche queste proteine sono inattive. Circa il 90% delle proteine del complemento vengono sintetizzate nel fegato mentre il restante 10% viene sintetizzato principalmente dai monociti, macrofagi e fibroblasti. Il complemento può essere attivato direttamente dai microbi, costituendo un sistema di difesa dell’immunità innata, oppure dagli anticorpi attaccati al microbo, costituendo un braccio effettore dell’immunità adattativa.
Attivazione del Sistema del Complemento
Come accade per altri sistemi operanti nell’organismo, come quello della coagulazione del sangue e quello delle chinine, l’attivazione del complemento avviene con un meccanismo detto “a cascata” per attivazione sequenziale dei vari componenti complementari che circolano in forma inattiva.
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Esistono 3 vie per attivare il complemento, specificatamente sono:
- Classica
- Lectina
- Alternativa
La via Classica del Complemento
La via classica è avviata dal legame della frazione C1 ai domini costanti delle immunoglobuline IgG e IgM complessate all’antigene. La frazione C1 è un è un complesso proteico composto dalle subunità C1q, C1r e C1s: la subunità C1q è deputata al legame con l’anticorpo mentre la C1r e C1s sono dotate di attività proteasica; la C1q deve legare specificatamente la regione Fc dell’anticorpo ed inoltre, per innescare il processo, è necessario che il legame avvenga solo con anticorpi legati all’antigene e non circolanti; poiché abbia inizio l’attivazione è necessario che due o più porzioni Fc siano accessibili alla frazione C1.
Il legame della subunità C1q alle regione Fc delle IgG o delle IgM porta all’attivazione della subunità C1r, che cliva la subunità C1s attivandola, a sua volta, la C1s attivata va ad agire sulla componente successiva della cascata del complemento, la frazione C4. Si genera così un frammento più piccolo C4a rilasciato nella fase fluida ed un frammento grande C4b che si legherà sulla superficie microbica. Un’altra componente importante è la frazione C2, che si lega al frammento C4b e, a questo punto, viene clivato da C1s generando un frammento C2b solubile ed il frammento C2a che rimane fisicamente associato al frammento C4b legato sulla superficie microbica. Il complesso C4b2a rappresenta la C3 convertasi della via classica, dotata della capacità di legare e clivare la frazione C3.
La via Lectina
La via lectinica di attivazione del sistema del complemento si innesca in modo anticorpo-indipendente a partire dall’interazione dei polisaccaridi microbici con le lectine circolanti come la lectina legante il mannosio (MBL).
Le lectine solubili fanno parte della famiglia delle collectine e da un punto di vista strutturale sono molto simili alla subunità C1q della frazione C1. La MBL si lega ai residui di mannosio dei polisaccaridi grazie a domini specifici presenti sull’estremità C-terminale che ha la capacità di riconoscere molecole di natura saccaridica. La MBL interagisce con le serine proteasi associate, le MASP; i cui membri sono: MASP-1, MASP-2 e MASP-3. Le proteine MASP hanno una struttura omologa a quella delle proteasi C1r e C1s della frazione C1 e svolgono funzioni molto simili. La proteina MASP-1 può formare un complesso tetramerico con MASP-2 simile a quello formato dalle subunità C1r e C1s; nello specifico MASP-2 rappresenta la proteasi che va a clivare le frazioni C4 e C2. Gli eventi conseguenti a questa reazione sono gli identici a quelli che avvengono nella via classica.
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La via Alternativa del Complemento
La via alternativa di attivazione del sistema del complemento porta alla proteolisi della frazione C3 e alla conseguente formazione del frammento C3b che si lega alla superficie microbica. Quando viene tagliato si formano due frammenti, il frammento C3b che espone il suo gruppo tioesterico reattivo ed il frammento C3a, più piccolo, che rientra in circolo. Il gruppo tioesterico del C3b ha la capacità di legarsi covalentemente sulla superficie dei microrganismi. Questo legame induce l’esposizione di un ulteriore sito di legame per un’altra proteina plasmatica denominata fattore B. Il fattore B si lega al frammento C3b e viene clivato a opera di una serina proteasi plasmatica chiamata fattore D.
Il clivaggio genera un piccolo frammento denominato Ba ed un frammento più grande chiamato Bb che rimane legato al frammento C3b. Il complesso C3bBb rappresenta la C3 convertasi della via alternativa e la sua funzione è clivare massicciamente la frazione C3 presente nel plasma, innescando così un circuito di amplificazione che genera quantità sempre maggiori di C3b. I frammenti C3b, quindi, possono legarsi alla superficie del microbo oppure legarsi alla C3 convertasi stessa portando alla formazione di un complesso contenente un frammento Bb e due frammenti C3b. Questo complesso si definisce come C5 convertasi.
Attivazione del Complesso Litico
Come illustrato, le tre vie di attivazione del sistema del complemento, la classica, l’alternativa e la lectinica, portano alla costituzione di due complessi diversi, il C4b2a e il C3bBb, ma con un’identica funzione: quella di scindere il C3 in due frammenti, C3a e C3b, e di legarsi al C3b costituendo le C5 convertasi.
Le C5 convertasi originate innescano l’attivazione delle componenti finali del sistema del complemento che conducono alla formazione del MAC (Membrane Attack Complex) e alla distruzione della cellula. Le C5 convertasi clivano il C5 in due frammenti: C5a che rimane in soluzione espletando importanti funzioni, e il C5b che si lega alle altre proteine del complemento già presenti sulla membrana, le C6 e C7 formando il complesso C5b,6,7. Una volta legata, C7 si inserisce nel doppio strato lipidico della membrana microbica dove diventa un recettore per C8 che a sua volta legandosi va a definire il complesso C5b,6,7,8.
L’ultima tappa per la formazione di un MAC attivo è il legame con C9 che in associazione al complesso C5b-8 polimerizza e forma un poro nella membrana batterica in modo simile alla perforina rilasciata dai linfociti T citotossici e NK. Attraverso i pori prodotti dalla polimerizzazione del C9, l’acqua e gli ioni hanno libero accesso all’interno della cellula. Ciò ne determina dapprima il rigonfiamento osmotico e poi lo scoppio della stessa.
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Attività Biologiche del Sistema del Complemento
Le molecole del sistema del complemento hanno altre funzioni immunitarie che sono mediate dai recettori del complemento localizzate su varie cellule.
- Il CR1 (CD35) promuove la fagocitosi e partecipa all’eliminazione degli immunocomplessi.
- Il CR2 (CD21) regola la produzione di anticorpi da parte delle cellule B.
- I recettori CR3 (CD11b/CD18), CR4 (CD11c/CD18) e il recettore per il C1q hanno un ruolo nel processo della fagocitosi.
- Il C3a, il C5a e il C4a hanno un’attività di anafilotossina.
Il Sistema del Complemento e le Malattie Autoimmuni
Numerosi studi hanno portato all’evidenza un significativo coinvolgimento nella patogenesi delle malattie neurologiche a carattere autoimmune del sistema del complemento. Esiste quindi un delicato equilibrio tra la funzione protettiva e l’iperattività, che può portare allo sviluppo di un’ampia varietà di patologie infiammatorie e degenerative, quando viene a mancare.
Esistono infatti evidenze significative del coinvolgimento del sistema del complemento nella patogenesi di una varietà di malattie a carattere autoimmunitario che colpiscono il sistema nervoso, tra cui i disturbi dello spettro della neuromielite ottica (NMOSD), la miastenia grave, la sclerosi multipla e la sindrome di Guillain-Barré.
Miastenia Grave e NMOSD
Di particolare rilevanza è il coinvolgimento del sistema del complemento nella miastenia grave e nei NMOSD. La miastenia grave si caratterizza per un’alterazione della trasmissione sinaptica in corrispondenza delle giunzioni neuromuscolari, a causa di meccanismi riconducibili ad anticorpi che riconoscono come non-self i recettori nicotinici dell’acetilcolina (AChR), espressi a livello della fibra muscolare. Ad oggi si conoscono 3 meccanismi che determinano l’alterazione della trasmissione sinaptica, di cui il principale è l’attivazione del complemento, con conseguente formazione del complesso di attacco alla membrana (MAC) e distruzione localizzata della membrana postsinaptica. Questo porta ad un’alterata morfologia della membrana postsinaptica della giunzione neuromuscolare (NMJ) e alla progressiva perdita della funzione muscolare.
Nel caso della fisiopatologia dei NMOSD, è cruciale la citotossicità dipendente dal complemento, mediata dagli anticorpi IgG anti-acquaporina 4 (AQP4-IgG), che entrano nel sistema nervoso centrale per transcitosi endoteliale o grazie a un aumento della permeabilità della barriera emato-encefalica. Il complesso anticorpo-AQP4 attiva il complemento, che da un lato intensifica lo stato infiammatorio e dall’altro porta alla formazione del MAC nelle membrane degli astrociti, che muoiono.
Valutazione del Sistema del Complemento
Alcune patologie possono determinare difetti nella quantità e nell'attività delle proteine del complemento o dei loro sistemi regolatori. La valutazione laboratoristica di tali componenti permette di misurarne la concentrazione nel circolo ematico, oltre a verificarne la funzionalità. Quest'esame consente di stabilire, quindi, se sono presenti carenze o anomalie delle proteine del complemento o della loro attività, tali da favorire l'insorgere di infezioni o aumentare le reazioni autoimmuni (cioè rivolte erroneamente contro lo stesso organismo).
In tutte e tre le vie, l'evento centrale dell'attivazione del complemento è la proteolisi (clivaggio) della proteina C3. Le proteine misurate più frequentemente sono le frazioni C3 e C4. Se l'attività totale del complemento è al di fuori dell'intervallo di riferimento, ciascuna delle nove diverse proteine che lo compongono può essere misurata singolarmente, per individuare eventuali deficit ereditari o acquisiti. Deficit congenito di una delle proteine del complemento è una condizione relativamente rara. I valori del complemento sono aumentati tipicamente in corso di infiammazione cronica o acuta (C3 e C4 si comportano come le proteine "di fase acuta").
Per quanto riguarda, nello specifico, i livelli delle frazioni C3 e C4, entrambi tendono a diminuire in presenza di lupus.
| Proteina del Complemento | Funzione Principale | Ruolo nelle Malattie |
|---|---|---|
| C3 | Opsonizzazione, attivazione della via alternativa | Diminuzione nei casi di lupus e altre malattie autoimmuni |
| C4 | Attivazione della via classica e lectinica | Diminuzione nei casi di lupus e altre malattie autoimmuni |
| MBL | Riconoscimento di patogeni attraverso la via lectinica | Coinvolgimento in infezioni e malattie infiammatorie |
Nota: l'intervallo di riferimento dell'esame può cambiare in base alla strumentazione in uso nel laboratorio analisi. Per questo motivo, è preferibile consultare i range riportati direttamente sul referto.
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