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O SISTEMA COMPLEMENTO O sistema complemento é um dos principais mecanismos efetores da imunidade humoral e é também um importante mecanismo efetor da imunidade inata. O sistema complemento consiste em um conjunto de proteínas séricas e de superfície celular que interagem umas com as outras e com outras moléculas do sistema imune de maneira altamente regulada, para gerar produtos que atuam na eliminação dos microrganismos. As proteínas do complemento são proteínas plasmáticas normalmente inativas; elas são ativadas apenas em condições particulares para gerar produtos que medeiam várias funções efetoras. CARACTERÍSTICAS DE ATIVAÇÃO DO COMPLEMENTO I: O sistema complemento é ativado por microrganismos e por anticorpos que estão ligados aos microrganismos e outros antígenos. Dessa maneira, o complemento direciona o ataque imune às superfícies microbianas. II: A ativação do complemento envolve a proteólise sequencial de proteínas para gerar complexos enzimáticos com atividade proteolítica III: Muitos produtos de clivagem biologicamente ativos resultantes da ativação do complemento se tornam covalentemente ligados às superfícies celulares microbianas, aos anticorpos ligados a microrganismos e outros antígenos, e aos corpos apoptóticos. Assim, há ativação completa e, consequentemente, as funções biológicas do sistema complemento, são limitadas às superfícies celulares microbianas ou a sítios dos anticorpos ligados aos antígenos, mas não ocorrem no sangue IV: Os subprodutos da ativação do complemento estimulam reações inflamatórias. V: A ativação do complemento é inibida por proteínas reguladoras que estão presentes em células normais do hospedeiro e ausentes nos microrganismos VIAS DE ATIVAÇÃO DO COMPLEMENTO Há três vias principais de ativação do complemento: a via clássica, ativada por determinados isotipos de anticorpos ligados a antígenos; a via alternativa, ativada na superfície das células microbianas na ausência de anticorpo; e a via das lectinas, ativada por uma proteína ligante de manose que se liga a carboidratos de superfície em microrganismos Embora as vias de ativação do complemento apresentem diferenças na forma como são iniciadas, todas resultam na clivagem da proteína mais abundante do complemento: C3. As vias alternativa e das lectinas representam mecanismos efetores da imunidade inata, ao passo que a via clássica representa um dos principais mecanismos de imunidade humoral adaptativa. O evento central na ativação do complemento é a proteólise da proteína C3 do complemento, que gera produtos biologicamente ativos, e a subsequente ligação covalente de um produto de C3, denominado C3b, às superfícies celulares microbianas ou ao anticorpo ligado ao antígeno. A ativação do complemento envolve a geração de um complexo proteolítico, a convertase de C3 (ou C3 convertase), que cliva C3 em dois fragmentos denominados C3a e C3b. O C3b torna-se covalentemente ligado à superfície celular microbiana ou a moléculas de anticorpos ligadas ao antígeno. Todas as funções biológicas do complemento são dependentes da clivagem proteolítica de C3. Por exemplo, a ativação do complemento promove a fagocitose porque o C3b torna-se covalentemente ligado aos microrganismos e os fagócitos (neutrófilos e macrófagos) expressam receptores para C3b. Os peptídeos produzidos por proteólise de C3 (e de outras proteínas do complemento) estimulam a inflamação. Em todas as três vias de ativação do complemento, após a geração de C3b pela C3 convertase, um segundo complexo enzimático chamado convertase de C5 (ou C5 convertase) é montado, o qual cliva C5 em C5a e C5b. A C5 convertase contribui para a inflamação por meio da geração do fragmento C5a e para a formação de poros nas membranas dos alvos microbianos. As vias de ativação do complemento diferem na forma como o C3b é produzido, mas seguem uma sequência comum de reações após a clivagem de C5. A VIA ALTERNATIVA A via alternativa de ativação do complemento resulta na proteólise de C3 e na fixação estável de seu produto de degradação C3b nas superfícies microbianas, sem a participação de anticorpo. Normalmente, o C3 está sendo continuamente clivado no plasma a uma taxa baixa (1 a 2% do total de C3 plasmático por hora) para gerar C3b em um processo chamado C3 tickover. A proteína C3 contém uma ligação de tioéster reativa que fica escondida em uma região da proteína conhecida como domínio tioéster. Quando o C3 é clivado, a molécula C3b sofre uma mudança conformacional dramática e o domínio tioéster é exteriorizado, expondo a ligação tioéster reativa anteriormente oculta. Quando o C3b passa pela mudança conformacional pós-clivagem, é exposto um sítio de ligação para uma proteína plasmática chamada Fator B. O Fator B liga-se, então, à proteína C3b, que fica agora preso de forma covalente à superfície da célula. O Fator B ligado é, por sua vez, clivado por uma serina protease plasmática chamada Fator D, liberando um fragmento pequeno denominado Ba e gerando um fragmento maior chamado Bb que permanece ligado ao C3b. O complexo C3bBb é a C3 convertase da via alternativa e atua clivando mais moléculas de C3, estabelecendo, assim, uma sequência de amplificação. Mesmo quando o C3b é gerado pelas vias clássica ou das lectinas, ele pode formar um complexo com Bb e esse complexo é capaz de clivar mais C3. Assim, a C3 convertase da via alternativa atua para amplificar a ativação do complemento iniciado por qualquer uma das vias: alternativa, clássica ou das lectinas. Quando o C3 é clivado, o C3b permanece ligado às células e o C3a é liberado. Esse fragmento solúvel (C3a) tem várias atividades biológicas que serão discutidas posteriormente A ativação da via alternativa ocorre prontamente nas superfícies de células microbianas, mas não em células de mamífero. Se o complexo C3bBb é formado na superfície das células de mamíferos, é rapidamente degradado e a reação finalizada pela ação de diversas proteínas reguladoras presentes nessas células. A ausência de proteínas reguladoras nas células microbianas permite a ligação e a ativação da C3 convertase da via alternativa. Além disso, uma outra proteína da via alternativa, denominada properdina, pode se ligar e estabilizar o complexo C3bBb, e a ligação da properdina é favorecida nos microrganismos, em oposição às células normais do hospedeiro. A properdina é liberada por neutrófilos ativados (e também pode ser produzida por macrófagos e algumas células T), sendo o único fator conhecido de regulação positiva do complemento. Algumas das moléculas de C3b geradas pela C3 convertase da via alternativa ligam-se à própria convertase. Isso resulta na formação de um complexo contendo uma porção de Bb e duas moléculas de C3b, que funciona como a C5 convertase da via alternativa, a qual cliva C5 e inicia as etapas tardias da ativação do complemento OBS: O C3b pode ficar solúvel (iC3b) e não interagir com molécula de superfície. Assim, ele se torna inativo e não ativa complemento A VIA CLÁSSICA A via clássica é iniciada pela ligação da proteína C1 do complemento aos domínios CH2 das moléculas de IgG ou aos domínios CH3 das moléculas de IgM que possuem antígeno ligado a elas. Entre os anticorpos IgG, a IgG1 e a IgG3 (em humanos) são ativadores do complemento mais eficientes do que as outras subclasses. A IgG2 tem alguma capacidade de ativar o complemento, mas IgG4 não. O C1 é um complexo proteico grande e multimérico, composto pelas subunidades C1q, C1r e C1s; C1q liga-se ao anticorpo, enquanto C1r e C1s são proteases. A subunidade C1q é constituída por um arranjo radial de seis cadeias, semelhante a um guarda- chuva, cada uma contendo uma cabeça globular ligada a umahaste central por meio de um braço do tipo colágeno. Esse hexâmero executa a função de reconhecimento da molécula e liga-se especificamente às regiões Fc da cadeia pesada µ e de algumas cadeias pesadas γ. Somente anticorpos ligados a antígenos, e não anticorpos livres circulantes, podem iniciar a ativação da via clássica. A razão para isso é que cada molécula de C1q deve se ligar a pelo menos duas cadeias pesadas de Ig para ser ativada e cada região Fc de Ig tem apenas um único sítio de ligação a C1q. Dessa maneira, duas ou mais regiões Fc precisam estar acessíveis a C1 para que a ativação da via clássica seja iniciada. Como cada molécula de IgG tem apenas uma região Fc, várias moléculas de IgG precisam estar próximas antes que C1q possa se ligar, e múltiplos anticorpos IgG somente são aproximados quando se ligam simultaneamente a epítopos idênticos de um antígeno multivalente ou a várias moléculas antigênicas em um microrganismo, célula ou superfície tecidual. Em decorrência de sua estrutura pentamérica, uma única molécula de IgM pode se ligar a duas moléculas de C1q, e essa é uma das razões pela qual a IgM é um anticorpo mais eficiente para a ligação ao complemento do que a IgG. C1r e C1s são serina proteases que formam um tetrâmero contendo duas moléculas de cada uma das proteínas. A ligação de duas ou mais cabeças globulares de C1q a regiões Fc de IgG ou de IgM leva à ativação enzimática da C1r associada, que cliva e ativa C1s. A C1s ativada cliva a proteína seguinte da cascata, C4, para gerar C4b. O C4 é homólogo à C3, e C4b contém uma ligação tioéster interna, semelhante àquela presente em C3b, que forma ligações covalentes do tipo amida ou éster com o complexo antígeno-anticorpo ou com a superfície adjacente de uma célula a qual o anticorpo esteja ligado. Essa ligação de C4b assegura que a ativação da via clássica prossiga sobre uma superfície celular ou imunocomplexo. A proteína seguinte do complemento, C2, se complexa com o C4b ligado à superfície celular, sendo clivada por uma molécula C1s próxima para gerar um fragmento solúvel C2b, de importância desconhecida, e um fragmento C2a maior que permanece fisicamente associado a C4b na superfície da célula. O complexo resultante, C4b2a, é a C3 convertase da via clássica, que tem a capacidade de se ligar e clivar proteoliticamente C3. A ligação desse complexo enzimático a C3 é mediada pelo componente C4b, e a proteólise é catalisada pelo componente C2a. A clivagem de C3 resulta na remoção do fragmento pequeno C3a, e o C3b pode formar ligações covalentes com as superfícies celulares ou com o anticorpo em que a ativação do complemento se iniciou. Após sua deposição, o C3b pode se ligar ao Fator B e gerar mais C3 convertase pela via alternativa As etapas-chave iniciais das vias alternativa e clássica são análogas: o C3 da via alternativa é homólogo a C4 da via clássica, e o Fator B é homólogo a C2. OBS: A C1 consegue interagir apenas quando o IgM está em sua forma solúvel (em forma de aranha), o que ocorre quando ele está interagindo com um antígeno A VIA DAS LECTINAS Um carboidrato presente na membrana do microrganismo, chamado de manose, liga-se a uma proteína do complemento, denominada lectina, semelhante à C1q da via clássica, que se apresenta como um complexo associada a duas proteínas: MASP1 e MASP2, similares à C1r e C1s Quando pelo menos duas cabeças globulares da lectina consegue interagir com resíduos de manose dos microrganismos, MASP1 e MASP2 se tornam ativas e são capazes de quebrar C4 em C4a e C4b e C2 em C2a e C2b. Os fragmentos C4b e C2a se ligam ao microrganismo, de maneira a formar a C3 convertase. Quando uma proteína C3 se ligar à C3 convertase, é quebrada em C3a e em C3b, que se fixa à C3 convertase para formar a C5 convertase. ETAPAS TERMINAIS DA ATIVAÇÃO DO COMPLEMENTO As C5 convertases geradas pelas vias alternativa, clássica ou das lectinas iniciam a ativação dos componentes da via terminal do sistema complemento, que culmina na formação do complexo de ataque à membrana As C5 convertases clivam C5 em um fragmento pequeno, C5a, que é liberado, e outro fragmento C5b com duas cadeias (contendo uma cadeia α e uma cadeia β), que também é liberado, mas se liga ao C6 plasmático. O C6 sofre uma mudança conformacional, e o complexo C5b- C6 liga-se à membrana celular através de interações iônicas e hidrofóbicas. O C7 plasmático se liga então à cadeia α do C5b e forma o complexo C5b-C6-C7 (C5b-7). O C7 ligado passa por uma transição anfifílica, penetra na membrana e pode contribuir para a liberação de algumas micelas fosfolipídicas da membrana, porém não forma poros completos. A proteína C8 é um trímero composto por três cadeias distintas, uma das quais se liga ao componente C5b do complexo C5b-7 e forma um heterodímero covalente com a segunda cadeia; a terceira cadeia se insere na bicamada lipídica da membrana. Esse complexo C5b,6,7,8 (C5b-8) inserido estavelmente forma poros instáveis, e grandes números desses complexos C5b-8 podem lisar as células. A formação de um MAC completamente ativo é alcançada pela ligação de C9, o componente final da cascata do complemento, ao complexo C5b-8. O C9 é uma proteína sérica que se polimeriza no local onde o C5b-8 está ligado para formar poros nas membranas plasmáticas, formando complexos C5b-9 que contêm C5b, C6, C7, C8 e muitas moléculas de C9 Assim, formam-se canais que permitem a livre circulação de água e de íons. O tamanho do canal varia com base no número de moléculas de C9 no complexo C5b-C9. Complexos tubulares de C9 apenas podem também se formar. A entrada de água resulta em dilatação osmótica e ruptura das células em cuja superfície o MAC foi depositado RECEPTORES PARA PROTEÍNAS DO COMPLEMENTO Muitas das atividades biológicas do sistema do complemento são mediadas pela ligação de fragmentos do complemento a receptores de membrana expressos em vários tipos celulares O receptor de complemento do tipo 1 (CR1 ou CD35) atua principalmente para promover a fagocitose de partículas recobertas por C3b e C4b, para remover os imunocomplexos da circulação. O CR1 é um receptor de alta afinidade para C3b e C4b, expresso principalmente em células derivadas da medula óssea, incluindo eritrócitos, neutrófilos, monócitos, macrófagos, eosinófilos e linfócitos T e B; também é encontrado em células dendríticas foliculares Os fagócitos utilizam esse receptor para se ligar e internalizar partículas opsonizadas com C3b ou C4b. A ligação das partículas recobertas por C3b ou C4b ao CR1 também transduz sinais que ativam os mecanismos microbicidas dos fagócitos, especialmente quando o receptor Fcγ é simultaneamente engajado por partículas revestidas com anticorpos. Nos eritrócitos, o CR1 liga-se a imunocomplexos circulantes com C3b e C4b ligados, e transporta esses complexos para o fígado e para o baço. Nesses órgãos, os fagócitos removem os imunocomplexos da superfície dos eritrócitos e os eritrócitos continuam a circular. O CR1 também é um regulador da ativação do complemento O receptor do complemento do tipo 2 (CR2 ou CD21) atua estimulando as respostas imunes humorais, aumentando a ativação de células B por antígenos e promovendo a retenção de complexos antígeno- anticorpo nos centros germinativos. O CR2 está presente em linfócitos B, FDCs e algumas células epiteliais. Liga- se especificamente aos produtos de clivagem de C3b, denominados C3d, C3dg e iC3b (i refere-se a inativo), gerados por proteólise mediada pelo Fator I. Esse complexo transmite sinais para as células B, aumentando suas respostas ao antígeno. Nas FDCs, o CR2 atua capturando complexos antígeno-anticorpo recobertos por iC3b, C3d e C3dgnos centros germinativos O receptor do complemento do tipo 3, também chamado Mac-1 (CR3, CD11b/CD18), é uma integrina que atua como um receptor para o fragmento iC3b gerado por proteólise de C3b. O Mac-1 é expresso em neutrófilos, fagócitos mononucleares, mastócitos e células NK Em neutrófilos e monócitos, Mac-1 promove a fagocitose de microrganismos opsonizados com iC3b. Além disso, Mac-1 pode reconhecer diretamente bactérias para a fagocitose pela ligação a algumas moléculas microbianas desconhecidas. Mac-1 também se liga à molécula de adesão intercelular 1 em células endoteliais e promove a adesão estável dos leucócitos ao endotélio, mesmo sem ativação do complemento. Essa ligação leva ao recrutamento de leucócitos para os locais de infecção e de lesão tecidual O receptor de complemento do tipo 4 (CR4, p150,95, CD11c/CD18) é outra integrina com uma cadeia α diferente (CD11c) e a mesma cadeia β do Mac-1. O CR4 também se liga à iC3b e sua função é provavelmente semelhante à do Mac-1. O CD11c é abundantemente expresso em células dendríticas, sendo utilizado como um marcador para esse tipo de células. O receptor do complemento da família das imunoglobulinas (CRIg) é expresso na superfície de macrófagos no fígado, conhecidos como células de Kupffer. O CRIg é uma proteína integral de membrana com uma região extracelular constituída por domínios de Ig. Liga-se aos fragmentos C3b e iC3b do complemento e está envolvido na remoção de bactérias opsonizadas e de outros patógenos transmitidos pelo sangue. Outros receptores incluem aqueles para C3a, C4a e C5a, que estimulam a inflamação. Os efeitos pró- inflamatórios desses fragmentos do complemento são mediados pela ligação dos peptídeos a receptores específicos em diversos tipos celulares REGULAÇÃO DA ATIVIDADE DO COMPLEMENTO A ativação da cascata do complemento e a estabilidade de proteínas ativas do complemento são fortemente reguladas para evitar a ativação do complemento em células normais do hospedeiro e para limitar a duração dessa ativação, mesmo em células microbianas e complexos antígeno-anticorpo. As proteínas RCA incluem as proteínas de membrana celular fator de aceleração do decaimento, proteína cofator de membrana, receptor de complemento do tipo 1 (CR1/CD35) e receptor do complemento do tipo 2 (CR2/CD21) A ativação do complemento precisa ser regulada por dois motivos. Primeiro, baixos níveis de ativação do complemento ocorrem contínua e espontaneamente, e caso o prosseguimento dessa ativação seja permitido, o resultado pode ser danoso para as células e os tecidos normais. Segundo, mesmo quando o complemento é ativado onde é realmente necessário, precisa ser controlado porque os produtos da degradação de proteínas do complemento podem se difundir para as células adjacentes e produzir lesão. Diferentes mecanismos reguladores inibem a formação das C3 convertases nas etapas iniciais da ativação do complemento, quebram e inativam as convertases de C3 e de C5 e inibem a formação do MAC nas etapas terminais da via do complemento. FUNÇÕES DO COMPLEMENTO As principais funções do sistema do complemento na imunidade inata e na imunidade adaptativa humoral são: promover a fagocitose de microrganismos sobre os quais o complemento é ativado, estimular a inflamação e induzir a lise desses microrganismos. Além disso, os produtos de ativação do complemento facilitam a ativação dos linfócitos B e a produção de anticorpos. A fagocitose, a inflamação e a estimulação da imunidade humoral são todas mediadas pela ligação de fragmentos proteolíticos de proteínas do complemento a vários receptores da superfície celular, enquanto a lise celular é mediada pelo MAC. OPSONIZAÇÃO E FAGOCITOSE Os microrganismos sobre os quais o complemento é ativado tornam-se recobertos com C3b, iC3b ou C4b, e são fagocitados pela ligação dessas proteínas a receptores específicos em macrófagos e neutrófilos Ambos, C3b e iC3b, atuam como opsoninas, em virtude do fato de se ligarem especificamente a receptores em neutrófilos e macrófagos. C3b e C4b (este último gerado somente pela via clássica) ligam-se a CR1, e iC3b liga-se a CR3 (Mac-1) e CR4. Por si só, o CR1 não é eficiente na indução da fagocitose de microrganismos recobertos com C3b, mas sua capacidade pode ser aumentada se os microrganismos estiverem revestidos com anticorpos IgG, que se ligam simultaneamente a receptores Fcγ A fagocitose de microrganismos dependente de C3b e de iC3b é um importante mecanismo de defesa contra infecções nas imunidades inata e adaptativa Os anticorpos IgM contra polissacarídeos capsulares ligam-se às bactérias, ativam a via clássica do complemento e estimulam a eliminação fagocítica das bactérias no baço ESTIMULAÇÃO DAS RESPOSTAS INFLAMATÓRIAS Os fragmentos proteolíticos C5a, C4a e C3a do complemento induzem inflamação aguda pela ativação de mastócitos, neutrófilos e células endoteliais. Todos os três peptídeos ligam-se a mastócitos e induzem sua degranulação, com a liberação de mediadores vasoativos, como a histamina. Esses peptídeos também são denominados anafilatoxinas, porque as reações de mastócitos que desencadeiam são características da anafilaxia Além disso, C5a pode atuar diretamente sobre as células endoteliais vasculares e induzir aumento da permeabilidade vascular e expressão de selectina, que promove a ligação de neutrófilos. Essa combinação de ações de C5a em mastócitos, neutrófilos e células endoteliais contribui para a inflamação nos sítios de ativação do complemento CITÓLISE MEDIADA PELO COMPLEMENTO A lise de organismos estranhos mediada pelo complemento é realizada pelo MAC e parece ser essencial apenas para a defesa contra alguns poucos agentes patogênicos que são incapazes de resistir à inserção do MAC OUTRAS FUNÇÕES DO SISTEMA COMPLEMENTO Por se ligarem aos complexos antígeno-anticorpo, as proteínas do complemento promovem a solubilização desses complexos e sua remoção por fagócitos Se os imunocomplexos se acumulam no sangue, eles podem ser depositados na parede dos vasos e induzir reações inflamatória, que danificam os vasos e o tecido circundante. A formação de imunocomplexos pode exigir não apenas a ligação multivalente das regiões Fab da Ig aos antígenos, mas também as interações não covalentes das regiões Fc das moléculas de Ig justapostas. A ativação do complemento sobre moléculas de Ig pode bloquear estericamente essas interações Fc-Fc, promovendo, assim, a dissolução dos imunocomplexos. Além disso, os imunocomplexos com C3b aderido se ligam a CR1 nos eritrócitos e os complexos são removidos pelos fagócitos no fígado A proteína C3d gerada a partir de C3 liga-se a CR2 em células B e facilita a ativação dessas células e o início das respostas imunes humorais. C3d é gerado quando o complemento é ativado por um antígeno As FDCs exibem os antígenos às células B nos centros germinativos, e esse processo é importante para a seleção de células B de alta afinidade.. A importância do complemento nas respostas imunes humorais é ilustrada pela grave diminuição da produção de anticorpos e formação do centro germinativo observadas em camundongos deficientes de C3 ou C4, ou ainda, da proteína CR2. DEFICIÊNCIAS DO COMPLEMENTO E POSSÍVEIS INIBIÇÕES 50% dos pacientes com deficiências de C2 e C4 desenvolvem Lupus eritematoso sistêmico INIBIDOR DE C1 (C1INH) C1q se liga a anticorpos complexados com antígeno, resultando na ativação de C1r2s2, impedida pelo C1 INH FATOR 1 Quebra o C3b em iC3b, que é o inativo e que não consegue ativar o complemento CD59 Ele interage com o C5b, impedindo que o C9 se ligue e forme o poro INIBIÇÃO DA C3 CONVERTASE CASOCLÍNICO Paciente, sexo feminino, nove anos de idade, procedente Belo Horizonte, com história de duas meningites meningocócicas graves, segundo a mãe. O primeiro quadro foi aos dois anos, com 33 dias de internação (três em UTI, necessitando de intubação). O segundo quadro ocorreu aos nove anos, permanecendo internada por 27 dias. Nesse episódio apresentou necrose em vários locais em infecção de pele, que evoluíram para queloides. Os pais são primos em primeiro grau. Havia história de meningite em prima materna, além de tio e primo paternos. Os exames imunológicos da paciente mostraram os seguintes resultados: I: Imunoglobulinas séricas normais; II: Titulações positivas de anticorpos contra vários sorotipos de S. pneumoniae; III: Complemento total (CH50): 110 U/mL (valor normal 130 a 330 U/mL); IV: C3: 108 mg/dL (VN 88 a 201 mg/dL), V: C4: 23 mg/dL (VN 16 a 47 mg/dL), VI: C5: 0,9 mg/L (VN 45 a 190 mg/L). CONCLUSÃO Deficiência do componente C5 do complemento associada a meningites meningocócicas