Table of Contents

Диабет 1 типа (T1D) является хроническим аутоиммунным расстройством, при котором иммунная система избирательно разрушает инсулин-продуцирующие бета-клетки островков поджелудочной железы. Это разрушение приводит к абсолютному дефициту инсулина, требуя пожизненной экзогенной инсулинотерапии. В течение десятилетий исследования были сосредоточены в первую очередь на роли Т-клеток, В-клеток и аутоантител в разрушении бета-клеток. Однако все больше доказательств вовлекают врожденную иммунную систему, особенно систему комплемента, в качестве критического вклада в инициацию и усиление аутоиммунитета в T1D. Понимание взаимодействия между активацией комплемента и островковым аутоиммунитетом не только углубляет наши знания о патогенезе заболевания, но и открывает новые возможности для терапевтического вмешательства. Эта статья предоставляет расширенный обзор роли системы комплемента в T1D и рассматривает текущие и новые стратегии нацеливания комплемента для сохранения функции бета-клеток.

Основы системы комплементов

Система комплемента — эволюционно древний компонент врожденного иммунитета, состоящий из более чем 30 растворимых и мембраносвязанных белков. Эти белки циркулируют в неактивном состоянии и активируются в жестко регулируемом каскаде при столкновении с патогенами, поврежденными клетками или другими сигналами опасности. Каскад комплемента может быть запущен через три различных пути инициации — классический, лектин и альтернативные пути — каждый из которых сходится при расщеплении C3, центрального компонента. Классический путь обычно активируется комплексами антиген-антитело (IgG или IgM), связывающимися с C1q. Лектиновый путь инициируется маннозно-связывающим лектином или фиколинами, распознающими углеводные паттерны на микробах. Альтернативный путь подвергается непрерывной низкоуровневой спонтанной активации и может усиливаться на поверхностях, в которых отсутствуют регуляторные белки.

Активация C3 генерирует C3a и C3b, которые опосредуют несколько эффекторных функций: C3b опсонизирует мишени для фагоцитоза, C3a действует как анафилотоксин, способствующий воспалению, а дальнейшие каскадные шаги приводят к образованию C5-конвертазы, генерируя C5a (мощный химиоаттрактант) и C5b. Сборка C5b с C6, C7, C8 и множественными молекулами C9 образует мембранный атакующий комплекс (MAC), пору, которая вставляется в клеточные мембраны и вызывает осмотический лизис. Клетки-хозяева защищены от случайной атаки комплемента батареей регуляторных белков, таких как CD55 (фактор ускорения распада), CD59 (протектин), фактор H и фактор I, которые инактивируют компоненты комплемента на различных этапах.

У здоровых людей комплемент функционирует как точная система наблюдения, устраняя патогены и очищая клеточный мусор при сохранении самотолерантности. Дисрегуляция этой системы — будь то из-за генетических вариантов, хронического воспаления или аутоиммунных процессов — может привести к непреднамеренному повреждению тканей хозяина. Растущий объем исследований связывает такую дисрегуляцию с патогенезом нескольких аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит, системную красную волчанку и теперь T1D.

Дополнение в T1D-патогенезе

Генетические ассоциации

Многочисленные линии доказательств связывают компоненты системы комплемента с восприимчивостью к T1D. Исследования ассоциаций в масштабах генома выявили локусы риска вблизи генов, связанных с комплементом, включая те, которые кодируют C4, C3 и регуляторы, такие как кластер генов CFH и CFHR. Основная область комплекса гистосовместимости (MHC) на хромосоме 6, которая содержит гены для C4A и C4B (компоненты классической конвертазы C3), показывает сильную связь с T1D. Низкое количество генов C4, приводящее к снижению уровня белка C4, было зарегистрировано у людей с T1D и может скомпрометировать клиренс иммунных комплексов, тем самым способствуя аутоиммунитету. Аналогично, варианты в гене CFH были связаны с измененной регуляцией альтернативного пути, предполагая генетическую предрасположенность к неконтролируемой активации комплемента в островковой микросреде.

Продукты для активации комплемента в сыворотке и тканях

Многочисленные исследования сообщали о повышенных уровнях фрагментов активации комплемента, таких как C3a, C5a и растворимого MAC (sC5b-9), в циркуляции лиц с недавним началом T1D по сравнению со здоровыми контрольными. Также наблюдалось увеличение плазмы C3d, продукта деградации C3b, и коррелирует с маркерами островкового аутоиммунитета. В гистологических анализах панкреат от доноров органов T1D белки комплемента, включая C4d и C3d, откладываются в островках и вокруг них, солокализуясь с областями разрушения бета-клеток. Эти отложения указывают на то, что активация комплемента происходит локально в ткани-мишени и является не просто системным эпифеноменом. Сохранение продуктов активации комплемента после клинической диагностики предполагает, что продолжающееся повреждение, опосредованное комплементом, может способствовать прогрессирующей потере остаточной массы бета-клеток даже через годы после начала.

Ислетные аутоантитела и фиксация комплементов

Аутоантитела против инсулина, декарбоксилазы глутаминовой кислоты (GAD65), островкового антигена-2 (IA-2) и транспортера цинка 8 (ZnT8) являются отличительными серологическими маркерами T1D. Важно отметить, что многие из этих аутоантител способны фиксировать комплемент, т.е. связываться с C1q и инициировать классический путь. Исследования показали, что фиксирующие комплемент островковые аутоантитела более тесно связаны с быстрым прогрессированием заболевания, чем нефиксирующие антитела. Например, аутоантитела подкласса IgG1, которые имеют высокое сродство к C1q, особенно обогащены у лиц, которые прогрессируют до клинического T1D в течение нескольких лет. Это говорит о том, что классическая активация пути, приводимая в действие аутоантитело-антигенными комплексами на поверхности бета-клеток, является важным эффекторным механизмом повреждения бета-клеток.

Уязвимость бета-клеток для завершения атаки

Бета-клетки по своей сути восприимчивы к травме, опосредованной комплементом, потому что они экспрессируют относительно низкие уровни мембранно-связанных регуляторных белков комплемента (например, CD55 и CD59) по сравнению с другими типами клеток. При провоспалительных условиях, таких как воздействие цитокинов, таких как фактор интерферона-γ и фактора некроза опухоли-α, экспрессия этих регуляторов может быть дополнительно подавлена, что делает бета-клетки еще более уязвимыми для образования MAC и лизиса. Кроме того, сами бета-клетки могут производить компоненты комплемента, включая C3, фактор B и фактор D, в условиях стресса, тем самым усиливая локальную активацию комплемента в порочном цикле. Эта уникальная восприимчивость подчеркивает, почему терапия, ориентированная на комплемент, может быть особенно эффективной в сохранении массы бета-клеток.

Механизмы комплемент-медиированного бета-разрушения клеток

Воспаление через анафилотоксины

Генерация C3a и C5a во время активации комплемента оказывает глубокое провоспалительное действие. Эти анафилотоксины связываются с их соответствующими рецепторами (C3aR, C5aR1 и C5aR2), экспрессируемыми на различных иммунных клетках, включая тучные клетки, макрофаги, нейтрофилы и дендритные клетки. В контексте T1D C5a способствует вербовке воспалительных миелоидных клеток к островкам, усиливает выработку реактивных форм кислорода и протеолитических ферментов, а также стимулирует высвобождение цитокинов, таких как IL-1β и TNF-α. Эти цитокины непосредственно токсичны для бета-клеток, а также повышают экспрессию MHC класса I, делая бета-клетки более заметными для аутореактивных CD8+ Т-клеток. Таким образом, воспалительная среда, управляемая анафилотоксином, действует как мост между врожденными и адаптивными иммунными реакциями, усиливая аутоиммунное разрушение.

Опсонизация и фагоцитоз

Осаждение C3b и продуктов его распада (iC3b, C3dg) на поверхности бета-клеток служит мощным опсонином, маркируя эти клетки для выведения фагоцитами, экспрессирующими рецепторы комплемента (CR1, CR3, CR4). Макрофаги и дендритные клетки в области пери-острова могут поглощать опсонизированный бета-клеточный мусор или даже интактные клетки, обрабатывая и представляя бета-клеточные антигены Т-клеткам. Это представление антигена дополнительно питает адаптивный аутоиммунный ответ, создавая петлю обратной связи, которая поддерживает и усиливает разрушение бета-клеток. Исследования с использованием мышиных моделей T1D показали, что истощение комплемента или блокада C3 снижает способность дендритных клеток к перекрестному представлению островковых антигенов и задерживает начало заболевания.

Мембранная атака комплексно-среднего лизиса

Сборка мембранного атакующего комплекса на бета-клеточную плазматическую мембрану приводит к прямой гибели клеток некрозом. Учитывая низкую экспрессию CD59 (что предотвращает вставку MAC) на бета-клетки, эти клетки очень восприимчивы к MAC-зависимому лизису. Эксперименты in vitro демонстрируют, что воздействие человеческих островков на комплементфиксированную сыворотку у пациентов с T1D индуцирует быструю гибель бета-клеток, которая может быть ингибирована блокированием расщепления C5 или добавлением экзогенных CD59. Гистологическое исследование панкреат у пациентов с T1D также выявляет MAC-отложения на оставшихся бета-клетках, подтверждая актуальность этого литического механизма in vivo.

Перекрестные разговоры с адаптивным иммунитетом

Помимо прямых эффекторных функций, активация комплемента влияет на адаптивные иммунные реакции несколькими способами. C3a и C5a модулируют дифференцировку и выживаемость Т-клеток: Сигнализация C5aR на Т-клетках способствует Th1 и Th17-реакциям при подавлении регуляторной активности Т-клеток (Treg). Это искажает иммунный баланс от толерантности и к аутоиммунитету. Кроме того, фрагменты комплемента усиливают активацию В-клеток и выработку антител, включая генерацию аутоантител, фиксирующих комплемент. Взаимодействие C3d с рецептором комплемента 2 (CD21) на В-клетках обеспечивает мощный костимулирующий сигнал, который снижает порог активации В-клеток, тем самым способствуя расширению аутореактивных клонов В-клеток. Таким образом, комплемент служит центральным усилителем как врожденных, так и адаптивных рукавов аутоиммунитета в T1D.

Терапевтическая мишень комплемента в T1D

Учитывая растущие доказательства роли комплемента в патогенезе T1D, исследуются различные терапевтические стратегии для ослабления активации комплемента при сохранении основных защитных функций хозяина. Эти подходы находятся в доклиническом развитии или ранних клинических испытаниях, и они направлены на вмешательство на разных этапах каскада.

Ингибиторы C1

Ингибитор C1-эстеразы (C1-INH) является естественным ингибитором сериновой протеазы, который блокирует классические и лектиновые пути путем инактивации C1r, C1s и MASP-2. Рекомбинантный человеческий C1-INH (конестат альфа) одобрен для наследственного ангиодемы и находится в стадии исследования для различных воспалительных состояний. В мышиной модели T1D лечение с помощью C1-INH уменьшало активацию комплемента, уменьшало инсулит и сохраняло функцию бета-клеток. Пилотное исследование на людях с недавним началом T1D показало, что введение C1-INH было безопасным и, по-видимому, снижало осаждение C4d на островках, хотя для оценки эффективности необходимы более крупные испытания.

Ингибиторы C3 и C5

Ингибирование на уровне С3 или С5 может обеспечить широкое подавление эффекторных функций комплемента. Ингибитор С3 компстатин и его аналог (АМЯ-101) блокируют расщепление С3, предотвращая генерацию всех нижележащих фрагментов. У мышей с диабетом без ожирения (NOD) AMY-101 задерживают начало диабета и снижение инсулита. Ингибиторы С5, такие как экулизумаб (моноклональное антитело против С5) и равилизумаб, блокируют образование С5а и МАС при сохранении опсонизации выше по течению (потенциальное преимущество для поддержания клиренса патогена). Экулизумаб одобрен для пароксизмальной ночной гемоглобинурии и атипичного гемолитического уремического синдрома. Доклинические исследования у мышей NOD и гуманизированных мышей позволяют предположить, что блокада С5 уменьшает потерю бета-клеток и усиливает приживление трансплантированных островков. Однако высокая стоимость и необходимость хронического внутривенного введения создают барьеры

Растворимый комплементный рецептор 1 (CR1)

sCR1 (также известный как TP10) является рекомбинантной растворимой формой рецептора комплемента CR1, который действует как коварный рецептор, блокируя все три пути активации за счет ускорения распада конвертазы C3 и C5. В моделях T1D на животных лечение sCR1 уменьшало осаждение комплемента на островках и улучшало результаты после трансплантации островков. Его потенциал в качестве терапевтического средства для аутоиммунного диабета изучается, хотя клиническое развитие было ограничено.

Модулирование регуляторов комплементов

Вместо прямого ингибирования активации, другая стратегия заключается в усилении эндогенной регуляции комплемента. Это может быть достигнуто путем доставки рекомбинантных регуляторных белков (например, растворимого фактора H, растворимого CD55) или путем повышения экспрессии мембранных регуляторов на бета-клетках с использованием генной терапии. Например, трансгенная сверхэкспрессия CD59 в бета-клетках у мышей NOD, защищенных от комплемент-опосредованного лизиса и снижения заболеваемости диабетом. Успех таких подходов будет зависеть от эффективной и целенаправленной доставки, не вызывая глобальной иммуносупрессии или токсичности.

РНК-интерференция и редактирование генов

Достижения в области РНК-интерференции (РНКи) и редактирования генов CRISPR/Cas9 открывают возможности для заглушения генов комплемента, особенно в тканях, вовлеченных в T1D. siRNA, нацеленные на C3 или C5, могут быть доставлены в поджелудочную железу с использованием носителей наночастиц, снижая локальную активацию комплемента без системных эффектов. В недавнем исследовании, доказывающем эффективность концепции, интрадуктивное введение C5-таргетинговой siRNA в крысиной модели T1D уменьшало осаждение комплемента и сохраняло бета-клеточную массу. Редактирование генов также может быть использовано для исправления регуляторных недостатков комплемента в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках пациента до дифференциации в бета-клетки для трансплантации. Эти технологии все еще находятся на ранних стадиях, но обещают персонализированное вмешательство.

Проблемы и соображения

Риск заражения

Комплемент играет важную роль в защите от инкапсулированных бактерий, особенно Neisseria meningitidis. Долгосрочное системное ингибирование C3 или C5 значительно увеличивает риск менингококковых и других инфекций, как наблюдается у пациентов, получавших экулизумаб. Для пациентов с T1D, которые обычно в противном случае иммунокомпетентны, этот риск должен быть тщательно взвешен против потенциальных преимуществ. Вакцинация против Neisseria meningitidis и антибиотикопрофилактика являются обязательными для пациентов, получающих ингибиторы C5. Нацеливание комплемента более избирательно в микроокружении поджелудочной железы - например, посредством местной доставки или тканеспецифических ингибиторов - может снизить риск инфекции, все еще придавая терапевтическую пользу.

Сроки вмешательства

Активация комплемента, по-видимому, является ранним событием в патогенезе T1D, происходящим даже до появления гликемических аномалий. Вмешательства, которые блокируют комплемент, могут быть наиболее эффективными, если они инициированы во время доклинической фазы, у людей, имеющих положительный результат на несколько аутоантител, которые имеют высокий риск прогрессирования до клинического заболевания. Это окно возможностей, известное как стадия 1 или стадия 2 T1D, согласуется с текущими усилиями по скринингу групп риска. Однако разработка испытаний с конечными точками профилактики требует длительного наблюдения и больших размеров выборки, что делает их сложными для выполнения.

Биомаркеры для мониторинга

Для оценки эффективности терапии, ориентированной на комплемент, необходимы надежные биомаркеры активации комплемента и здоровья бета-клеток. Измерение плазмы C3a, C5a и sC5b-9 может указывать на активацию системного комплемента. Более специфические маркеры, такие как осаждение C4d на островковых клетках (оцениваемые с помощью биопсии или, возможно, визуализации), могут обеспечить прямые доказательства целевого взаимодействия. Кроме того, мониторинг титроцитов аутоантител, уровней C-пептида и гликемического контроля останется стандартными конечными точками для клинических испытаний. Достижения в области масс-спектрометрии и протеомики могут дать новые биомаркеры для уточнения отбора пациентов и оценки ответа.

Будущие направления

Клинические испытания

Несмотря на многообещающие доклинические данные, только в нескольких клинических испытаниях оценивали ингибирование комплемента в T1D. В настоящее время проводится испытание ингибитора C1 conestat alfa фазы 2 в недавно появившемся T1D (CTRI/2020/05/025407). Другое исследование изучает безопасность ингибитора C5 eculizumab в сочетании с иммуносупрессивной терапией для трансплантации островков. В будущих испытаниях, вероятно, будут изучены комбинированные методы лечения, которые блокируют комплемент одновременно с другими иммунными контрольными точками, такими как анти-CD3 или агенты, вызывающие Трег, для достижения устойчивой толерантности с минимальными побочными эффектами.

Комбинированная терапия

Учитывая сложность аутоиммунитета T1D, ингибирование одноагентного комплемента может быть недостаточным для остановки разрушения бета-клеток. Комбинирование ингибиторов комплемента с агентами, которые нацелены на костимуляцию Т-клеток (например, абатацепт) или истощение В-клеток (например, ритуксимаб) может синергетически подавлять как врожденный, так и адаптивный иммунитет. Доклинические исследования, сочетающие анти-C5-антитело с низкими дозами рапамицина, показали превосходное сохранение массы бета-клеток у мышей с низкими дозами по сравнению с любой монотерапией. Разработка рациональных комбинаций, которые максимизируют эффективность при минимизации перекрывающихся токсичностей, будет ключевой задачей для следующей волны клинических испытаний.

Персонализированная медицина

Генетические полиморфизмы в компонентах комплемента и регуляторах могут влиять на базовую активность комплемента и реакцию человека на терапию. Например, пациенты с низким числом копий C4 могут извлечь больше пользы из классического ингибирования пути, в то время как пациенты с вариантами CFH могут потребовать альтернативной блокады пути. Стратификация на основе биомаркеров может обеспечить персонализированные схемы лечения, улучшая терапевтические результаты и уменьшая ненужное воздействие. Интеграция геномики, протеомики и метаболомики в клинический уход T1D облегчит этот подход к точной иммунологии.

Заключение

Система комплемента играет многогранную и неизбыточную роль в иммунопатогенезе диабета 1 типа. От инициирования воспаления через анафилотоксины до опсонизации бета-клеток для разрушения и усиления адаптивных иммунных реакций активация комплемента способствует практически на каждом этапе аутоиммунного уничтожения бета-клеток. Генетические ассоциации, гистологические отложения и функциональные исследования сходятся, чтобы включить комплемент как драйвер и усилитель T1D. По мере углубления нашего понимания механизмов разрабатывается ряд терапевтических стратегий, включая ингибиторы C1, анти-C5 антитела, растворимые регуляторы и генную терапию, чтобы безопасно модулировать комплемент в T1D. В то время как проблемы, связанные с риском инфекции, оптимальным временем и мониторингом, остаются существенными. Продолжение исследований, особенно хорошо продуманных клинических испытаний, будет иметь важное значение для перевода этих идей в значимые достижения для людей, подверженных риску или живущих с диабетом 1 типа.