COMPLÉMENT (immunologie)

COMPLÉMENT (immunologie)

Avec les anticorps, le complément représente l’élément essentiel du système humoral de défense contre les agents infectieux. Il se compose d’une vingtaine de protéines circulantes capables d’interagir avec certaines membranes biologiques. L’activation en cascade, par clivage successif de ses différents composés, a des répercussions biologiques variées, telles que la lyse cellulaire, bactérienne ou virale. Elle entraîne également le recrutement et l’activation de nombreux effecteurs cellulaires favorisant l’inflammation.

Le système complémentaire peut être opérationnellement divisé en trois unités: deux unités de reconnaissance conduisant à des activations selon des voies parallèles, mais distinctes, et une unité effectrice terminale commune:

– la voie classique est activée par les anticorps combinés à l’antigène; elle ne se met donc en œuvre qu’en présence d’anticorps;

– la voie alterne est activée directement par certains polysaccharides bactériens en l’absence d’anticorps; elle constitue un moyen de défense anti-infectieux immédiat, en place avant même le développement d’une immunité spécifique;

– le complexe terminal ou complexe lytique est mis en jeu par les deux voies.

L’extrême sophistication de ce système tient probablement à la multiplicité des effets biologiques du complément mais aussi au fait que, comme d’autres systèmes humoraux (le système de coagulation, en particulier), le complément a pour vocation d’être activé rapidement et de façon localisée (ce qui implique des mécanismes d’amplification et de contrôle efficaces). Il est par ailleurs intéressant de noter que le système du complément a été largement conservé au cours de l’évolution des espèces: certains de ses composés peuvent interagir avec des composés d’espèces aussi éloignées que la grenouille, le cobaye et l’homme.

1. Découverte du complément

Initialement individualisé sous le nom d’alexine (du grec 見凞﨎﨡﨎晴益, défendre), le complément fut isolé à partir du sérum frais, dès 1889, par Buchner, qui mit alors en évidence son caractère thermolabile. Mais c’est en 1894 que Pfeiffer, constatant le phénomène auquel il devait attacher son nom, découvrit l’action bactériolytique du complément: une suspension de vibrions cholériques introduite dans le péritoine d’un animal préalablement immunisé y était rapidement lysée. En 1895, Bordet renouvelait in vitro les observations de Pfeiffer et démontrait clairement que l’action bactériolytique ne se produisait plus si l’on utilisait un immun-sérum préalablement chauffé à 56 ⁰C, mais qu’elle était restaurée par l’adjonction de n’importe quel autre sérum frais, ce qui démontrait la non-spécificité du phénomène. Enfin, l’année 1901 marqua la découverte de la fixation du complément sur le complexe antigène-anticorps, bientôt appliquée par Wasserman à la détection des anticorps syphilitiques.

2. Protéines du système complémentaire

Le tableau donne la liste des diverses protéines qui constituent le système complémentaire.

Présence d’un site labile de liaison pour les membranes

Le complément a la propriété très particulière de se déposer à la surface de particules biologiques. Ce transfert de protéines plasmatiques sur une surface est secondaire à l’activation d’un site de liaison pour des membranes cellulaires. Les facteurs C2, C3, C4, C5 et B, après avoir été activés par clivage, donnent lieu à deux fragments. Les fragments majeurs (C2a , C3b , C4b , C5b , Bb ) présentent durant un temps très court (inférieur à 10 millisecondes) un site de liaison à des membranes (dans le cas du C3b , du C4b et du C5b ) ou à un accepteur protéique déjà fixé sur une membrane (C3b pour le B, C4b pour le C2). Faute d’avoir rencontré cet accepteur en temps utile, la molécule reste libre dans la circulation où elle est rapidement inactivée. La disparition très rapide de ce site de liaison impose des contraintes spatiales rigoureuses à l’activation du complément. Elle en limite le développement au micro-environnement immédiat du site d’activation.

Synthèse et génétique des protéines du complément

Les sites de synthèse des différents composés du complément sont encore incomplètement connus. Les macrophages et les monocytes synthétisent l’ensemble des facteurs d’activation de la voie alterne ainsi que les composés C2, C4 et C3. Le C1 est synthétisé par les cellules épithéliales de l’intestin; les protéines du complexe lytique semblent synthétisées, au moins en partie, par les lymphocytes.

L’étude du métabolisme de différents composés (C3, C4, B) a montré que leur demi-vie était courte, de l’ordre de 24 heures. Les gènes de structure des composés C2, C4 et B sont liés au complexe majeur d’histocompatibilité HLA.

3. Activation du complément

L’activation du complément se déroule en cascade. Le premier composé à activité protéolytique clive spécifiquement le deuxième composé en deux fragments dont l’un acquiert lui-même une activité protéolytique spécifique pour le troisième composé et ainsi de suite. Fait particulier à ce système enzymatique, l’enzyme activatrice doit, dans certains cas, être fixée sur une membrane cellulaire, ce qui limite l’activation en phase purement fluide.

La voie classique

La voie classique est en règle générale activée par l’interaction du C1 avec des complexes antigène-anticorps ou des immunoglobulines agrégées, impliquant chez l’homme les seules immunoglobulines IgG1, IgG2, IgG3 et les IgM. Plus rarement, le C1 peut être directement activé par certaines substances telles que l’ADN et la C-réactive protéine ou par certains virus.

L’activation par la voie classique peut être opérationnellement divisée en deux étapes: la reconnaissance et la formation de la C3/C5 convertase (fig. 1).

Étape de reconnaissance

Le composé de reconnaissance de la voie classique est le C1, dont nous avons vu qu’il comprenait trois sous-unités protéiques. La première, le C1q , a une structure évoquant un «bouquet» de six tulipes avec une portion centrale de structure analogue à celle du collagène fixant le C1r et le C1s et six sous-unités périphériques se liant aux fragments Fc des IgG et IgM. Le C1q est capable d’activer le C1r , en présence d’ions calcium et après fixation aux fragments Fc des immunoglobulines agrégées ou complexées (sous la forme d’un doublet de deux molécules d’immunoglobulines combinées à l’antigène). La deuxième sous-unité du C1, le C1r , est activée par une réaction de protéolyse en un fragment de plus petite taille, le C1r activé. Le C1r clive à son tour le C1s , troisième sous-unité du C1 (activation en cascade), en le transformant en C1s activé.

Formation de la C3/C5 convertase

Le C1s activé clive à la fois le C4 et le C2 en entraînant la formation de fragments activés de plus petite taille, C4b et C2a , et de deux fragments inactifs, C4a et C2b . Le C4b et le C2a constituent la C3 convertase classique qui, comme son nom l’indique, a une activité enzymatique lui permettant de convertir le C3 en deux fragments C3a et C3b , ce dernier se déposant à proximité du site de clivage. Ce complexe a également la propriété de cliver le C5. Le complexe C4b 2a a donc une fonction centrale dans l’activation de la voie classique. Il est en effet responsable, par clivage du C3 puis du C5, de tous les effets biologiques de cette voie. Notons cependant que sa demi-vie est courte en raison de son instabilité.

Régulation de la voie classique

L’activation de la voie classique est soumise à différents mécanismes régulateurs. Le C1 INH (ou inhibiteur du C1s ) inhibe l’activité du C1r et du C1s en formant un complexe avec ces enzymes. Son absence congénitale est responsable de l’œdème angioneurotique. La C4bp (C4 binding-protein ) se lie au C4b , interfère avec la formation de la C3/C5 convertase et permet au I (inactivateur du C3b ou KAF) de cliver et d’inactiver le C4b . L’ensemble de ces protéines inhibitrices contribue à limiter l’activation de la voie classique qui ne peut, en conséquence, se développer qu’à proximité immédiate des activateurs.

La voie alterne

La voie alterne d’activation du complément est mise en jeu par le contact des protéines du système complémentaire avec de très nombreuses substances contenant des structures polysaccharidiques telles que l’inuline et le zymosan, les endotoxines bactériennes, les globules rouges de lapin et les IgA agrégées. Une fois activée, la voie alterne est accélérée par une «boucle d’amplification» qui aboutit à la formation d’une C3 convertase à laquelle s’oppose un puissant système inhibiteur (fig. 2).

Formation de la C3 convertase alterne

La boucle d’amplification met en jeu trois des six protéines de la voie alterne: le C3, le B et le D. En présence d’ions magnésium, le C3b et le B forment un complexe bimoléculaire C3b B. Le B engagé dans ce complexe devient clivable en facteur Bb par une enzyme, le D. Le complexe ainsi formé C3b Bb clive le C3, formant de nouvelles molécules de C3b capables à leur tour d’engendrer, après réaction avec le B, de nouvelles C3 convertases alternes. S’il était isolé, ce mécanisme d’amplification entraînerait rapidement la destruction de tout le C3 présent dans le sérum. Comme le complexe C4b 2a , le complexe C3b Bb peut, lorsqu’il est fixé sur une membrane, cliver le C5.

Régulation de la voie alterne

Deux protéines contrôlent efficacement la boucle d’amplification du C3b : ce sont le H et l’inactivateur du C3b (I). Le H se lie au C3b de façon compétitive avec le B. Il en résulte une dissociation accélérée de la C3 convertase alterne C3b Bb , qui perd son activité. De plus, le H lié au C3b facilite l’action du I, qui clive le C3b en i C3b . Le i C3b , molécule inactive, est incapable de se lier au B et donc de former une C3 convertase. L’importance de la régulation de la voie alterne est démontrée par l’existence d’une consommation très accélérée et totale du C3 circulant dans les cas de déficit génétique en I.

Activation de la voie alterne

Il est très probable, sinon démontré, que même en présence des protéines de régulation, la boucle d’amplification tourne au ralenti chez l’homme sain: des molécules de C3b sont produites en permanence et peuvent avoir, au hasard, trois devenirs: rester en solution dans le plasma, se déposer sur une membrane cellulaire non activatrice (globules rouges de l’hôte, par exemple) ou se déposer sur une substance activatrice de la voie alterne (bactérie Gram négatif par exemple). Dans les deux premiers cas, le C3b est très rapidement inactivé sous l’effet des protéines de contrôle; dans le cas d’une particule activatrice, au contraire, l’interaction du C3b avec la membrane de la particule rend cette molécule de C3b inaccessible au H et lui permet ainsi d’échapper au contrôle inhibiteur. Comme le montre la figure 2, le C3b , à la surface d’une particule activatrice, à l’abri du contrôle, forme une C3-convertase; la réaction en chaîne de la boucle d’amplification se développe à la surface de la particule et conduit au dépôt de nombreuses molécules de C3b . Le C3b apparaît donc comme étant lui-même le composé de «reconnaissance» pour la voie alterne, puisqu’il permet la discrimination entre activateurs et non-activateurs: seront des «activateurs» les substances qui, grâce à une structure sucrée particulière, rendront le C3b qu’elles ont lié inaccessible au H. Cette structure activatrice, l’antagoniste du H, est encore incomplètement définie.

Autres mécanismes d’activation de la voie alterne

Certaines protéines peuvent activer la voie alterne:

– le facteur du venin de cobra (CVF) n’est autre que le C3b de cobra, capable de former avec le B humain une C3 convertase (CVF-Bb ) insensible à l’action du H et du I;

– le facteur néphritique, rencontré au cours de certaines glomérulonéphrites, est un auto-anticorps (IgG) dirigé contre la C3 convertase C3b Bb ; se fixant à elle, il stabilise le complexe qui résiste à l’action du H;

– la properdine, enfin, stabilise aussi le complexe C3b Bb .

Activation du complexe lytique

La cytolyse induite par le complément est entièrement due à l’action du complexe lytique. Celui-ci est constitué de cinq protéines, C5, C6, C7, C8 et C9, qui circulent dans le plasma sous forme d’un complexe réversible et inactif. Après clivage du C5 par la C3/C5 convertase, classique ou alterne, ce complexe acquiert une grande stabilité au terme d’une chaîne de réactions faisant successivement intervenir C6, C7, C8 et C9. Le complexe activé C5b -9 est extrêmement stable et s’insère dans les membranes phospholipidiques en créant des lésions particulières, visibles en microscopie électronique (images d’anneaux à centre sombre de 10 nm de diamètre).

4. Conséquences biologiques de l’activation du complément

L’activation du complément entraîne la formation de nombreux produits doués d’activités biologiques diverses: les uns se déposent à la surface des particules activatrices dont ils modifient les propriétés de membrane, entraînant la lyse (pour le complexe lytique C5b -9) ou la phagocytose (pour le C3b ). Les autres produits d’activation, en particulier le C3a et le C5a , entraînent une réaction inflammatoire locale. Par ces activités, le complément joue un rôle essentiel dans le système humoral de défense contre les agressions étrangères.

Lésions membranaires

Par l’activation du complexe lytique, le complément entraîne la lyse de différents types de cellules, tels les globules rouges, les plaquettes, les leucocytes, les bactéries et les virus dans leur enveloppe lipoprotéique. Notons cependant que certaines cellules, tumorales notamment, sont résistantes à cette lyse. De plus, certaines bactéries ne sont lysées par le complément qu’en présence de facteurs d’appoint (lysozyme, par exemple).

Interactions cellulaires

Interactions avec les cellules phagocytaires

Les monocytes, les macrophages et les polynucléaires ont un récepteur pour le C3b et le fragment Fc des IgG. L’adhérence et la phagocytose des bactéries recouvertes d’IgG sont favorisées par la fixation du C3b , mais elles surviennent aussi en l’absence de complément et, réciproquement, le C3b à lui seul a aussi une action opsonisante. Ce rôle du C3b est particulièrement important au début de la réponse immunitaire, en présence d’IgM non opsonisantes, ou même avant le développement de l’immunité spécifique dans le cas des bactéries Gram négatif qui activent directement la voie alterne. L’importance de l’opsonisation par le C3b est généralement démontrée par la gravité et la fréquence des infections chez les rares malades porteurs de déficit en C3.

Interactions avec les lymphocytes

Les lymphocytes B ont un récepteur pour le C3b dont l’importance et le rôle modulateur des réponses immunitaires sont controversés en raison des résultats contradictoires obtenus par différentes équipes.

Interactions avec les globules rouges et les plaquettes

Les globules rouges de primates ont un récepteur pour le C3b et le C4b . Cette propriété a été largement utilisée pour détecter, par hémagglutination, la présence de C3b ou de C4b à la surface de diverses particules (en utilisant des hématies comme indicateurs).

Rôle dans l’inflammation

De nombreux produits d’activation des protéines du complément peuvent provoquer ou amplifier les processus inflammatoires. Les plus étudiés et les plus puissants de ces produits à action pro-inflammatoire sont le C3a et le C5a .

Les anaphylatoxines, C3a et C5a , ont des propriétés communes. Elles dérivent toutes les deux de leurs précurseurs respectifs C3 et C5 par clivage. Elles ont un poids moléculaire analogue, d’environ 10 000, et sont composées d’acides aminés dont la séquence présente des homologies. Ces deux peptides ont en position carboxyterminale une arginine qui est essentielle à leur activité biologique. Elles provoquent une libération d’histamine par les mastocytes et les basophiles, et une contraction des muscles lisses. Injectées par voie intradermique enfin, elles entraînent un érythème et un œdème localisé. En revanche, les deux anaphylatoxines diffèrent par certains caractères. Le C5a est vingt fois plus actif que le C3a . Outre les effets déjà décrits, le C5a (et non le C3a ) a un effet chimiotactique sur les polynucléaires et entraîne la libération d’enzymes lysosomiales par ces cellules.

5. Exploration du système complémentaire

L’étude des nombreux composants du complément peut être faite globalement en évaluant la capacité du sérum à lyser des globules rouges recouverts d’anticorps, ou de façon analytique par la mesure de chacun de ses composants.

Méthodes de mesure

Le complément sérique est habituellement mesuré en évaluant la capacité du sérum à lyser des globules rouges de mouton recouverts d’anticorps de lapin antiglobules rouges de mouton. Le dosage concerne l’ensemble des composants de la voie classique. Les valeurs sont exprimées en unité par millilitre: l’unité CH50 définit la quantité de sérum nécessaire à la lyse de 50 p. 100 des globules rouges. On peut aussi doser isolément chacun des composants du complément en ajoutant un excès d’un sérum déficient pour le composant à tester. Le dosage pondéral des différents composés du complément est effectué par immunodiffusion radiale. Il est réalisé en routine pour le C1q , le C3 et le C4.

Résultats

Les valeurs du CH50 et des différents composants sont variables d’un laboratoire à l’autre et doivent être interprétées en fonction des résultats normaux fournis par le laboratoire.

Une augmentation du taux sérique du complément s’observe au cours de diverses affections inflammatoires ou infectieuses: rhumatisme articulaire aigu, arthrite rhumatoïde, périartérite noueuse...

Une hypocomplémentémie s’observe dans de très nombreuses situations:

– Une diminution du taux des composants de la voie classique (C1, C2, C4, C3) est habituellement observée au cours de l’activation de la voie classique, notamment dans le lupus érythémateux disséminé, la maladie sérique aiguë, de nombreuses maladies avec complexes immuns circulants et les cryoglobulinémies mixtes. Une diminution du taux du C3 et du B sans diminution conjointe des taux du C1, du C2 et du C4 se rencontre au cours des activations de la voie alterne, en particulier lors de certaines glomérulonéphrites et des septicémies à germes Gram négatif.

– On connaît de nombreux déficits génétiques du complément. Deux sont relativement fréquents: le déficit en C1INH et le déficit en C2. La transmission génétique du déficit en C1INH se fait sur le mode autosomique dominant, alors que, pour tous les autres déficits actuellement connus, la transmission est de type autosomique récessif. Aucun déficit portant sur les protéines de la voie alterne n’a été décrit. La plupart de ces déficits sont associés à des syndromes auto-immuns ou à des infections répétées.

Le déficit en C1INH est responsable de l’œdème angioneurotique, caractérisé par la survenue d’œdèmes récidivants des extrémités, du tronc et de la face. Les œdèmes sous-cutanés sont particuliers, car ils sont blancs, non inflammatoires, et ne s’accompagnent pas de prurit ni d’urticaire. L’atteinte des voies respiratoires fait la gravité de l’affection, et l’atteinte des muqueuses digestives entraîne des douleurs abdominales intenses. Ces épisodes œdémateux évoluent par crises de deux à quatre jours. La physiopathologie de la maladie est incomplètement comprise. L’abaissement du taux du C4 est constant lors des crises. D’autre part, la survenue de crises à la suite de traumatismes (en particulier de soins dentaires) et l’efficacité thérapeutique des produits à activité antiplasmine rendent probable le rôle de l’activation du facteur Hageman et de la plasmine dans le déclenchement des crises. Les traitements par les androgènes sont également efficaces.

Le déficit en C2 semble être le plus courant des déficits génétiques du complément. La fréquence du gène déficitaire C2D est d’environ 1 p. 100 (1 homozygote pour 10 000 donneurs normaux). Neuf fois sur dix, ce déficit est lié aux groupes HLA-A10, B18 et Dw 2. Environ quarante cas de déficits homozygotes ont été rapportés. Ceux-ci sont parfois observés chez des sujets normaux, mais le plus souvent ils s’accompagnent de maladies de type auto-immun, proches du lupus érythémateux disséminé.

Différentes hypothèses peuvent être proposées pour expliquer les associations entre les déficits du complément et des manifestations d’auto-immunité. Certains déficits (C2D, C4D) sont liés au système HLA et pourraient donc être associés à un gène de réponse immune prédisposant au lupus érythémateux disséminé. Le déficit complémentaire pourrait exposer à des infections fréquentes, qui entraîneraient la formation de complexes immuns pathogènes. Le déficit pourrait favoriser une infection par un des virus susceptibles d’entraîner un syndrome lupique. Enfin, l’absence des composés précoces du complément (C1r , C1s , C2, C4), qui sont nécessaires à la solubilisation des complexes immuns par le complément, pourrait augmenter la pathogénicité des complexes immuns.

Une fréquence et une gravité anormales des infections bactériennes sont notées au cours des déficits en C3, I, et à un moindre degré au cours des déficits en C5, C6, C7, C8 qui entraînent presque uniquement des infections à méningocoque et à gonocoque.

Encyclopédie Universelle. 2012.