EL SISTEMA DEL COMPLEMENTO

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1 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO METROPOLITANO UNIVERSITARIO FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS UNIDAD DIDÁCATICA DE INMUNOLOGÍA Y MICROBIOLOGÍA MÉDICA TERCER AÑO EL SISTEMA DEL COMPLEMENTO Dr. Mario Roberto Pinto El Complemento es un mecanismo de defensa que forma parte de la Inmunidad Innata. Debe su nombre a que complementa la acción de los anticuerpos como un mecanismo efector. Tiene 3 funciones fisiológicas principales. 1. Mecanismo de defensa contra las infecciones por bacterias biogénicas. 2. Puente que interrelaciona las inmunidades innata y adaptativa o específica 3. Participación importante en la eliminación de complejos inmunes y productos de las lesiones inflamatorias. Tiene aproximadamente 30 proteínas en el suero y en las superficies celulares. Sus componentes generalmente pertenecen a las globulinas Alfa, beta y muy raramente a las Gamma, constituyen el 15% de la fracción globulina del plasma. Tiene 3 vías de activación. 1. Vía clásica 2. Vía alterna o de la properdina 3. Vía de las lectinas En esta revisión se hace énfasis principalmente en su actividad biológica, en su regulación y su participación en algunas enfermedades autoinmunes. NOMEMCLATURA Para la fácil comprensión del Sistema del Complemento, existe una nomenclatura particular, la cual es aceptada internacionalmente. A los componentes del complemento de la vía clásica se les nombra con una C mayúscula y se les agrega a la derecha un número del 1 al 9. Si los componentes son fragmentados durante su activación, entonces se les agregará una letra minúscula en orden alfabético. Ejemplo: C3a, C3b. Si estos volvieran a fragmentarse, se continuaría con la c, dg, etc. Con la excepción del C1, cuyos tres subcomponentes: C1q, C1r, C1s, están activados, se agrega una barra de arriba del mismo, ejemplo: C1 Para los componentes de vía alterna se utilizan letras mayúsculas, estas son B, D y P si estos tienen fragmentación, se les agregará una letra minúscula así: Ba, Bb, etc. Los componentes de la vía de las elctinas son: MBL (Lectina de unión amananos) y MASP 1, 2 y 3 (serin proteasa relacionada a MBL). I. VIA CLÁSICA Activación: Se inicia cuando se une el C1 a complejos inmunes formados por inmunoglobulinas G 1, 2 o 3 y M con sus antígenos correspondientes o por sustancias como la proteína C reactiva, lectinas que se unen a la manosa y la proteína A del Staphylococcus aureus. La fracción C1s del complejo C1 que tiene actividad de

2 enzima esterasa actúa sobre dos sustratos al mismo tiempo el C4 y el C2 formando el complejo C4bC2a o más simple, complejo C42 que se convierte en la convertasa del C3, esta parte de la activación es importante, pues hay una ampliación en este momento, pocos complejos C42 activan gran cantidad de C3, el cual es fragmentado en C3a y C3b. El C3b recién formado se puede unir al complejo C42 y forma el complejo C42 3b el cual es el C5 convertasa que ataca al C5 fragmentado en C5a y C5b, el cual fácilmente se une a los componentes C6, C7, C8 y C9 se llama sistema de ataque a la membrana y es común en las dos vías. ACTIVACIÓN DE LA VÍA CLÁSICA Activadores C1 C1 C2b C4 C2 C4a C3a C42 C3 C3b C42C3b C5 C5a C6-C7-C8-C9 Lisis II. VÍA ALTERNA O DE LA PROPERDINA Activación: Esta vía generalmente no necesita la presencia de complejos inmunes para activarse y parece ser que normalmente por diversas causas se fragmentan pequeñas cantidades de C3 y las sustancias que activan esta vía o aceleran el rompimiento de C3 o bien estabilizan los compuestos como el C3bBb que se forman, evitando o disminuyendo la afinidad de este compuesto para los inactivadotes. Al romperse el C3 se forma el C3b el cual se une al factor B y forma un complejo C3Bb y entonces actúa otro factor de la vía alterna que se denomina D, que se encuentra en forma activa en el plasma, rompiendo en B el complejo, formando el Ba y el complejo C3bBb que es la convertasa del C3 por la vía alterna. Este complejo normalmente rompe muchas moléculas de C3 convirtiéndose en un amplificador de la activación por la vía alterna. Pero si el compuesto C3bBb encuentra C3b libre, se une a el formando el compuesto C3bBbC3b que es la convertasa de C5 por la vía alterna y después sigue el mismo proceso de ataque a la membrana que en vía clásica. El papel que juega la Properdina es estabilizar el complejo C3bBb.

3 ACTIVACIÓN VÍA ALTERNA Activadores Plasmita-Trombina Enzimas Bacterianas Enzimas Lisosómicas C3 C3a C3bBbC3b C3b + C3bBb C3b C5a C5 B D C6-C7-C8-6 C9 Lisis III. ACTIVACIÓN VÍA DE LAS LECTINAS Las lectinas son glicoproteínas producidas por diversas células animales y vegetales. Las lectinas tipo C son especialmente abundantes entre los mamíferos; en el ser humano existen varias, entre las más importantes están: la proteína ligada a la Manosa (MBP), que se produce especialmente en los hepatocitos y macrófagos, pero que también la poseen los polimorfoncleares neutrófilos y se encuentra libre en el suero en pequeñas cantidades. Tiene forma de una flor, el tallo alargado con tres cadenas polipéptidas parecidas al colágeno y la cabeza donde residen tres sitios de unión para los carbohidratos como: Manosa y N-acetilglucosamina de bacterias, hongos y virus; al unirse a su blanco, expone receptores para tres proteínas con actividad enzimática serina proteasas que se encuentran libres en el plasma y son la MASP-1, MASP-2 y MASP-3. La MASP-2 (Serin Proteasas asociada a MBP-2) unida a la MBP, ataca enzimáticamente a los factores C4 y C2 del complemento en forma similar a C1r y C1s rompiéndola en C4a y C4b, C2a y C2b, formándose el compuesto C4b-C2a que es la convertasa de C3 por la vía clásica y continúa la activación del Complemento. La MASP-1 cuando se une a MBP tiene como sustrato al C3 y lo rompe en C3a y C3b iniciando la activación del Complemento como si fuera la vía alterna, el MASP-3 se cree que es similar al MASP-1. Sus iniciadores son la proteína inhibidora del C4 y los factores H e I.

4 IV. REGULACIÓN DEL COMPLEMENTO Existen varios mecanismos de control en la regulación del sistema del Complemento, pero se pueden dividir en dos: Proteínas en el plasma Proteínas que forman parte de las membranas celulares Entre las primeras están: Inhibidor del C1: Esta proteína inactiva la enzima serina del C1 que son el C1r y C1s activador, evitando que actúen sobre los sustratos que son el C4 y C2, cuando la activación es pequeña o espontánea. Su deficiencia produce la enfermedad Edema Angioneurótico heredofamilar, cuya sintomatología es causada por la fracción del complemento C2b. C4BP: Es un inhibidor de C4b, actá como cofactor del rompimiento e inactivación por el factor I. Factor H: Actúa como cofactor en la escisión del C3b, pues tiene gran afinidad al que se une, permitiendo que el factor lo rompa proteolíticamente. Factor I: Rompe por proteolisis el C3b y C4b utilizando cofactores, como factor H, C4BP, Proteína de cofactor de membrana (MCP) o CR1. Proteína S: Llamada también Vitronectina. Se une al complejo C5b-7, evitando que puedan unirse al complejo el C8 y C9 y formen el complejo de ataque a la membrana, pues evita la inserción del mismo a la membrana celular. Inactivadotes de C5a, C3a y C4a: Es un carboxipeptidasa B, que elimina el aminoácido arginina final que es común en estas moléculas inactivándolas.

5 PROTEÍNAS INACTIVADORES QUE FORMAN PARTE DE LA MEMBRANA CELULAR Proteína Cofactor de la Membrana (PCM): Se encuentra en todas las células del organismo, excepto en los eritrocitos. Se une al C4b y al C3b exponiéndolos al ataque proteolítico del factor I. Factor acelerador del Declive (FAD): Lo poseen casi todas las células sanguíneas, las endoteliales y epiteliales. Acelera la disolución de las convertasas de la vía clásica y alterna, (C4b C2a y C3b Bb). CD59 (Inhibidor de la lisis): Es una proteína protectora que tienen las células del organismo, que evitan que pequeñas cantidades de C9 se unan a C8 y provoquen la lisis de células vecinas a la activación del complemento. V. ACTIVIDAD BIOLÓGICA DEL COMPLEMENTO El Complemento es el principal mecanismo humoral efector que se encuentra en el plasma humano, es responsable de la eliminación de antígenos extraños a través de eliminar los complejos inmunes y células apoptósicas. Pero este poderoso sistema efector puede también provocar daño en tejidos vecinos. A continuación analizaremos sus principales actividades biológicas conocidas. a. Reacciones de Adherencia: La más importante de estas actividades es mediada por el C3b, producido por la vía clásica o por la vía alterna, las partículas unidas al C3b y sus productos de degradación interaccionan con grupo de determinadas células. El C3b tiene un receptor en los fagotitos polimorfonucleares y en los fagotitos mononucleares, lo cual le permite establecer un puente de unión entre el antígeno y la célula fagocítica, la cual inicia rápidamente el engolfamiento del antígeno, esta facilitación de la fagocitosis es a lo que se le conoce como opsonización. Otras células que tienen receptor para C3b son los eritrocitos, los linfocitos T y B y los podocitos glomerulares, aunque su efecto y significancia biológica no se conoce todavía bien. Otras fracciones del complemento que pueden producir reacciones de adherencia son el C5b y C3dg y pueden actuar menos eficientemente como opsoninas. También existe adherencia a receptores específicos de superficies celulares entre los que están C3b, C3bi y C3bd, C4b RECEPTORES PARA FRACCIONES DEL COMPLEMENTO Receptor Células Fracciones CR1 Neutrófilos, monocitos, eosinófilos, Eritrocitos, linfocitos T y células C3b y C4b dendríticas del folículo. CR2 Linfocitos B, células epiteliales de nasofaringe y células dendríticas C3bi y C3dg del folículo. CR3 (Mac1) Neutrófilos, monocitos, mastocitos, y células NK. C3bi

6 CR4 Neutrófilos, monocitos y plaquetas. C3bi y C3dg b. Anafilatoxinas: C4a, C3a y C5a son las fracciones del complemento que actualmente se consideran como anafilatoxinas y estas tienen receptores en los mastocitos y en los basófilos produciendo en los mismos la liberación de los mediadores químicos y es principalmente a través de la histamina que se produce vasodilatación, aumento de la permeabilidad vascular y contracción del músculo liso en los tejidos vecinos, donde se activa el complemento. El C4a se ha encontrado que estimula los mismos receptores que el C3a en el mastocito, pero que necesita sustancialmente muchas más moléculas para producir el mismo estímulo, por lo que su papel parece no ser fisiológicamente relevante. Inhibidores de las anafilatoxinas son la carboxipeptidasa B que existe activada normalmente en el plasma, rompe el aminoácido termial de C3a, C5a y C4a que es una arginina perdiendo su actividad biológica. c. Factores Quimiotácticos: En la activación del complemento se liberan factores quimiotácticos para células fagocíticas, atrayéndolas en una forma unidireccional hacia el lugar de la activación. La principal fracción quimiotáctica del complemento es el C5a, teniendo receptores en los neutrófilos y en los monocitos-macrófagos en los cuales además del efecto quimiotáctico produce en ellos un aumento en la adherencia a superficies. Otros factores quimiotácticos, pero de menor intensidad son el Ba y el Complejo C567, este último al parecer ha perdido importancia biológica como factor quimiotáctico. d. Factor Movilizador de los Neutrófilos: El C3e es un péptido derivado del fragmento C3c por enzimas proteolíticas desconocidas. Este péptido causa leucocitosis cuando es inyectado en conejos y puede de esta manera contribuir al aumento en el número de neutrófilos en los sitios de inflamación. El aumento de los neutrófilos se produce a nivel de la médula ósea. La unión específica del C3e a los neutrófilos ha sido reportada, sugiriéndose la existencia de receptores en estas células que pueden estas envueltas en esta respuesta biológica. e. Modulador en la respuesta de Anticuerpos: Se ha demostrado recientemente que el C3a es un potente supresor de la respuesta inmune humoral específica humana. Esta capacidad inmunosupresora, se pierde al perder el aminoácido arginina Terminal. Las fracciones C3bi y el C3dg se unen al receptor del Complemento CR2 que se encuentra en la membrana de los linfocitos B, estimulando su activación y a los de las células dendríticas del folículo, estos receptores se unen a los complejos antígeno-anticuerpo ligados a C3bi y C3dg, quienes son interiorizados a través de vacuolas endocíticas, se procesan los antígenos y se les presentan a los linfocitos T, quienes producen linfoquinas 2, 4, 5 y 10; aumentado o suprimiendo la producción de anticuerpos. f. Actividad parecida a las Kininas:

7 El fragmento C2b cuando es liberado durante la activación del complemento por la vía clásica. Produce un efecto parecido a las kininas de vasodilatación aumento de la permeabilidad vascular, al parecer es el responsable del edema que se produce en la enfermedad edema angionéurótico familiar cuando hay deficiencia de inhibidor del Cl estereasa. g. Reacciones líticas: El complejo C5b al C9 es el que produce lisis a nivel de membranas celulares y paredes bacterianas, se le denomina reacción de ataque a la membrana, es importante para actuar sobre algunas bacterias especialmente del grupo de las Neisserias. El complejo al unirse sobre las superficies celulares produce cambios a nivel de cargas eléctricas y además el C8 parece ser que penetra a través de las estructuras celulares produciendo la penetración de sodio el cual arrastra moléculas de agua, se edematiza la célula y estalla. RESUMEN DE LAS ACTIVIDADES BIOLÓGICAS DEL COMPLEMENTO Actividades biológicas Reacciones de adherencia (opsonización) Anafilatoxinas Factores quimiotácticos Factor movilizador de los neutrófilos Moduladores de la respuesta de anticuerpos Actividad parecida a los Kininos Reacciones líticas Fracciones C3b, C3bi y C4b C5a, C3a y C4a C5a y Ba C3e C3a, C3bi y C3dg C2b C5b-C9 VI. PAPEL DEL COMPLEMENTO EN LA DESTRUCCIÓN DE MICROORGANISMOS Bacterias: El complemento es muy importante en el papel de aclarador de antígeno del plasma y tejidos y con respecto a la eliminación de bacterias lo realiza en unión de las inmunoglobulinas IgG e IgM por la vía clásica llegando la activación de C1 a C9, produciendo lisis bacteriana, el C3b y menos eficientemente el C5b y el C3dg actúan como opsoninas facilitando y mejorando la fagocitosis de las bacterias por los neutrófilos y los monocitos-macrófagos; además el C5a actúa como factor quimiotáctico y el C3e moviliza leucocitos de la médula para que participen en los fenómenos de inflamación e infección. Algunas bacterias especialmente las gram negativas con abundancia de polisacáridos en su pared-membrana celular que producen activación del complemento por la vía alterna. Pero las bacterias pueden evadir la acción del complemento si tienen cápsulas gruesas, que forman una barrera física contra el complejo de ataque a la membrana o bien expresan proteínas que inhiben la activación del complemento. Los Streptococcus del grupo A usan la proteína M para atrapar el factor H, que incrementa el catabolismo de C3b y reduce la formación de C3 convertasas. Estas bacterias tienen también una peptidasa que inhibe la acción inflamatoria porque lo destruye. Neutralización viral: Algunos virus pueden ser destruidos por actividad lítica del complemento sobre las cápsides virales, además se ha reportado que un número de virus incluyendo virus tumorales RNA, son neutralizados a través de activación independiente de anticuerpos del C1 y especialmente el C2a puede producir esta neutralización agregando las partículas virales. Pero también hay virus como el de la Vaccinia que actúa como cofactor del

8 factor I, estimulando la destrucción del C4b y C3b inhibiendo la actividad del complemento. VII. ENFERMEDADES AUTOINMUNES Y EL COMPLEMENTO Se ha observado que las deficiencias congénitas de factores de complemento que participan especialmente en la vía clásica como son los factores C1, C2 y C4 están relacionados con enfermedades reumática y lupus eritematoso generalizado. La vía clásica del complemento participa en el aclaración de complejos inmunes y los genes que codifican para C2 y C4 están en el complejo mayor de histocompatibilidad (CMP) y están muy cerca de los genes que controlan la respuesta inmune (genes RI) y alteraciones genéticas que puedan alterar la expresión de estos genes del complemento, podrían alterar la respuesta inmune produciendo auto-anticuerpos hacia componentes del mismo organismo. Otros de los fenómenos que se están estudiando actualmente sobre todo en pacientes con lupus eritematoso generalizado es que se ha encontrado que el 50% de estos pacientes tienen defectuoso el receptor para C3b en las células fagocíticas lo que incrementa los complejos circulantes a estos pacientes, también se ha encontrado defectuoso el receptor para el Fc de las inmunoglobulinas en las células fagocíticas. Y por último el control que ejerce el C3a sobre el linfocito B y célula plasmática productora de anticuerpos inhibiendo la producción de los mismos, su disminución por consumo puede aumentar la producción de los anticuerpos y este podría ser uno de los papeles de importancia en los fenómenos autoinmunes. Recientemente se ha observado que no sólo la deficiencia de C2 y C4, sino también la de C1 que incluso es más frecuente que los dos factores anteriores en el caso de lupus eritematoso, teniendo dos variedades que es la deficiencia de C1q y la segunda que es C1r y C1s. VIII. DEFICIENCIAS DEL COMPLEMENTO La función disminuida del complemento en sistemas de pruebas hemolíticas resulta de tres procesos: 1. Disminución de síntesis in vivo, como son las deficiencias genéticas de diversos factores de complemento. 2. Incremento de la utilización in vivo, como son las reacciones inmunes o inflamatorias. 3. Consumo in Vitro, como sería el mal manejo de las muestras en los laboratorios, el calor, etc., o bien en algunas enfermedades como crioglobulinemia, enfermedades por complejos inmunes o con algunas enfermedades con problemas de la coagulación que pueden consumir el complemento in Vitro. Las deficiencias genéticas de factores del complemento se han observado con todos los factores. Las deficiencias C1, C2, C4, C5 y C8 se han encontrado asociados a problemas de piel y con relación a lupus eritematoso diseminado, otros como la deficiencia de C3, es asociado a infecciones piogenas recurrentes y deficiencias en C6 se han asociado a infecciones gonocóccicas y meningocóccicas recurrentes, por ejemplo en la población japonesa con alta frecuencia de la deficiencia de 6 tiene alta frecuencia de infecciones por meningococo. Entre las enfermedades que producen disminución de factores del complemento por consumo estas glomerulonefritis membrano-proliferativa y la glomerulonefritis post-

9 estreptocóccica que generalmente producen disminución de los factores de la vía clásica C1, C2, C3 y C4. En otras sólo disminuyen los niveles de C3, lo cual indica una activación a través de la vía alterna, esto se observa en algunas glomerulonefritis membrana-proliferativas y en la mayoría de pacientes que tienen una lipodistrofia parcial con o sin glomerulonefritis, algunas de estas muestras contienen un autoanticuerpo llamado factor nefrítico que es dirigido contra C3bBb y produce consumo de C3 y B. También se puede producir consumo local de factores de complemento como por ejemplo en la artritis reumatoidea, encontrándose evidencia de consumo local de factores del complemento en el líquido sinovial, aunque a nivel sistémico no se encuentra evidencia de tal consumo. IX. INTERRELACIÓN DEL COMPLEMENTO Y OTROS SISTEMAS BIOLÓGICOS Es bien conocido el papel del complemento y su interrelación con otros sistemas biológicos que pueden ampliar y mantener un estado de activación del complemento. El factor de Hageman (XII) cuando es activado puede activar el sistema de la coagulación, además del sistema de las mininas y el sistema del complemento por actuar sobre el plasminógeno, el cual se transforma en plasma pudiendo romper el C1 y C3 activándolos. X. LABORATORIO: MEDIDA DE NIVELES DE COMPLEMENTO En el laboratorio se utiliza frecuentemente medir el C3 y el C4 por la técnica de inmunodifusión radial en gel de Ouchterlony y que puede orientar al médico sobre la vía de activación del complemento respecto a una enfermedad determinada así por ejemplo; si C3 y C4 están bajos, podemos asumir que se está consumiendo complemento por la vía clásica, ahora bien si solo se encuentra el C3 bajo y el C4 es normal, la vía de activación será la vía alterna. Para medir la totalidad del funcionamiento del complemento (CH50). Esta prueba de la medida de la cantidad de suero test requerida para lisar 50% de los eritrocitos de carnero óptimamente sensibilizados para la vía clásica son necesarios todos los factores para la lisis, la ausencia de alguno de ellos dará un marcado CH50 disminuido. BIBLIOGRAFÍA 1. Abbas A, Lichtman A, Pober J. El sistema del Complemento en Inmunología celular y molecular. Editorial Interamericana McGraw Hill. 3ª. Ed , Adinolfi M. Human Complement, Am, Dis Child. 131, 1023, Agnello V, Braco M, Kunkel H. Hereditary C2 deficiency with some manifestations of systemic lupus erithematous. J. Immunol , , Cabezas J.A. Lectinas: Aspectos bioquímicos y clínicos Jano No. 2000, , Colten H, Alper C, Rosen FN. Genetic and Biosyntesis of complement-proteins. N. Engl. J. Med. Vol 304 No. 11, , Cooper N. The complement System. Page 66 in Basics Clinical Immunology, 3a. Ed. Fudember, Sites H, Caldwell D, Wells J, V. (editors) 7. Fearon D. Complement. J. Allergy Clin. Immunol. Vol 71, Num 6: , Fearon D, Austen F. The alternative pathway of complement. A system for host resistance to microbial infection. N. Engl. J. Med. Vol 303 No , Frank, M. Immunoglobulin G, Fc receptor-mediated clearance in autoimmune diseases. And Int. Med. 1983, 98: , 98: Hauptnann G, Grosshans E, Et Heid E. Lupus erythemateux aigus et deficits hereditarires en complement. Ann Derm. Syph, Holmstovu, Malhotra R, Sim R. Collections collagenous C-type lectins fo the innate immune defense system. Immunol today 1994, Feb. 15(2:67-74) 12. Jordon R, Provost T. The complement system and skin. Dermatology 7-30, Lachman PJ Complement Page 323 in Clinical aspects of immunology Gell PGH Coombs RRA, Lachmann PJ. (Editors) Blackwell 1975.

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