第三章-补体系统(Complement-system)

第三章补体系统第一节概述1895年Bordet通过免疫溶菌试验发现新鲜血清中存在一种不耐热的成分，可辅助特异性抗体介导的溶菌作用。由于这种成分是抗体发挥溶细胞作用的必要补充条件。故被称为补体(complement，C)。一、概念补体并非单一分子，而是存在于血清、组织液和细胞膜表面的一组经活化后具有酶活性的蛋白质，包括30余种可溶性蛋白和膜结合蛋白，故被称为补体系统。目前对各类补体的cDNA已克隆成功,并获部分基因工程产品。补体与抗体的区别为存在于正常人血清中，不耐热，具酶活性，β球蛋白。二、基本特性和生物合成（一）组成：30多种蛋白质1、补体固有成分指存在与血浆及体液中、参与补体激活的蛋白质，包括1）经典途径的C1q、C1r、C1s、C4、C2；2）旁路途径的B因子、D因子和备解素（properdin，P因子）；3）凝集素途径（MBL途径）的MBL、MBL相关丝氨酸蛋白酶（MASP）；4）补体活化的共同组分C3、C5、C6、C7、C8、C92、补体调节蛋白（complementregulatoryprotein）指存在与血浆中和细胞膜表面、通过调节补体激活途径中关键酶而控制补体活化强度和范围的蛋白分子。包括：P因子、C1抑制物、I因子、H因子、S蛋白、C4bp——可溶性的DAF、MCP、C8bp、CD59等——膜结合形式3、补体受体（complementreceptor，CR）指存在于不同细胞膜表面、能与补体激活后所形成的活性片段相结合、介导多种生物效应的受体分子。包括：CR1~4、C3a/4aR、C5aR、C1qR等（二）理化性质补体成分均为糖蛋白，多属球蛋白，少数属（如C1s、D因子）及球蛋白(如C1q、C8)。多数补体成分(尤其是固有成分)对热不稳定，经56℃温育30分钟即灭活；在室温下很快失活；在0～10℃条件下活性仅能保持3～4天。因此。用于研究或检测的补体标本须保存于-20℃以下。（三）命名固有成分，按其被发现的先后分别命名为C1(q、r、s)、C2、……C9；其他成分以英文大写字母表示，如B因子、D因子、P因子、H因子、MBL等；补体调节蛋白多以其功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白、衰变加速因子等；补体活化后的裂解片段，以该成分的符号后面附加小写英文字母表示，如C3a、C3b等；活化的补体在其符号上划一横线表示，灭活的补体片段，在其符号前加英文字母i表示，如iC3b。（四）生物合成肝细胞和巨噬细胞是补体的主要产生细胞，肝细胞病变可致补体异常如肝坏死、肝硬化、肝癌、重症肝炎等致补体减少。炎症状态时，补体可增高。第二节补体分子的结构（一）C1分子C1是由1个分子的C1q和2个分子的C1r及2个分子的C1s借Ca2+连接而成的大分子复合物。分子量约为750kDa。其中C1q为具有识别作用的亚单位,C1r和C1s为具有催化作用的亚单位。1、C1qC1q为各种补体分子中分子量最大(410kDa)的球蛋白。其分子结构较特殊和复杂,由6个亚单位组成，每个亚单位由A、B、C三种不同类型的肽链所组成。2、C1r和C1sC1r和C1s均为单一多肽链分子,又都是丝氨酸蛋白酶(原)。C1r和C1s多肽链均由接近700个氨基酸所组成。电镜下观察表明，C1r和C1s的分子构型极为相似，均呈一端大一端稍小的哑铃状分子。目前C1r和C1s的cDNA克隆均已成功，并进行了全部序列分析。编码C1r的基因定位于人的第12号染色体短臂,与编码C1s的基因相连。（二）C4分子C4是由(90kDa)、(78kDa)及(33kDa)三条肽链借二硫键连接组成。编码人C4的基因定位于第6号染色体的HLA-DR和HLA-B位点间一段基因组DNA上。C4由两个基因C4A和C4B所编码,因此血清中的C4分子也有两种类型即C4A和C4B,但二者具有高度同源性(仅有少数氨基酸不同)。目前C4A和C4B的cDNA克隆均已成功并进行了序列分析。C4A、C4B、B因子及C2均属于MHCⅢ类分子。（三）C2分子C2是补体的第2个成分，但在经典激活途径的激活顺序上却在C4之后被活化。C2分子是由732个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白，分子量约110kDa编码C2的基因定位于人的第6号染色体短臂21区(基因长度8kb)。（四）C3分子C3在补体系统活化过程中起着枢纽作用，是补体激活的关键分子。C3由、两条肽链组成，之间以二硫键相连结,分子量为195kDa,其中链为115kDa,链为75kDa。其在血清中的含量高于其它补体分子,约为0.55～1.2mg/ml。人的C3基因定位于第19号染色体上。（五）C5分子C5是形成膜攻击复合体(MAC)的第1个补体分子。C5由以二硫键相连接的、链组成，分子量190kDa,靠近N端的第74-75位精氨酸-亮氨酸键为C5转化酶作用的部位。编码人C5的基因定位于第9号染色体长臂32-34区（六）C6、C7分子均为单链糖蛋白,结构上有33.5％共同的氨基酸残基在C6和C7活化过程中，二者均无分子的裂解，推测可能是由于其分子构型的改变而成为具有结合活性的形式。通过C7的疏水性，紧紧固定在膜脂质双层中,编码C6和C7的基因定位于人的第5号染色体,东方人群中C6B的基因频率较高。（七）C8由、、三条肽链组成的三聚体糖蛋白，分子量为155kDa。不含半胱氨酸残基,为与细胞毒性T细胞及NK细胞产生的穿孔蛋白(perforin)有同源性的结构功能域。通过C8分子的构象变化，使其链插入膜脂质双层中,形成直径约1.6nm的穿膜孔道,可使细胞内的离子缓缓流出，但不会导致细胞溶解。（八）C9分子C9是形成膜攻击复合体(MAC)的最后一个分子,为一单链糖蛋白,分子量79kDa。C端37kDa由疏水性氨基酸组成C9b,N端34kDa由亲水性氨基酸组成称C9a。因此，C9以其羧基部分嵌入细胞膜的脂质双层中。而N端则为与C5b～8相结合的功能区。12～16个C9分子聚合形成的多聚体C9,可形成内径10nm、壁厚2nm的中空穿膜孔道嵌入膜内（九）B、D、P因子B因子可被D因子裂解成为Ba和Bb,P因子可加固C3b与Bb间的结合力，并封闭H因子的抑制作用。C1/QRS,C2679/a链,C35/a+链,C48/a++r第三节补体激活途径在生理情况下，补体固有成分以非活化形式存在于体液中，通过级联酶促反应被激活，产生具有生物学活性的产物。经典途径、旁路途径、MBL途径（图）（一）经典途径（classicalpathway）指激活物与C1q结合，顺序活化C1r、C1s、C4、C2、C3，形成C3转化酶（C4b2a）与C5转化酶（C4b2a3b）的级联酶促反应过程。C1通常以C1q（C1r）2（C1s）2复合大分子形式存在与血浆中C2为限速成分；C3是三条途径的共同组分1、激活物主要是与抗原结合的IgG、IgM分子不同抗体活化C1q的能力各异（IgMIgG3IgG1IgG2）2、活化过程C1q与2个以上Fc段结合可发生构象改变，使与C1q结合的C1r活化，活化的C1r激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性。活化的C1s的第一个底物是C4——C4a+C4b（其中部分C4b结合至紧邻抗原抗体结合处的细胞或颗粒表面）C1s的第二个底物是C2——与C4b结合的C2被裂解为C2a+C2bC3转化酶（C3转化酶）——C4b2a裂解C3为C3a+C3bC5转化酶（C5转化酶）——C4b2a3b裂解C5为C5a+C5bC5b与C6结合为C5b6，C5b6自发与C7结合为C5b67，暴露结合位点与附近细胞膜结合，膜上的C5b67与C8结合为C5b678可促进与多个C9的聚合，形成C5b6789n复合物，即为攻膜复合物（membraneattackcomplex，MAC）MAC——膜攻击复合物，由C5b~9组成，在补体活化的共同末端效应阶段，插入靶细胞膜形成”渗漏斑”或穿膜孔道，最终导致胞内渗透压降低，细胞破裂（即细胞“溶破”）。又称替代激活途径，其不依赖于抗体，而由微生物或外源异物直接激活C3。在B因子、D因子和备解素参与下，形成C3转化酶和C5转化酶，启动级联酶促反应过程。在微生物进化的种系发生上，旁路途径是最早出现的补体活化途径，是抵御微生物感染的非特异性防线。（二）旁路途径（alternativepathway）1、激活物某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡聚糖均可作为旁路途径“激活物”，它们实际上是为补体激活提供保护性环境和接触的表面。2、活化过程从C3开始，生理条件下，自发产生的C3b在液相中快速失活，少数可与附近的膜表面结构共价结合，膜表面结构不同产生不同的结果：1）结合于自身组织细胞表面的C3b，可被自身细胞表面的调节蛋白降解、灭活；2）结合于“激活物”表面的C3b，可与B因子结合，后者被D因子裂解为Ba和Bb，Bb仍与C3b结合，形成C3bBb，即旁路途经C3转化酶备解素（P因子）与C3b、Bb结合可稳定C3转化酶结合于激活物表面的C3bBb可裂解更多C3分子，部分新生的C3b又可与Bb结合为新的C3bBb，形成旁路激活的正反馈放大效应。部分C3b可与C3bBb结合为C3bBb3b，即旁路途经C5转化酶，其后的终末通路与经典途径完全相同。（三）凝集素/MBL途径（lectin/MBLpathway）指血浆中甘露糖结合凝集素（mannose-bindlectin，MBL）或纤维胶原素（ficolin，FCN）等直接识别病原体表面糖结构，依次活化MBL相关丝氨酸蛋白酶（MBL-associatedserineprotease，MASP）、C4、C2、C3，形成与经典途径中相同的C3转化酶与C5转化酶的级联反应过程。另外，活化的MASP1可直接裂解C3产生C3b，在D因子和P因子参与下，激活补体旁路途径。1、激活物病原体表面的糖结构。•病原微生物感染早期，体内巨噬细胞和中性粒细胞可产生炎性细胞因子，诱导肝细胞合成MBL、C反应蛋白。•MBL或FCN可选择性识别多种病原体表面以甘露糖、甘露糖胺等为末端糖基的糖结构。•这些糖结构在哺乳动物细胞罕见，却是细菌、真菌及寄生虫细胞表面的常见成分•MBL或FCN与MASP结合成MBL-MASP或FCN-MASP复合物2、活化过程MBL-MASP或FCN-MASP复合物与病原体表面糖结构结合后，MBL或FCN发生构象改变，使之与之结合的MASP1和MASP2被分别激活活化的MASP2裂解C4为C4a和C4b，后续过程同经典途径活化的MASP1直接裂解C3产生C3a和C3b，C3b后续激活旁路途经C3C3b旁路激活途经四、三条补体激活途径的特点补体系统三条激活途径的比较经典途径MBL途径旁路途径激活物免疫复合物等多种病原微生物表面的细菌、真菌或病毒感染细胞等N氨基半乳糖或甘露糖为自发产生的C3b提供反应表面由MBL或FCN等识别参与成分C1-9C2-9C3、C5-9、B因子MBL-MASP、FCN-MASPD因子、P因子正反馈放大环C3转化酶C4b2aC4b2a/C3bBbC3bBbC5转化酶C4b2a3bC4b2a3b/C3bBb3bC3bBb3b作用参与适应性免疫应答效应参与固有免疫应答参与固有免疫应答感染后期（或恢复期）感染早期或初次感染感染早期或初次感染和再次感染第四节补体系统的生物学功能一、补体受体补体受体是细胞表面的重要膜结构。补体系统激活的级联反应产生的多种生物学效应,诸如调理促吞噬作用、免疫调控作用、黏附作用、清除IC及炎症作用等，都是通过补体受体而介导的。各种补体受体分布不尽相同，但其主要作用不外是识别配体、传导信号和诱导细胞应答等。补体受体有：I型补体受体（CR1；C3b/C4b受体、CD35）II型补体受体（CR2；C3b裂解片段受体、CD21）III型补体受体（CR3；iC3b受体、Mac-1、CD11b/CD18）IV型补体受体（CR4；iC3b受体、P150\95、CD11c/CD18）C