5免疫-补体

医学免疫学新乡医学院免疫学教研室[e-mail]电话：3831939李万里第5章补体系统complementsystem•掌握补体系统的概念与补体系统组成•掌握C3转化酶及C5转化酶的组成和表达式•掌握补体三条激活途径的异同点•掌握补体系统的生物学作用•熟悉补体系统的命名与补体系统的调节•了解补体系统异常与疾病本章要点第一节概述补体的发现JulesBode(1870-1961)通过血清溶菌实验发现了补体血清溶菌实验发现补体霍乱弧菌患者血清细菌凝集并溶解患者血清56℃，30min细菌凝集但不溶解细菌凝集并溶解正常血清无抗菌抗体抗体失活？什么成份溶菌？×补体补体的概念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，称为补体（complement，C）;补体是存在于血清、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；补体及其调节蛋白和相关膜蛋白（受体）共同组成的系统，称为补体系统（complementsystem）。补体广泛参与机体抗微生物防御反应及免疫调节，也可介导免疫病理的损伤性反应，是体内具有重要生物学意义的效应系统和效应放大系统。一、补体系统的组成及理化性质补体系统的组成30余种成份1.补体的固有成分：指存在于体液中、参与补体激活（活化）级联反应的补体成分，包括C1q、C1r、C1s、C4、C2；MBL、MASP；B因子、D因子；C3、C5、C6、C7、C8、C92.补体调节蛋白以可溶性或膜结合形式存在，包括备解素、C1抑制物、I因子、C4结合蛋白、H因子、S蛋白、Sp40/40、促衰变因子、膜辅助因子蛋白、同种限制因子、膜反应溶解抑制因子。3.补体受体（completmentreceptor,CR）与补体激活过程所形成的活性片段相结合，介导多种生物学效应的受体分子。包括CR1～CR5、C3aR、C4aR、C5aR、C1qR等。补体成分的理化性质1.补体蛋白均为糖蛋白，多属β球蛋白；2.补体含量相对稳定，不因免疫而增加，仅在某些疾病时有所变动；3.血清中各成分含量不等，C3含量最多，D因子最少；4.正常生理情况下，以非活化形式存在；5.性质不稳定：加热56℃、30min失活。二、补体系统的命名•参与补体经典激活途径的固有成分，按其被发现的先后分别命名；C1（q、r、s）、C2、……C9•补体系统的其他成分以英文大写字母表示；B、D、P、H因子、MBL、MASP•补体调节蛋白多以其功能命名；C1抑制物、C4结合蛋白、促衰变因子•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；C3a、C3b•具有酶活性的成分或复合物，在其符号上划一横线表示;C4b2b•灭活的补体片段，在其符号前加英文字母i表示。•iC3b三、补体的生物合成•约90%血浆补体成分由肝脏合成，少数由巨噬细胞等合成；•多种炎性细胞因子可刺激补体基因转录和表达；•在感染、组织损伤急性期以及炎症状态下，血清补体水平升高。第二节补体激活在生理情况下，血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物的作用下或在特定的反应表面上，补体各成分才依次被激活，形成一系列放大的级联反应，最终导致溶细胞效应。补体活化的“级联反应”特征级联反应是由生物大分子组成的连续而又分级的激活反应从而形成一系列扩大的连锁反应。生化级联反应IIaIbIIIIbIIaIIIIIIaIIIb发挥生物学效应补体系统的激活—三条途径1.经典途径（classicalpathway）由抗原抗体复合物结合C1q启动激活2.MBL途径（MBLpathway）由MBL结合细菌启动激活3.旁路途径（alternativepathway）由病原微生物等提供接触表面，从C3开始激活•在进化和发挥抗感染作用的过程中，最先出现或发挥作用的依次是不依赖抗体的旁路途径和MBL途径，最后才是依赖抗体的经典途径。•三条途径有共同的末端通路(terminalpathway)，即攻膜复合物（membraneattackcomplex，MAC）的形成及其溶解细胞效应。活化效应经典MBL旁路C3转化酶，C5转化酶（MACs等）末端通路补体活化的阶段激活识别一、补体激活的经典途径•又称第一途径•是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式（一)参与的补体成分•依次为C1、C4、C2和C3•C2血浆浓度很低，为补体活化级联酶促反应的限速步骤•C3血浆浓度最高，是三条激活途径中的共同组分（二）激活物与激活条件1.激活物经典途径从C1激活开始。免疫复合物（immunecomplex，IC）是经典途径的主要激活物。C1与IC中Ab分子的Fc段结合是经典途径的始动环节。①C1仅与IgM的CH3或某些IgG亚类的CH2结合才能活化②每一个C1分子必须同时与两个以上Ig分子Fc段结合③游离或可溶性抗体不能激活补体2.激活条件：Fc段暴露的C1q结合位点IgG分子结合抗原前后的构象变化C1q结合位点被屏障结合抗原之前结合抗原之后CH1CH2IgMCH3区，IgGCH2区TY（三)识别阶段•抗原和抗体结合后，抗体发生构象改变，使Fc段的补体结合部位暴露，补体C1与之结合并被激活，这一过程被称为补体激活的启动或识别。C1分子的结构C1q1个C1r2个C1s2个C1qC1sC1r柄头C1qr2s2C1q分子的C端球形结构是与Ig上的补体结合位点相结合的部位IgG补体活化的经典途径一个C1q分子如果同时与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。C1抗原抗原40nmC1q与IgM的结合因IgG为单体，IgM为5聚体，IgM活化补体能力IgGIgM识别阶段Ag-Ab复合物C1qC1r活化C1s活化（四）活化阶段活化的C1s依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3转化酶，后者进一步酶解C3并形成C5转化酶，此即经典途径的活化阶段。（五）补体活化的共同末端效应•三条补体活化途径形成的C5转化酶，均可裂解C5，这是补体级联反应中最后一个酶促步骤•C5b-9：膜攻击复合物（MAC）1.MAC的成分及其组装•MAC由C5b～9构成。C5转化酶裂解C5为C5a、C5b，C5b依次与C6、C7、C8结合，并附着于细胞膜表面。•C5b～8复合物与12～16个C9分子聚合形成MAC，C9多聚体插入靶细胞的脂质双层膜，形成10nm的小孔。C4b2a3b(C5转化酶)C5C5b+C6+C7C5b67+C8C5b678+C9C5b6789n(膜攻击复合体)细胞裂解膜攻击复合体形成C5a2.MAC的效应机制MAC在胞膜上形成的小孔使得小的可溶性分子、离子及水分子可以自由透过胞膜，而大分子难以从胞浆逸出。水、离子内流，导致胞内渗透压降低、细胞膨胀溶解。Antibody+complement-mediateddamagetoE.coliHealthyE.coliElectronmicrographsoftheeffectofantibodiesandcomplementuponbacteria补体杀伤寄生虫MACs的效应二、补体激活的MBL途径MBL途径与经典途径的过程基本类似，但其激活起始于MBL与病原微生物的结合。（一）激活物与参与成分1.激活物:病原微生物表面的重复糖结构（如甘露糖、岩藻糖及Ｎ－乙酰葡糖胺等）与MBL结合2.参与成分:MBL(mannose-bindinglectin),MASP-1(MBL-associatedserineprotease-1)MASP-2、C4、C2、C3、C5～C9（二）MBL结构及其特点•MBL（mannose-bindinglectin）甘露聚糖结合凝集素，是钙依赖性糖结合蛋白，可以识别和结合病原微生物表面的甘露糖、岩藻糖、N-乙酰葡糖胺•MBL与C1q分子无氨基酸序列上的同源性，但结构类似MBL复合体结构甘露聚糖结合的凝集素）是一种肝脏分泌的急性期蛋白，广泛存在于肝脏及血液中。MBL通过专一与糖类结合，促发补体活化，在天然免疫中发挥着极其重要的作用。MBLMBL可专一与细菌表面多糖结合MBL甘露糖（三）MBL的激活•MBL与病原微生物的糖类配体结合，构象发生改变，激活与之相连的MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MASP）。•MASP2可水解C4、C2，形成C3转化酶（MASP1可水解C3），再依次激活补体的其他成分，后续过程与经典途径相同。补体活化的MBL途径MBLMASPC4b2a——C3转化酶三、补体激活的旁路途径•不经C1、C4、C2途径，而由C3、B因子、D因子参与的激活过程，称为补体活化的旁路途径，又称第二途径。（一）激活物与参与成分1.激活物：主要是细菌脂多糖（内毒素）和其他多糖,以及凝聚的IgA和IgG4等（为补体激活提供接触面）。2.参与成份：C3、B因子、D因子、P因子（二）活化过程•C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子•C3+H2OC3(H2O)+B因子C3(H2O)Bb，此即旁路途径起始C3转化酶，极不稳定易被H因子I因子灭活，但仍足以活化若干C3生成C3bD因子自发产生的C3b很快被降解C3bC3bC3dgC3dgC3cC3c•C3b与B因子结合；结合状态的B因子被D因子裂解形成C3bBb，即为旁路途径的C3转化酶。备解素（P因子）可与之结合并使之稳定•旁路途径C3转化酶水解C3生成C3a、C3b，C3b沉积于颗粒表面并与C3bBb结合形成C3bBb3b，即为旁路途径的C5转化酶，能裂解C5C3b细菌表面C3b沉积在细菌表面C3bbb如果不被降解……P因子稳定C3bBbC3转化酶形成C3bBbC5转化酶形成C3bnBbC5b启动MAC的组装，导致细菌裂解C3bC3C3与C3b正反馈环路D因子C3bBbB因子C3bB形成正反馈，放大补体活化强度（三）旁路途径激活特点1.可以识别自己与非己C3b若沉积于自身细胞表面，可被调节蛋白迅速灭活，终止级联反应；反之，C3b若与缺乏调节蛋白的微生物表面结合，就可与B因子形成稳定的C3bB，进而形成具有酶活性的C3bBb。2.是补体系统重要的放大机制C3bBb可以催化产生更多C3b分子，后者再参与旁路激活途径，形成更多C3bBb，构成了旁路途径的反馈放大机制。四、三条补体激活途径的特点及比较补体的激活过程依据其起始顺序的不同，可分为三条途径：经典途径；MBL途径；旁路途径。在进化和发挥抗感染作用的过程中，最先出现或发挥作用的依次是不依赖抗体的旁路途径和MBL途径，最后才是依赖抗体的经典途径。经典途径旁路途径MBL途径激活物IC细菌脂多糖、凝集IgG4,IgAMBL与病原体结合C3转化酶C4b2aC3bBb同经典途径C5转化酶C4b2a3bC3bBb3b同经典途径是否需抗体是否否生理作用参与特异性免疫应答参与非特异性免疫应答参与非特异性免疫应答补体三条激活途径的特点第三节补体活化的调控•各种激活物启动补体系统进行级联反应，发挥广泛的生物学作用。补体激活失控，则会导致在自身组织细胞表面形成MAC，造成自身组织细胞的损伤，或产生过多的炎症介质。•其调节主要包括补体自身的调节和调节因子的作用补体的自身调控•补体激活过程中生成的某些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素•未结合的C4b、C3b易被水解失活；与机体细胞膜结合的C4b、C3b易衰变；与病原体结合的C4b、C3b稳定补体调节因子的作用体内补体调节因子可与不同补体成分相互作用，使补体的激活与抑制处于精细的平衡状态一、调控经典途径C3（和C5）转化酶1.C1抑制物（C1inhibitor,C1INH）血浆糖蛋白，抑制C1r/C1s和MASP活性，使之不能裂解C4和C2，从而阻断C4b2a的形成2.补体受体1（CR1）（CD35）广泛表达在红细胞及有核细胞表面，可识别C3b和C4b，与C4b结合后可阻断C4与C2的结合，抑制C4b2a形成；也可促进I因子对C4b的灭活3.C4结合蛋白（C4bindingprotein,C4bp）为血浆蛋白，与C2竞争性结合C4b从而阻断C4b2a的组装或使