第五章 补体系统1.doc

第四章 补体系统
第一节 概 述
补体（complement ，C）是存在于人或脊椎动物血清与组织液中的一组具有酶活性的蛋白质，是抗体发挥溶细胞作用的必要补充条件，故称为补体。
1 由近40种可溶性蛋白质和膜结合蛋白组成的多分子系统，故称为补体系统。
2 在机体的免疫系统中担负抗感染和免疫调节作用, 并参与免疫病理反应。
3 补体是天然免疫（Innate immunity）的重要组成部分。
一、 补体系统的组成和命名
补体的分类：
补体固有成分 ：C1~C9, B、D、P因子
补体调节蛋白： C1INH、C4BP、H、I、S蛋白、血清羧肽酶等、MCP（膜辅助蛋白）, DAF（衰变加速因子), HRP(同源限制因子)
补体受体：C1qR、C3b/C4bR (CRI)、3dR(CRII)、H因子受体、C3a和C5a受体等
1、补体固有成分的组成、命名、生成部位和理化特征
1） 参与经典途径活化的补体固有成分按其发现的先后分别命名为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9，其中C1由C1q、C1r和C1s三个亚基组成。
2） 参与旁路途径活化的补体固有成分由B、D、P、H、I因子和C3、C5~C9组成。
3 ） MBL途径成分：
MBL(mannose-binding lectin, MBL)，MASP（MBL-Associated serine proteinase), C4,C2,C3,C5-C9
4） 补体固有成分是由肝细胞、巨噬细胞、 肠粘膜上皮细胞和脾细胞等合成的糖蛋白，多数为β球蛋白，少数几种为α或γ球蛋白，含量约占血清球蛋白总量的10%，其中C3含量最高、D因子含量最低。
5 ） 固有成分间的分子量差异较大，其中C1q最大、D因子最小。
6 ） 对热不稳定，56°C、30min即被灭活，0~10°C条件下活性只能保持3~4d。
7 ) 多种理化因素如射线、机械振荡、酒精、胆汁和某些添加剂等均可破坏补体。
2. 补体调节蛋白 根据其功能命名，如C1q抑制物、C4结合蛋白等。
3. 补体受体 以其结合对象来命名，如C1qR、C5aR。
4. 补体活化的裂解片段 一般在该成分的符号后加小写字母表示，如C3a、C3b。
具有酶活性的成分或复合物在其符号上加一横线表示，如C1，C3bBb，已失活的补体成分则在其符号前冠以“i”表示，如iC3b。

第二节 补体系统的激活
补体系统的激活是在某些激活物质的作用下，各补体成分按一定顺序，以连锁的酶促反应方式依次活化，并表现出各种生物学活性的过程，故亦称为补体级联（complement cascade）反应。
（一） 经典激活途径（classical pathway） （二）旁路途径（alternative pathway）
（三） MBL（mannan-binding lectin）途径 （四）补体活化的共同末端效应（膜攻击阶段)
一、经典激活途径
1.主要激活物质 特异性抗体（IgG或IgM）与抗原结合形成的免疫复合物（IC），其次，具有 Clq 受体的某些 RNA 病毒、核酸、粘多糖、肝素和鱼精蛋白等，均可与 Clq 结合，产生激活补体效应。
2.参与的固有成分 C1（C1q、C1r、C1s）~ C4
C1分子的结构和功能： C1q为18条肽链组成的胶原蛋白样分子，3条肽链一组形成6个亚单位。C1r，C1s均为单链血清蛋白酶。在钙镁离子参与下，一分子C1q与2分子C1r和2分子C1s形成复合物。C1是经典途径活化的始动分子。
C1q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，它的启动可使C1r构型改变，成为具有活性的C1r并诱导C1s的活化，成为具有酯酶活性的C1s，在 Mg2+存在下可启动补体活化的经典途径。
一个C1q分子必须同时与两个以上的Fc段结合，才能使其构象发生变化，继而使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。

3.激活过程
（1）识别阶段 C1识别免疫复合物形成C1酯酶的阶段
形成
AgAb复合物
识别阶段: C1(C1q)与IC中Ig分子的补体结合位点结合，至C1（酯酶）形成。
活化
C1
C1r、C1s
C1q

（2） 活化阶段
C1s作用于后续成分,至形成C3转化酶和C5转化酶 形成具有酶活性的C3转化酶（C4b2b）和C5转化酶（C4b2b3b）。

C4的分子结构、裂解片段和功能 ：
C4为3肽链结构，分别为α、β、γ链； C4是C1的作用底物之一 ；C4分为C4a、C4b。
C3的分子结构、裂解片段和功能：
C3为2肽链结构，分别为α、β链。三条激活途径的汇合点，起枢纽作用；C3为血清中含量最高的补体成分。

图经典途径的特点
1、 抗原抗体特异结合活化
2、 反应顺序为C1qrs-C4-C2-C3-C5- C6-C7-C8-C9
3、 产生3个转化酶：C1酶, C3转化酶，C5转化酶
4、 产生3个过敏毒素（Anaphylatoxin）C3a,C4a,C5a；1个补体激肽C2a
二、旁路激活途径
不经C1、C4、C2，由C3、B因子、D因子等参与的补体激活过程。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。
1.主要激活物质
不依赖抗体，由微生物和外源异物直接激活C3。如革兰氏阴性菌的内毒素，革兰氏阳性菌的肽聚糖，细菌，真菌和酵母菌多糖、葡聚糖，磷壁酸，病毒及病毒感染的细胞，某些蛋白水解酶， IgA、IgG4 的聚合物等。 （为补体激活提供接触面及保护性环境）
2.参与的固有成分 C3，B、D、P、H、I、DAF、MCP、CR1等因子
3.激活过程
①结合于自身组织细胞表面的C3b，可被多种调节蛋白降解、灭活；
②结合于“激活物”表面的C3b，不能被灭活且与B因子结合，结合的B因子被D因子裂解为Ba、Bb，Bb仍与C3b结合，形成C3bBb（旁路途径C3转化酶）；
③部分C3b与C3bBb复合物结合为C3bBb3b（旁路途径C5转化酶）；
旁路途径激活的特点：
1、 天然活化，多糖类物质可促进其活化；
2、 含有一个C3活化的正反馈调节环路，是补体效应的重要放大机制；
3、 产生C3转化酶和C5转化酶；
4、 C1，C4 和C2不参与， C3 、B因子、D因子、P因子等参与；
5、 在机体早期抗感染免疫中起作用；
三、MBL途径（甘露糖结合凝集素 mannose-binding lectin，MBL）
不依赖抗体、抗原抗体复合物（免疫复合物）的形成和C1的参与。对经典途径和旁路途径具有交叉促进作用。
1.主要激活物 含N－氨基半乳糖或甘露糖基的病原微生物 2.参与的固有成分 C4、C2、C3
3.经MBL（Mannose binding lectin）和MASP（MBL associated serine protease）活化C4和C2,C3， 无C1的参与。
MBL是一种钙依赖性糖结合蛋白，属凝集素家族，可识别和结合病原微生物表面的甘露糖（mannose）、岩藻糖（fucose）和N-乙酰葡糖胺（N-acetyl-glucosamine，GlcNAc）等糖结构。正常血清中MBL水平极低，急性期反应时其水平明显升高。MBL为六聚体，与C1q分子结构类似，但二者并无氨基酸序列上的同源性。MBL首先与病原微生物的糖类配体结合，随后构象发生改变，激活与之相连的MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MBL associated serine protease，MASP）。
4. 激活过程

四、补体活化的共同终末效应（膜攻击阶段）上述三途径均产生C5转化酶，启动补体系统的终末成分（C5、C6、C7、C8、C9）的活化，并形成具有溶细胞效应的膜攻击复合物（membrane attack complex ，MAC），导致靶细胞®形成C5转化酶
C5b结合于细胞表面，并可依次与C6、C7 结合，所形成的C5b67 复合物插入浆膜脂质双层中，进而与C8 呈高亲和力结合，形成C5b678。该复合物可牢固地附着于细胞表面，但其溶细胞能力有限。附着于胞膜表面的C5b～8 复合物可与12～15 个C9 分子联结成C56～9，即MAC。电镜下可见这种C9 多聚体的特征性结构：中空的多聚C9（poly-C9）插入靶细胞脂质双层膜，形成内径为10nm 的小孔。
MAC 的效应机制：
MAC 在胞膜上形成小孔，使得小的可溶性分子、离子以及水分子可自由透过胞膜，但蛋白质之类的大分子却难以从胞浆中逸出，最终导致胞内渗透压降低，细胞溶解。此外，末端补体成分插入胞膜，可能使致死量钙离子被动向胞内弥散，并最终导致细胞死亡。。
三条激活途径出现的顺序是：旁路途径 MBL途径 经典途径

第三节 补体激活过程的调节
补体系统的激活必需在适度调节的情况下进行，才能发挥正常的生理学作用。补体激活失控，则消耗大量补体，导致机体抗感染能力下降，而且会使机体发生剧烈炎症反应或造成自身组织细胞的损伤。
补体活化途径的调节主要包括：
（一）自身衰变的调节
C3转化酶和C5转化酶均易衰变失活，游离的C4b、C3b、C5b也易失活。补体激活过程中产生的某些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。
（二）调节因子的作用
1、 C1抑制分子（C1INH）
是血浆糖蛋白，可与活化的C1r和C1s结合，使其失去酶解正常底物的能力,并能有效地解聚与IC结合的C1大分子。
（结合活化的C1rC1s，使其失去正常酶解底物C4 和 C2的功能. ）
2、 C4bp的抑制作用（C4 Binding Protein)
结合C4b，抑制C4b与C2的结合，阻止C3转化酶的组装；促进I因子对C4b的裂解作用.
3、 H因子的作用 （factor H)
能与C3b结合，抑制旁路途径C3转化酶（C3bBb）；作为I因子的辅助因子（Cofactor）水解C3b为iC3b和C3f
4、 I因子的抑制作用（FactorI）
I因子具有丝氨酸蛋白酶活性裂解C4b、C3b。裂解C3b为iC3b和C3f, 继而裂解iC3b为C3c和C3dg，裂解C4b为C4c和C4d
5、膜辅助蛋白（MCP） 促进I因子介导的C3b裂解。
6、衰变加速因子（DAF） 可同C2竞争与C4b的结合。
7、Ｓ蛋白的作用 结合Ｃ5b67, 阻止膜攻击复合物的形成。
8、C8结合蛋白，可干扰C9与C8结合，阻止MAC形成。
9、膜反应性溶解抑制物（MIRL）即CD59，可阻碍C7、C8与C5b6复合物结合，从而抑制MAC形成。

补体受体

1、CR1 (CD35)　单链膜结合蛋白 C3b/ C4b受体，结合C3b，C4b
主要存在于红细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、B细胞、T细胞、嗜酸性粒细胞、K细胞、肾小球囊细胞等。
CR1的功能
（1）抑制补体活化 CR1与C3b或C4b结合后，可促使C3转化酶（C3bBb或C4b2b）降解，还可促进I因子对C3b和C4b的裂解作用，起到类似于H因子的作用。
（2）清除循环免疫复合物 带有C3b的免疫复合物与红细胞的CR1结合后，可随血流到肝脏，在那里被清除。
（3）调理吞噬作用 促进吞噬细胞对免疫复合物的吞噬作用。
（4）免疫调节 CR1在B细胞发育的早期阶段即出现，大约15-50%前B细胞，64-80%的未成熟B细胞和几乎所有成熟B细胞都有CR1，浆细胞无CR1。CR1对B细胞的分化可能有促进作用。基因敲除实验证明，CR1基因缺陷小鼠表现为B细胞对TD抗原反应低下，证明CR1对于B细胞功能具有重要作用。

2.CR2 (CD21)单链膜结合蛋白 C3d受体，结合C3d，C3dg，EBV
CR2主要存在于成熟B细胞、树突状细胞和鼻咽部上皮细胞表面，某些单核细胞、K细胞、胸腺细胞也表达少量CR2。
CR2的功能
1.促进B细胞活化： 与CD19、CD81结合成为复合物，作为B细胞活化的辅助受体。
2.作为EB病毒受体： 在人类，CR2是EB病毒的特异性受体，终身潜伏在感染者的B细胞和鼻咽部上皮细胞中。 EB病毒是一种多克隆B细胞激活剂，在体外可使正常B细胞转化成传代的淋巴母细胞系，与人类的多种恶性肿瘤有关联。

3.CR3 (CD11b/CD18) 双链，结合iC3b，可促进吞噬及参与炎症反应。
4.CR4 (CD11c/CD18) 双链，是iC3b的受体，其细胞分布与CR3 相同，与CR3具有相似的功能，CD11c为树突状细胞的重要标志之一。
第四节 补体系统的生物学作用
一、溶菌、溶细胞作用
补体系统激活后，通过级联反应可在靶细胞表面形成许多MAC，导致靶细胞溶解。
在感染早期，主要通过旁路途径和MBL途径，待特异性抗体产生后，主要靠经典途径来完成。
·溶菌和细胞溶解效应
补体系统通过经典途径、旁路途径或MBL途径被活化后，可在靶细胞上形成膜攻击复合物，导致靶细胞的溶解，补体的这一功能在机体的免疫系统中起重要的防御和免疫监视作用，可以抵抗病原微生物的感染，消灭病变衰老的细胞。由于补体的溶细胞效应具有重要生理意义，因而，当某些病人出现先天性或后天性的补体缺陷时，最重要的表现是容易遭受病原微生物的侵袭而出现反复性感染。
二、 调理：
调理作用又称促吞噬作用，补体和抗体均具有调理作用。在吞噬细胞表面有多种补体受体，如CR1，CR2，CR3等，结合了靶细胞或抗原的补体片段（C3b/C4b)可与吞噬细胞表面的补体受体特异结合，促进两者的接触，增强吞噬作用，最终使机体的抗感染能力增强。
三、免疫粘附作用：
细菌或免疫复合物激活补体、结合C3b/C4b后，可粘附于表面具有相应补体受体（CRI）的RBC和血小板上，形成较大的聚合物，通过血液循环到达肝脏和脾脏，被巨噬细胞吞噬。 清除免疫复合物和清除凋亡细胞，达到免疫自稳。
四、促进中和及溶解病毒作用：
在病毒与相应抗体形成的复合物中加入补体，可明显增强抗体对病毒的中和作用；而在没有抗体存在时，补体也可对病毒产生溶解灭活作用。
五、炎症介质作用
C3a和C5a具有过敏毒素作用，可使表面具有相应受体的肥大细胞和嗜碱性粒细胞等脱颗粒，释放组胺等血管活性物质，引起血管扩张、通透性增强、平滑肌收缩和支气管痉挛等的作用；C3a和C5a对中性粒细胞具有趋化作用，吸引具有相应受体的中性粒细胞和单核吞噬细胞向补体激活的炎症区域游走和聚集，增强炎症反应。
C2a具有激肽样作用：使小血管扩张、通透性增强、引起炎症性充血和水肿作用。

第五节 补体系统与疾病
1.补体缺陷
在临床上偶尔可以见到一些补体先天性缺陷的病人，除了C2缺陷和C1INH缺陷相对较常见外，其它补体成分的缺陷均非常罕见。 C1、C2、C4缺陷→易发SLE； C1抑制物缺陷→遗传性血管神经性水肿；I因子缺陷→严重的反复细菌性感染。
补体先天性缺陷患者的两大临床表现是反复感染和自身免疫病，这也从反面证实了补体在抗感染免疫和免疫调节方面的重要意义。以下列举了一些补体缺陷的临床表现：

2. 补体与炎症性疾病
补体在活化过程中产生的片段具有一些新的生物学活性，其中C5a，C3a具有过敏毒素效应，C5a具有趋化活性，这些片段在促进炎症反应中起重要作用，因而在一些炎症相关的疾病中，补体起重要的病理作用，包括自身免疫病、心血管疾病、感染过程中的炎症性组织损伤、超急性移植排斥等。在这些情况下，通过抑制补体有可能收到治疗疾病的效果。
3. 补体与病毒感染
补体受体及补体膜表面调节蛋白与病毒感染的关联受到越来越多的重视，一些病毒可通过补体受体等感染宿主细胞。例如，EB病毒通过CR2感染B细胞，麻疹病毒通过MCP感染机体细胞，柯萨其病毒、埃可病毒和肠道病毒可通过DAF感染细胞等。在临床上，可考虑应用补体受体的阻断剂治疗某些病毒感染。
4. 补体与器官移植的超急性排斥
目前研究结果表明，超急性移植排斥的主要原因是补体系统的全身性激活，导致对机体自身的广泛性组织损伤，产生致命的后果。
目前临床研究的解决方案是：
（1）利用补体抑制剂如可溶性CR1进行药物治疗；
（2）考虑应用转基因技术解决这一问题。
目前已开展了CR1、DAF、CD59、MCP等膜表面补体调节蛋白转基因猪的实验研究，将这些人类基因在胚胎期转入猪胚胎细胞后，使其发育成含有人类基因的转基因猪，将该器官移植至灵长类动物后，由于补体调节蛋白对补体的抑制作用，可有效阻止超急性移植排斥的发生，使移植器官存活时间延长。

要求
1. 掌握补体三条激活途径的异同。
2. 掌握补体系统的生物学作用。
3. 掌握补体系统的概念及其组成。
4. 熟悉补体激活的调节机制。
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