第五章 补体系统.doc

第五章 补体系统（complement system）
教学内容与要求：
1掌握补体的概念，
2了解补体系统的基本成份及命名，
3掌握补体系统的激活（经典激活途径、旁路激活途径、MBP途径、三条途径的比较），
4了解补体激活过程的调节（液相中灭活物质或抑制因子的作用、膜结合性调节分子的作用），
5了解补体的受体，
6掌握补体的生物学活性。
教学时数：2学时
教学对象：2006级医疗五年制
教学手段：多媒体课件
时间安排：
第一节 概述（0.3学时）
第二节 补体的激活（1.0学时）
第三节 补体活化的调控（0.2学时）
第四节 补体的生物学活性（0.5学时）
第一节 概 述
一、补体系统的组成和理化性质 (component and properties of complement)
二、补体系统的命名 (nomination of complement)

补体(complement，C)是存在于正常人和动物血清与组织液中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质。早在19世纪末Bordet即证实，新鲜血液中含有一种不耐热的成分，可辅助和补充特异性抗体,介导免疫溶菌、溶血作用，故称为补体。补体是由30余种可溶性蛋白、膜结合性蛋白和补体受体组成的多分子系统，故称为补体系统(complement system)。在补体系统激活过程中，可产生多种生物活性物质，引起一系列生物学效应，参与机体的抗感染免疫，扩大体液免疫效应，调节免疫应答。同时，也可介导炎症反应，导致组织损伤。
一、补体系统的组成和理化性质
根据补体系统各成分的生物学功能，可将其分为三类：
1. 补体固有成分，包括：①经典途径的C1q、C1r、C1s、C2、C4；②甘露聚糖结合凝集素（mannan-binding lectin，MBL）激活途径的MBL和丝氨酸蛋白酶 (serine protease); ③:旁路激活途径的B因子、D 因子；④参与共同末端通路的C3、C5、C6、C7、C8、C9。
2．激活的调节蛋白 主要以可溶性和膜结合两种形式存在。前者包括C1抑制物、P因子、I因子、H因子、C4结合蛋白、S蛋白、SP40/40等；后者包括促衰变因子、膜辅助蛋白、同种限制因子和膜反应溶解抑制因子等。
3 补体受体（CR） 补体受体可与相应的补体活性片段或调节蛋白结合，介导补体生物学效应。包括CR1~CR5、C3aR、C2aR、C4aR、C5aR等。
二、补体系统的命名
1968年世界卫生组织(WHO)对补体进行了统一命名，把参与经典激活途径的固有成分，按其被发现的先后分别命名为C1(C1q、C1r、C1s)，C2……C9。 旁路途径的成分以大写英文字母表示，如B因子、D因子、P因子。补体调节蛋白则根据其功能命名，如C1 抑制物、C4结合蛋白(C4bp)、促衰变因子、膜辅因子蛋白、同种限制因子等。对于补体受体，多以其结合对象命名，如C3aR。补体活化后的裂解片段，以该成分后附加小写字母表示，如C3a和C3b、C5a和C5b等。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、C4b2b 。灭活的补体片段则在其符号前加英文字母i表示，如iC3b。
第二节 补体系统的激活
一、补体激活的经典途径 (classical pathway)
二、补体激活的旁路途径 (alternative pathway)
三、MBL激活途径 (MBL pathway)
四、补体活化的共同末端效应 (terminal pathway)

补体系统的激活主要有三条途径，即经典途径、旁路途径和MBL途径。
一、补体激活的经典途径
经典途径是以抗原-抗体复合物为主要激活物质、由C1启动激活的途径，又称为第一途径。它是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式。
(一) 激活物与激活条件
抗原-抗体形成的免疫复合物(immune complex，IC) 是经典途径的主要激活物。游离的抗体不能激活补体，只有当抗体与抗原或细胞表面结合后, Ig的Fc 段发生构象改变，C1q才能与Fc段的补体结合点接近并结合，从而触发激活过程。
(二) 激活过程
参与经典途径的固有成分包括C1~C9，按其在激活过程中的作用，可分为三组，即识别单位(C1q、C1r、C1s)、活化单位(C4、C2、C3)和膜攻击单位(C5~C9)。整个激活过程可分为三个阶段，即识别阶段、活化阶段和膜攻击阶段（末端效应）。
1．识别阶段 即C1 识别IC而活化形成C1 酯酶的阶段。C1是由1个C1q 分子、2个C1r分子和2个C1s分子借Ca2+连接而成的大分子复合物。C1的3个亚单位各司其职：C1q起识别作用；C1r和C1s 发挥催化作用。C1q分子的头部由6个相同的花蕾状亚单位组成，其羧基端为球形结构，呈辐射状排列，是C1q与Ig Fc 段结合的部位。
2．活化阶段 即C3转化酶和C5转化酶形成阶段。在Mg2+ 存在的条件下，C1可裂解C4，产生C4a和C4b两个片段。C4b可与邻近细胞表面或IC结合。C2被C1裂解为C2a和C2b。C2a 游离于液相；C2b则与固相C4b结合，形成稳定的C2b4b复合物，此即经典途径的C3转化酶。在C3转化酶作用下，C3被裂解为两个片段：C3a游离于液相；C3b与细胞膜表面的C2b4b结合，形成C2b4b3b三分子复合物，即C5转化酶。
二、补体激活的旁路途径
（一）激活物与激活条件
某些细菌、革兰阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚IgA 和IgG4等为旁路途径的主要“激活物”。这种激活方式不依赖于特异性抗体的形成，从而可在感染早期为机体提供有效的防御机制。
（二〕激活过程
C3是启动旁路途径的关键分子。在生理条件下，血清中C3可受蛋白酶等作用，缓慢而持久的自发降解，产生低水平的C3b。
在Mg2+ 离子存在下，C3b可与B因子结合形成C3bB复合体，血清中活性的D 因子可将结合状态的B 因子裂解为Ba和Bb。Ba释放入液相；Bb仍粘附于C3b，形成C3bBb，即旁路途径C3转化酶，可裂解C3。
C3大量裂解，产生更多C3b。C3b与C3bBb 结合为C3bBb3b（或C3bnBb），此即旁路途径C5转化酶。C5转化酶一旦形成即进入末端效应阶段，
三、MBL激活途径
MBL途径是由MBL与细菌甘露糖残基和丝氨酸蛋白酶结合启动的补体激活途径，其激活过程与经典途径基本类似。
MBL凝集素家族，结构与C1q类似，可与甘露糖残基结合。MBL首先与细菌的甘露糖残基结合，然后与丝氨酸蛋白酶结合，形成MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MBL associated serine protease，MASP）；MASP与活化的C1q具有相似的生物学活性，可水解C4和C2分子，继而形成C3转化酶，其后的反应过程与经典途径相同。
四、补体活化的共同末端效应
膜攻击阶段 即补体活化的末端效应阶段。此阶段形成膜攻击复合体(membrane attack complex，MAC), 导致靶细胞溶解。C5转化酶可裂解C5，C5a游离于液相；C5b仍结合在细胞表面，可依次与C6、C7结合形成C5b67三分子复合物，该复合物插入靶细胞膜脂质双层中，其可与C8高亲和力结合，形成的C5b678复合物可牢固附着于细胞表面。C5b678可与12~15个C9分子结合成C5b6789大分子攻膜复合体，即MAC。 电镜下可见，MAC为中空的C9 聚合体，其插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为11nm的跨膜通道。该孔道允许可溶性小分子和离子等从胞内逸出，而蛋白质类的大分子则难以从胞内逸出，导致胞内渗透压发生改变，致使大量水分子内流，最终导致细胞肿胀并破裂。此外，MAC嵌入靶细胞膜可使致死量钙离子向胞内被动弥散，从而导致不依赖渗透作用的细胞死亡。
第三节 补体活化的调控
补体系统的激活在体内受一系列调节机制的严格控制，使之反应适度，以防止补体成份过度消耗和对自身组织产生损伤。补体系统激活的调控乃通过补体自身衰变以及体液中和细胞膜上存在的各种调节因子而实现。
一 补体的自身调控
补体激活过程中产生的大量生物活性物质极不稳定，易发生自行衰变，成为补体激活过程中的自控机制。例如：C2b、C4b自行衰变，从而影响C4b2b形成；C5b也易衰变，影响C5b67的形成。
二补体调节因子的调控
血清中含有多种补体成分的抑制物或灭活因子，分别灭活特定的补体成分。
1．C1抑制物 其能与活化的C1q结合，使之失去酯酶活性，不能裂解C4和C2，故不再形成C3转化酶，从而阻断后续补体成分的活化。
2．C4结合蛋白（C4bp） 其能与C4结合，辅助I 因子裂解液相中C4b，从而竞争性抑制C2与C4b结合，阻止经典途径C3 转化酶（C4b2b）形成。C4bp还可从C4b2b中解离并置换C2b，从而加速经典途径C3转化酶衰变失活。
3．H 因子 其能与C3b 结合，辅助I 因子裂解液相中C3b，竞争性抑制B因子与C3b 结合，阻止旁路途径C3转化酶形成。H因子还可从C3bBb中解离并置换Bb ，促进旁路途径C3转化酶衰变失活。
4．I 因子 其具有丝氨酸蛋白酶活性，在C4bp、H 因子和膜辅助因子等调节成份协同下，能使C4b和C3b裂解失活，从而抑制经典和旁路途径C3转化酶的形成。 I因子缺陷可使患者反复发生细菌性感染。
5．S蛋白 其又称为攻膜复合物抑制因子，能干扰C5b67复合物与细胞膜结合，从而阻止膜攻击复合物(C5b6789)形成，保护细胞不受损伤。
6．过敏毒素灭活因子 该因子即血清羧肽酶B，可通过去除C3a、C4a和C5a分子羧基末端的精氨酸残基而使之失活。
（三）膜结合性调节分子的调节
体内有多种膜结合型补体调节分子，它们以特定方式与补体成分相互作用，使补体的激活处于精细的平衡状态，从而既能有效杀灭外来微生物，又能防止对自身组织造成损害。
1．膜辅因子蛋白 其为单链穿膜糖蛋白，广泛分布于血细胞和其他细胞表面，能与结合于这些细胞表面的C4b/C3b作用，协助I因子将自身组织细胞表面结合的C4b/C3b裂解失活，从而保护正常自身组织细胞免遭补体激活介导的损伤。
2．促衰变因子 其为单链穿膜蛋白，与膜辅因子蛋白的分布相同。该因子主要生物学作用为：①竞争性抑制B因子与C3b结合，阻止旁路途径C3转化酶形成；②能从C4b2b和C3bBb复合物中快速解离C2b和Bb，使瞬间形成的C3 转化酶立即自发衰变，保护正常组织细胞不致因补体激活而被溶解破坏。
3．同种限制因子 其又称C8结合蛋白(C8bp)，广泛分布于正常人各种血细胞表面，能与C8结合，可抑制C9分子与C8结合、聚合，阻止膜攻击复合物形成，以保证补体激活时周围正常自身组织细胞不被无辜溶解破坏。由于C8bp与C8的结合有严格种属限制性，因此称其为同种限制因子。
第四节 补体系统的生物学功能
（一）溶细胞作用 (cell lysis)
（二）调理作用 (opsonization)
（三）清除免疫复合物 (clearing immune comolex)
（四）引起炎症反应 (inflammation)
（五）免疫调节作用 (immune regulation)
补体系统激活过程中可产生多种活性物质 (主要是裂解产物)，补体系统的生物学功能主要有赖于这些物质。
（一）溶细胞作用
补体系统被激活后形成膜攻击单位，插于靶细胞膜上，使细胞膜表面形成许多小孔，最终导致靶细胞溶解，除溶菌作用外，补体还能溶解多种靶细胞，如红细胞、粒细胞、血小板、病毒感染的靶细胞和肿瘤细胞等。
（二）调理作用
血清中调理素(opsonin，如抗体和补体)与细菌或其他颗粒性抗原物质结合，可促进吞噬细胞的吞噬作用，称为调理作用。补体激活过程中产生的C3b、C4b和iC3b等均属重要的调理素，它们可与中性粒细胞或巨噬细胞表面相应受体结合促进了吞噬作用。。
（三）清除免疫复合物
体内形成中等大小循环IC并发生沉积，可激活补体，从而造成周围组织损伤。补体成份的存在有助于减少IC产生，并使已形成的免疫复合物解离或溶解。
（四）引起炎症反应
补体激活过程中可产生多种具有炎症介质作用的活性片段，如C3a、C4a和C5a等。
1. 激肽样作用 C2a具有激肽样作用，能增强血管通透性，引起炎症性充血，故称其为补体激肽。遗传性血管神经性水肿症即由于C1抑制物先天缺乏、血中C2a增高所致。
2. 过敏毒素样作用 C3a、C4a、C5a均具有过敏毒素作用，可使肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，释放组胺等生物活性介质，引起毛细血管扩张、血管通透性增加、平滑肌痉挛等。
3．趋化作用 C3a、C5a有趋化作用，故又称为趋化因子。它们能吸引中性粒细胞和单核/巨噬细胞等向炎症部位聚集，发挥吞噬作用，增强炎症反应。
（五）免疫调节作用
补体成分可与多种免疫细胞相互作用，调节细胞的增殖和分化。例如，C3b与B细胞表面CR结合，可促进B细胞增殖分化为浆细胞。

Summary
1. The complement system consists of serum and membrane proteins that interact in a highly regulated manner to produce biologically active protein products. The two major pathways of complement activation are the alternative pathway, which is activated on microbial surfaces in the absence of antibody, and the classical pathway, which is activated by antigen-antibody complexes. The two pathways generate enzymes that cleave the C3 protein, and products of C3 become covalently attached to microbial surfaces or antibodies, so subsequent steps of complement activation are limited to these sites. Both pathways converge after C3 proteolysis, and the late steps consist of the proteolysis and association of several complement proteins, culminating in MAC formation.
2. Complement activation is regulated by various plasma and cell membrane proteins that inhibit different steps in the cascades.
3. The biologic functions of the complement system include opsonization of organisms and immune complexes by proteolytic fragments of C3, followed by binding to phagocyte receptors for complement fragments and phagocyte clearance, activation of inflammatory cells by proteolytic fragments of complement proteins called anaphylatoxins (C3a, C4a, C5a), cytolysis mediated by MAC formation on cell surfaces, solubilization and clearance of immune complexes, and enhancement of humoral immune responses.

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