免疫2015课件补体

补体（Complement）,概述,补体：一组具有酶促反应活性的糖蛋白, 广泛存在于血液、组织液和细胞膜上，是一个具有精密调控机制的蛋白质反应系统。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。,1894 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热阻止其活性；加入新鲜非免疫血清可恢复其活性。 Ehrlich 在同时独立发现了类似现象，将其命名为补体（Complement）,Bordet 比利时科学家 1919年 获诺贝尔奖,补体成分及命名 补体的活化 补体的分子结构,补体受体及膜表面补体调节蛋白 补体基因 补体生物学功能,补体的组分(30余种分子),补体成分及命名,1.经典途径成份: C1q, r, s, C4,C2,C3,C5,C6,C7,C8,C9 2.旁路途径成份: C3, B因子, D因子, P因子, C3Nef及C5-C9 3.MBL途径成份： MBL(mannose-binding lectin, MBL)，MASP（MBL-Associated Serine proteinase), C4,C2,C3,C5-C9,3.补体抑制因子: C1INH, C4bp, H因子, I因子, 蛋白S，过敏毒素灭活剂 4.补体受体: CR1, CR2, CR3, CR4, C3aR, C5aR, C1qR 5.膜表面补体调节蛋白: CR1, DAF（衰变加速因子）, MCP（膜辅助蛋白）, CD59,补体的活化,在生理条件下，血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物作用下，补体各成分才依次被激活。 每当前一组分被激活，即具备了裂介下一组分的特性，由此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3条途径与补体的3种功能,经典途径,MBL途径,旁路途径,募集炎症细胞,调理作用,杀伤病原体,补体的活化,1.经典途径: 抗原抗体特异结合活化 反应顺序为C1qrs-C4-C2-C3-C5-C6-C7-C8-C9 产生3个转化酶：C1酶, C3转化酶，C5转化酶,产生3个过敏毒素（Anaphylatoxin），C3a，C4a，C5a 受补体抑制剂控制，如C1 Inhibitor（C1INH），C4Bp，H 因子，I因子，CR1等,一、补体经典激活途径（classical pathway） C1(C1qC1rC1s)C4C2C3C5C6C7C8C9 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段,启,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，产生C1酶。,C1q为六聚体，呈球形，其每一亚单位的头部是C1q与Ig结合的部位。C1r和C1s与C1q相连。当两个以上的C1q头部被免疫复合物中IgM或IgG Fc段结合固定后，C1q六个亚单位的构象即发生改变，导致C1r被裂解，所形成的小片段即为激活的C1r，它可裂解C1s成为两个片段，其中小分子片段也具有蛋白酶活性，它依次裂解C4与C2。,C1s作用于C4，所产生的小片段C4a释放入液相，大片段的C4b可与胞膜或抗原-抗体复合物结合。在Mg2+存在情况下，C2可与附着有C4b的细胞表面结合，继而被C1s裂解，所产生的小片段C2a被释放入液相，而大片段C2b可与C4b形成C4b2b复合物，后者即经典途径的C3转化酶。 C4b2b中的C4b可与C3结合，C2b可水解C3，所产生的小片段与水分子作用，不再参与补体级联反应；10%左右的C3b分子可与细胞表面的C4b2b结合，形成C4b2b3b复合物，后者即经典途径的C5转化酶。,活化阶段,活化单位（Activation unit）： C3转化酶（C3 convertase，C4b2b） C5转化酶（C3 convertase，C4b2b3b）,膜攻击复合物（Membrane attack complex，MAC）：C5b-C9,经典途径主要特点： 1）激活物：抗原抗体复合物及C反应蛋白、细菌脂多糖等，其启动依赖于特异性抗体的产生，发挥作用时相较晚，在感染后期或恢复期发挥作用。 2）参与成分：C1-C9 3）活化过程：反应顺序为C1qrs-C4-C2-C3-C5-C6-C7-C8-C9,天然活化。 含有正反馈调节环路。 产生C3转化酶和C5转化酶 P因子和C3肾炎因子（C3Nef，C3 nephritic factor）增加转化酶的半衰期,前者从2分钟增加至26分钟，后者至35分钟,补体旁路激活途径 （alternative pathway）,某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA以及其他哺乳动物细胞，均可不通过C1q的活化，而直接“激活”旁路途径。上述成分实际上是提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。这种激活方式可不依赖于特异性抗体的形成，从而在感染早期为机体提供有效的防御机制。,C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中或自发产生的C3b可与B因子结合；血清中D因子继而将结合状态的B因子裂解成小片段Ba和大片段Bb。Ba释放入液相，Bb仍附着于C3b，所形成的C3bBb复合物即是旁路途径的C3转化酶，其中Bb片段具有蛋白酶活性，可裂解C3。,C3C3b+B因子C3bBb C3bnBb,D,C3a,Ba,C5b-C6,7,8,9 C5,C5a,正反馈,LPS，多糖，凝聚Ig等,活化,旁路途径活化,P因子,细胞溶解,旁路途径C3转化酶水解C3生成C3a和C3b，后者沉积在颗粒表面并与C3bBb结合形成C3bBb3b，该复合物即为旁路途径的C5转化酶，其功能与经典途径的C5转化酶C4b2b3b类似，能够裂解C5，引起相同的末端效应。,补体激活中备解素的2个作用 C3bBb极不稳定，可被迅速降解。血清中的备解素可与C3bBb，并使之稳定。,旁路途径特点： 1) 不依赖于抗体，无需特异性激活，激活物主要是细菌及多糖等成分 2) 含有正反馈调节环路。C3b既是C3转化酶作用的产物又是其组成部分，经典途径产生的C3转化酶也可以触发旁路途径。 3）旁路途径可以识别自己与非己。,甘露聚糖结合凝集素激活途径 （MBL pathway） MBLMASPC4C2C3C5C6C7C8C9 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段 Mannose-binding lectin,MBL MBL-associated serine protease,MASP,甘露糖结合的凝集素（MBL）途径 细菌多糖经MBL和MASP活化C4和C2,或C3。,MBL pathway,MBL+病原体表面的半乳糖或甘露糖 活化MBL相关的丝氨酸蛋白酶MASP1,2 MASP1 MASP2 直接裂解C3 类似C1s的方式裂解C4和C2 旁路途径 经典途径 MBL途径对补体的经典途径和旁路途径有交叉促进作用,MBL在正常血清中的水平低，在急性相反应时，其水平明显升高，MBL是1种急性相蛋白。急性相反应发生在病原体感染早期，巨噬细胞和中性粒细胞产生TNF-、IL-1和IL-6，诱导肝细胞合成与分泌MBL、C反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白等急性相蛋白。 MBL与C1q并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子结构类似。,MBL是C型凝集素,存在于血清中，其作用像模式识别分子，识别和结合微生物表面多种碳水化合物，激活补体系统。 纤维胶原素也识别和结合微生物表面的糖类，主要识别乙酰化的低聚糖。,MBL途径特点： 1）通过MBL模式识别细菌多糖类（N氨基半乳糖及甘露糖等）物质活化补体系统，激活物质广泛。 2）无需抗体即可激活补体，可在感染早期发挥作用。 3）对经典途径和旁路途径具有交叉促进作用。,补体及受体的分子结构,1。C1(C1q,C1r,C1s),C1INH 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抑制物（C1INH）为血清蛋白酶抑制剂（Serpin）家族成员，单链结构，与C1q结合后，不可逆地抑制C1活性。,2. C2, B因子 C2和B因子均为单链的血清蛋白酶。,C2a（223aa）,C2 b（509aa）,C1s,D因子,Ba（234aa）,Bb（505aa）,N,C,N,C,蛋白酶活性区,3.C4, C4Bp C4为3肽链结构，分别为、链。 C4Bp为7-8条肽链结构，能与C4b结合，抑制经典途径C3转化酶，并作为I因子的辅助因子（Cofactor）水解C4b。,4。C3, H因子 C3为2肽链结构，分别为、链。H因子为单链结构，能与C3b结合，抑制旁路途径C3转化酶，并作为I因子的辅助因子（Cofactor）水解C3b。,C3片段的功能,5、C5 C5为2肽链结构，分别为、链。,S S,C5转换酶,C5a,C5b,6.C9, 穿孔素(Perforin) C9和穿孔素结构类似，均为单链结构, N端以亲水性氨基酸为主，C端均以疏水性氨基酸为主。被活化后形成管状结构的多聚体，由10个以上的单体分子组成，可通过其疏水性的C末端插入细胞膜，导致细胞溶解。,N,C,凝血酶,亲水区,疏水区,补体活化的调控,调控的意义 防止补体过度消耗 确保酶促反应发生在靶细胞表面, 避免过量的生物活性物质引起的炎症反应,使自身组织或细胞不受损伤,调控方式 活化成分的衰变 灭活物质的调节 对自身细胞的保护,自行衰变（补体的自身调控） 大多数补体活化后的产物极不稳定，如： C3b,C4b半衰期60微秒 C4b2b的半衰期在37C为5分钟 C5b半衰期在37C为2.3分钟 C567半衰期0.1秒 C5a, C3a, C4a可以被羧肽酶裂解,补体受体及膜表面补体调节蛋白,1.CR1 (CD35) C3b受体，结合C3b，C4b 抑制补体活化 促进吞噬 清除免疫复合物 免疫调节,2.CR2 (CD21) C3d受体，结合C3d，C3dg，EBV 调节B细胞功能 介导EBV感染 CR2缺陷小鼠B细胞数量减少,3.CR3 (CD11b/CD18) 整合素2亚家族成员,CR3 广泛表达于免疫细胞 结合iC3d 促进吞噬,4.DAF (Decay Accelerating Factor, CD55) 单链，结合C3b,C4b, echovirus. 分布于机体大部分细胞，促进C3和C5转化酶衰变。 DAF缺陷导致阵发性血红蛋白尿,5。MCP (Membrane Cofactor Protein, CD46) 单链结构，与C3b,C4b结合。分布于大部分细胞，但红细胞缺如。 I因子的辅助因子，促进C3b,C4b灭活，抑制补体活化，比H因子强50倍,6。CD59 抑制C9的功能。,膜结合型的补体调节蛋白,补体基因,1.RCA位点(Regulator of Complement Activation) 位于人或小鼠第1对染色体上的补体调节蛋白编码基因簇，包括MCP、CR1、CR2、DAF、C4bp、H因子等。,MCP CR1 CR2 DAF C4bp H因子,720kb,2。补体超家族 含60个氨基酸的同源单位(SCR, Short Consensus Repeat),含SCR的分子： B因子（3）、C2（3）、C4bp（56-64）、H因子（20）、CR1（30）、CR2（15）、DAF（4）、MCP（4）、C1r（2）、C1s（2）、C6（2）、C7（2）、IL2受体（2）、选择素、XIII因子（10）、2微球蛋白（5）等,3.MHC III类抗原 C4、C2、B因子,DP DQ DR C2 Bf C4A C4B B C A,HLA II类 HLA III类 HLA I 类,补体生物学功能,1.溶细胞效应 2.炎症反应 3.清除免疫复合物 4.调理作用 5.免疫调节作用,1）溶细胞效应(Cell lysis) 抗感染防御的主要机制，补体系统的溶细胞效应可起免疫防御和监视的重要功能。 同时也介导了溶细胞型超敏反应,2）参与炎症反应（Inflammation),正常可清除外界因子，病理情况下可导致机体组织细胞损伤。 补体片段如C3a，C5a，C4a等促进炎症，使炎症细胞浸润，毛细血管通透性增加，平滑肌痉挛等，参与免疫复合物型超敏反应,3）清除免疫