补体系统 (7)ppt课件.ppt

第三章补体系统 补体的发现1894年 Bordet实验 新鲜的山羊抗霍乱血清溶解霍乱弧菌 JulesBordet 1870 1961 1919NobelPrize 概念补体 complement C 是存在于人或脊椎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补体系统是由30余种可溶性蛋白质和膜结合蛋白组成的多分子系统 第一节补体系统的组成和理化性质一 补体系统的组成 补体系统是由三组球蛋白大分子组成第一组分 是由9种补体成分组成 分别命名为C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 其中C1是由三个亚单位组成 命名为Clq Clr Cls 因此第一组分是由11种球蛋白大分子组成 第二组分 发现一些新的血清因子参予补体活化 但它们不是经过抗原抗体复合物的活化途径 而是通过旁路活化途径 这此些因子包括B因子 D因P因子 它们构成补体的第二组分 第三组分 其后又发现多种参与控制补体活化的抑制因子或灭活因子 如CI抑制物 I因子 H因子 C4结合蛋白 过敏毒素灭活因子等 这些因子可控制补体分子的活化 对维持补体在体内的平衡起调节作用 它们构成了补体的第三组分 C1抑制物 C1INH 是血清中高度糖基化的一种蛋白质 含糖量高达35 49 最初由Ranoff和lepow 1957 所发现 称其为C1酯酶抑制剂 2 理化特性糖蛋白 多为 球蛋白由肝细胞 巨噬细胞小肠上皮细胞及脾细胞等产生C3含量最高 D因子含量最低性质极不稳定 易失活 56 30分钟使多数补体失活 D因子是启动替代途径激活的重要成分 为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶 分子量仅25kDa 道尔顿 D因子在血清中的浓度很低 1 2 g ml 主要以活化形式而存在 补体系统的命名 参与经典激活途径的固有成分 C 如C1 q r s C2 C9 补体系统的其他成分 大写字母 因子 如B因子 D因子等 补体调节蛋白功能命名 如C1抑制物 C4结合蛋白等 补体受体以其结合对象命名 如C1qR C5aR 补体活化的裂解片段小写字母表示 如C3a C3b 具有酶活性的成分或复合物加一横线表示 如C1 C3bBb 已失活的补体成分符号前冠以 i 表示 如iC3b 补体系统两条激活途径中 涉及到14个补体蛋白 C1 9 及B D P因子 的参与 由于分子遗传学和分子克隆技术的应用 已阐明许多补体分子的结构 功能 生物合成及遗传特征 从而大促进了人们对补体系统激活过程机理的认识和对各个补体分子功能的深入了解 C1分子C1是经典激活途径中的起始成分 它是由1个分子的C1q和2个分子的C1r及2个分子的Cls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 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A B C三种不同类型的肽链所组成 其中A B C链各6条 共18条 C1q同1个分子的IgM结合即可被活化 但至少需同两个IgG分子结合才能被活化 而且两个IgG分子在细胞膜上的距离不得少于700nm Clr和ClsClr和Cls均为单一多肽链分子 又都是丝氨酸蛋白酶 Clr和Cls多肽链均由接近700个氨基酸所组成 位于C末端的约250个氨基酸为丝氨酸蛋白酶区 与胰蛋白酶和糜蛋白酶同源 同大多数补体蛋白一样 它们都是镶嵌 mosaic 蛋白 即由不同氨基酸组成的固定基序组合而成 并且很可能代表独立的折叠功能区或结构功能域 module 丝氨酸蛋白酶是一个蛋白酶家族 它们的作用是断裂大分子蛋白质中的肽键 使之成为小分子蛋白质 在哺乳类动物里面 丝氨酸蛋白酶扮演着很重要的角色 特别是在消化 凝血和补体系统方面 胰分泌的酶里面有三种是丝氨酸蛋白酶 糜蛋白酶 胰蛋白酶 弹性蛋白酶 C4分子C4是经典激活途径中第二个被活化的补体成分 分子量约为210kDa 由 90kDa 78kDa 及 33kDa 三条肽链借二硫键连接组成C4的分子结构较为特殊 其 链中含有一个在半胱氨酸和谷氨酸残基形成的内硫酯键 C4可能与免疫识别及维持免疫自稳功能也有关 分为 小片段C4a 8 6kDa 大的片段C4b 半胱氨酸 一种生物体内常见的氨基酸 可由体内的蛋氨酸 甲硫氨酸 人体必需氨基酸 转化而来 半胱氨酸是一种还原剂 半胱氨酸通过改变蛋白质分子之间和蛋白质分子内部的二硫键 减弱了蛋白质的结构 这样蛋白质就伸展开来 谷氨酸 是一种酸性氨基酸 分子内含两个羧基 化学名称为 氨基戊二酸 谷氨酸是里索逊1856年发现的 为无色晶体 有鲜味 微溶于水 而溶于盐酸溶液 等电点3 22 大量存在于谷类蛋白质中 动物脑中含量也较多 谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位 参与动物 植物和微生物中的许多重要化学反应 味精中含少量谷氨酸 C2分子C2的序号似是补体的第2个成分 但在经典激活途径的激活顺序上却在C4以后被活化 C2分子的一级结构已全部搞清楚 它是由723个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白 分子量约110kDa 当C2与已固定于细胞膜固相上的C4b结合为复合物时 C1s丝氨酸蛋白酶可从C2肽链的精氨酸和赖氨酸 223 234 间 将C2裂解为两个片段 即C2a和C2b C3分子C3处于两条激活途径的汇合点 在补体系统活化过程中起着枢纽作用 并为替代途径激活的关键分子 C3的 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 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 其中 链为115kDa 链为75kDa C5与C3和C4的结构相类似 但没有链内硫酯键 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 C8分子C8是由 三条肽链组成的三聚体糖蛋白 分子量为155kDa 其中 链和 链均为64kDa 链为22kDa 链和 链间以二硫键共价结合 而 链与 链间则为非共价键结合 C8的 链和 链在遗传上也呈高度多态性 二者约有33 的氨基酸序列相同 而与C7和C9则约25 相同 C9分子C9是形成膜攻击复合体 MAC 的最后个分子 为一单链糖蛋白 分子量79kDa B因子B因子 factorBBf 替代激活途径中的重要成分 由Blum于1959年首先发现 B因子为由733个氨基酸残基组成的单链糖蛋白 糖含量约7 分子量93kDa B因子为C3激活剂前体 主要由肝脏和巨噬细胞合成 它是参与补体旁路活化的重要成分 参与机体防御 在组织和细胞损伤和炎症过程中均起重要作用 D因子D因子是启动替代途径激活的重要成分 为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶 分子量仅25kDa D因子在血清中的浓度很低 1 2 g ml 主要以活化形式而存在 但可能还有一种以酶原形式而存在的由239个氨基酸残基组成的D因子 具有活性的D因子 D 可能在第234 235位的精氨酸 赖氨酸键处将B因子裂解为Ba和Bb两个片段 从而启动替代途径的级联活化反应 P因子P因子又称备解素 properdin 是替代途径中除C3以外最先发现的一种血浆蛋白 P因子为由4条相同的肽链 分子量各55kDa 组成的四聚体分子 链间以非共价键相连接 分子量为220kDa P因子的生物学活性是以高亲和力与C3bBb 替代途径的C3转化酶 和C3bnBb C5转化酶 相结合 结合后通过发生构象改变而加固C3b与Bb间的结合力 从而可使其半衰期由2分钟延长至26分钟 因此 P因子实际上是替代途径中的一个重要的正调节分子 这些都是固有免疫应答中的物质 都是属于补体 有C1 C2 C3 C4 C5等 C3在作用过程中可以分解为二个片段 小片段是小a 大片段是小b 合成C3a C3b 其他也是一样的 各种分解的片段可以开成复合物 如C4b2b3b是由三个片段合成的复合物 补体可以帮助机体防御病原体 清除一定的病原体 在人体中是很重要的成分 也是诊断病人预后的一个指标 恢复期的指标 炎症的指标等 H因子H因子由Nilson等 1965 发现 根据电泳位将其命名为 1H 而Whaley和Ruddy则将其命名为C3b灭活剂加速因子 现已确定其为由1213个氨基酸组成的单链糖蛋白 分子量155kDa 既有长杆状部分 也有球形区域 H因子可加速C3转化酶的衰变 阻止替代途径中初始和放大C3转化酶的形成 I因子I因子为异源二聚体血清蛋白 呈双球状结构 分子全长13nm I因子结构基因的突变 可导致先天性I因子缺陷 此类患C3的过度消耗面引起反复感染和血管性水肿 第二节补体的激活 概念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 亦称补体级联反应 酶促反应 Enzymecatalysis 又称酶催化或酵素催化作用 指的是由酶作为催化剂进行催化的化学反应 激活途径 共同末端通路 膜攻击复合物 MAC 溶细胞效应 经典途径 classicalpathway MBL途径 MBLpathway 旁路途径 alternativepathway 一 经典激活途径主要激活物质特异性抗体 IgG或IgM 与抗原形成的免疫复合物 IC 参与成分C1 C1q C1r C1s C4 C2 C3激活过程 1 补体的经典激活途径 又称传统激活途径 完整的过程包括 识别单位的激活 C3转化酶的形成 C5转化酶的形成以及攻膜复合体的形成 补体蛋白依次激活顺序为C1q C1r C1s C4 C2 C3 C5 C92 激活物及激活条件 1 免疫复合物是主要激活物质 2 每一个C1q分子必须同时与两个以上Ig的Fc片段结合才能被激活 3 游离的抗体不能通过经典途径激活补体 3 激活过程 1 识别阶段 抗原与抗体结合后 C1q能识别抗体上的补体结合点 并与之结合 由于C1q的构型发生改变 可激活C1r和C1s 在Ca 存在下 形成具有酶活性的C1s 2 活化阶段 C1s将C4分解成小碎片的C4a和大碎片的C4b C4b可与细胞膜结合 C1s激活C4后 再激活C2 分解成C2a和C2b C2b与C4b结合 形成有酶活性的C4b2b C3转化酶 C3被C4b2b裂解在C3a和C3b两个片段 C3b与C4b2b相结合产生的C4b2b3b为经典途径的 C5转化酶 3 攻膜阶段 C5在C4b2b3b的作用下裂解为C5a和C5b C5b与细胞膜和C6 C7结合 形成C5b67复合物 进而与C8 C9分子联结成C5b6789复合体 即为攻膜复合体 造成细胞膜溶解 识别阶段 抗原与抗体结合后 C1q能识别抗体上的补体结合点 并与之结合 由于C1q的构型发生改变 可激活C1r和C1s 在Ca 存在下 形成具有酶活性的C1s 膜攻击复合物MAC 补体溶细胞生物学效应的效应复合体 为三条补体激活途径的共同末端通路 即膜攻击复合物 membraneattackcomplex MAC 可在细胞上形成小孔 使小的可溶性分子 离子及水分子自由透过细胞膜 但蛋白质等大分子难以逸出 导致水和离子内流 细胞内渗透压降低 细胞发生溶解 MBL途径MBL 甘露聚糖结合凝集素 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相似主要激活物多种病原微生物 表面的糖结构 参与成分MBL复合物MBLMASP 1 MBL相关的丝氨酸蛋白酶 水解C3 MASP 2 水解C4 C2 C4 C2 C3 MBL相关的丝氨酸蛋白酶MASP1 MASP2 甘露糖结合凝集素 MBL 结构与C1q相似 在病原微生物感染早期 由肝 细胞合成和分泌 是急性期蛋白的一种 可直接识别多种病原生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖 进而可依次活化MASP1 MASP2 C4 C2 C3 形成一系列酶促反应 其构成的途径称为MBL激活途径 补体激活途径的一种 亦称凝集素途径 MBL 结构似C1q MBL 配体构象改变激活MASP活化的MASP具有与活化的C1s同样的生物活性可水解C4和C2 激活过程 三 旁路激活途径越过C1 C4 C2 直接激活C3不依赖Ab IC 免疫复合物immunecomplex IC 为非特异性主要激活物质细菌细胞壁成分凝聚的IgA和IgG4 眼镜蛇毒素等参与成分C3 B D P H I等因子 旁路激活途径与经典激活途径不同之处在于激活是越过了C1 C4 C2三种成分 直接激活C3继而完成C5至C9各成分的连锁反应 旁路激活途径在细菌性感染早期 尚未产生特异性抗体时 即可发挥重要的抗感染作用 旁路途径的两个特点 旁路途径可以识别 自己 和 非己 自身细胞表面 C3b被调节蛋白灭活微生物表面 C3b与B因子形成稳定的C3bBb C3转化酶 旁路途径是补体系统重要的放大机制C3bBb C3转化酶复合物 催化产生更多C3b再次参加旁路激活形成更多C3bBb 灭活是指用物理或化学手段杀死病毒 细菌等 但是不损害它们体内有用抗原的方法 灭活病毒 会使病毒蛋白的高级结构受到破坏 蛋白不再有生理活性 所以失去感染 致病和繁殖能力 但是常规的灭活不影响病毒蛋白的一级结构 意思就是病毒蛋白的序列没有变化 灭活激素 一般雄性个体会产生雌性激素 但雄性个体本身并不需要如此大量的雌性激素 所以雌性激素会在肝脏中灭活 来维持体内稳定 补体活化的共同终末效应MAC的组装C5转化酶启动终末成分 C5 6 7 8 9 活化形成膜攻击复合物 MAC 导致靶细胞的溶解 C5转化酶 C5 C6 C7 C8 n 12 16 nC9 C5b C5a C5b6 C5b67 C5b6789 MAC 膜攻击复合物MAC 补体溶细胞生物学效应的效应复合体 为三条补体激活途径的共同末端通路 即膜攻击复合物 membraneattackcomplex MAC 可在细胞上形成小孔 使小的可溶性分子 离子及水分子自由透过细胞膜 但蛋白质等大分子难以逸出 导致水和离子内流 细胞内渗透压降低 细胞发生溶解 MAC的效应机制MAC形成的小孔使得小的可溶性分子 离子以及水分子自由透过胞膜 细胞渗透压降低 细胞溶解致死性Ca2 进入细胞使细胞死亡 三 补体活化的调控自身衰变的调节C3转化酶和C5转化酶均易衰变失活游离的C4b C3b C5b也易失活补体裂解片断必须在特定微环境中才发挥作用调节因子的作用经典途径的调节C1抑制分子 C1INH 结合活化的C1r和C1s 使之失去酶解能力 C4结合蛋白 C4bp 结合C4b 抑制C4b与C2的结合防止C3转化酶的组装I因子可裂解C3b C4b裂解C3b为iC3b和C3f 继而裂解iC3b为C3c和C3dg裂解C4b为C4c和C4d 膜辅助蛋白 MCP 促I因子介导的C4b裂解 I因子裂解C4b 衰变加速因子 DAF 同C2竞争与C4b结合 的作用 MAC形成的调节同源限制因子 HRF C8结合蛋白 干扰C9与C8结合 膜反应性溶解抑制物 MIRL CD59阻碍C7 C8与C5b 6复合物结合 四 补体的生物学作用参与宿主早期抗感染免疫溶菌 溶细胞作用补体激活后 在靶细胞表面形成MAC 使细胞被溶解感染早期 主要通过旁路途径和MBL途径例脑膜炎球菌感染特异性抗体产生后 主要靠经典途径例输血反应 调理作用C3b C4b iC3b促吞噬细胞的吞噬作用Ag 氨基端 C3b 羧基端 C3bR 吞噬细胞 引起炎症反应炎症介质作用 C3a C4a C5a C2a 过敏毒素作用 C3a C4a C5a 趋化作用 C3a C5a C567 炎症介质 inflammatorymediator 细胞或体液中产生的参与炎症反应的某些生物活性物质 这些物质具有引起血管扩张 通透性增加和白细胞渗出的功能 在炎症的发生发展过程中起重要作用 炎症也是免疫防御反应的一种表现 感染局部发生炎症时 补体裂解产物可使毛细血管通透性增强 吸引白细胞到炎症局部 过敏毒素是指补体活化过程中产生的具有炎症介质作用的活性片段C3a C4a C5a 它们作为配体能与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面相应受体结合 激发细胞脱颗粒 释放组胺之类的活性介质 引起血管扩张 通透性增加 平滑肌收缩 支气管痉挛等症状 趋化作用 是指白细胞沿浓度梯度