第五章 补 体 系 统.doc

第五章 补 体 系 统第一节 概 述 补体系统：包括30余种组分，其广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面，是一个具有精密调控机制的蛋白质反应系统。补体系统的认识源于人类发现了正常血清中的9种以酶原形式存在的蛋白质，它们可被免疫复合物激活而显示出多种生物学活性，因可帮助Ab溶解其结合的细菌而命名为补体(complement, C)，分别用C1C9表示。C1C9在被激活前无生物学功能。多种微生物成分、Ag-Ab复合物以及其他外源性或内源性物质可通过不同方式激活补体，形成的活化产物具有调理吞噬、溶解细胞、介导炎症、调节免疫应答和清除免疫复合物等生物学功能。 补体系统不仅是机体固有免疫防御的重要组分，也是Ab发挥免疫效应的主要机制之一。补体缺陷或过度活化与多种疾病的发生和发展过程密切相关。一、补体系统的组成 （一）固有成分 1. 经典激活途径的：C1(C1q、C1r、C1s)、C2、C4；2. 旁路激活途径的：B因子、D因子（factor B, factor D）、P因子；3.甘露糖结合凝集素的：甘露糖结合凝集素（MBL)、MBL相关的丝氨酸蛋白酶(MASP)；4.补体活化的共同组分：C3、C5C9。 （二）补体调节蛋白：如血浆中的：H因子、I因子、C1抑制物（C1 inhibitor）、C4结合蛋白（C4bp）、S蛋白等； 细胞膜表面的：衰变加速因子（DAF）、膜辅蛋白（MCP）、CD59等（三）补体受体 包括：CR1CR5、C3aR、C4aR、C5aR、C1qR等。CR通过与相应补体成分结合而介导补体的生物学效应。（见54页附录） CR1C3b、C4b、iC3b、MBL CR2iC3b、C3d、C3dg、C3b(弱)、EBV CR3/ CR4iC3b CR5C3dg/C3d C3aRC3a、C4a C4aRC4a C5aRC5a二、补体组分的命名 以“complement”结合发现顺序命名，如 C1 C9；以英文大写字母命名为“？因子”，如factor B、D、P、H、I；被激活后具有酶活性的补体分子，均在其符号上横线表示，如补体的裂解片段以该成分的符号后加小写英文字母表示，如 C3a/C3b、C5a/C5b；补体调节蛋白多以功能命名，如 C1INH（C1抑制物）、 C4bp（C4结合蛋白）、 DAF (decay-accelerating factor，衰变加速因子)、 MCP (membrane cofactor protein，膜辅蛋白)等。 灭活的补体片段在其符号前加“i”表示，如 iC3b。 血浆中的补体成分均为糖蛋白（属于球蛋白）。多对热不稳定，5630分钟即灭活，010活性仅能保持34天。用于研究和检测的补体标本必须保存在-20以下。三、补体的生物合成约90%血浆补体成分由肝细胞合成，少数由肝脏以外的细胞合成，例如：C1由肠上皮和单核/巨噬细胞（脾）产生；D因子由脂肪组织产生。其他器官和细胞（内皮细胞、淋巴细胞、神经胶质细胞、肾脏上皮细胞、生殖器官等）也能合成补体的某些成分。补体系统在正常人体血清、组织液、细胞膜表面广泛存在，其含量相对稳定。 多种促炎细胞因子（如IFN-、IL-1、TNF-、IL-6等）可刺激补体基因转录和表达。故感染、组织损伤急性期以及炎症状态下，补体产生增多，血清补体水平升高。第二节 补体的激活一、经典激活途径 ：是人类最早发现的经过抗原抗体复合物激活补体的“经典”激活方式。（一）参与的补体成分：依次为C1、C4、C2、C3 和C5、C6、C7、C8、C9。 C1由C1q、C1r、C1s三种亚单位组成，通常以C1q(C1r)2(C1s)2复合物大分子的形式存在于血浆中。 C2血浆浓度很低，是补体活化级联酶促反应的限速步骤。 C3是血浆中浓度最高的，是三条补体激活途径的共同组分。（二）激活物：主要是与Ag结合的IgG、IgM分子。 IgG和IgM只有与相应Ag结合后发生构型改变，其Fc段才能与C1q结合。故游离的Ab不能激活补体经典途径。 以下物质也可作为经典途径的激活物：C反应蛋白、细菌脂多糖（LPS）、髓鞘脂、某些病毒蛋白（如HIV的gp120）游离的抗体不能激活补体激活补体的能力： IgMIgG，IgG3IgG1IgG2（IgG4不能激活补体的经典激活途径） （三）活化过程 C1q只有与2个以上的Fc段结合才可发生构型改变，使与其结合的C1r活化，活化的C1r再激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性。所以： 1个IgM的IC即可激活补体； 2个或2个以上的IgG的IC才能激活补体C1C1s的第一个底物是C4，使其裂解为C4a和C4b。仅5%的C4b结合至IC的Ag表面。C1s的第二个底物是C2分子，是将与C4b结合的C2裂解为C2a和C2b。C2a可与C4b结合成C4b2a复合物，即C3转化酶，可将C3裂解为C3a和C3b。新生的C3b与C4b2a结合，形成C4b2a3b即C5转化酶，进入补体活化的终末途径。另外，C3b还可被进一步裂解为C3c、C3dg、C3d等小片段，后者可参与适应性免疫应答。二、 旁路激活途径（替代激活途径）是不经过C1、C4、C2，不依赖于Ab，由微生物或外源异物直接而激活C3，factor B、factor D和备解素（P因子）参与的补体活化级联反应过程。种系发生上，旁路途径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，在感染早期（抗体产生前）即可提供有效的防御机制。 （一）激活物：某些细菌、内毒素（LPS）、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA或IgG4、其他哺乳动物细胞等。 这些“激活物”实际上是为该途径提供保护性环境和反应得以进行的“接触表面”。（二）活化过程：绝大多数C3b在液相中快速失活，少数可与附近的膜表面结构共价结合，结果是： 结合于自身组织细胞表面的或游离在液相中的C3b可被多种调节蛋白（H因子、I因子、DAF、MCP、CR1等）降解、灭活； 结合于“激活物”表面的C3b不能被有效灭活且与B因子结合，后者被D因子裂解为Ba和Bb，形成C3bBb，为旁路途径的C3转化酶。P因子（备解素）与C3bBb结合对后者起稳定作用，防止其被降解。 三、甘露糖结合凝集素途径MBL是肝细胞产生急性期蛋白之一 ，可直接识别多种病原体表面的N氨基半乳糖或甘露糖，进而依次活化MASP1、MASP2、C4、C2、C3，形成与经典途径相似的激活过程。主要激活物：含N氨基半乳糖或甘露糖基的病原微生物。MBL与二者结合后发生构型改变，可以结合并激活MASP。MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MASP）是另一与MBL途径有关的补体固有成分。有两类： 活化的MASP2与C1s（C1）作用相同，可经类似与经典途径的过程激活补体。 活化的MASP1能直接裂解C3，生成C3b，可与B因子结合参与旁路途径的正反馈作用。 （另一种急性期蛋白“C反应蛋白”也有与MBL类似的激活补体作用。）四、补体激活的共同终末过程各途径C5转化酶形成后，均可裂解C5为C5a和C5b，而此后的过程都是相同的。只涉及完整蛋白质的结合与聚合。MAC的组装：C5b+C6、C7C5b67， C5b67+C8C5b678+C9sC5b56789n ( MAC ) MAC的效应机制：攻膜复合物MAC通过破坏局部磷脂双层而形成“渗漏斑”，或形成穿膜的亲水性孔道(内径11nm)，最终导致细胞崩解。五、三条激活途径的特点及比较（自学）1.经典途径主要特点：激活物主要是由IgG或IgM结合Ag所形成的IC，C1q识别IC是该途径的起始步骤；C3转化酶和C5转化酶分别是C4b2a和C4b2a3b；其启动有赖于特异性抗体产生或存在，故在感染后期或恢复期才能发挥作用，或参与抵御相同病原体再次感染机体。2.旁路途径主要特点：“激活物”是细菌、真菌或病毒感染细胞等，直接激活C3； C3转化酶和C5转化酶分别是C3bBb和C3bBb3b；存在正反馈放大环；无抗体存在即可激活补体，故在感染早期或初次感染即可发挥作用。3.凝集素途径主要特点：激活物非常广泛，主要是多种病原微生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖，由MBL识别；除识别机制有别于经典途径外，后续过程二者基本相同（MASP2代替C1）；对经典途径和旁路途径有交叉促进作用；无需抗体参与即可激活补体，可在感染早期或对未免疫个体发挥抗感染效应。第三节 补体系统的调节机体对补体系统活化存在着精细的调控机制，主要有： 控制补体活化的启动； 补体活性片段发生自发性衰变； 血浆和细胞膜表面存在多种补体调控蛋白，通过控制级联酶促反应过程中酶的活性和MAC组装等关键步骤而发挥调节作用。（一）调控经典途径C3转化酶和C5转化酶1.C1抑制物（C1INH） 为血浆蛋白，与C1r、C1s结合并使二者失活，还可抑制MASP的活性，阻断C4b2a的形成。2.CR1(CD35） 为膜蛋白，表达于红细胞及有核细胞。与C3b、C4b结合，阻止C4b2a形成，并促进 I因子 对C4b的灭活。3.C4bp 为血浆蛋白，与C4b结合阻止C4b2a的形成或使C4b2a灭活。4.衰变加速因子（DAF）为各种外周血细胞、内皮细胞、粘膜上皮细胞的膜蛋白，可与C4b结合，抑制C4b2a形成，或促进C3bBa中Bb与C3b解离。5.膜辅蛋白（MCP） 为多种细胞表达的一种膜蛋白，促进factor I对C3b的裂解。6. factor I 为血浆蛋白，可在其他因子辅助下裂解C4b为C4c和C4d，从而抑制C4b2a活性或阻断其形成。（二）调控旁路途径C3转化酶和C5转化酶 1.I因子 可裂解C3b。 2.H因子 可溶性，与C3b结合，直接作用于C3bBb3b，促进 factor I 对C3b的裂解，并促进C3bBb的解离。 3.CR1 竞争性结合C3b。 4.MCP 促进I因子裂解C3b。（三）针对攻膜复合物的调节作用1.CD59（MIRL） 广泛表达于多种组织细胞，可阻止MAC组装，限制MAC对自身或同种细胞的溶破作用。2.C8bp 是表达于多种组织细胞和血细胞表面的一种膜蛋白，能抑制MAC组装及其对靶细胞的溶破作用。3.SP 也称玻连蛋白，为血浆蛋白，可阻碍C5b67复合物与靶细胞膜结合而抑制MAC形成。4.群集素 为血浆蛋白，可抑制MAC组装，并促进MAC从细胞膜解离为可溶性MAC，从而丧失溶细胞作用。第四节 补体的生物学意义 (一)补体的生物学功能1.溶菌、溶解病毒和细胞毒作用：MAC形成穿膜的亲水性通道，破坏局部脂质双层，最终导致细胞崩解。 参与宿主抗细菌、病毒等的防御机制； 也可溶解红细胞、血小板和有核细胞，参与免疫病理。2.调理作用：这种调理吞噬作用是机体抵御全身性细菌或真菌感染的主要机制之一。 结合在IC或Ag上的C3b、C4b、iC3b可与PMN和M表面的相应受体结合，促进后者对IC和Ag的吞噬清除。 CR1结合 C3b、C4b，iC3b CR3结合 iC3bCR4结合 iC3b3.免疫粘附：是机体清除循环IC的重要机制。可溶性抗原抗体复合物活化补体所产生的C3b与IC共价结合，其上的C3b与红细胞、血小板表面的CR1粘附，该红细胞将携带IC转移至肝、脾，细胞表面的IC被M细胞吞噬4.炎症介质作用C3a和C5a 被称为过敏毒素，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面C3aR、C5aR结合，触发二者释放组胺和其他血管活性介质，介导局部炎症反应；C5a对中性粒细胞等有很强的趋化活性，可诱导其表达粘附分子，刺激其产生氧自由基、前列腺素和花生四烯酸。引起血管扩张、毛细血管通透性增高、平滑肌收缩等。（二）补体的病理生理学意义1.机体抗感染防御的主要机制 在抗感染防御机制中，补体是固有免疫和适应性免疫之间的桥梁，其出现远远早于适应性免疫。旁路途径出现最早，MBL途径将凝集素介导的防御机制与补体相联系，经典途径又将其与适应性免疫相联系。 补体旁路途径或MBL途径通过识别微生物表面组分而触发级联反应，特异性抗体产生之后，可通过经典途径激活补体并与旁路途径相协同，通过调理吞噬、炎症反应、溶解细菌等发挥抗感染作用。2.参与适应性免疫应答补体介导的调理作用可促进APC摄取和提呈抗原；与抗原结合的C3d可介导BCR与CR2/CD19/ CD81复合物交联，促进B细胞活化；补体调节蛋白CD55（DAF）、CD46（MCP）和CD59能介导细胞活化信号，参与T细胞活化；FDC的CR1和CR2可将IC固定于生发中心，从而诱导和维持记忆性B细胞；感染灶的过敏毒素可招募炎症细胞，促进抗原的清除；补体可抑制高分子量IC形成，并促进已沉淀的IC溶解，从而在IC处理过程中发挥重要