CHAPTER补体系统

CHAPTER 4 补 体系统,第一节 概 述,补体系统是由存在于人或脊椎动物血清与组织液中的一组可溶性蛋白及存在于血细胞与其它细胞表面的一组膜结合蛋白和补体受体所组成。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。补体是天然免疫（Innate immunity）的重要组成部分,Jules Bodet (1870-1961),Discoverer of Complement1894 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56 C 30 min 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）,补体的分类： 补体固有成份 补体调节蛋白 补体受体,C1C9,B、D、P因子,C1INH、C4BP、H、I、S蛋白和血清羧肽酶等,MCP, DAF, HRP,C1qR、C3b/C4bR (CRI)、3dR(CRII)、H因子受体、C3a和C5a受体等,第二节 补体固有成份,一、补体固有成份的组成、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份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份由B、D、P因子和C3、C5C9组成。3 MBL途径成份： MBL(mannose-binding lectin, MBL)，MASP（MBL-Associated serum proteinase), C4,C2,C3,C5-C9,4 补体固有成份是由肝细胞、巨噬细胞、 肠 粘膜上皮细胞和脾细胞等合成的糖蛋白，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 固有成份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，56C、30min即被灭活，010 C条件下活性只能保持34d。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,二、补体的结构和功能,1、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 Mg+存在下可启动补体活化的经典途径。,C1q,N,C,蛋白酶活性区,SS,C1r,C1r,N,C,SS,C1s,C1r、C1s分子结构,（二） C4的分子结构、裂解片段和功能, C4为3肽链结构，分别为、链。 C4是C1（C1S)的作用底物之一 C4,C4a,C4b,结构图,chain,chain,参与C3和C5转化酶的形成,过敏毒素,（三）C3 C3为2肽链结构，分别为、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 C3,C3a,C3b,结构图,参与C3和C5转化酶的形成,过敏毒素,C3结构以及活化和降解,factor,factor,CR1,proteases,（四）B因子及其功能,B因子为存在于血清的单链糖蛋白。,D因子,Ba（234aa）,Bb（505aa）,N,C,蛋白酶活性区,C3b,C3bBb,（C3转化酶）,（五） C5 C5为2肽链结构，分别为、链。,SS,C5转换酶,C5a,C5b,过敏毒素,参与攻膜复合体的形成,（六）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,三 补体系统的激活途径,（一）经典途径: 几个特点： 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,补 体 活 化 的 经 典 途 径,IgM/IgG -Ag复合物,IgM CH3区，IgG CH2区,T,Y,C1由 一个C1q、两个C1r 和两个C1s分子的共同组成。一个C1q分子如果同时与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。,（二）旁路途径的激活 几个特点： 1 天然活化，LPS等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。 3 产生C3转化酶和C5转化酶 4 C1, C4 和C2不参与，B因子、D因子、P因子参与 5 机体早期抗感染免疫中起作用,C3C3b+B因子C3bBb(P) C3bnBb(P),D,C3a,Ba,C5b-C6,7,8,9 C5,C5a,正反馈调节环路,LPS，多糖，凝聚Ig等,活化,旁路活化途径,P因子,细胞溶解,（C3转化酶）,（C5转化酶）,C5b+C6+C7+C8+C9 = MACs,终末途径,经典和旁路途径的主要区别,比较项目,经典途径,旁路途径,激活物,补体固有成份,所需离子,C3转化酶,C5转化酶,生物学作用,IgM/IgG13与抗原形成的免疫复合物,细菌脂多糖、肽聚糖、酵母多糖和凝聚的IgG4/IgA等,C1C9,C3、B、D、P因子和C5C9,Ca+、Mg+,Mg+,C4b2b,C3bBb(P),C4b2b3b,C3bnBb(P),在特异性体液免疫的效应阶段起作用,参与非特异性免疫，在感染早期起作用,细菌多糖经MBL（Mannose binding lectin）和MASP（MBL associated serum protease）活化C4和C2 无C1的参与,(三),MBL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，则大量补体无益消耗，导致机体感染能力下降，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） 补体自身衰变的调节（二） 可溶性补体调节因子的作用（三）膜补体调节蛋白和补体受体的作用,1 C1 抑制分子（C1 inhibitor, C1INH),结合活化的C1rC1s，使其失去正常酶解底物C4 和 C2的功能,（二）可溶性调节分子的作用,C1IHN缺陷引起血管神经性水肿,2 C4bp的抑制作用（C4 Binding Protein) 结合C4b，抑制C4b与C2的结合，防止C3转化酶的组装。 促进I因子对C4b的蛋白水解,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） 裂解C3b为iC3b和C3f, 继而裂解iC3b为C3c和C3dg 裂解C4b为C4c和C4d,C3d,C3g,proteases,5蛋白的作用 结合5b67, 阻止膜攻击复合物的形成,6 过敏毒素灭活剂,血清羧肽酶N灭活C4a、C3a、C5a，丧失过敏毒素活性,（三）膜结合性调节分子的作用,1 膜辅因子蛋白 (Membrane Cofactor Protein, MCP, CD46) 单链膜蛋白结构，与C3b,C4b结合，抑制补体的活化。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,（二）DAF (Decay Accelerating Factor, CD55) 促衰变因子单链膜蛋白结合C3b,C4b，促进C3和C5转化酶衰变。抑制补体的活化分布于机体大部分细胞，DAF缺陷导致阵发性血红蛋白尿,DAF作用机理,（三）同源性限制因子(HRF)的作用,有称C8结合蛋白，结合C8, 阻断的聚合,（四）补体受体,1。CR1 (CD35)单链 C3b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、部分T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C4b2a）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，或者促进吞噬细胞对免疫复合物的吞噬作用。在系统性红斑狼疮病人，可出现红细胞表面先天性和后天性的CR1数量减少，与其发病有密切关系。,（3）促进吞噬细胞的吞噬（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,图。CR1的清除免疫复合物效应,2。CR2 (CD21)单链 C3d受体，结合C3d，C3dg，EBV CR2主要存在于成熟B细胞和树突状细胞，某些单核细胞、K细胞、胸腺细胞也表达少量CR2。,CR2的功能,调节B细胞活化 介导EBV感染 结合免疫复合物，促进吞噬作用 CR2缺陷小鼠B细胞数量减少,3。CR3 (CD11b/CD18) 双链整合素2亚家族成员，结合iC3b，参与炎症反应,机体的细胞对自身补体的攻击是有抵抗作用的，这种抵抗作用正是由于DAF、CR1、MCP、CD59等膜表面的补体调节蛋白所发挥效应的结果。DAF对补体的C3转化酶和C5转化酶具有促进衰变的作用，因而可保护自身细胞免受补体攻击。在功能上，人DAF对于人补体具有更强的抑制效应，而对于动物补体则抑制作用较弱，因此能够发挥同源限制（homologous restriction）效应，选择性地使机体细胞对自身补体具有抵抗作用。临床上发现，当DAF及其它GPI锚固蛋白的先天性缺陷时，会导致某些自身溶血性疾病，如夜间阵发性血红蛋白尿。另一方面，由于DAF能够与多种病原微生物特异结合，因而可能在这些微生物感染中发挥病理作用。,膜结合型的补体调节蛋白,第四节 补体的生物学功能,（一）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，出现的最重要表现是容易遭受病原微生物的侵袭而出现反复性感染。,（二）调理和免疫粘附作用 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，增强吞噬作用和胞内氧化作用，最终使机体的抗感染能力增强。 清除免疫复合物 细菌或免疫复合物激活补体、结合C3b/C4b后，若与表面具有相应补体受体（CRI）的RBC和血小板结合，则可形成较大的聚合物，通过血液循环到达肝脏和脾脏，被巨噬细胞吞噬。,（三）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； 在没有抗体存在时，补体也可对病毒产生溶解灭活作用。,（四）炎症反应 C3a，C4a，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、平滑肌收缩和支器官痉挛等的作用； 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，,（五） 免疫调节作用 补体活化过程中产生的活性片段可与免疫细胞相互作用，对免疫功能起调节作用。例如，C3d，Ba，Bb等片段对B细胞的功能可产生调节作用；C5a可促进多种细胞因子如IL-1，IL-6，IL-8，TNF的产生等。,第五节 补体系统的异常与疾病,1.补体缺陷 2.补体与炎症性疾病 3.补体与病毒感染 4.补体与器官移植的超急性排斥反应 5. 补体含量的增高和降低,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。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。表6-1列举了一些补体缺陷的临床表现。,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，C4a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受到治疗疾病的效果,3。补体与病毒感染,最近，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4，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