医学免疫学教学课件汇编-4补体-by那个完全没重点的老师

1 补体 complement 2014年11月15日 2 补体的发现TheDiscoveryofComplement 1884 1889年间 Grohmann Bordet Ehrlich Buchner等发现 血浆和新鲜血清具有溶菌功能 相应的血清成分命名为杀菌素 防御素 alexin 1895 1898年间 Bordet 比利时 发现 将免疫血清加热到55 30min 其溶菌功能消失 若加入新鲜非免疫血清可恢复其溶菌活性 热稳定性的因子 热敏感的杀菌素 3 鉴于杀菌素 对热敏感 在免疫性溶菌中的 补充 作用 1899年 Ehrlich 德国 将其命名为Complement 补体 热稳定性物质 实际上为抗体 4 Bordet陆续建立了补体研究的相关实验体系 成为补体研究的开拓者 1919年获诺贝尔医学或生理学奖 5 免疫性溶血系统EAC EAC Erythrocyte Antibody Complement 补体功能研究的经典实验系统 sheeperythrocytes Ab Complementcomplex 6 早期研究 补体的成分 是否单一 补体的溶菌 溶细胞作用依赖抗体的存在是否任何抗原抗体复合物可以激活补体补体发现顺序 C1 C2 C3 C4 C1 C4 C2 C3 7 补体为一组具有酶促反应活性的血清糖蛋白 在机体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 一般情况下 血浆中多数补体以无活性酶原形式存在 须经激活后才能发挥生物学功能 多种微生物成分 抗原 抗体复合物以及其他外源或内源性物质通过独立而又交叉的途径启动一系列丝氨酸蛋白酶的级联酶解反应而活化补体 补体活化的产物具有调理吞噬 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 补体是固有免疫防御体系的重要组分 也是抗体发挥免疫效应的重要机制 并参与适应性免疫应答及其调节 8 补体系统的组成componentsofthecomplementsystem 补体的固有成分C1q r s C4 C2 C3 B D P因子 MBL 甘露聚糖结合凝集素 MBL相关丝氨酸蛋白酶 MBL AssociatedSerumProteinase MASP 共有成分 C5 C6 C7 C8 C9补体活化的调节成分血浆或细胞膜表面控制补体活化强度和范围的蛋白分子补体受体 complementreceptor CR 细胞膜表面能与补体激活后所形成的活性片段相结合 介导多种生物效应的受体分子活化过程中产生的活性片段 9 补体固有成分的书写规范 多数按发现的顺序命名为C1 C9 补体成分1 9 其他成分以大写英文字母表示 如B因子 D因子 P因子等活化后的裂解小片段 补体成分符号后面加上小写英文字母如C3a C3b等小片段为a大片段为b被灭活的补体片段在其符号前加iiC3b 10 补体的理化性质 补体系统各成分均为糖蛋白 但有不同的肽链结构 各成分分子量变动范围很大血清补体蛋白约占血清总蛋白的5 6 含量相对稳定 疾病条件下可有波动 C3是血浆中浓度最高的补体成分某些成分对热不稳定 56 30min可灭活 室温下很快失活 0 10 活性仅保存3 4天 应 20 保存代谢速度快 血浆补体每天约有一半被更新 11 合成 肝细胞 单核 巨噬细胞 内皮细胞 肠道上皮细胞 肾小球细胞 等 血液 肝脏 代谢 广泛存在血清 组织液和细胞膜表面 肝脏和巨噬细胞是补体的主要产生细胞 血浆中大部分补体组分由肝脏分泌 不同组织中 尤其炎症灶中 巨噬细胞是补体的主要来源 可受炎性细胞因子的调节 12 补体的活化途径 1 经典途径 classicalpathway C1 q r s C4 C2 C3 C5 C6 C7 C8 C92 旁路途径 alternativepathway C3 B D P因子 C5 C93 MBL途径 MBLpathway 凝集素途径 MBL Mannose BindingLectin MASP MBL AssociatedSerumProteinase C4 C2 C3 C5 C9 共同的终末途径 13 经典途径 classicalpathway 指激活物与C1q结合 顺序活化C1r C1s C4 C2 C3 形成C3转化酶 C4b2b 和C5转化酶 C4b2b3b 的级联酶促反应过程 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段 14 激活物 免疫复合物为主 其他如C反应蛋白 细菌脂多糖 LPS 等也可以作为激活物激活条件 IgG1 IgG2 IgG3 IgM与C1结合 需要2个IgG或1个IgM分子 人类不同抗体活化C1q的能力 IgM IgG3 IgG1 IgG2 IgG4无激活经典途径的能力 15 C1由一个C1q 两个C1r和两个C1s分子借助钙离子连接而成的多聚体复合物C1q 识别作用 C1r C1s 催化作用C1q分子与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化 使与之结合的C1r活化 活化的C1r激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性 启动补体活化的经典途径 16 C terminalglobularheaddomains N terminalcollagenoustaildomain C1q由18条多肽链组成6条A链6条B链6条C链C1QA C1QB C1QCC1q识别Ig分子的补体结合位点IgG CH2IgM CH3识别抗原后 Ig的补体结合位点暴露 与C1q结合一个IgM五聚体便可以激活补体 单体形式IgG只有当2个或以上分子处理相邻位置方能激活补体C1q与抗体结合后构像变化 暴露C1r的蛋白水解酶部位 催化C1s由酶原转变为C4 C2转化酶 补体级联反应由此进入活化阶段 collagen likeregion C terminalglobularregion C1q识别抗原抗体复合物 17 18 19 活化阶段 活化的C1s的第一个底物为C4 将其裂解为C4a和C4b 后者结合紧邻IC结合处的细胞或颗粒表面活化的C1s的第二个底物为C2 将其裂解为C2a和C2b C2b可结合C4b形成C4b2b复合物 即经典途径中的C3转化酶 C4b2b C4b2b能够在短时间内迅速裂解C3 C3b进一步与C4b2b结合 形成C5转化酶 C4b2b3b 由此补体级联反应由此进入膜攻击阶段C4a C2a C3a释放到液相C3b还可以进一步裂解为C3c C3d C3dg 等小片段 C3d可参与适应性免疫应答 20 21 C5转化酶将C5裂解为C5a和C5bC5b与C6稳定结合为C5b6 其进一步自发结合C7形成C5b67 暴露膜结合位点 与附近的细胞膜非特异性结合 结合于膜上的C5b67可与C8结合 形成C5b678 其促进多个C9分子聚合 形成C5b6789n复合物 即攻膜复合物 membraneattackcomplex MAC MAC破坏局部磷脂双层而形成 渗漏斑 或穿膜的亲水性孔道 允许水 离子 可溶性小分子等自由流动 由于细胞内胶体渗透压比细胞外大 故大量水分内流 细胞逐渐肿胀并最终破裂 22 又称替代激活途径 其不依赖于抗体 而由微生物或外源性异物直接激活C3 在B因子 D因子和P因子 备解素 参与下 形成C3转化酶和C5转化酶 启动联级酶促反应的过程进化上最早出现 为抵御微生物感染的非特异性防线在感染早期发挥作用 无需要抗体的参与 或未免疫宿主 旁路途径 alternativepathway AP 23 激活物某些细菌 内毒素 酵母多糖 葡聚糖等 为补体激活级联反应提供接触表面和保护环境此途径从C3开始 24 基本过程 起始于生理状态下C3分子的自发 缓慢而持久的裂解 产生低水平的C3b 其在液相中极易失活 但结合于细菌 酵母多糖等固相表面时能避免淬灭 从而补体级联反应提供了必要的平台 结合自身组织表面的C3b可被多种调节蛋白灭活 结合于 激活物 表面的C3b可与B因子 complementfactorB CFB 结合 形成C3bB复合物 其在D因子 CFD 作用下 B因子裂解为Ba和Bb 后者仍与C3b结合 形成旁路途径的C3转化酶 C3bBb 但其半衰期短 P因子 CFP 备解素 与C3bBb结合 使之稳定性提高 10倍 C3bBbP裂解更多的C3 部分新生的C3b又可与Bb结合为新的C3bBb 形成旁路激活途径的正反馈放大效应 25 C3 C3b C3a C3b C3b C3b B B Bb Ba D P Bb P C3b为中心的正反馈环路 产生大量的C3bC3bBbC3bnBb C3转化酶 C3转化酶 高活性 26 旁路途径的C5转化酶 C3b C3bBb大量产生部分C3b可与C3bBb复合物结合 形成旁路途径的C5转化酶 C3bnBb或C3bBb3b C5与C3b结合 在C3bnBb作用下 将C5裂解为C5a和C5b 从而启动补体活化的效应阶段 与经典途径完全相同 27 天然活化 LPS等多糖类物质可促进其活化存在C3活化的放大机制 正反馈调节环路 产生C3转化酶和C5转化酶C1 C4和C2不参与不依赖抗体 发挥效应快速 在感染早期或初次感染便可发挥作用旁路途径是补体系统重要的放大机制 C3转化酶 稳定性 C5转化酶 C3转化酶 旁路途径的特点 28 凝集素途径 lectinpathway 又称MBL途径 MBLpathway 指血浆中甘露糖结合凝集素或纤维胶原素 ficolin FCN 等直接识别病原体表面糖结构 依次活化MBL相关丝氨酸蛋白酶 MASP C4 C2 C3 形成与经典途径中相同的C3和C5转化酶的级联酶促反应过程 MBL Mannose BindingLectin 甘露聚糖结合凝集素 又称甘露聚糖结合蛋白 mannose bindingproteinormannan bindingprotein MBP 可识别和结合病原微生物表面的甘露糖或 氨基半乳糖 29 激活物病原体表面的糖结构 MBL和FCN可选择性识别多种病原体表面以甘露糖 甘露糖胺等为末端糖基的糖结构 这些糖结构在细菌 真菌及寄生虫细胞表面常见 而在哺乳动物细胞罕见 30 MBL分子结构 MBL MBP立体构像类似C1q分子 C1q 31 Ficolin FCN 包括FCN1 FCN2 FCN3FCN1单核等细胞表面FCN2 3 体液FCN的配体是乙酰化物质如乙酰化糖 识别表达葡糖胺 半乳糖胺等糖基的病原体 32 MASP MBL相关丝氨酸蛋白酶 特性与C1r C1s相似 1990年 MBL激活经典途径无需C1q和抗体参与1992年鉴定第一个MASP MASP 1 1996年MASP 2 33 基本过程 MBL MASP或FCN MASP复合物与病原体表面的糖结构结合后 MBL或FCN构像发生变化 使与之结合的MASP 1和MASP 2被分别激活MASP 2裂解C4 C2 生成经典途径相同的C3转化酶 继之裂解C3产生C5转化酶活化的MASP 1直接裂解C3产生C3b 在D因子 P因子参与下 激活补体旁路途径 34 MBL途径起始于病原微生物感染早期所诱生的急性期蛋白 如MBL MBP CRP 具有激活补体的作用正常血清 MBL水平极低感染 MBL水平明显升高MBL能与血清中的MASP结合 调控其活性 MASP MBL AssociatedSerumProteinase MBL相关的丝氨酸蛋白酶 35 C4 C2 MASP1 MASP2 C3转化酶形成的参与成分 MBL途径 病原微生物 C3 MASP MBL AssociatedSerumProteinase MBL相关的丝氨酸蛋白酶 36 37 Anaphylatoxin 过敏毒素 指补体裂解小片段C3a C4a和C5a 它们具有趋化炎症细胞和加强炎症反应的功能 C5a的活性最强 C3a次之 C4a较弱 38 效应分子 MAC membraneattackcomplex C5转化酶 C4b2b3b或C3bnBb 共同的终末途径 39 40 41 三条途径的比较 抗原 抗体复合物 病原体表面甘露糖残基 病原体表面多糖 经典途径 MBL途径 旁路途径 C1qrsC4 C2 MBL MASPC4 C2 B因子 D因子P因子 C3 C5 MAC组装 C6 C7 C8 C9 42 三条补体途径的特点 进化中出现的顺序 旁路途径 MBL途径 经典途径相互交叉 具有共同的终末通路经典途径 激活物主要由IgG或IgM结合膜型抗原或游离抗原所形成的免疫复合物 IC C1q识别IC是该途径的起始步骤 C3和C5转化酶为C4b2b C4b2b3b 启动依赖特异性抗体的产生 故在感染的后期 或恢复期 才能发挥作用 并参与抵御相同病原体再次感染机体 旁路途径 激活物为细菌 真菌或病毒感染的细胞等 为自发产生的C3b提供反应表面 C3和C5转化酶为C3bBb C3bBb3b 存在正反馈方法环 无需抗体存在 故在抗体产生之前的感染早期或初次感染即可发挥作用 凝集素途径 激活物非常广泛 主要是多种微生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖 由MBL或FCN等识别 除了识别机制与经典途径不同 后继过程基本相同 对旁路和经典途径具有交叉促进作用 无需抗体参与 故在抗体产生之前的感染早期或初次感染即可发挥作用 43 补体激活的调节 1 控制补体活化的启动2 补体活性片段自发性衰变C4b C3b C5b C4b2b C3bBb等3 血浆和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白可溶性的补体调节蛋白 C1抑制物 C1INH H因子 I因子 C4结合蛋白 C4bp S蛋白 SP 等 膜表面补体调节蛋白 补体受体1 CR1 衰变加速因子 CD55 DAF 膜辅蛋白 CD46 MCP CD59等 注 P因子起正调节作用 44 C1抑制物 C1INH 正常情况下 C1INH与C1r结合着 可防止由C1构象改变引起的自发活化 IC与C1q结合 C1INH的抑制作用即被解除 C1r构象改变而活化 继而启动后继酶促反应 抑制活化状态的的C1r C1s和MASP活性 使其丧失酶解能力 阻断C4b2b形成 45 angioedema血管神经性水肿 46 I因子 factorI 将游离的C3b或C4b裂解 从而抑制C3 C5转化酶的形成 膜型补体调节蛋白MCP CD46及CR1可辅助I因子 加速其裂解作用 MCP Membranecofactorprotein 膜辅助蛋白 辅助I因子灭活C3b C4b I因子 47 H因子 H因子是旁路途径的主要抑制因子 抑制旁路途径的C3转化酶 C3bBb 及C5转化酶 C3bnBb或C3bBb3b 的形成与活性H因子与C3b的亲和力是B因子的100倍以上 抑制C3bBb的形成 H因子与C3b的结合可以竞争性抑制C3b同C5的结合 48 DAF decayacceleratingfactor 促衰变因子 分布于机体大部分细胞 DAF缺陷导致阵发性血红蛋白尿 paroxysmalnocturnalhemoglobulinuria PNH CR1及CD55 DAF 与C2竞争结合C4b C3b 抑制膜结合状态C3转化酶的形成 49 CD59和S蛋白 抑制MAC形成 50 同源限制 homologousrestriction 当靶细胞与补体来源于同一种属时 补体的溶细胞效应受到限制的现象 51 补体受体 共价结合于细胞表面的C3裂解片段的受体 CR1 CR2 CR3 CR4可溶性C3a C4a C5a片段受体 介导炎症反应 52 C3转化酶 I因子 I因子 CR1 血浆蛋白酶 53 54 CR1 C3b C4bR CR1表达于红细胞 中性粒细胞 巨噬细胞 嗜酸性粒细胞 T细胞 B细胞 DC表面抑制补体激活 与C3b C4b结合抑制C3转化酶形成调理作用 促进吞噬细胞吞噬异物清除免疫复合物CR2 C3dR CD21 CR2表达于B细胞 DC 鼻咽部上皮细胞表面免疫调节 促进B细胞分化 增生 记忆和抗体产生是EB病毒的受体CR3 iC3bR CD11b CD18 中性粒细胞 单核 巨噬细胞肥大细胞 NK细胞表面参与细胞之间的黏附作用白细胞从血管向炎症部位的迁移CR4 iC3bR CD11c CD18 其分布和功能与CR3相似 55 56 补体基因座GenelocusofComplement 1 补体活化调节蛋白基因座 RegulatorofComplementActivationLocus 位于人或小鼠第1对染色体上 包括MCP CR1 CR2 DAF C4bp H因子等 MCPCR1CR2DAFC4bpH因子 Chr1 720kb 57 2 MHCIII类抗原C4 C2 B因子 DPDQDRC2BfC4AC4BBCA HLAII类HLAIII类HLAI类 58 补体的生物学功能 细胞毒作用 溶细胞 细菌和病毒complement dependentcytotoxicity CDC调理作用 opsonization C3b C4b iC3b免疫粘附作用 以清除免疫复合物 引起炎症反应 C3a C4a C5a免疫调节作用 调节免疫应答 59 CDC 参与宿主抗细菌 主要是G 细菌 抗病毒及抗寄生虫等防御机制 参与机体的抗肿瘤免疫效应机制 某些病理情况下引起机体自身细胞破坏 导致组织损伤与疾病 如血型不符输血后的溶血反应以及自身免疫病 60 调理吞噬作用 补体活化产生的酶解片段直接结合细菌或其他颗粒性物质表面 通过吞噬细胞表面相应的补体受体结合而促进吞噬细胞对其吞噬作用 调理吞噬是机体抵御细菌和真菌感染的重要机制之一 61 62 免疫粘附作用 C3b与免疫复合物 IC 结合 同时黏附于CR1 红细胞 血小板 从而将IC运送到肝脏和脾脏被巨噬细胞吞噬 清除 此作用即免疫黏附 immuneadherence 63 介导炎症作用 组胺 产生氧自由基 前列腺素和花生四烯酸等 64 补体的病理生理学意义 机体抗感染防御的主要机制 参与固有免疫防御 适应性免疫应答效应阶段 是固有免疫与适应性免疫的桥梁维持维持内环境的稳定 如清除免疫复合物参与适应性免疫应答 如调理吞噬促进APC摄取和加工抗原 启动适应性免疫应答 与抗原结合的C3d与B细胞表面CD21 CD19 CD81复合物中CD21 CR2交联 形成BCR 抗原 CD3d CR2复合物 为B细胞的活化提供第一信号 等 补体系统与其他系统的相互作用 如C1INH可抑制激肽释放酶 血浆纤溶酶 凝血因子VII和VI 65 补体与疾病