第5节补体系统

1、第五章,补,体,系,统,Jules Bodet (1870-1961),Discoverer of Complement,第一节,概,述,一、概,念,定义：,补体,(complement,，,C),是存在于正常,人和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。,(,活化后具有酶活性的蛋白质,),功能：,可辅助和补充特异性抗体，介导免,疫溶菌、溶血作用，故称为补体。,第一节,概,述,组成：,目前已知补体是由,1,）,30,余种可溶性蛋白、,2,）膜结合蛋白,3,）补体受体,组,成,的,多,分,子,系,统,，,故,称,为,补,体,系,统,(complement,system),。,第一节

2、,概述,生物学效应,在补体系统激活过程中，可产生多种生,物活性物质，引起一系列生物学效应。,1,）参与机体的抗感染免疫，,2,）扩大体液免疫效应，,3,）调节免疫应答；,4,）介导炎症反应，导致组织损伤。,第一节,概,述,二、补体系统的组成,由三部分组成,：,1,、参与级联反应的补体成分,（即,补体系统的固有成分）。包括：,经典途径的：,C1q,、,C1r,、,C1s,、,C2,、,C4,；,甘露聚糖结合凝集素（,mannan-binding lectin,，,MBL,）激活途径的：,MBL,和丝氨酸蛋白酶,(serine protease);,旁路激活途径的：,B,、,D,、,P,因子,；,

3、参与共同末端通路的：,C3,、,C5,、,C6,、,C7,、,C8,、,C9,。,第一节,概述,2,、补体激活的调节蛋白,主要以可溶性和膜结合两种形式存在：,（,1,）可溶性调节蛋白,：,C1,抑制物、,P,因子、,I,因子、,H,因子、,C4,结合蛋白、,S,蛋白、,SP40/40,等；,（,2,）膜结合调节蛋白,：促衰变因子、膜辅,助蛋白、同种限制因子、膜反应溶解抑制,因子等。,第一节,概述,3,补体受体（,CR,）,补体受体可与相应的补体活性片段,或调节蛋白结合，介导补体生物学效,应。,包括：,CR1CR5,、,C3aR,、,C2aR,、,C4aR,、,C5aR,等,三、补体系统的命名,

4、1968,年世界卫生组织（,WHO,）对补体,进行了统一命名。,（,1,）参与经典激活途径的固有成分：,按,其被,发现的先后,分别命名为,C1,（,C1q,、,C1r,、,C1s,）、,C2,C9,。,（,2,）旁路途径的成分：,以,大写英文字母,表示，如：,B,因子、,D,因子、,P,因子。,三、补体系统的命名,（,3,）补体调节蛋白：,根据其,功能,命名，,如：,C1,抑制物、,C4,结合蛋白,(C4bp),、促,衰变因子、膜辅因子蛋白、同种限制因,子等。,（,4,）补体受体：,以其,结合对象,命名，如：,C3aR,。,（,5,）补体活化后的裂解片段：,以该成分后,附加小写字母表示，如：,

5、C3a,和,C3b,、,C5a,和,C5b,等。,三、补体系统的命名,（,6,）具有,酶活性,的成分或复合物：,在其符号,上加一横线表示，如：,C4b2b,、,C3bBb,。,（,7,）,灭活,的补体片段：,在其符号前加英文字,母,i,表示，如：,iC3b,。,三、补体系统的命名,1,合成补体细胞：,肝细胞、巨噬细胞、肠粘,膜上皮细胞和脾细胞等中合成。,2,化学组成：,球蛋白，多数为,?,球蛋白，少,数为,?,或,?,球蛋白。,3,血,清,中,含,量,：,含,量,相,对,稳,定,，,约,为,4mg/mL,，约占血清总球蛋白的,10,%,，其,中,C3,含量最高，约,1.3mg/mL,D,因子含

6、量,最低约,2,g/mL,。,四、补体成分的理化性质,4,存在形式：,正常生理状况下，多数补体,成分以,非活化形式,存在。,（酶原）,5,热稳定性：,对热不稳定，,56,30min,即,被灭活，,0,10,条件下活性只能保持,34d,。,（不稳定）,6,抗性：,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。,（弱）,四、补体成分的理化性质,补体系统的激活主要有三条途径,（,1,）经典途径,（,2,）旁路途径,（,3,）,MBL,途径,五、,补体系统激活的途径,第二节,补体系统激活的经典途径,以抗原抗体复合物为主要刺激物，,使补体固有成份,C1C9,发生酶促级联反应，,

7、产生一系列生物学效应和最终发生细胞溶,解作用的补体活化途径，称为,。,刺激物：,抗原抗体复合物,;,酶促级联反应,:,C1C9;,最终生物学效应,:,细胞溶解。,经典途径定义,1,激,活,物,抗,原,抗,体,形,成,的,免,疫,复,合,物,(immune,complex,，,IC),是经典途径的主要激活物。,游离的抗体不能激活补体，只有当抗体与抗原,或细胞表面结合后,Ig,的,Fc,段发生构象改变，,C1q,才能与,Fc,段的补体结合点接近并结合，从而触发,激活过程。,一、,激活物与激活条件,2,激活条件：,触发,C1,活化的条件为,C1,只,能,与,IgM,的,CH3,区,或,某,些,IgG

8、,亚,类,（,IgG1,、,IgG2,、,IgG3,）的,CH2,区结合才能活化；,（活化：,C1+IgM,CH3,区或,C1+,IgG,CH2,区）,每一个,C1q,分子须同时与,两个以上,Ig,的,Fc,段结合。,（,C1q+2,Fc,）,一、,激活物与激活条件,（,C1q+2,Fc,）,IgG,（,1,个,Fc,）,：为,单体,，与抗原结合时,需要两个相邻的,IgG,分子共同与,C1q,桥联，,才能使,C1,活化；,IgM,（,5,个,Fc,）,：为,五聚体,，至少可同时,提供,5,个,Fc,段的补体结合位点，故一个,IgM,分子与抗原结合即可有效启动经典途径。,一、,激活物与激活条件,

9、一、,激活物与激活条件,No activation,Activation,参与经典途径的固有成分包括,C1C9,，,按其在激活过程中的作用，可分为三组：,1,识别单位（,C1q,、,C1r,、,C1s,）、,2,活化单位（,C4,、,C2,、,C3,）、,3,膜攻击单位（,C5C9,）。,整个激活过程可分为三个阶段：,1,识别、启动阶段；,2,活化阶段；,3,膜攻击阶段（末端效应）。,二、激活过程,1,识别阶段,即,C1,识别,IC,而活化,形成,C1,酯酶,的阶段。,1,）,C1,组成,（,C1q+ C1r+C1s,）,C1q+ C1r+C1s 3,个亚单位借,Ca,2+,连接而成的大分子复

10、合物。,2,）,C1,的,3,个亚单位的功能,（,1,）,C1q,：识别作用；,（,2,）,C1r,和,C1s,：催化作用。,二、激活过程,识别阶段,C1=C1q+ C1r+C1s,C1q,分子识别,IC,并与之结合后，发生构象,改变，使,C1r,活化成为具有酶活性的,C1r,，,进而激活,C1s,，形成具有丝氨酸蛋白酶活性,的,C1,复合物，即,C1,酯酶。,（,C1q+ IC ,识别,变构,活化,C1r,激,活,C1s C1,复合物即,C1,酯酶）,二、激活过程,识别阶段,（,C1q+ IC ,识别,变构,活化,C1r,激活,C1s C1,复合物即,C1,酯酶）,2,活化阶段,：,即,C3

11、,转化酶,和,C5,转化酶,形成阶段。,1,）,C3,转化酶,（,C2a4b,复合物）,在,Mg,2+,存在的条件下，,C1,可裂解,C4,，产生,C4a,和,C4b,两个片段。,C4a,游离于液相；,C4b,可与邻近细胞,表面或,IC,结合，形成,固相,C4b,，而未能与膜结合的,C4,a,在液相中则很快被灭活。,C2,对固相,C4b,有较高,亲和力，能与之结合,，继而,C2,被裂解为,C2a,和,C2b,。,C2b,游离于液相；,C2a,则与固相,C4b,结合,，形成稳定,的,C2a4b,复合物，,此即经典途径的,C3,转化酶。,二、激活过程,2,活化阶段,：,即,C3,转化酶,和,C5,

12、转化酶,形成阶段,1,）,C3,转化酶,（,C2a4b,复合物）,C1,可裂解,C4 C4a,（液相）,+ C4b,（固相）,C1,可裂解,C2 C2a,（固相）,+ C2b,（液相）,IC+,C4b,C4b,IC+,C2a,C2a4b,复合物,（,C3,转化酶）,二、激活过程,2,活化阶段,2,）,C5,转化酶,（,C2a4b3b,三分子复合物）,在,C3,转化酶作用下，,C3,被裂解为两个片段：,C3a,游离于液相；,C3b,与细胞膜表面的,C2a4b,结合，形成,C2a4b3b,三分子复合物，即,C5,转,化酶。,二、激活过程,2,活化阶段,：即,C3,转化酶和,C5,转化酶形成阶段,二

13、、激活过程,2,）,C5,转化酶,（,C2a4b3b,三分子复合物）,C2a4b,裂解,C3 C3a,（液相）,+ C3b,（固相）,C3b+ C2a4b C2a4b3b,三分子复合物,(C5,转化酶,),3,膜攻击阶段：,即补体活化的末端效应阶段。,此阶段形成膜攻击复合体,(membrane,attack,complex,，,MAC),，导致靶细胞,溶解。,二、激活过程,3,膜攻击阶段,补体活化的经典和旁路途径,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,

14、C1s,，在,Mg+,存在下可,启动,补,体活化的经典途径。,三、几种重要的补体固有成份的结构和功能,1,、,C1,分子的结构和功能,2,、,C4,分子的结构、裂解片段及其功能,是,C1,作用的底物之一，裂解形成的小,片段,C4a,有较弱的,过敏毒素样,作用，大片,段,C4b,可迅速于周围临近的细胞或抗原,抗体复合物非特异性结合而获得相应,的稳定性。,C4,分子,:,C1,作用的底物,;,C4a,：过敏毒素样作用；,C4b,：与抗原抗体复合物结合。,三、几种重要的补体固有成份的结构和功能,3,、,C3,分子的结构、裂解片段及其功能,在,C3,转化酶,作用下裂解出的小片段,C3a,释,放至液相成

15、为过敏毒素,，大片段,C3b,与细胞膜,表面的,C3,转化酶稳定结合成,C5,转化酶,，,C3b,也可以,N,端直接结合免疫复合物，,C,端同,CRI,结合，介导调理和免疫黏附作用。,C3,分子,:,C3,转化酶底物,;,C3a,：过敏毒素；,C3b,：与,C3,转化酶结合成,C5,转化酶,三、几种重要的补体固有成份的结构和功能,未与,抗原,结合,的,IgM,示意,图,与抗,原结,合后,的,IgM,示意,图,未与,抗原,结合,的,IgM,电镜,结果,与抗,原结,合的,IgM,电,镜结,果,识别、启动阶段,活化阶段：,C3,转化酶,活化阶段：,C5,转化酶,膜攻击阶段,膜攻击阶段,膜攻击阶段,M

16、AC,的电镜结果,补体诱导的,RBC,膜的破裂,膜攻击阶段,第三节,补体活化的旁路激活途径,一、定义,不经,C1,、,C4,、,C2,活化，而是在,B,、,D,、,P,因子参与下，直接由,C3b,与激活物结合,启动补体酶促级联反应，产生一系列生物,学效应和最终产生细胞溶解作用的补体活,化途径，称为。,第三节,补体活化的旁路激活途径,主要在启动阶段和,C3,、,C5,转化酶形,成的不同，一旦,C5,转化酶形成以后，其,后继结果则完全相同。,1,）启动阶段；,2,）,C3,、,C5,转化酶形成。,二、旁路激活途径同经典途径活化的比较,1,激活物：,某些细菌如革兰阴性菌的内毒,素、肽聚糖、酵母多糖、

17、葡聚糖、凝聚,IgA,和,IgG4,等为旁路途径的主要“激活物”。,（细菌内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝集,IgA,和,IgG4,等）,三、激活物,2,激活特点：,这种激活方式,不依赖于特异性抗体,的形,成，从而可在,感染早期,为机体提供有效的,防御机制。,1,）不依赖于特异性抗体的形成；,2,）感染早期有效的防御机制,三、激活物,1,C3,是启动旁路途径的关键分子,（,C3,转化酶的形成）,在生理条件下，血清中,C3,可受蛋白酶等作用，缓,慢而持久的自发降解，产生低水平的,C3b,。在,Mg,2+,离子存在下，,C3b,可与,B,因子结合形成,C3bB,复合体，,血清中活性的,D,因子可将结合

18、状态的,B,因子裂解为,Ba,和,Bb,。,Ba,释,放,入,液,相,；,Bb,仍,粘,附,于,C3b,，,形,成,C3bBb,，即旁路途径,C3,转化酶,，可裂解,C3,。,四、激活过程,C3,自发降解,C3,bC,3bB,复合体,D,因子,形成,C3bBb,（即旁路途径,C3,转化酶）,2,C3bBb,产量调控,（,H,、,I,因子）,很低水平,C3bBb,极不稳定，可被迅速降解。血清中,P,因,子可与,C3bBb,结合成,C3bBbP,，使之稳定。体液中,存在的,H,因子可置换,C3bBb,中,Bb,，使,C3b,与,Bb,解,离，游离的,C3b,立即被,I,因子灭活。因此，在生理,情况

19、下，,I,因子和,H,因子调控着液相中,C3bBb,产量，,使之保持在很低水平，避免,C3,大量裂解及后续补,体,成,分,的,激,活,。,这,种,C3,的,低,速,裂,解,和,低,浓,度,C3bBb,的形成，对补体的激活具有重要意义，可,视为生理情况下的准备阶段。,四、激活过程,C3,bBbP,因子,C3bBbP,H,因子,C3,bC,3b,被,I,因子,灭活,调控,C3bBb,产量,保持很低水平,3,C5,转化酶形成（,C3bBb3b,）,结合于激活物表面的,C3bBb,或,C3bBbP,，,即固相,C3,转化酶，可使,C3,大量裂解，产生,更多,C3b,。,C3b,与,C3bBb,结合为,

20、C3bBb3b,，,此即旁路途径,C5,转化酶,。,四、激活过程,4,末端效应阶段,C5,转化酶一旦形成即进入末端效应阶段,，,其后续激活过程及效应与经典途径完全相同，,最终形成,MAC,，,导致靶细胞溶解,。,同时，激活过程中产生的大量,C3b,还可再与,B,因子结合，形成更多,C3,转化酶，从而构成,旁路途径的反馈性放大机制。,四、激活过程,旁路激活途径,旁路激活途径,旁路激活途径,C3,转化酶的功能,旁路激活途径,C5,转化酶的形成,旁路激活途径,C5,转化酶的功能,旁路激活途径,补,体,活,化,的,旁,路,激,活,途,径,主,要,过,程,补体活化的经典和旁路途径,五、经典和旁路途径的主

21、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,细菌内毒素、肽聚糖、,酵母多糖等,C1C9,C3,、,B,、,D,、,P,因子,和,C5C9,Ca,+,、,Mg,+,Mg,+,C2a4b,C3bBb(P),C2a4b3b,C3bBb3b,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,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基本类似,。,MBL,：甘露聚糖结合凝集素,（,mannan-,bindin

22、g,lectin,，,MBL,）,第四节,补体活化的,MBL,途径,一、过程,第四节,补体活化的,MBL,途径,MBL,首先与细菌的甘露糖残基结合，然后与,丝氨酸蛋白酶结合，形成,MBL,相关的丝氨酸蛋,白,酶,（,MBL,associated,serine,protease,，,MASP,）；,MASP,与活化的,C1q,具有相似的生物,学活性，可水解,C4,和,C2,分子，继而形成,C3,转化,酶，其后的反应过程与经典途径相同。,此激活途径也不依赖特异性抗体产生。,MBL,+,病原体甘露糖残基,+,丝氨酸蛋白酶,C4,C2,MASP,C4a + C4b,C2a + C2b,+,C4b2b,

23、C3,转化酶,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,经典途径基本类似,。,第四节,补体活化的,MBL,途径,MASP,：,MBL,相关的丝氨酸蛋白酶,二、,MBL,途径特性,1,、,成份：,MBL,是一种钙依赖性糖结合蛋,白，属于,凝集素,家族，结构与,C1q,类似，可,与,细菌的甘露糖残基,结合。,2,、含量：,正常血清中,MBL,水平极低，在,急性期反应时其水平明显升高。,3,、特点：,激活途径不依赖特异性抗体产生。,第四节,补体活化的,MBL,途径,补体的三条激活途径既有共同之处，,又有各自特点。,（,1,）旁路途径和,MBL,途

24、径在初次感染或,感染早期,发挥作用，对机体自身稳定和,防御原发性感染有着重要意义；,（,2,）经典途径则通常在,疾病恢复或持续,过程,中发挥作用,。,三、三条激活途径的比较,第五节,补体活化途径的调节,1,调节意义,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,抗,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,。,第五节,补体活化途径的调节,2,调节类型,（,1,）补体自身衰变的调节；,（,2,）体液中可溶性调节分子的作用；,（,3,）膜结合性调节分子的作用等。,补体激活过程中产生的大量生物活

25、性物质,极不稳定，易发生自行衰变，成为补体激活,过程中的自控机制。,例如,（,1,）,C2b,、,C4b,自行衰变，影响,C4b2b,形成；,（,2,）,C5b,也易衰变，影响,C5b67,的形成。,一、自身衰变的调节,血清中含有多种补体成分的抑制物或,灭活因子，分别灭活特定的补体成分。,1,C1,抑制物,能与活化的,C1q,结合，使,之失去酯酶活性，不能裂解,C4,和,C2,，故,不再形成,C3,转化酶，从而阻断后续补体,成分的活化。,（抑制,C1,酯酶活性）,二、体液（液相）中补体调节成份的作用,1,C1,抑制物,2,C4,结合蛋白（,C4bp,）,能与,C4,结合，辅助,I,因子裂解液相

26、中,C4b,，,从而竞争性抑制,C2,与,C4b,结合，阻止经典途,径,C3,转化酶（,C4b2b,）形成。,（与,C4,结合，阻止,C3,转化酶形成）,二、体液（液相）中补体调节成份的作用,3,H,因子,与,C3b,结合，辅助,I,因子裂解液相中,C3b,，竞争性抑制,B,因子与,C3b,结合，阻止,旁路途径,C3,转化酶形成。,H,因子还可从,C3bBb,中解离并置换,Bb,，促进旁路途径,C3,转化酶衰变失活。,（与,C3b,结合，阻止旁路途径,C3,转化酶形成）,二、体液（液相）中补体调节成份的作用,3,H,因子,4,I,因子,具有丝氨酸蛋白酶活性，在,C4bp,、,H,因子和膜辅助因

27、子等调节成份协同下，能,使,C4b,和,C3b,裂解失活，从而抑制经典和旁,路途径,C3,转化酶的形成。,（抑制经典和旁路途径,C3,转化酶的形成）,二、体液（液相）中补体调节成份的作用,5,S,蛋白,又称攻膜复合物抑制因子，能,干扰,C5b67,复合物与细胞膜结合，从而阻,止膜攻击复合物（,C5b6789,）形成，保护,细胞不受损伤。,（阻止膜攻击复合物形成）,6,过敏毒素灭活因子,即血清羧肽酶,B,，,可通过去除,C3a,、,C4a,和,C5a,分子羧基末端,的精氨酸残基而使之失活。,（灭活,C3a,、,C4a,、,C5a,分子）,二、体液（液相）中补体调节成份的作用,三、膜结合性调节分子

28、的调节,体内有多种膜结合型补体调节分子，它,们以特定方式与补体成分相互作用，使补,体的激活处于精细的平衡状态，从而既能,有效杀灭外来微生物，又能防止对自身组,织造成损害。,1,膜辅因子蛋白：,协助,I,因子将自身组织,细胞表面结合的,C4b/C3b,裂解,失活，从而,保护正常自身组织细胞免遭补体激活介导,的损伤。,三、膜结合性调节分子的调节,2,促衰变因子,（促使,C3,转化酶自发衰变）,竞争性抑制,B,因子与,C3b,结合，,阻止旁,路途径,C3,转化酶形成；,能从,C4b2b,和,C3bBb,复合物中快速解离,C2b,和,Bb,，使瞬间形成的,C3,转化酶立即,自发衰变,，保护正常组织细胞

29、不致因补体,激活而被溶解破坏。,三、膜结合性调节分子的调节,3,同种限制因子,(C8bp),又称,C8,结合蛋白，能与,C8,结合，可抑,制,C9,分子与,C8,结合、聚合，阻止膜攻击,复合物形成，以保证补体激活时周围正常,自身组织细胞不被无辜溶解破坏。,（抑制,C9,分子与,C8,结合）,C1,抑制物,C4,结合蛋白,抑制,C1,酯酶的活性,与,C4,结合，阻止,C3,转化酶形成,H,因子的作用,DAF,因子的作用,与,C3b,结合，阻止旁路途径,C3,转化酶形成,促使,C3,转化酶自发衰变,同源限制因子的作用,S,蛋白：,干扰,C5b67,复合物与细胞膜结合,抑制,C9,分子与,C8,结合

30、,第六节,补体的生物学功能,1,、溶菌和细胞溶解作用,（,1,）溶菌,1,）,细菌与相应抗体（,IgG13,或,IgM,）结合后，,经经典途径活化形成的,MAC,可产生溶菌作,用；,（经典途径）,2,）,虽然没有抗体存在，但通过和,G,-,细菌的,LPS,直接相互作用可激活补体的旁路途径，,最终形成,MAC,而溶解细菌。,（旁路途径）,第六节,补体的生物学功能,1,、溶菌和细胞溶解作用,（,2,）细胞溶解,针对自身抗原抗体，同相应细胞结合后,也能产生溶细胞作用。,第六节,补体的生物学功能,2,、促进中和及溶解病毒作用,（,1,）中和病毒：,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

31、,体对病毒的中和作用；,（抗体参与,）,（,2,）溶解病毒：,在没有抗体存在时，补,体也可对病毒产生溶解灭活作用。,（抗体不参与,）,第六节,补体的生物学功能,3,调理作用,血清中调理素,(opsonin,，如抗体和补,体,),与细菌或其他颗粒性抗原物质结合，,可促进吞噬细胞的吞噬作用，,称为调理,作用,。补体激活过程中产生的,C3b,、,C4b,和,iC3b,等均属重要的调理素。,（,补体,+,抗原,促进吞噬细胞的吞噬作用,）,第六节,补体的生物学功能,4,、清除免疫复合物,(IC),体内形成中等大小循环,IC,并发生沉积，可,激活补体，从而造成周围组织损伤。补体成份,的存在有助于减少,IC,产生，并使已形成的免疫,复合物解离或溶解，从而发挥自我稳定作用，,避免,IC,过度生成和沉积所致的组织损伤。,（减少,IC,产生与沉积，自我稳定作用）,第六节,补体的生物学功能,5,、免疫调节作用,补体成分可与多种免疫细胞相互作,用，调节细胞的增殖和分化。例如，,C3b,与,B,细胞表面,CR,结合，可促进,B,细,胞增殖分化为浆细胞。,（调节免疫细胞的增殖和分化）,第六节,补体的生物学功能,6,、引起炎症反应,补体激活过程中可产生多种具,有,炎,症,介,质,作,用,的,活,性,片,段,，,如,C3a,、,C4a,和,C5a,等。,1,）激肽样作用,C2a,具有