病原生物学与免疫学-第三十章课件

第三十章补体系统第三十章补体系统补体（complement，C）是存在于人和脊椎动物血清与组织液中的一组具有酶活性的蛋白质。早在1895年，比利时科学家Bordet即证明，人和动物新鲜血清中含有一种对热不稳定的成分，这种成分是抗体发挥溶细胞作用的必要补充条件，故被称为补体。第三十章补体系统补体并非单一分子，而是包括30多种可溶性蛋白和膜结合蛋白，故被称为补体系统。补体广泛参与机体抗微生物免疫防御反应和免疫调节，也可介导免疫病理的损伤性反应。第一节概述第一节概述一、补体的组成和命名（一）补体系统的组成补体系统各成分根据生物学功能不同可分为三类：①在体液中参与补体激活过程的各种固有成分。②以可溶性或膜结合形式存在的各种补体调节蛋白。③结合补体活性片段或调节补体生物效应的各种补体受体。第一节概述一、补体的组成和命名（二）补体系统的命名根据WHO命名委员会对补体各成分的命名，通常把参与经典激活途径的固有成分以符号“C”表示，按其被发现的先后顺序分别称为C1、C2、C3，…，C9，其中C1又包括C1q、C1r和C1s三个亚单位。补体系统其他成分用大写英文字母表示，如B因子、D因子、P因子等。第一节概述一、补体的组成和命名.补体调节蛋白多根据功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白、促衰变因子（DAF）等。补体活化后的裂解片段在其符号后加小写字母，大片段加b，小片段加a，如C3b、C3a。补体成分被激活时，具有酶活性的成分或复合物，在其符号上加一横线表示，如C 、C 等。被灭活后的成分在其符号前加i表示，如iC3b。第一节概述二、补体的理化性质补体各成分大多由肝细胞合成，少量由单核—巨噬细胞和肠黏膜上皮细胞合成。补体化学成分多数为β球蛋白，少数为α或γ球蛋白，约占血清球蛋白总量的10%。在血清中以C3含量最高，D因子含量最少。补体性质很不稳定，对许多理化因素敏感，56℃经30分钟即可灭活，室温下补体活性可减弱或消失，在0～10℃仅能保持3～4天，故抗体保存应在-20℃以下。第二节补体系统的激活与调节第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活补体系统各成分多以非活化状态存在于血清中。补体系统的激活是指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。补体系统的激活主要有三条途径：①从C1q开始激活的途径称为经典途径或传统途径；②从MBL（甘露聚糖结合凝集素）结合至细菌启动激活的途径称为MBL途径；③从C3开始激活的途径称为旁路途径或替代途径。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活.（一）经典激活途径经典激活途径的主要激活物质是特异性抗体（IgG或IgM）与相应抗原结合形成的免疫复合物。参与补体经典激活途径的固有成分包括C1～C9。整个过程分为识别、活化和膜攻击三个阶段。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活识别阶段即C1识别免疫复合物被活化后形成C1酯酶的阶段。C1是由一个C1q分子、两个C1r和两个C1s分子组成的大分子复合物。抗体与抗原的结合，导致抗体发生构象改变，使Fc段上的补体结合部位暴露出来，C1q能识别并与之结合，每一个C1q分子必须同时与两个以上Ig的Fc段结合，才能启动补体系统的活化。1．识别阶段第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活补体结合部位与C1q接触，形成C1q与抗体桥联，导致C1r和C1s的相继活化。C1s具有酯酶活性，在经典途径中，一旦形成C，即完成识别阶段，并进入活化阶段。1．识别阶段第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活活化阶段为C作用于后续的补体成分，至形成C3转化酶（C）和C5转化酶（C ）的阶段。C4是C1s的底物。C1s使C4裂解为C4a和C4b两个片段，C2在Mg2+存在下，被C1s裂解为C2a和C2b两个片段，C4b与C2b结合成C即为经典途径的C3转化酶。C3被C3转化酶裂解为C3a和C3b两个片段，C3b与C 相结合产生的C 为经典途径的C5转化酶。2．活化阶段第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活膜攻击阶段是形成膜攻击复合物（MAC），最终导致细胞受损、细胞裂解的过程。C5转化酶裂解C5为C5a和C5b两个片段。C5a游离于液相中，具有过敏毒素作用和趋化作用；C5b与C6和C7结合形成C5b67复合物。C5b67对C8具有高亲和力，C8结合到此复合物上形成C5b678。C5b678复合物作为C9的受体，能催化C9聚合，C9与C5b678结合并进行环状聚合，形成C ，即补体的膜攻击复合物（MAC）。3．膜攻击阶段第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活MAC贯穿整个靶细胞膜形成跨膜孔道，使靶细胞膜失去通透屏障作用，电解质从细胞内逸出，水大量内流，使细胞膨胀而溶解。3．膜攻击阶段第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活.（二）MBL激活途径MBL激活途径与经典激活途径基本相似，MBL和C反应蛋白是MBL激活途径的主要激活物。在病原微生物感染早期，肝细胞合成分泌的MBL增加。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活MBL是一种钙依赖性糖结合蛋白，属于凝集家族，可与某些细菌表面的甘露糖残基结合，然后与氨基酸蛋白酶结合，形成MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MBL-associatedserineprotease，MASP）。MASP具有与活化的C1q相同的生物学活性，可裂解C4和C2，形成C3转化酶，其后的反应过程与经典激活途径相同。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活.（三）旁路激活途径旁路激活途径又称替代途径，与经典激活途径的不同之处主要是越过C1、C4和C2，直接激活C3，然后完成C5～C9的激活过程。旁路激活途径的激活物主要是细菌细胞壁成分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸），还有凝聚的IgA及IgG4等。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活在生理条件下，C3可受蛋白酶的作用，缓慢、持续地产生少量的C3b。C3b可与B因子结合，血清中的D因子可将B因子裂解成Ba和Bb两个片段，形成C ，即旁路途径的C3转化酶。C3转化酶很不稳定，且效率低，血清中的P因子可与之结合，使其趋于稳定。1．C3b和C3转化酶的形成第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活旁路途径激活物质的存在可使C 受到保护而不易被降解。C 可使C3大量裂解生成C3a和C3b，并与裂解产物C3b结合形成多分子复合物C ，即替代途径的C5转化酶。C5转化酶一旦形成，其后续激活过程及效应与经典途径完全相同，即进入C5～C9的激活阶段，形成MAC，导致靶细胞溶解。2．C5转化酶的形成第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活旁路途径的激活过程也是补体系统的一个重要放大机制。在有激活物质存在的情况下，C

能不断裂解C3，产生更多的C3b，C3b又可在B因子、D因子参与下合成更多的C，继而进一步使C3裂解产生C3b。这样，C3b既是C3转化酶的组成成分，又是C3转化酶的作用产物，由此形成了旁路途径的正反馈环路，称为C3b正反馈环或称C3b正反馈途径。2．C5转化酶的形成第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活.（四）三条激活途径的比较旁路途径和MBL途径的活化不需要抗原抗体复合物的参与，故在病原微生物感染时补体发挥作用的顺序依次是旁路途径、MBL途径、经典途径。当经典途径和MBL途径活化时，通过C3放大途径也可活化旁路途径，可见三者是以C3活化为中心密切相连的。第二节补体系统的激活与调节一、补体系统的激活三条激活途径的比较见表。比较项目经典途径旁路途径MBL途径激活物抗原抗体复合物细菌脂多糖、凝聚的IgA和IgG4等MBL补体成分C1～C9B、D、P因子，C3、C5～C9MBL、C2～C9C3转化酶CCCC5转化酶CCC作用在特异性免疫应答的效应阶段发挥作用参与非特异性免疫，在感染早期发挥作用参与非特异性免疫，在感染早期发挥作用第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节.补体的激活是一种高度有序的级联反应，能发挥广泛的生物学效应，对机体既有保护作用，又有损伤作用。补体系统的激活在体内受到一系列调节机制的严格控制，使之反应适度，防止补体成分的过度消耗及对自身组织的损伤。机体对补体系统激活的调控，可通过补体自身衰变及血清中和细胞膜上存在的各种调节因子来实现。第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节（一）自行衰变调节某些补体成分的裂解产物极不稳定，易自行衰变，成为补体激活过程中的一种自控机制。例如，C4b、C3b和C5b极不稳定，若不与细胞结合，很快就会失去活性；C3转化酶和C5转化酶易衰变失去活性，从而限制后续补体成分的连锁反应。第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节（二）调节因子的作用体内的补体调节因子以特定方式与不同的补体成分相互作用，使补体的激活与抑制处于精细的平衡状态，既能防止对自身组织造成损害，又能有效地杀灭外来微生物。目前已发现的补体调节蛋白有十余种，按其作用特点可分为三类：①防止或限制补体在体液中自发激活的抑制剂；②抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂；③保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂。第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节（1）C1抑制物（C1inhibitor，C1INH）

C1INH可与C1不可逆地结合，使C1失去酯酶活性，不再裂解C4和C2，以致不能形成C3转化酶。遗传性C1INH缺陷的患者，可发生以面部为中心的皮下血管性水肿。（2）C4结合蛋白（C4bindingprotein，C4bp）

C4bp能竞争性地抑制C2和C4b结合，因此能抑制C3转化酶的形成。（3）H因子

H因子既可与B因子竞争C3b，又可辅助I因子裂解C3b，干扰旁路途径C3转化酶的形成。第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节（4）I因子

I因子又称C3b灭活因子，具有丝氨酸蛋白酶活性，能使C4b和C3b裂解失活，抑制C3转化酶的形成。I因子缺陷可使患者反复发生细菌性感染。（5）S蛋白

S蛋白能干扰C5b67复合物与细胞膜结合，阻止MAC的形成，保护细胞不受损伤。（6）过敏毒素灭活因子

过敏毒素灭活因子即血清羧肽酶N，可去除C3a、C4a和C5a分子羧基末端的精氨酸残基，使之丧失过敏毒素活性。第二节补体系统的激活与调节二、补体激活的调节（7）膜辅助蛋白（MCP）

MCP表达于白细胞、上皮细胞和成纤维细胞表面，可作为辅助因子促进I因子介导的C4b裂解。（8）衰变加速因子（DAF）

DAF表达于所有外周血细胞、内皮细胞和各种黏膜上皮细胞表面，可同C2竞争与C4b的结合，从而抑制C3转化酶的形成并促进其分解。（9）同源限制因子（HRF）

HRF又称C8结合蛋白，可抑制C9分子对C8的聚合，阻止MAC的形成，以保证补体激活时正常自身组织细胞不被溶解破坏。第三节补体系统的生物学活性第三节补体系统的生物学活性概述补体具有多种生物学活性，不仅参与非特异性防御反应，也参与特异性免疫反应。补体系统的功能主要包括两个方面：①补体激活后，在细胞膜上形成膜攻击单位，导致靶细胞裂解。②补体在激活过程中产生不同的蛋白水解片段，在免疫和炎症反应中发挥各种生物学效应。第三节补体系统的生物学活性一、溶菌和溶解细胞作用.补体系统被激活后，可在多种靶细胞表面形成膜攻击单位，导致靶细胞溶解。当外源性微生物侵入后，补体裂解微生物是宿主抗感染的重要机制之一。补体能协助抗体溶解某些革兰氏阴性细菌、支原体、含脂蛋白包膜的病毒、异体红细胞和血小板。在病理情况下，自身抗体在自身组织细胞上可通过经典途径激活补体，出现补体参与的组织细胞破坏等病理现象。第三节补体系统的生物学活性二、调理作用调理作用补体裂解产物（C3b、C4b）与细菌及其他颗粒性物质结合，可促进吞噬细胞的吞噬作用，称为补体的调理作用。C3b、C4b一端与靶细胞或免疫复合物结合，另一端与带有相应受体的吞噬细胞结合，在靶细胞和吞噬细胞间作为桥梁使两者连接起来，促进吞噬细胞对靶细胞或免疫复合物的吞噬。这种调理作用在机体的抗感染过程中具有重要意义。第三节补体系统的生物学活性三、炎症介质作用①过敏毒素作用：C3a、C4a和C5a能导致急性炎症反应，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面相应受体结合，促使其脱颗粒，释放组胺等血管活性介质，引起血管扩张、毛细血管通透性增加、平滑肌收缩。②趋化作用：C5a具有趋化作用，又称中性粒细胞趋化因子，能吸引中性粒细胞，使其向组织炎症部位聚集，加强对病原微生物的吞噬，同时增强炎症反应。③激肽样作用：