第四章 补体系统

第四章补体系统Complement,C主要内容补体系统补体系统的激活途径补体的生物学活性血清补体水平与疾病复习：补体的发现1894年,Pfeiffer发现免疫溶菌现象。霍乱孤菌注射到已免疫的豚鼠腹腔内，发现新注入的霍乱孤菌迅速溶解。取细菌免疫血清与相应的细菌注入正常豚鼠腹腔内也得到相同的结果。无论体内或体外实验，均可以发现细菌的溶解，称之为免疫溶菌现象。复习：早期的补体概念1895年，Jules.Bordet的免疫血清溶红细胞实验证明免疫血清中的热敏感物质具溶细胞的作用。将免疫血清加热60℃，30min则可丧失溶菌能力。一种对热稳定的组分为抗体；另一种对热不稳定的组分，可存在于正常血清中，其产生与抗原刺激无关，称为补体。（1）补体系统1.1补体的概念在血液或体液内除了免疫球蛋白外，还有另外一族参与免疫效应的大分子，它是免疫球蛋白发挥作用的必要补充，称为补体分子(complement)。补体：是存在于正常人和动物血清中的一组与免疫相关并具有酶活性的蛋白质。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。（1）补体系统1.2补体的性质所有补体成分均为球蛋白，含糖，但不含脂质。补体分子是分别由肝细胞、巨噬细胞以及肠粘膜上皮细胞等多种细胞产生的，均为多糖蛋白，多属β球蛋白，少数属α、γ球蛋白。补体在血清中含量稳定，约占血清球蛋白总量的10%。补体各成分的分子量变化范围很大。补体在56摄氏度时30分钟可以灭活。（1）补体系统1.2补体的性质在生理情况下，大多数血清补体成分以酶前体的形式存在。补体成分通常以非活化状态的前体分子存在于血清中，当补体系统被激活时，补体的各种成分就会严格地按顺序呈现连续的酶促反应。补体是天然免疫（Innateimmunity）的重要组成部分。人类的某些疾病可影响到总补体含量或单一成分的变化，因而对补体水平的测定，对一些疾病的诊断具有一定意义。（1）补体系统1.3补体的分子组成它是由三组球蛋白大分子组成。第一组分是由9种补体成分组成，命名为C1-C9。其中C1是由三个亚单位组成，命名为Clq、Clr、Cls，因此第一组分是由11种球蛋白组成。血清因子包括B因子、D因子和P因子，它们构成补体的第二组分。其后又发现多种参与控制补体活化的抑制因子或灭活因子，如C1抑制物、I因子、H因子、C4结合蛋白过敏毒素灭活因子等。这些因子可控制补体分子的活化，对维持补体在体内的平衡起调节作用，它们构成补体的第三组分。补体成分分子量(KD)电泳区带血清含量(μg/ml)裂解片段产生部位C1q390γ270－小肠上皮细胞,脾,巨噬细胞C1r95β35－小肠上皮细胞,脾,巨噬细胞C1s85α35－小肠上皮细胞,脾,巨噬细胞C2(KD)117β130C1aC2b巨噬细胞C3190β11300C3aC3bC3cC3d巨噬细胞,肝C4(A因子)180β2430C4aC4bC4cC4d巨噬细胞,肝C5190β175C5a，C5b巨噬细胞C6128β260-肝C7120β255-?C8163γ155－肝C979α200－肝B因子95β240Ba，Bb巨噬细胞,肝D因子25α2Ba，Bb巨噬细胞,血小板P因子220γ225Ba，Bb巨噬细胞C1INH105α180-粘膜浆细胞C4bp1100β250-粘膜浆细胞I因子93-50-巨噬细胞H因子150β400-巨噬细胞S蛋白80α500-巨噬细胞,血小板1.3补体各成分的理化性质（2）补体系统的激活补体系统各成分通常多以非活性状态存在于血浆中，当其被激活物质活化之后，才表现出各种生物学活性。补体激活过程依据其起始顺序不同，可分为三条途径：①从C1q-C1r2-C1s2开始的经典途径（classicpathway），抗原-抗体复合物为主要激活物；②从C3开始的旁路途径（alternativepathway），其不依赖于抗体；③通过甘露聚糖结合凝集素(mannanbindinglectin,MBL)糖基识别的凝集素激活途径（MBLpathway）。上述3条途径具有共同的末端通路，即膜攻击复合物(membraneattackcomplex,MAC

)的形成及其溶解细胞效应。2.1经典激活途径（classicpathway）经典途径按其在激活过程中的作用，分为三组：识别单位(recognitionunit)包括C1q，C1r，C1s；活化单位(activationunit)包括C4，C2，C3；膜攻击单位(membraneattackunit)包括C5～9。2.1经典激活途径（classicpathway）（1）识别阶段C1与抗原抗体复合物中免疫球蛋白的补体结合点相结合至C1酯酶形成的阶段。Ag-Ab复合物

C1q

C1r活化

C1s活化Fab段Fc段暴露的C1q结合位点IgG

分子结合抗原前后的构象变化C1q结合位点被屏障结合抗原之前结合抗原之后CH1CH2IgMCH3区，IgGCH2区C1qC1qr2s2C1rC1s<40nm

抗原抗体

抗原

补体活化的经典途径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。2.1经典激活途径（classicpathway）（2）活化阶段C1作用于后续的补体成分，至形成C3转化酶（C42）和C5转化酶（C423）的阶段。2.1经典激活途径（classicpathway）（3）膜攻击阶段膜攻击复合体（C5b6789n）形成C5转化酶裂解C5后，作用于后续的其他补体成分，最终导致细胞膜受损、细胞裂解的阶段。C5在C423的作用下裂解为C5a，C5b。C5b不稳定，当与C6结合成C56时成为较为稳定的复合物。C56与C7结合成C567既可吸附于已致敏的细胞膜上，插入膜的磷脂双分子层中，为细胞膜受损伤的一个关键组分。C567虽无酶活性，但进一步同C8，C9结合后形成C5～9，即补体的膜攻击单位，可使细胞膜穿孔受损。2.2旁路激活途径（alternativepathway）旁路激活途径又称替代激活途径（alternativepathway）指由B因子、D因子和P因子(备解素)参与，直接由微生物或外源异物激活C3，形成C3与C5转化酶，激活补体级联酶促反应的活化途径。旁路激活的激活物质为非抗原抗体复合物，如细菌的细胞壁成分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸和凝聚的IgA和IgG等物质）。旁路激活途径在细菌性感染早期，尚未产生特异性抗体时，即可发挥重要的抗感染作用。2.2旁路激活途径（alternativepathway）（1）生理情况下的准备阶段

在正常生理情况下，C3与B因子、D因子等相互作用，可产生极少量的C3b和C3bBb（旁路途径的C3转化酶），但迅速受H因子和I因子的作用，不再能够激活C3和后续的补体成分，只有当H因子和I因子的作用被阻挡之际，旁路途径方得以激活。

2.2旁路激活途径（alternativepathway）（2）旁路途径的激活

当细菌的脂多糖、肽聚糖、病毒、肿瘤细胞等激活物质出现时，H因子、I因子不能灭活C3b、C3bBb时使旁路途径被激活。

（3）激活效应的扩大

当C3被激活后，裂解为C3b，C3b又可在B因子和D因子的参与作用下合成新的C3bBb，进一步促使C3裂解，血浆中有丰富的C3、B因子、Mg2+，就可能在激活部位产生显著的扩大效应。有人称此为依赖C3b的正反馈途径，或称C3b的正反馈途径。

2.3两种激活途径的比较两条激活途径的共同点两条途径都是补体各成分的连锁反应；许多成分在相继活化后被裂解成一大一小的两个片段；不同的片段或其复合物可在靶细胞表面向前移动，在激活部位就地形成复合物。

两种激活途径的主要不同点比较项目经典激活途径旁路激活途径激活物质抗原抗体复合物细菌脂多糖，凝聚IgG，IgA参与的补体成分C1～C9C3，C5～9，B因子，D因子，P因子所需离子Ca2+，Mg2+Mg2+C3转化酶C42C3bBbC5转化酶C423C3bBb3b作用参与特异性体液免疫的效应阶段参与非特异性免疫,

在感染早期发挥重要作用2.4凝集素途径（MBLpathway）凝集素激活途径（MBLpathway）指由血浆中甘露聚糖结合的凝集素(mannanbindinglectin,MBL)直接识别多种病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖，进而依次活化MASP-1（MBL-associatedserineprotease，MBL相关的丝氨酸蛋白酶）、MASP-2、C4、C2、C3，形成和经典途径相同的C3与C5转化酶，激活补体级联酶促反应的活化途径。MBL激活途径的主要激活物为表面含有甘露糖基、岩藻糖和N-氨基半乳糖的病原微生物。凝集素途径示意图2.5补体激活过程的调节机体通过一系列复杂的因素，调节补体系统的激活过程，使之反应适度。例如经C3b的正反馈途径即可扩大补体的生物学效应，但补体系统若过度激活，不仅无益地消耗大量补体成分，使机体抗感染能力下降，而且在激活过程中产生的大量生物活性物，会使机体发生剧烈的炎症反应，造成组织损伤，引起病理过程，这种过度激活及其造成的不良后果，可以通过调控机制而避免。这种调控机制包括补体系统中某些成分的裂解产物易于自行衰变以及多种灭活因子和抑制物的调节作用。自行衰变的调节体液中灭活物质的调节（3）补体的生物学活性3.1细胞毒及溶菌杀菌作用

补体能溶解红细胞、白细胞及血小板等。当补体系统的膜攻击单位C5～C9均结合到细胞膜上细胞会出现肿胀和超微结构的改变，细胞膜表面出现许多直径为8～12nm的圆形损害灶，最终导致细胞溶解。补体还能协助抗体溶解或杀伤某些革兰氏阴性菌，如霍乱弧菌、沙门氏菌及嗜血杆菌等。革兰氏阳性菌一般不被溶解，这可能与其细胞壁的结构特殊或细胞壁表面缺乏补体作用的底物有关。

（3）补体的生物学活性3.2调理作用

补体裂解产物C3b与细菌或其它颗粒结合，可促进吞噬细胞的吞噬，称为调理作用。当C3被裂解形成C3b时，在C3b肽链的一端出现的不稳定结合部位，能与靶细胞（或免疫复合物）结合；与此同时，在肽链另一端形成较稳定的结合部位，能与细胞表面有C3b受体的细胞结合。这样，C3b作为桥梁把靶细胞（或免疫复合物）与表面有补体受体的吞噬细胞连接起来，起到调理作用，促进吞噬。（3）补体的生物学活性3.2调理作用（3）补体的生物学活性3.3免疫粘附作用

免疫复合物激活补体之后，可通过C3b而粘附到表面有C3b受体的红细胞、血小板或某些淋巴细胞上，形成较大的聚合物，然后被吞噬细胞吞噬，这对抗感染免疫有重要作用。免疫吸附现象在一些免疫性疾病和自身免疫疾病的发病机制中也可能起重要作用。例如，急性肾小球肾炎中，免疫复合物与肾小球基底膜结合，吸引中性粒细胞至基底膜表面，吞噬免疫复合物，并释放出各种酶破坏基底膜，引起肾小球的损伤。（3）补体的生物学活性3.4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，则可明显增强抗体对病毒的中和作用，阻止病毒对宿主细胞的吸附和穿入。近年来发现，不依赖特异性抗体，只有补体即可溶解病毒的现象。例如RNA肿瘤病毒及所有C型RNA病毒均可被灵长类动物新鲜血清所溶解；若除去血清中的补体，该血清就不再能溶解病毒。这种病毒溶解现象与病毒包膜上含有C1特异性受体有关，认为是由于C1受体结合C1q之后所造成的。（3）补体的生物学活性3.5炎症介质作用

炎症也是免疫防御反应的一