《补体系统》PPT课件

1、第五章补体系统,JulesBodet(1870-1961),DiscovererofComplement,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(complementsystem)。,第一节概述,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、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-bindinglectin，MBL）激活途径的：MBL和丝氨酸蛋白酶(serineprotease);旁路激活途径的：B、D、P因子；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、S

3、P40/40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,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）、C2C9。（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

4、)、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：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,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/

5、mL,D因子含量最低约2g/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，5630min即被灭活，010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，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

6、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(immunecomplex，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亚类（IgG1、IgG2、IgG3）的CH2区结合才能活化；（活化：C1+IgMCH3区或C1+IgGCH2区）每一个C1q分子须同时与两个以上Ig的Fc段结合。（C1q+2Fc）,一、激活物与

7、激活条件,（C1q+2Fc）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,一、激活物与激活条件,Noactivation,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；活化阶段；3膜攻击阶段（末端效应）。,二、激活过

8、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+C1s3个亚单位借Ca2+连接而成的大分子复合物。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C1sC1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C1sC1复合物即C1酯酶）,

9、2活化阶段：即C3转化酶和C5转化酶形成阶段。1）C3转化酶（C2a4b复合物）在Mg2+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C4a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转化酶形成阶段1）C3转化酶（C2a4b复合物）C1可裂解C4C4a（液相）+C4b（固相）C1可裂解C2C2a（固相）+

10、C2b（液相）IC+C4bC4bIC+C2aC2a4b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、激活过程,2）C5转化酶（C2a4b3b三分子复合物）C2a4b裂解C3C3a（液相）+C3b（固相）C3b+C2a4bC2a4b3b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(membraneat

11、tackcomplex，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

12、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

13、转化酶,膜攻击阶段,膜攻击阶段,膜攻击阶段,MAC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、葡聚糖、凝聚IgA和IgG4等为旁路途

14、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,1C3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Mg2+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

15、过程,C3自发降解C3bC3bB复合体D因子形成C3bBb（即旁路途径C3转化酶）,2C3bBb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,C3bBbP因子C3bBbPH因子C3bC3b被I因子灭活

16、调控C3bBb产量保持很低水平,3C5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

17、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

18、合凝集素（mannan-bindinglectin，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（MBLassociatedserineprotease，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,+,C4b2bC3转化酶,MBL途径是由MBL与细菌甘露糖残基和

19、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

20、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

21、物或灭活因子，分别灭活特定的补体成分。1C1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,1C1抑制物2C4结合蛋白（C4bp）能与C4结合，辅助I因子裂解液相中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,3H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

22、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,3H因子4I因子具有丝氨酸蛋白酶活性，在C4bp、H因子和膜辅助因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,5S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。

23、（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

24、正常组织细胞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,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

25、（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(

26、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具有激肽样作用，能增强血管通透性，引起炎症性充血，故称其为补体激肽。,第六节补体的生物学功