第四章 補體系統(tǒng)

1、授課要點：授課要點： 1. 1. 補體的組成及生物學功能；補體的組成及生物學功能； 2. 2. 補體的激活途徑及意義。補體的激活途徑及意義。 在抗體發(fā)現(xiàn)后不久，J.Bordet證明了在生理學溫度(37)下，如果在含有抗菌抗體的新鮮血清中加入相應的細菌，則細菌細胞會被溶解。但是若將該血清經(jīng)56或更高溫度處理后，其會失去能力。這種現(xiàn)象并非是由于抗體的丟失所致；因此Borbet認為這種血清中一定會有另外一種不耐熱成分，它可以輔助或“補充”抗體的溶菌功能，并且將這種成分物質稱為“補體”(complement)。 補體并非單一成分，它是存在于人和脊椎動物血清與組織液中的一組具酶活性的蛋白質，一般稱為補體

2、系統(tǒng)，包括30余種可溶性蛋白與膜結合蛋白等。第一節(jié) 補體系統(tǒng)組成及理化特征1. 補體系統(tǒng)組成 構成補體系統(tǒng)的30余種成分按其生物學功能可分為三類，即存在于體液中參與補體激活級聯(lián)反應的各種固有成分；以可溶性或膜結合形式存在的各種補體調節(jié)蛋白；介導補體活性片段或調節(jié)蛋白生物效應的各種受體。 國際衛(wèi)生組織的專門命名委員會對已知的補體各種成分進行了統(tǒng)一命名；如參與補體激活經(jīng)典途徑的固有成分按其被發(fā)現(xiàn)先后分別命名為C1(qrs)、C2C9；系統(tǒng)的其他成分則以英文大寫字母表示，如B因子、D因子、P因子、H因子等；補體調節(jié)蛋白多以其功能命名，如C1 抑制物，C4結合蛋白、促衰變因子等；補體可分解為小的片段，

3、如C3C3a+C3b(a示小片段，b示大片段)。當補體為激活狀態(tài)則在數(shù)字上加一橫表示(C1，C42)，而補體的滅活狀態(tài)則以加i尾表示(C2ai，.)。2.補體理化特征 補體系統(tǒng)各成分均為糖蛋白，但有關不同的肽鏈結構。各成分分子量變動范圍很大，低者約為25KD(如D因子)，高者可達400KD (如C1q)。血清中補體蛋白約占總蛋白的5-6%，總含量相對穩(wěn)定。各種成分中以C3含量最高(1200mg/l)，D因子最低(1-2mg/l)。多數(shù)補體分子為-球蛋白，少數(shù)為-球蛋白(C1s，D因子)和-球蛋白(C1q、C8)。有些補體固有成分對熱不穩(wěn)定，56處理10-30分鐘即可滅活；即使是室溫下也很快失活

4、，0-10中僅可保持活性三天，故補體保存應在-20以下。另外，紫外線照射、機械振蕩或某些添加劑均可能使補體失活。第二節(jié) 補體的活化 在生理條件下，血清中大多數(shù)補體成分是以無活性的酶的前體形式存在，只有在某些激活物的作用下或在特定表面上，補體各成分才能依次活化。由此形成了一系列擴大的連鎖反應，最終導致溶細胞效應。在活化過程中經(jīng)水解作用產(chǎn)生的分子量大水不等的補體片段具有不同的生物學效應，廣泛參與機體免疫調節(jié)和炎癥反應。補體激活過程依其起始順序的不同可分為經(jīng)典途徑、替代途徑和凝集素途徑，而這些途徑又有共同的末端途徑，即攻膜復合體的形成及溶細胞作用。1.經(jīng)典途徑 免疫復合物(IC)依次激化C1q、C1

5、r、C1s、C4、C2和C3，形成C3和C5轉化酶，這一途徑稱為經(jīng)典途徑，是抗體介導的體液免疫反應的主要方式。 參與經(jīng)典的補體固有成分包括：C1q、C1r、C1s、C2、C4和 C3，整個過程大致可分為一兩個階段，即識別、活化。 識別階段是抗原抗體結合后，抗體鉸鏈區(qū)發(fā)生構象改變，其Fc段的補體結合部位暴露，補體C1可與之結合以啟動激活過程。C1q是與Ig分子結合的亞單位(以其羥基端的球狀體與Ig的補體結合點結合而使補體激活)，C1r、C1s是蛋白酶解級聯(lián)反應所需的絲氨酸脂酶酶原。當C1q與Ig結合后可引起相關的C1r部分活化，兩個C1r分子相互裂解產(chǎn)生一個57KD的鏈和一個28KD的鏈，這個2

6、8KD的片段即為C1r,其具有絲氨酸脂酶活性，它可以裂解C1s分子，同樣形成57KD和28KD片段。這個小片段即為C1s,其具有絲氨酸蛋白酶活性，并作用于C4和C2。 活化階段是從C4裂解開始經(jīng)級聯(lián)反應直至C5轉化酶的生成。C1s裂解C4的鏈，由此產(chǎn)生一個8.6KD的C4a和一個較大的C4b成分。部分C4b硫脂鍵可經(jīng)轉酯作用分別與細胞表面蛋白或糖形成共價酰胺或脂鍵，從而使C4b分子共價結合于就近的細胞表面。 C2是一個單鏈多肽的可溶性血清蛋白，約110KD。在有Mg2+存在下可與巳結合于細胞表面的C4b結合，隨即可被C1s裂解，產(chǎn)生一個35KD的C2b和75KD的C2a；其中的C2a繼續(xù)留滯于

7、細胞表面并形成C4b2a，這即是C3轉化酶，具有裂解C3的能力。C3的結合是由C4b介導的，而蛋白酶解作用是由C2a催化的。C3是由肽鏈組成的異二聚體可溶性血清蛋白，約195KD。C3轉移酶切除C3-鏈上一個約9KD的小片段(即C3a)，而殘留的大片段分子為亞穩(wěn)定的C3b(與水反應可產(chǎn)生滅活C3b副產(chǎn)品)。約有10%的C3b分子可與細胞表面的或巳連接有C4b2a的Ig分子以共價鍵連接，由此生成新的復合物C4b2a3b ,此即為經(jīng)典途徑的C5轉化酶。2. 替代途徑(旁路途徑) 不經(jīng)C1、C4、C2而由C3、B因子、D因子、P因子等參與的補體活化過程稱為替代途徑(或備解素途徑)。 替代途徑的激活與

8、IC無關，是非特異性的某些細菌、革蘭氏陰性菌的內毒素、酵母多糖、葡聚糖以及其他哺乳動物細胞均可直接激活替代途徑。替代途徑是通過C3的兩種改變形式的任意一種而啟動的：第一種是C3b來自經(jīng)典途徑；第二種稱為C3(H2O)的是由C3內部硫酯鍵進行緩慢自發(fā)性水解時產(chǎn)生的。C3b或C3(H20)與B因子結合形成復合物，而此時的B因子易被D因子蛋白結合酶解，可釋放出一個33KD的Ba片段而留下一個結合著的63KDBb片段。Bb片段粘附于C3b或C3(H2O)形成C3bBb，此即為替代途徑的C3轉移酶；其中Bb作為絲氨酸蛋白酶可裂解C3。C3bBb不穩(wěn)定，衰變很快(除非有P因子與之結合可穩(wěn)定之)。P因子(備

9、解素)與C3bBb結合可穩(wěn)定后者，通過替代途徑C3轉化酶產(chǎn)生的某些C3b分子可沉淀于鄰近的細胞表面，并與C3轉化酶結合形成新的較大的復合物C3bBb3b,這即是C5轉化酶，其功能是裂解C5。從這一步再往后就是與經(jīng)典途徑共同的末端形成攻膜復合物。替代途徑的特點是：通過C3轉化酶的作用開始于C3內部硫脂鍵的自發(fā)水解，這使C3b可以持續(xù)（低水平）產(chǎn)生，此狀態(tài)稱為C3接近停滯。另外，替代途徑的活化是補體系統(tǒng)的一個重要的放大機制。穩(wěn)定的C3bBb3b復物合可以產(chǎn)生許多C3b分子，反過來，C3b停留于同一表面可以形成更多的C3轉化酶。因此，C3b既是C3轉化酶的成分，又是C3轉化酶的作用產(chǎn)物；這種狀態(tài)就是

10、替代途徑的正反饋放大作用。經(jīng)典途徑產(chǎn)生的C3b可觸發(fā)替代途徑，而替代途徑C3轉化酶同樣是經(jīng)典途徑補體活化啟動的放大機制。通過替代途徑C3轉化酶產(chǎn)生的C3b沉積于鄰近表面并與C3轉化酶結合形成C5轉化酶C3bBb3b。3.凝集素途徑（MBL途徑）補體活化的凝集素途徑與經(jīng)典途徑的過程基本相似，差別在于該途徑的激活物為非免疫性物質，即不是Ag-Ab復合物。此外，凝集素途徑繞過了C1，當甘露聚糖結合蛋白(MBP)與細菌或病毒表面的甘露聚糖殘基結合后，可與甘露聚糖相關的絲氨酸蛋白酶(MASP)結合，后者可代替經(jīng)典途徑的C1酯酶，水解C4和C2形成C3轉化酶，其后的反應過程就與經(jīng)典信息系統(tǒng)相同。所以，凝集

11、素途徑是機體早期抵抗病原微生物感染的一種防御機制。 MBL的主要過程是：血漿凝集素直接識別多種病原細胞表面大范圍重復的糖結構，進而依次活化MASP、C4、C2、C3，并形成與經(jīng)典途徑相同的C3和C5轉化酶，從而激活補體級聯(lián)酶促反應。 MBL是一種鈣離子依賴的凝集互素，屬膠原凝集素家族；其結構與C1q類似，由三條相同的多肽鏈組成一個單位，每條多肽鏈從N-端到C-端依次為信號肽區(qū)，膠原樣區(qū)，頸區(qū)和糖識別區(qū)CRD，2-6個亞單位相連形成多聚體。 MASP(MASP1,2,3和sMASP)經(jīng)典與經(jīng)典途徑的C1s同屬MASP家族，其中僅MASP1,2有蛋白酶活性；活化的MASP2以類似于C1s的方式依次

12、裂解C4和C2，并形成C3轉化酶C4b2a ，進而激活后續(xù)的補體成分。MASP1可以直接裂解C3形成替代途徑中的C3轉化酶C3bBb ，參與并加強替代途徑的正反饋。因此MBL途徑對經(jīng)典和替代途徑有交叉促進作用。4. 攻膜復合物(MAC) 補體激活途徑所形成的C5轉化酶均可裂解C5，進而引起補體系統(tǒng)終末成分的活化，并形成殺細胞的攻膜復合物插入細胞導致細胞死亡。 C5轉化酶促使C5與C3b結合并發(fā)生鏈的裂解，產(chǎn)生出C5a和C5b；其中C5b留在細胞表面并與C6結合，形成C5b6復合體。該復合體較穩(wěn)定，但與細胞膜的結合不夠牢；當C7 成分加入后就形成了C5b67，使復合物的親脂性增加并開始插入細胞形

13、成C8受體。C8與受體結合后其鏈便插入細胞膜中使復合物更加牢固結合于細胞膜；雖此但其仍不能溶細胞。只有當C9參與后才可產(chǎn)生強大的溶細胞作用。第三節(jié) 補體的生物學功能 補體的生物學功能分為兩大類，即通過MAC介導的細胞溶解和補體蛋白裂解片段的生物學作用。1.補體介導的溶細胞作用 對微生物特異的Ab可結合于微生物并在其表面活化補體，從而引起溶細胞。有些微生物在缺乏Ab的情況下也可活化替代途徑而同樣引起溶細胞。(然而，對補體介導溶細胞的獲得性耐受則是某些微生物逃避宿主免疫力的一種機制。)在某些病理狀況下，補體還可引起宿主細胞的溶解而導致自身組織損傷和疾病。2. 對微生物的吞噬調理和促進 經(jīng)典途徑和替

14、代途徑所產(chǎn)生的C3b和iC3b均可特異性與中性粒細胞和吞噬細胞表面受體結合而引起調理，故它們均可稱為調理素。在較低程度上它們可與CR1結合，iC3b還可與CR3和CR4結合，所以補體在某些微生物表面的活化促進了吞噬細胞與微生物的粘連，從而殺傷微生物。對微生物的C3b和iC3b依賴的吞噬作用主要是抗全身性細菌、真菌感染的防御機制。3.超敏毒素和炎癥反應 C3a、C4a和C5a被稱為超敏毒素；因為它們能誘導釋放可溶性介質(脫顆粒)而引起超敏反應所特有的血管通透性快速增加。C3a 、C4a受體表達于肥大細胞、嗜堿性粒細胞、平滑肌細胞和淋巴細胞上；C5a受體表達于肥大細胞、嗜堿性粒細胞、中性粒細胞、單核吞噬細胞和內皮細胞上。超敏毒素結合于肥大細胞、嗜堿性粒細胞的主要作用是脫顆粒和釋放血管活性介質(如組胺可增加血管通透性并刺激內臟平滑肌收縮)；超敏毒素也可與平滑肌結合并刺激其收縮。C5a對中性粒細胞是一種趨化吸引劑，它能直接刺激這些細胞朝著高濃度部位移動；其也可引起不依賴組胺的血管通透性增加。這些作用共同促使細胞和血清蛋白成分的聚集，造成對感染性和異物性顆粒有效的急性炎癥反應。4.免疫復合物的溶解和吞噬清除 少量的免疫復合物在循環(huán)中可持續(xù)形成，而當機體