医学免疫学课件：第五章 补体系统

第五章第五章 补体系统补体系统（complement system)灭活细菌免疫的羊血清灭活细菌免疫的羊血清+霍乱弧菌霍乱弧菌细菌裂解细菌裂解加热的羊抗血清加热的羊抗血清+霍乱弧菌霍乱弧菌细菌只凝集，不裂解细菌只凝集，不裂解无抗体的新鲜血清无抗体的新鲜血清+细菌裂解细菌裂解unableJules Bordet(1870-1961)Discoverer of complement1890s 2020世纪获得诺贝尔奖的免疫学家世纪获得诺贝尔奖的免疫学家 内内 容容经典途径经典途径MBLectin途径途径旁路途径旁路途径第一节第一节 补体的组分补体的组分(30(30余种分子余种分子)l C4bp）l MCP(CD46,膜辅助蛋白膜辅助蛋白),DAF(衰变加速因子衰变加速因子),MIRL(CD59,反应性溶解膜性抑制物反应性溶解膜性抑制物),同源限制因子。同源限制因子。补体系统的命名补体系统的命名 第二节第二节 补体的活化补体的活化一、经典激活途径（一、经典激活途径（classical pathway）C1(C1qC1rC1s)C4C2C3C5C6C7C8C9 启动阶段启动阶段 活化阶段活化阶段 膜攻击阶段膜攻击阶段 启动阶段启动阶段l必须能和必须能和C1q结合的物质（抗体，结合的物质（抗体，核酸，线粒体膜，某些病毒，细菌核酸，线粒体膜，某些病毒，细菌和多糖）才能激活经典途径。和多糖）才能激活经典途径。l只有只有Ig与抗原结合，与抗原结合，Ig分子分子Fc区的区的构相发生改变，构相发生改变，CH的的C1q 结合位点结合位点才暴露才暴露.l 与与C1q结合的抗体必须提供两个以结合的抗体必须提供两个以上的结合位点才能使上的结合位点才能使C1q活化。活化。IgM为五聚体，含为五聚体，含5个个Fc段，故单个段，故单个IgM分子即可结合分子即可结合C1q。IgG是单体，需是单体，需两个两个/以上以上IgG分子聚集，才能与分子聚集，才能与C1q结合。结合。lC1q为六聚体，呈球形，其每一亚单位的头部是为六聚体，呈球形，其每一亚单位的头部是C1q与与Ig结合的结合的部位。当两个以上的部位。当两个以上的C1q头部被免疫复合物头部被免疫复合物Fc段结合固定后，段结合固定后，C1q 6个亚单位的构象即发生改变，导致个亚单位的构象即发生改变，导致C1r被裂解，形成的小被裂解，形成的小片段即为激活的片段即为激活的C1r，它可裂解，它可裂解C1s成为两个片段，小分子片段成为两个片段，小分子片段具有蛋白酶活性，它依次裂解具有蛋白酶活性，它依次裂解C4与与C2。l抗补体抗补体C1q抗体与狼疮性肾炎密切相关。抗体与狼疮性肾炎密切相关。C1由由1个个C1q和和2个个C1r和和2个个C1s组成。它们组成。它们之间依赖之间依赖Ca2+结合。结合。Ca2+C1rC1sC1q C4C4ab C1s作用于作用于C4，所产，所产生的小片段生的小片段C4a入液相。入液相。活化阶段活化阶段C4bMg+C4aCa2+C1rC1sC1q C2aC2b C2al大片段的大片段的C4b与胞与胞膜或抗原膜或抗原-抗体复合抗体复合物结合。物结合。l在在Mg2+存在情况存在情况下，下，C2可与附着有可与附着有C4b的细胞表面结的细胞表面结合，继而被合，继而被C1s裂裂解，小片段解，小片段C2b入入液相，大片段液相，大片段C2a与与C4b形成形成C4b2a复合物，进一步裂复合物，进一步裂解解C3，即，即C3转化酶转化酶。C4b2a is C3 convertase活化阶段活化阶段C4bMg+C4aCa2+C1rC1sC1q C2bC2aC3 C3abC4b2a3b is C5 convertase;it leads into the Membrane Attack Pathway 活化阶段活化阶段l C2a可水解可水解C3，小片段，小片段C3a与水分子作用，不参与补体级联反应；大部分的与水分子作用，不参与补体级联反应；大部分的C3b转转变为无溶血活性的变为无溶血活性的C3b副产物，副产物，10%左右的左右的C3b分子可与细胞表面的分子可与细胞表面的C4b2a结合，形结合，形成成C4b2a3b复合物，继而裂解复合物，继而裂解C5，即，即C5转化酶转化酶。附着于胞膜表面附着于胞膜表面C5b-8复合物，可与复合物，可与10-16(12-19)个个C9分子联结分子联结成成C5b-9,即即MAC。电镜下可见这种。电镜下可见这种C9多聚体的特征性结构，多聚体的特征性结构，为中空的多聚为中空的多聚C9（poly-C9）插入靶细胞的脂质双层膜，形成）插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为一个内径为10nm的小孔（打孔）。的小孔（打孔）。膜攻击阶段膜攻击阶段-末端效应末端效应MAC（membrane attack complex)的形成：的形成：C5b6789n 细胞裂解细胞裂解C3b C2aC4bC5bC5a Lytic pathwayassembly of the lytic complexC5b C6C7Lytic pathwayC5b C6C7C8 C9C9C9C9C9C9C9C9C9激活发生在胞膜时，则形激活发生在胞膜时，则形成成MACMAC，导致细胞溶解破坏，导致细胞溶解破坏C4C2C3 Ca2+C1 complexC1rC1sC1qMg2+C6C9C8 C7C5Ca2+Mg2+C5b9(MAC)C5C5bC5aC9 C8 C7 C6C2bC4b2aC4b2a3b二、甘露聚糖结合凝集素激活途径二、甘露聚糖结合凝集素激活途径（MBLectin pathway）：）：不依赖抗体参与不依赖抗体参与MBLMASPC4C2C3C5C6C7C8C9 识别阶段识别阶段 活化阶段活化阶段 膜攻击阶段膜攻击阶段MBL相关的丝氨酸蛋白酶相关的丝氨酸蛋白酶（MBL associated serine protease)MASP:MBL:甘露聚糖结合凝集素甘露聚糖结合凝集素（mannan-binding lectin）lMBL：是：是C型凝集素，正常血清水平低，急性相反应期（病原体型凝集素，正常血清水平低，急性相反应期（病原体感染早期感染早期）巨噬细胞和中性粒细胞产生）巨噬细胞和中性粒细胞产生TNF-、IL-1和和IL-6，诱，诱导肝细胞合成与分泌导肝细胞合成与分泌MBL、C反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白等急性相蛋白，参与补体激活。等急性相蛋白，参与补体激活。l激活物：激活物：微生物表面多种碳水化合物（甘露糖、岩藻糖及微生物表面多种碳水化合物（甘露糖、岩藻糖及N-乙酰乙酰葡糖胺）。脊椎动物细胞表面的相应糖结构被其他成分覆盖，不葡糖胺）。脊椎动物细胞表面的相应糖结构被其他成分覆盖，不能被识别，识别能被识别，识别“自身自身”和和“非己非己”。lMBL与与C1q不具有氨基酸序列的同源性，但二者的分子结构类似。不具有氨基酸序列的同源性，但二者的分子结构类似。识别阶段识别阶段2MBLMBL+病原体甘病原体甘露糖残基露糖残基C4C4a+C4bC4b2a(C3(C3转化酶转化酶)+C2C2b+C2a MBL途径：途径：C3C3b旁路激活途径旁路激活途径MASP2MASP1MASP2能切割能切割C2和和C4，MASP1能直接切割能直接切割C3。MASP3的功能不清，可能竞争性地与的功能不清，可能竞争性地与MBL结合，对补体结合，对补体MBL途途径起抑制作用。径起抑制作用。三、旁路激活途径三、旁路激活途径（alternative pathway）提供了使补体激活级联反应得以进行提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。的接触表面。可不通过可不通过C1q的活化，直接的活化，直接“激活激活”旁路途径，可不依赖于特异旁路途径，可不依赖于特异性抗体的形成，在感染早期为机体提供有效的防御机制。性抗体的形成，在感染早期为机体提供有效的防御机制。旁路途径旁路途径(C3bBb3b)识别与激活识别与激活l C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中或自发产生的或自发产生的C3b可与可与B因子结合因子结合,在在D因子和因子和P因子参与下，形成因子参与下，形成C3bBb复合物复合物即是旁路途径的即是旁路途径的C3转化酶转化酶，其中，其中Bb片段具有蛋白酶活性，可裂解片段具有蛋白酶活性，可裂解C3。l 旁路途径旁路途径C3转化酶水解转化酶水解C3生成生成C3a和和C3b，后者沉积在颗粒表面并与，后者沉积在颗粒表面并与C3bBb结合形成结合形成C3bBb3b，即为旁路途径的，即为旁路途径的C5转化酶转化酶，其功能与经典途，其功能与经典途径的径的C5转化酶转化酶C4b2b3b类似，能够裂解类似，能够裂解C5，引起相同的末端效应。，引起相同的末端效应。旁路途径旁路途径C3H2ObBDC3C3abbMg2+B B因子转化酶因子转化酶PC3C3转化酶转化酶C5C5转化酶转化酶C3bBbC3bBb3bC3bBbPC3bBb3bPMg2+Components of thealternative pathwayC3BDPC6C8 C7C5C9Mg+1.旁路途径可识别旁路途径可识别自己与非己自己与非己：正常情况下，体内不断产生：正常情况下，体内不断产生低水平的低水平的C3b，数秒内灭活；少数，数秒内灭活；少数C3b可结合于颗粒表面。可结合于颗粒表面。若沉积在自身细胞表面，可被调节蛋白若沉积在自身细胞表面，可被调节蛋白(如如DAF,decay-accelerating factor,衰变加速因子衰变加速因子)降解；微生物表面缺乏降解；微生物表面缺乏此类调节蛋白，结合于微生物表面的此类调节蛋白，结合于微生物表面的C3b与与B因子形成稳定因子形成稳定的的C3bB，进而形成具有酶活性的，进而形成具有酶活性的C3bBb。2.旁路途径是补体系统重要的旁路途径是补体系统重要的放大机制放大机制，产生的，产生的C3b分子再分子再参与旁路激活途径，形成更多的参与旁路激活途径，形成更多的C3转化酶。转化酶。3.参与参与早期非特异早期非特异抗感染。抗感染。旁路途径的激活与调节具有两个重要特点：旁路途径的激活与调节具有两个重要特点：BDbC3bC3-activationthe amplification loopC3C3abC3aBDBbC3bC3bC3-activationthe amplification loopC3bC3abC3aC3aBbC3bC3bC3BbBDbbC3aC3-activationthe amplification loopC3bC3aC3aBbC3bBbBbC3bC3aC3-activationthe amplification loopC3bC3bC3aC3aBbC3bBbBbC3aC3-activationthe amplification loopC3bC3bC3bC3b正反馈正反馈效应效应C3b既是既是C3转化酶作转化酶作用所生成的产物，又用所生成的产物，又是是C3转化酶的组成转化酶的组成成分。成分。经典激活途径经典激活途径替代激活途径替代激活途径MBLMBL途径途径激活物质激活物质抗原抗体复合物抗原抗体复合物肽聚糖、酵母多糖、脂多糖肽聚糖、酵母多糖、脂多糖病原微生物、糖类配体病原微生物、糖类配体起始分子起始分子C1qC3MBL参与补体成分参与补体成分C1、C4、C2、C3、C5-C9C3、C5-C9、B因子、因子、D因子因子C2-C9、MASP所需离子所需离子Ca2+、Mg2+Mg2+Ca2+C3转化酶转化酶C4b2aC3bBbC4b2aC5转化酶转化酶C4b2a3bC3bnBbC4b2a3b生物学作用生物学作用参与特异性免疫的参与特异性免疫的效应阶段效应阶段,感染后期感染后期发挥作用发挥作用参与非特异性免疫的参与非特异性免疫的效应阶段效应阶段,感染早期感染早期发挥作用发挥作用参与非特异性免疫的参与非特异性免疫的效应阶段效应阶段,感染早期感染早期发挥作用发挥作用第三节第三节补体的生物学作用补体的生物学作用实际意义：实际意义：A.抗感染。奈氏细菌等抗感染。奈氏细菌等G阴性菌。阴性菌。B.自身免疫病。自身免疫病。C.抗肿瘤免疫学效应。抗肿瘤免疫学效应。l溶解靶细胞溶解靶细胞 抗微生物；抗微生物；l溶解自身细胞溶解自身细胞 组织损伤与疾病。组织损伤与疾病。MAC介导的溶菌、溶细胞作用，对介导的溶菌、溶细胞作用，对G-菌、异源细胞、包膜菌、异源细胞、包膜病毒的细胞毒作用强病毒的细胞毒作用强;有免疫保护和免疫损伤两种效应：有免疫保护和免疫损伤两种效应：1调理作用调理作用（1）激肽样作用：）激肽样作用：C2a增加血管通透性增加血管通透性引起炎症引起炎症（2）过敏毒素作用：）过敏毒素作用：C3a、C4a、C5a（过敏毒素过敏毒素）与肥大细胞、与肥大细胞、嗜酸粒细胞表面受体结合嗜酸粒细胞表面受体结合脱颗粒，释放组胺脱颗粒，释放组胺血管道透性增加、血管道透性增加、平滑肌收缩。平滑肌收缩。（3）趋化因子作用：）趋化因子作用：C3a、C5a促进中性粒细胞浸润。促进中性粒细胞浸润。C3bl抑制抑制IC形成或溶解已形成的形成或溶解已形成的IC。l循环中的循环中的IC激活补体，产生激活补体，产生的的C3b与与Ab结合。结合。IC借助于借助于C3b与红细胞的与红细胞的CR1结合结合，并被携至肝脏和脾脏，避免并被携至肝脏和脾脏，避免沉积于其它组织和器官。沉积于其它组织和器官。l在肝脾内，免疫复合物借助在肝脾内，免疫复合物借助C3b与红细胞与红细胞解离解离，并被巨，并被巨噬细胞吞噬。噬细胞吞噬。lC1、C2、C4、CR1缺陷个缺陷个体免疫复合物清除障碍，易体免疫复合物清除障碍，易发系统性红斑狼疮。发系统性红斑狼疮。凋亡细胞膜上补体激活调节分子消失，成为补体激活凋亡细胞膜上补体激活调节分子消失，成为补体激活的表面。的表面。C1q、MBL、C3b等可与凋亡细胞的分子结合，等可与凋亡细胞的分子结合，通过与吞噬细胞表面相应受体相互作用而清除细胞。通过与吞噬细胞表面相应受体相互作用而清除细胞。l C3b C3b参加捕捉、固定参加捕捉、固定AgAg促进促进APC摄取、提摄取、提呈抗原。呈抗原。l 附着于抗原表面附着于抗原表面FDC通过通过CR1/CR2结合免疫结合免疫复合物的复合物的C3d介导介导BCR（mlgM）与与CR2/CD19/CD8交联，促进交联，促进B细胞活化。细胞活化。l FDC通过通过CR1/CR2结合免疫复合物，促进抗结合免疫复合物，促进抗体亲和性成熟。体亲和性成熟。第四节第四节补体活化的调节补体活化的调节 大多数补体活化后的产物极不稳定，如：大多数补体活化后的产物极不稳定，如：C3b,C4b半衰期半衰期60微秒微秒 C4b2b的半衰期在的半衰期在37C为为5分钟分钟 C5b半衰期在半衰期在37C为为2.3分钟分钟 C567半衰期半衰期0.1秒秒 C5a,C3a,C4a可以被羧肽酶裂解可以被羧肽酶裂解l可溶性分子可溶性分子:C1INH（C1 inhibitor,C1抑制物），抑制物），Factor I，Factor H,properdin（备介素）（备介素）,C4BP（C4 binding protein,C4结合蛋白结合蛋白)等等 l膜分子：膜分子：MCP(membrane co-factor protein,CD46,膜辅助膜辅助蛋白蛋白),DAF(decay-accelerating factor,CD55,衰变加速因衰变加速因子子),MIRL(membrane inhibitor of reactive lysis,CD59,膜性膜性反应性溶解抑制物反应性溶解抑制物),同源限制因子同源限制因子l补体受体（膜分子）：补体受体（膜分子）：CR1,CR2,CR3,CR4,CR5,C1qR,C3aR,C5aR参与调节补体活化的分子参与调节补体活化的分子a.C1抑制物抑制物（C1 inhibitor,C1INH）：与活化的）：与活化的C1r和和C1s以共价键结合形成稳定的复合物，抑制酶活性；介导以共价键结合形成稳定的复合物，抑制酶活性；介导C1大分子解聚，明显缩短大分子解聚，明显缩短C1的半衰期。的半衰期。（1）.经典途径与经典途径与MBL途径的调节途径的调节C1INHC1INH降低降低 遗传性血管神经性水肿遗传性血管神经性水肿 C2C2aC4bp辅助因子辅助因子（2）.旁路途径的调节旁路途径的调节a.抑制旁路途径抑制旁路途径C3转化酶和转化酶和C5转化酶的组装和形成转化酶的组装和形成：lH因子因子可与可与B因子或因子或Bb因子竞争结合因子竞争结合C3b，使，使C3b被被fI酶酶解失活。解失活。lCR1和和DAF也可竞争性抑制也可竞争性抑制B因子与因子与C3b结合结合,CR1和和DAF可促进可促进Bb从已形成的旁路途径从已形成的旁路途径C3转化酶中解离。转化酶中解离。lI因子可因子可将将C3b水解为无活性的水解为无活性的iC3b；lH因子、因子、CR1和和MCP均可作为辅助因子，促进均可作为辅助因子，促进I因子裂解因子裂解C3b的作用；的作用；lMCP和和CR1可增强膜可增强膜C3b与与H因子的亲和力。因子的亲和力。b.对旁路途径的对旁路途径的正性调节正性调节作用：作用：P因子与因子与C3bBb结合后发生构象结合后发生构象改变，使改变，使C3bBb半寿期延长半寿期延长10倍，加强倍，加强C3转化酶裂解转化酶裂解C3的作用。的作用。（3）.抑制膜攻击复合物的形成抑制膜攻击复合物的形成l机体机体大多数正常细胞大多数正常细胞表达高水平的表达高水平的MCP和和/或或CR1,可保护细可保护细胞免遭补体介导的损害胞免遭补体介导的损害;许多许多外来颗粒和病原微生物外来颗粒和病原微生物缺乏缺乏MCP和和CR1，有利于，有利于C3bBb复合物形成，导致补体的激活。复合物形成，导致补体的激活。lC8结合蛋白结合蛋白C8bp(HRF).l膜反应性溶解抑制物膜反应性溶解抑制物 MIRL/CD59.lS蛋白蛋白l群集素群集素 调控的意义调控的意义l确保酶促反应发生在靶细胞表面确保酶促反应发生在靶细胞表面,避避免过量的生物活性物质引起的炎症反免过量的生物活性物质引起的炎症反应应,使自身组织或细胞不受损伤。使自身组织或细胞不受损伤。l 防止补体过度消耗防止补体过度消耗。第六节第六节 补体系统与疾病补体系统与疾病l 补体固有成分的遗传缺陷补体固有成分的遗传缺陷l 补体调节蛋白缺陷补体调节蛋白缺陷1免疫相关性疾病：免疫相关性疾病：如自身免疫性疾病时，如自身免疫性疾病时，C1C1、C2C2、C3C3、C4C4和和HfHf等缺陷；等缺陷；超敏反应时（超敏反应时（IIIIII型超敏反应），型超敏反应），C3aC3a、C5aC5a等过敏毒素的产生。等过敏毒素的产生。2与补体有关的遗传性疾病：与补体有关的遗传性疾病：C2、C3缺陷导致的严重感染；缺陷导致的严重感染；C1抑制物缺陷相关的遗传性血管神经性水肿抑制物缺陷相关的遗传性血管神经性水肿SLE患者出现的细胞表面患者出现的细胞表面CR1缺陷与缺陷与C1C清除障碍清除障碍涉及涉及I因子、因子、H因子缺陷的肾小球肾炎；因子缺陷的肾小球肾炎；DAF缺陷引起的阵发性血红蛋白尿；缺陷引起的阵发性血红蛋白尿；C1q缺陷表现的严重顽固性皮肤损害，以及缺陷表现的严重顽固性皮肤损害，以及C1q、C1r、C4、C2缺陷造成的免疫复合物性血管炎（包括肾炎）等。缺陷造成的免疫复合物性血管炎（包括肾炎）等。3补体含量显著降低的疾病补体含量显著降低的疾病：消耗增多消耗增多:免疫复合物形成导致的补体活化和消耗增多免疫复合物形成导致的补体活化和消耗增多.如如SLE.SLE.补体的大量丢失补体的大量丢失:主要见于大面积烧伤、失血及肾脏病患主要见于大面积烧伤、失血及肾脏病患者者补体合成不足补体合成不足:常见于肝脏疾病患者或营养不良的病人。常见于肝脏疾病患者或营养不良的病人。4高补体血症：高补体血症：偶见于感染恢复期和某些恶性肿瘤患者，偶见于感染恢复期和某些恶性肿瘤患者，正常妊娠时，也可观察到补体值的增高。正常妊娠时，也可观察到补体值的增高。由一大群分子由一大群分子综合发挥综合发挥作用作用 辅助辅助免疫细胞和抗体发挥功能（免疫细胞和抗体发挥功能（抗感染、抗感染、维持机体内环境稳定、连接天然免疫和获得维持机体内环境稳定、连接天然免疫和获得性免疫）性免疫）发挥作用：活化（酶的级联反应）发挥作用：活化（酶的级联反应）补体活化受到严格精细的调节。补体活化补体活化受到严格精细的调节。补体活化失调会导致疾病发生。失调会导致疾病发生。小小 结结Thank you!