05 第五章 补体

单击此处编辑母版标题样式,第五章 补体系统,(Complement System),Jules,Bodet,(1870-1961),Discoverer of Complement,1894,Bordet,发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热,56C 30 min,阻止其活性；加入新鲜非免疫血清可恢复其活性。,Ehrlich,在同时独立发现了类似现象，将其命名为补体（,Complement,）,Complement,refers, historically, to fresh serum capable of,lysing,Ab-coated cells. This activity is destroyed (inactivated) by heating serum at 56,0,C for 30 minutes.,补体系统是一组对热和外界影响因素敏感，以酶原形式存在于人或脊椎动物体液中的球蛋白；一旦活化以级联反应形式进行，并产生一系列生物学作用。,一、补体系统概念,第一节 补体系统概述,补体的分类与命名：,补体固有成份 补体调节蛋白 补体受体,C1C9,B,、,D,、,P,因子,C1INH,、,C4BP,、,H,、,I,、,S,蛋白和血清羧肽酶等, MCP, DAF, HRP,C1qR,、,C3b/C4bR (CRI),、,3dR(CRII),、,H,因子受体、,C3a,和,C5a,受体等,补体固有成份的组成、命名、生成部位和理 化特征,1,参与经典途径活化的补体固有成份按其发现的先后分别命名为,C1,、,C2,、,C3,、,C4,、,C5,、,C6,、,C7,、,C8,和,C9,，,其中,C1,由,C1q,、,C1r,和,C1s,三个亚基组成。,2,参与旁路途径活化的补体固有成份由,B,、,D,、,P,因子和,C3,、,C5C9,组成。,3,MBL,途径成份：,MBL(,mannose-binding lectin, MBL,),，,MASP,（,MBL-Associated serum,proteinase,), C4,C2,C3,C5-C9,4,补体固有成份是由肝细胞、巨噬细胞、 肠,粘膜上皮细胞和脾细胞等合成的糖蛋白，含量约占血清球蛋白总量的,10%,，其中,C3,含量最高、,D,因子含量最低。,5,固有成份间的分子量差异较大，其中,C1q,最大、,D,因子最小。,6,对热不稳定，,56C,、,30min,即被灭活，,010 C,条件下活性只能保持,34d,。,7,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,补体活化有三条途径：,补体的经典活化途径,补体的旁路活化途径,补体的,MBP,活化途径,第二节 补体的活化,补体活化的经典途径,The Classical Pathway,The binding of antibody to its antigen often triggers the complement system through the so-called classical pathway. It can occur in solution or when the antibodies have bound to antigens on a cell surface.,经典途径主要以抗原抗体复合物为活化物，活化,C1,为活化的起点。,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,C,H1,C,H2,IgM,CH3,区，,IgG,CH2,区,1.,识别阶段,T,Y,1,、,C1,分子的结构和功能,C1q,为18条肽链组成的胶原,蛋白,样,分子,，3条肽链一组,形成,6个亚,单位,。,C1r,，,C1s,均为单链,血清蛋白酶,。在钙镁,离子参与,下，一,分子,C1q,与2,分子,C1r,和2,分子,C1s,形成复合,物。,C1,是经典途径活化的始动分子。,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。,C1q,N,C,蛋白酶活性区,SS,C1r,C1r,N,C,SS,C1s,C1r,、,C1s,分子结构,C1q,C1qr2s2,C1r,C1s,40nm,抗 原,抗体,抗 原,补 体 活 化 的 经 典 途 径,C1,分子的结构与功能,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。,补 体 活 化 的 经 典 途 径,IgM/IgG,复合物,C1q : r : s,C4,C4b + C2,C4a,C2b,C4b2a,C3,C3b,C3a,Ca,+,Mg,+,Ca,+,（,C3,转化酶）,C4b2a3b,（,C5,转化酶）,2.,活化阶段,2.,C4,的分子结构、裂解片段和功能,C4,为,3肽链结构,，,分别,为,、,、,链。,C4,是,C1,（,C1S),的作用底物之一,C4,C4a,C4b,C4,结构图,chain,chain,参与,C3,和,C5,转化酶的形成,过敏毒素,3. C3,C3,为,2肽链结构，,分别,为,、,链,。,三条激活途径的汇合点，起枢纽作用,C3,为,血清中含量最高的补体成分,C3,C3a,C3b,C3,结构图,参与,C3,和,C5,转化酶的形成,过敏毒素,C3,结构以及活化和降解,factor,factor,CR1,proteases,4.,C5,C5,为,2肽链结构，,分别,为,、,链,。,S,S,C5转换酶,C5a,C5b,过敏毒素,参与攻膜复合体的形成,补体活化经典途径,补体系统的激活途径,经典途径,:,几个特点：,1,抗原抗体特异结合活化,2,反应顺序为,C1qrs-C4-C2-C3-C5-C6-C7-C8-C9,3,产生,3,个转化酶：,C1,酶, C3,转化酶，,C5,转化酶,4,产生,3,个过敏毒素（,Anaphylatoxin,），,C3a,C4a,C5a,补体活化的,MBP,途径,细菌表面的多糖（甘露糖或,N,氨基半乳糖）经血浆中的甘露糖结合凝集素（,Mannose binding,lectin,，,MBL,）和,MBL,相关的丝氨酸蛋白酶（,MBL associated serum protease,，,MASP,）活化,C4,和,C2,。,无,C1,的参与,There is a spontaneous conversion of C3 to C3b. Ordinarily the C3b is quickly inactivated: the C3b binds to inhibitory proteins and,sialic,acid present on the surface of bodys own cells, and the process is aborted.,细菌内毒素（,LPS,）、酵母多糖、多聚,Ig,和蛇毒因子等直接活化补体,C3,。,旁路途经,The,Alternative Pathway,C3bBb,的产生,C3b,Bb,C3b,B,D,因子,C3b,B,B,C3b,补 体 活 化 表 面,B,旁路,活化无活化,C3,C3,C3a,C3b,D,因子,B,因子及其功能,B,因子为,存在于血清的单链糖蛋白,。,D,因子,Ba,（,234aa,）,Bb（505aa）,N,C,蛋白酶活性区,C3b,C3bBb,（,C3,转化酶）,C3b,C3bB,C3,C3,与,C3b,正 反 馈 环 路,D,因子,C3b,Bb,B,因子,C3bBbP,C3bnBb,C3b,Bb,C3b,Bb,C3,C3bBb,的 双 重 作 用,C3b,Bb,C5,C3b,C3,C3b,C5,C5a,C3a,C3b,C3b,C5b,C3bBbP ,C3,转化酶（,C3 convertase,）,C3bnBb ,C5,转化酶（,C5 convertase,）,旁路途径,的,激活,几个特点：,1,天然活化,，,LPS,等,多糖类,物质,可,促进,其,活化,。,2,含有一个,C3,活化的正反馈调节环路,。,3,产生,C3,转化酶和,C5,转化酶,4,C1, C4,和,C2,不参与，,B,因子、,D,因子、,P,因子参与,5,机体早期抗感染免疫中起作用,旁路,活化,途径,C3,C3b+B,因子,C3bBb(P),C3bnBb(P),D,C3a,Ba,C5b,-C6,7,8,9,C5,C5a,正反馈调节环路,LPS,，,多糖，凝聚,Ig,等,活化,P,因子,细胞溶解,（,C3,转化酶）,（,C5,转化酶）,C9,穿孔,素(,Perforin,),C9,和,穿孔,素结构,类似,，均为,单链结构,N,端以,亲水性氨基酸为主,，,C,端均以疏水性,氨基酸为主,。被,活化,后,形成,管状结构的多聚体，由10个,以上,的,单体分子,组成，可,通过,其疏水性的,C,末端,插入细胞膜,，,导致细胞溶解,。,N,C,凝血酶,亲水区,疏水区,共同终末途径,C5b+C6+C7+C8+C9 = MACs,补体攻膜单位,细胞膜表面的,C3b5b,与,C6,、,C7,、,C8,依次结合形成,C5b678,复和物。该复和物诱发,C9,在细胞膜表面共聚，形成膜表面的通道结构,MACs,，,造成胞膜的穿孔损伤。,补体膜攻击单位结构,MACs,造成的细胞膜损伤,C7,C6,C8,C5b,C9,多聚体,补 体 杀 伤 寄 生 虫,MACs,的效应,细菌脂多糖、肽聚糖、酵母多糖和凝聚的,IgG4/IgA,等,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,C1C9,C3,、,B,、,D,、,P,因子和,C5C9,Ca,+,、Mg,+,Mg,+,C4b2a,C3bBb(P),C4b2a3b,C3bnBb(P),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,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。,补体活化途径的调节,主要包括,（一）,补体自身衰变的调节,（二） 可溶性补体调节因子的作用,（三）膜补体调节蛋白和补体受体的作用,第三节 补体系统的调节机制,Regulation of Complement Activity,The explosive potential of the complement system requires that it be kept under tight control. At least 12 proteins are known that do this.,经典和,MBP,途径的调节,C1IHN,缺陷引起血管神经性水肿,结合活化的,C1rC1s,，,使其失去正常酶解底物,C4,和,C2,的功能,C1,抑制分子（,C1 inhibitor, C1INH),C4bp,的抑制作用（,C4 Binding Protein),结合,C4b,，,抑制,C4b,与,C2,的结合，防止,C3,转化酶的组装。,促进,I,因子对,C4b,的蛋白水解,3 H,因子,的,作用 （,factor H),能与,C3b,结合,，,抑制,旁路,途径,C3,转化,酶,（,C3bBb,）,作为,I,因子,的,辅助因子,（,Cofactor,）,水解,C3b,为,iC3b,和,C3f,I,因子的抑制作用（,FactorI,）,裂解,C3b,为,iC3b,和,C3f,继而裂解,iC3b,为,C3c,和,C3dg,裂解,C4b,为,C4c,和,C4d,C3d,C3g,proteases,NH2,CL,CL,CL,CL,NH2,CL,CL,CL,CL,补 体 抑 制 因 子,CD55,CD46,胞浆区,胞膜,GPI,锚固,CD46,和,CD55,DAF (Decay Accelerating Factor, CD55),促衰变因子,是经,GPI,锚固于胞膜表面的,75,kDa,单链,膜,糖,蛋白,，能够与,C3b,结合并且降解,C3/C5,转化酶。,促进,C3,和,C5,转化酶衰变。抑制补体的活化。分布于机体大部分细胞，,DAF,缺陷导致阵发性血红蛋白尿,。,膜辅因子蛋白,(Membrane Cofactor Protein, MCP, CD46),是一个分子量为,56-66 kDa,的共二聚体膜蛋白，与,CD55,、,CR1,和,CR2,等具有同源性。能够与,C3b,和,C4b,结合并使之被,I,因子降解，抑制补体的活化。分布于大部分细胞，,但红细胞缺如。,I,因子的辅助因子，促进,C3b,C4b,灭活，抑制补体活化，比,H,因子强,50,倍。,经 典 途 径 的 调 节,IgM/IgG,的复合物,C1q : r : s,C1q,C1r : s,C1-INH,C4,C4b + C2,C4a,C2b,C4b2a,C3,C3b,C3a,C4c +C4d,C2a,C4BP + I,Ca,+,Mg,+,Ca,+,C3b,Bb,哺乳动物细胞表面 微生物细胞表面,C3b,灭活,H,唾液酸,H,H,因子,H,因子与哺乳细胞表面的唾液酸结合之后被活化，抑制替代途径的补体活化。没有丰富的唾液酸的微生物细胞表面不能吸附,H,因子，容易成为补体系统的攻击对象。,替代途径的调节,CD59,（,C8bp,）,与,C8,结合，阻止,MACs,的组装,CD59,与,C8,的结合具有种属特异性，故是同源限制因子（,HRF,）,之一。,补体效应的同源限制性,异种器官移植,终末途径的调节,蛋白的作用,结合,5,b67,阻止膜攻击复合物的形成,过敏毒素灭活剂,血清羧肽酶,N,灭活,C4a,、,C3a,、,C5a,，,丧失过敏毒素活性,第四节 补体受体,CR1,(CD35),单链,C3b,受体，结合,C3b,，,C4b,主要存在于红细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、,B,细胞、部分,T,细胞、,K,细胞、肾小球囊细胞等，,CR1,的功能,（,1,）抑制补体活化,CR1,与,C3b,或,C4b,结合后，可促使,C3,转化酶（,C3bBb,或,C4b2a,）,降解，还可促进,I,因子对,C3b,和,C4b,的裂解作用，起到类似于,H,因子的作用。,（,2,）清除循环免疫复合物,带有,C3b,的免疫复合物与红细胞的,CR1,结合后，可随血流到肝脏，在那里被清除，或者促进吞噬细胞对免疫复合物的吞噬作用。在系统性红斑狼疮病人，可出现红细胞表面先天性和后天性的,CR1,数量减少，与其发病有密切关系。,（,3,）促进吞噬细胞的吞噬,（,4,）免疫调节,CR1,在,B,细胞发育的早期阶段即出现，大约,15-50%,前,B,细胞，,64-80%,的未成熟,B,细胞和几乎所有成熟,B,细胞都有,CR1,，,浆细胞无,CR1,。,CR1,对,B,细胞的分化可能有促进作用。基因敲除实验证明，,CR1,基因缺陷小鼠表现为,B,细胞对,TD,抗原反应低下，证明,CR1,对于,B,细胞功能具有重要作用,图。,CR1,的清除免疫复合物效应,2,.,CR2,(CD21),单链,C3d,受体，结合,C3d,，,C3dg,，,EBV,CR2,主要存在于成熟,B,细胞和树突状细胞，某些单核细胞、,K,细胞、胸腺细胞也表达少量,CR2,。,CR2,的功能,调节,B,细胞活化,介导,EBV,感染,结合免疫复合物，促进吞噬作用,CR2,缺陷小鼠,B,细胞数量减少,3.,CR3,(CD11b/CD18),双链,整合素,2,亚家族成员,，结合,iC3b,，,参与炎症反应,第五节 补体的生物学功能,（一）溶菌和细胞溶解效应,补体系统通过经典途径、旁路途径或,MBL,途径被活化后，可在靶细胞上形成膜攻击复合物，导致靶细胞的溶解，补体的这一功能在机体的免疫系统中起重要的防御和免疫监视作用，可以抵抗病原微生物的感染，消灭病变衰老的细胞。由于补体的溶细胞效应具有重要生理意义，因而，当某些病人出现先天性或后天性的补体缺陷时，出现的最重要表现是容易遭受病原微生物的侵袭而出现反复性感染。,（二）免疫调理作用,调理作用又称促吞噬作用，补体和抗体均具有调理作用。,在吞噬细胞表面有多种补体受体，如,CR1,，,CR2,，,CR3,等，结合了靶细胞或抗原的补体片段（,C3b/C4b),可与吞噬细胞表面的补体受体特异结合，促进两者的接触，增强吞噬作用和胞内氧化作用，最终使机体的抗感染能力增强,。,清除免疫复合物,细菌或免疫复合物激活补体、结合,C3b/C4b,后，若与表面具有相应补体受体（,CRI,）的,RBC,和血小板结合，则可形成较大的聚合物，通过血液循环到达肝脏和脾脏，被巨噬细胞吞噬。,（三）促进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，可明显增强抗体对病毒的中和作用；,在没有抗体存在时，补体也可对病毒产生溶解灭活作用。,（四）炎症反应,C3a,，,C4a,，,C5a,，,具有过敏毒素作用，,可使表面具有相应受体的肥大细胞和嗜碱性粒细胞等脱颗粒，释放组胺等血管活性物质，引起血管扩张、通透性增强、平滑肌收缩和支器官痉挛等的作用；,C3a,和,C5a,对中性粒细胞具有趋化作用,，吸引具有相应受体的中性粒细胞和单核吞噬细胞向补体激活的炎症区域游走和聚集，增强炎症反应。,C2a,具有激肽样作用,：使小血管扩张、通透性增强、引起炎症性充血和水肿作用，,（五） 免疫调节作用,补体活化过程中产生的活性片段可与免疫细胞相互作用，对免疫功能起调节作用。例如，,C3d,，,Ba,，,Bb,等片段对,B,细胞的功能可产生调节作用；,C5a,可促进多种细胞因子如,IL-1,，,IL-6,，,IL-8,，,TNF,的产生等。,第六节,补体系统的异常与疾病,1.补体,缺陷,2.补体与,炎症性,疾病,3.补体与病毒感染,4,.补体与,器官,移植的超急性排斥,反应,5.,补体含量的增高和降低,1,。补体缺陷,在临床上偶尔可以见到一些补体先天性缺陷的病人，除了,C2,缺陷和,C1INH,缺陷相对较常见外，其它补体成分的缺陷均非常罕见。补体先天性缺陷患者的两大临床表现是反复感染和自身免疫病，这也从反面证实了补体在抗感染免疫和免疫调节方面的重要意义。表,6-1,列举了一些补体缺陷的临床表现。,补体缺陷的临床表现,临床表现,主要相关的缺陷补体成分,次要相关的缺陷补体成分,遗传性血管神经性水肿,C1INH,严重顽固性皮肤损害,C1q,反复发作性细菌感染,C3,，,I,因子,C1r，C1q,免疫复合物性血管炎（包括肾炎）,C1q，C1r，C4，C2,C3，C5,反复发作性革兰氏阳性球菌感染,C5，C6，C7，C8,系统性红斑狼疮,CR1,2,。补体与炎症性疾病,补体在活化过程中产生的片段具有一些新的生物学活性，其中,C5a,，,C3a,，,C4a,具有过敏毒素效应，,C5a,具有趋化活性，这些片段在促进炎症反应中起重要作用，因而在一些炎症相关的疾病中，补体起重要的病理作用，包括自身免疫病、心血管疾病、感染过程中的炎症性组织损伤、超急性移植排斥等。在这些情况下，通过抑制补体有可能受到治疗疾病的效果,3,。补体与病毒感染,最近，补体受体及补体膜表面调节蛋白与病毒感染的关联受到越来越多的重视，一些病毒可通过补体受体等感染宿主细胞,4,，例如，,EB,病毒通过,CR2,感染,B,细胞，麻疹病毒通过,MCP,感染机体细胞，柯萨其病毒、埃可病毒和肠道病毒可通过,DAF,感染细胞等。在临床上，可考虑应用补体受体的阻断剂治疗某系某些病毒感染。,4,。补体与器官移植的超急性排斥,目前研究结果表明，超急性移植排斥的主要原因是补体系统的全身性激活，导致对机体自身的广泛性组织损伤，产生致命的后果。,目前在临床前研究的解决方案是：,（,1,）利用补体抑制剂如可溶性,CR1,进行药物治疗；,（,2,）考虑应用转基因技术解决这一问题。,目前已开展了,CR1,、,DAF,、,CD59,、,MCP,等膜表面补体调节蛋白转基因猪的实验研究，将这些人类基因在胚胎期转入猪胚胎细胞后，使其发育成含有人类基因的转基因猪，将其器官移植至灵长类动物后，由于补体调节蛋白对补体的抑制作用，可有效阻止超急性移植排斥的发生，使移植的器官存活时间明显延长。,谢谢！,Thank you for your attention,！,