2014.11补体系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 补体系统,(,Complement,),1,第一节 补体概述,第二节 补体激活,第三节 补体系统的调节,第四节 补体的生物学意义,第五节 补体与疾病的关系,2,目的要求,（一）掌握补体系统的概念；经典途径和旁路途,径的激活过程；补体的生物学作用。,（二）了解补体系统的组成、命名及主要理化特,性；了解补体活化的调节；补体活化的,MBL,途径。,3,教学内容,（一）补体系统的概念、组成及理化性质,（二）补体系统的命名,（三）补体的激活,（四）补体活化的调控,（五）补体的生物学作用,4,补体的发现,溶菌,56,，,30,分钟,正常豚鼠血清,溶菌,溶菌,凝集,凝集,感染霍乱豚鼠血清,感染霍乱豚鼠血清,霍乱弧菌菌液,第一节 补体概述,5,定义,存在于人和脊椎动物血清、组织液和细胞膜表面的一组经活化后具有酶活性的蛋白质包括余种成分，故被称为,补体（,complement,，,C,）系统。,补体的发现：,十九世纪末,在发现体液免疫后不久,Bordet,即证明,新鲜血清中存在一种不耐热的成分,可辅助特异性抗体介导的溶菌作用。由于这种成分是抗体发挥溶细胞作用的必要补充条件,故被称为,补体,(,complement, C,),。,6,（一）补体的命名：,1.,参与补体,经典激活途径的固有成分,，按发现的先后命,名：,C1,（,q r s,）、,C2C9,2.,补体系统的,其他成分以英文大写字母,表示：如,B,、,D,因子、,H,因子、,MBL,等。,3.,调节成分以功能,命名：,C1,抑制物；,C4,结合蛋白。,4.,活化裂解片段,加小写字母：如,C3a,、,C3b,等。,5.,具有,酶活性,的成分,加横线,；如,C3bBb,。,6.,灭活,的补体片段，在其符号前加,i,：如,iC3b,。,7,（二）补体系统的组成：,1.,补体固有成份：,2.,补体受体,(,CR,),：,3.,补体调节蛋白：,C1C9,B,、,D,、,P,因子，,MBL,，,MASP,CR1,、,CR2,、,CR3,、,CR4,、,CR5,及,C3aR,、,C4aR,，,C5aR,等,C1INH,、,C4bp,、,H,因子、,I,因子、,S,蛋白、羧肽酶,N,、,MCP,、,DAF,等,8,（三）补体的理化性质与生物合成：,1.,补体的理化性质,补体均为糖蛋白，多数为,球蛋白。,在生理情况下，多以酶前体形式存在。,多数补体对热不稳定，血清,56,，,30min,灭活。,2.,补体的生物合成,补体的主要合成细胞是肝细胞和巨噬细胞，另外很多其它细胞也能合成补体。,血浆中大部分补体成分是由肝细胞分泌，但在不同组织中，尤其是在炎症灶中，巨噬细胞是补体的主要来源。不同补体成分的主要合成部位可能各不相同。感染、组织损伤以及炎症状态下，补体产生增多，血清补体成分增多。,9,3.,补体生物合成的调节,补体的基因表达存在组织特异性，不同细胞各自调节其补体的生物合成。；补体的生物合成受多种因素调节，包括局部组织特异性因子、激素、细胞因子等。,4.,补体的代谢,补体代谢率极快，血浆补体每天约有一半被更新。疾病状态下，补体代谢可能发生更为复杂的变化。,10,第二节 补体的激活,激活过程依据起始顺序的不同，可分为,三条途径,：,由抗原,-,抗体复合物结合,C1q,启动激活的途径，称为,经典途径,(classical pathway),；,由,MBL,结合至细菌启动激活的途径，称为,MBL,途径,（,mannose-binding lectin pathway,）；,病原微生物等提供接触表面，而从,C3,开始激活的途,径，称为,旁路途径,（,alternative pathway,),。,11,共同的末端通路（,terminal pathway,），即,膜攻击复合物（,membrane attack complex,MAC,）,的形成及其溶解细胞效应。,在发挥抗感染作用过程中，最先发挥作用的是旁路途径和,MBL,途径，最后才是经典途径。,12,(,一,),补体活化的经典途径：,1.,激活物：,主要是,抗原,-,抗体复合物（,immune complex, IC,），另外，,C,反应蛋白、细菌脂多糖、髓鞘脂和某些病毒蛋白也可以作为激活物。,2.,参与成分：,C1,-,C9,3.,激活条件：,*,IgG,1,、,G,2,、,G,3,、,IgM,才能活化,C1,；,*,游离的或可溶性抗体不能激活补体。,13,4.,活化过程：,1),识别阶段：,C1,（,C1q,）,与抗原抗体复合物中,Ig,的补体结合位点相结合至,C1,酯酶形成。,2),活化阶段：,C1,酯酶作用于后续成分,至形成,C3,转化酶（,C4b2a,）和,C5,转化酶,（,C4b2a3b,）,。,3),膜,攻击阶段：,附着于胞膜的,C5b678,复合物与,12-15,个,C9,分子联结成,C5b-9,，即,形成攻膜复合体（,membrane attack complex, MAC,）,。,(,一,),补体活化的经典途径：,MAC,的效应机制：,MAC,在胞膜上打孔（内径,11nm,）,胞内渗透压下降,细胞溶解,14,C2a,C2b,C2a,C4b2a,C4b2a3b,C2a,2.,活化阶段：,形成,C3,转化酶、,C5,转化酶,15,Classical,Pathway,C5-activation,C3b,C2,a,C4b,C5,b,C5a,3.,膜攻击阶段：,形成,MAC,（,membrane attack complex,，攻膜复合物,）,16,Classical Pathway,assembly of the lytic complex,C5,b,C6,C7,17,Lytic pathway:,insertion of lytic complex into cell membrane,C5,b,C6,C7,C8,C,9,C,9,C,9,C,9,C,9,C,9,C,9,C,9,C,9,18,Ig M / Ig G -Ag,复合物,（,C5,转化酶,）,C1q : r : s,C4,C4b + C2,C4a,C2b,C4b2a,C3,C3b,C3a,Mg,2+,Mg,2+,Mg,2+,（,C3,转化酶）,C4b2a3b,识别阶段,活化阶段,C5,C5b-C6,7,8,9,C5a,细胞溶解,膜攻击阶段,补体活化的经典途径,19,二、旁路激活途径,在一定条件下，不经,C1,、,C4,、,C2,途径，直接激活,C3,，再顺序完成,C5,C9,激活的过程。,参与成分,：,C3,、,C5-C9,、,B,、,D,、,P,等因子、,Mg,2+,。,主要激活物质,：某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡萄糖均可成为旁路途径的激活物。它们实际上是为补体激活提供保护性环境和接触表面。,20,C3b stabilization andC5 activation,C3b,C3b finds an activator (protector) membrane,C3,C3a,b,C5,b,C5a,B,D,b,P,This leads to membrane,attack pathway,21,C3bBb,D,因子,（,B,因子转化酶,）,B,因子,P,因子,（备解素）,Bb,C3,C3a,C3b,C3bnBb,C5,C5b,C5a,C6,C7,C8,C9,MAC,C3b,C3,Ba,C3a,22,23,旁路途径,C3b,的来源,补体活化途径的产物,MASP1,直接裂解,C3,天然,C3,与,H,2,O,形成,C3,（,H,2,O,）,C3,（,H,2,O,）,+B,因子,Mg,2+,D,因子,C3,（,H2O,）,Bb,旁路途径起始,C3,转化酶,C3,24,三、补体活化的,MBL,途径,主要激活物,：病原体表面的糖结构（以甘露糖、甘露糖胺为末端糖基的糖结构）,主要参与成分,:,甘露糖结合凝集素,(mannose-binding lectin,MBL),、纤维胶原素（,ficolin,，,FCN,）、,MBL,相关的丝氨酸蛋白酶,(MASP),、,C4,、,C2,、,C3,、,C5-9,、,Ca,2+,、,Mg,2+,25,26,Mannose-binding lectin pathway,C4,MBL,C4b,C4a,C4b,C2,C2b,C2a,C2a,C4b2a is C3 convertase;,it will lead to the generation of,C5 convertase,MASP,MASP2,27,经典激活途,径,MBL激活途,径,旁路激活途,径,C4,C2,的活化,C3,的活化,C5,的活化,膜攻击复合物的形,成,四、补体活化的共同末端效应,28,C5b,C5a,29,30,补体三条激活途径的比较,比较项目 经典途径,MBL,途径 旁路途径,主要激活物,IC,病原体表面糖结构,细菌脂多糖等,参与成分,C1-9 MBL,、,FCN,、,MASP,、,C3,、,C5-9,、,Mg,2+,Ca,2+,、,Mg,2 +,C2-9 Ca,2+,、,Mg,2+,B,、,D,、,P,因子,C3,转化酶,C4b2a C4b2a C3bBb,C5,转化酶,C4b2a3b C4b2a3b C3bnBb,作 用,在抗体形成后发 在感染早期即 在感染早期即,挥作用,参与特异 发挥作用，参 发挥作用，参,性免疫应答。 与非特异性免 与非特异性免,疫应答。 疫应答。,31,第三节 补体系统的调节,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）控制补体活化的启动；,（二）补体活性片段发生自发性衰变；,（三）血浆和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白，通过控制级联酶促反应中酶活性和,MAC,组装等关键步骤发挥调节作用。,32,第三节 补体系统的调节,（一）调控经典途径,C3,转化酶和,C5,转化酶,1.C1,抑制物（,C1 inhibitor, C1INH),2.,补体受体,1,（,CR1,）,-(CD35),3.C4,结合蛋白（,C4 binding protein,C4bp,）,4.,衰变加速因子（,decay accelerating factor,DAF,）,-(CD55),5.,膜辅助蛋白（,membrane cofactor protein,MCP,）,-(CD46),6.I,因子,（二）调控旁路途径,C3,转化酶和,C5,转化酶：,I,因子、,H,因子等,（三）针对,MAC,的调节,1.,CD59,2.,C8,结合蛋白（,C8bp,）,3.,S,蛋白（,SP,）,4.,群集素,33,1,C1,抑制分子,(C1 inhibitor, C1INH),： 是一种血浆糖蛋白 与活化的,C1s,、,C1r,结合成稳定的复合物,C1r,、,C1s,失去酶解底物的能力。,34,2.CR1,的作用,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。,35,3.,C4,结合蛋白的抑制作用（,C4 Binding Protein,，,C4bp),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。,C4bp,36,4,DAF (Decay Accelerating Factor, CD55),：衰变加速因子,单链膜蛋白,抑制补体活化,结合,C4b,，促进,C3,转化酶衰变,分布于外周血细胞、内皮细胞和各种黏膜上皮细胞，,DAF,缺陷导致阵发性夜间血红蛋白尿,37,DAF,作用机理,38,5,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,39,6,I,因子的抑制作用（,Factor I,）,具有丝氨酸蛋白酶活性,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,C4bp,40,7.,蛋白的作用,结合,5b67,阻止膜攻击复合物的形成,41,第四节 补体的生物学作用,（一）补体的生物功能,2.,调理作用,C3b,、,C4b,与颗粒性抗原结合，可,促进吞噬细胞的,吞噬作用。,最终使机体的抗感染能力增强。,1.,溶菌、溶解病毒和细胞的细胞毒作用,通过在靶细胞表面形成,MAC,，导致靶细胞溶解。,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。,42,C3b/CR1,促进吞噬细胞的吞噬（调理）作用,43,第四节,补体的生物学作用,（一）补体的生物功能,3.,免疫黏附,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。,C3b/CR1,介导的免疫粘附作用,44,第四节 补体的生物学作用,（一）补体的生物功能,4.,炎症介质作用,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、平滑肌收缩和支气管痉挛等的作用。,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。,45,C5a,的炎症介质作用,46,第四节 补体的生物学作用,（二）补体的病理生理学意义,1.,机体抗感染防御的主要机制,在抗感染防御机制中，,补体是固有免疫和适应性免疫间的桥梁,。,病原微生物侵入机体后，在特异性抗体前数天内，机体有赖于固有免疫机制发挥抗感染效应。补体旁路途径和,MBL,途径通过识别微生物表面或其糖链组分而触发级联反应，所产生的裂解片段和复合物通过调理吞噬、炎症反应和溶解细菌而发挥抗感染作用。在特异性抗体产生之后，可通过经典途径触发,C3,活化，与旁路途径中,C3,正反馈环路协同作用，形成更为有效的抗感染防御机制。,2.,参与适应性免疫应答,3.,补体系统与血液中其他级联反应系统的相互作用,C3dR,即,CD21,参与构成,BCR,的辅助受体,47,第五节 补体与疾病的关系,（一）遗传性补体缺损相关的疾病,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。,下表列举了一些补体缺陷的临床表现。,48,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,CR1,49,第五节 补体与疾病的关系,（二）补体与感染性疾病,某些情况下，病原微生物可借助补体受体入侵细胞，机制有：,（,1,）,微生物表面与,C3b,、,iC3b,、,C4b,等补体片段结合，通过,CR1,、,CR2,进入细胞，使感染播散；,（,2,）,某些微生物可以补体受体或补体调节蛋白作为其受体而入侵细胞（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。,（,3,）,微生物感染细胞后，可产生类似,MCP,、,CD59,、,DAF,样的调节蛋白，有效抑制补体的活化及溶解效应。,50,第五节 补体与疾病的关系,（三）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,51,第五节 补体与疾病的关系,（四）补体与异种器官移植,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。,52,本章小结,、掌握补体系统的概念；,2,、三条途径中,C3,和,C5,转化酶分别是什么；三条途径的流程、参与的分子、共同末端。,2,、掌握补体的生物学活性。,英文,Complement; classical pathway; alternative pathway; MBL pathway; membrane attack complex MAC.,53,Thank You!,54,C1q,C1r,C1s,C1,分子结构示意图,55,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,2+,存在下可启动补体活化的经典途径。,56,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,57,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。,58,59,4,c,9,c,8,C5b,c,9,c,9,c,9,c,9,c,6,c,7,c,9,9,9,9,9,9,9,5,6,7,8,r,q,s,2a,4b,2a,3b,4b,2,3,2b,4a,3a,5a,识别,活化,攻膜,s,r,q,C3,转化酶,C5,转化酶,60,4,c,9,c,8,C5b,c,9,c,9,c,9,c,9,c,6,c,7,c,9,9,9,9,9,9,9,5,6,7,8,r,q,s,2a,4b,2a,3b,4b,2,3,2b,4a,3a,5a,识别,活化,攻膜,s,r,q,61,