微生物学(药学专业)-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,*,补体系统,概 述,概念：,补体,(complement,，,C),是存在于正常人和动物体液中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质。目前已知补体是由,30,余种可溶性蛋白、膜结合性蛋白和补体受体组成的多分子系统，故称为补体系统,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，参与机体的抗感染免疫，扩大体液免疫效应，调节免疫应答。同时，也可介导炎症反应，导致组织损伤。,补体,系统的概念,调理、中和,B细胞激活,形成裂解,复合物,趋化和炎症反应,补体系统,凝血系统,纤溶系统,缓激肽系统,是一组由生物大分子组成的,连续而分级,的激活反应系统,。一旦激活，可介导一系列的对宿主重要的,生物反应,。,(一) 补体系统的组成及性质,1.,补体系统的组成,2.,补体系统的命名,3.,补体系统的生成与理化性质,1.补体系统的组成,根据补体系统各成分的生物学功能，可将其分为三类：,（,1,）参与级联反应的补体成分,（,2,）补体激活的调节蛋白,（,3,）补体受体（,CR,）,参与级联反应的补体成分,是指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（,MBL,）激活途径的,MBL,和丝氨酸蛋白酶,;,旁路激活途径的,B,因子、,D,因子；,参与共同末端通路的,C3,、,C5,、,C6,、,C7,、,C8,、,C9,。,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：,可溶性：,包括,C1,抑制物、,P,因子、,I,因子、,H,因子、,C4,结合蛋白、,S,蛋白等；,膜结合：,包括促衰变因子、膜辅助蛋白、同种限制因子和膜反应溶解抑制因子等。,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,CR1-CR5,、,C3aR,、,C2aR,、,C4aR,、,C5aR,等,2.补体系统的命名,1.,“C”,- 补体的11种蛋白 (C1, C2, 等.),2.,英文大写,- 一些替代途径的成分 (B因子),3.,上划横线,- 具有酶活性的蛋白复,合物 （C4b2b）,4.,英文小写,- 蛋白酶裂解的,片段 (C3a or C5a),5.,“R”,- 补体的受体 (CR1 or C5aR),6.,英文字母i：,表示灭活的补体片段（iC3b）,3.补体系统的生成与理化性质,生成：,人类胚胎发育早期即可合成补体各成分，出生后36 个月达到成人水平。体内多种组织细胞均能合成补体成分，其中肝细胞和巨噬细胞是产生补体的主要细胞。,1.,化学组成：,补体各成分的化学组成均为,球蛋白,，多数为,球蛋白，少数为,或,球蛋白。,理化性质,理化性质,2.,血清含量：,血清中的补体含量相对稳定，约为,4mg/ml,，约占血清总球蛋白的,10%,，其中,C3,含量最高,，约,1.3mg/ml, D,因子含量最低约,2g/ml,。,理化性质,3.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。,理化性质,4.,特征：,补体成分,性质极不稳定,，,56,加热,30min,即可灭活，在室温下也会很快被灭活，故补体应保存在,-20,以下，冷冻干燥后能较长时间保存。许多理化因素如机械震荡、紫外线照射、强酸强碱、乙醇及蛋白酶等均可使补体灭活。,（二）补体系统的激活,在某些物质作用下，或在特定的固相表面上，补体各成分可按一定顺序依次被激活。在这一过程中，被激活的前一组分，即具备了裂解下一组分的活性，由此形成,一系列放大的补体级联反应,，最终导致溶细胞效应。,激活过程中,产生的多种补体片段,，也广泛参与机体的免疫调节与炎症反应。,补体系统的激活主要有三条途径：即经典途径、旁路途径和,MBL,途径。,启动,扩增,效应,调控,经典途径,MBL,替代途径,（C3转化酶）,（C3、C5转化酶）,（MACs等）,终末途径,甘露糖结合蛋白途径,级联放大,裂解效应,补体激活途径的,激活物质,经典途径,抗原抗体复合物,甘露糖结合蛋白途径,甘露糖、N乙酰葡萄糖胺,替代途径,脂多糖（LPS）,补体激活的途径,经典途径 MBL途径 替代途径,C3a,C3,C3b,C5a,C5,C5b + C6-C9,终末途径,C3,是血清中含量最高的补体蛋白。,同时因为它本身的活性，具有,放大,反应的作用。,C3,1.补体激活的经典途径,以,抗原,-,抗体复合物,为主要激活物质,由,C1,启动激活的途径,是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式。,激活物与激活条件,主要激活物：,抗原,-,抗体形成的免疫复合物,触发,C1,活化的条件为：,C1,只能与,IgM,或某些,IgG,亚类,(IgG1,、,IgG2,、,IgG3),的结合才能活化；,激活过程,参与成分：,包括,C1-C9,，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,(C5-C9),。,激活过程：,可分为三个阶段：,1.,识别阶段,2.,活化阶段,3.,膜攻击阶段,识别阶段,即C1 识别IC而活化形成C1 酯酶的阶段。,IgG1-3,和,IgM,与抗原结合，可导致抗体分子的构型改变，使,Fc,段上的补体结合部位暴露出来；,C1q,分子识别并与之结合后，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,。,C1s,C1q,C1r,C1qr2s2,40nm,Ag,Ab,Ag,C1:C1q,C1r2,C1s2,C1,C1q分子的头部由6个相同的花蕾状亚单位组成，其羧基端为球形结构，呈辐射状排列，是C1q与Ig Fc 段结合的部位。,活化阶段,即C3转化酶和C5转化酶形成阶段。,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C4b 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，继而被C1裂解为C2a和C2b。C2a 游离于液相；C2b则与固相C4b结合，形成稳定的C2b4b复合物，此即经典途径的,C3转化酶,。,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C2b4b结合，形成C2b4b3b三分子复合物，即,C5转化酶,。,C1 及 C4的活化,抗体,C1qr2s2,40nm,抗原,抗原,C4,C4b,C4a,C1s,C3 转化酶的形成,C4b,C2a,C2,C1s,C4b,C2b,C4b2b,复合物即经典途径的,C3,转化酶。,C3 的活化,C3,C3a,C3b,C3转化酶,C4b,C2b,C5,转化酶,(,经典途径,),C5,C5b,C5a,C4b,C2b,C3b,C4b2b3b,三分子复合物即,C5,转化酶。,C4b2b,C3,转化酶,C,4b2b,3b,C5,转化酶,经典途径,IgM/IgG 复合物,C1q : r :,s,C4,C4b + C2,C4a,C2a,C4b2b,C3,C3b,C3a,Ca,+,Mg,+,Ca,+,（C3,转化酶,),（C5,转化酶,),C4b2b3b,膜攻击阶段,（,1,）,即补体活化的末端效应阶段。此阶段形成膜攻击复合体(MAC), 导致靶细胞溶解。,C5转化酶裂解C5，C5与C5转化酶中的C3b结合，被裂解成C5a和C5b。C5a游离于液相；C5b仍结合在细胞表面，可依次与C6、C7结合形成C5b67三分子复合物，插入靶细胞膜脂质双层中，与C8结合，形成的C5b678复合物可牢固附着于细胞表面。,C5b678可与12-15个C9分子结合成C5b6789大分子攻膜复合体。,膜攻击阶段（,2,）,电镜下可见，,MAC,为中空的,C9,聚合体，其插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为,11nm,的跨膜通道。该孔道允许可溶性小分子和离子等从胞内逸出，而蛋白质类的大分子则难以从胞内逸出，导致,胞内渗透压发生改变,，致使大量水分子内流，最终导致细胞肿胀并破裂。,此外，,MAC,嵌入靶细胞膜可,使致死量钙离子向胞内被动弥散,，从而导致不依赖渗透作用的细胞死亡。,2、补体激活的旁路途径,是由病原微生物等提供接触表面，,从,C3,活化,开始，有,B,因子,D,因子参,与的激活过程，又称第二途径或旁,路途径。,（1）激活物与激活条件,主要激活物：,是某些细菌、革兰阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚,IgA,和,IgG4,等。,激活物为补体旁路途径的激活提供了保护性微环境和接触表面。,意义：,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。,（2）激活过程,C3,是启动旁路途径的关键分子。,1.,生理情况下的准备阶段：,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，血清中活化的,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,。,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。,替代途径的激活,C3,LPS,C3b,Factor,D,Factor,B,*,参与C3转化酶形成的蛋白,Factor,B,LPS,C3b,C3b,Bb,Ba,C3 转化酶的形成,Factor,D,C3bBb即旁路途径C3转化酶,C3 活化,LPS,C3b,Bb,C3a,C3 转化酶,C3,C3b,（2）激活过程,体液中的,H,因子可置换,C3bBb,中的,Bb,，使,C3b,与,Bb,解离，游离的,C3b,立即被,I,因子灭活。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。,（2）激活过程,2.,旁路途径的激活阶段,若存在激活物质，可为,C3b,或,C3bBb,提供不易被,I,因子、,H,因子灭活的保护性微环境，使旁路途径从缓慢进行的准备阶段过渡至激活阶段。,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,（或,C3bnBb,），此即旁路途径,C5,转化酶,。,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。,(,旁路途径,),LPS,C3b,Bb,C3,转化酶,C3b,C5,C5b,C5a,C3,C5,转化酶,形成,C3b与C3bBb 结合为C3bBb3b（或C3bnBb）即旁路途径C5转化酶,C3bBbP ,C3,转化酶,C3bnBb ,C5,转化酶,P,(备解素 ): 与 C3bBb结合并使之稳定.,补体激活的途径,经典途径 MBP途径 替代途径,C3a,C3,C3b,C5a,C5,C5b + C6-C9,终末途径,终末途径,三条激活途径的,C5,转化酶,C5,C5a+C5b,攻膜复合体,（MAC）,C5b,C9,多聚体,C5b+C6+C7+C8+C9 =,攻膜复合体（MAC）,攻膜复合体的结构,C7,C6,C8,12-15,攻膜复合体,在细胞膜上打孔,补体杀死病原体,MACs,效应,经典途径,替代途径,抗原-抗体,C1qr,2,s,2,C1qr,2,s,2,C4,C4b,C4a,C4b2b,C4b2b3b,C2,C2b,微生物表面成分,C3,C3b,C3a,Factor D,B,Ba,C3bBb,C3bBb3b,C5,C5b,C5a,(,C3转化酶,),(,C5 转化酶,),C6C7C8C9,MAC,C3,C3b,C3a,C3a,启动,扩增,效应,调控,经典途径,MBP,替代途径,（C3转化酶）,（C3、C5转化酶）,（MACs等）,终末途径,甘露糖结合蛋白途径,级联放大,裂解效应,二条激活途径的比较（1）,补体的二条激活途径既有共同之处，又有各自特点。,旁路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。,经典途径则通常在疾病恢复或持续过程中发挥作用 。,补体二条激活途径的比较 （2）,经典激活途径,替代激活途径,激活物质,起始分子参与的补体成分,所需离子,C3转化酶,C5转化酶,生物学作用,抗原抗体复合物,C1、C4、C2、C3、C5-C9,Ca2+Mg2+,C4b2b、C4b2b3b,参与特异性免疫的效应阶段，感染后期发挥作用,肽聚糖、酵母多糖、脂糖、凝聚的,IgAIgG4,C3、C5-C9、B因子、D因子,Mg2+,C3bBb,C3bnBb,参与非特异性免疫的效应阶段，感染早期发挥作用,（三）补体系统的生物学功能,1.,溶细胞作用,2.,调理作用,3.,免疫粘附作用,4.,引起炎症反应,5.,清除免疫复合物,6.,免疫调节作用,补体的功能,MAC,细胞溶解,靶细胞,清除免疫复合物,吞噬细胞,吞噬细胞,调理,炎症,肥大细胞 ( 脱颗粒 ),补体,补体的受体,免疫复合物,1.溶细胞作用,补体系统被激活后形成膜攻击单位，插于靶细胞膜上，使细胞膜表面形成许多小孔，最终导致靶细胞溶解，这是机体抵抗微生物感染的重要防御机制。,除溶菌作用外，补体还能溶解多种靶细胞，如红细胞、粒细胞、血小板、病毒感染的靶细胞和肿瘤细胞等。,2.调理作用,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。,C3b,、,C4b,等可与中性粒细胞或巨噬细胞表面相应受体结合。从而作为靶细胞（或免疫复合物）和吞噬细胞间的连接成份，促进了吞噬作用。,3.免疫粘附作用,是指结合在细菌或其他颗粒及,IC,上的,C3b,或,C4b,可与表达,CR,的红细胞、血小板或某些淋巴细胞结合，形成较大的聚合物，易被吞噬清除的现象。,由于表达,CR,的红细胞数量多，其表面受体丰富，故成为清除,IC,的主要参与者。,4.引起炎症反应,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。,2.,过敏毒素样作用,C3a,、,C4a,、,C5a,均具有过敏毒素作用，可使肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，释放组胺等生物活性介质，引起毛细血管扩张、血管通透性增加、平滑肌痉挛等。,3,趋化作用,C3a,、,C5a,有趋化作用，能吸引中性粒细胞和单核,/,巨噬细胞等向炎症部位聚集，发挥吞噬作用，增强炎症反应。,5.清除免疫复合物,体内形成中等大小循环免疫复合物（,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,IC,解离或溶解，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。,循环,IC,可激活补体，,IC,借助,C3b,与表达,CR,的红细胞结合，并通过血流运送到肝脏而被清除。,表达,CR,的红细胞数量多，成为清除,IC,的主要参与者。,6.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。,补体的生物学效应,C3,C5,调理作用,中和作用,B细胞活化,C3a,C5a,裂解复合体的形成,趋化作用,炎症反应,C3b,C5b,趋化作用,炎症反应,C3a/C5a,生物活性,*,过敏和趋化因子,*,引起肥大细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸粒细胞 (释放组织胺),*,血管渗透性增加，水肿,*,促进细胞因子的释放，粘附分子和急性反应蛋白的表达,*,促进/加剧呼吸爆发,C5b,生物活性,*,启动,膜攻击复合物的形成,：,非蛋白水解相联的 C5b, C6, C7, C8 和 C9 导致水解膜的孔复合物的形成,*,细胞的,信号传导,C3b,生物活性,*,抗原-抗体复合物清除的调理作用,*,溶解免疫复合物,*,中和侵入的病原微生物,补体系统的效应,经典途径,C3,旁路途径,活化巨噬细胞,C5,活化肥大细胞,C5a,C5b-9,MBP途径,直接杀伤靶细胞,MAC,C3b,C3a,调理作用,补体的其它生物学功能,一、名词解释,补体系统 C3,二、简答题,1.试述,补体系统的生物学活性。,2.补体系统有哪二条途径激活途径，比较二条激活途径的特征。,复习题,