第三章补体系统

第三章补体系统补体的发现1894年,Bordet实验：新鲜的山羊抗霍乱血清溶解霍乱弧菌JulesBordet(1870-1961)1919NobelPrize概念补体（complement，C）是存在于人或脊椎动物血清与组织液中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质补体系统是由30余种可溶性蛋白质和膜结合蛋白组成的多分子系统第一节补体系统的组成和理化性质一、补体系统的组成补体系统是由三组球蛋白大分子组成第一组分：是由9种补体成分组成，分别命名为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9。其中C1是由三个亚单位组成，命名为Clq、Clr、Cls，因此第一组分是由11种球蛋白大分子组成。第二组分：发现一些新的血清因子参予补体活化，但它们不是经过抗原抗体复合物的活化途径。而是通过旁路活化途径。这此些因子包括B因子、D因P因子，它们构成补体的第二组分。第三组分：其后又发现多种参与控制补体活化的抑制因子或灭活因子，如CI抑制物、I因子、H因子、C4结合蛋白、过敏毒素灭活因子等。这些因子可控制补体分子的活化，对维持补体在体内的平衡起调节作用，它们构成了补体的第三组分。C1抑制物（C1INH）是血清中高度糖基化的一种蛋白质，含糖量高达35-49%。最初由Ranoff和lepow(1957)所发现，称其为C1酯酶抑制剂。2.理化特性糖蛋白，多为β球蛋白由肝细胞、巨噬细胞小肠上皮细胞及脾细胞等产生C3含量最高，D因子含量最低性质极不稳定，易失活(56℃、30分钟使多数补体失活)D因子是启动替代途径激活的重要成分，为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶，分子量仅25kDa（道尔顿）。D因子在血清中的浓度很低（1-2μg/ml），主要以活化形式而存在。补体系统的命名①参与经典激活途径的固有成分“C”，如C1（q、r、s），C2，┄C9②补体系统的其他成分“大写字母+因子”，如B因子、D因子等③补体调节蛋白功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白等④补体受体以其结合对象命名，如C1qR、C5aR⑤补体活化的裂解片段小写字母表示，如C3a、C3b⑥具有酶活性的成分或复合物加一横线表示，如C1，C3bBb⑦已失活的补体成分符号前冠以“i”表示，如iC3b补体系统两条激活途径中，涉及到14个补体蛋白（C1-9，及B、D、P因子）的参与。由于分子遗传学和分子克隆技术的应用，已阐明许多补体分子的结构、功能、生物合成及遗传特征，从而大促进了人们对补体系统激活过程机理的认识和对各个补体分子功能的深入了解。C1分子C1是经典激活途径中的起始成分。它是由1个分子的C1q和2个分子的C1r及2个分子的Cls借Ca2+连接而成的大分子复合物。分子量约为750kDa。其中C1q为具有识别作用的亚单位，C1r和C1s为具有催化作用的亚单位。①C1qC1q为各种补体分子中分子量最大（410kDa）的γ球蛋白。其分子结构较特殊和复杂，由A、B、C三种不同类型的肽链所组成。其中A、B、C链各6条，共18条。C1q同1个分子的IgM结合即可被活化，但至少需同两个IgG分子结合才能被活化，而且两个IgG分子在细胞膜上的距离不得少于700nm。②Clr和ClsClr和Cls均为单一多肽链分子，又都是丝氨酸蛋白酶。Clr和Cls多肽链均由接近700个氨基酸所组成。位于C末端的约250个氨基酸为丝氨酸蛋白酶区，与胰蛋白酶和糜蛋白酶同源。同大多数补体蛋白一样，它们都是镶嵌（mosaic）蛋白，即由不同氨基酸组成的固定基序组合而成，并且很可能代表独立的折叠功能区或结构功能域（module）丝氨酸蛋白酶是一个蛋白酶家族，它们的作用是断裂大分子蛋白质中的肽键，使之成为小分子蛋白质。在哺乳类动物里面，丝氨酸蛋白酶扮演着很重要的角色，特别是在消化，凝血和补体系统方面。胰分泌的酶里面有三种是丝氨酸蛋白酶：糜蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶C4分子C4是经典激活途径中第二个被活化的补体成分，分子量约为210kDa，由α（90kDa）、β（78kDa）及γ（33kDa）三条肽链借二硫键连接组成C4的分子结构较为特殊，其α链中含有一个在半胱氨酸和谷氨酸残基形成的内硫酯键。C4可能与免疫识别及维持免疫自稳功能也有关。分为：小片段C4a（8.6kDa）大的片段C4b半胱氨酸：一种生物体内常见的氨基酸，可由体内的蛋氨酸（甲硫氨酸，人体必需氨基酸）转化而来。半胱氨酸是一种还原剂,半胱氨酸通过改变蛋白质分子之间和蛋白质分子内部的二硫键,减弱了蛋白质的结构，这样蛋白质就伸展开来。谷氨酸：是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。味精中含少量谷氨酸·C2分子C2的序号似是补体的第2个成分，但在经典激活途径的激活顺序上却在C4以后被活化。C2分子的一级结构已全部搞清楚，它是由723个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白，分子量约110kDa。当C2与已固定于细胞膜固相上的C4b结合为复合物时，C1s丝氨酸蛋白酶可从C2肽链的精氨酸和赖氨酸（223-234）间，将C2裂解为两个片段，即C2a和C2b。C3分子C3处于两条激活途径的汇合点，在补体系统活化过程中起着枢纽作用，并为替代途径激活的关键分子。C3的α、β两条肽链组成，之间以二硫键相连结，分子量为195kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa。其在血清中的含量高于其它补体分子，约为0.55-1.2mg/ml。C5分子C5是形成膜攻击复合体（MAC）的第1个补体分子。C5由以二硫键相连接的α、β链组成，分子量190kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa。C5与C3和C4的结构相类似，但没有链内硫酯键。靠近N端的第74-75位精氨酸—亮氨酸键为C5转化酶作用的部位。C8分子C8是由α、β、γ三条肽链组成的三聚体糖蛋白，分子量为155kDa。其中α链和β链均为64kDa,γ链为22kDa。α链和γ链间以二硫键共价结合，而α链与β链间则为非共价键结合。C8的α链和β链在遗传上也呈高度多态性，二者约有33%的氨基酸序列相同，而与C7和C9则约25%相同。C9分子C9是形成膜攻击复合体（MAC）的最后个分子，为一单链糖蛋白，分子量79kDa。B因子B因子（factorBBf）替代激活途径中的重要成分，由Blum于1959年首先发现。B因子为由733个氨基酸残基组成的单链糖蛋白（糖含量约7%），分子量93kDa。B因子为C3激活剂前体，主要由肝脏和巨噬细胞合成。它是参与补体旁路活化的重要成分，参与机体防御，在组织和细胞损伤和炎症过程中均起重要作用。D因子D因子是启动替代途径激活的重要成分，为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶，分子量仅25kDa。D因子在血清中的浓度很低（1-2μg/ml），主要以活化形式而存在。但可能还有一种以酶原形式而存在的由239个氨基酸残基组成的D因子。具有活性的D因子（D）可能在第234-235位的精氨酸-赖氨酸键处将B因子裂解为Ba和Bb两个片段，从而启动替代途径的级联活化反应。P因子P因子又称备解素（properdin），是替代途径中除C3以外最先发现的一种血浆蛋白。P因子为由4条相同的肽链（分子量各55kDa）组成的四聚体分子，链间以非共价键相连接，分子量为220kDa。P因子的生物学活性是以高亲和力与C3bBb(替代途径的C3转化酶)和C3bnBb(C5转化酶)相结合，结合后通过发生构象改变而加固C3b与Bb间的结合力，从而可使其半衰期由2分钟延长至26分钟。因此，P因子实际上是替代途径中的一个重要的正调节分子。这些都是固有免疫应答中的物质，都是属于补体。有C1，C2，C3，C4，C5等，C3在作用过程中可以分解为二个片段，小片段是小a,大片段是小b，合成C3a。C3b，其他也是一样的，各种分解的片段可以开成复合物，如C4b2b3b是由三个片段合成的复合物。补体可以帮助机体防御病原体，清除一定的病原体。在人体中是很重要的成分，也是诊断病人预后的一个指标，恢复期的指标。炎症的指标等。H因子H因子由Nilson等（1965）发现，根据电泳位将其命名为β1H，而Whaley和Ruddy则将其命名为C3b灭活剂加速因子。现已确定其为由1213个氨基酸组成的单链糖蛋白，分子量155kDa，既有长杆状部分，也有球形区域。H因子可加速C3转化酶的衰变，阻止替代途径中初始和放大C3转化酶的形成。I因子I因子为异源二聚体血清蛋白，呈双球状结构，分子全长13nm。。I因子结构基因的突变，可导致先天性I因子缺陷，此类患C3的过度消耗面引起反复感染和血管性水肿。第二节补体的激活概念在某些激活物质的作用下，各补体成分按一定顺序，以连锁的酶促反应方式依次活化，并表现出各种生物学活性的过程，亦称补体级联反应酶促反应（Enzymecatalysis）又称酶催化或酵素催化作用，指的是由酶作为催化剂进行催化的化学反应。激活途径共同末端通路膜攻击复合物(MAC)溶细胞效应经典途径（classicalpathway）MBL途径(MBLpathway）旁路途径（alternativepathway）★一、经典激活途径主要激活物质特异性抗体（IgG或IgM）与抗原形成的免疫复合物（IC）参与成分C1（C1q、C1r、C1s）C4、C2、C3激活过程1、补体的经典激活途径。又称传统激活途径，完整的过程包括：识别单位的激活，C3转化酶的形成，C5转化酶的形成以及攻膜复合体的形成。补体蛋白依次激活顺序为C1q,C1r,C1s，C4，C2，C3，C5~C92、激活物及激活条件。（1）免疫复合物是主要激活物质。（2）每一个C1q分子必须同时与两个以上Ig的Fc片段结合才能被激活。（3）游离的抗体不能通过经典途径激活补体3、激活过程（1）识别阶段。抗原与抗体结合后，C1q能识别抗体上的补体结合点，并与之结合。由于C1q的构型发生改变，可激活C1r和C1s；在Ca+存在下，形成具有酶活性的C1s。（2）活化阶段。C1s将C4分解成小碎片的C4a和大碎片的C4b，C4b可与细胞膜结合；C1s激活C4后，再激活C2（分解成C2a和C2b）；C2b与C4b结合，形成有酶活性的C4b2b（C3转化酶）。C3被C4b2b裂解在C3a和C3b两个片段，C3b与C4b2b相结合产生的C4b2b3b为经典途径的（C5转化酶）。（3）攻膜阶段。C5在C4b2b3b的作用下裂解为C5a和C5b，C5b与细胞膜和C6、C7结合，形成C5b67复合物，进而与C8、C9分子联结成C5b6789复合体，即为攻膜复合体，造成细胞膜溶解。识别阶段。抗原与抗体结合后，C1q能识别抗体上的补体结合点，并与之结合。由于C1q的构型发生改变，可激活C1r和C1s；在Ca+存在下，形成具有酶活性的C1s膜攻击复合物MAC:补体溶细胞生物学效应的效应复合体，为三条补体激活途径的共同末端通路，即膜攻击复合物(membraneattackcomplex,MAC)。可在细胞上形成小孔，使小的可溶性分子，离子及水分子自由透过细胞膜，但蛋白质等大分子难以逸出，导致水和离子内流，细胞内渗透压降低，细胞发生溶解。★MBL途径MBL（甘露聚糖结合凝集素）MBL途径是由MBL与细菌甘露糖残基和丝氨酸蛋白酶结合启动的补体激活途径,其激活过程与经典途径相似主要激活物多种病原微生物(表面的糖结构)参与成分MBL复合物MBLMASP-1(MBL相关的丝氨酸蛋白酶，水解C3)MASP-2(水解C4、C2)C4、C2、C3MBL相关的丝氨酸蛋白酶MASP1、MASP2甘露糖结合凝集素（MBL），结构与C1q相似，在病原微生物感染早期，由肝.细胞合成和分泌，是急性期蛋白的一种。可直接识别多种病原生物表面的N