免疫学之补体系统

补体系统(Complementsystem)JulesBodet(1870-1961),DiscovererofComplement1894Bordet发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56°C30min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）第一节概述补体(Complement,C)是人和脊椎动物体内正常存在的一组具有酶活性的蛋白质,包括30多种成分,故称补体系统。由补体级联反应固有成分、补体调节蛋白、补体受体等组成的，具有精密调控机制和自限性的酶解系统。一、补体系统的概念生化级联反应IIaIbIIIIbIIaIIIIIIaIIIb发挥生物学效应补体反应实际上是一系列酶促反应，其最终结果是在靶细胞膜表面形成MACs，同时产生具有生物学活性的补体小分段。二、组成固有成分:•经典途径：C1（C1q、C1r、C1s）、C4、C2•MBL途径：MBL、MASP•旁路途径：B因子、D因子•共同末端通路：C3、C5、C6、C7、C8、C9调节蛋白:P因子、I因子、H因子、C4结合蛋白、C1抑制物、膜辅蛋白……补体受体:CR1~CR5、C2aR、C3aR、C4aR三、命名参与经典激活途径的补体固有成分—“C”补体系统的其他成分——“B、D、P、H…”补体活化后的裂解片段——“a、b…”如C3a、C3b、C5a、C5b等（b为大片段，a为小片段）具有酶活性的补体成分——“–”如C4b2b等灭活的补体片段——“i”,如iC3b调节蛋白——以功能命名C3转化酶作用部位I因子作用部位C3aC3dC3cs-ss-sC3bC3分子及其裂解产物四、特性补体蛋白多为糖蛋白，占血清蛋白总量的10%左右补体含量相对稳定，不因免疫而增加，仅在某些疾病时有所变动补体一般以无活性形式存在于血清中在补体系统中，C3含量最高，D因子含量最低补体主要在血液和肝脏中代谢，半衰期约1天补体性质不稳定，56℃30min即失去活性续上表第二节补体的激活补体激活的三条途径经典激活途径MBL激活途径旁路激活途径一、经典途径是指免疫复合物经C1q、C1r、C1s、C4、C2、C3成分，形成C3转化酶与C5转化酶的活化过程。（一）激活条件（二）激活顺序激活物：免疫复合物(immunecomplex,IC)１．IgG、IgM２．C1需同时与２个抗体单体分子结合；IgG结合CH2，IgM结合CH3３．IC形成之后，才激活。C1，C4，C2，C3，C5识别阶段活化阶段攻击阶段经典途径激活过程：1、识别阶段识别单位：C1qr2s2（1）C1q6个相同的亚基（2）C1r丝氨酸蛋白酶（3）C1s丝氨酸酯酶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，成为具有酶活性的C1s,在Mg2+存在下可启动补体活化的经典途径。C1qNC酶活性区SSC1rC1rNCSSC1sC1r、C1s分子结构2、活化阶段（1）C4：由3条链组成（2）C2：单链（3）C3：双链C3既是经典途径中Ｃ5转化酶的重要组成部分，又是替代途径中Ｃ3转化酶的重要组成部分。Ｃ４结构图chainchain参与C3和C5转化酶的形成过敏毒素Ｃ３结构图参与C3和C5转化酶的形成过敏毒素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CH1CH2IgMCH3区，IgGCH2区C1qC1qr2s2C1rC1s40nm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。二、MBL途径细菌和病毒表面的甘露糖蛋白与血清中的ＭＢＬ结合，进而激活Ｃ4、Ｃ2、Ｃ3的活化途径。（一）活化物质：甘露糖蛋白（二）活化顺序：mannanbindinglectin,MBLMBP-associatedserineprotease,MASP（二）活化顺序MBL+甘露糖残基丝氨酸蛋白酶C4MASPC2C4aC2aC4bC2bC4b2b补体活化的MBL途径MBL与C1q同属于结构上相关的胶凝素家族的成员。它有典型的胶原三螺旋结构，MBL是由许多亚基组成的大分子，每个亚基有3条多肽链，大分子结构类似于C1q，但无序列上的同源性。21aa60aa148aa21aa60aa甘露糖苷MBL甘露糖苷MBLMASPC4C4a+C4bC2C2a+C2bC4b2b（C3转化酶）+MASP三、旁路途径（替代途径）不经过C1、C4、C2，而由B因子、Df、Pf、C3诸成分所参与的活化过程。（一）活化物质内毒素、菌多糖、寄生虫凝聚的IgA和IgG4三、旁路途径启动成分：C3、C5、C6、C7、C8、C9参与成分：B因子、D因子（二）激活过程：BD因子C3的自动裂解C3C3aC3bB因子为存在于血清的单链糖蛋白。D因子Ba（234aa）Bb（505aa）NC蛋白酶活性区C3bC3bBb（C3转化酶）C3bBb的产生C3bBbC3bBD因子C3bBBC3b补体活化表面C3C3bBb的双重作用C3bBbC5C3bC3C3bC3bC5C5aC3aC3bC3bC5bC3bBbPC3bnBb依赖于C3b的正反馈环路替代和凝集素途径激活补体的关键步骤是C3b依赖性正反馈环路的形成。C3裂解产物C3b与B因子结合为C3bB复合物，在D因子的作用下成为C3与C5转化酶C3bBb、C3bnBb。C3bBb作用于C3，产生大量的C3b，C3b的生成又导致更多的C3bBb出现，形成迅速放大的正反馈环路。C3bC3bBC3C3与C3b正反馈环路D因子C3bBbB因子四、补体活化的共同末端效应溶膜复合物（membraneattackcomplex，MAC）的形成溶膜复合物的效应（溶胞机制）一击假说：（1）膜通透性增加；（2）致死性钙离子内流。C5为2肽链结构，分别为、链SSC5转换酶C5aC5b过敏毒素参与攻膜复合体的形成补体膜攻击单位结构MACs造成的细胞膜损伤C7C6C8C5bC9多聚体C5b+C6+C7+C8+C9=MACs终末途径补体攻膜单位细胞膜表面的C3b5b与C6、C7、C8依次结合形成C5b678复合物。该复合物诱发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。补体杀伤寄生虫MACs的效应补体活化三条途径的比较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/IgG1~3与抗原形成的免疫复合物细菌脂多糖、肽聚糖、酵母多糖和凝聚的IgG4/IgA等C1~C9C3、B、D、P因子和C5~C9Ca2+、Mg2+Mg2+C4b2bC3bBb(P)C4b2b3bC3bnBb(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，在感染早期起作用凝集素途径凝集素（MBL）病原微生物C4，C2~C9Ca2+C4b2bC4b2b3b参与非特异性免疫，在感染早期起作用第三节补体活化的调控补体补体活化适度：抗感染作用过度：炎症反应组织损伤经典途径旁路途径补体系统的激活与调节补体活化过程的调节MBL途径1.补体的自身衰变调节2.补体调节因子的作用(1)体液调节因子▲C1INH的调节作用▲C4bp的调节作用C4b、C3b、C5b等极易衰变。▲I因子和H因子的调节作用▲S蛋白的调节作用补体系统的激活与调节(2)细胞膜上的调节因子补体活化的调控▲膜辅助蛋白（MCP）辅助I因子裂解C3b/C4b▲CR1促进C3转化酶解离▲促衰变因子(DAF)可抑制C3转化酶形成▲同源限制因子(HRF)可抑制C9与C8结合，阻止攻膜复合体发挥作用C1抑制分子（C1inhibitor,C1INH)结合活化的C1rC1s，使其失去正常酶解底物C4和C2的功能•C1INH缺陷引起血管神经性水肿C4bp的抑制作用（C4BindingProtein)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C4dC3dC3gproteasesH因子的作用（factorH)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C3fC3bBb哺乳动物细胞表面微生物细胞表面C3b灭活H唾液酸H替代途径的调节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。NH2CLCLCLCLNH2CLCLCLCL补体抑制因子CD55CD46胞浆区胞膜GPI锚固CD55和CD46CD55（DAF）是经GPI锚固于胞膜表面的75kDa糖蛋白，能够与C3b结合并且降解C3/C5转化酶。CD46是一个分子量为56-66kDa的膜蛋白，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。膜结合性调节分子的作用CD55(DecayAcceleratingFactor,DAF)促衰变因子•单链膜蛋白•结合C3b,C4b，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DAF作用机理CD46膜辅因子蛋白(MembraneCofactorProtein,MCP,)•单链膜蛋白结构，与C3b,C4b结合，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Ｓ蛋白的作用结合Ｃ5b67,阻止膜攻击复合物的形成同源性限制因子(HRF)的作用（C8bp）也称C8结合蛋白，结合C8,阻断Ｃ９的聚合CD59CD59是近年(1989)才发现的一种分子量只有18～20kDa的膜性调节蛋白。由Sugita等(1988年）首先描述，曾有不同的名称，如同种限制因子20(homologousrestrictionfactor-20)，保护素(protectin)及膜反应性溶破抑制物(membraneinhibitorofreactivelysis,MIRL)等。CD59分布甚广泛，已证明皮肤、肝、肾、胰、肺、唾腺、神经系统、胎盘以及各种血细胞(红细胞、淋巴细胞、中性粒细胞及血小板)和精子上均有表达。CD59的主要生理功能是，防止MAC对同种或自身细胞的溶解破坏，即同种限制作用(homologousspeciesrestriction,HSR)。作用机理为：通过其与C7、C8或C9的结合而阻止MAC的组装,从而限制了对同种或自身细胞的溶解。过敏毒素灭活剂•血清羧肽酶N灭活C4a、C3a、C5a，丧失过敏毒素活性补体调节因子的调节作用第四节补体的生物学作用一、溶解细胞作用补体的生物学作用红细胞+相应抗体C1~C9溶血反应革兰阴性细菌旁路途径溶菌杀菌1.抗感染作用细菌+相应抗体经典途径溶菌杀菌2.导致组织损伤与疾病二、调理作用：调理吞噬、调理杀伤细菌--C3b/C4b--巨噬细胞→促进吞噬补体的生物学作用三、免疫粘附与清除免疫复合物：2.免疫复合物1.免疫粘附作用C3b、C4bAg-Ab复合物C3b/C4bRBC四、参与炎症反应1.趋化因子的作用C3a、C4a、C5a、C5b672.过敏毒素作用C5a、C3a、C4a3.激肽样作用C2a补体的生物学作用五、免疫调节：C3b参与APC对抗原的呈递、B细胞的分化、NK细胞的杀伤作用补体的生物学作用补体的生物学作用1.CDC2.调理3.引起炎症反应：趋化激肽样作用过敏毒素4.C3b参与免疫复合物的清除。5.参与免疫调节（C3b+CR1)（C3d+CR2)第五节补体受体补体受体（CR）：表达于细胞表面能与某些补体成分