第6章-补体系统

第六章补体系统第六章补体系统第一节概述第二节补体系统的激活途径第三节补体激活后的生物学效应一、补体与补体系统补体（complement，C）是存在于正常脊椎动物和人血清中的一组不耐热，具有酶活性的蛋白质，可辅助特异性抗体介导的溶菌、溶血作用。补体系统（complementsystem）是指参与补体激活的固有成分、调控补体激活的各种灭活因子和抑制因子以及分布于多种细胞表面的补体受体，合称为补体系统。第一节概述二、补体系统的组成和命名（一）组成根据各成分在补体活化中的生物学功能，可将其分为三类：1.固有成分：经典激活途径：C1q、C1r、C1s、C4、C2；MBL激活途径：MBL、丝氨酸蛋白酶；旁路激活途径：B因子、D因子；共同末端通路：C3、C5、C6、C7、C8和C92.调节蛋白：C1抑制物、I因子、H因子、C4结合蛋白、S蛋白、促衰变因子、膜辅助蛋白、同种限制因子、膜反应溶解抑制因子等3.补体受体（CR）：CR1-CR5、C3aR、C2aR、C4aR等(二）命名1.参与补体经典激活途径的固有成分用“C”表示，按其发现的顺序分别称为C1，C2，…C9。2.替代途径的补体成分以因子命名，用大写英文字母表示，如B因子、D因子、P因子等。3.补体调节蛋白根据其功能命名，如C1抑制物，C4结合蛋白等。4.补体受体，则以其结合对象来命名、如C1qR、C5aR。5.当补体成分被激活时，则在数字或代号上方加一横线，如Cī。6.灭活的补体片段在其符号前加英文字母“i”表示，如iC3b;7.补体活化后的裂解片段以该成分加英语小写字母“a、b…”表示，如C3a,C3b等，通常a为小片段，b为大片段。三、补体的性质1.补体蛋白多为糖蛋白，占血清蛋白总量的10%左右。2.补体一般以无活性形式存在于血清中。3.补体各成分有不同的肽链结构，相对分子量和在血清中的含量差异很大。4.补体成分对热不稳定，许多理化因素都能破坏补体。5.补体成分在动物体内含量稳定，但在某些病理情况下可引起改变。6.补体作用无特异性。7.肝细胞和巨噬细胞是补体的主要产生细胞。8.补体代谢快，血浆中的补体大约每天更新一半。第二节补体系统的激活途径补体系统的激活指补体各成分在受到激活物质的作用后，在转化酶（convertase）的作用下从无活性酶原转化为具有酶活性状态的过程。在激活过程中，补体成分按一定顺序发生连锁反应，并在激活过程中不断组成具有不同酶活性的新的中间复合物，将相应的补体成分裂解为大小不等的片断，呈现不同的生物学活性，最终导致靶细胞溶解。•补体激活途径主要有：经典途径MBL途径共同的末端通路替代途径一、补体激活的经典途径由抗原—抗体复合物(IC)结合C1q启动激活的途径，由于最先被人们所认识，故称为经典途径，又称第一途径，或C1激活途径。激活物--免疫复合物•经典激活过程可分为(1)识别阶段(2)活化阶段(3)攻膜阶段（一）识别阶段即C1识别IC活化形成C1酯酶的阶段。即抗原和抗体结合后，抗体绞链区发生构型变化，暴露出Fc片段上的补体结合部位，补体C1与该部位结合并被激活的过程，称为补体激活的启动或识别。1、C1的基本结构C1是多聚体分子复合物1个C1q六聚体，有6个Ig结合点2个C1r组成C1s—C1r—C1r—C1s2个C1s具有弹性的线性四聚体2、C1s的活化正常情况下C1r和C1s与C1q相连，当两个以上的C1q头部被免疫复合物中的IgM或IgG分子的Fc段结合后，C1q6个亚单位的构象即发生改变，并导致C1r被裂解，所形成的小片段即为激活的C1r，它可裂解C1s成为两个片段，其中小分子片段成为具有丝氨酸蛋白酶活性的C1s，它可依次裂解C4与C2。C1的激活条件：C1结合到IgM的CH3区域或IgG某些亚类的CH2区域时才能发生C1活化。一个分子C1必须同时与两个以上IgG分子Fc段结合才能活化，而与一个IgM结合即可活化。仅抗原抗体复合物可激活补体，游离或可溶性抗体不能结合补体（二）活化阶段活化的C1s依次酶解C4、C2形成C3转化酶，C3转化酶进一步酶解C3而形成C5转化酶的过程。1、C3转化酶的形成在Mg2+存在下,活化的Cls分别使C4裂解为C4a和C4b两个片段，C2裂解为C2a和C2b两个片段，C4b和C2b结合形成C4b2b复合物，即C3转化酶(C4b2b)，具有结合并裂解C3的能力。2、C5转化酶的形成C3在C3转化酶的作用下，裂解为C3a和C3b两个片段，少数C3b分子粘附于有C3受体的细胞膜表面，引起免疫粘附反应，并与C4b2b以共价健结合，产生C4b2b3b复合物，即C5转化酶(C4b2b3b)。•（二）活化阶段•活化的C1依次酶解C4、C2形成C3转化酶，C3转化酶进一步酶解C3而形成C5转化酶的过程。•1、C3转化酶的形成在Mg2+存在下,活化的Cls分别使C4裂解为C4a和C4b两个片段，C2裂解为C2a和C2b两个片段，C4b和C2b结合形成C4b2b复合物，即C3转化酶。•2、C5转化酶的形成C3在C3转化酶的作用下，裂解为C3a和C3b两个片段，少数C3b分子粘附于有C3受体的细胞膜表面，引起免疫粘附反应，并与C4b2b以共价健结合，产生C4b2b3b复合物，即C5转化酶。二、补体激活的MBL途径MBL途径：由病原微生物感染早期的急性期反应产物甘露聚糖结合凝集素（MBL）等结合至细菌启动补体激活的途径。（一）MBL的产生：正常血清中MBL水平较低，在病原微生物感染的早期，体内巨噬细胞和中性粒细胞可产生TNF-a、IL-1和IL-6，从而导致机体发生急性期反应并诱导肝细胞合成与分泌急性期蛋白，其中MBL是一种钙依赖性糖结合蛋白，属于凝集素家族，可与甘露糖残基结合，参与补体激活。（二）MBL途径的起始：与经典途径的过程基本类似，起始于是炎症期产生的蛋白与病原体结合。（三）MBL途径激活补体的基本过程：MBL首先与细菌的甘露糖残基结合，然后与丝氨酸蛋白酶结合，形成MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MASP），MASP具有与活化的C1q同样的生物学活性，可水解C4和C2分子，继而形成C3转化酶，其后的反应过程与经典途径相同。三、补体激活的替代途径补体激活的替代途径又称C3激活途径、补体激活的旁路途径或第二途径，是在抗体缺乏的情况下，补体系统不经C1、C4、C2途径而被激活的过程。参与成分：C3、B因子、D因子、P因子、H因子、I因子、C5、C6、C7、C8、C9激活物质：主要是细菌的细胞壁成分，即旁路途径的激活物质主要足细菌细胞壁成分即脂多糖、肽聚糖、磷壁酸、酵母多糖、凝聚的IgA和IgG4、眼镜蛇毒素等物质。补体激活的替代途径不依赖于特异性抗体的存在，因而在感染早期为机体提供了有效的防御机制。激活过程旁路途径的激活过程包括以下三个方面1.生理情况下的准备在正常生理情况下，血清中的C3在蛋白酶作用下被缓慢持续的裂解产生的少量的C3b，C3b在Mg2+参与下与B因子结合形成复合物C3bB，血清中的D因子继而将结合状态的B因子裂解成Ba和Bb，并形成C3bBb，即是旁路途径的C3转化酶。在无激活物存在时，C3b和C3bBb易被液相中的I因子、H因子及宿主细胞膜上的补体调节蛋白所灭活，致使C3b和C3bBb保持在极低水平，不能激活后续成分。但这种C3低速自发裂解及低浓度C3bBb的形成为旁路途径的激活奠定了基础。2．旁路途径的激活当旁路途径激活物出现时，即为C3b和C3bBb提供了接触表面，使之逃逸I因子、H因子及某些膜补体调节蛋白的灭活作用，将旁路途径由准备阶段过渡到正式激活阶段。被激活物质固定的C3bBb也可与液相中的p因子结合为C3bBbp，从而形成更为稳定、活性更强的C3转化酶。C3bBb裂解C3生成大量C3b，后者与C3bBb结合形成C3bBb3b，即C5转化酶。3.激活效应的扩大被激活物固定的C3bBb裂解C3生成大量C3b，C3b在B因子和D因子作用下，形成更多的C3bBb，C3bBb又进一步裂解C3。由于液相中富含C3、B因子，因此这一过程一经触发即可引起显著的扩大效应。此外，经典激活途径及MBL激活途径产生的C3b也可加入该过程，故有人称此为依赖C3b的正反馈途径，简称C3b正反馈途径，也即旁路途径的正反馈放大环路。经典激活途径替代激活途径MBL激活途径激活物抗原抗体复合物肽聚糖、脂多糖、凝聚的IgA或IgG4MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MASP）起始分子C1qC3C2、C4参与的补体C1、C4、C2、C3、C5-C9C3、C5-C9、B因子、D因子C2-C9、MASP所需离子Ca2+、Mg2+Mg2+Ca2+C3转化酶C4b2bC3bBbC4b2bC5转化酶C4b2b3bC3bnBbC4b2b3b生物学作用参与特异性免疫的效应阶段，感染后期发挥作用参与非特异性免疫的效应阶段，感染早期发挥作用参与非特异性免疫的效应阶段，感染早期发挥作用补体激活途径四、补体激活的共同终未途径－攻膜阶段三条补体活化途径形成C5转化酶，启动补体系统终末成分(C5、C6、C7、C8、C9）的活化，并形成具有溶细胞效应的膜攻击复台物(MAC)，导致靶细胞的溶解。（一）MAC的组装1、C5b678复合物的形成C5与C5转化酶中的C3b结合，并被裂解成C5a和C5b。C5b可依次与C6、C7结合，形成C5b67复合物，并插入细胞膜脂质双层中，进而与C8呈高亲和力结合，形成C5b678复合物，并牢固地附着于细胞表面，但其溶解能力有限。2、MAC的形成附着于胞膜表面的C5b678复合物，可与12-15个C9分子联结成C5b6789，即MAC，电镜下可见这种C9多聚体的特征性结构，为中空的多聚C9(Poly-C9)插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内经11nm的小孔。（二）MAC的效应机制MAC在胞膜上形成的小孔使得小的可溶性分子、离子以及水分子可以自由透过胞膜，但蛋白质之类的大分子却难以从胞浆中逸出，最终导致胞内渗透压降低，细胞溶解；同时，MAC插入胞膜，可使致死量钙离子被动地向胞内弥散，并最终导致细胞死亡。第三节补体激活后的生物学效应补体有多种生物学作用，不仅参与非特异性防御反应，也参与特异性免疫应答，可分以下两方面。一、补体介导的细胞溶解补体系统激活后，在靶细胞表面形成MAC，可导致靶细胞溶解。补体的溶细胞效果因细胞种类不同而异。如革兰阴性菌、支原体、有胞膜的病毒及各种血细胞对补体敏感，革兰阳性菌则不敏感。补体的溶细胞作用是机体抵抗病原微生物及人体寄生虫感染的重要防御机制，但在某些病理情况下，它也可导致机体自身细胞溶解，导致组织损伤与疾病。二、补体活性片段介导的生物学效应补体激活产生一系列活性片段，它们通过与表达在不同细胞表面的相应补体受体CR结合而发挥作用。（一）免疫粘附作用（二）调理作用（三）免疫调节作用（四）参与炎症反应（五）清除免疫复合物（IC）（一）免疫粘附作用IC激活补体后，可通过C3b粘附到有C3b受体的红细胞、血小板、巨噬细胞、嗜中性白细胞及B细胞等表面，有助于被吞噬清除。（二）调理作用C3b、C4b与细菌或其他颗粒结合，可促进吞噬细胞的吞噬称为调理作用，在机体的抗感染过程中具有重要意义。（三）免疫调节作用1、C3可能参与捕捉、固定物原、使抗原易被APC外理与提呈；2、补体成分可与多种免疫细胞相互作用，调节细胞的增殖分化，如C3b可与B细胞表面的CR1结合，从而使B细胞增殖分化为浆细胞；3、补体参与调节多种免疫细胞效应功能，如杀伤细胞结合C3b后可增强对靶细胞的ADCC作用。（四）参与炎症反应1、激肽样作用C2a能增加血管通透性，引起炎症性水肿。2、过敏毒素作用C3a，C4a，C5a均有过敏毒素作用，可使肥大细胞或嗜碱性粒细胞释放组胺，引起血管扩张，增加毛细血管通透性，以及使平滑肌痉挛和局部水肿。3、趋化作用C3a、C5a、C567能吸引中性粒细胞向炎症部位聚集，发挥吞噬作用，增强炎症反应。（五）清除免疫复合物（IC）1、妨碍IC网结的形成补体与IC的Ig结合可妨碍IC与IC相互作用形成网结，从而阻止IC的沉积，发生自我稳定的作