免疫學(xué)：第4章 補體

1、第四章 補體系統(tǒng)（Complement system,補體的發(fā)現(xiàn),19世紀(jì)人們在新鮮免疫血清中加入相應(yīng)的細(xì)菌，無論進行體內(nèi)或體外實驗，均可以發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的溶解，稱之為免疫溶菌現(xiàn)象，如將免疫血清加熱60，30min則可喪失溶菌能力。證明免疫血清中含有二種物質(zhì)與溶菌現(xiàn)象有關(guān)。 一種對熱穩(wěn)定的抗體，另一種對熱不穩(wěn)定的稱為補體，單獨的抗體或補體均不能引起細(xì)菌的溶解現(xiàn)象,第一節(jié) 補體系統(tǒng)的組成 和理化性質(zhì),一、補體分子的組分和理化性質(zhì),補體分子是分別由肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及腸粘膜上皮細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生的，均為多糖蛋白，大多數(shù)電泳遷移率屬球蛋白,補體系統(tǒng),補體系統(tǒng)是由將近20多種血清蛋白組成的多分子體系，具有酶

2、的活性和自我調(diào)節(jié)作用，它有經(jīng)典、旁路和MBL三種不同的活化途徑。 其生物學(xué)意義不僅是抗體分子的輔助和增強因子，也具有獨立的生物學(xué)作用，對機體的防御功能，免疫系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)以及免疫病理過程都發(fā)揮重要意義,補體的命名,1968年世界衛(wèi)生組織對其進行了統(tǒng)一命名, 分別以C1-C9命名。1981年對新發(fā)現(xiàn)的成分和因子也進行了統(tǒng)一命名。 如C1, C2, C3C9，其中C1又分為3個亞單位，分別為C1q, C1r, C1s,統(tǒng)一命名的表示方法,每一分子的酶解片段用小寫的英文字母表示，如C3a; C3b。 具有酶活性的可在其上面劃一橫線，如C1。 對滅活的補體成分加i表示，如C2ai。 對具有酶活性的復(fù)合

3、物則應(yīng)用其片段表示， 如C3轉(zhuǎn)化酶，可以用C4b2b表示。 補體系統(tǒng)的其他因子以英文大寫字母表示，如B因子, P因子等,補體系統(tǒng)各成分的理化性質(zhì),補體系統(tǒng)各成分的理化性質(zhì),補體系統(tǒng)各成分的理化性質(zhì),補體的血清中含量,血清中C3含量最高1300g/ml 其次為C4，S蛋白，H因子各約C3含量的1/3， 其他成分僅為C3的1/10以下,第二節(jié) 補體系統(tǒng)的激活,補體的激活 （Complement Activity,在生理情況下,血清中大多數(shù)補體成分均以無活性的酶前體形式存在。 只有在某些活化物的作用下，或在特定的固相表面上,補體各成分才依次被激活。 每當(dāng)前一組分被激活，即具備了裂解下一組分的活性，由

4、此形成一系列放大的連鎖反應(yīng),最終導(dǎo)致溶細(xì)胞效應(yīng)。 同時，在補體活化過程中產(chǎn)生的多種水解片段，它們具有不同的生物學(xué)效應(yīng)，廣泛參與機體的免疫調(diào)節(jié)與炎癥反應(yīng),補體系統(tǒng)激活途徑,補體的激活過程依據(jù)其起始順序的不同，可分為三條途徑： 由抗原-抗體復(fù)合物結(jié)合C1q啟動激活的途徑，最先被人們所認(rèn)識，故稱為經(jīng)典途徑（classical pathway）； 由MBL結(jié)合至細(xì)菌啟動激活的途徑，為MBL途徑（lectin pathway）； 由病原微生物等提供接觸表面，而從C3開始激活的途徑，稱為旁路途徑(alternative pathway,一、經(jīng)典激活途徑,按其在激活過程中的作用，分為三組： 識別單位(rec

5、ognition unit) 包括C1q，C1r，C1S； 活化單位 (activation unit) 包括C4，C2，C3； 膜攻擊單位(membrane attack unit) 包括C59,一）識別階段,C1是由三個亞單位C1q，C1r，C1S依賴于Ca2+結(jié)合成牢固的非活性大分子，C1與抗原抗體復(fù)合物中免疫球蛋白的補體結(jié)合點結(jié)合至C1酯酶形成。 C1q：有6個Ig結(jié)合點。 C1r：起著連接C1q和 C1S的作用,識別階段,C1q啟動后可引起C1r活化，C1r進一步使C1S活化，C1S具有酯酶活化，即C1的活性，此酶可被C1INH滅活,二）活化階段,C4是C1的底物，在Mg2+的存在下

6、，裂解為C4a，C4b兩個片段。 C2也是C1的底物，在Mg2+的存在下裂解為C2a，C2b。 C4b與C2b結(jié)合成C4b2b（C42）成為C3轉(zhuǎn)化酶。 C3在C3轉(zhuǎn)化酶作用下，裂解成C3a和C3b。 C3b與C42相結(jié)合產(chǎn)生C423（C4b2b3b）為經(jīng)典途徑的C5轉(zhuǎn)化酶,活化階段,活化階段為C1作用 后續(xù)的補體成分， 至形成C3轉(zhuǎn)化酶和 C5轉(zhuǎn)化酶,三）膜攻擊階段,C5在C423的作用下裂解為C5a，C5b。 C5b不穩(wěn)定，當(dāng)與C6結(jié)合成C56時成為較為穩(wěn)定的復(fù)合物。 C56與C7結(jié)合成C567既可吸附于已致敏的細(xì)胞膜上，插入膜的磷脂雙分子層中，為細(xì)胞膜受損傷的一個關(guān)鍵組分。 C567雖無

7、酶活性，但進一步同C8，C9結(jié)合后形成C59，即補體的膜攻擊單位，可使細(xì)胞膜穿孔受損,膜攻擊階段,C5轉(zhuǎn)化酶裂解C5后， 作用于后續(xù)的其他補 體成分，最終導(dǎo)致細(xì) 胞膜受損，細(xì)胞裂解 的階段,穿膜復(fù)合物的形成和細(xì)菌的溶解,二、補體活化的MBL途徑,甘露聚糖結(jié)合凝集素（MBL,補體活化的MBL途徑與經(jīng)典途徑的過程基本類似，但其激活起始于炎癥期產(chǎn)生的蛋白與病原體結(jié)合之后，而并非依賴于抗原-抗體復(fù)合物的形成。 在病原微生物感染的早期，體內(nèi)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞可產(chǎn)生TNF-、IL-1和IL-6，從而導(dǎo)致機體發(fā)生急性期反應(yīng)（acute phase response），并誘導(dǎo)肝細(xì)胞合成與分泌急性期蛋白，其中

8、參與補體激活的有甘露聚糖結(jié)合凝集素（MBL）和C反應(yīng)蛋白。 MBL是一種鈣依賴性糖結(jié)合蛋白，屬于凝集素家族，可與甘露糖殘基結(jié)合,正常血清中MBL水平極低，在急性期反應(yīng)時，其水平明顯升高。MBL與C1q并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子結(jié)構(gòu)類似。 MBL首先與細(xì)菌的甘露糖殘基結(jié)合，然后與絲氨酸蛋白酶結(jié)合，形成MBL相關(guān)的絲氨酸蛋白酶（MBL-associated serine protease，MASP-1、MASP-2,MBL途徑（MBL pathway,MASP具有與活化的C1q同樣的生物學(xué)活性，可水解C4和C2分子，繼而形成C3轉(zhuǎn)化酶，其后的反應(yīng)過程與經(jīng)典途徑相同,三、旁路激活途徑

9、,旁路激活的激活物質(zhì)為非抗原抗體復(fù)合物，如細(xì)菌的細(xì)胞壁成分(脂多糖，肽聚糖，磷壁酸和凝聚的IgA和IgG等物質(zhì))，旁路激活途徑在細(xì)菌性感染早期，尚無產(chǎn)生特異性抗體時，發(fā)揮重要作用,一）生理情況下的準(zhǔn)備階段,在正常生理情況下，C3與B因子，D因子等相互作用，可產(chǎn)生極少量的C3b和C3bBb，但迅速受H因子和I因子的作用，不再能夠激活C3和后續(xù)的補體成分，只有當(dāng)H因子和I因子的作用被阻擋之際，旁路途徑方得以激活,二）旁路途徑的激活,當(dāng)細(xì)菌的脂多糖，肽聚糖，病毒，腫瘤細(xì)胞等激活物質(zhì)出現(xiàn)時，H因子，I因子不能滅活C3b，C3bBb時使旁路途徑被激活,三）激活效應(yīng)的擴大,當(dāng)C3被激活后，裂解為C3b，C

10、3b又可在B因子和D因子的參與作用下合成新的C3bBb，進一步促使C3裂解，血漿中有豐富的C3、B因子、Mg2+就可能在激活部位產(chǎn)生顯著的擴大效應(yīng)，又稱為正反饋途徑,三、兩條激活途徑的比較,共同點,兩條途徑都是補體各成分的連鎖反應(yīng)； 許多成分在相繼活化后被裂解成一大一小的兩個片段 不同的片段或其復(fù)合物可在靶細(xì)胞表面向前移動，在激活部位就地形成復(fù)合物,兩條激活途徑的主要不同點,四、補體激活過程的調(diào)節(jié),C3b的正反饋途徑可擴大補體的生物學(xué)效應(yīng)，但補體的過度激活，不僅無益地消耗大量補體成分，使機體抗感染能力下降，而且在激活過程中產(chǎn)生的大量生物活性物，會使機體發(fā)生劇烈的炎癥反應(yīng)，造成組織損傷，引起病理

11、過程，這種過度激活及其造成的不良后果，可以通過調(diào)控而避免,一）自行衰變的調(diào)節(jié),某些補體成分的裂解產(chǎn)物極不穩(wěn)定，易于自行衰變，成為補體激活過程中的一種自控機制。 例如：C42復(fù)合物中的C2b自行衰變，使其不能持續(xù)激活C3，限制了后續(xù)補體成分的連鎖反應(yīng),二）體液中滅活物質(zhì)的調(diào)節(jié),C1抑制物（C1 inhibitor，C1INH）可與C1不可逆地結(jié)合，使后者失去酯酶活性，不再裂解C4和C2，不再形成C42（C3轉(zhuǎn)化酶），從而阻斷或削減后續(xù)補體的反應(yīng)。 C4結(jié)合蛋白（C4 binding protein，C4bp）能競爭性地抑制C4b與C2b結(jié)合，因此能抑制C42的形成。 I因子（又稱C3b滅活因子，

12、C3b inactivator，C3bINA）能裂解C3b，使其成為無活性的C3bi，因而使C42及C3bBb均失去與C3b結(jié)合成C5轉(zhuǎn)化酶的機會,H因子（factor H） H因子不僅能促進I因子滅活C3b的速度，更能競爭性地抑制B因子與C3b的結(jié)合，還能使C3b從C3bBb中置換出來，加速其滅活。 S蛋白（S protein） S蛋白能干擾C5b67與細(xì)胞膜結(jié)合。 C8結(jié)合蛋白（C8 binding protein，C8bp）（又稱同源性限制因子，homologous restriction factor，HRF） C8bp可阻止C5678中的C8與C9的結(jié)合，從而避免危及自身細(xì)胞膜的損傷

13、作用,體液中滅活物質(zhì)的調(diào)節(jié),第三節(jié) 補體受體及其功能,補體受體,補體成分激活后產(chǎn)生的裂解片段，能與免疫細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)構(gòu)，稱為補體受體（Complement receptor，CR），分為CR1，CR2，CR3和CR4,補體受體的特征,一、CR1（CD35,CR1作為免疫粘附（immune adherent，IA）受體，引起免疫粘附現(xiàn)象，主要免疫功能為： 中性粒細(xì)胞，單核，巨噬細(xì)胞上的CR1，可與結(jié)合在細(xì)菌或病毒上的C3b結(jié)合，促進吞噬細(xì)胞的吞噬作用。 促進兩條激活途徑中的C3轉(zhuǎn)化酶的滅活。 作為I因子的輔助因子，促使C3b和C4b滅活。 CR1在體內(nèi)有運送免疫復(fù)合物的作用。 B淋巴細(xì)胞

14、膜上的CR1與CR2協(xié)同作用下，可促進B細(xì)胞活化,四、CR4（gp150/95，CD11c/CD18,中性粒細(xì)胞，單核-巨噬細(xì)胞高度表達(dá)受體，與吞噬功能有關(guān),二、CR2（CD21,CR2是B細(xì)胞上的EB病毒受體，推測與二次抗體應(yīng)答有關(guān),三、CR3（CD11b/CD18,CR3與吞噬功能密切相關(guān)，亦稱為iC3b受體,發(fā)現(xiàn)一重要免疫過程的補體受體,枯否細(xì)胞（Kupffer cells，KC）是一種肝臟巨噬細(xì)胞，具有很強的吞噬功能和降解已經(jīng)衰敗的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，在清理循環(huán)系統(tǒng)中補體包裹的微粒（complement-coated particles）方面作用重大，但是一直 以來研究人員都沒有發(fā)現(xiàn)這個過程

15、中的補體受體（complement receptors）。 來自加州舊金山南部（South San Francisco, CA）的Genentech 基因科技公司的研究人員發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了一組免疫球蛋白超家族補體受體CRIg，為研究免疫學(xué)疾病提供了重要信息。 這一研究成果公布在2006 年3月10日Cell封面,Cell, Vol 124, 915-927, 10 March 2006CRIg: A Macrophage Complement Receptor Required for Phagocytosis of Circulating PathogensKarim Y. Helmy, Ken

16、neth J. Katschke Jr.,Nick N. Gorgani, Noelyn M. Kljavin, J. Michael Elliott,Lauri Diehl, Suzie J. Scales, Nico Ghilardi, and Menno van Lookeren Campagne,補體系統(tǒng)是人和某些動物種屬，在長期的種系進化過程中獲得的非特異性免疫因素。 大多補體系統(tǒng)激活時產(chǎn)生的各種活性物質(zhì)，發(fā)揮著多種生物學(xué)作用,第四節(jié) 補體的生物學(xué)活性,一、細(xì)胞毒素及溶菌殺菌作用,補體能溶解紅細(xì)胞、白細(xì)胞及血小板等。 補體還能溶解殺傷某些革蘭氏陰性菌 （霍亂弧菌，沙門氏菌，嗜血桿菌,

17、二、調(diào)理作用,補體裂解產(chǎn)物C3b與細(xì)菌或其他顆粒結(jié)合，可促進吞噬細(xì)胞的吞噬稱為調(diào)理作用,三、免疫粘附作用,免疫復(fù)合物激活補體之后，可通過C3b而粘附到表面有C3b受體的紅細(xì)胞，血小板或某些淋巴細(xì)胞上，形成較大的聚合物，有助于被吞噬清除,四、中和及溶解病毒作用,補體可明顯增強抗體對病毒的中和作用，阻止病毒對宿主細(xì)胞的吸附和穿入,五、炎癥介質(zhì)作用,炎癥也是免疫防御反應(yīng)的一種表現(xiàn)： 激肽樣作用 C2a能增加血管通透性，引起炎癥性充血。 過敏毒素作用 C3a，C5a均有過敏毒素作用，可使肥大細(xì)胞或嗜堿性粒細(xì)胞釋放組胺引起血管擴張，增加毛細(xì)血管通透性，以及使平滑肌收縮。 趨化作用 C5a能吸引具有C5a

18、受體的 吞噬細(xì)胞，到補體被激活的部位,補體成分及其裂解產(chǎn)物的活性,第五節(jié) 血清補體水平與疾病,補體缺陷癥,人血清補體含量相對穩(wěn)定，只有患某些疾病時，血清補體總量或各成分含量才可能發(fā)生變動，惡性腫瘤等少數(shù)疾病的人血清補體總量較正常人高2-3倍。 血清補體總量低于正常值者，稱為低補體血癥，原因為,補體成分的大量消耗（血清病，腎小球炎，免疫性溶血性貧血，類風(fēng)濕） 補體大量丟失（外傷，手術(shù)的失血） 補體合成不足（肝病人,免疫的要求,對抗原的要求,免疫動物是制備抗血清的第一步。 免疫所用的抗原可用病毒、細(xì)菌或者其他蛋白質(zhì)抗原。 如果使用半抗原如小分子激素等，必須與大分子載體連接。 抗原的用量視抗原種類及

19、動物而異，一次注射小鼠可以少至幾個微克，兔、羊甚至更大的動物每次注射的量就相應(yīng)增加，從幾百g次至幾百mg次,對免疫動物的要求,常用于制備抗血清的動物有豚鼠、家兔、小鼠、大鼠、羊、馬等,免疫的劑量,動物接受免疫的乳液量小鼠為0.1-0.2 mL 家免為2-4ml,免疫動物的途徑,抗原免疫動物的途徑取決于動物種類、抗原特性和是否使用佐劑。 腹腔注射，肌肉注射，皮內(nèi)注射和皮下注射適合于任何抗原，這些途徑主要刺激局部淋巴結(jié)發(fā)生免疫應(yīng)答。 初次免疫和免疫加強注射均可使用。 靜脈注射則只適用于可溶性抗原及分散的單細(xì)胞懸液其誘發(fā)的免疫應(yīng)答主要發(fā)生在脾臟,免疫的方法,對佐劑及乳化的要求,佐劑可以幫助抗原在注射部位緩慢釋放以增加免疫刺激的效果，通常使用弗氏佐劑。 弗氏佐劑有完全和不完全佐劑之分。 完全體劑加有滅活的分枝桿菌(如卡介苗)或棒狀桿菌。弗氏佐劑可從試劑公司購買，也可用羊毛脂和石蠟油按1：2-4混合自行制備。佐劑與抗原按1：1的比例混合乳化為均勻的乳液，放置后不會發(fā)生油水分離,加強免疫,初次免疫后要保證2-