3第三章補體系統(tǒng)講述課件

第三章補體系統(tǒng)補體的發(fā)現(xiàn)

1894年,Bordet實驗：新鮮的山羊抗霍亂血清溶解霍亂弧菌JulesBordet(1870-1961)1919NobelPrize概念補體（complement，C）是存在于人或脊椎動物血清與組織液中的一組經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)補體系統(tǒng)

是由30余種可溶性蛋白質(zhì)和膜結(jié)合蛋白組成的多分子系統(tǒng)第一節(jié)補體系統(tǒng)的組成和理化性質(zhì)一、補體系統(tǒng)的組成補體系統(tǒng)是由三組球蛋白大分子組成第一組分：是由9種補體成分組成，分別命名為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9。其中C1是由三個亞單位組成，命名為Clq、Clr、Cls，因此第一組分是由11種球蛋白大分子組成。第二組分：發(fā)現(xiàn)一些新的血清因子參予補體活化，但它們不是經(jīng)過抗原抗體復(fù)合物的活化途徑。而是通過旁路活化途徑。這此些因子包括B因子、D因P因子，它們構(gòu)成補體的第二組分。第三組分：其后又發(fā)現(xiàn)多種參與控制補體活化的抑制因子或滅活因子，如CI抑制物、I因子、H因子、C4結(jié)合蛋白、過敏毒素滅活因子等。這些因子可控制補體分子的活化，對維持補體在體內(nèi)的平衡起調(diào)節(jié)作用，它們構(gòu)成了補體的第三組分。C1抑制物（C1INH）是血清中高度糖基化的一種蛋白質(zhì)，含糖量高達35-49%。最初由Ranoff和lepow(1957)所發(fā)現(xiàn)，稱其為C1酯酶抑制劑。

2.理化特性

糖蛋白，多為β球蛋白由肝細胞、巨噬細胞小腸上皮細胞及脾細胞等產(chǎn)生

C3含量最高，D因子含量最低

性質(zhì)極不穩(wěn)定，易失活

(56℃、30分鐘使多數(shù)補體失活)D因子是啟動替代途徑激活的重要成分，為由222個氨基酸殘基組成的單鏈絲氨酸蛋白酶，分子量僅25kDa（道爾頓）。D因子在血清中的濃度很低（1-2μg/ml），主要以活化形式而存在。

補體系統(tǒng)的命名

①參與經(jīng)典激活途徑的固有成分

“C”，如C1（q、r、s），C2，┄C9

②補體系統(tǒng)的其他成分

“大寫字母+因子”，如B因子、D因子等

③補體調(diào)節(jié)蛋白

功能命名，如C1抑制物、C4結(jié)合蛋白等④補體受體

以其結(jié)合對象命名，如C1qR、C5aR⑤補體活化的裂解片段

小寫字母表示，如C3a、C3b⑥具有酶活性的成分或復(fù)合物加一橫線表示，如C1，C3bBb⑦已失活的補體成分符號前冠以“i”表示，如iC3b

補體系統(tǒng)兩條激活途徑中，涉及到14個補體蛋白（C1-9，及B、D、P因子）的參與。由于分子遺傳學(xué)和分子克隆技術(shù)的應(yīng)用，已闡明許多補體分子的結(jié)構(gòu)、功能、生物合成及遺傳特征，從而大促進了人們對補體系統(tǒng)激活過程機理的認識和對各個補體分子功能的深入了解。C1分子C1是經(jīng)典激活途徑中的起始成分。它是由1個分子的C1q和2個分子的C1r及2個分子的Cls借Ca2+連接而成的大分子復(fù)合物。分子量約為750kDa。其中C1q為具有識別作用的亞單位，C1r和C1s為具有催化作用的亞單位。

①C1qC1q為各種補體分子中分子量最大（410kDa）的γ球蛋白。其分子結(jié)構(gòu)較特殊和復(fù)雜，由A、B、C三種不同類型的肽鏈所組成。其中A、B、C鏈各6條，共18條。C1q同1個分子的IgM結(jié)合即可被活化，但至少需同兩個IgG分子結(jié)合才能被活化，而且兩個IgG分子在細胞膜上的距離不得少于700nm。②Clr和ClsClr和Cls均為單一多肽鏈分子，又都是絲氨酸蛋白酶。Clr和Cls多肽鏈均由接近700個氨基酸所組成。位于C末端的約250個氨基酸為絲氨酸蛋白酶區(qū)，與胰蛋白酶和糜蛋白酶同源。同大多數(shù)補體蛋白一樣，它們都是鑲嵌（mosaic）蛋白，即由不同氨基酸組成的固定基序組合而成，并且很可能代表獨立的折疊功能區(qū)或結(jié)構(gòu)功能域（module）絲氨酸蛋白酶是一個蛋白酶家族，它們的作用是斷裂大分子蛋白質(zhì)中的肽鍵，使之成為小分子蛋白質(zhì)。在哺乳類動物里面，絲氨酸蛋白酶扮演著很重要的角色，特別是在消化，凝血和補體系統(tǒng)方面。胰分泌的酶里面有三種是絲氨酸蛋白酶：糜蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶C4分子C4是經(jīng)典激活途徑中第二個被活化的補體成分，分子量約為210kDa，由α（90kDa）、β（78kDa）及γ（33kDa）三條肽鏈借二硫鍵連接組成C4的分子結(jié)構(gòu)較為特殊，其α鏈中含有一個在半胱氨酸和谷氨酸殘基形成的內(nèi)硫酯鍵。C4可能與免疫識別及維持免疫自穩(wěn)功能也有關(guān)。分為：小片段C4a（8.6kDa）大的片段C4b半胱氨酸：一種生物體內(nèi)常見的氨基酸，可由體內(nèi)的蛋氨酸（甲硫氨酸，人體必需氨基酸）轉(zhuǎn)化而來。半胱氨酸是一種還原劑,半胱氨酸通過改變蛋白質(zhì)分子之間和蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的二硫鍵,減弱了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這樣蛋白質(zhì)就伸展開來。谷氨酸：是一種酸性氨基酸。分子內(nèi)含兩個羧基，化學(xué)名稱為α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索遜1856年發(fā)現(xiàn)的，為無色晶體，有鮮味，微溶于水，而溶于鹽酸溶液，等電點3.22。大量存在于谷類蛋白質(zhì)中，動物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝過程中占重要地位，參與動物、植物和微生物中的許多重要化學(xué)反應(yīng)。味精中含少量谷氨酸·C2分子C2的序號似是補體的第2個成分，但在經(jīng)典激活途徑的激活順序上卻在C4以后被活化。C2分子的一級結(jié)構(gòu)已全部搞清楚，它是由723個氨基酸殘基組成的單肽鏈糖蛋白，分子量約110kDa。當C2與已固定于細胞膜固相上的C4b結(jié)合為復(fù)合物時，C1s絲氨酸蛋白酶可從C2肽鏈的精氨酸和賴氨酸（223-234）間，將C2裂解為兩個片段，即C2a和C2b。C3分子C3處于兩條激活途徑的匯合點，在補體系統(tǒng)活化過程中起著樞紐作用，并為替代途徑激活的關(guān)鍵分子。C3的α、β兩條肽鏈組成，之間以二硫鍵相連結(jié)，分子量為195kDa，其中α鏈為115kDa，β鏈為75kDa。其在血清中的含量高于其它補體分子，約為0.55-1.2mg/ml。C5分子C5是形成膜攻擊復(fù)合體（MAC）的第1個補體分子。C5由以二硫鍵相連接的α、β鏈組成，分子量190kDa，其中α鏈為115kDa，β鏈為75kDa。C5與C3和C4的結(jié)構(gòu)相類似，但沒有鏈內(nèi)硫酯鍵?？拷麼端的第74-75位精氨酸—亮氨酸鍵為C5轉(zhuǎn)化酶作用的部位。C8分子C8是由α、β、γ三條肽鏈組成的三聚體糖蛋白，分子量為155kDa。其中α鏈和β鏈均為64kDa,γ鏈為22kDa。α鏈和γ鏈間以二硫鍵共價結(jié)合，而α鏈與β鏈間則為非共價鍵結(jié)合。C8的α鏈和β鏈在遺傳上也呈高度多態(tài)性，二者約有33%的氨基酸序列相同，而與C7和C9則約25%相同。C9分子C9是形成膜攻擊復(fù)合體（MAC）的最后個分子，為一單鏈糖蛋白，分子量79kDa。B因子B因子（factorBBf）替代激活途徑中的重要成分，由Blum于1959年首先發(fā)現(xiàn)。B因子為由733個氨基酸殘基組成的單鏈糖蛋白（糖含量約7%），分子量93kDa。B因子為C3激活劑前體，主要由肝臟和巨噬細胞合成。它是參與補體旁路活化的重要成分，參與機體防御，在組織和細胞損傷和炎癥過程中均起重要作用。D因子D因子是啟動替代途徑激活的重要成分，為由222個氨基酸殘基組成的單鏈絲氨酸蛋白酶，分子量僅25kDa。D因子在血清中的濃度很低（1-2μg/ml），主要以活化形式而存在。但可能還有一種以酶原形式而存在的由239個氨基酸殘基組成的D因子。具有活性的D因子（D）可能在第234-235位的精氨酸-賴氨酸鍵處將B因子裂解為Ba和Bb兩個片段，從而啟動替代途徑的級聯(lián)活化反應(yīng)。P因子P因子又稱備解素（properdin），是替代途徑中除C3以外最先發(fā)現(xiàn)的一種血漿蛋白。P因子為由4條相同的肽鏈（分子量各55kDa）組成的四聚體分子，鏈間以非共價鍵相連接，分子量為220kDa。P因子的生物學(xué)活性是以高親和力與C3bBb(替代途徑的C3轉(zhuǎn)化酶)和C3bnBb(C5轉(zhuǎn)化酶)相結(jié)合，結(jié)合后通過發(fā)生構(gòu)象改變而加固C3b與Bb間的結(jié)合力，從而可使其半衰期由2分鐘延長至26分鐘。因此，P因子實際上是替代途徑中的一個重要的正調(diào)節(jié)分子。這些都是固有免疫應(yīng)答中的物質(zhì)，都是屬于補體。有C1，C2，C3，C4，C5等，C3在作用過程中可以分解為二個片段，小片段是小a,大片段是小b，合成C3a。C3b，其他也是一樣的，各種分解的片段可以開成復(fù)合物，如C4b2b3b是由三個片段合成的復(fù)合物。補體可以幫助機體防御病原體，清除一定的病原體。在人體中是很重要的成分，也是診斷病人預(yù)后的一個指標，恢復(fù)期的指標。炎癥的指標等。H因子H因子由Nilson等（1965）發(fā)現(xiàn)，根據(jù)電泳位將其命名為β1H，而Whaley和Ruddy則將其命名為C3b滅活劑加速因子?，F(xiàn)已確定其為由1213個氨基酸組成的單鏈糖蛋白，分子量155kDa，既有長桿狀部分，也有球形區(qū)域。H因子可加速C3轉(zhuǎn)化酶的衰變，阻止替代途徑中初始和放大C3轉(zhuǎn)化酶的形成。I因子I因子為異源二聚體血清蛋白，呈雙球狀結(jié)構(gòu)，分子全長13nm。。I因子結(jié)構(gòu)基因的突變，可導(dǎo)致先天性I因子缺陷，此類患C3的過度消耗面引起反復(fù)感染和血管性水腫。第二節(jié)補體的激活概念在某些激活物質(zhì)的作用下，各補體成分按一定順序，以連鎖的酶促反應(yīng)方式依次活化，并表現(xiàn)出各種生物學(xué)活性的過程，亦稱補體級聯(lián)反應(yīng)酶促反應(yīng)（Enzymecatalysis）又稱酶催化或酵素催化作用，指的是由酶作為催化劑進行催化的化學(xué)反應(yīng)。激活途徑共同末端通路膜攻擊復(fù)合物(MAC)溶細胞效應(yīng)

經(jīng)典途徑（classicalpathway）MBL途徑(

MBLpathway）

旁路途徑（alternativepathway）★一、經(jīng)典激活途徑主要激活物質(zhì)

特異性抗體（IgG或IgM）與抗原形成的免疫復(fù)合物（IC）

參與成分

C1（C1q、C1r、C1s）C4、C2、C3激活過程1、補體的經(jīng)典激活途徑。

又稱傳統(tǒng)激活途徑，完整的過程包括：識別單位的激活，C3轉(zhuǎn)化酶的形成，C5轉(zhuǎn)化酶的形成以及攻膜復(fù)合體的形成。補體蛋白依次激活順序為C1q,C1r,C1s，C4，C2，C3，C5~C92、激活物及激活條件。（1）免疫復(fù)合物是主要激活物質(zhì)。（2）每一個C1q分子必須同時與兩個以上Ig的Fc片段結(jié)合才能被激活。

（3）游離的抗體不能通過經(jīng)典途徑激活補體3、激活過程（1）識別階段?？乖c抗體結(jié)合后，C1q能識別抗體上的補體結(jié)合點，并與之結(jié)合。由于C1q的構(gòu)型發(fā)生改變，可激活C1r和C1s；在Ca+存在下，形成具有酶活性的C1s。（2）活化階段。C1s將C4分解成小碎片的C4a和大碎片的C4b，C4b可與細胞膜結(jié)合；C1s激活C4后，再激活C2（分解成C2a和C2b）；C2b與C4b結(jié)合，形成有酶活性的C4b2b（C3轉(zhuǎn)化酶）。C3被C4b2b裂解在C3a和C3b兩個片段，C3b與C4b2b相結(jié)合產(chǎn)生的C4b2b3b為經(jīng)典途徑的（C5轉(zhuǎn)化酶）。（3）攻膜階段。C5在C4b2b3b的作用下裂解為C5a和C5b，C5b與細胞膜和C6、C7結(jié)合，形成C5b67復(fù)合物，進而與C8、C9分子聯(lián)結(jié)成C5b6789復(fù)合體，即為攻膜復(fù)合體，造成細胞膜溶解。識別階段?？乖c抗體結(jié)合后，C1q能識別抗體上的補體結(jié)合點，并與之結(jié)合。由于C1q的構(gòu)型發(fā)生改變，可激活C1r和C1s；在Ca+存在下，形成具有酶活性的C1s膜攻擊復(fù)合物MAC:補體溶細胞生物學(xué)效應(yīng)的效應(yīng)復(fù)合體，為三條補體激活途徑的共同末端通路，即膜攻擊復(fù)合物(membraneattackcomplex,MAC)?？稍诩毎闲纬尚】祝剐〉目扇苄苑肿?，離子及水分子自由透過細胞膜，但蛋白質(zhì)等大分子難以逸出，導(dǎo)致水和離子內(nèi)流，細胞內(nèi)滲透壓降低，細胞發(fā)生溶解。★MBL途徑

MBL（甘露聚糖結(jié)合凝集素）MBL途徑是由MBL與細菌甘露糖殘基和絲氨酸蛋白酶結(jié)合啟動的補體激活途徑,其激活過程與經(jīng)典途徑相似主要激活物

多種病原微生物(表面的糖結(jié)構(gòu))參與成分MBL復(fù)合物

MBLMASP-1(MBL相關(guān)的絲氨酸蛋白酶，水解C3)

MASP-2(水解C4、C2)C4、C2、C3MBL相關(guān)的絲氨酸蛋白酶MASP1、MASP2甘露糖結(jié)合凝集素（MBL），結(jié)構(gòu)與C1q相似，在病原微生物感染早期，由肝.細胞合成和分泌，是急性期蛋白的一種?？芍苯幼R別多種病原生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖，進而可依次活化MASP1，MASP2，C4，C2，C3，形成一系列酶促反應(yīng)。其構(gòu)成的途徑稱為MBL激活途徑。補體激活途徑的一種，亦稱凝集素途徑。MBL(結(jié)構(gòu)似C1q)MBL+配體構(gòu)象改變激活MASP

活化的MASP具有與活化的C1s同樣的生物活性可水解C4和C2激活過程★三、旁路激活途徑

越過C1、C4、C2，直接激活C3不依賴Ab、IC（免疫復(fù)合物immunecomplex，IC），為非特異性主要激活物質(zhì)

細菌細胞壁成分凝聚的IgA和IgG4、眼鏡蛇毒素等參與成分

C3，B、D、P、H、I

等因子旁路激活途徑與經(jīng)典激活途徑不同之處在于激活是越過了C1、C4、C2三種成分，直接激活C3繼而完成C5至C9各成分的連鎖反應(yīng)。旁路激活途徑在細菌性感染早期，尚未產(chǎn)生特異性抗體時，即可發(fā)揮重要的抗感染作用。旁路途徑的兩個特點：

旁路途徑可以識別“自己”和“非己”

自身細胞表面，C3b被調(diào)節(jié)蛋白滅活微生物表面，C3b與B因子形成穩(wěn)定的C3bBb（C3轉(zhuǎn)化酶）

旁路途徑是補體系統(tǒng)重要的放大機制

C3bBb（C3轉(zhuǎn)化酶復(fù)合物）催化產(chǎn)生更多C3b再次參加旁路激活形成更多C3bBb滅活是指用物理或化學(xué)手段殺死病毒、細菌等，但是不損害它們體內(nèi)有用抗原的方法。滅活病毒，會使病毒蛋白的高級結(jié)構(gòu)受到破壞，蛋白不再有生理活性，所以失去感染，致病和繁殖能力，但是常規(guī)的滅活不影響病毒蛋白的一級結(jié)構(gòu)，意思就是病毒蛋白的序列沒有變化。滅活激素，一般雄性個體會產(chǎn)生雌性激素，但雄性個體本身并不需要如此大量的雌性激素，所以雌性激素會在肝臟中滅活，來維持體內(nèi)穩(wěn)定。補體活化的共同終末效應(yīng)MAC的組裝

C5轉(zhuǎn)化酶啟動終末成分（C5、6、7、8、9）活化形成膜攻擊復(fù)合物（MAC）導(dǎo)致靶細胞的溶解C5轉(zhuǎn)化酶C5C6C7C8（n=12-16）nC9C5b

C5aC5b6C5b67C5b6789（MAC）膜攻擊復(fù)合物MAC:補體溶細胞生物學(xué)效應(yīng)的效應(yīng)復(fù)合體，為三條補體激活途徑的共同末端通路，即膜攻擊復(fù)合物(membraneattackcomplex,MAC)?？稍诩毎闲纬尚】祝剐〉目扇苄苑肿?，離子及水分子自由透過細胞膜，但蛋白質(zhì)等大分子難以逸出，導(dǎo)致水和離子內(nèi)流，細胞內(nèi)滲透壓降低，細胞發(fā)生溶解。MAC的效應(yīng)機制MAC形成的小孔使得小的可溶性分子、離子以及水分子自由透過胞膜，細胞滲透壓降低，細胞溶解致死性Ca2＋進入細胞使細胞死亡經(jīng)典途徑MBL途徑旁路途徑抗原抗體復(fù)合物病原體表面糖結(jié)構(gòu)細菌細胞壁結(jié)構(gòu)C1qrsC4、C2MBL-MASPC4、C2B因子,D因子,P因子C3轉(zhuǎn)化酶C5轉(zhuǎn)化酶C6C7C8C9MAC前段反應(yīng)共同末端通路三種激活途徑的主要區(qū)別比較項目經(jīng)典途徑旁路途徑激活物固有成份所需離子C3轉(zhuǎn)化酶C5轉(zhuǎn)化酶生物學(xué)作用IgM/IgG1~3與抗原形成的免疫復(fù)合物細菌脂多糖、肽聚糖、酵母多糖和凝聚IgG4/IgA等C1~C9C3、B、D、P因子C5~C9Ca++、Mg++Mg++C4b2bC3bBb(P)C4b2b3bC3bnBb(P)在特異性體液免疫的效應(yīng)階段起作用參與非特異性免疫在感染早期起作用MBL途徑細菌等微生物MBL、MASPC2-C9Ca++、Mg++C4b2bC4b2b3b參與非特異性免疫在感染早期起作用是否依賴Ab是否否（三）補體活化的調(diào)控自身衰變的調(diào)節(jié)

C3轉(zhuǎn)化酶和C5轉(zhuǎn)化酶均易衰變失活游離的C4b、C3b、C5b也易失活

補體裂解片斷必須在特定微環(huán)境中才發(fā)揮作用調(diào)節(jié)因子的作用經(jīng)典途徑的調(diào)節(jié)C1抑制分子（C1INH）

結(jié)合活化的C1r和C1s，使之失去酶解能力C4結(jié)合蛋白（C4bp）

結(jié)合C4b，抑制C4b與C2的結(jié)合

防止C3轉(zhuǎn)化酶的組裝

I因子可裂解C3b、C4b

裂解C3b為iC3b和C3f,繼而裂解iC3b為C3c和C3dg裂解C4b為C4c和C4d

膜輔助蛋白（MCP）促I因子介導(dǎo)的C4b裂解I因子裂解C4b衰變加速因子（DAF）同C2競爭與C4b結(jié)合ＤＡＦ的作用MAC形成的調(diào)節(jié)同源限制因子（HRF）

C8結(jié)合蛋白,干擾C9與C8結(jié)合膜反應(yīng)性溶解抑制物（MIRL）---CD59

阻礙C7、C8與C5b－6復(fù)合物結(jié)合（四）補體的生物學(xué)作用參與宿主早期抗感染免疫溶菌、溶細胞作用補體激活后，在靶細胞表面形成MAC，使細胞被溶解

感染早期，主要通過旁路途徑和MBL途徑

例腦膜炎球菌感染特異性抗體產(chǎn)生后，主要靠經(jīng)典途徑

例輸血反應(yīng)調(diào)理作用

C3b、C4b、iC3b促吞噬細胞的吞噬作用

Ag--氨基端-C3b-羧基端--C3bR--吞噬細胞引起炎癥反應(yīng)

炎癥介質(zhì)作用（C3a、C4a、C5a、C2a）

過敏毒素作用（C3a、C4a、C5a）

趨化作用（C3a、C5a、C567）炎癥介質(zhì)(inflammatorymediator)：細胞或體液中產(chǎn)生的參與炎癥反應(yīng)的某些生物活性物質(zhì)，這些物質(zhì)具有引起血管擴張、通透性增加和白細胞滲出的功能，在炎癥的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用。炎癥也是免疫防御反應(yīng)的一種表現(xiàn)。感染局部發(fā)生炎癥時，補體裂解產(chǎn)物可使毛細血管通透性增強，吸引白細胞到炎癥局部。過敏毒素是指補體活化過程中產(chǎn)生的具有炎癥介質(zhì)作用的活性片段C3a、C4a、C5a。它們作為配體能與肥大細胞和嗜堿性粒細胞表面相應(yīng)受體結(jié)合，激發(fā)細胞脫顆粒，釋放組胺之類的