醫(yī)學(xué)免疫學(xué)：補體系統(tǒng)

1、補體系統(tǒng) Complement System,P55-65,1895 Bordet: 霍亂弧菌溶菌試驗,新鮮血清中存在的成分，不具抗原特異性，輔助抗體介導(dǎo)的溶菌作用,補體系統(tǒng)的基本特點,由血清、組織液和細胞膜表面的蛋白質(zhì)組成，大多為糖蛋白。血漿補體成分不耐熱，56C加熱30min即被滅活 約90%的血漿補體成分由肝合成，少數(shù)由肝以外的細胞如單核-巨噬細胞合成。組織損傷急性期或炎癥，補體產(chǎn)生增多，促炎細胞因子如IFN-g, IL-1, TNF-a, IL-6等可刺激補體基因表達 生物級聯(lián)反應(yīng)體系，本質(zhì)是連續(xù)酶促反應(yīng) 反應(yīng)體系受到嚴密調(diào)控：補體反應(yīng)中間產(chǎn)物含量低，半衰期短，易被多種補體調(diào)節(jié)蛋白抑制

2、或滅活 是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，直接裂解進入機體的病原微生物，促進死亡細胞或異常自身細胞的清除，調(diào)節(jié)固有免疫細胞的功能，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫應(yīng)答 既可介導(dǎo)生理功能（免疫自穩(wěn)、器官修復(fù)再生、神經(jīng)保護），又能介導(dǎo)病理損傷,補體系統(tǒng),b,激活補體系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟：C3轉(zhuǎn)化酶(C3 convertase)和C5轉(zhuǎn)化酶(C5 convertase)的生成 三條途徑: 經(jīng)典途徑 (classical pathway) MBP途徑 (MBP pathway) 替代途徑 (alternative pathway) 替代途徑是最古老的補體激活方式，在感染早期即可發(fā)揮重要的免疫防御作用 激活過程可分為識別階段、活化

3、階段和膜攻擊三個階段,補體的激活途徑,經(jīng)典途徑,替代途徑,MBP途徑,識別,活化,膜攻擊,由免疫復(fù)合物中的抗體分子結(jié)合C1q后依次激活C1、C4、C2、C3、C5，形成C3轉(zhuǎn)化酶C4b2b和C5轉(zhuǎn)化酶C4b2b3b的級聯(lián)酶促反應(yīng)過程。 C1q除識別免疫復(fù)合物，還識別反轉(zhuǎn)錄病毒的外殼蛋白、細菌脂多糖、革蘭氏陰性菌的孔蛋白、b淀粉樣纖維、磷脂、凋亡細胞、急性期蛋白如五聚環(huán)蛋白、朊蛋白等，活化經(jīng)典途徑,補體激活的經(jīng)典途徑 classical pathway of complement activation,C1由1個C1q、2個C1r和2個C1s分子借Ca2+連接而成的多聚體復(fù)合物，其中C1q具有識

4、別Ig分子作用，C1r和C1s具絲氨酸蛋白酶活性。 C1q為18條肽鏈組成的六聚體, 每一單位頭部與Ig結(jié)合。由髓系來源的白細胞合成。受體包括cC1qR, CRT, gC1qR, C1qRO2, a2b1, 磷脂酰絲氨酸, CD91/93。 功能包括啟動經(jīng)典途徑的補體活化，趨化和輔助趨化，促進凋亡細胞清除，影響免疫細胞的分化和功能,識別階段,抗原抗體結(jié)合, 抗體發(fā)生構(gòu)型改變, 使Fc段補體結(jié)合部位（IgG的CH2和IgM的CH3結(jié)構(gòu)域）暴露, C1q與之結(jié)合 C1的活化需要與至少2個IgG或IgM結(jié)合，并需Ca2+的存在。兩個以上C1q頭部被免疫復(fù)合物中IgM或IgG的Fc段結(jié)合后,C1q 6

5、個亞單位的構(gòu)象即發(fā)生改變,暴露C1r的蛋白水解酶活性部位。C1r酶解并活化絲氨酸蛋白酶C1s,活化階段 活化的C1s依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3 convertase：C4b2b,C3轉(zhuǎn)化酶,C4b與靶細胞膜形成酰胺鍵或酯鍵,C3a為過敏毒素 C3b結(jié)合于細胞膜表面，促進C3轉(zhuǎn)化酶的進一步生成，并調(diào)理吞噬,酶解C3 形成C5轉(zhuǎn)化酶 C4b2b3b,裂解C5,C5a為過敏毒素 C5b啟動膜攻擊階段,補體激活的MBP途徑 MBP pathway of complement activation,病原微生物表面的甘露糖和IgA可激活MBP途徑。 感染早期，巨噬細胞產(chǎn)生TNF-a, IL-

6、1和IL-6等促炎細胞因子，誘導(dǎo)肝細胞產(chǎn)生急性期蛋白，其中甘露聚糖結(jié)合蛋白（MBP）和C反應(yīng)蛋白（CRP）可激活補體。MBP與病原體表面的甘露糖苷有較強的親和力,補體激活的MBP途徑 MBP pathway of complement activation,MBP與細菌甘露糖苷結(jié)合，導(dǎo)致MBP相關(guān)的絲氨酸蛋白酶（MBL-associated serine protease，MASP-1、MASP-2 )活化?；罨腗ASP2裂解C4和C2，激活的MASP1直接裂解C3生成C3b，參與并加強替代途徑的正反饋環(huán)路,MASP2,C1-like complex,MASP,補體激活的替代途徑 Alter

7、native pathway,由C3、B因子、D因子和P因子參與的激活過程。 特點: 需要固相表面粘附或活化C3的自發(fā)裂解產(chǎn)物C3b 無特異性，快速 可區(qū)分自我與非我 存在C3b正反饋 激活分子： 細菌、病毒、內(nèi)毒素、酵母多糖、葡聚糖等，為補體活化提供固相平臺,補體激活的替代途徑 Alternative pathway,少數(shù)C3分子在生理條件下自發(fā)裂解為C3a和C3b。C3b在液相中易失活，只有結(jié)合于固相表面如細菌、酵母多糖、葡聚糖等才能避免淬滅,備解素(P因子)與C3bBb復(fù)合物結(jié)合后使之穩(wěn)定 C3bBbP將更多的C3分子水解為C3a和C3b，形成依賴于C3b的正反饋環(huán)路,以C3為中心的正反

8、饋環(huán) (Amplification Loop,C5轉(zhuǎn)化酶：C3bnBb 結(jié)合于固相表面的C3b與C5分子結(jié)合形成C3bC5復(fù)合物。C5轉(zhuǎn)化酶將該復(fù)合物中的C5裂解為C5a和C5b。C5b參與啟動補體活化的膜攻擊階段。C5a發(fā)揮炎癥介質(zhì)作用，并能誘導(dǎo)樹突細胞功能成熟，調(diào)控T細胞分化，調(diào)控細胞凋亡,補體應(yīng)答的效應(yīng)階段：膜攻擊階段 攻膜單位 membrane attack complexes (MAC)：結(jié)合于細胞膜上的C5b8促進C9聚合，形成C5b6789n復(fù)合物。MAC通過破壞磷脂雙層形成滲漏斑或形成穿膜的親水性孔道，導(dǎo)致細胞崩解,Target cell,C5b8復(fù)合物，與1215個C9分子聯(lián)

9、結(jié)成C5b9 (MAC)，電鏡下C9多聚體為中空的多聚C9 (poly-C9)插入靶細胞的脂質(zhì)雙層膜，形成內(nèi)徑為10nm小孔，離子和小分子自由進出細胞膜,激活物和起始步驟 激活過程對抗體的依賴性 C3和C5轉(zhuǎn)化酶 正反饋放大環(huán) 終末反應(yīng)過程,三條補體激活途徑的比較,1.補體的固有成分：存在于體液中，參與補體活化級聯(lián)反應(yīng) 經(jīng)典激活途徑： C1q、C1r、C1s、C2 - C9； 甘露聚糖結(jié)合凝集素激活途徑： 甘露聚糖結(jié)合蛋白 (MBP) MBP相關(guān)絲氨酸蛋白酶 (MASP) 旁路激活途徑： B因子、D因子等,補體系統(tǒng)的組成,經(jīng)典激活途徑和終末成分：C1 - C9 旁路途徑成分: B, D, H,

10、 I, P因子 裂解產(chǎn)物組成具有酶活性的復(fù)合物: C1, C4b2b 活化過程中酶解形成的多肽片段: C3a, C3b (小片段為 “a” ；大片段為 “b”)，C3d，C3dg 被滅活的補體片段: iC3b,補體成分的命名規(guī)律,補體固有成分活化后的裂解片段,血清濃度最高，功能最為重要的分子之一 裂解片段可與CR1、CR2、CR3、CR4和C5aR結(jié)合,C3分子,2. 補體調(diào)節(jié)蛋白：以可溶性或膜結(jié)合形式存在的具有調(diào)節(jié)某些補體活化作用的分子。 C1抑制物(C1INH)、C4結(jié)合蛋白(C4BP)、C8結(jié)合蛋白、衰變加速因子(DAF, CD55)、膜輔助蛋白(MCP, CD46)、膜反應(yīng)性溶解抑制物

11、(CD59)、I因子、H因子、P因子、纖粘蛋白、Sp40/40、羧肽酶N、H因子樣蛋白1(FHL1)、H因子相關(guān)蛋白(CFHR1)、 sMAP, MAP-1, clusterin, carboxypeptidase-N等 3. 補體受體(complement receptor, CR)：與補體活化過程中形成的某些活性片段相結(jié)合并介導(dǎo)多種生物學(xué)效應(yīng)的膜分子。 CR1CR4、C3aR、C5aR、C5L2、C1qR、SIGNR1和CRIg等,補體系統(tǒng)的組成,補體激活過程中生成的多種補體裂解片段與細胞膜表面的相應(yīng)受體結(jié)合，參與機體免疫防御、維護內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定以及作為連接固有免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁發(fā)揮重要作

12、用。 CR1 (CD35)：C3b, C4b, 結(jié)構(gòu)：單鏈膜蛋白 表達 ：B細胞, 中性粒細胞, 單核/巨噬 細胞, 紅細胞(RBC) 等 功能： 滅活C3轉(zhuǎn)化酶, 抑制補體激活 調(diào)理吞噬（間接識別被C3b或C4b致敏的微生物） 紅細胞結(jié)合被C3b致敏的免疫復(fù)合物 輔助B 細胞活化,補體受體種類和表達的細胞,CR2 (CD21)：iC3b，C3d, C3dg, EB 病毒 表達：B細胞, Follicular dendritic cell (FDC細胞) 功能：FDC捕捉被補體裂解片段致敏的外來抗原 CR3 (CD11b/CD18) CR4 (CD11c/CD18) ：iC3b 結(jié)構(gòu)：整合素分

13、子 表達：中性粒細胞 單核/巨噬細胞, 肥大細胞, NK細胞 功能：促進吞噬細胞的吞噬作用 促進NK細胞的殺傷能力,C3a, C4a, C5a過敏毒素，具炎癥介質(zhì)的性質(zhì)，參與誘導(dǎo)機體的多種不同類型的過敏反應(yīng)。與各自的受體結(jié)合，觸發(fā)保內(nèi)信號，增加胞內(nèi)Ca2+水平，最終誘導(dǎo)吞噬細胞和粒細胞的呼吸爆發(fā)，釋放活性氧，發(fā)生脫顆粒，趨化多種免疫細胞。 C5a的來源：三條途徑介導(dǎo)的補體活化過程，凝血系統(tǒng)、纖溶系統(tǒng)和激肽系統(tǒng)激活時產(chǎn)生的部分成分、吞噬細胞釋放具絲氨酸蛋白酶活性的蛋白，病原微生物的組分或代謝產(chǎn)物。 C5aR (CD88，過敏毒素受體, Anaphylatoxin receptor)：7次跨膜的趨

14、化因子受體，分布廣泛，在髓系細胞、靜止和活化T細胞、支氣管和肺泡上皮細胞、血管內(nèi)皮細胞、肝臟Kupffer細胞、星狀細胞、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的星形膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞、海馬神經(jīng)元細胞和成神經(jīng)細胞中表達,C5aR,C5aR的生物學(xué)功能,C5a參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，神經(jīng)退行性變，組織再生，造血 作為炎癥介質(zhì)，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和天然免疫應(yīng)答 趨化 誘導(dǎo)和促進趨化因子的合成，招募更多的炎性細胞進入炎癥部位 觸發(fā)多形核白細胞和吞噬細胞的呼吸爆發(fā)，釋放活性氧和多種酶活性物質(zhì) 增強單核/巨噬細胞的吞噬功能 與LPS協(xié)同促進Kuppfer細胞生成TNF-a, IL-6, IL-1b 作用于平滑肌細胞，導(dǎo)致血管擴張、毛細

15、血管通透性增強 作用于血管內(nèi)皮細胞，上調(diào)粘附分子的表達，促進血管內(nèi)皮細胞與白細胞的粘附，有助于白細胞遷移至組織中 誘導(dǎo)單核/巨噬細胞、未成熟樹突狀細胞分泌炎性細胞因子，如IL-6, TNF-a。 誘導(dǎo)樹突狀細胞的功能成熟、促進T細胞生存和增殖，增強獲得性免疫應(yīng)答 通過影響DC分泌不同類型的細胞因子控制不同Th細胞分化 調(diào)控細胞凋亡 對未分化的成神經(jīng)細胞具神經(jīng)營養(yǎng)作用，保護分化的成神經(jīng)細胞免受Ab介導(dǎo)的毒性作用,C1q受體 (cC1qR, gC1qR, CRT, C1qRO2, a2b1, 磷脂酰絲氨酸, CD91/93)：C1q 表達：吞噬細胞 功能：調(diào)理吞噬 促進氧自由基產(chǎn)生 增強細胞介導(dǎo)的

16、細胞毒作用 趨化和輔助趨化 調(diào)節(jié)免疫細胞的分化和功能,補體系統(tǒng)的調(diào)控 Regulation of the Complement System,Complement a system for immune surveillance and homeostasis,生理 病理,控制補體活化的啟動環(huán)節(jié) 補體活性片段的自發(fā)性衰變 血漿和細胞膜表面均存在多種補體調(diào)節(jié)蛋白，控制級聯(lián)酶促反應(yīng)中的酶活性和攻膜單位組裝,補體系統(tǒng)的調(diào)控 Regulation of the Complement System,補體系統(tǒng)的調(diào)控 Regulation of the Complement System,b,可與C1r、C

17、1s和MASP以共價鍵結(jié)合成穩(wěn)定的復(fù)合物,使它們失去酶解C4和C2的能力,C1抑制因子(C1-INH,I 因子：絲氨酸蛋白酶, 裂解C4b和C3b，抑制C3/C5轉(zhuǎn)化酶形成 C4結(jié)合蛋白 (C4BP)和CR1：與C4b結(jié)合, 抑制C4b與C2結(jié)合; 作為輔助因子, 促進I 因子對C4b/C3b水解作用,替代C2與C4b結(jié)合,C4b2b的調(diào)控,衰變加速因子 (DAF, CD55): 抑制C4b2b形成，促進C3bBb中Bb與C3b的解離 膜輔助蛋白(MCP, CD46)促進I因子裂解C3b,H 因子: 與B因子、Bb及C5競爭性結(jié)合C3b，抑制轉(zhuǎn)化酶和C3b5b形成 輔助 I 因子酶解C3b I

18、因子，CR1，CD55，CD46,調(diào)控替代途徑C3轉(zhuǎn)化酶和C5轉(zhuǎn)化酶,H因子必須與膜表面的唾液酸或帶負電荷的多糖類結(jié)合才能發(fā)揮其滅活C3b的作用。 哺乳動物細胞膜表面有唾液酸糖蛋白 大多數(shù)微生物表面沒有豐富的唾液酸 大腸桿菌K1菌株帶有豐富唾液酸，可逃避補體攻擊，是新生兒嚴重腹瀉的常見病因之一,CD59，即膜反應(yīng)性溶解抑制物 (MIRL)：結(jié)合C5b67，干擾C5b678生成，結(jié)合C9，阻斷MAC形成 C8結(jié)合蛋白(C8bp)：阻斷MAC組裝 S蛋白或纖粘蛋白(SP, vitronectin)：阻礙C5b67復(fù)合物與靶細胞膜結(jié)合 群集素：抑制MAC組裝，促進MAC從細胞膜解離,針對攻膜復(fù)合物的

19、調(diào)節(jié)作用,同源限制性(homologous restriction): 靶細胞與補體來源于同一種屬時，補體溶細胞效應(yīng)受到抑制。同源限制因子(HRF)包括CD55、CD46、CR1和CD59，廣泛分布于多種細胞和組織，對來自于同一種屬的補體分子具有抑制作用，對其它種屬的補體分子不能識別,細胞毒作用(cell lysis)：溶解細菌/病毒和異常細胞 (MAC) 調(diào)理作用 (opsonization)：調(diào)節(jié)吞噬細胞的吞噬作用，C3b, C4b, iC3b與CR1結(jié)合 免疫粘附 (immune adherence)：清除循環(huán)免疫復(fù)合物， C3b (IC-C3b-CR1-RBC) 炎癥介質(zhì)作用 (pro

20、-inflammatory mediators): 炎癥介質(zhì)：細胞釋放或血清蛋白降解產(chǎn)生、能夠觸發(fā)或參與炎癥反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)或蛋白質(zhì)。主要生物學(xué)效應(yīng)包括誘導(dǎo)吞噬細胞和粒細胞呼吸爆發(fā)，釋放活性氧和酶活性物質(zhì)，脫顆粒，收縮平滑肌、增加毛細血管通透性、趨化白細胞、降解細胞間質(zhì)等 過敏毒素 (anaphylatoxin): C3a和C5a與細胞表面C3aR和C5aR結(jié)合，誘導(dǎo)吞噬細胞和粒細胞呼吸爆發(fā)，促進脫顆粒。 趨化作用 (chemotaxis)：C5a促進髓樣白細胞粘附和趨化,補體的生物學(xué)功能,補體介導(dǎo)的細胞溶解,調(diào)理作用,清除免疫復(fù)合物 等分子質(zhì)量的可溶性循環(huán)免疫復(fù)合物（IC）可激活補體,產(chǎn)生C3

21、b與抗體共價結(jié)合,C3b與表達CR1的紅細胞和血小板結(jié)合，通過血流運送到肝、脾內(nèi)被巨噬細胞清除。由于表達CR1的紅細胞數(shù)量巨大，因此是清除IC的主要參與者,中性粒細胞和單核細胞,C5a,補體片段的炎癥介質(zhì)作用,補體的生理學(xué)意義,機體抗感染防御的主要機制，是固有免疫防御的一部分，也是特異性體液免疫應(yīng)答的效應(yīng)機制 參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答 促進抗原呈遞細胞攝取和提呈抗原 C3d與抗原結(jié)合可介導(dǎo)BCR與CR2/CD19/CD81復(fù)合物交聯(lián)，促B細胞活化 FDC的CR1和CR2可將免疫復(fù)合物固定于生發(fā)中心，從而誘導(dǎo)和維持記憶性B細胞 CD55, CD46和CD59參與T細胞活化 感染灶的過敏毒素可招募炎癥細

22、胞，促進抗原的清除 抑制高分子量免疫復(fù)合物的形成 補體系統(tǒng)與血液中其它級聯(lián)反應(yīng)系統(tǒng)如凝血系統(tǒng)、纖溶系統(tǒng)和激肽系統(tǒng)相互作用 參與造血、中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和組織再生，促進凋亡細胞清除,Complement a system for immune surveillance and homeostasis,補體與感染性疾病 微生物表面與C3b、iC3b、C4b等補體片段結(jié)合，通過CR1和CR2進入細胞，使感染播散 某些微生物通過CR或補體調(diào)節(jié)蛋白入侵細胞，如CR2-EB病毒，CD46-麻疹病毒，CD55-柯薩奇病毒和大腸桿菌 微生物產(chǎn)生類似CD46、CD55和CD59樣補體調(diào)節(jié)蛋白 補體與炎癥 創(chuàng)傷、燒傷、感染、缺血再灌注、體外循環(huán)、器官移植等均可在早期激活補體系統(tǒng)，所產(chǎn)生的C3a、C5a等可激活單核細胞、內(nèi)皮細胞和血小板，釋放炎癥介質(zhì)和細胞因子，補體系統(tǒng)還通過與凝血、激肽和纖溶系統(tǒng)相互作用，與TNF-a、PAF、IL-1、IL-6、IL-8等協(xié)同或制約，形成炎癥介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，加劇炎癥反應(yīng) 補體與I型過敏反應(yīng)和自身免疫性疾病,補體與疾病,C1q與系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE） C1q缺陷或抗C1q自身抗體 C1q腎病 C1q參與孕期的正常維持 C1q和MBL識別和結(jié)合經(jīng)氧化和乙?；揎椀牡兔芏戎鞍祝龠M其清除，與動脈粥樣硬化有關(guān)