第六章补体系统.doc

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课程名称：
免疫学
计划学时
3
授课章节：
第六章 补体系统
教学目的和要求：
1、了解补体、补体系统的概念，补体的命名，补体系统的组成、基本特征和生物学功能；
2、掌握补体系统激活的经典途径、MBL途径和替代途径的过程、特点和异同；
3、了解补体激活后的生物学效应。

教学基本内容：
第一节 概述
第二节 补体系统的激活途径（补体系统激活的经典途径、MBL途径和替代途径）
第三节 补体激活后的生物学效应

教学重点和难点：
掌握补体系统激活的经典途径、MBL途径和替代途径的过程、特点和异同；
授课方式、方法和手段：
讲课，多媒体
作业与思考题：
1、补体及补体系统，补体的命名。
2、补体激活经典途径的特点。
3、三种激活途径的异同。
4、补体激活后的生物学效应。

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第六章 补体系统
第一节 概述
一、补体与补体系统
19世纪未，在发现体液免疫后不久，Bordet即证明，新鲜血清中存在一种不耐热的成分，可辅助特异性抗体介导的溶菌作用，由于这种成分是抗体发挥溶细胞作用的必要补充条件，故被称为补体（complement,C）。
进一步的研究证明，补体并非单一分子，而是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。包括40余种可溶性蛋白和膜结合蛋白，因而将参与补体激活的各种固有成分以及调控补体激活的各种灭活或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（complement system）。
补体系统含量相对稳定，与抗原刺激无关，不随机体的免疫应答而增加，但在某些病理情况下可引起改变。
补体系统是机体固有性免疫的重要效应机制，也是体液免疫的重要效应机制之一，补体广泛参与机体微生物防御反应以及免疫调节，也可介导免疫病理的损伤性反应，是体内重要的生物学作用效应系统。
二、补体系统的组成和命名
（一）组成
补体系统是迄今已知机体内最复杂的一个限制性蛋白酶解系统。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.补体的固有成分：参与经典激活途径的成分(C1，C4，C2)；参与旁路激活途径的成分（D、B因子）；参与MBL途径的成分（MBL，丝氨酸蛋白酶）；末端通路成分（C3；C5-C9）
2、（参与调节的成分）调节蛋白：以可溶性或膜结合的形式存在，有C1抑制物、C4结合蛋白、H因子、I因子、P因子和S蛋白等 ;
3.补体受体:如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…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。
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（多数为β球蛋白，少数为几种属α或γ球蛋白）。
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[25kDa（D因子）～400kDa（C1q）]和在血清中的含量（C3含量最高，D因子最低）差异很大。
4.某些补体成分对热不稳定，许多理化因素都能破坏补体（56℃，30分钟即可灭活，61℃2分钟即可灭活，室温下24h灭活，0-10℃可保存3-4天，冻干保存3年左右；许多理化因素，如紫外线、机械振荡、酸碱等都能破坏补体）。
5.补体成分在动物体内含量稳定（占血清蛋白总量的10%左右），不受免疫的影响。
6.补体作用无特异性。（可与任何抗原—抗体复合物结合而发生反应）
7. 体内多种组织均能合成补体蛋白，但肝细胞（C3、C6、C9和巨噬细胞（C2、C3、C4）是补体的主要产生细胞。
8. 与其它血浆蛋白比较而言补体代谢快，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
在通常情况下，补体多以非活性状态的酶原形式存在于血清或体液中，补体系统的激活是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，常见的激活物有免疫复合物等多种物质。
在激活过程中，补体成分按一定顺序发生连锁的酶促反应，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段，呈现不同的生物学活性，最终导致靶细胞溶解。
补体的激活途径主要有从C1开始激活的经典途径（classical pathway）、由MBL结合至细菌启动激活的MBL途径（MBL pathway）和从C3开始激活的替代途径（alternative pathway）。上述三条激活途径具有共同的末端通路（terminal pathway）和生物学效应，即由C5-C9构成的膜攻击复合物并发挥其溶解效应。
一、补体激活的经典途径
由抗原——抗体复合物结合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。它是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式，整个过程可分为识别阶段、活化阶段和攻膜阶段。
（一）识别阶段
抗原和抗体结合后，抗体的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，这一过程称为补体激活的启动或识别。
1、C1的基本结构
C1是由一个C1q分子与两个C1r和C1s分子结合而成的大的、多聚体分子复合物，其中C1q为六聚体，呈球形的羧基端头部和杆状的氨基端尾部。C1q实际上是与Ig分子结合的亚单位，有6个Ig结合点，C1r和C1s在钙离子存在的条件下，两者结合组成一个顺序为C1s—C1r—C1r—C1s的具有弹性的线性四聚体，二者实际上是蛋白酶解级联反应需要的丝氨酸酯酶原。
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（immune complex,IC）中的IgM或IgG分子Fc段结合后，C1q 6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C1，它可裂解C1s成为两个片段，其中小分子片段成为具有蛋白酶活性的C1，它可依次裂解C4与C2。
3.特点（C1的激活条件）
（1）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。
（2）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。
（3）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
1、其本含义
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形成C5转化酶，即完成活化阶段。
2、C3转化酶的形成
在Mg2+的存在下,活化的Cl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C2a结合形成C复合物，即经典途径中的C3转化酶，具有结合并裂解C3的能力。
3、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，C3a是一种炎性作用因子，有过敏毒素和趋化作用，多数C3b分子与水分子作用后变为iC3c和iC3b，不再参与补体级联反应，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C以共价健结合，产生C复合物，该复合物即为C5转化酶。
（三）攻膜阶段
又称为终未补体途径，见后面的终未补体途径。
除 IC 外，C 反应蛋白（CRP）、肝素、酸性蛋白、酸性粘多糖、葡萄球菌蛋白A(SPA) 、变性DNA及某些 RNA 病毒胞膜等也可与 C1q 结合，激活经典途径。
二、补体激活的MBL途径
（一）基本含义
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。
（二）MBL的产生
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（acute phase responst），并诱导肝细胞合成与分泌急性期蛋白，其中参与补体激活的有甘露聚糖结合凝集素（MBL）和C反应蛋白。
（三）MBL途径的起始
补体活化的MBL途径与经典途径的过程基本类似，但其激活起始于是炎症期产生的蛋白与病原体结合之后，而并非依赖于抗原—抗体复合物的形成。
（四）MBL途径激活补体的基本过程
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，正常血清中MBL水平较低，在急性期反应时，其水平明显升高，MBL与C1q并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子结构类似。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、补体激化的替代途径
（一）基本含义：补体激活的替代途径，又称C3激活途径，C3旁路或C3支路，该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。该途径的激活物质是某些细菌的细胞壁成分（脂多糖、磷壁酸）酵母多糖、葡聚糖、凝聚的 IgA 和 IgG4 等。这些激活物质通过给 C3b 和 C3bBb 提供接触表面，使补体激活的级联反应得以进行，发挥其激活作用的。
B 因子， D 因子， P 因子也是参与旁路途径激活的重要补体成分。
（二）激活过程（C3在替代途径的开始和后续过程中起着关键作用）
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 在生理情况下， C3 缓慢自发地裂解产生少量 C3b 。 C3b 在 Mg 2+ 存在下，可与 B 因子结合为 C3bB 。 D 因子裂解 C3bB 中的 B 因子形成 C3bBb （旁路途径的 C3 转化酶）和 Ba 。 Ba 游离于液相， C3bBb 可裂解 C3 。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。C3bB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，后者在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。
机体内由于有旁路途径激活补体的形式存在，就大大增加了补体系统的作用，扩大了非特异性和特异性免疫之间的联系。另外，在抗传染免疫中，抗体未产生以前，机体即有一定的免疫力，其原因是LPS等激活物先于经典途径激活补体，杀死微生物，发挥抗传染的功能。
四、补体激活的终未途径
三条补体活化途径形成C5转化酶，均可裂解C5，这是补体级联反应中最后一个酶促步骤，若补体激活发生在脂质双层上，则可形成C5b-9（膜攻击复合物；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,后者可依次与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C5b～8复合物，可与12-15个C9分子联结成C5b～9，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。
两条激活途径的主要不同点：
比较项目
经典激活途径
旁路激活途径
激活物质
参与的补体成分
所需离子
C3转化酶
C5转化酶
作用
抗原抗体复合物
C1~C9
Ca2+，Mg2+
C42
C423
参与特异性体液
免疫的效应阶段
细菌脂多糖，凝聚IgG，IgA
C3，C5-9，B因子，P因子
Mg2+
C3bBb
C3bBb3b
参与非特异性免疫在感染
早期发挥重要作用

第三节 补体激活后的生物学效应
补体只有多种生物学作用，不仅参与非特异性防御反应，也参与特异性免疫应答，补体系统的功能可分为以下两大方面。
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（compLement receptor, CR）结合而发挥作用。
（一）免疫粘附作用
免疫复合物激活补体之后，可通过C3b而粘附到表面有C3b受体的红细胞，血小板或某些淋巴细胞上，形成较大的聚合物，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
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）炎症反应 炎症也是免疫防御反应的一种表现：
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、补体与IC的Ig结合可妨碍IC与IC相互作用形成网结，因而可阻止IC的沉积，并可使已形成IC中的抗原、抗体发生解离。
2、循环的IC和补体结合后借助C3b与表达CR1和CR3等受体的红细胞结合，并通过血流运送到肝而被清除。
补体成分及其裂解产物的活性
补体成分或裂解产物
生物活性
作用机制
C5-C9

C3b
C3b

C1，C4

C2a
C3a，C5a
C3a，C5a
细胞毒作用，溶菌，杀菌作用
调理作用
免疫粘附作用

中和病毒作用

补体激肽
过敏毒素
趋化因子
嵌入细胞膜的双磷脂分子层中，使细胞膜穿孔，细胞内容物渗漏。
与细菌或细胞结合使之易被吞噬。
与抗原抗体复合物结合后，粘附于红细胞或血小板，使复合物易被吞噬。
增强抗体的中和作用，或直接中和某些RNA肿瘤病毒。
增强血管透性。
与肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合后，释放出组胺等介质，使毛细血管扩张。
借其梯度浓度吸引中性粒细胞及单核细胞。
本章小结

本章主要讲述补体系统的激活途径；补体激活后的生物学效应。通过本章学习，要求学生了解补体、补体系统的概念，补体的命名，补体系统的组成、基本特征和生物学功能；掌握补体系统激活的经典途径、MBL途径和替代途径的过程、特点和异同；了解补体激活后的生物学效应。