1、补体系统Complement System,1895 Bordet: 霍乱弧菌溶菌试验,新鲜血清中存在的成分，不具抗原特异性，辅助抗体介导的溶菌作用,补体系统,b,补体系统的基本特点,由血清、组织液和细胞膜表面的补体、补体受体和补体调节蛋白组成。血浆补体成分不耐热，56C加热30分钟即被灭活约90%的血浆补体成分由肝合成，少数由肝以外的细胞如单核-巨噬细胞合成。组织损伤急性期或炎症，补体产生增多，促炎细胞因子如IFN-g, IL-1, TNF-a, IL-6等可刺激补体基因表达生物级联反应体系，本质是连续酶促反应反应体系受到严密调控：补体反应中间产物含量低，半衰期短，易被多种补体调节蛋白抑制或
2、灭活是固有免疫系统的重要组成部分，直接裂解进入机体的病原微生物，促进死亡细胞或异常自身细胞的清除，调节固有免疫细胞的功能，调节适应性免疫应答既可介导生理功能（免疫自稳、器官修复再生、神经保护），又能介导病理损伤,激活补体系统的关键步骤：C3转化酶(C3 convertase)和C5转化酶(C5 convertase)的生成三条途径:经典途径 (classical pathway)MBP途径 (MBP pathway)替代途径 (alternative pathway)替代途径是最古老的补体激活方式，在感染早期即可发挥重要的免疫防御作用激活过程可分为识别阶段、活化阶段和膜攻击三个阶段,补体的激活
3、途径,经典途径,替代途径,MBP途径,识别,活化,膜攻击,补体激活的经典途径 Classical pathway of complement activation,由免疫复合物中的抗体分子结合C1q后依次激活C1、C4、C2、C3、C5，随后结合C6、C7、C8、C9形成3个转化酶：C1酶、C3转化酶C4b2b、C5转化酶C4b2b3b产生3个过敏毒素(Anaphylatoxin)：C3a、C4a、C5a受补体调节蛋白的调控：C1 Inhibitor (C1INH)、C4BP、H因子、I因子、CR1等,1个C1q、2个C1r和2个C1s分子借Ca2+连接而成的C1复合物，其中C1q具有识别Ig
4、分子作用，C1r和C1s具丝氨酸蛋白酶活性。C1q为18条肽链组成的六聚体。髓系来源的白细胞合成。受体和识别的分子包括cC1qR, gC1qR, a2b1, IgG和IgM, 磷脂酰丝氨酸, 逆转录病毒的外壳蛋白、细菌脂多糖、孔蛋白、淀粉样纤维、凋亡细胞、C反应蛋白(CRP)、五聚环蛋白(PTX3)、朊蛋白(PrP), dsDNA等。功能包括启动经典途径的补体活化，趋化和辅助趋化，促进凋亡细胞清除，影响免疫细胞的分化和功能。,识别阶段,抗原抗体结合, 抗体发生构型改变, 使Fc段补体结合部位（IgG的CH2和IgM的CH3结构域）暴露, C1q与之结合 C1的活化需要与至少2个IgG或IgM结
5、合，并需Ca2+的存在。两个以上C1q头部被免疫复合物中IgM或IgG的Fc段结合后,C1q 6个亚单位的构象即发生改变,暴露C1r的蛋白水解酶活性部位。C1r酶解并活化丝氨酸蛋白酶C1s。,活化阶段 活化的C1s依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3 convertase：C4b2b,C3转化酶,C4b与靶细胞膜形成酰胺键或酯键,C3a为过敏毒素C3b结合于细胞膜表面，促进C3转化酶的进一步生成，并调理吞噬,酶解C3 形成C5转化酶C4b2b3b,裂解C5,C5a为过敏毒素C5b启动膜攻击阶段,补体激活的MBP (MBL)途径 MBP pathway of complement activ
6、ation,感染早期，巨噬细胞产生TNF-a, IL-1和IL-6等促炎细胞因子，诱导肝细胞产生急性期反应蛋白，其中甘露聚糖结合蛋白（MBP）和C反应蛋白（CRP）可激活补体。MBP属于模式识别受体中的C型凝集素受体家族，识别和结合病原体微生物表面的甘露糖、N-乙酰葡萄糖、葡萄糖和岩藻糖等碳水化合物以及IgA。纤维胶原素Ficolin存在于血清中，识别N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)、N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)、LPS、脂磷壁酸、elastin、DNA、CRP、PTX3、纤维蛋白原。M-ficolin表达于单核和粒细胞表面，调理吞噬。,Ficolin,MBP与细菌甘露糖苷结合，导致MB
7、P相关的丝氨酸蛋白酶（MBL-associated serine protease，MASP-1、MASP-2 )活化。活化的MASP-2裂解C4和C2，激活的MASP1直接裂解C3生成C3b，参与并加强替代途径的正反馈环路。,补体激活的MBP (MBL)途径,补体激活的替代途径 Alternative pathway,由C3、B因子、D因子和P因子参与的激活过程。特点: 需要固相表面粘附活化C3的自发裂解产物C3b 无特异性，快速 可区分自我与非我。若C3b沉积于自身细胞表面，可被补体调节蛋白（如衰变加速因子）灭活。若与缺乏调节蛋白的微生物表面结合，则激活级联反应 存在C3活化的正反馈调节环
8、路，是补体系统的重要放大机制激活分子： 细菌、病毒、内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4等，为补体活化提供固相平台，促进活化。不依赖特异性抗体的形成，在感染早期为机体提供有效的防御机制。,补体激活的替代途径 Alternative pathway,少数C3分子在生理条件下自发裂解为C3a和C3b。C3b在液相中易失活，只有结合于固相表面如细菌、酵母多糖、葡聚糖等才能避免淬灭。血清中的D因子将与C3b结合的B因子裂解，其中具有酶活性的Bb片段附着于C3b，形成C3转化酶C3bBb。,备解素(Poperdin, P因子)与C3bBb复合物结合后使之稳定。 C3转化酶的IgG抗体C3肾炎
9、因子(C3Nef, C3 nephritic factor)也能增加转化酶的半衰期。C3bBbP将更多的C3分子水解为C3a和C3b，形成依赖于C3b的正反馈环路,以C3为中心的正反馈环 (Amplification Loop),C5转化酶：C3bnBb结合于固相表面的C3b与C5分子结合形成C3bC5复合物。C5转化酶将该复合物中的C5裂解为C5a和C5b。C5b参与启动补体活化的膜攻击阶段。C5a发挥炎症介质作用，并能诱导树突细胞功能成熟，调控T细胞分化，调控细胞凋亡。,补体应答的效应阶段：膜攻击阶段攻膜单位 membrane attack complexes (MAC)：结合于细胞膜上的
10、C5b8促进C9聚合，形成C5b6789n复合物。MAC通过破坏磷脂双层形成渗漏斑或形成穿膜的亲水性孔道，导致细胞崩解,Target cell,C5b8复合物，与1215个C9分子联结成C5b9 (MAC)，电镜下C9多聚体为中空的多聚C9 (poly-C9)插入靶细胞的脂质双层膜，形成内径为10 nm小孔，离子和小分子自由进出细胞膜。,激活物和起始步骤激活过程对抗体的依赖性C3和C5转化酶正反馈放大环终末反应过程,三条补体激活途径的比较,1.补体的固有成分：存在于体液中，参与补体活化级联反应 经典激活途径：C1q、C1r、C1s、C2 - C9； 甘露聚糖结合凝集素激活途径：甘露聚糖结合蛋白
11、 (MBP)、纤维胶原素(Ficolin) MBP相关丝氨酸蛋白酶 (MASP) 旁路激活途径：B因子、D因子等,补体系统的组成,经典激活途径和终末成分：C1 - C9旁路途径成分: B, D, H, I, P因子裂解产物组成具有酶活性的复合物: C1, C4b2b活化过程中酶解形成的多肽片段: C3a, C3b (小片段为 “a” ；大片段为 “b”)，C3d，C3dg被灭活的补体片段: iC3b,补体成分的命名规律,补体固有成分活化后的裂解片段,血清浓度最高，功能最为重要的分子之一裂解片段可与CR1、CR2、CR3、CR4和C5aR结合,C3分子,补体系统的组成,2. 补体调节蛋白：以可溶
12、性或膜结合形式存在的具有调节某些补体活化作用的分子。 C1抑制物(C1INH)、C4结合蛋白(C4BP)、C8结合蛋白、衰变加速因子(DAF/CD55)、膜辅助蛋白(MCP/CD46)、膜反应性溶解抑制物(CD59)、I因子、H因子、P因子、纤粘蛋白、Sp40/40、羧肽酶N、H因子样蛋白1(FHL1)、H因子相关蛋白(CFHR1)、 sMAP、MAP-1、clusterin、carboxypeptidase-N等3. 补体受体(complement receptor, CR)：与补体活化过程中形成的某些活性片段相结合并介导多种生物学效应的膜分子。 CR1CR4、C3aR、C5aR、C5L2、
13、C1qR、SIGNR1和CRIg等,补体系统的组成,补体激活过程中生成的多种补体裂解片段与细胞膜表面的相应受体结合，参与机体免疫防御、维护内环境稳定以及作为连接固有免疫和适应性免疫的桥梁发挥重要作用。,补体受体种类和表达的细胞,补体受体,CR1 (CD35)：C3b, C4b, iC3b, C3c表达：红细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、B细胞、部分T细胞、NK细胞、肾小球囊细胞功能：抑制补体活化：CR1与C3b或C4b结合，促进I因子对C3b和C4b的裂解清除免疫复合物：带有C3b的免疫复合物与红细胞的CR1结合后，可随血流到肝脏，在那里被清除，或者促进吞噬细胞对免疫复合物的吞噬作用。在系统性
14、红斑狼疮病人，可出现红细胞表面先天性和后天性的CR1数量减少，与其发病有密切关系免疫调节：辅助B细胞活化调理作用：中性粒细胞和单核-巨噬细胞上的CR1，可与结合在细菌或病毒上的C3b结合，促进吞噬细胞的吞噬作用,CR2 (CD21)：C3d, C3dg, iC3b, EBV表达：成熟B和树突状细胞，某些单核细胞、NK细胞和胸腺细胞也表达少量CR2功能和应用：调节免疫应答，促进B细胞分化、增殖、记忆和抗体产生：CR2缺陷小鼠B细胞数量减少。 FDC捕捉被补体裂解片段致敏的外来抗原，呈递给B细胞介导EBV感染， 引起鼻咽癌C3d-Ag融合蛋白与CR2结合，提高免疫原性，促进抗体的产生,CD19/C
15、D21/CD81信号复合物,CR3 (CD11b/CD18)：iC3b、LPS表达：中性粒细胞、单核巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、NK细胞、B细胞和细胞毒性T细胞功能： 细胞粘附 增强吞噬细胞的功能：CR3缺陷出现反复细菌感染 促进NK细胞的杀伤能力 免疫调节, 抑制炎症,CR4 (CD11c/CD18)：iC3b, C3d, C3dg表达：中性粒细胞、单核巨噬细胞、血小板功能：细胞粘附、参与细胞的活化和增殖过程C3aR表达：平滑肌细胞、肥大细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、血小板和某些T细胞亚群功能：介导肥大细胞分泌血管活性胺类介质，介导巨噬细胞分泌IL-1，调节前列腺素和5羟色胺的产
16、生、抑制抗体应答C5aR (CD88)表达：肥大细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、血小板、静止和活化T细胞、支气管和肺泡上皮细胞、血管内皮细胞、肝脏Kupffer细胞、星状细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞、海马神经元细胞和成神经细胞功能：趋化作用、过敏毒素、致痉作用、粘附细胞、免疫调节、神经营养和保护作用,C1q受体 (cC1qR, gC1qR, C1qRO2, a2b1, 磷脂酰丝氨酸, CD91/93)：C1q表达：吞噬细胞功能：调理吞噬 促进氧自由基产生 增强细胞介导的细胞毒作用趋化和辅助趋化调节免疫细胞的分化和功能,膜型和可溶型补体调节蛋白,可与C1r、C1s和MASP以共价键结合成稳定的
17、复合物,使它们失去酶解C4和C2的能力,C1抑制因子(C1-INH),I 因子：丝氨酸蛋白酶, 裂解C4b和C3b，抑制C3/C5转化酶形成C4结合蛋白 (C4BP)和CR1：与C4b结合, 抑制C4b与C2结合; 作为辅助因子, 促进I 因子对C4b/C3b水解作用,替代C2与C4b结合,C4b2b的调控,衰变加速因子 (DAF, CD55): 抑制C4b2b形成，促进C3bBb中Bb与C3b的解离膜辅助蛋白(MCP, CD46)：促进I因子裂解C4b和C3b,H 因子: 与B因子、Bb及C5竞争性结合C3b，抑制转化酶和C3b5b形成 辅助 I 因子酶解C3b,调控替代途径C3转化酶和C5
18、转化酶,H因子必须与膜表面的唾液酸或带负电荷的多糖类结合才能发挥其灭活C3b的作用。哺乳动物细胞膜表面有唾液酸糖蛋白大多数微生物表面没有丰富的唾液酸大肠杆菌K1菌株带有丰富唾液酸，可逃避补体攻击，是新生儿严重腹泻的常见病因之一,H因子缺陷或基因突变可导致溶血性尿毒症（Hemolytic Uremic Syndrome，HUS）、系统性红斑狼疮、膜增生性肾小球肾炎、老年性黄斑等疾病,CD59，即膜反应性溶解抑制物 (MIRL)：结合C5b67，干扰C5b678生成，结合C9，阻断MAC形成C8结合蛋白(C8bp)：阻断MAC组装S蛋白或纤粘蛋白(SP, vitronectin)：阻碍C5b67复
19、合物与靶细胞膜结合群集素：抑制MAC组装，促进MAC从细胞膜解离,针对攻膜复合物的调节作用,补体自身衰变的调节 （大多数补体活化后的产物不稳定） 膜型和可溶型补体调节蛋白1.防止或限制补体在液相中自发激活2.抑制或增强补体对底物的正常作用3.保护机体组织细胞免遭补体破坏 补体受体,补体系统的调控Regulation of the Complement System,膜结合型的补体调节蛋白,机体的正常细胞对自身补体的攻击是有抵抗作用的，这种抵抗作用正是由于CD55、CD35、CD46、CD59等膜表面的补体调节蛋白所发挥效应的结果。,同源限制性(homologous restriction):靶
20、细胞与补体来源于同一种属时，补体溶细胞效应受到抑制。同源限制因子(HRF)包括CD55、CD46、CR1和CD59，广泛分布于多种细胞和组织，对来自于同一种属的补体分子具有抑制作用，对其它种属的补体分子不能识别。,细胞毒作用(cell lysis)：溶解病毒/细菌（主要为G-菌）和异常细胞 (MAC) 。调理作用 (opsonization)：调节吞噬细胞的吞噬作用，C3b, C4b, iC3b与CR1结合，C1q和C1q受体结合。免疫粘附 (immune adherence)：清除循环免疫复合物， C3b (IC-C3b-CR1-RBC) 。免疫调节作用。,补体的生物学功能,5. 炎症介质作
21、用 (pro-inflammatory mediators): 炎症介质：细胞释放或血清蛋白降解产生、能够触发或参与炎症反应的化学物质或蛋白质。主要生物学效应包括诱导吞噬细胞和粒细胞呼吸爆发，释放活性氧和酶活性物质，脱颗粒，收缩平滑肌、增加毛细血管通透性、趋化白细胞、降解细胞间质等。 激肽样作用：C2a和C4a能增加血管的通透性，导致炎性渗出和水肿。 过敏毒素 (anaphylatoxin)的促炎作用: C3a和C5a与肥大细胞和嗜碱粒细胞的C3aR和C5aR结合，促进细胞释放活性介质，如组胺、白三烯和前列素等，导致血管扩张，毛细血管通透性增加，产生过敏反应性病理变化。 趋化作用 (chemo
22、taxis)：C3a和C5a促进髓样白细胞向感染部位聚集，促进炎症反应。,补体介导的细胞溶解,调理作用,补体在肿瘤免疫中的作用,清除免疫复合物等分子质量的可溶性循环免疫复合物（IC）可激活补体,产生C3b与抗体共价结合,C3b与表达CR1的红细胞和血小板结合，通过血流运送到肝、脾内被巨噬细胞清除。由于表达CR1的红细胞数量巨大，因此是清除IC的主要参与者,补体片段的炎症介质作用,补体的生理学意义,机体抗感染防御的主要机制，是固有免疫防御的一部分，也是特异性体液免疫应答的效应机制参与适应性免疫应答促进抗原呈递细胞摄取和提呈抗原C3d与抗原结合可介导BCR与CR2/CD19/CD81复合物交联，促
23、B细胞活化FDC的CR1和CR2可将免疫复合物固定于生发中心，从而诱导和维持记忆性B细胞CD55, CD46和CD59参与T细胞活化感染灶的过敏毒素可招募炎症细胞，促进抗原的清除抑制高分子量免疫复合物的形成补体系统与血液中其它级联反应系统如凝血系统、纤溶系统和激肽系统相互作用参与造血、中枢神经系统发育和组织再生，促进凋亡细胞清除,Complement a system for immune surveillance and homeostasis,Complement a system for immune surveillance and homeostasis,生理病理,补体与感染性疾病
24、微生物表面与C3b、iC3b、C4b等补体片段结合，通过CR1和CR2进入细胞，使感染播散 某些微生物通过CR或补体调节蛋白入侵细胞，如CR2-EB病毒，CD46-麻疹病毒，CD55-柯萨奇病毒和大肠杆菌 微生物产生类似CD46、CD55和CD59样补体调节蛋白补体与炎症创伤、烧伤、感染、缺血再灌注、体外循环、器官移植等均可在早期激活补体系统，所产生的C3a、C5a等可激活单核细胞、内皮细胞和血小板，释放炎症介质和细胞因子，补体系统还通过与凝血、激肽和纤溶系统相互作用，与TNF-a、PAF、IL-1、IL-6、IL-8等协同或制约，形成炎症介质网络，加剧炎症反应补体与I型过敏反应和自身免疫性疾
25、病,补体与疾病,补体与凋亡/死亡细胞的清除,凋亡细胞失去膜辅助蛋白CD46； CRP/SAP与凋亡/死亡细胞磷脂或核抗原结合； CRP/SAP与C1q结合，或C1q直接结合磷脂酰丝氨酸，通过吞噬细胞表面的C1q受体调理吞噬，产生C3转化酶后通过C3b与CR1、iC3b与CR3/CR4结合调理吞噬，促进自身抗原的清除； CRP或SAP募集H因子和C4BP，与CD59一起抑制C5a和C5b-9 MAC的形成，抑制炎症反应,C1、C4和H因子缺陷导致凋亡细胞和抗原抗体复合物清除障碍，最终导致自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮（SLE）,C1q与系统性红斑狼疮（SLE）C1q缺陷或抗C1q自身抗体C1q肾
26、病C1q参与孕期的正常维持C1q和MBL识别和结合经氧化和乙酰化修饰的低密度脂蛋白，促进其清除，与动脉粥样硬化有关C1q维持神经系统正常发育，但在神经退行性疾病中发挥致病作用,C1q的免疫自稳与疾病,C5a与疾病,在败血症相关的系统性炎症反应综合征（SIRS）和多器官功能衰竭中发挥致病作用急性肺损伤缺血再灌注损伤I型过敏性疾病自身免疫性疾病,补体缺陷相关的疾病,Proteins in defect Functions influenced Diseases,C1, C2 , C4 IC清除障碍 系统性红斑狼疮SLE，经典活化途径缺陷 脓性感染,C3 IC清除和补体活化障碍 SLE，脓性感染，
27、肾小球肾炎,C1INH C4、C2活化失控，炎症介质释放 遗传性血管神经性水肿,CD55, CD59 自体细胞的溶细胞作用 阵发性夜间血红蛋白尿,CR3 PBMC粘附障碍 感染,factor H 旁路途径活化失控 SLE，脓性感染， 非典型溶血尿毒综合征， 膜增生型肾小球肾炎II型 老年性黄斑变性,补体系统的基本特点,由血清、组织液和细胞膜表面的蛋白质组成，大多为糖蛋白。血浆补体成分不耐热，56C加热30min即被灭活约90%的血浆补体成分由肝合成，少数由肝以外的细胞如单核-巨噬细胞合成。组织损伤急性期或炎症，补体产生增多，促炎细胞因子如IFN-g, IL-1, TNF-a, IL-6等可刺激补体基因表达生物级联反应体系，本质是功能关联的蛋白质分子之间的连续酶促反应反应体系受到严密调控：补体反应中间产物含量低，半衰期短，易被多种补体调节蛋白抑制或灭活是固有免疫系统的重要组成部分，直接裂解进入机体的病原微生物，促进死亡细胞或异常自身细胞的清除，调节固有免疫细胞的功能，调节适应性免疫应答既可介导生理功能，又能介导病理损伤,问题： 三条活化途径的异同点？正常组织细胞为何不会被补体溶解？补体的功能和生理病理意义？补体系统如何促进凋亡细胞和免疫复合物的清除？,
