1、1 第五章 补体系统（complement system） 教学内容与要求 ： 1 掌握补体的概念， 2 了解补体系统的基本成份及命名， 3 掌握补体系统的激活（经典激活途径、旁路激活途径、MBP 途径、三条途径的比较） ， 4 了解补体激活过程的调节（液相中灭活物质或抑制因子的作用、膜结合性调节分子的作 用） ， 5 了解补体的受体， 6 掌握补体的生物学活性。 教学时数： 2 学时 教学对象 ：2006 级医疗五年制 教学手段：多媒体课件 时间安排： 第一节 概述（0.3 学时） 第二节 补体的激活（1.0 学时） 第三节 补体活化的调控（0.2 学时） 第四节 补体的生物学活性（0.5
2、学时） 第一节 概 述 一、补体系统的组成和理化性质 (component and properties of complement) 二、补体系统的命名 (nomination of complement) 补体(complement ，C)是存在于正常人和动物血清与组织液中的一组经活 化后具有酶活性的蛋白质。早在 19 世纪末 Bordet 即证实，新鲜血液中含有一 种不耐热的成分，可辅助和补充特异性抗体,介导免疫溶菌、溶血作用，故称为 补体。补体是由 30 余种可溶性蛋白、膜结合性蛋白和补体受体组成的多分子系 统，故称为补体系统(complement system)。在补体系统激活过程中
3、，可产生多 种生物活性物质，引起一系列生物学效应，参与机体的抗感染免疫，扩大体液 免疫效应，调节免疫应答。同时，也可介导炎症反应，导致组织损伤。 一、补体系统的组成和理化性质 根据补体系统各成分的生物学功能，可将其分为三类： 1. 补体固有成分，包括：经典途径的 C1q、C1r、C1s、C2、C4；甘露 聚糖结合凝集素（mannan-binding lectin，MBL）激活途径的 MBL 和丝氨酸蛋 白酶 (serine protease); :旁路激活途径的 B 因子、D 因子；参与共同末端通 路的 C3、C5、C6、C7、 C8、C9。 2 2激活的调节蛋白 主要以可溶性和膜结合两种形式
4、存在。前者包括 C1 抑制物、P 因子、 I 因子、H 因子、C4 结合蛋白、S 蛋白、SP40/40 等；后者包 括促衰变因子、膜辅助蛋白、同种限制因子和膜反应溶解抑制因子等。 3 补体受体（CR ） 补体受体可与相应的补体活性片段或调节蛋白结合， 介导补体生物学效应。包括 CR1CR5、C3aR、C2aR、C4aR、C5aR 等。 二、补体系统的命名 1968 年世界卫生组织(WHO)对补体进行了统一命名，把参与经典激活途径 的固有成分，按其被发现的先后分别命名为 C1(C1q、C1r、C1s)，C2C9。 旁路途径的成分以大写英文字母表示，如 B 因子、D 因子、P 因子。补体调节 蛋白
5、则根据其功能命名，如 C1 抑制物、C4 结合蛋白(C4bp)、促衰变因子、膜 辅因子蛋白、同种限制因子等。对于补体受体，多以其结合对象命名，如 C3aR。补体活化后的裂解片段，以该成分后附加小写字母表示，如 C3a 和 C3b、 C5a 和 C5b 等。具有酶活性的成分或复合物在其符号上加一横线表示， 如 C1、 C4b2b 。灭活的补体片段则在其符号前加英文字母 i 表示，如 iC3b。 第二节 补体系统的激活 一、补体激活的经典途径 (classical pathway) 二、补体激活的旁路途径 (alternative pathway) 三、MBL 激活途径 (MBL pathway)
6、 四、补体活化的共同末端效应 (terminal pathway) 补体系统的激活主要有三条途径，即经典途径、旁路途径和 MBL 途径。 一、补体激活的经典途径 经典途径是以抗原-抗体复合物为主要激活物质、由 C1 启动激活的途径， 又称为第一途径。它是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式。 (一 ) 激活物与激活条件 抗原-抗体形成的免疫复合物(immune complex，IC) 是经典途径的主要激活 物。游离的抗体不能激活补体，只有当抗体与抗原或细胞表面结合后, Ig 的 Fc 段发生构象改变，C1q 才能与 Fc 段的补体结合点接近并结合，从而触发激活过 程。 (二) 激活过程 参与经
7、典途径的固有成分包括 C1C9，按其在激活过程中的作用，可分为 三组，即识别单位(C1q、C1r、C1s)、活化单位(C4 、C2、C3)和膜攻击单位 (C5C9)。整个激活过程可分为三个阶段，即识别阶段、活化阶段和膜攻击阶段 （末端效应） 。 1识别阶段 即 C1 识别 IC 而活化形成 C1 酯酶的阶段。 C1 是由 1 个 C1q 分子、2 个 C1r 分子和 2 个 C1s 分子借 Ca2+连接而成的大分子复合物。C1 的 3 个亚单位各司其职：C1q 起识别作用；C1r 和 C1s 发挥催化作用。C1q 分 子的头部由 6 个相同的花蕾状亚单位组成，其羧基端为球形结构，呈辐射状排 列
8、，是 C1q 与 Ig Fc 段结合的部位。 2活化阶段 即 C3 转化酶和 C5 转化酶形成阶段。在 Mg2+ 存在的条件 下，C1 可裂解 C4，产生 C4a 和 C4b 两个片段。C4b 可与邻近细胞表面或 IC 结 3 合。C2 被 C1 裂解为 C2a 和 C2b。C2a 游离于液相； C2b 则与固相 C4b 结合， 形成稳定的 C2b4b 复合物，此即经典途径的 C3 转化酶。在 C3 转化酶作用下， C3 被裂解为两个片段：C3a 游离于液相；C3b 与细胞膜表面的 C2b4b 结合，形 成 C2b4b3b 三分子复合物，即 C5 转化酶。 二、补体激活的旁路途径 （一）激活物
9、与激活条件 某些细菌、革兰阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚 IgA 和 IgG4 等为旁路途径的主要“激活物” 。这种激活方式不依赖于特异性抗体的形成，从 而可在感染早期为机体提供有效的防御机制。 （二激活过程 C3 是启动旁路途径的关键分子。在生理条件下，血清中 C3 可受蛋白酶等 作用，缓慢而持久的自发降解，产生低水平的 C3b。 在 Mg2+ 离子存在下，C3b 可与 B 因子结合形成 C3bB 复合体，血清中活 性的 D 因子可将结合状态的 B 因子裂解为 Ba 和 Bb。Ba 释放入液相；Bb 仍 粘附于 C3b， 形成 C3bBb，即旁路途径 C3 转化酶 ，可裂解 C3。
10、C3 大量裂解，产生更多 C3b。C3b 与 C3bBb 结合为 C3bBb3b（或 C3bnBb） ，此即旁路途径 C5 转化酶。C5 转化酶一旦形成即进入末端效应阶段， 三、MBL 激活途径 MBL 途径是由 MBL 与细菌甘露糖残基和丝氨酸蛋白酶结合启动的补体激 活途径，其激活过程与经典途径基本类似。 MBL 凝集素家族，结构与 C1q 类似，可与甘露糖残基结合。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（MBL associated serine protease，MASP） ；MASP 与活化的 C1q 具有相 似的生物学活性，可
11、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。 四、补体活化的共同末端效应 膜攻击阶段 即补体活化的末端效应阶段。此阶段形成膜攻击复合体 (membrane attack complex，MAC), 导致靶细胞溶解。C5 转化酶可裂解 C5，C5a 游离于液相；C5b 仍结合在细胞表面，可依次与 C6、C7 结合形成 C5b67 三分子复合物，该复合物插入靶细胞膜脂质双层中，其可与 C8 高亲和力 结合，形成的 C5b678 复合物可牢固附着于细胞表面。C5b678 可与 1215 个 C9 分子结合成 C5b6789 大分子攻膜复合体，即 MAC。 电镜
12、下可见，MAC 为中 空的 C9 聚合体，其插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为 11nm 的跨膜 通道。该孔道允许可溶性小分子和离子等从胞内逸出，而蛋白质类的大分子则 难以从胞内逸出，导致胞内渗透压发生改变，致使大量水分子内流，最终导致 细胞肿胀并破裂。此外，MAC 嵌入靶细胞膜可使致死量钙离子向胞内被动弥散， 从而导致不依赖渗透作用的细胞死亡。 第三节 补体活化的调控 补体系统的激活在体内受一系列调节机制的严格控制，使之反应适度，以 4 防止补体成份过度消耗和对自身组织产生损伤。补体系统激活的调控乃通过补 体自身衰变以及体液中和细胞膜上存在的各种调节因子而实现。 一 补体的自身调控 补体
13、激活过程中产生的大量生物活性物质极不稳定，易发生自行衰变，成 为补体激活过程中的自控机制。例如：C2b、C4b 自行衰变，从而影响 C4b2b 形成；C5b 也易衰变，影响 C5b67 的形成。 二补体调节因子的调控 血清中含有多种补体成分的抑制物或灭活因子，分别灭活特定的补体成分。 1C1 抑制物 其能与活化的 C1q 结合，使之失去酯酶活性，不能裂解 C4 和 C2，故不再形成 C3 转化酶，从而阻断后续补体成分的活化。 2C4 结合蛋白（C4bp ） 其能与 C4 结合，辅助 I 因子裂解液相中 C4b， 从而竞争性抑制 C2 与 C4b 结合，阻止经典途径 C3 转化酶（C4b2b）形
14、成。 C4bp 还可从 C4b2b 中解离并置换 C2b，从而加速经典途径 C3 转化酶衰变失活。 3H 因子 其能与 C3b 结合，辅助 I 因子裂解液相中 C3b，竞争性抑制 B 因子与 C3b 结合，阻止旁路途径 C3 转化酶形成。H 因子还可从 C3bBb 中 解离并置换 Bb ，促进旁路途径 C3 转化酶衰变失活。 4I 因子 其具有丝氨酸蛋白酶活性，在 C4bp、H 因子和膜辅助因子等 调节成份协同下，能使 C4b 和 C3b 裂解失活，从而抑制经典和旁路途径 C3 转 化酶的形成。 I 因子缺陷可使患者反复发生细菌性感染。 5S 蛋白 其又称为攻膜复合物抑制因子，能干扰 C5b6
15、7 复合物与细胞膜 结合，从而阻止膜攻击复合物(C5b6789)形成，保护细胞不受损伤。 6过敏毒素灭活因子 该因子即血清羧肽酶 B，可通过去除 C3a、C4a 和 C5a 分子羧基末端的精氨酸残基而使之失活。 （三）膜结合性调节分子的调节 体内有多种膜结合型补体调节分子，它们以特定方式与补体成分相互作用， 使补体的激活处于精细的平衡状态，从而既能有效杀灭外来微生物，又能防止 对自身组织造成损害。 1膜辅因子蛋白 其为单链穿膜糖蛋白，广泛分布于血细胞和其他细胞 表面，能与结合于这些细胞表面的 C4b/C3b 作用，协助 I 因子将自身组织细胞 表面结合的 C4b/C3b 裂解失活，从而保护正常
16、自身组织细胞免遭补体激活介导 的损伤。 2促衰变因子 其为单链穿膜蛋白，与膜辅因子蛋白的分布相同。该因 子主要生物学作用为：竞争性抑制 B 因子与 C3b 结合，阻止旁路途径 C3 转 化酶形成；能从 C4b2b 和 C3bBb 复合物中快速解离 C2b 和 Bb，使瞬间形成 的 C3 转化酶立即自发衰变，保护正常组织细胞不致因补体激活而被溶解破坏。 3同种限制因子 其又称 C8 结合蛋白(C8bp)，广泛分布于正常人各种 血细胞表面，能与 C8 结合，可抑制 C9 分子与 C8 结合、聚合，阻止膜攻击复 合物形成，以保证补体激活时周围正常自身组织细胞不被无辜溶解破坏。由于 C8bp 与 C8
17、 的结合有严格种属限制性，因此称其为同种限制因子。 5 第四节 补体系统的生物学功能 （一）溶细胞作用 (cell lysis) （二）调理作用 (opsonization) （三）清除免疫复合物 (clearing immune comolex) （四）引起炎症反应 (inflammation) （五）免疫调节作用 (immune regulation) 补体系统激活过程中可产生多种活性物质 (主要是裂解产物)，补体系统的 生物学功能主要有赖于这些物质。 （一）溶细胞作用 补体系统被激活后形成膜攻击单位，插于靶细胞膜上，使细胞膜表面形成 许多小孔，最终导致靶细胞溶解，除溶菌作用外，补体还能溶
18、解多种靶细胞， 如红细胞、粒细胞、血小板、病毒感染的靶细胞和肿瘤细胞等。 （二）调理作用 血清中调理素(opsonin，如抗体和补体)与细菌或其他颗粒性抗原物质结合， 可促进吞噬细胞的吞噬作用，称为调理作用。补体激活过程中产生的 C3b、C4b 和 iC3b 等均属重要的调理素，它们可与中性粒细胞或巨噬细胞表面相应受体结 合促进了吞噬作用。 。 （三）清除免疫复合物 体内形成中等大小循环 IC 并发生沉积，可激活补体，从而造成周围组织损 伤。补体成份的存在有助于减少 IC 产生，并使已形成的免疫复合物解离或溶解。 （四）引起炎症反应 补体激活过程中可产生多种具有炎症介质作用的活性片段，如 C3
19、a、C4a 和 C5a 等。 1. 激肽样作用 C2a 具有激肽样作用，能增强血管通透性，引起炎症性充 血，故称其为补体激肽。遗传性血管神经性水肿症即由于 C1 抑制物先天缺乏、 血中 C2a 增高所致。 2. 过敏毒素样作用 C3a、C4a、C5a 均具有过敏毒素作用，可使肥大细胞 和嗜碱性粒细胞脱颗粒，释放组胺等生物活性介质，引起毛细血管扩张、血管 通透性增加、平滑肌痉挛等。 3趋化作用 C3a、C5a 有趋化作用，故又称为趋化因子。它们能吸引中 性粒细胞和单核/巨噬细胞等向炎症部位聚集，发挥吞噬作用，增强炎症反应。 （五）免疫调节作用 补体成分可与多种免疫细胞相互作用，调节细胞的增殖和分
20、化。例如，C3b 与 B 细胞表面 CR 结合，可促进 B 细胞增殖分化为浆细胞。 Summary 1. The complement system consists of serum and membrane proteins that interact in a highly regulated manner to produce biologically active protein products. The two major pathways of complement activation are the alternative pathway, which is activat
21、ed on microbial surfaces in the absence of antibody, and the classical pathway, which is activated by antigen-antibody complexes. The two pathways generate 6 enzymes that cleave the C3 protein, and products of C3 become covalently attached to microbial surfaces or antibodies, so subsequent steps of
22、complement activation are limited to these sites. Both pathways converge after C3 proteolysis, and the late steps consist of the proteolysis and association of several complement proteins, culminating in MAC formation. 2. Complement activation is regulated by various plasma and cell membrane protein
23、s that inhibit different steps in the cascades. 3. The biologic functions of the complement system include opsonization of organisms and immune complexes by proteolytic fragments of C3, followed by binding to phagocyte receptors for complement fragments and phagocyte clearance, activation of inflammatory cells by proteolytic fragments of complement proteins called anaphylatoxins (C3a, C4a, C5a), cytolysis mediated by MAC formation on cell surfaces, solubilization and clearance of immune complexes, and enhancement of humoral immune responses.
