第六章补体系统.doc

1、河 南 科 技 大 学 教 案 首 页 说明：1教案首页中各栏目内上下尺寸可自行调整。 2教案首页后续页用河南科技大学教案专用纸书写，或使用 A4 纸打 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

2、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。 印。 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

3、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

4、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 C1C9。 2

5、.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 C。 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 球蛋白，少数为几种属 或 球蛋白） 。 2.补体一般以无活性形式存在于血清

6、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， 612 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、

7、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

8、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

9、。 （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 C1sC1rC1rC1s 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、C1

10、s 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r 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。s 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

11、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 C5s 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s 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ab24 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

12、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 Cab24 复合物，该复合物即为 C5 转化酶。ba324 （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 （

13、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

14、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

15、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 C

16、3bB 。 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

17、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 C3

18、b 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

19、 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 C5b8 复合 物，可与 12-15 个 C9 分子联结成 C5b9，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

20、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 C1C9 Ca2+，Mg 2+ 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

21、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 recepto

22、r, 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 C

23、3b 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。

24、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 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 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。 C3a，C5a C3a，C5a 过敏毒素 趋化因子 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。