补体系统

§5 补体系统

§5-1概述

补体的发现和研究：

补体是免疫学研究中最古老的领域之一。

1869年Creite发现有些动物的血清能溶解另一些动物的红细胞。

1888年Nuttall观察到一些细菌能被某些动物的血清杀死。

1889年Buchner证明血清不仅能杀死细菌，而且当血清55℃加热1h则失去溶菌活性，它将血清中这种热不稳定的杀菌物质称为防御素（alexin）。

1895年Bordet证实血清溶菌需要两种因子，一种对热稳定，只存在于免疫血清中，后鉴定是特异性抗体；另一种对热敏感，存在于动物的正常血清中，无特异性。随后他深入研究证实溶血反应也需要这两种因子，在这些研究的基础上，他于1898年建立了补体结合试验。

1899年Ehlich将这种不耐热的因子命名为补体（complement），即辅助抗体作用的意思。

20世纪40～50年代发现补体替代途径，80年代末90年代初发现凝集素途径。

从20世纪80年代至今几乎所有补体成分的基因被克隆、染色体定位，并获得多种基因工程产物。

概念：是存在于动物体内具有多种免疫效应功能的、最复杂的酶反应系统，在哺乳动物中由近40种可溶性和膜结合蛋白成分组成，称为补体系统（complement）。是人体内最重要的非特异性免疫分子。

一、补体系统的组成和命名

（一）补体系统的组成见表

①补体固有成分：存在于体液中参与补体活化级联反应；

②补体调节蛋白：以可溶性或膜结合形式存在；

③补体受体(complement receptor,CR)：存在于细胞表面。

（二）补体系统的命名

①经典途径补体成分命名：C1~C9；C1三个亚单位：C1q、C1r和C1s。

②其它成分命名：以英文大写字母或功能命名；

③裂解片段命名：在符号后以小写英文字母表示，a表示小片段，b表示大片段。

④有酶活性或灭活成分的命名：在字符上划一横线表示有酶活性，在字符前加i(inhibitor)表示失活。

二、补体的生物合成、代谢和理化特性

（一）补体的生物合成和代谢

1．补体的生物合成：血清补体成分含量约占血清蛋白的10％，急性期应答时可增高3～50倍。

许多组织和细胞都能合成补体成分，但是肝脏是主要部位，血清补体成分约90％是由肝脏合成的。在应激性反应时巨噬细胞分泌作用的增强，可提高局部补体效应水平。

2．补体的代谢：补体的代谢率极快，血清补体蛋白每天约更新50％，在疾病状态下，补体的代谢可发生更为复杂的变化。

（二）补体的理化特性见表

①补体成分均为糖蛋白，并且多为β球蛋白；

②在正常生理情况下，血浆补体除个别成分外（如D因子），均以无活性的酶原形式存在，只有在激活物的作用下才被活化。

③不同补体分子之间血清含量和分子量相差较大：含量最高的是C3，最低的是D因子、MBL；分子量最大的是C4bp、C1q、MBL，最小的如D因子。

④补体最易失活，补体在－70℃以下可长期保存。实验中为灭活补体活性，常用56℃加热30min的方法处理血清等体液标本。

§5-2 补体的激活

补体活化是一个放大的级联反应过程，补体活化后才能发挥免疫效应。

补体的激活根据其激活物及起始成分不同分为三条途径：

①经典途径(classical pathway)；

②旁路途径(alternative pathway)；

③凝集素途径(lectin pathway)。

三条途径都最终形成膜攻击复合物（membrane attack complex, MAC），破坏靶细胞。

所谓的经典途径是因为它被最早认识，但在种系进化和发挥抗感染等效应作用过程中，旁路途径和凝集素途径要比经典途径出现得早。

一、补体活化的经典途径

（一）激活物与激活条件

1．激活物：主要是免疫复合物（immune complex，IC）。

2．激活条件：C1q须与IC中的抗体交联才能活化补体。

①IgM：一分子的IgM即可激活补体，结合C1q的部位在CH3区。

②IgG1-3：IgG至少需要两个分子，结合C1q的部位在CH2区。

（二）激活顺序见图

1．识别阶段：是C1q识别激活物，相继活化C1r和C1s的阶段。

C1r和C1s具有丝氨酸蛋白酶的活性。C1r和C1s活化时，均在分子的精氨酸和亮氨酸残基间被断裂成大小两个片段，因两个片段间有二硫键相连，故整个分子并未断裂，酶活性均在小片段上。

2．活化阶段：是活化的C1s依次裂解C4、C2，形成C3转化酶，继而活化C3，并形成C5转化酶的阶段。

因C4b、C3b具有硫酯键，产生后大部分被水解而失去活性，只少部分（小于10％）与靶细胞表面的羟基或氨基共价结合保持活性。见图C3转化酶和C5转化酶的酶活性存在于C2b上，能分别裂解C3和C5。

3．膜攻击阶段：此阶段形成MAC（C5b-9），使靶细胞裂解。见图

吸附于细胞表面的C5b678与12～15个C9分子结合形成MAC。电镜下可见C9聚合体在细胞膜上形成内径约11nm的孔道。

MAC主要破坏细菌和病毒感染的细胞。

亚溶解量的MAC可刺激宿主有核细胞活化、增殖，避免凋亡。

三条补体活化途径的膜攻击阶段都是相同的。

二、补体活化的凝集素途径

（一）激活物

微生物表面糖蛋白、糖脂上的一些特殊糖基如甘露糖、N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）、岩藻糖等。

哺乳动物细胞膜上的甘露糖基被唾液酸覆盖，所以不能结合MBL。（二）识别和启动补体凝集素途径活化的分子见图

识别及启动成分：甘露糖结合凝集素（mannan-bind ing lectin，MBL）

血纤维胶原蛋白凝集素（ficolin）。

MBL和ficolin都属于胶原凝集素（collectin）家族成员。

它们与MASP（MBL-associatied serine proteases）形成复合物，复合物形成依赖于Ca2＋。

MASP-1裂解C2和C3，MASP-2裂解C4和C2，从而活化后续补体成分。

三、旁路激活途径

（一）激活物

主要是微生物表面的糖类和蛋白质（羟基和氨基）

凝聚的IgG4、IgA、IgE也可活化旁路途径。

（二）补体反应成分

不经过C1、C4和C2，直接激活C3，然后完成C5～C9的激活过程；参与此途径激活过程的补体成分还有B因子、D因子和P因子。

C3b是启动旁路途径活化的关键分子，但在正常生理条件下不能启动旁路途径，因为：

①在生理条件下虽能自发形成少量的C3转化酶（C3bBb），但在H因子的作用下迅速解离，并被I因子很快灭活，故产生的C3b极少；

②C3b在液相中很快衰变失活（半寿期为30～60μs）；

③与自身细胞结合后容易被调节蛋白灭活。

因为激活物表面通常无补体调节蛋白，并且很少有唾液酸，所以比宿主细胞更容易结合C3b和保持其活性，激活物的作用是为活化的C3b提供结合部位，并使其得以保护、启动反应。