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。

总结1．C3（C3b）在补体活化中的的枢纽作用见图（可不介绍）C3是补体三条激活途径的汇合点，在补体活化中起着枢纽作用，这与C3b的特性有关：①C3b中的硫酯键倾向与微生物表面、多糖或免疫复合物等激活物上的亲核基团（如羟基和氨基）发生反应，但主要与羟基反应形成酯键。

②与C3不同，C3b上存在多种补体成分的结合部位，包括B因子、P 因子、C5、H因子、CR1、膜辅助因子蛋白（membrane cofactor protein,MCP）。

这些蛋白与C3b结合可导致C3转化酶的形成、MAC组装或C3b灭活。

2．补体三条激活途径的比较见表§5-3 补体活化的调控一、补体的自身调控补体活性片段及形成的酶极不稳定，半生命期很短，限制了对后续补体成分激活，抑制补体的活化。

例如，C1、C3b、C4b、C5b若单独游离存在，会很快衰变失活，不同途径激活产生的C3转化酶和C5转化酶也极易衰变失活。

二、补体调节蛋白的作用见表（一）补体经典途径和凝集素途径的调节C1INH、C4bp、I因子、MCP（膜辅助蛋白）、DAF（衰变加速因子）（二）补体旁路途径的调节H因子、I因子、MCP、CR1、DAF（三）膜攻击复合物形成的调节HRF［同源限制因子/C8结合蛋白（C8bp）］、MIRL（膜反应性溶解抑制物/CD59），S蛋白与SP40/40亚溶解数量MAC的调节作用:宿主有核细胞不仅可以通过胞吞作用和从细胞膜表面脱落MAC逃避细胞破坏，而且还可刺激细胞活化、增殖，抑制细胞凋亡。

§5-5补体的生物学活性一、抗感染作用（一）溶解微生物和感染的细胞通过MAC裂解微生物、病毒感染的细胞。

（二）调理作用吞噬细胞表面具有CR1、CR3、CR4等，通过识别微生物结合的C3b、C4b和C3b裂解片段iC3b、C3d、C3dg等介导调理作用。

（三）促炎症作用1．趋化因子：C5a；可诱导血管内皮细胞表达粘附分子，促使血液中的中性粒细胞和单核细胞向补体活化部位聚集，增强吞噬能力。

2．过敏毒素（anaphylatoxin）： C3a、C4a和C5a；其中C5a的活性最强。

与肥大细胞和嗜碱性粒细胞等表面的相应受体结合刺激释放血管活性介质，引起血管扩张，平滑肌收缩，通透性增加。

3．激肽样物质：C2a可使血管通透性增加。

其最终效应是导致局部发生急性炎症反应，加速病原的消灭，促进适应性免疫应答的发生。

二、维护机体内环境稳定（一）清除免疫复合物①抑制IC的形成并促进其溶解：补体结合可降低抗原与相应抗体的亲和力，从而减少IC的形成，或使已形成的IC不稳定，发生解离。

②经免疫粘附作用清除循环IC：红细胞、血小板表面有CR1，可结合循环IC上的C3b、C4b、iC3b，经血流循环到达肝、脾内，将粘附的IC转移至巨噬细胞，被吞噬清除。

见图每个红细胞表面约有500个CR1，白细胞有约50000个CR1，但是由于血中红细胞数量巨大，85％以上的CR1存在于红细胞上，因此红细胞是清除循环IC的主要参与者。

③经调理作用清除IC。

（二）清除凋亡细胞C1q能以抗体非依赖方式结合凋亡细胞，被巨噬细胞清除，这可能是清除凋亡细胞的一种重要的生理机制。

巨噬细胞表达CR3（CDb11/CD18）和CR4（CD11c/CD18），识别凋亡细胞结合的iC3b，能有效清除凋亡细胞。

三、参与适应性免疫①通过调理作用，促进APC对抗原的摄取、加工处理和提呈；②抗原结合C3dg、C3d、iC3b后，与B细胞表面的BCR和CR2/CD19/CD81复合物发生交联，促进B细胞活化。

③IC被FDC表面的CR1、CR2和CR3捕获，可使抗原长时间存留于生发中心，促进抗体长时间产生和免疫记忆的形成。

④参与体液免疫效应。

四、补体与其它酶系统的相互作用补体与体内的凝血系统、激肽系统和纤溶系统之间存在着密切的关系：①IC上聚集的C1q与相应受体结合，可使血小板凝聚和释放活性介质。

②血管内皮细胞受炎症细胞因子刺激时，膜表面C1qR表达上调，可结合高分子量激肽原（high molecular weight kininogen,HK）、Ⅻ因子、凝血酶和血纤蛋白原，刺激产生激肽，促进凝血，调节血纤维蛋白的形成。