免疫学之补体系统ppt课件.ppt

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1、补体系统,(Complement system),Jules Bodet (1870-1961),Discoverer of Complement1894 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56C 30 min 阻止其活性；加入新鲜非免疫血清可恢复其活性。Ehrlich 在同时独立发现了类似现象，将其命名为补体（Complement）,第一节,概 述,补体(Complement, C) 是人和脊椎动物体内正常存在的 一组具有酶活性的 蛋白质 , 包括 30 多种成分, 故称补体系统。 由补体级联反应固有成分、补体调节蛋白、补体受体等组成的，具有精密调控机制和自限性的酶解系统

2、。,一、补体系统的概念,补体反应实际上是一系列酶促反应，其最终结果是在靶细胞膜表面形成MACs，同时产生具有生物学活性的补体小分段。,二、组 成, 固有成分:, 经典途径：C1（ C1q、C1r、C1s）、C4、C2, MBL途径：MBL、MASP, 旁路途径： B因子、D因子, 共同末端通路：C3、C5、C6、C7、C8、C9, 调节蛋白: P因子、I因子、H因子、C4结合 蛋白、C1抑制物、膜辅蛋白, 补体受体: CR1CR5、C2aR、C3aR、C4aR,三、命 名, 参与经典激活途径的补体固有成分“ C ”, 补体系统的其他成分“ B、D、P、H”, 补体活化后的裂解片段“ a、b ”

3、如C3a 、 C3b 、C5a 、C5b等（b为大片段，a为小片段）, 具有酶活性的补体成分“ ”如 C4b2b等, 灭活的补体片段“ i ”,如 iC3b, 调节蛋白以功能命名,C3转化酶作用部位 I因子作用部位 C3a C3d C3c s-s s-s C3b C3分子及其裂解产物,四、特 性,补体蛋白多为糖蛋白，占血清蛋白总量的10%左右,补体含量相对稳定，不因免疫而增加，仅在某些疾 病时有所变动,补体一般以无活性形式存在于血清中,在补体系统中，C3含量最高，D因子含量最低,补体主要在血液和肝脏中代谢，半衰期约1天,补体性质不稳定，56 30min即失去活性,续上表,第二节,补体的激活,补

4、体激活的三条途径, 经典激活途径 MBL激活途径 旁路激活途径,一、经典途径,是指免疫复合物经C1q、C1r、C1s、 C4、C2、C3成分，形成C3转化酶与C5转 化酶的活化过程。,（一）激活条件,（二）激活顺序, 激活物：免疫复合物(immune complex, IC),IgG 、IgM,C1需同时与个抗体单体分子结合； IgG结合CH2，IgM结合CH3,IC形成之后，才激活。,C1，C4，C2，C3，C5, 识别阶段 活化阶段 攻击阶段, 经典途径激活过程：,1、识别阶段,识别单位：C1qr2s2,（1）C1q6个相同的亚基,（2）C1r丝氨酸蛋白酶,（3）C1s丝氨酸酯酶,C1q分

5、子的C端球形结构是与Ig上的补体结合位点相结合的部位，它的启动可使C1r构型改变，成为具有活性的C1r并诱导C1s的活化，成为具有酶活性的C1s,在 Mg2+存在下可启动补体活化的经典途径。,C1q,N,C,酶活性区,SS,C1r,C1r,N,C,SS,C1s,C1r、C1s分子结构,2、活化阶段,（1）C4：由3条链组成,（2）C2：单链,（3）C3：双链 C3既是经典途径中5转化酶的 重要组成部分，又是替代途径中3 转化酶的重要组成部分。,结构图,chain,chain,参与C3和C5转化酶的形成,过敏毒素,结构图,参与C3和C5转化酶的形成,过敏毒素,IC C1qr2s2 C4 C2 C

6、4a C1qr2s2 C2a C4b C2b C4b2b C4b2b3b C3 C3b C3a,IgM CH3区，IgG CH2区,C1分子的结构与功能 C1由 一个C1q、两个C1r 和两个C1s分子的共同组成。一个C1q分子如果同时与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。,二、MBL途径,细菌和病毒表面的甘露糖蛋白与血清中的 结合，进而激活4、2、3的活化 途径。,（一）活化物质：甘露糖蛋白,（二）活化顺序：,mannan binding lectin , MBL,MBP-associated serine protease , MASP

7、,（二）活化顺序,MBL + 甘露糖残基 丝氨酸蛋白酶 C4 MASP C2 C4a C2a C4b C2b C4b2b,补体活化的 MBL 途径,MBL与C1q同属于结构上相关的胶凝素家族的成员。它有典型的胶原三螺旋结构， MBL是由许多亚基组成的大分子，每个亚基有3条多肽链，大分子结构类似于C1q，但无序列上的同源性。,甘露糖苷,MBL,甘露糖苷,MBL,MASP,C4,C4a + C4b,C2,C2a + C2b,C4b2b,（C3转化酶）,+ MASP,三、旁路途径（替代途径）,不经过C1、C4、C2，而由B因子、Df、Pf、C3诸成分所参与的活化过程。,（一）活化物质,内毒素、菌多糖

8、、寄生虫,凝聚的 IgA 和 IgG4,三、旁路途径, 启动成分：C3、C5、C6、C7、C8、C9, 参与成分：B因子、D因子,（二） 激活过程：,D 因子,B因子为存在于血清的单链糖蛋白。,D因子,Ba（234aa）,Bb（505aa）,N,C,蛋白酶活性区,C3b,C3bBb,（C3转化酶）,C3bBbP,C3bnBb,依赖于C3b的正反馈环路 替代和凝集素途径激活补体的关键步骤是C3b依赖性正反馈环路的形成。C3裂解产物C3b与B因子结合为C3bB复合物，在D因子的作用下成为C3与C5转化酶C3bBb、C3bnBb。C3bBb作用于C3，产生大量的C3b，C3b的生成又导致更多的C3b

9、Bb出现，形成迅速放大的正反馈环路。,C3b,C3bB,C3,C3 与 C3b 正 反 馈 环 路,D因子,C3b,Bb,B因子,四、补体活化的共同末端效应, 溶膜复合物（membrane attack complex，MAC）的形成,溶膜复合物的效应（溶胞机制）,一击假说：,（1）膜通透性增加； （2）致死性钙离子内流。,C5为2肽链结构，分别为、链,SS,C5转换酶,C5a,C5b,过敏毒素,参与攻膜复合体的形成,C5b+C6+C7+C8+C9 = MACs,终末途径,补体攻膜单位 细胞膜表面的C3b5b与C6、C7、C8依次结合形成C5b678复合物。该复合物诱发C9在细胞膜表面共聚，形

10、成膜表面的通道结构MACs，造成胞膜的穿孔损伤。,MACs 的效应,补体活化三条途径的比较,比较项目,经典途径,旁路途径,激活物,补体固有成份,所需离子,C3转化酶,C5转化酶,生物学作用,IgM/IgG13与抗原形成的免疫复合物,细菌脂多糖、肽聚糖、酵母多糖和凝聚的IgG4/IgA等,C1C9,C3、B、D、P因子和C5C9,Ca 2+、Mg2+,Mg2+,C4b2b,C3bBb(P),C4b2b3b,C3bnBb(P),在特异性体液免疫的效应阶段起作用,参与非特异性免疫，在感染早期起作用,凝集素途径,凝集素（MBL）病原微生物,C4，C2C9,Ca2+,C4b2b,C4b2b3b,参与非特

11、异性免疫，在感染早期起作用,第三节,补体活化的调控,补体,补体活化,适度：抗感染作用,过度：炎症反应 组织损伤,经典途径,旁路途径,补体系统的激活与调节,补体活化过程的调节,MBL途径,1.补体的自身衰变调节,2.补体调节因子的作用,(1)体液调节因子, C1 INH 的调节作用,C4bp 的调节作用,C4b、C3b、C5b等极易衰变。, I 因子和H 因子的调节作用, S 蛋白的调节作用,补体系统的激活与调节,(2)细胞膜上的调节因子,补体活化的调控,膜辅助蛋白（MCP）辅助I因子裂解C3b/C4b, CR1促进C3转化酶解离,促衰变因子(DAF)可抑制C3转化酶形成,同源限制因子(HRF)

12、可抑制C9与C8结合，阻止攻膜复合体发挥作用,C1 抑制分子（C1 inhibitor, C1INH),结合活化的C1rC1s，使其失去正常酶解底物C4 和 C2的功能,C1 INH缺陷引起血管神经性水肿,C4bp的抑制作用（C4 Binding Protein) 结合C4b，抑制C4b与C2的结合，防止C3转化酶的组装。 促进I因子对C4b的蛋白水解,I因子的抑制作用（FactorI） 裂解C3b为iC3b和C3f, 继而裂解iC3b为C3c和C3dg 裂解C4b为C4c和C4d,C3d,C3g,proteases,H因子的作用 （factor H)能与C3b结合，抑制旁路途径C3转化酶（C

13、3bBb）作为I因子的辅助因子（Cofactor）水解C3b为iC3b和C3f,C3b,Bb,哺乳动物细胞表面 微生物细胞表面,C3b,灭活,H,唾液酸,H,替代途径的调节,H因子与哺乳细胞表面的唾液酸结合之后被活化，抑制替代途径的补体活化。没有丰富的唾液酸的微生物细胞表面不能吸附H因子，容易成为补体系统的攻击对象。,CD55和CD46CD55（DAF）是经GPI锚固于胞膜表面的75 kDa 糖蛋白，能够与C3b结合并且降解C3/C5转化酶。CD46是一个分子量为56-66 kDa的膜蛋白，与CD55、CR1和CR2等具有同源性。能够与C3b和C4b结合并使之被I因子降解。,膜结合性调节分子的

14、作用,CD55 (Decay Accelerating Factor, DAF) 促衰变因子单链膜蛋白结合C3b,C4b，促进C3和C5转化酶衰变。抑制补体的活化分布于机体大部分细胞，DAF缺陷导致阵发性血红蛋白尿,DAF作用机理,CD46 膜辅因子蛋白 (Membrane Cofactor Protein, MCP,) 单链膜蛋白结构，与C3b,C4b结合，抑制补体的活化。分布于大部分细胞，但红细胞缺如。 I因子的辅助因子，促进C3b,C4b灭活，抑制补体活化，比H因子强50倍,蛋白的作用 结合5b67, 阻止膜攻击复合物的形成,同源性限制因子(HRF)的作用（C8bp）,也称C8结合蛋白，

15、结合C8, 阻断的聚合,CD59 CD59是近年(1989)才发现的一种分子量只有1820kDa的膜性调节蛋白。由Sugita等(1988年）首先描述，曾有不同的名称，如同种限制因子20(homologous restriction factor-20)，保护素(protectin)及膜反应性溶破抑制物(membrane inhibitor of reactive lysis, MIRL)等。CD59分布甚广泛，已证明皮肤、肝、肾、胰、肺、唾腺、神经系统、胎盘以及各种血细胞(红细胞、淋巴细胞、中性粒细胞及血小板)和精子上均有表达。CD59的主要生理功能是，防止MAC对同种或自身细胞的溶解破坏，

16、即同种限制作用(homologous species restriction,HSR)。作用机理为：通过其与C7、C8或C9的结合而阻止MAC的组装,从而限制了对同种或自身细胞的溶解。,过敏毒素灭活剂,血清羧肽酶N 灭活C4a、C3a、C5a，丧失过敏毒素活性,补体调节因子的调节作用,第四节,补体的生物学作用,一、溶解细胞作用,补体的生物学作用,红细胞+相应抗体 C1C9 溶血反应,革兰阴性细菌 旁路途径 溶菌杀菌,1.抗感染作用,细菌+相应抗体 经典途径 溶菌杀菌,2.导致组织损伤与疾病,二、调理作用：调理吞噬、调理杀伤,细菌- C3b /C4b -巨噬细胞促进吞噬,补体的生物学作用,三、免

17、疫粘附与清除免疫复合物：,2.免疫复合物,1.免疫粘附作用 C3b、C4b,Ag-Ab复合物,C3b /C4b,RBC,四、参与炎症反应,1.趋化因子的作用 C3a 、 C4a 、C5a 、C5b67,2.过敏毒素作用 C5a、 C3a、C4a,3.激肽样作用 C2a,补体的生物学作用,五、免疫调节： C3b参与APC对抗原的呈递、B 细胞的分化、NK细胞的杀伤作用,补体的生物学作用,补体的生物学作用1.CDC2.调理3.引起炎症反应：趋化激肽样作用过敏毒素,4. C3b参与免疫复合物的清除。 5. 参与免疫调节（C3b+CR1) （C3d+CR2),第五节 补体受体,补体受体（CR）：表达于

18、细胞表面能与某些补体成分/ 补体片段特异性结合的糖蛋白，CR1、CR2、CR3、CR4、CR5。,1。CR1 (CD35)单链 C3b受体，结合C3b，C4b 主要存在于红细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞、B细胞、部分T细胞、K细胞、肾小球囊细胞等，,CR1的功能,（1）抑制补体活化CR1与C3b或C4b结合后，可促使C3转化酶（C3bBb或C4b2a）降解，还可促进I因子对C3b和C4b的裂解作用，起到类似于H因子的作用。（2）清除循环免疫复合物带有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。在系统性红斑狼疮病人，可出现红细胞

19、表面先天性和后天性的CR1数量减少，与其发病有密切关系。,（3）促进吞噬细胞的吞噬（4）免疫调节CR1在B细胞发育的早期阶段即出现，大约15-50%前B细胞，64-80%的未成熟B细胞和几乎所有成熟B细胞都有CR1，浆细胞无CR1。CR1对B细胞的分化可能有促进作用。基因敲除实验证明，CR1基因缺陷小鼠表现为B细胞对TD抗原反应低下，证明CR1对于B细胞功能具有重要作用,图：CR1的清除免疫复合物效应,2.CR2 (CD21)单链 C3d受体，结合C3d，C3dg，EBV CR2主要存在于成熟B细胞和树突状细胞，某些单核细胞、K细胞、胸腺细胞也表达少量CR2。,CR2的功能,调节B细胞活化 介

20、导EBV感染 结合免疫复合物，促进吞噬作用 CR2缺陷小鼠B细胞数量减少,3。CR3 (CD11b/CD18) 双链整合素2亚家族成员，结合iC3b，参与炎症反应,第六节 补体系统的异常与疾病,1.补体缺陷 2.补体与炎症性疾病 3.补体与病毒感染 4.补体与器官移植的超急性排斥反应 5. 补体含量的增高和降低,1。补体缺陷,在临床上偶尔可以见到一些补体先天性缺陷的病人，除了C2缺陷和C1INH缺陷相对较常见外，其它补体成分的缺陷均非常罕见。补体先天性缺陷患者的两大临床表现是反复感染和自身免疫病，这也从反面证实了补体在抗感染免疫和免疫调节方面的重要意义。下表列举了一些补体缺陷的临床表现。,补体

21、缺陷的临床表现,2。补体与炎症性疾病,补体在活化过程中产生的片段具有一些新的生物学活性，其中C5a，C3a，C4a具有过敏毒素效应，C5a具有趋化活性，这些片段在促进炎症反应中起重要作用，因而在一些炎症相关的疾病中，补体起重要的病理作用，包括自身免疫病、心血管疾病、感染过程中的炎症性组织损伤、超急性移植排斥等。在这些情况下，通过抑制补体有可能受到治疗疾病的效果,3。补体与病毒感染,最近，补体受体及补体膜表面调节蛋白与病毒感染的关联受到越来越多的重视，一些病毒可通过补体受体等感染宿主细胞，例如，EB病毒通过CR2感染B细胞，麻疹病毒通过MCP感染机体细胞，柯萨其病毒、埃可病毒和肠道病毒可通过DA

22、F感染细胞等。在临床上，可考虑应用补体受体的阻断剂治疗某系某些病毒感染。,4。补体与器官移植的超急性排斥,目前研究结果表明，超急性移植排斥的主要原因是补体系统的全身性激活，导致对机体自身的广泛性组织损伤，产生致命的后果。目前在临床前研究的解决方案是：（1）利用补体抑制剂如可溶性CR1进行药物治疗；（2）考虑应用转基因技术解决这一问题。目前已开展了CR1、DAF、CD59、MCP等膜表面补体调节蛋白转基因猪的实验研究，将这些人类基因在胚胎期转入猪胚胎细胞后，使其发育成含有人类基因的转基因猪，将其器官移植至灵长类动物后，由于补体调节蛋白对补体的抑制作用，可有效阻止超急性移植排斥的发生，使移植的器官

23、存活时间明显延长。,高补体血症急性感染引起的炎症、恶性肿瘤等疾病的患者甲状腺炎、糖尿病和阻塞性黄疸等疾病亦可使补体总量升高。,低补体血症补体成分的大量消耗：可发生在血清病、链球菌感染后肾小球肾炎、系统性红斑狼疮、自身免疫性溶血性贫血、类风湿性关节炎及同种异体移植排斥反应等。补体的大量丢失，多见于外伤、手术和大失血的病人。补体成分随血清蛋白的扩大量丧失而丢失，发生低补体血症。补体合成不足：主要见于肝病人，例如肝硬化、慢性活动性肝炎和急性肝炎的重症病例。,5. 补体含量的增高和降低,思考题, 补体系统的概念和组成 补体三条激活途径的异同 补体系统的生物学作用,膜结合型的补体调节蛋白,自行衰变（补体的自身调控）大多数补体活化后的产物极不稳定，如： C3b,C4b半衰期60微秒 C4b2b的半衰期在37C为5分钟 C5b半衰期在37C为2.3分钟 C567半衰期0.1秒 C5a, C3a, C4a可以被羧肽酶裂解,