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1、第四章 补体系统(Complement system),定义：是由存在于人和脊椎动物血清及组织液中的一组经活化后具有酶样活性的蛋白质，以及其调节蛋白和相关膜蛋白（受体）共同组成的系统。包括余种成分，故被称为补体系统（complement system）,十九世纪末,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)。,补体的发现：,霍乱弧菌+新鲜免疫血清-细菌溶解霍乱弧菌+免疫血清(加热)-细菌凝集,不溶解霍乱弧菌+免疫血清(加热)+新鲜正常血清-
2、细菌溶解,Ag Ab C,Ag Ab,由实验可知：1.补体(C)对抗体有辅助和补充作用2.补体(C)不稳定3.补体(C)不需要抗原诱导,Ag Ab C,主要内容,第一节 补体组成及理化特性第二节 补体活化第三节 补体反应的调控及补体的生物学效应第四节 补体的生物合成与补体缺陷,第一节 补体组成及理化特性,一、补体系统的命名二、补体系统的组成三、补体系统的理化特性,一、补体系统的命名,1.参与经典激活途径的固有成分 是按补体成分发现的先后次序命名以“C”表示，如“C1，C2，C9”。2.旁路激活途径的固有成分 以因子命名，用大写英文字母表示，如B、D、P、I、H因子等。,3. 补体调节蛋白 根据
3、其功能命名，如C1q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. 补体活化的裂解片段 一般在该成分的符号后加小写字母表示，如小片段用a表示,如C3a;大片段用b表示,如C3b。 多种成分的复合物根据数字代号及小写字母按先后顺序排在C的后面，如C4b3b。 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，C3bBb，已失活的补体成分则在其符号前冠以“i”表示，如iC3b。,二、补体系统的组成,1.补体系统的固有成分 参与经典激活途径： C1q、C1r、C1s、C4、C2甘露聚糖结合凝集素（MBL）激活途径： MBL(甘露聚糖结合凝集素)，MA
4、SP(丝氨酸蛋白酶)参与旁路激活途径：P、D、B因子 共同成分：C3、C5C9,2.补体调节蛋白（1）可溶性血清蛋白：C1抑制物（C1INH）、H因子、I因子、P因子、C4结合蛋白、S蛋白。（2）膜结合性调节分子：促衰变因子（DAF）,胞膜辅助蛋白因子（MCP）,同源限制因子（HRF）溶膜抑制剂（CD59,MIRL)等 。3.补体的受体分子C3aR、C2aR、C4aR,三、补体系统的理化特性,1.补体各成分均为糖蛋白，多数为球蛋白。分子量25kDa（D因子）560kDa（C4b结合蛋白）。2.血清中含量相对稳定，在某些病理情况下可有波动。各成分中以C3含量最高，达1200mg/L，以D因子含量
5、最低，仅12mg/L。3.补体系统各固有成分均分别由肝细胞、巨噬细胞、小肠上皮细胞及脾细胞等产生。4.补体成分性质极不稳定，56加热30min即可灭活，室温下很快失活，010仅能保持34天，紫外线、机械振荡、某些添加剂均可使补体破坏。5.在正常生理情况下，多以非活化的酶前体形式存在。,主要内容,第一节 补体组成及理化特性第二节 补体活化第三节 补体反应的调控及补体的生物学效应第四节 补体的生物合成与补体缺陷,第二节 补体活化,一、补体活化的经典途径二、补体活化的凝集素途径三、补体活化的旁路途径四、补体活化的后期阶段溶膜复合物的形成五、补体活化三条途径的比较,第二节 补体的激活,生理情况下血清中
6、的补体成分大部分以无活性的前体形式存在，在某些活化物作用下，或在特定的颗粒表面，补体各成分依次被激活，最终导致溶细胞效应；同时，产生多种水解片段，参与免疫调节及炎症反应等多种活动。激活过程依据起始顺序的不同，可分为三条途径：,由抗原-抗体复合物结合C1q启动激活的途径，称为经典途径(classical pathway)；,由甘露聚糖结合凝集素结合至细菌启动激活的途径，称为凝集素途径（mannan-binding lectin MBL pathway)。,病原微生物等提供接触表面，从C3开始激活的途径，不依赖于抗体,称为旁路途径（alternative pathway)；,共同的末端通路（ter
7、minal pathway），即膜攻击复合物（membrane attack complex,MAC）的形成及其溶解细胞效应。,在发挥抗感染作用过程中，最先发挥作用的是旁路途径和MBL途径，最后才是经典途径。,一、补体活化的经典途径,(一) 活化物质1.主要激活物质 特异性抗体（IgG或IgM）与抗原结合形成的免疫复合物 抗体必须带有Fc区段2.非免疫学物质 核酸、酸性粘多糖、肝素和鱼精蛋白。 纤溶酶及组织蛋白酶 一些病原物,一、补体活化的经典途径,(二) 参与的固有成分 C1（C1q、C1r、C1s）C2、 C3、C4、C5C9激活顺序:C1, 4, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9激
8、活条件：* IgG1、G2、G3、IgM才能活化C1；* 一个C1分子必须同时与两个以上补体结合位点结合才能被激活 IgG分子需两个或两个以上,IgM单体分子（五聚体）；* 游离的或可溶性抗体不能激活补体；,一、补体活化的经典途径,(三) 活化的过程1. 识别阶段：C12. 活化阶段：C4、C2、C33. 膜攻击阶段,1. 识别阶段,C1脂酶形成C1（C1q）与抗原抗体复合物中Ig的补体结合位点相结合至C1酯酶形成。识别单位：C1由1个C1q、2个C1r和2个C1s组成。,C1q：由6个相同的亚基组成，形状如花蕊；能与Ig分子的补体结合位结合，使C1r酶原活化C1r：连接着C1q与C1s，C1
9、q活化后引起C1r酶原活化裂解为两个片段，其中具有丝氨酸酯酶活性的片段即活化的C1r，活化C1sC1s：C1s裂解的两个片段中，具丝蛋白酶活性的片段催化C4和C2成分的活化辅助因子：Ca2+ C1复合物的稳定性依赖Ca2+,Ag-Ab复合物 C1q C1r活化 C1s 活化,AgAb复合物,C1q,C1r、C1s,活化,C1s,形成,C1识别免疫复合物形成C1酯酶的阶段。,2. 活化阶段,C4成分的活化：在活化的C1s作用下水解成C4a和C4b，C4b能与细胞膜相结合。需要Mg2+C2成分的活化：在活化的C1s作用下水解成C2a和C2b，形成C3转化酶C4b2a，起催化作用的是C2aC3成分的
10、活化：形成C5转化酶C4b2a3b。C3是经典和旁路途径共有的补体成分，是血清中含量最高的补体成分。,C1酯酶作用于后续成分，至形成C3转化酶（C4b2b）和C5转化酶（C4b2b3b）。,2 活化阶段,C1进一步活化C4、C2,C3转化酶的形成：,C3转化酶,a,C4b2a,C4b2a,C5转化酶的形成：,C3 - C4b2a C3a + C3bC3b + C4b2a C4b2a3b C4b2a3b = C5转化酶,3. 膜攻击阶段附着于胞膜的C5b678复合物与12-15个C9分子联结成C5b6789n，即形成攻膜复合体（membrane attack complex, MAC）。 C5a
11、 C4b2a3b C5 C5b + C6 + C7 C5b67+C8 C5b678 + C9 C5b6789n (膜攻击复合体)细胞裂解,MAC的效应机制：,1. 识别阶段,2.活化阶段,3.膜攻击阶段,二、补体活化的凝集素途径,1.活化物质MBL激活途径的主要激活物为表面含有甘露糖基、岩藻糖和N-氨基半乳糖的病原微生物。 大量细菌感染后的急性应答期，会诱导巨噬细胞产生IL-6而促使肝细胞合成与分泌急性期蛋白包括甘露聚糖结合凝集素（MBL）为激活物。 2.参与的固有成分甘露糖结合凝集素(MBL)、C4、C2、C3MBL：类似于C1q,呈花蕊状；感染最早期肝细胞合成的急性反应蛋白,MBL先与细菌
12、的甘露糖残基结合，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-1、MASP-2）。MASP具有与活化的C1同样的生物学活性，即裂解C4和C2，形成C3转化酶，后继反应与经典途径相同。,MBL,+,病原体甘露糖残基,+丝氨酸蛋白酶,C4,C2,MASP,C4a + C4b,C2b + C2a,+,C4b2aC3转化酶,3.活化过程,补体激活的MBL途径,C4,C2,C4b2a是C3转化酶（convertase）,MASP,MASP2,三、补体活化的旁路途径,也称为替换途径、第二途径1. 活化物质各种多糖，特别是菌多糖
13、：脂多糖（LPS）、酵母多糖、磷壁酸各种革兰氏阳性和阴性细菌寄生物经典途径中不能作为激活C1的免疫球蛋白分子,三、补体活化的旁路途径,2. 参与的固有成分C3、B、D、P 、H、IC3：识别作用，启动替换途径活化B：表面束缚分子，C3保护活化因子,能与C3b结合成C3bB。也是酶原D：B因子转化酶，C3转化酶C3bBb,P：备解素，稳定C3转化酶H：当无激活物质时，能与C3b结合I: C3b钝化因子CVF：蛇毒因子，作用类似于C3，能与Bb结合成CVFBb，具有抗H和I因子的作用,3.替代途径激活过程 启动阶段-C3转化酶 激活阶段-C5转化酶 效应阶段-共同末端通路,四、补体活化的溶膜途径
14、上述三途径均产生C5转化酶，启动补体系统的终末成分（C5、C6、C7、C8、C9）的活化，并形成具有溶细胞效应的膜攻击复合物（membrane attack complex ，MAC），导致靶细胞的溶解。,C5转化酶,C5,C6,C7,C8,C9,C5b,C5b6,C5b67,C5b6789（MAC）,C5a,MAC插入细胞膜,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,MAC,MAC的电镜结果,补体诱导的RBC膜的破裂,五、三条途径的特点与比较：,激活物 参与成分 C3、C5转化酶 所需离子 生物学作用,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
15、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,B、D、P因子和C3、 C5C9,Ca+、Mg+,Mg+,C4b2a,C3bBb(P),C4b2a3b,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,补体活化3条途径的比较,凝集素途径,凝集素(MBL),C4,C2C9,Ca+,参与非特异性体液免疫,C4b2a,C4b2a3b,主要内容,第一节 补体组成及理化特性第二节 补体活化第三节 补体反应的调控及补体的生物学效应第四节 补体的生物合成与补体缺陷,第三节 补体反应的调控及
16、补体的生物学效应,一、补体系统激活的调节 1. 血清中的补体活化调节蛋白 2. 细胞膜上的调节蛋白二、补体的受体三、补体蛋白的生物学功能,一、补体系统激活的调节,补体系统的激活必需在适度调节的情况下进行，才能发挥正常的生理学作用。补体激活失控，则大量补体消耗，导致机体抗感染能力下降，而且会使机体发生剧烈炎症反应或造成自身组织细胞的损伤。补体活化途径的调节主要包括：（一）控制补体活化的启动； （二）补体活性片段发生自发性衰变；（三）血浆和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白，通过控制 级联酶促反应中酶活性和MAC组装等关键步骤发挥调节作用。,（一）调控经典途径C3转化酶和C5转化酶 1.C1抑制物（C
17、1 inhibitor, C1INH),2.补体受体1（CR1，CD35，C3b受体),3.C4结合蛋白（C4 binding protein,C4bp）,4.衰变加速因子（decay accelerating factor,DAF）-(CD55),5.膜辅助蛋白（membrane cofactor protein,MCP）-(CD46),6.I因子（Cb抑制因子）,（二）调控旁路途径C3转化酶和C5转化酶,（三）针对MAC的调节,1.溶膜抑制剂（MIRL,CD59）,2.C8结合蛋白（C8bp）,3.S蛋白（溶膜复合物抑制因子，SP）,4.群集素：抑制MAC组装,并促进MAC从细胞膜解离,1
18、. 血清中的补体活化调节蛋白,血清中的补体活化调节蛋白又叫液相调节蛋白，在溶液中起到初步的钝化或抑制补体的作用。1. C1INH(C1抑制因子) 能抑制液相中C1的活化。在C1与抗原抗体复合物结合之前，就能与C1结合。 可与活化的C1r和C1s结合，使其失去酶解正常底物(C4、C2)的能力。2. S蛋白(溶膜复合物抑制因子,MAC-INH) 能结合C5b，6，7复合物，阻止C9分子多聚体的形成。,C1INH,S蛋白,1. 血清中的补体活化调节蛋白,3. I因子(C3bINH，C3b抑制因子)能降解C3b，C4b，变为iC3b，不能与C4b2a，C3bBb结合成为C5转化酶需要H因子、C4bp（
19、C4结合蛋白）、MCP（膜辅助蛋白）、CR1（补体受体1）帮助4. H因子(I因子的加速因子)能与C3b结合，阻断替换途径加速I因子降解C3b能使Bb从C3bBb中解脱下来,1. 血清中的补体活化调节蛋白,5. 过敏毒素钝化因子能使过敏毒素C3a、C4a、C5a失活6. C4bp(C4b结合蛋白)是补体系统中最大的蛋白分子能抑制C4b与C2结合，抑制C4b2a的形成I因子的辅助因子，介导C4b的降解,2. 细胞膜上的调节蛋白,1. 促衰变因子(DAF)阻断来自两条途径C3转化酶的装配，使C2a和Bb解离失去C3转化酶的作用。,2. 细胞膜上的调节蛋白,2. 膜辅助蛋白(MCP)与H、I、CRI
20、共同作用，使C3b变为iC3b和水解片段(C3f、C3c、C3dg)3.同源限制因子(HRF)在细胞膜上干扰C5b,6,7与C8结合，从而干扰溶胞（液相：S蛋白）4.溶膜抑制剂(CD59，MIRL)溶膜复合物形成时，通过与C8或C9结合抑制了C9聚合成膜孔保护病原菌附近正常细胞的最重要因子,二、补体的受体,补体受体（complement recepter, CR）： 是指表达于细胞表面能与某些补体成分或补体片段特异性结合的糖蛋白分子。 补体系统被激活后可产生一系列的具有重要生物活性的片段，这些片段可与不同细胞上的特异性补体受体结合而发挥作用。,二、补体的受体,1. CR1(补体受体1型)位于血
21、细胞配体 C3b、C4b功能：抑制补体激活：与C3b、C4b结合，通过抑制C3转化酶活性调控补体的活化; I因子的辅助因子扩大吞噬性白细胞的胞饮作用是循环系统中免疫复合物的清除剂：免疫粘连,二、补体的受体,2. 补体受体2型（CR2，C3dR，CD21）位于B细胞、滤泡性树突细胞、上皮细胞是C3d、iC3b、C3dg、C3b、EB病毒的受体生物学功能 （1）调节B细胞增殖、分化、记忆和抗体的产生 （2）作为EB病毒受体，与某些疾病相关,3.补体受体3型（CR3、Mac-1、CD11b/CD18）位于巨噬细胞、单核细胞、嗜中性粒细胞、肥大细胞和NK细胞是iC3b的受体、C3d的受体能结合糖类功能
22、：参与吞噬细胞生物学作用：调理、诱导呼吸爆发、 促进趋化作用 凝集素活性：与某些特异糖类结合，介导补体非依 赖方式与吞噬细胞结合 参与粘附作用：促与内皮细胞结合,二、补体的受体,4. 补体受体4型(CR4即CD11c，CD18)iC3b与C3dg受体：功能与CR3有相似5. 其他补体受体C5a受体：分布于肥大细胞、粒细胞、单核及巨噬细胞、血小板和内皮细胞上，介导吞噬作用，增加血管通透性及趋化性，导致炎症反应C3a受体：分布肥大细胞、嗜碱性粒细胞，结合C3a和C4aC3e受体、C1q受体,补体系统的功能可分为两大方面：一、补体在细胞表面激活并形成MAC介导溶细胞效应二、补体激活过程中产生不同的蛋
23、白水解片段，从而介导各种生物学效应,三、补体蛋白的生物学功能,补体活性片段介导的生物学效应 1. 免疫黏附 2. 清除凋亡细胞 3. 炎症介质作用 4. 免疫调节,三、补体蛋白的生物学功能,补体的溶胞功能补体介导是机体抵抗微生物感染的重要防御机制 补体系统激活后，通过级联反应可在靶细胞表面形成许多MAC，导致靶细胞溶解。补体的这一功能在机体的免疫系统中起重要的防御和免疫监视作用，可以抵抗病原微生物的感染，消灭病变衰老的细胞。由于补体的溶细胞效应具有重要生理意义，因而，当某些病人出现先天性或后天性的补体缺陷时，出现的最重要表现是容易遭受病原微生物的侵袭而出现反复性感染。 在感染早期，主要通过旁路
24、途径和MBL途径，待特异性抗体产生后，主要靠经典途径来完成。 在某些病理情况下，溶细胞作用参与组织损伤，如引起自身免疫病。,三、补体蛋白的生物学功能, 补体活性片段介导的生物学效应(1)免疫黏附 细菌或免疫复合物激活补体、结合C3b/C4b后，若与表面具有相应补体受体（CR1）的红细胞和血小板结合，则可形成较大的聚合物，通过血液循环到达肝脏和脾脏，被巨噬细胞吞噬。,Ag-Ab复合物（可溶性） C3b或C4b与血细胞（如红细胞、血小板）CR结合吞噬清除。,(2)清除凋亡细胞 生理条件下经常产生凋亡细胞表面表达多种自身抗原被某些补体活化片段（C1q、C3b、iC3b等）识别并结合通过与吞噬细胞表面
25、的相应的受体相互作用而参与对这些细胞的清除。,(3) 炎症介质作用（1）过敏毒素作用 C3a，C4a，C5a，具有过敏毒素作用，以C5a的作用最强。可使表面具有相应受体的肥大细胞和嗜碱性粒细胞等脱颗粒，释放组胺等血管活性物质，引起血管扩张、通透性增强、平滑肌收缩和支器官痉挛等的作用；C5a、C3a 肥大细胞和嗜碱性粒细胞（C5aR、C3aR) 释放活性介质( 如组胺、白三烯及前列腺素等)过敏反应性病理变化。,（2）趋化作用 趋化因子C5a、C3a、 C4a 和 C5b67 C3a和C5a对中性粒细胞具有趋化作用，吸引具有相应受体的中性粒细胞和单核吞噬细胞向补体激活的炎症区域游走和聚集，增强炎症
26、反应。C5a、C3a 吞噬细胞向感染部位聚集炎症反应。,（3）激肽样作用 C2a具有激肽样作用：使小血管扩张、通透性增强、引起炎症性充血和水肿作用，激肽样作用（C2a） C2a、C4a能增强血管的通透性炎性渗出、水肿。,（4）免疫调节作用（1）捕捉、固定抗原 C3促吞噬细胞作用；（2）促细胞增殖分化 C3b+CR1(B细胞）促进B增殖分化。（3）调节免疫细胞效应功能 C3b可增强对靶细胞的ADCC作用。,主要内容,第一节 补体组成及理化特性第二节 补体活化第三节 补体反应的调控及补体的生物学效应第四节 补体的生物合成与补体缺陷,第四节 补体的生物合成与补体缺陷,一、补体的生物合成二、补体缺陷与补体缺陷病,一、补体的生物合成,1.补体合成的细胞 单核细胞、巨噬细胞、肝细胞等2. 急性期反应产物3. 激活因子：IL、TNF、r-IFN等,二、补体缺陷与补体缺陷病,1. 经典途径和替换途径补体成分的遗传性缺陷缺失成为：C1q、C1r、C4、C2、C3、P因子、D因子引起的病症：多脓菌感染频率增加、免疫复合物病、遗传性血管水肿病,二、补体缺陷与补体缺陷病,2.后期补体成为的缺失缺失成分：C5、C6、C7、C8、C9病症：溺散性奈瑟菌感染3.调节成分的缺陷 病症：皮肤与粘膜急性水肿、系统性红斑狼疮、多脓菌感染等。,作业,简答题：1.简述补体活化的经典途径。2.简述补体蛋白的生物学功能。,
