补体分子及其生物学效应.ppt

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1、补体分子及其生物学效应,第一节 概述,(1870-1961)(1854-1915)19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Ehrlich称为补体（complement,C）。定义：补体是存在于人和脊椎动物血清与组织液中一组经活化后具有酶活性的蛋白质的总称，又称为补体系统。,一、补体系统的组成,1 补体的固有成分：指存在与体液中、参与补体活化级联反应的补体成分。如：C1C92以可溶性或膜结合形式存在的补体调节蛋白。如：C4bp3介导补体活性片段或调节蛋白生物学效应的

2、受体。如：C3bR,二、补体系统的命名,参与补体系统经典激活途径的固有成分，按其被发现的先后分别命名为C1（q、r、s）、C2C9;补体活化后的裂解片段，以该成分的符号后附加小写英文字母表示，如C3a、C3b等；具有酶活性的成分或复合物，在其符号上划一横线表示，如C3bBb；灭活的补体片段，在其符号前加英文字母I表示，如iC3b。补体系统的其他成分以英文大写字母表示，如B因子、D因子、H因子、P因子等；补体调节蛋白以其功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白等；,三、补体系统的理化性质,多数属球蛋白，少数属或球蛋白；各补体成分的分子量及血清含量不一，C3含量最高；D因子最低。分子量最大的是C4bp

3、；最小的是D因子。补体含量最丰富的动物是豚鼠。均对热敏感，5630分钟即可灭活。主要由肝细胞、巨噬细胞等细胞产生。,四、补体系统的基本特征,含量相对稳定性激活的连锁反应性效应的放大性作用的两面性反应的局限性性质的不稳定性,五、几种重要补体成分的结构,C1q的结构,每一个C1q分子必须同时与两个以上Ig分子的FC段结合才能活化。,IgM激活补体的能力强于IgG。,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,补体C3的裂解图,B因子结构及其功能,B因子为存在于血清的单链糖蛋白。,C5结构示意图 C5为2肽链结构，分别为、链。,

4、C9,穿孔素(Perforin)C9和穿孔素结构类似，均为单链结构,N端以亲水性氨基酸为主，C端均以疏水性氨基酸为主。被活化后形成管状结构的多聚体，由10个以上的单体分子组成，可通过其疏水性的C末端插入细胞膜，导致细胞溶解。,N,C,亲水区,疏水区,MBL结构示意图,依据补体激活过程的起始顺序不同，可分为三条途径：1由抗原-抗体复合物结合C1q启动激活的途径 经典激活途径（classical pathway）;2由MBL等结合至细菌启动激活的途径，凝集素途径；3由病原微生物等提供接触面，而从C3开始激活 旁路途径（alternative pathway）.共同的末端通路（terminal pa

5、thway），即膜攻击复合物（membrane attack complex MAC）的形成及其溶细胞效应,第二节 补体系统的激活,一、补体活化的经典途径（classcial pathway）,激活物与激活条件免疫复合物（IC）是经典激活途径的主要激活物，其触发C1活化的条件为：C1仅与IgM的CH3区或某些IgG亚类的（IgG1、IgG2、IgG3）的CH2区结合才能活化游离或可溶性抗体不能激活补体，只有抗原抗体复合物（Fc段发生构象改变）才能触发补体激活。,抗原抗体复合物,C1qrs C1qrs,C4 C4b,C4b2b（经典途径C3转化酶）,C3 C3b C3a,C5b6789 C5b6

6、78C5b67 C5b C5C4b2b3b(MAC)（经典途径C5转化酶）C5a,C2a,C4a,C2 C2b,+,二、补体活化的凝集素途径（lectine pathway）,病原微生物入侵 巨噬细胞、中性粒细胞 TNF-、IL-1、IL-6 急性期反应(acute phase respone)肝脏合成急性期蛋白（包括参与补体激活的甘露聚糖结合凝集素MBL和C反应蛋白）,MBL（mannan-binding lectine),纤维胶凝蛋白（ficolin）,三、补体活化的旁路途径（alternative pathway）,某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、凝聚的IgA和IgG4以及其他

7、哺乳动物细胞可为补体的级联激活反应提供接触表面。不需通过C1q的活化，不依赖于特异性抗体的形成。（在感染早期为机体提供有效的防御机制）,经典途径或自发产生,C3b,C3bBb,C3bBbP,B因子,D因子,备解素P,C3 C3bC3a,放大机制,C3bnBb,Ba,补体活化的共同末端效应,全部三条补体活化途径均可形成C5转化酶，裂解C5，这是级联反应最后一个酶促步骤；此后的过程只涉及完整蛋白成分的结合与聚合，并形成两类末端产物（根据激活发生的部位不同）：,脂质双层 C59（膜攻击复合物，MAC）血清 SC5b7、SC5b8、SC5b9（与S蛋白形成亲水的、无溶细胞活性的复合物）,MAC的组装,

8、C5a C5转化酶 C5b+C6+C7 C5b67（插入脂质双层中）+C8 C5b678+多聚C9（即MAC）MAC效应机制：,MAC在膜上形成小孔使小的可溶性分子、离子、水分子可以自由透过胞膜，胞内渗透压降低，细胞溶解；此外，还可导致致死剂量的钙离子被动弥散至胞内，最终导致细胞死亡。,*三条途径的不同点,*三条途径的相同点,都需要C3参与都需要激活物质的激活都经过共同的末端效应最终发生的生物学效应相同,第三节 补体活化的调控,一、补体的自身调控,补体激活过程中生产的某些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。触发补体活化的表面也有一定的要求。,二、补体调节因子的作用,作用：平衡补体的激

9、活与抑制，从而既防止对自身的伤害，又有效的杀灭外来病原体。分类（根据作用特点不同）：,防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂；抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂；保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂。,（一）经典途径的调节,1.C1 抑制分子（C1 inhibitor,C1INH）C1INH可与活化的C1r和C1s以共价键结合成稳定的复合物，使C1r和C1s失去酶解正常底物的能力。其次，C1INH还可有效的将与IC结合的C1大分子解聚，并可明显缩短C1的半寿期。,2.抑制经典途径C3转化酶形成（1）C4结合蛋白（C4 binding protein,C4bp)与补体 受体1（comple

10、ment receptor 1，CR1：均可与 C4b结合并完全抑制C4b与C2结合，防止经典途 径C3转化酶的组装，并加速其分解。（2）I因子：可裂解C4b为C4c与C4d；也可降解C3b。（3）膜辅助蛋白（MCP）：可作为辅助因子促进I因 子介导的C4b裂解。（4）衰变加速因子（DAF）：可同C2竞争与C4b的结 合，从而抑制C3转化酶的形成并促进其分解。,（二）旁路途径的调节,1.抑制旁路途径C3转化酶的组装：H因子可与B因 子或Bb竞争结合C3b，进而使C3b被I因子酶解失 活；CR1和DAF也有类似作用。2.抑制旁路途径C3转化酶的形成：I因子可将C3b 水解为无活性的iC3b；H因

11、子、CR1和MCP均可 辅助I因子的上述作用。3.促进已形成C3转化酶解离：CR1和DAF可促进Bb 从已形成的旁路途径C3转化酶中解离。4.对旁路途径的正性调节作用：P因子与C3bBb结 合，可延长旁路途径C3转化酶的半寿期。,（三）膜攻击复合物形成的调节,1.同源抑制因子（HRF）或称为C8（C8bp）可干扰 C9与C8结合2.膜反应性溶解抑制物（MIRL）即CD59，可阻碍 C7、C8与C5b6复合物结合。抑制MAC形成，保护正常细胞免遭补体溶细 胞作用的最重要因子。,第四节、补体受体,补体系统被激活后，可产生一系列具有重要生物活性的片段。这些活性片段通过同细胞表面的特异性受体结合而发挥

12、作用。目前已知的补体受体有10种以上，按其功能可分为三类：共价结合于活性表面的C3裂解片段的受体；可溶液性C3a/C4a与C5a片段受体，它们介导补体激活的炎症效应；调节补体级联反应的受体包括H因子、MCP（膜辅助蛋白）、DAF（衰变加速因子）等分子的受体等。,共价结合于活性表面的C3裂解片段的受体,CR1的功能（CD35）,（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

13、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,CR1的清除免疫复合物效应,CR2的功能(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、

14、胸腺细胞也表达少量CR2。功能：调节B细胞活化 介导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,CR3(CD11b/CD18)双链,整合素2亚家族成员，结合iC3b，参与炎症反应,第五节 补体的生物学作用,一、补体介导的溶菌、溶细胞作用,1*机体抵抗病原微生物、寄生虫感染的重要防御 机制 对G+溶解作用弱，对G-溶解作用强。可能机制：G+细胞壁结构复杂，且缺乏补体的的底物-脂 质双层膜。2*某些病理情况下，可介导自身细胞溶解，导致 组织损伤与疾病。,二、补体活性片段介导的生物学效应,补体激活过程中产生的一系列活性片段，可通过与表达在不同细胞表面的相应的补体受体（co

15、mplement receptor）结合而发挥广泛的生物学作用。,（一）免疫粘附与调理作用,1.粘附作用：抗原抗体复合物激活补体后可通过C3b等片段黏附到具有相应受体的红细胞、血小板上，形成较大的复合物，便于吞噬细胞吞噬。2.调理作用：补体/抗体覆盖与颗粒性抗原表面，可通过与中性粒细胞或巨噬细胞表面的相应补体受体或Fc受体的结合，促进微生物与吞噬细胞黏附，并被吞噬和杀伤。,由补体激活产生的C3b、C4b、iC3b等片段介导,黏附和调理作用图示：,具有C3b、C4b受体的细胞：红细胞血小板粒细胞单核细胞B细胞：调节作用,黏附作用,调理作用,C2a：激肽样作用。增加血管通透性，引起炎症性充血。C3

16、a、C5a：过敏毒素。使嗜碱性细胞、肥大细胞及中性粒细胞脱颗粒，释放组胺、白三烯、前列腺素等介质，引起血管扩张、毛细血管通透性增加，平滑肌收缩，导致局部水肿等炎症反应及支气管痉挛，产生过敏反应。C5a：趋化因子。吸引具有C5a受体吞噬细胞（中性粒细胞、巨噬细胞）按浓度梯度移动，使其向组织损伤/炎症部位集中，对抗原进行清除，同时亦参与炎症反应。,（二）促炎症作用,趋化作用,C3a、C5a促进中性粒细胞趋化,1.激活中性粒细胞,2.促使中性粒细胞粘附,3.促进中性粒细胞迁移和趋化作用,4.激活单核细胞,血管平滑肌收缩,血管渗透性增高,5.激活肥大细胞,使之脱颗粒(过敏毒素作用),（三）对循环免疫复

17、合物的清除作用,正常机体血液循环中可持续形成少量免疫复合物（IC）。当人体对抗原发生免疫反应产生足量抗体时，循环中可出现大量IC，一定大小的IC能沉积于血管壁，激活补体，引起炎症反应而造成组织损伤，因而必须及时清除这种IC以避免其有害作用。补体可以通过免疫黏附和调理作用促进IC清除。,（四）免疫调节作用,参与捕捉、固定抗原。调节免疫细胞增殖和分化。调节免疫细胞的效应功能。,第六节、补体基因 和补体的生物合成,第七节、补体系统异常与疾病,一、补体固有成份缺陷、异常与疾病 补体蛋白 相关疾病 C1q SLE、肾小球肾炎 C1r SLE、肾小球肾炎、化脓性感染 C1s SLE、肾小球肾炎、化脓性感染

18、 C4 SLE、肾小球肾炎、化脓性感染 C2 SLE、肾小球肾炎、化脓性感染、血管炎 C3 肾小球肾炎、化脓性感染,二、调节性补体蛋白的异常、缺陷与疾病 补体调节蛋白 相关疾病 C1 INH 遗传（获得）性血管神经性水肿 I因子 反复的化脓性感染、血管炎、肾小球肾炎 DAF 阵发性夜间血红蛋白尿,C1IHN缺陷引起血管神经性水肿,高补体血症：多种急性感染引起的炎症以及恶性肿瘤，多为C4、C3、C9升高，可比正常人高23倍，此外，甲状腺炎糖尿病等可使总补体升高。低补体血症：创伤失血和烧伤等体液丢失、补体消耗性疾病、合成不足等。,小结,1.补体系统的组成及特性。2.不同的激活途径，共同的末端通路。3.重要的效应系统和放大系统；补体活性片段介导的广泛生物学作用。4.补体激活的精密调节。,