第五章 补体系统 （ complement system)

1. 第五章 补体系统（complement system)

2. 内 容 一. 补体的组分 二. 补体的活化 三. 补体活化的调节 四、补体受体 五、补体的生物学作用 六、补体与疾病

3. 第一节 补体的组分(30余种分子)

4. 1.参与补体活化的分子 Classical pathway: C1 (C1q, C1r,C1s), C4, C2, C3 MBLectin Pathway (mannan-binding lectin，甘露聚糖结合凝集素): MBL, MASP-1 (serine protease，丝氨酸蛋白酶-1),MASP-2, C4, C2, C3 Alterative pathway: Factor B, Factor D, C3 Terminal pathway: C5, C6, C7, C8, C9

5. 2.参与调节补体活化的分子 可溶性分子:C1INH（C1 inhibitor,C1抑制物），Factor I，Factor H, properdin（备介素）, C4bp（C4 binding protein, C4结合蛋白), S蛋白(Sp/Vn),Sp40/40 膜分子：CR1, MCP (membrane co-factor protein, CD46,膜辅助蛋白), DAF(decay-accelerating factor, 衰变加速因子),MIRL (membrane inhibitor of reactive lysis,CD59, 膜性反应性溶解抑制物), 同源限制因子 3.补体受体（膜分子） CR1, CR2, CR3, CR4, CR5, C1qR, C3aR, C5aR

6. 补体活化后裂解片段的命名 • 以该成分的符号后附加小写英文字母表示，如C3a、C3b等，其中裂解后的小片段为a，大片段为b，但C2例外，大片段为C2a，小片段为C2b • 具有酶活性的成分或复合物:在其符号上划一条横线 • 灭活的补体片段:在其符号前加英文字母i，如iC3b

7. 第二节 • 补体的活化

8. 在生理条件下，血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物作用下，补体各成分才依次被激活。在生理条件下，血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物作用下，补体各成分才依次被激活。 每当前一组分被激活，即具备了裂介下一组分的特性，由此形成一系列放大的级联反应，最终导致溶细胞效应。

9. 补体活化的特点 1. 三个途径，最后殊途同归，产生类似的生物学效应。 补体活化的3条途径与补体的3种功能 经典途径 旁路途径 MBLectin途径 杀伤病原体 募集炎症细胞 调理作用

10. 一、补体经典激活途（classical pathway） C1(C1q→C1r→C1s)→C4→C2→C3→C5→C6→C7→C8→C9 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段

11. 识别阶段 抗原和抗体结合后，抗体发生构象改变，使Fc段的补体结合部位暴露，补体C1与之结合并被激活，这一过程被称为补体激活的启动或识别。

13. C1由一个C1q和C1r和C1s各两个组成。它们之间依赖Ca2+结合。C1由一个C1q和C1r和C1s各两个组成。它们之间依赖Ca2+结合。

14. C1q为六聚体，呈球形，其每一亚单位的头部是C1q与Ig结合的部位。C1r和C1s与C1q相连。当两个以上的C1q头部被免疫复合物中IgM或IgG Fc段结合固定后，C1q六个亚单位的构象即发生改变，导致C1r被裂解，所形成的小片段即为激活的C1r，它可裂解C1s成为两个片段，其中小分子片段也具有蛋白酶活性，它依次裂解C4与C2。

15. 必须能和C1q结合（抗体，核酸，线粒体膜，某些病毒，细菌和多糖）的物质才能激活经典途径，其中最主要的是抗体（免疫复合物）。只有Ig分子与抗原结合，Ig分子Fc区的构相发生改变，IgM的CH3区及IgG1、IgG2、IgG3的CH2中的C1q 结合位点才暴露。因此，C1q不能与游离的抗体结合。 • 与C1q结合的抗体必须提供两个以上的结合位点才能使C1q活化。由于IgM分子为五聚体，含五个Fc段，故单个IgM分子即可结合C1q。但IgG是单体，需要两个或两个以上IgG分子凝聚后，才能与C1q结合。

17. 经典途径的活化阶段

18. C1s作用于C4，所产生的小片段C4a释放入液相，大片段的C4b可与胞膜或抗原-抗体复合物结合。在Mg2+存在情况下，C2可与附着有C4b的细胞表面结合，继而被C1s裂解，所产生的小片段C2a被释放入液相，而大片段C2b可与C4b形成C4b2b复合物，后者即经典途径的C3转化酶。C1s作用于C4，所产生的小片段C4a释放入液相，大片段的C4b可与胞膜或抗原-抗体复合物结合。在Mg2+存在情况下，C2可与附着有C4b的细胞表面结合，继而被C1s裂解，所产生的小片段C2a被释放入液相，而大片段C2b可与C4b形成C4b2b复合物，后者即经典途径的C3转化酶。 • C4b2b中的C4b可与C3结合，C2b可水解C3，所产生的小片段与水分子作用，不再参与补体级联反应；10%左右的C3b分子可与细胞表面的C4b2b结合，形成C4b2b3b复合物，后者即经典途径的C5转化酶。

19. 补体片段如何结合于细胞膜 thioester bond（硫脂键） hydroxyl or amino group

21. 二、甘露聚糖结合凝集素激活途径（MBLectin pathway） MBL→MASP→C4→C2→C3→C5→C6→C7→C8→C9 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段 Mannose-binding lectin, MBL-associated serine protease

22. MBL是C型凝集素,存在于血清中，其作用像模式识别分子，识别和结合微生物表面多种碳水化合物，激活补体系统。MBL是C型凝集素,存在于血清中，其作用像模式识别分子，识别和结合微生物表面多种碳水化合物，激活补体系统。 新近在血清中又发现了另一种lectin（ficolin，在人有L-ficolin、H-ficolin与M-ficolin，在小鼠有ficolin-A），有激活补体作用。

23. MBL在正常血清中的水平低，在急性相反应时，其水平明显升高，MBL是1种急性相蛋白。急性相反应发生在病原体感染早期，巨噬细胞和中性粒细胞产生TNF-、IL-1和IL-6，诱导肝细胞合成与分泌MBL、C反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白等急性相蛋白。MBL在正常血清中的水平低，在急性相反应时，其水平明显升高，MBL是1种急性相蛋白。急性相反应发生在病原体感染早期，巨噬细胞和中性粒细胞产生TNF-、IL-1和IL-6，诱导肝细胞合成与分泌MBL、C反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白等急性相蛋白。 MBL与C1q并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子结构类似。 MBL的结构示意图

24. MBL首先与细菌的甘露糖残基结合，然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)。 MASP-2能切割C2和C4，MASP-1能直接切割C3。MASP-3的功能不清，可能竞争性地与MBL结合，对补体MBL途径起抑制作用。

25. MASP1/3和MASP2/sMAP的基因结构 MASP 在血循环中以单链存在，与微生物结合的MBL-MASP复合物中的MBL发生构象改变，激活MASP，MASP被切断成重链和轻链，两者由二硫键相联。

27. 三、补体旁路激活途径 （alternative pathway）

28. 早期旁路途径

29. 某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4以及其他哺乳动物细胞，均可不通过C1q的活化，而直接“激活”旁路途径。上述成分实际上是提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。这种激活方式可不依赖于特异性抗体的形成，从而在感染早期为机体提供有效的防御机制。某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4以及其他哺乳动物细胞，均可不通过C1q的活化，而直接“激活”旁路途径。上述成分实际上是提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。这种激活方式可不依赖于特异性抗体的形成，从而在感染早期为机体提供有效的防御机制。

30. C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中或自发产生的C3b可与B因子结合；血清中D因子继而将结合状态的B因子裂解成小片段Ba和大片段Bb。Ba释放入液相，Bb仍附着于C3b，所形成的C3bBb复合物即是旁路途径的C3转化酶，其中Bb片段具有蛋白酶活性，可裂解C3。C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中或自发产生的C3b可与B因子结合；血清中D因子继而将结合状态的B因子裂解成小片段Ba和大片段Bb。Ba释放入液相，Bb仍附着于C3b，所形成的C3bBb复合物即是旁路途径的C3转化酶，其中Bb片段具有蛋白酶活性，可裂解C3。

31. 旁路途径C3转化酶水解C3生成C3a和C3b，后者沉积在颗粒表面并与C3bBb结合形成C3bBb3b，该复合物即为旁路途径的C5转化酶，其功能与经典途径的C5转化酶C4b2b3b类似，能够裂解C5，引起相同的末端效应。旁路途径C3转化酶水解C3生成C3a和C3b，后者沉积在颗粒表面并与C3bBb结合形成C3bBb3b，该复合物即为旁路途径的C5转化酶，其功能与经典途径的C5转化酶C4b2b3b类似，能够裂解C5，引起相同的末端效应。

32. 补体激活中备解素的2个作用 C3bBb极不稳定，可被迅速降解。血清中的备解素可与C3bBb，并使之稳定。

35. 旁路途径的激活与调节具有两个重要的特点 1.旁路途径是补体系统的重要放大机制,产生的C3b分子再参与旁路激活途径，形成更多的C3转化酶。 2.旁路途径可以识别自己与非己 正常情况下，体内不断产生低水平的C3b，少数C3b可结合于颗粒表面。若沉积于自身细胞表面，C3b可被调节蛋白(如衰弱变加速因子)灭活，并中止级联反应。反之，若与缺乏调节蛋白的微生物表面结合，则C3b可与B因子形成稳定的C3bB，进而形成具有酶活性的C3bBb。

36. 四、补体激活的共同末端效应

37. MAC（membrane attack complex)的形成

38. 附着于胞膜表面C5b~8复合物，可与10~16(12~19)个C9分子联结成C5b~9, 即MAC.电镜下可见这种C9多聚体的特征性结构，为中空的多聚C9（poly-C9）插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为1０nm的小孔。

40. 第三节 补体活化的调控

41. 调控的意义 • 防止补体过度消耗 • 确保酶促反应发生在靶细胞表面, 避免过量的生物活性物质引起的炎症反应,使自身组织或细胞不受损伤

42. 调控方式 • 活化成分的衰变 • 灭活物质的调节 • 对自身细胞的保护

43. 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37ºC为5分钟 C5b半衰期在37ºC为2.3分钟 C567半衰期0.1秒 C5a, C3a, C4a可以被羧肽酶裂解

44. 补体调节因子的作用 • 经典途径的调节

45. a. C1抑制物（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失去酶介正常底物的能力。其次， C1INH还可有效地将与IC结合的C1大分子解聚，并可明显缩短C1的半衰期。 b. 抑制经典途径C3转化酶的形成 a) C4结合蛋白（ C4binding protein, C4bp）与补体受体1（complement receptor 1,CR1) ：C4bp是可溶性蛋白，CR1属膜蛋白，二者均可与C4b结合，并完全抑制C4b与C2结合，从而防止经典途径C3转化酶即C4b2b的组装，并加速其分解。此外，C4b和CR1还可作为辅助因子，促进I因子对C4b的蛋白水解作用。

46. b) I因子:I因子具有丝氨酸蛋白酶的活性，可将C4b裂解为C4c和C4d。前者释放入液相，后者仍结合在细胞表面，但无C3转化酶活性。I因子亦降解C3b。 c) 膜辅助蛋白（membrane cofactor protein, MCP）: MCP表达于白细胞、上皮细胞和成纤维细胞表面，可作为辅助因子，促进I因子介导的C4b裂解，但并不直接促进C4b2b分解。 d) 衰变加速因子（decay-accelerating factor, DAF）:DAF（即CD55）表达于所有外周血细胞、内皮细胞和各种黏膜上皮细胞表面，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。

47. 2. 旁路途径的调节

48. 抑制旁路途径C3转化酶的组装和形成：H因子可与B因子或Bb因子竞争结合C3b，进而使C3b被I因子酶解失活。此外，CR1和DAF也可竞争性抑制B因子与C3b结合。I因子可将C3b水解为无活性的iC3b；H因子、CR1和MCP均可作为辅助因子，促进I因子裂解C3b的作用；MCP和CR1还可增强膜C3b与H因子的亲和力。抑制旁路途径C3转化酶的组装和形成：H因子可与B因子或Bb因子竞争结合C3b，进而使C3b被I因子酶解失活。此外，CR1和DAF也可竞争性抑制B因子与C3b结合。I因子可将C3b水解为无活性的iC3b；H因子、CR1和MCP均可作为辅助因子，促进I因子裂解C3b的作用；MCP和CR1还可增强膜C3b与H因子的亲和力。 • 促进已形成的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。 • 对旁路途径的正性调节作用：备解索(properdin, P因子)与C3bBb结合后发生构象改变，可使C3bBb半寿期延长10倍，从而加强C3转化酶裂解C3的作用。

49. 3. 膜攻击复合物形成的调节 • CD59阻碍C7、C8与C5b6复合物结合，从而抑制MAC形成 • 同源限制因子(homologous restriction factor, HRF)也称为C8结合蛋白(C8-binding protein):可干扰C9与C8结合。