医学免疫学教学课件汇编-4补体-by那个完全没重点的老师.ppt

1、1,补 体,complement,2014年11月15日,2,补体的发现The Discovery of Complement,18841889年间，Grohmann，Bordet，Ehrlich，Buchner等发现，血浆和新鲜血清具有溶菌功能；相应的血清成分命名为杀菌素/防御素（alexin）； 18951898年间，Bordet （比利时）发现，将免疫血清加热到55 30min，其溶菌功能消失；若加入新鲜非免疫血清可恢复其溶菌活性。 热稳定性的因子+热敏感的杀菌素,3,鉴于杀菌素（对热敏感）在免疫性溶菌中的“补充”作用，1899年，Ehrlich（德国）将其命名为Complement（补

2、体） 热稳定性物质：实际上为抗体,4,Bordet陆续建立了补体研究的相关实验体系,成为补体研究的开拓者，1919年获诺贝尔医学或生理学奖,5,免疫性溶血系统EAC,EAC ( Erythrocyte， Antibody， Complement ) 补体功能研究的经典实验系统,sheep erythrocytes,Ab,Complement complex,6,早期研究,补体的成分（是否单一） 补体的溶菌、溶细胞作用依赖抗体的存在 是否任何抗原抗体复合物可以激活补体 补体发现顺序：C1、C2、C3、C4,C1,C4,C2,C3,7,补体为一组具有酶促反应活性的血清糖蛋白, 在机体免疫系统中担负

3、抗感染和免疫调节作用, 并参与免疫病理反应。 一般情况下，血浆中多数补体以无活性酶原形式存在，须经激活后才能发挥生物学功能。 多种微生物成分、抗原-抗体复合物以及其他外源或内源性物质通过独立而又交叉的途径启动一系列丝氨酸蛋白酶的级联酶解反应而活化补体。 补体活化的产物具有调理吞噬、溶解细胞、介导炎症、调节免疫应答和清除免疫复合物等生物学功能。补体是固有免疫防御体系的重要组分，也是抗体发挥免疫效应的重要机制，并参与适应性免疫应答及其调节。,8,补体系统的组成 components of the complement system,补体的固有成分 C1q, r, s, C4,C2,C3, B、D、

4、P因子, MBL（甘露聚糖结合凝集素）、MBL相关丝氨酸蛋白酶（MBL-Associated Serum Proteinase，MASP) 共有成分：C5,C6,C7,C8,C9 补体活化的调节成分 血浆或细胞膜表面控制补体活化强度和范围的蛋白分子 补体受体（complement receptor,CR) 细胞膜表面能与补体激活后所形成的活性片段相结合、介导多种生物效应的受体分子 活化过程中产生的活性片段,9,补体固有成分的书写规范,多数按发现的顺序命名为C1C9（补体成分19）,其他成分以大写英文字母表示，如B因子、D因子、P因子等 活化后的裂解小片段： 补体成分符号后面加上小写英文字母如C

5、3a,C3b等 小片段为a 大片段为b 被灭活的补体片段在其符号前加i iC3b,10,补体的理化性质,补体系统各成分均为糖蛋白，但有不同的肽链结构，各成分分子量变动范围很大 血清补体蛋白约占血清总蛋白的5%6%，含量相对稳定，疾病条件下可有波动；C3是血浆中浓度最高的补体成分 某些成分对热不稳定，56 30min可灭活；室温下很快失活；010 活性仅保存34天；应-20 保存 代谢速度快，血浆补体每天约有一半被更新,11,合成,肝细胞,单核、巨噬细胞,内皮细胞,肠道上皮细胞,肾小球细胞，等,血液,肝脏,代谢,（广泛存在血清、组织液和细胞膜表面）,肝脏和巨噬细胞是补体的主要产生细胞： 血浆中大

6、部分补体组分由肝脏分泌； 不同组织中，尤其炎症灶中，巨噬细胞是补体的主要来源，可受炎性细胞因子的调节。,12,补体的活化途径,1、经典途径（classical pathway）: C1(q、r、s),C4,C2,C3,C5,C6,C7,C8,C9 2、旁路途径（alternative pathway）: C3, B、D、P因子, C5C9 3、MBL途径（MBL pathway/凝集素途径）： MBL(Mannose-Binding Lectin) MASP（MBL-Associated Serum Proteinase) C4,C2,C3,C5C9,共 同 的 终 末 途 径,13,经典途径

7、（classical pathway）,指激活物与C1q结合，顺序活化C1r，C1s，C4，C2，C3，形成C3转化酶(C4b2b)和C5转化酶(C4b2b3b)的级联酶促反应过程。,识别阶段,活化阶段,膜攻击阶段,14,激活物：免疫复合物为主，其他如C反应蛋白、细菌脂多糖（LPS），等也可以作为激活物 激活条件：IgG1, IgG2, IgG3, IgM与C1结 合,需要2个IgG 或1个IgM分子,人类不同抗体活化C1q的能力： IgMIgG3IgG1IgG2；IgG4无激活经典途径的能力,15,C1由一个C1q、两个C1r 和两个C1s分子借助钙离子连接而成的多聚体复合物 C1q：识别作

8、用；C1r,C1s：催化作用 C1q分子与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，使与之结合的C1r活化，活化的C1r激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性，启动补体活化的经典途径,16,C-terminal globular head domains,N-terminal collagenous tail domain,C1q由18条多肽链组成 6条A链 6条B链 6条C链 C1QA，C1QB，C1QC C1q识别Ig分子的补体结合位点 IgG：CH2 IgM：CH3 识别抗原后，Ig的补体结合位点暴露，与C1q结合 一个IgM五聚体便可以激活补体； 单体形式IgG只有当2个或以上分子处理相邻 位置方

9、能激活补体 C1q与抗体结合后构像变化，暴露C1r的蛋白水解酶部位， 催化C1s由酶原转变为C4/C2转化酶，补体级联反应由此进入活化阶段。,collagen-like region,C-terminal globular region,C1q识别抗原抗体复合物,17,18,19,活化阶段,活化的C1s的第一个底物为C4，将其裂解为C4a和C4b，后者结合紧邻IC结合处的细胞或颗粒表面 活化的C1s的第二个底物为C2，将其裂解为C2a和C2b。C2b可结合C4b形成C4b2b复合物，即经典途径中的C3转化酶（C4b2b） C4b2b能够在短时间内迅速裂解C3，C3b进一步与C4b2b结合，形成

10、C5转化酶（C4b2b3b），由此补体级联反应由此进入膜攻击阶段 C4a,C2a,C3a释放到液相 C3b还可以进一步裂解为C3c,C3d,C3dg,等小片段；C3d可参与适应性免疫应答,20,21,C5转化酶将C5裂解为C5a和C5b C5b与C6稳定结合为C5b6，其进一步自发结合C7形成C5b67，暴露膜结合位点，与附近的细胞膜非特异性结合。 结合于膜上的C5b67可与C8结合，形成C5b678，其促进多个C9分子聚合，形成C5b6789n复合物，即攻膜复合物（membrane attack complex,MAC） MAC破坏局部磷脂双层而形成“渗漏斑”或穿膜的亲水性孔道，允许水、离子

11、、可溶性小分子等自由流动。由于细胞内胶体渗透压比细胞外大，故大量水分内流，细胞逐渐肿胀并最终破裂。,22,又称替代激活途径，其不依赖于抗体，而由微生物或外源性异物直接激活C3，在B因子、D因子和P因子（备解素）参与下，形成C3转化酶和C5转化酶，启动联级酶促反应的过程 进化上最早出现，为抵御微生物感染的非特异性防线 在感染早期发挥作用（无需要抗体的参与，或未免疫宿主）,旁路途径（alternative pathway，AP）,23,激活物 某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡聚糖等，为补体激活级联反应提供接触表面和保护环境 此途径从C3开始,24,基本过程,起始于生理状态下C3分子的自发、缓慢而持久

12、的裂解，产生低水平的C3b，其在液相中极易失活，但结合于细菌、酵母多糖等固相表面时能避免淬灭，从而补体级联反应提供了必要的平台。结合自身组织表面的C3b可被多种调节蛋白灭活。 结合于“激活物”表面的C3b可与B因子(complement factor B，CFB)结合，形成C3bB复合物；其在D因子(CFD)作用下，B因子裂解为Ba和Bb，后者仍与C3b结合，形成旁路途径的C3转化酶(C3bBb)，但其半衰期短。 P因子(CFP，备解素)与C3bBb结合，使之稳定性提高10倍， C3bBbP裂解更多的C3，部分新生的C3b又可与Bb结合为新的C3bBb，形成旁路激活途径的正反馈放大效应。,25

13、,C3,C3b,C3a,C3b,C3b,C3b,B,B,Bb,Ba,D,P,Bb,P,C3b为中心的正反馈环路,产生大量的 C3b C3bBb C3bnBb,C3转化酶,C3转化酶 （高活性）,26,旁路途径的C5转化酶,C3b,C3bBb大量产生 部分C3b可与C3bBb复合物结合，形成旁路途径的C5转化酶（C3bnBb或C3bBb3b） C5 与C3b结合，在C3bnBb作用下，将C5裂解为C5a和C5b，从而启动补体活化的效应阶段（与经典途径完全相同）,27,天然活化，LPS等多糖类物质可促进其活化 存在C3活化的放大机制（正反馈调节环路） 产生C3转化酶和C5转化酶 C1, C4 和C

14、2不参与 不依赖抗体，发挥效应快速，在感染早期或初次感染便可发挥作用 旁路途径是补体系统重要的放大机制,（C3转化酶，稳定性）,（C5转化酶）,（C3转化酶）,旁路途径的特点,28,凝集素途径 （lectin pathway）,又称MBL途径（MBL pathway），指血浆中甘露糖结合凝集素或纤维胶原素（ficolin,FCN）等直接识别病原体表面糖结构，依次活化MBL相关丝氨酸蛋白酶（MASP），C4、C2、C3，形成与经典途径中相同的C3和C5转化酶的级联酶促反应过程。 MBL(Mannose-Binding Lectin)：甘露聚糖结合凝集素，又称甘露聚糖结合蛋白(mannose-bi

15、nding protein or mannan- binding protein, MBP)，可识别和结合病原微生物表面的甘露糖或氨基半乳糖。,29,激活物 病原体表面的糖结构。 MBL和FCN可选择性识别多种病原体表面以甘露糖、甘露糖胺等为末端糖基的糖结构。 这些糖结构在细菌、真菌及寄生虫细胞表面常见，而在哺乳动物细胞罕见。,30,MBL分子结构,MBL/MBP立体构像类似C1q分子,C1q,31,Ficolin：FCN，包括FCN1，FCN2，FCN3 FCN1单核等细胞表面 FCN2、3：体液 FCN的配体是乙酰化物质如乙酰化糖，识别表达葡糖胺、半乳糖胺等糖基的病原体。,32,MASP（

16、MBL相关丝氨酸蛋白酶），特性与C1r，C1s相似,1990年：MBL激活经典途径无需C1q和抗体参与 1992年鉴定第一个MASP（MASP-1）；1996年MASP-2,33,基本过程,MBL-MASP或FCN-MASP复合物与病原体表面的糖结构结合后，MBL或FCN构像发生变化，使与之结合的MASP-1和MASP-2被分别激活 MASP-2裂解C4，C2，生成经典途径相同的C3转化酶，继之裂解C3产生C5转化酶 活化的MASP-1直接裂解C3产生C3b，在D因子、P因子参与下，激活补体旁路途径,34,MBL途径起始于病原微生物感染早期所诱生的急性期蛋白，如MBL/MBP，CRP，具有激活

17、补体的作用 正常血清：MBL水平极低 感染：MBL水平明显升高 MBL能与血清中的MASP结合，调控其活性,MASP（MBL-Associated Serum Proteinase)： MBL相关的丝氨酸蛋白酶,35,C4,C2,MASP1,MASP2,C3转化酶形成的参与成分：,MBL途径：,病原微生物,C3,MASP（MBL-Associated Serum Proteinase)： MBL相关的丝氨酸蛋白酶,36,37,Anaphylatoxin: 过敏毒素，指补体裂解小片段C3a、C4a和C5a，它们具有趋化炎症细胞和加强炎症反应的功能，C5a的活性最强， C3a次之，C4a较弱。,3

18、8,效应分子-MAC（membrane attack complex） C5转化酶：C4b2b3b或C3bnBb,共同的终末途径,39,40,41,三条途径的比较,抗原-抗体复合物,病原体表面甘露糖残基,病原体表面多糖,经典途径,MBL途径,旁路途径,C1qrs C4,C2,MBL,MASP C4,C2,B因子、D因子 P因子,C3,C5,MAC组装,C6,C7,C8,C9,42,三条补体途径的特点,进化中出现的顺序：旁路途径、MBL途径、经典途径 相互交叉，具有共同的终末通路 经典途径：激活物主要由IgG或IgM结合膜型抗原或游离抗原所形成的免疫复合物（IC），C1q识别IC是该途径的起始步

19、骤；C3和C5转化酶为C4b2b，C4b2b3b；启动依赖特异性抗体的产生，故在感染的后期（或恢复期）才能发挥作用，并参与抵御相同病原体再次感染机体。 旁路途径：激活物为细菌、真菌或病毒感染的细胞等，为自发产生的C3b提供反应表面； C3和C5转化酶为C3bBb，C3bBb3b；存在正反馈方法环；无需抗体存在，故在抗体产生之前的感染早期或初次感染即可发挥作用。 凝集素途径：激活物非常广泛，主要是多种微生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖，由MBL或FCN等识别；除了识别机制与经典途径不同，后继过程基本相同；对旁路和经典途径具有交叉促进作用；无需抗体参与，故在抗体产生之前的感染早期或初次感染即可发挥作

20、用。,43,补体激活的调节,1. 控制补体活化的启动 2. 补体活性片段自发性衰变 C4b, C3b, C5b, C4b2b, C3bBb等 3. 血浆和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白 可溶性的补体调节蛋白: C1抑制物(C1INH),H因子,I因子,C4结合蛋白(C4bp),S蛋白(SP)等； 膜表面补体调节蛋白: 补体受体1(CR1),衰变加速因子(CD55/DAF),膜辅蛋白(CD46/MCP),CD59等。,注：P因子起正调节作用,44,C1抑制物（C1INH）,正常情况下，C1INH与C1r结合着，可防止由C1构象改变引起的自发活化; IC与C1q结合，C1INH的抑制作用即被解除，

21、C1r构象改变而活化，继而启动后继酶促反应。,抑制活化状态的的C1r、C1s和MASP活性，使其丧失酶解能力,阻断C4b2b形成,45,angioedema 血管神经性水肿,46,I因子(factor I)将游离的C3b或C4b裂解，从而抑制C3、C5转化酶的形成；膜型补体调节蛋白MCP/CD46及CR1可辅助I因子，加速其裂解作用,MCP： Membrane cofactor protein，膜辅助蛋白： 辅助I因子灭活C3b、C4b。,I因子,47,H因子,H因子是旁路途径的主要抑制因子，抑制旁路途径的C3转化酶(C3bBb)及C5转化酶（C3bnBb或C3bBb3b）的形成与活性 H因子

22、与C3b的亲和力是B因子的100倍以上，抑制C3bBb的形成；H因子与C3b的结合可以竞争性抑制C3b同C5的结合,48,DAF：decay accelerating factor，促衰变因子，分布于机体大部分细胞； DAF缺陷导致阵发性血红蛋白尿（paroxysmal nocturnal hemoglobulinuria, PNH）,CR1及CD55（DAF） 与C2竞争结合C4b、C3b，抑制膜结合状态C3转化酶的形成,49,CD59和S蛋白：抑制MAC形成,50,同源限制（homologous restriction）:当靶细胞与补体来源于同一种属时，补体的溶细胞效应受到限制的现象。,5

23、1,补体受体,共价结合于细胞表面的C3裂解片段的受体：CR1、CR2、CR3、CR4 可溶性C3a、C4a、C5a片段受体：介导炎症反应,52,C3转化酶,I因子,I因子+CR1,血浆蛋白酶,53,54,CR1（C3b/C4bR）：CR1表达于红细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、T细胞、B细胞、 DC表面 抑制补体激活：与C3b、C4b结合抑制C3转化酶形成 调理作用：促进吞噬细胞吞噬异物 清除免疫复合物 CR2（C3dR，CD21）：CR2表达于B细胞、DC、鼻咽部上皮细胞表面 免疫调节：促进B细胞分化、增生、记忆和抗体产生 是EB病毒的受体 CR3（iC3bR、CD11b/CD18

24、） 中性粒细胞、单核-巨噬细胞 肥大细胞、 NK细胞表面 参与细胞之间的黏附作用 白细胞从血管向炎症部位的迁移 CR4（iC3bR、CD11c/CD18） 其分布和功能与CR3相似,55,56,补体基因座 Gene locus of Complement,1、 补体活化调节蛋白基因座 (Regulator of Complement Activation Locus) 位于人或小鼠第1对染色体上，包括MCP、CR1、CR2、DAF、C4bp、H因子等。,MCP CR1 CR2 DAF C4bp H因子,Chr1,720kb,57,2、MHC III类抗原 C4、C2、B因子,DP DQ DR

25、C2 Bf C4A C4B B C A,HLA II类 HLA III类 HLA I 类,58,补体的生物学功能,细胞毒作用：溶细胞、细菌和病毒 complement-dependent cytotoxicity，CDC 调理作用(opsonization)：C3b、C4b、iC3b 免疫粘附作用（ 以清除免疫复合物） 引起炎症反应：C3a、C4a、C5a 免疫调节作用（调节免疫应答）,59,CDC,参与宿主抗细菌（主要是G-细菌），抗病毒及抗寄生虫等防御机制；参与机体的抗肿瘤免疫效应机制；某些病理情况下引起机体自身细胞破坏，导致组织损伤与疾病，如血型不符输血后的溶血反应以及自身免疫病。,60

26、,调理吞噬作用,补体活化产生的酶解片段直接结合细菌或其他颗粒性物质表面，通过吞噬细胞表面相应的补体受体结合而促进吞噬细胞对其吞噬作用。 调理吞噬是机体抵御细菌和真菌感染的重要机制之一。,61,62,免疫粘附作用,C3b与免疫复合物（IC）结合，同时黏附于CR1+红细胞、血小板，从而将IC运送到肝脏和脾脏被巨噬细胞吞噬、清除，此作用即免疫黏附（immune adherence）。,63,介导炎症作用,组胺,产生氧自由基、前列腺素和花生四烯酸等,64,补体的病理生理学意义,机体抗感染防御的主要机制：参与固有免疫防御；适应性免疫应答效应阶段；是固有免疫与适应性免疫的桥梁 维持维持内环境的稳定：如清除免疫复合物 参与适应性免疫应答：如调理吞噬促进APC摄取和加工抗原，启动适应性免疫应答；与抗原结合的C3d与B细胞表面CD21/CD19/CD81复合物中CD21/CR2交联，形成BCR-抗原-CD3d-CR2复合物，为B细胞的活化提供第一信号；等。 补体系统与其他系统的相互作用：如C1INH可抑制激肽释放酶、血浆纤溶酶、凝血因子VI