《医学免疫学教学课件》第四讲补体系统教学课件

1、第四讲 补体系统(Complement system)第五章 补体系统第1页，共69页。内容提要补体系统概述补体系统的激活补体活化的调控补体受体补体的生物学意义补体与疾病的关系（自学）第2页，共69页。第一节 补体概述Jules Bordet (1870-1961)Discoverer of Complement：1894年 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56 30min 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）。Complement：the activity of blood seru

2、m that completes the action of antibody.第3页，共69页。补体（complement，C）：由30余种广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面蛋白质组成、具有精密调控机制的蛋白质反应系统，其活化过程表现为一系列丝氨酸蛋白酶的级联酶解反应。活化后具有参与免疫防御、放大免疫效应、调节免疫应答、介导炎症反应等多方面的功能。 补体在机体的免疫系统中担负抗感染和免疫调节作用, 并参与免疫病理反应。补体是固有免疫（Innate immunity）的重要组成部分。第4页，共69页。补体系统的组成补体的固有成分C1 (C1q, C1r, C1s), C2, C3, C4, C

3、5, C6, C7, C8, C9, B factor, D factor, P factor, MBL, MASP.调节蛋白备解素（P因子）、C1抑制物、I因子、 H因子、C4结合蛋白等；促衰变因子（DAF）、膜辅助蛋白（MCP）、同种限制因子（HRF）等。补体受体CR1-CR5、C3aR、 C5aR 、C2aR、C4aR等。第5页，共69页。补体的命名C1C9B、D、P、H因子C3(C3a、C3b)、 C4(C4a、C4b)、C2(C2b、C2a)、 C4b2aC1 、 C3bBb（酶活性）、iC3b （灭活） 。第6页，共69页。补体的生物合成及理化性质主要由肝细胞、巨噬细胞产生；血清中

4、含量相对稳定，C3最高，D因子最低，感染时大量升高；对热敏感，56 30分钟可灭活；多种理化因素如射线、机械振荡、酒精、胆汁和某些添加剂等均可破坏补体。第7页，共69页。第二节 补体的激活第8页，共69页。补体系统各成分通常以非活性状态存在于血浆中(D因子特殊)，在活化物作用下，补体发生复杂的级联反应，表现出生物学活性，此为补体激活。补体激活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膜攻击复合体（membrane attack complex，MAC），同时产生具有生物学活性的水解片段。第9页，共69页。激活途径 经典途径（classical pathway）凝集素途径（lecti

5、n pathway）旁路途径（alternative pathway）补体活化的共同末端效应（膜攻击阶段）第10页，共69页。补体激活的途径及主要效应第11页，共69页。一、补体激活的经典途径参与成分 C1-C9激活物及激活条件免疫复合物是经典激活途径的主要激活物质。游离或可溶性抗体单独不能活化经典途径激活补体。C1q仅与IgM的CH3区或IgG的CH2结合才能活化；每一个C1q必须同时与两个以上Ig的Fc段结合才能被激活。IgG需2个以上的分子；血清IgM是五聚体，因此IgM激活补体能力比IgG强。第12页，共69页。C1分子的结构与活化示意图第13页，共69页。Ca+C1rC1sC1q C

6、4C4abClassical Pathway Generation of C3-convertase 第14页，共69页。Classical Pathway Generation of C3-convertase C4bMg+C4aCa+C1rC1sC1q C2C2ba C2aC4b2a is C3 convertase第15页，共69页。Classical Pathway Generation of C5-convertaseC4bMg+C4aCa+C1rC1sC1q C2bC2aC3 C3abC4b2a3b is C5 convertase; it leads into the Membr

7、ane Attack Pathway第16页，共69页。补体经典激活途径第17页，共69页。(IgG,IgM)激活条件：游离或可溶性抗体不能活化补体经典途径，必须免疫复合物。每一个C1q必须同时与两个或以上Ig的Fc段结合才能被激活；IgG需2个以上的分子。第18页，共69页。二、凝集素途径（lectin pathway）参与的成分 MBL或 ficolin，MASP-1, MASP-2 ，C2-C9甘露糖结合凝集素（mannan-binding lectin，MBL）: 感染的肝细胞合成分泌的一种急性期蛋白，其结构与C1q类似，可结合甘露糖残基。纤维胶原素（Focolin，FCN）：结构与C

8、1q类似，能识别病原微生物表面多种糖结构。MBL相关的丝氨酸蛋白酶1，2(MBL-associated serine protease-1,2，MASP1,2)：一旦MBL与甘露糖残基结合， MASP1,2即可被活化，其与C1r和C1s结构类似。第19页，共69页。C1MBL, MASP1,2MBL与FCN的结构示意图MBL与FCN可识别多种病原微生物表面以甘露糖、甘露糖胺、葡糖胺、岩藻糖等为末端糖基的糖结构。第20页，共69页。C4MBL/FCNC4bC4aC4bC2C2bC2aC2aC4b2a is C3 convertase;it will lead to the generation

9、of C5 convertaseMASP1MASP2Generation of C3-convertase第21页，共69页。Generation of C5-convertaseC4bMg+C4aC2bC2aC3 C3abC4b2a3b is C5 convertase; it leads into the Membrane Attack PathwayMBL/FCNMASP1MASP2第22页，共69页。MBL/FCNFCN 纤维胶原素补体激活的凝集素途径第23页，共69页。三、旁路途径（alternative pathway）不经C1、C4、C2，由C3、C5-9、B因子、D因子、P因子

10、参与的补体激活过程。C3BDP第24页，共69页。激活物质 细菌内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝集的IgA和IgG4等，主要激活物为病原微生物的膜表面。旁路途径是补体系统重要的放大机制。旁路途径可识别自己和非己，作为固有免疫效应分子发挥效应。不依赖于抗体的形成，在早期抗感染免疫中具有重要意义。第25页，共69页。C3 自发性活化C3aC3bBThis C3b/C3(H2O) molecule has a very short half life第26页，共69页。 C3b C3b iC3biC3bII自发产生的 C3b 很快被降解 第27页，共69页。识别自己与非己C3bC3(H2O)C3(H2O

11、)第28页，共69页。BDbC3bC3-activationC3C3ab第29页，共69页。C3aBDBbC3bC3bC3-activationthe amplification loopC3bC3abGeneration of C3 convertase第30页，共69页。C3aC3aBbC3bC3bC3BbBDbbC3aC3-activationthe amplification loopC3bC3bnBbC5 convertase第31页，共69页。C3b stabilization andC5 activationC3bC3b finds an activator (protector

12、) membraneC3C3abC5bC5aBDbPThis leads to membrane attack pathway第32页，共69页。活化膜自身细胞膜I因子iC3b第33页，共69页。四、补体活化的共同末端效应膜攻击阶段第34页，共69页。Lytic pathwayC5-activationC3b C2aC4bC5bC5a 第35页，共69页。Lytic pathwayassembly of the lytic complexC5b C6C7第36页，共69页。Lytic pathway:insertion of lytic complex into cell membraneC5

13、b C6C7C8 C9C9C9C9C9C9C9C9C9膜攻击复合体MAC: membrane attack complex第37页，共69页。膜攻击阶段第38页，共69页。放大环路活化膜凝集素途径MBL/FCN第39页，共69页。 The difference of the three pathwayspathwaysClassical pathwayAlternative pathwayLectin pathwayActivator ICVarious cell-surface constituentsMannoseParticipating componentsC1-C9C3, C5-C9

14、, B, D, PMBL/FCN, MASP, C2-C9 Initiating pathwayC1C3MBL/FCN, MASP-1, MASP-2(similar with C1)C3 convertaseC4b2aC3bBbC4b2aC5 convertaseC4b2a3bC3bBb3bC4b2a3b第40页，共69页。第三节 补体活化的调控补体的自身调控 补体激活过程中产生的某些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。 补体调节因子的作用补体激活的放大效应第41页，共69页。补体调节因子的作用经典途径和MBL途径（I、CR1、MCP、DAF、C1INH、C4bp）旁路途径 （I、

15、H、CR1、MCP、DAF、P）末端通路 （HRF、CD59、S蛋白、SP40/40）第42页，共69页。1C1抑制物(C1 inhibitor, C1INH) 与活化的C1q、C1r结合成稳定的复合物灭活C1r、C1s。2C4结合蛋白(C4 binding protein, C4bp) 竞争性抑制C4b与C2结合阻止C3转化酶形成。3I因子 具有丝氨酸蛋白酶活性裂解C4b、C3b。4膜辅助蛋白(membrane cofactor protein, MCP) 促进I因子裂解C4b、C3b 干扰C4b2a和C3bBb形成。第43页，共69页。5衰变加速因子（decay-accelerating

16、factor, DAF） * 抑制C4b2a形成； * 干扰C3bBb形成（B与C3b结合；C3bBb解离）。6H因子 与B或Bb竞争结合C3b 促使C3b被I因子酶解失活。7备解素（properdin, P因子） 与C3bBb结合 稳定其作用。8同源限制因子(homologous restriction factor，HRF) 即C8结合蛋白(C8-binding protein, C8bp) * 干扰C9与C8结合 抑制MAC形成。第44页，共69页。I 因子的作用 C3b C3b iC3biC3bII第45页，共69页。 C3b C3b iC3biC3bIIC3dgC3dgC3cC3cI

17、 因子的作用 第46页，共69页。DAF的作用C3bDAF 抑制 B因子结合 C3bB自身细胞膜DAFCR1第47页，共69页。DAF 将B 因子解离自C3bBbbC3b自身细胞膜DAFCR1BbDAF的作用第48页，共69页。C1InhC1qrs 解聚C1rC1sC1q C1rC1s 第49页，共69页。补体激活的放大效应旁路激活途径是补体系统重要的放大机制。经典与凝集素激活途径产生的C3b也能启动旁路激活途径。第50页，共69页。第四节 补体受体（complementreceptor，CR）CR1（CD35） CR2（CD21）CR3（CD11b） CR4（CD11c）CR5C5aR和C3

18、aR 第51页，共69页。CR1（CD35）CR1广泛分布于多种免疫细胞表面，血液中约85CR1表达于红细胞表面。其配体为C3b/C4b（高亲和力），iC3b/C3c（低亲和力）。CR1的主要免疫学功能：调理作用；调节补体活化：CR1可抑制经典或旁路途径的C3转化酶的形成，保护宿主细胞免受补体介导的损伤；清除免疫复合物：红细胞借助CR1与吸附C3b的免疫复合物结合，将它们转运至肝脏和脾脏，由该处的巨噬细胞清除。 第52页，共69页。CR2（CD21）CR2表达在B细胞、活化T细胞、鼻咽部上皮细胞和滤泡树突状细胞（FDC）表面，其配体是C3b、iC3b、C3dg等，也是EB病毒特异性受体。CR2

19、的主要免疫学功能： CR2也称为CD21，可与CD19和CD81在B细胞膜表面形成共受体(co-receptor)，从而参与B细胞的激活。滤泡状树突细胞（follicular DC,FDC）表面的CR2可参与记忆B细胞的维持。CR2是EB病毒特异性受体，是该病毒进入B细胞或其他CR2阳性细胞的门户，从而参与某些疾病的发生和发展。第53页，共69页。共受体/辅助受体（coreceptor）CD19、CD21（CR2）、CD81组成的复合物是B细胞活化的共受体，能降低B细胞活化的所需抗原的阈值，辅助B细胞的激活。第54页，共69页。 FDC表达CR1、CR2、CR3 结合Ag/Ab/C3b复合物

20、长期滞留在FDC表面 维持记忆性B细胞形成 FDC表达CR参与记忆B细胞的维持第55页，共69页。C5aR和C3aR C3aR和C5aR广泛表达于肥大细胞、嗜碱性粒细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞等表面。C3a和C5a通过与相应受体结合而活化肥大细胞、嗜碱性粒细胞等发挥过敏毒素的作用。 C3a和C5a通过与相应受体结合而活化中性粒细胞、单核巨噬细胞，发挥免疫功能。第56页，共69页。第五节 补体的生物学功能补体系统的功能可分为两大方面：补体在细胞表面激活并形成MAC，介导溶细胞效应；补体激活过程中产生不同的蛋白水解片段，从而介导各种生物学效应。第57页，共69页。补体的功能MAC(C5678(9

21、)n) : 溶菌、杀菌C3b,C4b: 调理吞噬清除免疫复合物和凋亡细胞炎症介质作用在抗感染防御机制中作为固有免疫和适应性性免疫间的桥梁补体系统与凝血和激肽系统的相互作用第58页，共69页。溶菌、杀菌效应补体系统通过经典途径、旁路途径或MBL途径被活化后，可在靶细胞上形成膜攻击复合物，导致靶细胞的溶解，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自稳作用，可以抵抗病原微生物的感染，消灭病变衰老的细胞。第59页，共69页。溶菌、杀菌作用第60页，共69页。调理作用（调理吞噬作用/促吞噬作用)在吞噬细胞表面有多种补体受体，如CR1，CR2，CR3等，结合了靶细胞或抗原的补体片段（C3b/C4b)可与吞噬细胞表面的补体受体特异结合，促进两者的接触，增强吞噬作用和胞内氧化作用，最终增强吞噬细胞的吞噬杀伤作用。因此补体与抗体都是调理素（opsonin）。第61页，共69页。调理作用（ opsonization）第62页，共69页。清除免疫复合物和凋亡细胞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RBC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。在生理条件下，机体经常产生大量凋亡细胞，这些细胞表面表达多种自身抗原，若不能及时并有效清除之，