医学免疫学教学课件：补体系统

NanjingUniversity补体系统NanjingUniversity前言●补体系统由30余种蛋白质分子构成，广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面，这些分子彼此相互作用，并被体内存在的精细二复杂的机制所调控。●补体系统不仅是机体发挥天然防御的重要效应机制，也是主要的体液免疫效应机制之一。●体内存在三条补体激活途径，即经典途径、旁路途径和凝集素途径。●补体系统也与多种疾病的发生和发展有关。NanjingUniversity第一节补体系统的组成和

理化性质●Bordet发现在新鲜免疫血清内加入效应细菌，可以将细菌溶解。如将免疫血清加热60℃30分钟则可丧失溶菌能力。●免疫血清中含有二种物质与溶菌有关，即对热稳定的组分－抗体和对热不稳定的组分。●由于这种成分是抗体实现溶菌（或细胞）作用的必要补充条件，故被称为补体（complement，C）。1894年Bordet发现补体NanjingUniversity一、早期补体的概念●补体为正常血清中的单一组分，它可被抗原与抗体形成的复合物所激活，产生溶菌和溶细胞现象。●单独的抗体或补体均不能引起细胞溶解现象。NanjingUniversity二、补体的新概念●补体并非单一分子，而是由30多种血清蛋白（可溶性蛋白和膜结合蛋白）组成的多分子系统，这些分子存在于人和脊椎动物血清和组织液中，活化后具有酶的活性和自我调节作用，故被称为补体系统。NanjingUniversity经典及MBL途径的前端反应成分C1、MASP、C4、C2、C3旁路途径的前端反应成分C3、B、D、P因子共同末端反应成分C5、C6、C7、C8、C9调节成分：C1-INH、C4bp、CD55、CD46、H因子、I因子、C8bp、CD59补体受体：CR1、CR2、CR3、CR4补体固有成分三、补体系统的组成NanjingUniversity四、补体命名的一般规律●补体的肽链结构用希腊字母表示，如C3

链和

链等；●经典途径的固有成分按发现的先后命名为C1、C2、C3→C9；●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；●酶解断片可用小写英文字母表示，如C3a和C3b；●具有酶活性分子可在其上画一横线表示；●灭活的补体片段在其符号前加英文字母i表示，如iCb。

NanjingUniversity

存在形式表示方法酶原形式C3、C4、C2

活化形式C4b2b、C4b2b3b

片段形式C3a、C5a、C4b、C5b

灭活形式iC3b、i

C2a补体的存在形式及其命名举例NanjingUniversity五、补体的理化性质●由肝细胞、巨噬细胞以及肠粘膜上皮细胞等多种细胞产生均为多糖蛋白，大多数电泳迁移率属α、γ球蛋白。●含量约占血清球蛋白总量的5-6%，其中C3含量最高达1.2g/L、D因子含量最低仅2mg/L。●固有成份间的分子量差异较大，其中C1q最大、D因子最小。●对热不稳定，56°C、30min即被灭活，0~10°C条件下活性只能保持3~4d。补体应保存在-20°C以下。●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。NanjingUniversity六、补体的产生部位●体内许多不同的组织细胞均能合成补体分子，包括肝细胞、单核/巨噬细胞、角质细胞、内皮细胞以及肠粘膜上皮细胞和肾小球细胞等。●其中肝细胞和巨噬细胞是补体的主要产生细胞。●血浆中大部分补体组分由肝细胞分泌，但在不同组织中，尤其在炎症灶中，巨噬细胞是补体的主要来源。●不同补体成分的主要合成部位各不相同。NanjingUniversity七、补体的生物合成特点●补体基因的表达存在组织特异性，不同细胞各自调节其补体的生物合成；●补体生物合成受多种因素调节，既包括局部组织特异性因子，也包括多种全身性激素；●补体代谢率极快，血浆补体每天约有一半被更新；●在疾病状态下，补体代谢可能发生更为复杂的变化。NanjingUniversity关键成分常以酶原形式存在，活化后形成级联反应（cascade）非特异性——含量稳定，属天然免疫；C3最高不稳定性——代谢率居血浆蛋白之首，许多成分对热敏感（灭活）来源广泛性——机体许多器官都参与合成补体成分，但以肝、脾的巨噬细胞合成为最，含量占血清球蛋白10%补体成分的特点小结NanjingUniversity第二节补体系统的激活●补体系统各成分通常多以非活性状态存在于血浆中，当其被激活物质活化之后，才表现出各种生物学活性。●经典途径（class-icalpathway）补体系统激活从C1开始.●替代途径（alternativepathway）或旁路途径:补体系统激活越过C1、C4、C2，从C3开始。●MBL（Mannosebindinglectin）途径NanjingUniversity一、经典激活途径●又称第一途径，它是抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式。●经典途径从C1激活开始。●在生理情况下，体内存在着低水平的C1自发激活，其效能很低。●抗原抗体复合物是经典途径的主要激活物。●

C1与抗原抗体复合物中抗体分子的Fc段结合是经典途径的始动环节。

NanjingUniversity1、触发C1活化的条件（1）C1仅与IgM的CH3或某些IgG亚类的CH2结合，才能活化；（2）每个C1分子必须同时与二个或二个以上Ig的Fc段结合。由于IgM分子为五聚体，含有五个Fc段，故单个IgM分子即可有效地启动经典途径；（3）游离或可溶性抗体不能激活补体，只有在抗体与抗原或细胞表面结合后，Fc段发生构象改变，C1q才能与抗体Fc段的补体结合点接近，从而触发补体激活过程。参与补体经典激活途径的成分包括C1-C9。NanjingUniversityIgG分子结合抗原前后的构象变化NanjingUniversityC1的结构●C1是一个大的多聚体分子复合物，由三个亚单位C1q、C1r和C1s依赖于Ca++结合成牢固的非活性大分子。●C1q分子是最大的补体组分，由6个相同的亚单位组成对称的六聚体，亚单位的氨基端呈束状，构成C1q的中心部分，而羧基端为球状，呈放射性排列，构成C1q分子的头部，是C1q与Ig结合的部位。●C1q有6个能与免疫球蛋白分子上的补体结合点相结合的部位。

NanjingUniversityC1与抗体的结合一个C1q分子如果同时与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，启动补体活化的经典途径。NanjingUniversity2、经典途径的激活过程●经典途径按其在激活过程中的作用，分为三组：●识别单位(recognitionunit)包括C1q，C1r，C1S.●活化单位(activationunit)包括C4，C2，C3.●膜攻击单位(membraneattackunit)包括C5～9。NanjingUniversity识别阶段●C1与抗原抗体复合物中免疫球蛋白的补体结合点相结合至C1酯酶形成的阶段。

●C1是由三个亚单位C1q，C1r，C1S依赖于Ca2+结合成牢固的非活性大分子。

●C1q：有6个Ig结合点。

●C1r：起着连接C1q和C1S的作用,C1q启动后可引起C1r活化，C1r进一步使

C1S活化。

●C1S:具有酯酶活性，即C1的活性，此酶可被C1INH灭活。

NanjingUniversity活化阶段

C1作用于后续的补体成分，至形成C3转化酶（C42）和C5转化酶（C423）的阶段。

1．C4是C1的底物，在Mg2+的存在下，裂解为C4a，C4b两个片段。

2．C2也是C1的底物，在Mg2+的存在下裂解为C2a，C2b。

3．C4b与C2b结合成C4b2b（C42）成为C3转化酶。

4．C3在C3转化酶作用下，裂解成C3a和C3b。

5．C3b与C42相结合产生C423（C4b2b3b）为经典途径的C5转化酶。NanjingUniversity膜攻击阶段C5转化酶裂解C5后，作用于后续的其他补体成分，最终导致细胞膜受损、细胞裂解的阶段。

1．C5在C423的作用下裂解为C5a，C5b。

2．C5b不稳定，当与C6结合成C56时成为较为稳定的复合物。

3．C56与C7结合成C567既可吸附于已致敏的细胞膜上，插入膜的磷脂双分子层中，为细胞膜受损伤的一个关键组分。

4．C567虽无酶活性，但进一步同C8，C9结合后形成C5～9，即补体的膜攻击单位，可使细胞膜穿孔受损。NanjingUniversity膜攻击单位作用细胞膜的结果

膜攻击单位可使细胞膜穿孔受损，使小的可溶性分子、离子以及水分可以自由透过细胞膜，但蛋白质类大分子却难以从胞中逸出。结果水和离子内流，最终导致胞内渗透压降低，细胞溶解。

NanjingUniversity补体经典激活途径（1）Ca++C1rC1sC1q

C4C4abNanjingUniversity补体经典激活途径（2）C4bMg++C4aCa++C1rC1sC1q

C2C2abNanjingUniversity补体经典激活途径（3）C4bMg++C4aCa++C1rC1sC1q

C2aC2bC4b2bisC3convertaseNanjingUniversityC4bMg++C4aCa++C1rC1sC1q

C2aC2bC3

C3abC4b2b3bisC5convertase;itleadsintotheMembraneAttackPathway补体经典激活途径（4）NanjingUniversityC5b

C6C7C8

C9C9C9C9C9C9C9C9C9补体经典激活途径（5）NanjingUniversity补体经典激活途径小结NanjingUniversity三、旁路途径1、激活物质为非抗原抗体复合物，如细菌的细胞壁成分（脂多糖、肽聚糖、磷壁酸和凝聚的IgA和IgG等物质）。旁路激活途径在细菌性感染早期，尚未产生特异性抗体时，即可发挥重要的抗感染作用；2、不经C1、C4、C2途径，而由C3、B因子、D因子、P因子参与的活化过程；3、旁路途径可以识别自己与非己；4、旁路途径是补体系统重要的放大机制。NanjingUniversity1、生理情况下的准备阶段●在正常生理情况下，C3与B因子、D因子等相互作用，可产生极少量的C3b和C3bBb（旁路途径的C3转化酶），但迅速受H因子和I因子的作用，不再能够激活C3和后续的补体成分。●只有当H因子和I因子的作用被阻挡之际，旁路途径方得以激活。NanjingUniversity2、旁路途径的激活●激活物质提供使补体激活级联反应得以进行的接触面积。也为C3b或C3bBb提供不易受H因子置换Bb，不受I因子灭活C3b的一种保护性微环境。●C3在旁路途径的启动及其后的级联反应过程中起着关键的作用。●在经典途径中产生或自发产生的C3b可与B因子结合。血清中的D因子可将结合状态的B因子裂解成Ba和Bb。●大片段的Bb附着于C3b，形成C3bBb复合物即为旁路途径的C3转化酶。

NanjingUniversityP因子的作用●C3bBb极不稳定，可被迅速降解。●正常血浆中有可以相互转换的两种P(properdin)因子，即P和P，当C3bBb与P因子结合成C3bBbP时，可获得稳定的、活性强的C3转化酶。●C3bBb与其裂解C3所产生的C3b可进一步形成多分子复合物C3bBb3b，这种复合物像经典途径中的C5转化酶C423一样，也可使C5裂解成C5a和C5b。●后续与经典途径相同。NanjingUniversity3、激活效应的扩大●C3是血清中含量最多的补体成分。●当C3被激活时，其裂解产物C3b又可在B因子和D因子的参与下合成C3bBb。后者又进一步使C3裂解。●由于血浆中有丰富的C3，又有足够的B因子和Mg++，这一过程一旦触发，就可能在激活部位产生显著的扩增效应。●有人称此为C3b的正反馈途径。NanjingUniversity旁路激活途径小结NanjingUniversity四、两条激活途径的比较比较项目经典激活途径旁路激活途径激活物质抗原抗体复合物细菌脂多糖，凝聚IgG，IgA参与的补体成分C1～C9C3，C5～9，B因子，D因子，P因子所需离子Ca2+，Mg2+Mg2+C3转化酶C42C3bBbC5转化酶C423C3bBb3b作用参与特异性体液免疫的效应阶段参与非特异性免疫,

在感染早期发挥重要作用NanjingUniversity五、MBL途径●补体活化的MBL途径与经典途径的过程基本相似，但其激活起始于炎症期产生的蛋白与病原体结合。●在病原体感染初期，体内巨噬细胞和中性粒细胞产生的细胞因子导致机体发生急性期反应，并诱导肝细胞合成和分泌急性期蛋白，这些蛋白中，有参与补体激活的甘露聚糖结合凝集素（MBL）和C反应蛋白。●MBL与C1q虽不具有氨基酸序列的同源性，但二者的分子结构类似。NanjingUniversityMBL途径●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（MASP）。●MASP具有与活化的C1q同样的生物学活性，可水解C4和C2分子，形成C3转化酶，其后的反应过程与经典途径相同。●此外C反应蛋白也可与C1q结合并使其激活，然后依次激活补体的其他成分。NanjingUniversityMBL途径模式图NanjingUniversityMBL途径小结NanjingUniversity经典途径MBL途径旁路途径免疫复合物病原体甘露糖残基C1、C4、C2MASP、C4、C2病原体表面

C3、B、DC3转化酶C5转化酶攻膜复合体不同途径补体系统激活的比较NanjingUniversity补体系统固有成分的主要理化性状

NanjingUniversityNanjingUniversity第三节补体活化的调节●补体的激活是一种高度有序的级联反应，以便使其发挥广泛的生物学效应。但是，如果补体的激活不受到制约，将会损伤自身的组织细胞。在正常生理状态下，补体的激活和效应处于严格的调控下，从而有效地维持机体的稳定。●补体活化途径的调节主要包括：补体自身衰变的调节、可溶性补体调节因子的作用、膜补体调节蛋白和补体受体的作用。NanjingUniversity一、自身衰变调节

1、某些补体成分的裂解产物极不稳定，易于自行衰变，成为补体激活过程中的一种自控机制。例如，不同激活途径中的C3转化酶，即C4b2b和C3bBb均极易衰变，从而限制C3裂解；与细胞膜结合的C4b、C3b及C5B也易衰变，可阻断补体的级联反应。

2、只有细胞表面形成的抗原抗体复合物和结合于固相的C4b、C3b及C5b才能触发经典途径，而旁路途径的C3转化酶则仅在特定的细胞或颗粒表面才具有稳定性，因此血液循环中一般不会发生过强的自发性补体激活反应。NanjingUniversity二、可溶性补体调节因子的作用膜因子DAF——抑制C3转化酶形成MCP——促进C3b、C4b裂解C8bp——抑制C8、C9的结合MIRL——抑制C7、C8、C9组装攻膜复合体体液因子C1INH——抑制C1r、C1s的酶活性，使C1失活C4bp——抑制C3转化酶形成、加速C3、C5转化酶衰变H因子——协助裂解C3bI因子——裂解C3b、C4b

按其作用特点可分为三类：①防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂，②抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂，③保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂。NanjingUniversity1、C1抑制分子（C1INH)结合活化的C1rC1s，使其失去正常酶解底物C4和C2的功能NanjingUniversity2、C4bp的抑制作用结合C4b，抑制C4b与C2的结合，防止C3转化酶的组装。促进I因子对C4b的蛋白水解。NanjingUniversity3、H因子的作用

能与C3b结合，抑制旁路途径C3转化酶（C3bBb）；作为I因子的辅助因子（Cofactor）水解C3b为iC3b和C3f。NanjingUniversity4、I因子的抑制作用●裂解C4b为C4c和C4d；●裂解C3b为iC3b和C3f。NanjingUniversity5、Ｓ蛋白结合Ｃ5b67,阻止膜攻击复合物的形成NanjingUniversity6、DAF(CD55)－促衰变因子DAF（即CD55）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。NanjingUniversity7、C8bpC8结合蛋白，结合C8,阻断Ｃ９的聚合NanjingUniversity补体调节因子对补体活化的调控小结NanjingUniversity补体调节蛋白的特性NanjingUniversityNanjingUniversity第四节补体受体及其功能

补体受体(complementrecepter，CR)是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。补体系统激活后所产生的一系列生物效应大多是通过补体受体介导的。补体受体对补体活化也可产生调节作用。不同类型的细胞可具有不同的补体受体，其表达数量也有所不同。NanjingUniversity一、CR1（CD35）

●CR1作为免疫粘附受体而引起免疫粘附现象早已熟知。此受体也称为C3b受体或C3b/C4b受体。●CR1的主要功能有：抑制补体激活：协助I因子裂解C3b和C4b；调理吞噬：中性粒细胞和单核-巨噬细胞上的CR1，可与结合在细菌或病毒上的C3b结合，以促进吞噬细胞的吞噬作用；促进免疫复合物清除。NanjingUniversityCR1的清除免疫复合物效应促进免疫复合物清除：免疫复合物与红细胞上的CR1结合，被携带至肝、脾等处加以清除。NanjingUniversity二、CR2（CD21）

●主要分布于B细胞、树突状细胞和鼻咽部上皮细胞表面，其配体为iC3b和C3dg，CR2也是EB病毒结合部位。●CR2的主要功能是调节B细胞增殖、分化、记忆和抗体产生。●作为EB病毒受体，与传染性单核细胞增多症、Burkitt淋巴瘤或鼻咽癌的发生密切相关。NanjingUniversity三、CR3（CD11b/CD18）●CR3亦称为iC3b受体。CR3的配体是iC3b，但CR1、CR2也和iC3b反应。CR3是由分子量165kD的α链（CD11b）和95kD的β链（CD18）非共价结合的糖蛋白，识别此分子的单克隆抗体有Mac-1和Mo-1等。●CR3和CR4（CD11c/CD18）有共同的β链，因此其功能也有相似之处。白细胞粘附缺陷病病人缺乏这种共同的β链。病人的中性粒细胞虽正常，但不能留在感染的部位，因此病人易反复遭受感染。这表明CR3和CR4均与吞噬功能密切相关。NanjingUniversity四、CR4（gp150/95，CD11c/CD18）中性粒细胞和单核-巨噬细胞高度表达本受体，与吞噬功能有关。其配体为iC3b，但针对其他补体受体的单克隆抗体不能阻断CR4与iC3b的结合，证明CR4的存在。CR4与gp150/95为同一分子，对其功能尚有诸多不明之处。据认为CR4在排除组织内与iC3b结合的颗粒上起作用。它和CR3一样，与配体结合时需有二价离子的存在。

NanjingUniversity补体受体的特征NanjingUniversity第五节补体的生物学作用补体系统是人和动物种属在长期的种系进化过程中获得的非特异性免疫因素之一，它也在特异性免疫中发挥效应。补体系统的功能可分为两个方面：（1）补体在细胞表面激活形成的攻膜复合体导致细胞渗透性溶解；（2）补体的生物学活性大多是由补体系统激活时产生的各种活性物质（主要是裂解产物）发挥的。NanjingUniversity一、细胞毒及溶菌、杀菌作用●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。●补体系统被激活可形成攻膜复合体，导致靶细胞如红细胞、白细胞及血小板等溶解。当补体系统的膜攻击单位C5-C9均结合到细胞膜上，细胞会出现肿胀和超微结构的改变，细胞膜表面出现许多直径8-12nm的圆形损害灶，最终导致细胞溶解。●补体还能溶解或杀伤某些革兰氏阴性菌，也能抗其它致病微生物及寄生虫感染。NanjingUniversity溶菌溶细胞补体的溶细胞作用NanjingUniversity二、调理作用●调理作用又称促吞噬作用，补体和抗体均具有调理作用。●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，最终使机体的抗感染能力增强。NanjingUniversity调理作用NanjingUniversity三、炎症介质作用●过敏毒素作用：C3a，C4a和C5a具有过敏毒素作用，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；●趋化作用：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，增强炎症反应。●激肽样作用：C2a具有使小血管扩张、通透性增强、引起炎症性充血和水肿作用。NanjingUniversity炎症介质作用

NanjingUniversity肥大细胞过敏介质C5aC3a补体的过敏毒素作用NanjingUniversityC567C5aC3a补体的趋化作用中性粒细胞单核-巨噬细胞血管组织NanjingUniversity四、清除免疫复合物●补体与Ig结合可干扰Fc段间的相互作用，抑制新的免疫复合物形成，或使复合物中的抗原和抗体离解。●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。NanjingUniversity细菌－免疫复合物的清除NanjingUniversity红细胞－免疫复合物的清除NanjingUniversity补体成分或裂解产物生物活性

作用机制C5～C9细胞毒作用溶菌、杀菌作用

嵌入细胞膜的磷脂双层结构中，使细胞膜穿孔、细胞内容物渗漏C3b调理作用

与细菌或细胞结合使之易被吞噬C3b免疫粘附作用

与抗原抗体复合物结合后，粘附于红细胞或血小板，使复合物易被吞噬

C1、C4中和病毒作用增强抗体的中和作用，或直接中和某些RNA肿瘤毒C2a补体激肽

增强血管通透性

C3a、C5a过敏毒素与肥大细胞或嗜碱性粒细胞结合后释放同组胺等介质，使毛细胞血管扩张C3a、C5a

趋化因子

借其梯度浓度吸引中性粒细胞及单核细胞

NanjingUniversity第六节补体系统与疾病

1.补体缺陷2.补体与炎症性疾病3.补体与病毒感染NanjingUniversity一、遗传性补体缺陷病

●在补体系统的组成成分中，几乎每一种可有遗传缺陷。●补体系统的第一前端反应成分，如C1、C4和C2缺陷，常伴有免疫复合物性疾病，尤其是SLE；C3、H因子和I因子缺乏增加了患者对化脓性细菌感染的易感性，而备解素、C5、C6、C7和C