备课素材：补体系统 高二上学期生物人教版选择性必修1

补体系统补体系统是免疫系统的重要组成部分，补体系统功能失常可是会引发严重的健康问题的。补体系统也是免疫系统中最古老的部分之一，证据表明最晚在5亿年前，地球上最古老的多细胞生物就演化出了补体系统。某个意义上，它是所有动物的免疫应答的最基本形式，同时也非常高效。无用的东西是不太可能在演化过程中保存下来的，而补体系统存在了那么久，始终变化不大，这说明它对生存有着非凡的价值。随着生命的形式变得越发复杂，补体系统不但没有被取代，还在其他免疫防御力量的不断精进之下变得更为强大。人们大多不了解补体系统，原因之一就是它不好理解，非常复杂和反直觉，让人头昏脑胀。要对其中的各种过程和相互作用都形成清晰的看法，需要深入学习它的大学生都要大费一番功夫。在免疫学中，没有哪一部分有比补体系统更糟糕、更难记的专业名词。幸好理解掌握所有的细节对非免疫专业的读者来说全无必要，所以我们当然可以省略大量的细节——人生苦短，不该浪费在这上面。好，那补体系统到底是什么呢？本质上讲，补体系统是由30多种不同的蛋白质（不是细胞！）组成的军队，它们通力协作，巧妙配合，阻止入侵者在人体内优哉游哉。大体说来，此时此刻，你的体液里到处都充满了大量的补体蛋白，数量约为1.5×1019。补体蛋白体型微小，却遍布四处。跟它们比起来，病毒都显得很大。要是把细胞比做人，补体蛋白就只相当于果蝇卵。补体比细胞更没有头脑，更不会拿主意，完完全全受生化反应的指导，但它们也能完成多种目标。补体系统有三大作用：打击敌人，让敌人不好过；激活免疫细胞，引导免疫细胞发现并消灭敌人；往敌人身上扎洞，直至它们死去。但它们要怎么做到这些呢？它们不过是一些随机漂荡的无脑蛋白质而已，毫无心意或方向。但这其实是它们战略的一部分。补体蛋白以某种被动的方式四处漂动，无所事事，直到被激活为止。你可以把它们想象成几百万根紧紧堆在一起的火柴，只要点燃一根，它就会引燃周围的火柴，这些火柴再引燃更多火柴，火就腾地一下烧起来了。对补体而言，“引燃”就意味着形状的改变。前面我们说过，蛋白质的形状决定了它的功能，以及它能以哪种方式和哪些蛋白质相互作用。在未活化的形状下，补体没有功能。而活化后，补体可以改变其他补体蛋白的形状，从而激活它们。这种简单的机制会引发自我强化的级联反应。一个蛋白激活另一个蛋白，2个激活4个，4个激活8个，8个激活16个。很快，几千个蛋白就被激活。前面我们聊细胞的时候简单提过，蛋白质移动得极快。几秒之内，原本全无作用的补体蛋白就活化起来，变成快速扩散、无法阻挡的杀伤性武器。补体系统是免疫系统中的重要玩家。这支部队由30多种蛋白质组成，各种蛋白以优雅、复杂的共舞相互协作，阻挡外敌。我们来看看现实中它们是如何表现的。回到战场上，想想被钉子扎破的脚趾。巨大的破坏业已铸成，巨噬细胞和中性粒细胞启动了炎症过程，体液于是从血管中渗出，涌到伤口附近。体液中的几百万补体蛋白迅速充满了伤口。现在需要点燃第一根火柴。在现实中，这就意味着，有一种特殊且非常重要的补体蛋白需要改变其形状。这种蛋白有一个全无用处的名字：C3。C3蛋白具体的变形与活化过程很复杂也很无趣，在现阶段不太重要，我们就假装它是碰巧被激活的吧！你只要知道C3是最重要的补体蛋白，是为了引发级联反应而需要被引燃的第一根火柴就够了。C3活化后，会裂解成形状不同的两个更小的蛋白。好，第一根火柴点燃了！裂解成的两个蛋白一个叫C3b，名字可真有创意，嘿嘿。它就像是追踪导弹。它要在一瞬间找到靶子，不然就会失效并自行关闭。一旦发现目标，比如细菌，它就会紧紧黏附到细菌表面，决不松开。在这个过程中它会再次变形，并获得新本领（补体有点儿像微型的蛋白质变形金刚）。改变了形状的C3b可以抓住其他补体蛋白，使它们也变形，并和它们融合起来。几步下来，它变成了一个召集蛋白的平台。这个平台很擅长激活更多的C3蛋白，开始新的循环。放大回路就这样形成了。蛋白活化、变形的过程一次次、一次次地重复。越来越多新活化的C3b黏附到细菌表面，生成更多的召集平台，激活更多的C3。第一个补体蛋白活化后的几秒钟内，细菌表面就会盖满几千个补体蛋白。对细菌来说，这太糟糕了。假设这是普通的一天，你正在忙自己的，突然有几十万只苍蝇同时飞过来，密密麻麻地停满了你全身。这实在太恐怖了，你不可能置之不理。对细菌来说，活化补体的攻击会大大伤害它，让它陷入无助，大大减慢其行动。还不止这样。还记得C3裂解的另一部分吗？这部分叫C3a——有3b就有3a。C3a类似于是“失事信标”，就像我们前两章提到的细胞因子一样，是信息，是警报信号。成千上万的C3a蛋白会离开伤口，四处呼救。巨噬细胞或中性粒细胞这些被动免疫细胞闻到这些信号后，会通过特定的受体与之结合，从沉睡中醒来，沿蛋白通道抵达感染现场。它们发现的警报补体蛋白越多，反应就越激烈，因为活化的补体总是意味着有糟糕的事触发了它们。C3a的痕迹能准确指引免疫细胞到达最需要的地方。在这个意义上，补体有着和细胞因子同样的作用，只不过C3a是裂解生成的，而不是像细胞因子那样需要由细胞分泌。至此，补体已经起到了拖延敌人（C3b覆盖细菌表面）和请求支援（C3a作为失事信标）的作用。现在，补体系统要开始主动地协助杀敌了。就像前面提到的，吞噬细胞是士兵细胞，可以把敌人整个吞下。但要想吞噬细菌，细胞要先抓住它们。这并不像我们前面描述的那么容易。因为细菌可不想被抓住，而会努力逃跑。就算细菌放弃逃命，还有一个物理问题要解决：细胞和细菌的膜表面都带负电——玩过磁铁的我们都知道，同种电荷会互相排斥。虽然细菌表面的电荷强度不大，这种排斥力可以被吞噬细胞克服，但还是让抓获细菌变得相当困难。不过没关系！补体带正电。所以当补体黏附到细菌表面后，就像强力胶水——更确切地说就像小小的把手——一样，大大有利于免疫细胞抓到、困住细菌。表面结合了补体的细菌更容易被免疫卫士们俘获，而且某种意义上变得更美味了！这个过程叫“调理作用”（opsonization），其词根来自古希腊语，意为“美味的配菜”。细菌经过调理，当然更美味啦。更厉害的还在后面。再回想一下身上停满苍蝇的情景，现在，眨眼之间，苍蝇都变成了黄蜂！另一种级联反应即将启动。它是致命的。细菌表面的C3补体复合物再次变形，开始激活另一组补体蛋白，并与之共同形成更大的结构：“膜攻击复合物”，我保证这是免疫学中唯一一个取得还不错的名字。新的补体蛋白一块块彼此结合，形成长矛般的形状，深深地、牢牢地扎进细菌。它们一边伸展一边挤压，直到在细菌身上戳出一个再也闭不拢的破洞，一个实实在在的伤口。体液涌入细菌内部，细菌的内容物也会流出，这样一来，细菌很快就死掉了。补体令细菌头疼，但它真正发挥最大的作用，是对付病毒的时候。病毒有一个弱点，就是体积微小，四处漂动，要在不同细胞间奔走。在胞外，病毒基本要寄希望于偶然撞到合适的细胞，再趁机感染它，这样一来，病毒几乎全无防御能力。这样，补体就可以拦截并灭活病毒，使之无害。没有补体，病毒感染会致命得多。但这些我们放到后面再聊。再次回到钉子扎脚的故事。几百万补体蛋