第四讲补体系统（ complement system)

第四讲补体系统

（ complement system)

上海交通大学医学院免疫学教研室

张勇

上海第二医科大学免疫学教研室 [email protected]

补体的发现

溶菌

56℃，30 分钟

正常豚鼠血清

溶菌

溶菌凝集

凝集

感染霍乱豚鼠血清

感染霍乱豚鼠血清

霍乱弧菌菌液


Jules Bordet (1870-1961), discoverer of complement

Belgian bacteriologist and immunologist who received the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1919 for his discovery of immunity factors in blood serum; this was a development vital to the diagnosis and treatment of many dangerous contagious diseases.


Complement refers, historically, to fresh serum capable of lysing antibody (Ab)-coated cells. This activity is destroyed (inactivated) by heating serum at 56 degrees C for 30 minutes.

Specific antibodiesheat-insensitive

heat-labilecomponent

Paul Ehrlich coined the term complement, defining it as “the activity of blood serum that completes the action of antibody.”


基本概念补体（ complement,C ）：

是存在于人和脊椎动物血清中一组经激活后具有酶活性的蛋白质，参与抗微生物防御反应、免疫调节及免疫病理的损伤反应等。补体大多是球蛋白，少数是及球蛋白自然条件下，以无活性酶原形式存在对热不稳定， 56℃、 30 min 可灭活各成分中， C3 含量最高主要由肝细胞和巨噬细胞产生


补体系统的组成

补体的固有成分：存在于体液中，参与补体级联反应的补体成分，如 C1,C2,C3…C9 、 B 因子、 D 因子及 MBL等

补体调节蛋白：包括备解素、 I 因子、 C1 抑制物等

补体受体：包括 CR1~CR5 、 C3aR 等

共包含 30 余种


命名原则

C ：静止状态（如 C1 ~ C9 ）

C ：激活状态（如 C4b2b ）

iC ：灭活状态（如 iC3b ）

a ：代表某成分裂解后产生的小片段（如 C3a ）

b ：代表某成分裂解后产生的大片段（如 C3b ）R: 补体的受体 (CR1 or C5aR)


补体的激活

•激活后具有效应

•级联反应

•放大反应

•三条途径

I

Ia Ib II

IIb IIa III

IIIa IIIb

biological effects

sequentially reacting


补体的激活

识别阶段活化阶段效应阶段

[email protected] 上海第二医科大学免疫学教研室

Components of the Classical Pathway

C4C2 C3

C1 complex

Ca++

C1r C1s

C1q


经典激活途径之识别、活化阶段激活物：抗原 - 抗体复合物

激活条件：抗体 Fc 段暴露出补体结合位点 C1q 分子必须有两个以上的球形亚蛋单位与抗体结合

关键酶： C1s C4b2b C4b2b3b


IgG分子结合抗原前后的构象变化

Fab 段

Fc 段

C1q 结合位点被屏障

结合抗原之前

CH1

CH2

暴露的C1q 结合位点

结合抗原之后

IgM CH3 区， IgG CH2 区



Ca++

C1r C1s

C1q

C4

C4a

b

Classical Pathway Generation of C3-convertase



C4b

Mg++

C4a

Ca++

C1r C1s

C1q

C2

C2ab

C2b

C4b2b is C3 convertase



C4b

Mg++

C4a

Ca++

C1r C1s

C1q

C2a

C2b

C3

C3a

b

C4b2b3b is C5 convertase; it leads into the Membrane A

ttack Pathway



Components of mannose-binding lectin pathway

C4

MBL C2 MASP-1

MASP-2


MBL 激活途径之识别、活化阶段

激活物：细菌表面的甘露糖残基

关键酶： MASP-1 、 MASP-2 C4b2b C4b2b3b

过程：MBL

+病原体甘露糖残基

+ 丝氨酸蛋白酶MASP-1 、 2

裂解 C4 、 C2后续步骤同经典途径


Mannose-binding lectin pathway

C4

MBL

C4b

C4a

C4b

C2

C2a

C2b

C2b

MASP-1MASP-2

C4b2b is C3 convertase;

it will lead to the generation of C5 convertase


Components of thealternative pathway

C3 B

D

P


替代激活途径之识别、活化阶段

激活物： G(-) 菌细胞壁成分 -- 脂多糖、凝聚 IgG4 、

IgA 等准备阶段：自发产生的 C3b

经典途径产生的 C3b

关键酶： C3bBb C3bBb3b


Spontaneous C3 activation

C3B

D

C3

C3a

b

Generation of C3 convertase （ C3bBb)

This C3b molecule has a very short half life

b

H2O

b


B

D

bC3b

If spontaneously-generated C3b is not degraded

C3-activationthe amplification loop

C3C3a b


C3a

B

D

BbC3b

C3 b


C3b

C3a

b


C3a

C3a BbC3b

C3bC3 BbB

D

bb

C3a


C3b


C3a

C3a BbC3b

BbBbC3b

C3a


C3bC3b


C3a

C3a BbC3b

BbBb

C3a


C3bC3b


C3a

C3a BbC3b

BbBb

C3a


C3bC3b


C3b stabilization andC5 activation

C3b

C3b finds an activator (protector) membrane

C3

C3a

b

C5 b

C5a

B

D

b

P

This leads to formation of membrane attack complex


替代途径激活特点

• 体内 C3 自发水解成 C3b ，使替代途径处于准激活状态

• 替代途径能识别自己与非己• 替代途径是补体系统重要放大机制



C5- convertase of the three pathways

C3b Bb C3b

C5-convertase of the Alternative Pathway

C4b C2b C3b

C5-convertase of the Classical and lectin Pathw

ays


Generation of C5 convertase leads to the formation of the

membrane attack complex

Terminal sequence


Components of the Terminal sequence

C6

C9

C8

C7C5


Terminal sequence C5-activation

C3b C2 bC4b

C5 b

C5a


Terminal sequence assembly of the lytic complex

C5 b

C6

C7


Terminal sequence :insertion of lytic complex into cell membrane

C5 b

C6

C7C8

C9

C9

C9

C9C9

C9 C

9C9

C9


complement Kill the Parasite

MACs effect


Pathways of complement activation

Pathways of complement activation

CLASSICALPATHWAY

ALTERNATINEPATHWAY

antibodydependent

Mannose bindinglectin dependent

Activation of C3 andgeneration of C5 convertase

activationof C5

LYTIC ATTACKPATHWAY


补体三条激活途径全过程示意图抗原抗体复合物（ IgG 或 IgM ）

C1qr2s2 C1qr2s2

C4+C2 C4b2b （ C3 转化酶）

C4b2b3b （ C5 转化酶）

MBL +病原体甘露糖

MASP

丝氨酸蛋白酶

C3 C3b

C3 C3b

B 因子 D 因子

C3bBb（ C3 转化酶）

C3bBb3b（ C5 转化酶）

C5 C5bC5b~9 MAC

C6 C7 C8 C9

经典途径

MBL 途径

替代途径


三条激活途径的主要不同点比较项目经典激活途径 MBL激活途径替代激活途径

激活物质抗原抗体（IgM、IgG1~3）复合物

细菌甘露糖细菌脂多糖、凝聚的IgG4、IgA等

参与的补体成分

C1~C9 C2-C9,MBL C3,C5~C9, B因子，D因子，P因子等

C3转化酶 C4b2b 同左 C3bBb

C5转化酶 C4b2b3b 同左 C3bBb3b

免疫学功能参与特异性体液免疫的效应阶段

同右参与非特异性免疫，在感染早期即可发挥作用


补体活化的调控

自身衰变：

体液中灭活物质的作用：

经典途径中的灭活物质

替代途径中的灭活物质

膜攻击复合物形成的调节


C4b2b C4b2b3b C5b6789(MAC)

C3bBb C3bBb3b C5b6789(MAC)

备解素

调节蛋白对补体活化的调节作用经典途径活化产物

调节蛋白

C1 INH

DAF, I 因子， H 因子

替代途径活化产物

S 蛋白 , CD59,HRFDAF, I 因子， C4bp


补体激活过程中的调控蛋白名称作用 C1 INH 与活化的 C1r和 C1s结合，并使其与 C1q解离

C4bp 与 C4b结合，辅助 I因子水解 C4b CR1 与 C4b结合，也可与 C3b结合，I因子的辅因子

I因子丝氨酸蛋白酶，裂解 C3b和 C4b；

H因子与 C3b结合，I因子的辅因子

MCP 膜蛋白，可促进 I因子对 C3b和 C4b的灭活

DAF 膜蛋白，使 C3bBb以及 C4b2b解离

HRF(C8bp) 干扰 C9与 C8的结合

CD59 阻碍 C7、C8与 C5b~6结合，从而抑制MAC的形成


C1INH

C1qrs breakdown

C1r C1s

C1q

C1r C1s


C1-inhibitor deficiency:angioedema


C3b regulation on self and activator surfaces

C3b

C3b C3b


Control of spontaneousC3 activation via DAF

C3b

DAF prevents

the binding of

factor B to C3b

B

Autologous cell membrane

DA

F

CR1

超急排斥（ HAR, hyper acute rejection ）

移植受者 ( 人 ) 血流中的异种反应天然抗体 (XNA) 识别供者 ( 猪 ) 器官血管内皮细胞膜上以半乳糖苷为抗原表位的糖蛋白，激活补体级联反应，引起内皮细胞裂解和激活，导致凝血和血管阻塞，移植物坏死。排斥时间： 40 ～ 120 分钟。


Gal (1-3) gal (1-4) glcNAc - R

gal gal (1-4) glcNAc R

半乳糖乙酰乳糖胺糖脂（半乳糖 -乙酰氨基葡萄糖）

异种移植超急排斥抗原


超急排斥

半乳糖基转移酶基因的进化

低等高等哺乳新世旧世类动物动物动物界猴界猴人猿人

GT 基因 ★ ★ ★ ★ HAR 抗原 ★ ★ ★ ★ XNA ◆ ◆ ◆

GT ：半乳糖基转移酶HAR ：超急排斥XNR ：异种反应天然抗体

现有的主要对策 1 、去除或抑制人体内的异种反应天然抗体 XNA ； 2 、应用转基因技术，抑制补体活性。如获得带有人衰变加速因子 (DAF) 基因的转基因猪。 3 、敲除猪的半乳糖基转移酶基因。

C4b

细胞裂解

C2b

-Ag-Ab 复合物

C1 C1 激活

C4aC4 C4b

C2bC2 C2a

C4b2b3b

hDAF

C4b

C5a C5 C5b MAC C5b6789

C 5- 转换酶

C 3 转换酶

无补体活性

衰变加速因子pDAF

DAFDAF


补体的生物学作用溶菌及溶靶细胞作用： G(-) 菌、 RBC 、粒细胞、血小板和病毒感染的细胞等

调理作用： C3b 、 C4b 以及 iC3b 氨基端与靶细胞结合，羧基端与相应受体结合

清除免疫复合物：粘附到带有 C3b 受体的细胞表面（主要是红细胞），最终达到清除免疫复合物的作用

炎症介质作用：激肽样作用： C2a 、 C3a 、 C4a, 增加血管通透性过敏毒素作用： C3a 、 C5a 趋化作用： C3a 、 C5a 以及 C567 可吸引吞噬细胞定向移动

免疫调节作用 : APC 和 B 细胞功能


补体的生物学作用溶菌及溶靶细胞作用：溶菌及溶靶细胞作用： G(-)G(-) 菌、菌、 RBCRBC 、粒细胞、血小板和病毒感染的细胞等、粒细胞、血小板和病毒感染的细胞等

调理作用： C3b 、 C4b 以及 iC3b 氨基端与靶细胞结合，羧基端与相应受体结合

清除免疫复合物：清除免疫复合物：粘附到带有粘附到带有 C3bC3b 受体的细胞表面（主要受体的细胞表面（主要是是红细胞），最终达到清除免疫复合物的作用红细胞），最终达到清除免疫复合物的作用

炎症介质作用：炎症介质作用：激肽样作用：激肽样作用： C2aC2a 、、 C3aC3a 、、 C4a,C4a, 增加血管通透性增加血管通透性过敏毒素作用：过敏毒素作用： C3aC3a 、、 C5aC5a 趋化作用：趋化作用： C3aC3a 、、 C5aC5a 以及以及 C567C567 可吸引吞噬细胞定向可吸引吞噬细胞定向移动移动

免疫调节作用免疫调节作用 : : APCAPC 和和 BB 细胞功能细胞功能


调理作用（ OPSONIZATION ）


调理作用（ OPSONIZATION ）



调理作用：调理作用： C3bC3b 、、 C4bC4b 以及以及 iC3biC3b 氨基端与靶细胞结合，羧基端与相应受体结合氨基端与靶细胞结合，羧基端与相应受体结合

清除免疫复合物：粘附到带有 C3b 受体的细胞表面（主要是红细胞），最终达到清除免疫复合物的作用




清除免疫复合物（免疫粘附）





炎症介质作用：激肽样作用： C2a 、 C3a 、 C4a, 增加血管通透性过敏毒素作用： C3a 、 C5a 趋化作用： C3a 、 C5a 以及 C567 可吸引吞噬细胞定向移动



炎症介质作用（ inflammatory mediators)


Biological effects of C5a






免疫调节作用 : APC 和 B 细胞功能

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第四讲 补 体 系 统 （ complement system)

第四讲补体系统（ complement system)