第五章 补体系统（ complement system)

内 容一 . 补体的组分

二 . 补体的活化

三 . 补体活化的调节

四、补体受体

五、补体的生物学作用

六、补体与疾病

第一节 补体的组分 (30 余种分

子 )

1. 参与补体活化的分子Classical pathway: C1 (C1q, C1r,C1s), C4, C2, C3MBLectin Pathway (mannan-binding lectin ，甘露聚糖结合凝集素 ): MBL, MASP-1 (serine protease ，丝氨酸蛋白酶 -1),MASP-2, C4, C2, C3

Alterative pathway: Factor B, Factor D, C3Terminal pathway: C5, C6, C7, C8, C9

2. 参与调节补体活化的分子可溶性分子 :C1INH （ C1 inhibitor,C1 抑制物）， Factor I ， Factor H, properdin （备介素） , C4bp（ C4 binding protein, C4 结合蛋白 ), S 蛋白 (Sp/Vn),Sp40/40

膜分子： CR1, MCP (membrane co-factor protein, CD46, 膜辅助蛋白 ), DAF(decay-accelerating factor, 衰变加速因子 ),MIRL (membrane inhibitor of reactive lysis,CD59, 膜性反应性溶解抑制物 ), 同源限制因子3. 补体受体（膜分子）CR1, CR2, CR3, CR4, CR5, C1qR, C3aR, C5aR

补体活化后裂解片段的命名•以该成分的符号后附加小写英文字母表示，如 C3a 、 C3b 等，其中裂解后的小片段为 a，大片段为 b，但 C2 例外，大片段为 C2a ，小片段为 C2b•具有酶活性的成分或复合物 :在其符号上划一条横线•灭活的补体片段 :在其符号前加英文字母i，如 iC3b

第二节 补体的活化

在生理条件下，血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物作用下，补体各成分才依次被激活。

每当前一组分被激活，即具备了裂介下一组分的特性，由此形成一系列放大的级联反应，最终导致溶细胞效应。

补体活化的特点1. 三个途径，最后殊途同归，产生类似的生物学效应。补体活化的 3条途径与补体的 3种功能 经典途径 MBLectin 途

径旁路途径

募集炎症细胞 调理作用

杀伤病原体

一、补体经典激活途（ classical pathway ）

C1(C1q→C1r→C1s)→C4→C2→C3→C5→C6→C7→C8→C9 识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段

识别阶段 抗原和抗体结合后，抗体发生构象改变，使 Fc段的补体结合部位暴露，补体 C1与之结合并被激活，这一过程被称为补体激活的启动或识别。

C1 由一个 C1q 和 C1r 和 C1s 各两个组成。它们之间依赖 Ca2+ 结合。

C1q 为六聚体，呈球形，其每一亚单位的头部是 C1q 与 Ig 结合的部位。 C1r和 C1s 与 C1q 相连。当两个以上的 C1q头部被免疫复合物中 IgM 或 IgG Fc 段结合固定后， C1q 六个亚单位的构象即发生改变，导致 C1r 被裂解，所形成的小片段即为激活的 C1r ，它可裂解 C1s 成为两个片段，其中小分子片段也具有蛋白酶活性，它依次裂解 C4与 C2 。

•必须能和 C1q 结合（抗体，核酸，线粒体膜，某些病毒，细菌和多糖）的物质才能激活经典途径，其中最主要的是抗体（免疫复合物）。只有 Ig分子与抗原结合， Ig分子 Fc区的构相发生改变， IgM 的 CH3区及 IgG1 、 IgG2 、 IgG3 的 CH2 中的 C1q 结合位点才暴露。因此， C1q不能与游离的抗体结合。•与 C1q 结合的抗体必须提供两个以上的结合位点才能使 C1q 活化。由于 IgM 分子为五聚体，含五个 Fc段，故单个 IgM 分子即可结合 C1q 。但 IgG是单体，需要两个或两个以上 IgG分子凝聚后，才能与 C1q 结合。

经典途径的活化阶段

•C1s 作用于 C4 ，所产生的小片段 C4a释放入液相，大片段的 C4b 可与胞膜或抗原 -抗体复合物结合。在 Mg2+ 存在情况下， C2可与附着有 C4b的细胞表面结合，继而被 C1s 裂解，所产生的小片段 C2a 被释放入液相，而大片段 C2b 可与 C4b形成 C4b2b 复合物，后者即经典途径的 C3转化酶。•C4b2b 中的 C4b 可与 C3 结合， C2b 可水解 C3，所产生的小片段与水分子作用，不再参与补体级联反应； 10% 左右的 C3b 分子可与细胞表面的 C4b2b 结合，形成 C4b2b3b 复合物，后者即经典途径的 C5转化酶。

补体片段如何结合于细胞膜

thioester bond （硫脂键）

hydroxyl or amino group

二、甘露聚糖结合凝集素激活途径（ MBLectin pathway ）

MBL→MASP→C4→C2→C3→C5→C6→C7→C8→C9

识别阶段 活化阶段 膜攻击阶段

Mannose-binding lectin, MBL-associated serine protease

MBL 是 C型凝集素 ,存在于血清中，其作用像模式识别分子，识别和结合微生物表面多种碳水化合物，激活补体系统。

新近在血清中又发现了另一种 lectin （ ficolin ，在人有 L-ficolin 、H-ficolin 与 M-ficolin ，在小鼠有 ficolin-A ），有激活补体作用。

MBL 在正常血清中的水平低，在急性相反应时，其水平明显升高， MBL 是 1种急性相蛋白。急性相反应发生在病原体感染早期，巨噬细胞和中性粒细胞产生 TNF- 、 IL-1 和 IL-6 ，诱导肝细胞合成与分泌 MBL 、 C反应蛋白、纤维蛋白、淀粉样蛋白等急性相蛋白。

MBL 与 C1q 并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子结构类似。

MBL 的结构示意图

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（ MBL-associated serine protease ， MASP) 。

MASP-2 能切割 C2 和 C4 ， MASP-1能直接切割 C3 。 MASP-3 的功能不清，可能竞争性地与 MBL 结合，对补体MBL 途径起抑制作用。

MASP1/3 和 MASP2/sMAP的基因结构 MASP 在血循环中以单链

存在，与微生物结合的 MBL-MASP 复合物中的 MBL 发生构象改变，激活 MASP ，MASP 被切断成重链和轻链，两者由二硫键相联。

三、补体旁路激活途径（ alternative pathway ）

早期旁路途径

　　某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的 IgA 和 IgG4以及其他哺乳动物细胞，均可不通过 C1q的活化，而直接“激活”旁路途径。上述成分实际上是提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。这种激活方式可不依赖于特异性抗体的形成，从而在感染早期为机体提供有效的防御机制。

　　 C3 是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中或自发产生的 C3b 可与 B 因子结合；血清中 D因子继而将结合状态的 B 因子裂解成小片段 Ba 和大片段 Bb 。 Ba释放入液相，Bb仍附着于 C3b ，所形成的 C3bBb 复合物即是旁路途径的 C3转化酶，其中 Bb片段具有蛋白酶活性，可裂解 C3。

　　旁路途径 C3转化酶水解 C3 生成 C3a 和 C3b ，后者沉积在颗粒表面并与 C3bBb 结合形成 C3bBb3b ，该复合物即为旁路途径的 C5转化酶，其功能与经典途径的 C5 转化酶 C4b2b3b 类似，能够裂解 C5，引起相同的末端效应。

补体激活中备解素的 2个作用

C3bBb 极不稳定，可被迅速降解。血清中的备解素可与 C3bBb ， 并使之稳定。

旁路途径的激活与调节具有两个重要的特点

1. 旁路途径是补体系统的重要放大机制 ,产生的 C3b 分子再参与旁路激活途径，形成更多的 C3转化酶。

2.旁路途径可以识别自己与非己 正常情况下，体内不断产生低水平的 C3b ，少数 C3b 可结合于颗粒表面。若沉积于自身细胞表面， C3b可被调节蛋白 (如衰弱变加速因子 )灭活，并中止级联反应。反之，若与缺乏调节蛋白的微生物表面结合，则 C3b 可与 B因子形成稳定的 C3bB ，进而形成具有酶活性的 C3bBb 。

四、补体激活的共同末端效应

MAC （ membrane attack complex) 的形成

附着于胞膜表面 C5b~8 复合物，可与 10~16(12~19) 个 C9分子联结成 C5b~9, 即 MAC.电镜下可见这种 C9多聚体的特征性结构，为中空的多聚 C9（ poly-C9 ）插入靶细胞的脂质双层膜，形成一个内径为 1０ nm 的小孔。

第三节补体活化的调控

调控的意义

•防止补体过度消耗

•确保酶促反应发生在靶细胞表面 , 避免过量的生物活性物质引起的炎症反应 ,使自身组织或细胞不受损伤

调控方式活化成分的衰变

灭活物质的调节•对自身细胞的保护

自行衰变（补体的自身调控）大多数补体活化后的产物极不稳定，如：

C3b,C4b半衰期 60微秒

C4b2b 的半衰期在 37ºC 为 5分钟

C5b半衰期在 37ºC 为 2.3 分钟

C567半衰期 0.1秒

C5a, C3a, C4a 可以被羧肽酶裂解

补体调节因子的作用1.经典途径的调节

a. C1 抑制物（ C1 inhibitor, C1INH ）： C1INH 可与活化的 C1r 和 C1s 以共价键结合成稳定的复合物，使 C1r 和 C1s失去酶介正常底物的能力。其次， C1INH还可有效地将与 IC结合的 C1大分子解聚，并可明显缩短 C1 的半衰期。b. 抑制经典途径 C3转化酶的形成 a) C4 结合蛋白（ C4binding protein, C4bp ）与补体受体 1（ complement receptor 1,CR1) ： C4bp是可溶性蛋白， CR1属膜蛋白，二者均可与 C4b 结合，并完全抑制 C4b 与 C2 结合，从而防止经典途径 C3转化酶即 C4b2b 的组装，并加速其分解。此外， C4b 和CR1还可作为辅助因子，促进 I 因子对 C4b 的蛋白水解作用。

b) I 因子 :I 因子具有丝氨酸蛋白酶的活性，可将 C4b裂解为 C4c 和 C4d 。前者释放入液相，后者仍结合在细胞表面，但无 C3转化酶活性。 I因子亦降解 C3b 。

c) 膜辅助蛋白（ membrane cofactor protein, MCP） : MCP 表达于白细胞、上皮细胞和成纤维细胞表面，可作为辅助因子，促进 I 因子介导的 C4b 裂解，但并不直接促进 C4b2b 分解。

d) 衰变加速因子（ decay-accelerating factor, DAF ） :DAF （即 CD55 ）表达于所有外周血细胞、内皮细胞和各种黏膜上皮细胞表面，可同 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。

2. 旁路途径的调节

• 抑制旁路途径 C3转化酶的组装和形成： H因子可与 B因子或 Bb因子竞争结合 C3b ，进而使 C3b 被 I因子酶解失活。此外， CR1 和 DAF也可竞争性抑制 B因子与 C3b 结合。I因子可将 C3b水解为无活性的 iC3b； H 因子、 CR1 和 MCP 均可作为辅助因子，促进 I 因子裂解 C3b 的作用； MCP和 CR1还可增强膜 C3b 与 H因子的亲和力。

• 促进已形成的 C3转化酶解离： CR1 和 DAF 可促进 Bb从已形成的旁路途径 C3转化酶中解离。

• 对旁路途径的正性调节作用：备解索 (properdin, P 因子 )与 C3bBb 结合后发生构象改变，可使 C3bBb半寿期延长 10倍，从而加强 C3转化酶裂解 C3的作用。

•CD59阻碍 C7 、 C8 与 C5b6 复合物结合，从而抑制 MAC 形成•同源限制因子 (homologous restriction factor, HRF) 也称为 C8 结合蛋白 (C8-binding protein): 可干扰 C9与 C8 结合。

3. 膜攻击复合物形成的调节

第四节 补体受体•补体受体 1（ CR1 ）：属单链膜结合蛋白，与 C3b 和 C4b 有高度亲和性•补体受体 2（ CR2 ）：属单链跨膜糖蛋白•补体受体 3（ CR3 ）： iC3bR 、 Mac-1 、 CD11b/CD18•补体受体 4（ CR4 ）： P150.95 、 CD11c/CD18

第四节

补体的生物学作用

一、参与宿主早期抗感染免疫

•补体系统活化后可通过溶解细胞、细菌和病毒，发挥抗感染作用•补体活化过程中可产生多种具有炎症介质效应的活性片段，如 C3a 、C4a 、 C5a 等，参与炎症反应

二、维持机体内环境稳定

•促进免疫复合物清除•清除凋亡细胞

3 、清除免疫复合物

清除凋亡细胞的机制C1q 、 MBL 、 C3b 等可与凋亡细胞的分子结合

三、连接天然免疫和获得性免疫

第六节 补体系统与疾病

•补体固有成分的遗传缺陷•补体调节蛋白缺陷

•由一大群分子综合发挥作用•辅助免疫细胞和抗体发挥功能（抗感染、维持机体内环境稳定、连接天然免疫和获得性免疫）•如何发挥作用：活化（酶的级联反应和组装）•调节：灭活（自身及其它因素）、拮抗、干扰

某些补体固有成分对热不稳定，经 56C温育 30 分钟即灭活，在室温下也很快失活，在 0-10C 其活性仅能保持 3-4天，因此补体应保存在 -20 C 以下。紫外线照射、机械振荡或某些添加剂均有可能使补体破坏。

The End