O第五章补体系统补体（complement,C）系统包括30余种组分，广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面，是一个具有精密调控机制的蛋白质反应系统。一般情况下，血浆中多数补体成分仅在被激活后才具有生物学功能。多种微生物成分、抗原-抗体复合物以及其他外源性或内源性物质可循三条既独立又交叉的途径，通过启动一系列丝氨酸蛋白酶的级联酶解反应而激活补体，所形成的活化产物具有调理吞噬、溶解细胞、介导炎症、调节免疫应答和清除免疫复合物等生物学功能。补体不仅是机体固有免疫防御体口系的重要组分，也是抗体发挥免疫效应的重要机制之一，并在不同环节参与适应性免疫应答及其调节。补体缺陷、功能障碍或过度活化与多种疾病的发生和发展过程密切相关。（动画5-1“补体系统的发现”）第一节补体的组成与生物学特性（一）补体系统的组成构成补体系统的30余种组分按其生物学功能可以分为三类、1.补体固有成分是指存在于血浆及体液中、参与补体激活的蛋白质，包括：①经典途径的C1q、Clr、Cls、C2、C4；②旁路途径的B因子、D因子和备解素（properdin，P因子）；③凝集素途径（MBL途径）的MBL、MBL相关丝氨酸蛋白酶（MASP）；④补体活化的共同组分C3、C5、C6、C7、C8、C9。2.补体调节蛋白（complementregulatoryprotein）是指存在于血浆中和细胞膜表面、通过调节补体激活途径中关键酶而控制补体活化强度和范围的蛋白分子。3.补体受体（complementreceptor，CR）是指存在于不同细胞膜表面、能与补体激活后所形成的活性片段相结合、介导多种生物效应的受体分子。补体系统的命名原则为：参与补体激活经典途径的固有成分按其被发现的先后分别命名为C1（q、r、s）、C2、..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、P因子、H因子；补体调节蛋白多以其功能命名，如C1抑制物、C4结合蛋白、衰变加速因子等补体活化后的裂解片段以该成分的符号后面附加小写英文字母表示，如C3a、C3b等；灭活的补体片段在其符号前加英文字母i表示，如iC3b。（二）补体的理化性质补体系统各成分均为糖蛋白，但有不同的肽链结构。各成分分子量变动范围很大。血清补体蛋白约占血清总蛋白的5%~6%，含量相对稳定，但在某些疾病情况下可有波动。补体固有成分对热不稳定：经56℃温育30分钟即灭活；在室温下很快失活；在0~10℃中活性仅能保持3~4天，故补体应保存在-20℃以下。紫外线照射、机械振荡等可使补体失活。（三）补体的代谢1.补体的来源：体内许多不同组织细胞均能合成补体蛋白，包括肝细胞、单核/巨噬细胞、角质形成细胞、内皮细胞、肠道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。2.补体生物合成的调节补体的生物合成具有两个特点：①补体的基因表达存在组织特异性，40
41第五章补体系统不同细胞各自调节其补体的生物合成，例如家族性C3缺乏症患者肝细胞产生的C3明显减少，不足正常的1%，但巨噬细胞产生的C3可超过正常水平；②补体生物合成可受多种因素调节，其中既包括局部组织特异的因子，也包括多种全身激素。例如：某些补体组分属于“急性期反应物”（acutephasere-actant），机体应激反应中所产生的细胞因子（如IL-1、IL-6、TNF-α、IFN-等）可调节其生物合成。3.补体的分解代谢补体代谢率极快，血浆补体每天约有一半被更新。在疾病状态下，补体代谢会发生更为复杂的变化。第二节补体激活途径补体固有成分以非活化形式存在于体液中，通过级联酶促反应被激活，产生具有生物学活性的产物。已发现三条补体激活途径，它们有共同的终末反应过程（图5-1）。经典途径MBL途径旁路途径抗原抗体复合物病原体表面甘露糖残基病原体表面多糖→→CiqrsMBL-MASPB因子、D因子C4、C2C4、C2P因子前端反应C3C5C6368末端通路Ic9MAC组装图5-1补体三条活化途径示意图前端反应指活化反应开始至生成C5转化酶的过程，三条激活途径各异：末端通路指C5激活至攻膜复合物（MCA）形成的过程，为三条途径所共有（一）经典途径经典途径（classicalpathway）指激活物与C1q结合，顺序活化C1r、C1s、C4、C2、C3，形成C3转化酶（C4b2a）与C5转化酶（C4b2a3b）的级联酶促反应过程（图5-2）。C1通常以C1q（C1r)2(C1s)2复合大分子形式存在于血浆中。C2血浆浓度很低，是补体活化级联酶促反应的限速成分。C3是血浆中浓度最高的补体成分，是三条补体激活途径的共同组分。1.激活物经典途径的激活物主要是与抗原结合的IgG、IgM分子。此外，血清中C反应蛋白（CRP）、淀粉样蛋白p成分（SAP）和五聚素3（PTX3）等蛋白能识别并结合微生物表面成分，如磷脂胆碱、磷脂酰乙醇胺等，进而激活C1g；某些细菌细胞壁上的蛋白成分以及G*菌的胞壁酸（LTA）还能直接激活C1g。人类不同类型抗体活化C1g的能力各异（IgM>IgG3>IgG1>IgG2），IgC4无激活经典途径的能力。2.活化过程C1g与2个以上抗体Fc段结合可发生构型改变，使与C1q结合的C1r活化，活化的C1r激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性活化的C1s的第一个底物是C4。在Mg*存在下，C1s使C4裂解为C4a和C4b，其中部分C4b结合至紧邻抗原抗体结合处的细胞或颗粒表面。C1s的第二个底物是C2分子。在Mg存在下，C2与C4b形成复合物，被C1s裂解而形成C2a和C2b;C2a可与C4b结合成C4b2a复合物即C3转化酶（C3convertase），后者使C3裂解为C3a和C3b，此乃补体活化级联反应中的枢纽性步骤。新生的C3b可与C4b2a中C4b结合，形成C4b2a3b即C5转
42第五章补体系统抗原-抗体复合物C1qrsClqrsC3C21C4b2aC4C4hC4b2C3转化酶-C4aC2b3C3bC4b2a3bC5转化酶图5-2补体激活经典途径的前端反应C1q与IC结合后被活化，依次激活Clr和Cls;C1s依次裂解C4和C2,形成C3转化酶（C4b2a）；C4b2a裂解C3，形成C5转化酶（C4b2a3b）化酶（C5convertase），进人补体激活的末端通路（图5-2）。C3a游离于液相，是重要的炎症介质。另外C3b还可进一步被裂解为C3c、C3dg、C3d等小片段，其中C3d可参与适应性免疫应答（见第十三章）。（动画5-2“补体激活经典途径的前端效应”）C5转化酶（C4b2a3b）将C5裂解为C5a、C5b;C5a游离于液相，是重要的炎症介质，C5b可与C6稳定结合为C5b6；C5b6自发与C7结合成C5b67，暴露膜结合位点，与附近的细胞膜非特异性结合；结合于膜上的C5b67可与C8结合，所形成的C5b678可促进与多个C9分子聚合，形成C5b6789n复合物，此即攻膜复合物（membraneattackcomplex，MAC）（图5-3）。插人细胞膜的MAC通过破坏局部磷B0脂双层而形成“渗漏斑”，或形成穿膜的亲水性孔道，可容许水、离子及可溶性小分子等经此孔道自由流动。由于胞内胶体渗透压较胞外高，故大量水分内流，导致胞内渗透压降低、细胞逐渐肿胀并最终破裂（“溶破”）。（动画5-3“补体激活的共同末端通路”）（二）旁路途径旁路途径（alternativepathway）又称替代激活途径：其不依赖于抗体，而由微生物或外源异物直接激活C3，C5b在B因子、D因子和备解素P因子参与下，形成C3转化酶和C5转化酶，启动级联酶促反应过程。在生物进化C9C6C7C9/c9的种系发生上，旁路途径是最早出现的补体活化途径，C9是抵御微生物感染的非特异性防线C9Co1.激活物某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡聚糖均可成为旁路途径“激活物”，它们实际上是为补体激活提供保护性环境和接触的表面人细胞膜2.活化过程此途径从C3开始。生理条件下，血X清C3受蛋白酶等作用可发生缓慢而持久的水解，产生细胞内低水平C3b。自发产生的C3b绝大多数在液相中快速图5-3补体激活的共同末端通路及攻膜复合失活，少数可与附近的膜表面结构共价结合，膜表面结物结构示意图C5转化酶裂解C5,所产生的C5b依次与C6、构不同，产生不同的结果：①结合于自身组织细胞表面C7、C8、C9结合为大分子复合体（即MAC）形的C3b，可被多种调节蛋白降解、灭活；②结合于“激活成以C9为内壁、直径约10nm的穿膜通道物”表面的C3b，可与B因子结合，在Mg+存在下，结合
43第五章补体系统的B因子被D因子裂解为Ba和Bb,Bb仍与C3b结合，形成C3bBb，即旁路途径C3转化酶。旁路途径中，备解素（P)可结合细菌表面，稳定C3b与Bb结合形成C3转化酶，防止其被降解。结合于激活物表面的C3bBb可裂解更多C3分子，新生的C3b又可与Bb结合为新的C3bBb,形成旁路激活的正反馈放大效应（图5-4）。（动画5-4“补体激活的旁路途径及C3b的放大效应”）2备解素(P)D因子C3旁路途径B因子C3转化酶经典途径或→ C3bC3bBbC3bBbP自发产生→4￥C3aBaC3bC3bnBb务路途径C5转化酶放大机制图5-4旁路途径及C3b的放大效应颗粒表面的C3b与B因子结合形成C3bB，在D因子作用下生成C3bBb，P因子与之结合成C3bBbP，裂解C3后生成C3bBb3b，然后裂解C5进人末端通路。C3bBb裂解C3，新生的C3b结合至“激活物”表面，B因子与之结合并被D因子裂解，产生新的C3bBb，从而形成正反馈放大环路C3b可与C3bBb复合物结合为C3bBb3b,此即旁路途径C5转化酶。其后的末端通路与经典途径完全相同。（三）凝集素途径凝集素途径（lectinpathway）又称MBL途径（MBLpathway），指血浆中甘露糖结合凝集素（mannose-bindinglectin，MBL）、纤维胶原素（ficolin，FCN）等直接识别病原体表面糖结构，依次活化MBL相关丝氨酸蛋白酶（MBL-associatedserineprotease，MASP）、C4、C2、C3，形成与经典途径中相同的C3转化酶与C5转化酶的级联酶促反应过程。1.激活物凝集素途径的激活物是病原体表面的糖结构。MBL和FCN可选择性识别多种病原体表面以甘露糖、甘露糖胺等为末端糖基的糖结构。含这些末端糖基的糖结构在哺乳动物细胞罕见（因其被唾液酸等所覆盖），但却是细菌、真菌及寄生虫细胞表面的常见成分。2.活化过程MBL-MASP或FCN-MASP复合物与病原体表面糖结构结合后，MBL或FCN发生构象改变，使与之结合的MASP1和MASP2被分别激活。活化的MASP2发挥其丝氨酸蛋白酶活性，裂解C4，所产生的C4b片段共价结合于病原体表面，随后与C2结合，后者也被MASP2裂解，生成与经典途径相同的C3转化酶C4b2a，继之裂解C3产生C5转化酶C4b2a3b，最后进人补体激活的末端通路（图5-5）。另外，活化的MASP1可直接裂解C3产生C3b，在D因子和P因子参与下，激活补体旁路途径（图5-5）。因此，凝集素途径对经典途径和旁路途径的活化具有交叉促进作用。（动画5-5补体激活的凝集素途径”）可（四）三条补体激活途径的特点在生物种系进化中，三条补体激活途径出现的先后顺序是旁路途径→MBL途径一→经典途径。三条途径起点各异，但存在相互交叉，并具有共同的末端通路（图5-6）。1.经典途径主要特点为：①激活物主要是由IgG或IgM结合膜型抗原或游离抗原所形成的免疫复合物（IC)，C1q识别抗原-抗体复合物是该途径的起始步骤；②C3转化酶和C5转化酶分别是C4b2a和C4b2a3b；③其启动有赖于特异性抗体产生，故在感染后期（或恢复期）才能发挥作用，并参与抵御相同病原体再次感染机体。现在发现有些微生物可直接或通过C反应蛋白等结合后间接激活
44第五章补体系统C3C3b旁路澈活途径病原体甘露糖残基MASP1xC4a+C4bMBLC4C3.C4b2aMASP2(C3转化酶)YC2C3C2b+C2aC3bC4b2a3b(C5转化酶）图5-5补体激活的凝集素途径MBL-MASP或FCN-MASP结合于病原体表面糖结构，MBL或FCN构象改变，分别激活MASP1和MASP2：活化MASP2依次裂解C4和C2，产生C3转化酶C4b2a，继之裂解C3形成C5转化酶C4b2a3b；活化的MASP1直接裂解C3产生C3b,在D、P因子参与下，产生C3转化酶C3bBb或C3bBbP，继之裂解C3形成C5转化酶C3bBb3b最后进人末端通路经典途径抗原-抗体复合物(IgG或IgM)C1-一激活的C1C4b2aC4b2a3bC4+C2(C3转化酶）(C5转化酶)激活MASP2MBL途径MBLMASP1C5b~9C3C3b5（攻膜复合物）病原体甘露糖残基C6 C7C8 C9C3bBbC3bBb3b旁路途径C33h（C3转化酶）（C5转化酶）1-B因子D因子图5-6三条补体激活途径间的关系CIg，启动经典激活途径。2.旁路途径主要特点为：①激活物是细菌、真菌或病毒感染细胞等，为自发产生的C3b提供反应表面；②C3转化酶和C5转化酶分别是C3bBb和C3bBb3b；③存在正反馈放大环路；④无需抗体存在即可激活补体，故在抗体产生之前的感染早期或初次感染即可发挥作用。3.凝集素途径主要特点为：①激活物质非常广泛，主要是多种病原微生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖，由MBL和FCN等识别；②除识别机制有别于经典途径外，后续过程基本相同；③对经典途径和旁路途径具有交叉促进作用；④无需抗体参与即可激活补体，可在感染早期或初次感染中发挥作用。第三节补体激活的调节机体对补体系统活化存在着精细的调控机制，主要包括：①控制补体活化的启动；②补体活性片段发生自发性衰变；③血浆和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白，通过控制级联酶促反应过程中酶活性和MAC组装等关键步骤而发挥调节作用（图5-7）。各类补体调节蛋白针对补体激活途径关键环节的调节机制如表5-1。（动画5-6补体调节蛋白作用的关键环节”）（一）针对经典途径前端反应的调节机制C4b2a是经典途径和凝集素途径的C3转化酶。针对C4b2a的调节因子均发挥负调控作用，主要