第四講補(bǔ)體系統(tǒng)(complement system)

1、第四講 補(bǔ) 體 系 統(tǒng) （complement system),上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室張 勇,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的發(fā)現(xiàn),溶菌,,56℃，30分鐘,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,正常豚鼠血清,溶菌,溶菌,凝集,凝集,感染霍亂豚鼠血清,感染霍亂豚鼠血清,霍亂弧菌菌液,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Jule

2、s 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

3、a development vital to the diagnosis and treatment of many dangerous contagious diseases.,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Complement refers, historically, to fresh serum capable of lysing antibody (Ab)-coated cells. T

4、his activity is destroyed (inactivated) by heating serum at 56 degrees C for 30 minutes.,,Paul Ehrlich coined the term complement, defining it as “the activity of blood serum that completes the action of antibody.”,上海第二醫(yī)

5、科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,基本概念,補(bǔ)體（complement,C）： 是存在于人和脊椎動(dòng)物血清中一組經(jīng)激活后具有酶活性的蛋白質(zhì)，參與抗微生物防御反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)及免疫病理的損傷反應(yīng)等。,補(bǔ)體大多是 ? 球蛋白，少數(shù)是 ? 及 ? 球蛋白 自然條件下，以無(wú)活性酶原形式存在 對(duì)熱不穩(wěn)定，56℃、30 min可滅活 各成分中，C3含量最高 主要由肝細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,上海第二醫(yī)科大學(xué)免

6、疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體系統(tǒng)的組成,補(bǔ)體的固有成分：存在于體液中，參與補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)的補(bǔ)體成分，如C1,C2,C3…C9、B因子、D因子及MBL等補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白：包括備解素、I因子、C1抑制物等補(bǔ)體受體：包括CR1~CR5、C3aR等共包含 30 余種,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,命名原則,C：靜止?fàn)顟B(tài)（如 C1 ~ C9）C：激活狀態(tài)（如 C4b2b）

7、iC：滅活狀態(tài)（如 iC3b）a：代表某成分裂解后產(chǎn)生的小片段（如C3a）b：代表某成分裂解后產(chǎn)生的大片段（如C3b）R: 補(bǔ)體的受體 (CR1 or C5aR),,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的激活,激活后具有效應(yīng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)放大反應(yīng)三條途徑,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的激活,識(shí)別階段活化階段效應(yīng)階段,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)

8、教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Components of the Classical Pathway,C4,C2,C3,C1 complex,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,經(jīng)典激活途徑之識(shí)別、活化階段,激活物：抗原-抗體復(fù)合物,激活條件： 抗體Fc段暴露出補(bǔ)體 結(jié)合位點(diǎn) C1q分子必須有兩個(gè) 以上的球形亞蛋單位 與抗體結(jié)合,關(guān)鍵酶： C1s C4b

9、2b C4b2b3b,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,IgG分子結(jié)合抗原前后的構(gòu)象變化,Fab段,Fc段,,,,,,,,,,,,,,,C1q 結(jié)合位點(diǎn)被屏障,結(jié)合抗原之前,,,,CH1,CH2,,,,,,,,,,,,暴露的C1q結(jié)合位點(diǎn),,結(jié)合抗原之后,,IgM CH3區(qū)，IgG CH2區(qū),上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,z

10、hangy@shsmu.edu.cn,,,C4,Classical Pathway Generation of C3-convertase,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,Classical Pathway Generation of C3-convertase,C4b,,Mg++,C4a,,,C2,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,Classical P

11、athway Generation of C5-convertase,C4b,,Mg++,C4a,,,,C2a,C3,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Components of mannose-binding lectin pathway,C4,C2,MASP-1,MASP-2,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shs

12、mu.edu.cn,MBL激活途徑之識(shí)別、活化階段,激活物：細(xì)菌表面的甘露糖殘基關(guān)鍵酶：MASP-1、MASP-2 C4b2b C4b2b3b過(guò)程：,MBL,+,病原體甘露糖殘基,,+絲氨酸蛋白酶,MASP-1、2,,裂解C4、C2,后續(xù)步驟同經(jīng)典途徑,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Mannose-binding lectin pathway,,C4,C2,MASP-1,MASP-2

13、,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Components of thealternative pathway,C3,B,D,P,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,替代激活途徑之識(shí)別、活化階段,激活物：G(-)菌細(xì)胞壁成分--脂多糖、凝聚IgG4、 IgA等,準(zhǔn)備階段： 自發(fā)產(chǎn)生的 C3b 經(jīng)典途徑產(chǎn)生的 C3b關(guān)鍵酶：C3b

14、Bb C3bBb3b,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Spontaneous C3 activation,C3,B,D,C3,Generation of C3 convertase（C3bBb),,This C3b molecule has a very short half life,H2O,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,B,D,If spontan

15、eously-generated C3b is not degraded,C3-activationthe amplification loop,C3,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3a,B,D,C3,C3-activationthe amplification loop,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3a,C3a,,,C3,B,D,C3-activ

16、ationthe amplification loop,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3a,C3a,,,C3a,C3-activationthe amplification loop,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3a,C3a,C3a,C3-activationthe amplification loop,,,,,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研

17、室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3a,C3a,C3a,C3-activationthe amplification loop,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3b stabilization andC5 activation,,C3,C5,B,D,P,This leads to formation of membrane attack complex,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫

18、學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,替代途徑激活特點(diǎn),體內(nèi)C3自發(fā)水解成C3b，使替代途徑處于準(zhǔn)激活狀態(tài)替代途徑能識(shí)別自己與非己替代途徑是補(bǔ)體系統(tǒng)重要放大機(jī)制,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C5- convertase of the three pathways,,C3b,,Bb,,C3b,,,C5-conve

19、rtase of the Alternative Pathway,,C5-convertase of the Classical and lectin Pathways,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,,Generation of C5 convertase leads to the formation of the membrane attack complex,Terminal sequen

20、ce,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Components of the Terminal sequence,C6,C9,C5,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Terminal sequence C5-activation,C5,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,Terminal sequence assembly

21、of the lytic complex,C6,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,Terminal sequence :insertion of lytic complex into cell membrane,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,C9,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,,complement Kill the

22、 Parasite,MACs effect,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Pathways of complement activation,,CLASSICALPATHWAY,ALTERNATINEPATHWAY,antibodydependent,Mannose bindinglectin dependent,,,,,,,,,Activation of C3 andgenerati

23、on of C5 convertase,,activationof C5,,,LYTIC ATTACKPATHWAY,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體三條激活途徑全過(guò)程示意圖,抗原抗體復(fù)合物（IgG或IgM）,,C1qr2s2 C1qr2s2,,,C4+C2,,,C4b2b （C3轉(zhuǎn)化酶）,,,C4b2b3b （C5轉(zhuǎn)化酶）,,MBL

24、+病原體甘露糖,,MASP,,絲氨酸蛋白酶,,C3 C3b,,,,,B因子 D因子,C3bBb（C3轉(zhuǎn)化酶）,,,,C3bBb3b（C5轉(zhuǎn)化酶）,,,,C5,,C5b,,C5b~9 MAC,,,,,C6 C7 C8 C9,經(jīng)典途徑,MBL途徑,替代途徑,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,三條激活途徑的主要不同點(diǎn),,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shs

25、mu.edu.cn,補(bǔ)體活化的調(diào)控,自身衰變：體液中滅活物質(zhì)的作用： 經(jīng)典途徑中的滅活物質(zhì) 替代途徑中的滅活物質(zhì) 膜攻擊復(fù)合物形成的調(diào)節(jié),上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,,C4b2b,C4b2b3b,C5b6789(MAC),,?,?,C3bBb,C3bBb3b,C5b6789(MAC),備解素,?,,?,,?,調(diào)節(jié)蛋白對(duì)補(bǔ)體活化的調(diào)節(jié)作用,經(jīng)典途徑活化產(chǎn)物,?   

26、;C1 INH,,DAF, I因子，H因子,,,S蛋白, CD59,HRF,,DAF, I因子，C4bp,,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體激活過(guò)程中的調(diào)控蛋白,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,,,,,C1INH,C1qrs breakdown,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C1-inhibitor d

27、eficiency:angioedema,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,C3b regulation on self and activator surfaces,C3b,,,C3b,C3b,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,Control of spontaneousC3 activation via DAF,,,DAF prevents the bind

28、ing of factor B to C3b,B,,,超急排斥（HAR, hyper acute rejection）,移植受者 (人) 血流中的異種反應(yīng)天然抗體 (XNA) 識(shí)別供者 (豬) 器官血管內(nèi)皮細(xì)胞膜上以半乳糖苷為抗原表位的糖蛋白，激活補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起內(nèi)皮細(xì)胞裂解和激活，導(dǎo)致凝血和血管阻塞，移植物壞死。 排斥時(shí)間：40～120分鐘。,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,,Gal ? (

29、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）,異種移植超急排斥抗原,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,超急排斥 半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因的進(jìn)化

30、 低等 高等 哺乳 新世 舊世 類 動(dòng)物 動(dòng)物 動(dòng)物 界猴 界猴 人猿 人 GT 基 因 ★ ★ ★ ★ ? ? ? HAR抗原 ★ ★ ★ ★ ? ? ? XNA ? ? ? ? ◆ ◆ ◆,,,,,GT：半乳糖基轉(zhuǎn)移酶

31、HAR：超急排斥XNR：異種反應(yīng)天然抗體,現(xiàn)有的主要對(duì)策 1、去除或抑制人體內(nèi)的異種反應(yīng)天然抗體XNA； 2、應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，抑制補(bǔ)體活性。如獲 得帶有人衰變加速因子(DAF) 基因的轉(zhuǎn) 基因豬。 3、敲除豬的半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因。,C4b,,細(xì)胞裂解,,C2b,,,,-Ag-Ab 復(fù)合物,C1 C1激活,C4aC4 C4b,C2bC2

32、 C2a,C4b2b3b,hDAF,C4b,C5a C5 C5b MAC C5b6789,C 5-轉(zhuǎn)換酶,C 3 轉(zhuǎn)換酶,,,,,,,,,,,,,,,,,,,無(wú)補(bǔ)體活性,,衰變加速因子,,pDAF,DAF,DAF,,,,,,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zh

33、angy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的生物學(xué)作用,溶菌及溶靶細(xì)胞作用： G(-)菌、RBC、粒細(xì)胞、血小板和病毒感染的細(xì)胞等調(diào)理作用：C3b、C4b以及 iC3b 氨基端與靶細(xì)胞結(jié)合，羧基端與相應(yīng)受體結(jié)合清除免疫復(fù)合物：粘附到帶有C3b受體的細(xì)胞表面（主要是 紅細(xì)胞），最終達(dá)到清除免疫復(fù)合物的作用炎癥介質(zhì)作用： 激肽樣作用：C2a、C3a、C4a,增加血管

34、通透性 過(guò)敏毒素作用： C3a、C5a 趨化作用： C3a、C5a以及C567可吸引吞噬細(xì)胞定向移動(dòng)免疫調(diào)節(jié)作用: APC和B細(xì)胞功能,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的生物學(xué)作用,溶菌及溶靶細(xì)胞作用： G(-)菌、RBC、粒細(xì)胞、血小板和病毒感染的細(xì)胞等調(diào)理作用：C3b、C4b以及 iC3b 氨基端與靶細(xì)胞結(jié)合，羧

35、基端與相應(yīng)受體結(jié)合清除免疫復(fù)合物：粘附到帶有C3b受體的細(xì)胞表面（主要是 紅細(xì)胞），最終達(dá)到清除免疫復(fù)合物的作用炎癥介質(zhì)作用： 激肽樣作用：C2a、C3a、C4a,增加血管通透性 過(guò)敏毒素作用： C3a、C5a 趨化作用： C3a、C5a以及C567可吸引吞噬細(xì)胞定向移動(dòng)免疫調(diào)節(jié)作用: APC和B細(xì)胞功能,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu

36、.edu.cn,調(diào)理作用 （OPSONIZATION ）,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,調(diào)理作用（OPSONIZATION）,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的生物學(xué)作用,溶菌及溶靶細(xì)胞作用： G(-)菌、RBC、粒細(xì)胞、血小板和病毒感染的細(xì)胞等調(diào)理作用：C3b、C4b以及 iC3b 氨基端與靶細(xì)胞結(jié)合，羧基端與相應(yīng)

37、受體結(jié)合清除免疫復(fù)合物：粘附到帶有C3b受體的細(xì)胞表面（主要是 紅細(xì)胞），最終達(dá)到清除免疫復(fù)合物的作用炎癥介質(zhì)作用： 激肽樣作用：C2a、C3a、C4a,增加血管通透性 過(guò)敏毒素作用： C3a、C5a 趨化作用： C3a、C5a以及C567可吸引吞噬細(xì)胞定向移動(dòng)免疫調(diào)節(jié)作用: APC和B細(xì)胞功能,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.

38、cn,清除免疫復(fù)合物 （免疫粘附）,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的生物學(xué)作用,溶菌及溶靶細(xì)胞作用： G(-)菌、RBC、粒細(xì)胞、血小板和病毒感染的細(xì)胞等調(diào)理作用：C3b、C4b以及 iC3b 氨基端與靶細(xì)胞結(jié)合，羧基端與相應(yīng)受體結(jié)合清除免疫復(fù)合物：粘附到帶有C3b受體的細(xì)胞表面（主要是 紅細(xì)胞），最終達(dá)到清除免疫復(fù)合物的作用炎癥介

39、質(zhì)作用： 激肽樣作用：C2a、C3a、C4a,增加血管通透性 過(guò)敏毒素作用： C3a、C5a 趨化作用： C3a、C5a以及C567可吸引吞噬細(xì)胞定向移動(dòng)免疫調(diào)節(jié)作用: APC和B細(xì)胞功能,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,炎癥介質(zhì)作用（inflammatory mediators),上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu

40、.cn,Biological effects of C5a,上海第二醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,zhangy@shsmu.edu.cn,補(bǔ)體的生物學(xué)作用,溶菌及溶靶細(xì)胞作用： G(-)菌、RBC、粒細(xì)胞、血小板和病毒感染的細(xì)胞等調(diào)理作用：C3b、C4b以及 iC3b 氨基端與靶細(xì)胞結(jié)合，羧基端與相應(yīng)受體結(jié)合清除免疫復(fù)合物：粘附到帶有C3b受體的細(xì)胞表面（主要是 紅細(xì)胞），最終達(dá)到清除