补体系统的研究进展

补体系统的研究进展摘要：补体系统是与先天性免疫共同进化而来，是先天性免疫的一部分。

补体分子主要包括C1（C1q、C1r、C1s）、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9以及一组主要与旁路途径有关的分子，包括B因子和D因子等。

补体活化的途径共有三条，分别是典途径、替代途径或称旁路途径和凝集素（MBL）激活途径，这3条激活补体的途径既独立又交叉，产生的活性物质可引起调理吞噬、杀伤细胞、介导炎症、调节免疫应答和溶解清除免疫复合物等一系列重要的生物效应。

由于补体分子的复杂性，因此补体受体也分为多种类型，包括Ⅰ型补体受体、Ⅱ型补体受体、Ⅲ型补体受体、Ⅳ型补体受体等。

关键词：补体系统补体活化补体因子补体受体动物免疫由先天性免疫和获得性免疫系统组成[1]。

先天免疫（congenital immunity）是指机体对进入体内的抗原物质的一种无选择性排斥、清除功能。

这是生物体在种系发育的长期过程中逐步建立起来的一系列天然保护能力。

其作用特点主要有：①作用范围广：机体对入侵抗原物质的清除没有特异的选择性；②反应快：抗原物质一旦接触机体，立即遭到机体的排斥和清除；③有相对的稳定性：既不受入侵抗原物质的影响，也不因入侵抗原物质的强弱或次数而有所增减。

但是，当机体受到共同抗原或佐剂的作用时，也可增强免疫的能力；④有遗传性：生物体出生后即具有非特异性免疫能力，并能遗传给后代。

因此，非特异性免疫又称先天免疫或物种免疫；⑤是特异性免疫发展的基础。

从种系发育来看，无脊椎动物的免疫都是非特异性的，脊椎动物除非特异性免疫外，还发展了特异性免疫，两者紧密结合，不能截然分开。

从个体发育来看，当抗原物质入侵机体以后，首先发挥作用的是非特异性免疫，而后产生特异性免疫。

因此，非特异性免疫是一切免疫防护能力的基础。

参与先天免疫的分子主要包括补体、周期蛋白、干扰素以及其他的一些分子。

1 补体系统概述补体(Complement)是免疫学研究中最古老的领域之一。

到了高等哺乳动物，补体系统已进化成为一个由补体成分、血浆补体调节蛋白、膜补体调节蛋白及补体受体等30多种糖蛋白组成的，有着精密调控机制的复杂的蛋白质反应系统。

补体分子主要包括C1（C1q、C1r、C1s）、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9以及一组主要与旁路途径有关的分子，包括B因子和D因子等。

多种病原微生物及抗原抗体复合物等可通过经典途径、替代途径或称旁路途径和凝集素激活途径等3条既独立又交叉的途径激活补体，产生的活性物质引起调理吞噬、杀伤细胞、介导炎症、调节免疫应答和溶解清除免疫复合物等一系列重要的生物学效应[1]。

在最原始的脊椎动物如七鳃鳗和无脊椎动物如海胆、海星、海鞘和文昌鱼中发现了组成补体系统的有关成分如C3和因子B，同时还能检测出补体活性[2]，因此从进化的角度看，补体作为相对独立的先天性免疫防御机制，至少已存在600～700万年，远远地早于特异性免疫的出现，表明补体系统在进化上起源较早[3,4]。

近10年来研究已经基本弄清了补体种系进化的脉络，补体系统作为先天性免疫系统的一部分，是和先天性免疫系统一起起源进化的。

补体系统最早出现在后口无脊椎动物中[5]。

但仍有许多重要的问题没有得到解答，如补体最早出现在哪一种物种，替代途径和凝集素途径哪一条出现在先，等等。

2 补体系统的固有分子2.1 C1与C2分子C1是经典激活途径中的起始成分。

它是由1个分子的C1q和2个分子的C1r 及2个分子的C1s借Ca2 连接而成的大分子复合物。

分子量约为750kDa。

其中C1q为具有识别作用的亚单位，C1r和C1s为具有催化作用的亚单位。

C1q为各种补体分子中分子量最大（410kDa）的γ球蛋白，由A、B、C三种不同类型的肽链所组成，其中A、B、C链各6条，共18条[6]。

目前对C1q分子的A、B链已经完成了其cDNA克隆及序列分析，因此，C1q分子的大部分一级结构已经明确。

编码C1q的A、B、C三条肽链的基因均定位于人的第1号染色体的短臂34.1-36.1区[7]。

C1r和C1s均为单一多肽链分子，又都是丝氨酸蛋白酶（原）。

C1r和C1s多肽链均由接近700个氨基酸所组成。

位于C末端的约250个氨基酸为丝氨酸蛋白酶区，与胰蛋白酶和糜蛋白酶同源。

同大多数补体蛋白一样，它们都是镶嵌蛋白，即由不同氨基酸组成的固定基序组合而成，并且很可能代表独立的折叠功能区或结构功能域。

C1r和C1s的cDNA克隆均已成功，并进行了全部序列分析[8]。

编码C1r的基因定位于人的第12号染色体短臂13-ter，与编码C1s的基因相连[9]。

C2的序号似是补体的第2个成分，但在经典激活途径的激活顺序上却在C4以后被活化。

C2分子的一级结构已全部搞清楚，它是由723个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白，分子量约110kDa[10,11]。

当C2与已固定于细胞膜固相上的C4b 结合为复合物时，C1s丝氨酸蛋白酶可从C2肽链的精氨酸和赖氨酸（223-234）间，将C2裂解为两个片段，即C2a和C2b。

C2b由N端223个氨基酸残基构成，分子量为35kDa，由细胞膜表面释放入液相中，其生物学活性至今不明。

C2a由509个氨基酸残基组成，分子量为75kDa，它是构成经典激活途径中C3转化酶（C4b2a）和C5转化酶（C4b2a3b）的酶原部分。

C2a的肽链上含有裂解C3和C5的蛋白酶活性点，C3转化酶与C5转化酶对C3和C5的裂解，均是由C2a的酶活性点起催化作用。

2.2 C3分子C3处于两条激活途径的汇合点，在补体系统活化过程中起着枢纽作用，并为替代途径激活的关键分子。

C3的α、β两条肽链组成，之间以二硫键相连结，分子量为195kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa[12]。

其在血清中的含量高于其它补体分子，约为0.55-1.2mg/ml。

C3在适当条件下被激活，裂解为C3a和C3b。

C3a为过敏毒素，能直接作用于肥大细胞和嗜性粒细胞，使之释放组胺，引起血管扩张，通透性增加，平滑肌收缩及局部水肿。

但其作用远较C5a弱。

此外，C3a还具有使吞噬细胞定向移动以促进吞噬的趋化作用，以及抑制特异抗体反应、非特异性多克隆反应和抑制白细胞移动抑制因子（LIF）产生的作用。

C3b的生物学活性烄广，概括起来有以下几个方面：①参与替代途径中两种C3转化酶[起始C3转化酶（C3bB）和放大C3转化酶（C3bBb），以及两条途径中两种C5转化酶（C4b2a3b和C3bnBb）的形成；②启动替代激活途径中的正反馈放大回路；③调理促进吞噬及免疫粘连作用；④参与免疫调节，如作为B细胞活化的非特异性刺激信号，作为B细胞的致有丝分裂原促进B细胞增殖，与抗体协同增强ADCC作用和刺激单核细胞释放前列腺素E（PGE），嵌入抗原、抗体复合物的网格结构中，使二者的结合键断裂从而是产生对可溶性免疫复合物的溶解作用等。

C3bi具有促进吞噬和与抗体协同增强ADCC反应的作用。

人的C3基因定位于第19号染色体，有两种常见的同种型C3S和C3F。

2.3 C4与C5分子C4是经典激活途径中第二个被活化的补体成分，分子量约为210kDa，由α（90kDa）、β（78kDa）及γ（33kDa）三条肽链借二硫键连接组成C4的分子结构较为特殊，其α链中含有一个在半胱氨酸和谷氨酸残其间形成的内硫酯键。

α链的N端有C1s丝氨酸蛋白酶的作用点[13]。

编码人C4的基因定位于第6号染色体的HLA-DR和HLA-B位点间一段基因组DNA上。

C4由两个基因C4A和C4B所编码，因此血清中的C4分子也有两种类型即C4A和C4B，但二者具有高度同源性（仅有少数氨基酸不同）C4A和C4B的cDNA克隆均已成功并进行了序列分析。

C4a、C4b、B因子及C2均属于MHC的第Ⅲ类分子。

C5是形成膜攻击复合体（MAC）的第1个补体分子。

C5由以二硫键相连接的α、β链组成，分子量190kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa。

C5与C3和C4的结构相类似，但没有链内硫酯键。

靠近N端的第74-75位精氨酸一亮氨酸键为C5转化酶作用的部位。

在C5转化酶的作用下，C5α链N末端裂解出一个分子量为11kDa的小片段C5a进入液相中，其余部分为110kDa的大片段C5b，仍结合在细胞膜表面。

新生的C5b在极短时间内能保持与C6结合的构象，可与C6非共价结合形成一牢固的C5b-C6复合物，并通过与C3b的可逆性结合而固定的细胞膜上。

但C5b生成后其潜在的生物学活性存在时间非常短促，若无C6结合则迅速衰变为C5bi。

C5b只形成MAC参与细胞溶解效应，而C5a却具有广泛的生物学活性。

概括起来有以下几方面：①过敏毒素作用：C5a是具有过敏毒素作用的补体裂解片段中作用最强的介质，较C3a强20倍，较C4a强2500倍。

此外，C5a还可不依赖于肥大细胞释放组胺，即通过直接作用于血管内皮细胞而增加血管的通透性。

②趋化作用：高浓度的C5a是中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞的趋化剂，可刺激这些细胞沿着浓度定向移动。

值得注意的是，被血清羧肽酶N切C5aC端精氨酸残基而形成的去精C5a虽丧失了使肥大细胞分泌组胺的能力，但仍具有较强的趋化活性，是补体活化后产生趋化作用的主要因素。

③促代谢作用：高浓度的C5a可刺激中性粒细胞和单核细胞的氧化代谢，提高其cGMP的水平，有利于促进溶酶体与细胞膜的融合，释放溶酶体酶。

此外，C5a还可刺激中性粒细胞粘附及增强其产生超氧化物。

④免疫调节作用：近年体外研究表明，C5a对免疫应答有明显增强作用，如可诱导单核细胞分泌IL-1、IL-6、IL-8及TNF-α等细胞因子，促进抗原及同种异体抗原诱导的T细胞增殖及B细胞产生抗体等。

C5a的上述生物学活性的利于增强机体的防御机能，但由其导致的炎症反应也可造成对机体的损伤。

编码入C5的基因定位于第9号染色体长臂32-34区。

2.4 C6与C7分子C6和C7有许多相似之处，均为单链糖蛋白，且分子量也相近分别为128kDa 和121kDa。

编码C6和C7分子的基因可能由共同的祖基因进化而来。

C6和C7在氨基酸水平上有33.5%的同源性[14,15]。

对C6的结构及功能进行了较深入的研究，由cDNA序列推导成熟C6的全部多肽链含有913个氨基残基，前面还有21个独特氨基酸残基组成的信号肽，其碳水化物的含量为4-6%。

在肽链的第303位和834位氨基酸残基处，可能为两个天冬酰胺连接的糖基化部位。

C6中还含有大量的半胱氨酸残基（总数为64个），集中在多肽链的氨基末端和羧基末端部分，其中氨基末端的位置由半胱氨酸残基所占据。

C6和C7中都含有低密度脂蛋白（LDL）受体结构功能域、EGF前体结构功能域、Ⅰ型凝血敏感蛋白（TSP-1）结构功能域和SCR结构功能域，且排列方式相同。