许多补体蛋白属酶,它们以无活性的前身状态(酶原)存在于血清中,其他一些组分则存在于细胞表面.补体蛋白约占血清蛋白10%以上,其中C3在血中浓度最高(约1.5mg/ml).对于补体系统的各成分
补体有三条激活途径,分别称为经典,旁路和甘露聚糖结合凝集素途径.所有的途径均是独立的,直接针对激活的最重要步骤,即C3的裂解.共同最终的途径称之为终末途径或膜攻击复合物(MAC).
命名 经典途径的组分以C和数目字表示(如C1和C3).按照它们被确定的顺序头4种补体分别为C1,C4,C2和C3.旁路途径的组分以字母(如B,P和D)表示.某些组分称为因子(如B因子,D因子).激活的组分或复合物在其上面加一横划(如C1,C1r或C3b,Bb),裂解的片段在该组分后用英文小写字母表示,如C3a,C3b是C3的片段.无活性的C3b以iC3b表示.补体蛋白的多肽链则在其组分后用希腊字母表示(如C3α和C3β分别是C3的α和β链).C3受体缩写为CR1,CR2,CR3和CR4.
经典途径
激活 经典激活途径是指正常时可被结合抗体的补体所激活(结合补体的抗体)的途径,此种抗体是抗原-抗体复合物或是聚合的抗体(IgG或lgM).由于应答抗原刺激所形成的是特异性抗体,因此经典途径可作为特异性免疫.C1大分子由依赖钙离子的一个C1q,两个C1r和两个C1s分子所组成.此种C1大分子仅在钙离子存在时才保持着完整性;否则每个亚单位就会分离,当6个C1q分子中的2个与2个IgG分子或1个五个聚体IgM分子的Fc区相结合时才会使C1聚合.两个IgG分子需要有一定的间隔才会激活补体.由于1个五聚体IgG其结构上5个单位很接近,因而IgM较IgG更能有效地激活补体.IgG的活性依次为IgG3＞IgG1＞IgG2.IgG4并不固定补体.
一旦IgG结合至C1q,使C1q分子中的三维结构发生改变,致使C1r经自身分解激活成为C1r,C1r再裂解C1s中的一个链产生C1s,无论C1r或C1s被裂解均不会释放裂解片段.C1s也称为C1酯酶,它可将C4裂解为C4a和C4b.C4b,这个大的裂解片段,如存在细胞膜时会结合至膜.C1s接着会裂解游离的C2产生C2a和C2b,此过程意义不大,或能裂解在C4b,C2复合物上的C2产生C4b,C2a和游离的C2b,这是一个十分有意义的过程.C2a是C2的主要裂解片段,如果游离的C2被裂解,C2a需结合至C4b形成C4b,2a复合物,否则C2a将很快就降解和失活.C4b,2a是经典途径的C3转化酶,它能将C3裂解为C3a和C3b.在C2a上存在着C3裂解的酶点.C4b,2a需要镁,在生理温度下其降解与时间有关.
经典途径也可不经抗体机制而被激活.肝素(一种多聚阴离子抗凝剂)和鱼精蛋白(一种多聚阳离子剂可用于阻断肝素)当以相同分子浓度一起存在时会激活经典途径.其他不同的多聚阴离子剂(如DNA和RNA)也可以直接与C1q反应激活经典途径.C反应蛋白可在缺少抗体时使经典途径激活.已提到的C1旁路可不通过经典途径的组分使C3裂解.这些中的一种已归属于甘露聚糖结合凝集素的途径.
调节 经典途径由C1酯酶抑制物(C1INH)调控,它以1:1浓度与C1r和C1s相结合.C1r和C1s恒定地灭活这些蛋白质.C1INH也能与溶纤酶,舒缓激肽释放酶,激活的Hageman因子和凝血因子Ⅺa相结合.当它缺少时可导致遗传性血管水肿.J因子是一种阳离子糖蛋白,也能抑制C1活性.C4结合蛋白(C4BP)通过解离C4b,2a复合物使Ⅰ因子灭活C4b.
旁路途径
激活 旁路途径可由自然物质［如酵母菌壁,复蛇毒因子,肾炎因子,细菌壁(内毒素),兔红细胞(在体外)］激活,也可由聚合性IgA作为非特异性(先天的)免疫应答,也即不需要预先致敏.旁路途径并不需要C1,C4,或C2参与,但此途径需小量C3恒定地裂解C3为C3a和C3b.此种C3自然裂解的机制还未阐明,可能与酶的非特异性作用或其他两条途径低水平的活性有关.C3b作为B因子的底物产生C3b,B复合物.D因子(血浆中的一种激活酶)将B因子裂解为C3b和Bb,备解素(P)可稳定C3b,Bb复合物,延缓此复合物的衰变.C3b,Bb和C3b,Bb,P都是旁路途径的C3转化酶,此酶能将C3裂解为C3a和C3b.在Bb存在着C3的酶点.C3b,Bb复合物需要镁离子,其衰变也与温度有关.
旁路途径也是一种放大的途径.一个C3b,Bb复合物能裂解许多C3分子.然而在产生C1s和形成C4b,2a时也可发生放大.这些酶中的一种可裂解几百个分子,致使补体快速地激活.
调节 在旁路途径,C3b,Bb复合物由以下几种成分所调节.备解素可延缓C3b,Bb复合物的衰变,使其半寿期从4分钟增加至40分钟.衰变加速物质［如H因子或衰变加速因子(DAF)］与B因子竞争结合C3b(产生C3b,H)降低C3b,Bb复合物的半寿期,使此复合物解离为C3b和Bb.I因子作用于C3b,H使C3b降解(产生iC3b,C3c,C3d,C3f和C3dg).
C3b,Bb复合物的形式将取决于旁路途径是否被激活.C3b,Bb复合物所接触的表面可以是激活的表面(如酵母菌壁,兔红细胞)或非激活的表面(如羊红细胞).激活的表面可防止H因子与C3b结合,而非激活的表面却使H因子与C3b结合,导致C3b,Bb解离.因而在激活表面的C3b,Bb复合物所保留的活性明显长于非激活的表面.
以上所介绍的机制可解释旁路途径在体内的激活.复蛇毒因子(covF)像是复蛇毒的C3b；COVF,Bb复合物很稳定,对H因子的衰变作用不敏感,因而COVF,Bb复合物可快速,完全地裂解C3.C3肾炎因子(C3NeF)可在10%的膜增生型肾炎患者血清中找到.它是针对C3b,Bb复合物的Ig,C3NeF的作用类似P因子,可使C3b,Bb,C3NeF复合物抵抗H因子的作用.酵母菌壁(酵母多糖)和某些膜(如兔红细胞)作为激活的表面保护C3b,Bb复合物免受H因子的降解作用.
甘露聚糖结合凝集素途径
甘露聚糖结合凝集素(MBL)途径是由于先天所识别的一些外源性物质(如碳水化合物)激活补体所致.此途径的结构和功能类似经典途径.MBL类似C1q,MASP-1和MASP-2分别类似经典途径的C1r和C1s.因此,MASP-2可裂解C4,从而形成MBL途径的C3转化酶.
C3裂解和它们的后果
C3转化酶能将C3裂解为C3a和C3b,并产生了一个转移的针对膜的结合点.当C3转化酶作用于C3时,若表面或膜有效,C3b可立即共价与之结合.若膜或表面无效,C3b成为液相C3b,便不能通过转移性结合点共价地结合至细胞表面.若用甲胺处理,C3也会成为C3b.一旦C3b通过易变的转移性结合点与膜结合,它就能与各种不同的C3受体结合参与生物学作用.C3b可作为B因子的一个有效结合点通过旁路途径使更多的C3裂解,参与C5转化酶的形成,或被I因子作用共同参与形成iC3b.
因而,C3b可通过它的转移性硫醇酯结合点与膜共价结合,一旦结合,则根据细胞上C3受体的有效性和C3衰变状况与细胞上的各种不同受体相反应.此种通过转移性结合点共价与受体的结合不应与非共价与受体的结合相混淆.
攻膜复合物---终末的途径
C3转化酶(如C3b,Bb)可因C3b加至复合物而成为C5转化酶(如C3b,Bb,3b).C5转化酶将C5裂解为C5a和C5b,开始形成攻膜复合物(MAC),先是C6结合至C5b,产生C5b,6,接着结合C7形成能触及膜和脂双层的C5b,6,7.当C5b,6,7存在于细胞上而无其他任何的补体产物,这称为无辜旁立现象(可导致无辜细胞的溶解).当C8结合至C5b,6,7复合物形成C5b,6,7,8后导致细胞膜缓慢地,不明显地溶解.最后C9结合至复合物产生C5b,6,7,8,9,才使细胞明显地溶解.当C5b-9复合物中另加入C9分子会增强细胞溶解.攻膜复合物由S蛋白(调控C5b-7活性),同种限制因子(HRF),SP40,40和CD59(调控C8,9活性)所调节.
补体激活的生物学活性
细胞溶解仅是补体激活诸多生物活性中的一种.它不是补体激活最重要的现象.在临床上细胞溶解可见于夜间阵发性血红蛋白尿患者,这是一种很少见的疾病,与衰变加速因子(DAF),同种限制因子(HRF)和CD59这些膜蛋白缺少有关.
补体受体存在于多种细胞.CR1(CD35),膜辅助因子蛋白(MCP,CD46)和DAF(CD55)对C3b的分解起调节作用.HRF和CD59防止在自身细胞形成攻膜复合物.CR1(CD35)在清除免疫复合物中起着作用,CR2(CD21)调节着B细胞的功能(抗体的产生),并且它也是EB病毒的受体.CR3(CD11b/CD18)在吞噬中起作用,它可粘附结合iC3b的颗粒,使之被吞噬.CR4存在于血小板上,在C3受体中对它的研究较少；gp150,95在单核细胞移行中起作用.C3a和C4a受体可分别结合C3a和C4a,C5a受体结合C5a和C5adesarg(在C5a结尾无精氨酸),它广泛存在于多种细胞.C1q受体与C1q胶原部分相结合,使免疫复合物结合至吞噬细胞.
C3a和C5a有过敏毒素活性,而C4a只具有微弱的过敏毒素活性.过敏毒素活性可增加血管通透性,平滑肌收缩和肥大细胞脱颗粒.过敏毒素受过敏毒素灭活剂(N羧肽酶)的调节,这种酶可在数秒钟内除去羧端精氨酸.
趋化性是将细胞吸引至炎症区,C5a同时具有过敏毒素和趋化活性,而C3a和C4a无趋化性.也有认为iC5b-7具有趋化性.
中性粒细胞和单核细胞的活性由C5a和C5adesarg所调节.C5a能增强细胞的粘附,使粒细胞脱颗粒并释放细胞内的酶,产生毒性氧和启动其他细胞的代谢.
清除免疫复合物是补体重要的功能,经典途径可防止形成大的免疫复合物,旁路途径可增加免疫复合物的溶解性.
补体蛋白也可有不同的其他生物学活性,C3片段(C3d或C3dg)通过细胞上的CR2有助调节抗体的产生.遗传性血管水肿除由C1酯酶抑制物缺陷所致外,也可由一种尚未阐明的激肽样物质引起.一种还未阐明的C3片段(C3e,白细胞动员因子)可使白细胞从骨髓动员出.B因子的Bb片段能增加巨噬细胞的粘附和扩展.补体激活也可中和病毒和引起白细胞增多.
功能性补体活性的检测
总补体溶血试验(CH50)是检测经典途径和攻膜复合物对已结合抗体的羊红细胞溶解的能力.旁路CH50(兔CH50或旁路CH50)是检测旁路途径和攻膜复合物溶解兔红细胞的能力.溶血试验能检测两条激活途径中各个特异性补体组分的功能性活性,也能通过抗原抗体反应的技术定量检测补体蛋白(如比浊法,琼脂凝胶扩散或单向免疫扩散).
补体也可作为试剂帮助诊断.在补体结合试验,待测病人血清经加热破坏补体的酶活性,然后将抗原(如病毒颗粒)和附加的补体加至病人血清,混和后温育,最后加入致敏羊红细胞继续温育,若在病人血清中存在着抗体,可因补体系统的激活使补体溶血的活性丧失,将不发生红细胞的溶解,如果病人血清中不存在抗体,则红细胞发生溶解.