补体激活途径各自的活化过程

第二节　补体系统的激活

血浆中非活化的补体成分无生物学功能，仅当补体级联酶促反应被激活后，才产生具有生物学活性的产物。多种外源性或内源性物质可通过三条途径激活补体:

图5-1　抗原抗体激活物激活C1q

①从C1q-C1r2-C1s2开始的经典途径（classic path-way），抗原-抗体复合物为主要激活物（图5-1）；

②从C3开始的旁路途径（alternative pathway），其不依赖于抗体；

③通过甘露聚糖结合凝集素（mannan binding lectin，MBL）糖基识别的凝集素激活途径（MBL pathway）。此外，上述三条途径有共同的终末反应过程。

一、经典途径

（一）经典途径的主要激活物

（1）IgM或IgG的抗原抗体复合物。

（2）核酸、酸性粘多糖、肝素、鱼精蛋白、C-反应蛋白、细菌脂多糖（LPS）、某些病毒蛋白（如H IV的gp120等）等。

（二）其活化过程分为3个功能单位

（1）识别单位:C1q、C1r、C1s

（2）活化单位:C4、C2、C3

（3）攻膜单位:C5～C9

（三）参与经典途径的补体成分

参与经典途径活化的补体成分依次为:C1、C4、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C9。

血浆中C1通常以C1q（C1r）2（C1s）2复合大分子形式存在，每个C1s和C1r分子均含一个丝氨酸蛋白酶结构域，如图5-2所示。

图5-2　C1分子结构模式图

C2为丝氨酸蛋白酶原，其血浆浓度很低，是补体活化级联酶促反应的限速步骤。C3是血浆中浓度最高的补体成分，是3条补体激活途径的共同组分。C3分子由α、β两条多肽链组成。C4由α、β和γ三条肽链组成，其分子结构与C3相似。

最终形成膜攻击复合物，造成靶细胞膜的损伤和靶细胞溶解。C5转化酶裂解C5形成的C5b可依次结合C6、C7，形成C5b67复合物并结合在细胞膜表面。C8可结合该复合物中的C7，进而通过构型改变插入细胞膜脂质双层，使形成的C5b678复合物牢固地附着在细胞表面，并使细胞膜出现轻微损伤，但其溶细胞能力有限。当附着在细胞膜表面的C5b678复合物与C9分子结合，聚合12～15个单链的C9分子形成C5b～9复合物，才可在细胞膜上形成孔道。因此，C5b～9称为膜攻击复合物（M AC）。电镜下可见到这种聚合C9分子是一个中空的多聚体，插入靶细胞的脂质双层膜后可造成细胞膜上内径为11nm的小孔，导致细胞内容物外漏，最终导致靶细胞溶解破坏。

（四）经典途径活化过程

补体经典途径激活过程如图5-3所示。

图5-3　补体经典途径激活过程模式图

1.识别阶段:当抗体与抗原结合后，抗体构象发生改变，暴露出位于Fc段上的补体结合点，Clq便与之结合。继而激活Clr、C1s。

C1q须与2个以上Fc段结合后才发生构型改变，使与C1q非共价结合的两分子C1r相互裂解而活化，活化的C1r激活C1s的丝氨酸蛋白酶活性。

C1s的第一个底物是C4分子:在M g^2＋存在下，C1s使C4裂解为C4a小片段和C4b大片段，大部分新生的C4b与H₂ O反应而失活，仅5% C4b共价结合至紧邻细胞或颗粒表面。

C1s的第二个底物是C2分子:C2与C4b形成Mg^2＋依赖性复合物，被CIs裂解后产生C2b大片段和C2a小片段。C2b与C4b结合成C4b2b复合物（即C3转化酶）。丝氨酸蛋白酶活性存在于C2b片段，其活性仅在与C4b结合时显示。

2.活化阶段:活化的C1s依次裂解C4和C2，形成具有酶活性的C3转化酶，后者进一步酶解C3并形成C5转化酶。此过程为经典途径的活化阶段。在活化阶段，补体C4、C2、C3和C5的级联酶解中，每一补体分子均裂解为a、b两个片段。a片段为小分子，游离于体液中，发挥趋化作用、过敏毒素和免疫黏附、调理作用等；b片段为大分子，结合在激活物颗粒（如细胞、细菌）表面，参与C3转化酶和C5转化酶的形成。

3、膜攻击阶段:C5转化酶（C3bBb3b或C4b2a3b）将C5裂解为小片段C5a和大片段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C5b～7，暴露膜结合位点，与附近的细胞膜非特异性结合；结合在膜上的C5b～7可与C8结合，所形成的C5b～8可促进C9聚合，形成C5b6789n复合物，即膜攻击复合物（membrane attack complex，M AC）。插入膜上的M AC通过破坏局部磷脂双层而形成“渗漏斑”，或形成穿膜的亲水性孔道，最终导致细胞崩解。

二、旁路途径

旁路途径又称替代激活途径（alternative pathway），指由B因子、D因子和备解素参与，直接由微生物或外源异物激活C3，形成C3与C5转化酶，激活补体级联酶促反应的活化途径。旁路途径是最早出现的补体活化途径（图5-4），乃抵御微生物感染的非特异性防线。

图5-4　旁路途径示意图

（一）旁路途径的主要激活物

旁路途径的“激活物”乃为补体激活提供保护性环境和接触表面的成分，如某些细菌、内毒素、酵母多糖、葡聚糖等。

（二）旁路途径活化过程

1.参与成分:C3、C5～C9、B因子、D因子、P因子。

2.激活过程:不需要C1、C4、C2参与，血浆中天然的C3能缓慢分裂成C3b是关键。

C3有限裂解和C3bB形成。正常情况下，体内的蛋白水解酶可使C3有限微弱裂解，产生少量C3b，使机体总保持着“箭在弦上，一触即发”的警觉状态。处于液相的C3b极不稳定，易被体液中的I因子、H因子灭活。一旦有病原微生物入侵，细菌细胞壁的脂多糖和肽聚糖等激活物提供了补体分子可以接触的固相表面，使补体级联反应得以进行。C3b结合在细菌表面后，可发生结构改变，结合B因子，形成稳定的C3bB复合物，并在D因子作用下，进一步裂解B因子形成替代途径的C3转化酶，触发替代途径的激活。

与激活物表面结合的C3bBb可裂解更多C3分子，其中部分新生的C3b又可与Bb结合，此即旁路激活的正反馈放大效应。少量C3b与C3bBb复合物中的C3b结合，形成C5转化酶C3bnBb，其后为终末过程（图5-5）。

图5-5　补体激活的旁路途径示意图

三、M BL途径

MBL途径（MBL pathway）指由血浆中甘露聚糖结合的凝集素（mannan binding lectin，M BL）直接识别多种病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖，进而依次活化M ASP-1、M ASP-2、C4、C2、C3，形成和经典途径相同的C3与C5转化酶，激活补体级联酶促反应的活化途径。MBL激活途径的主要激活物为含有N-氨基半乳糖或甘露糖基的病原微生物。

图5-6　M ASP结构示意图

MBL分子结构类似于C1q分子。依赖于Ca^2＋存在，MBL可与多种病原微生物表面的N-氨基半乳糖或甘露糖结合，并发生构型改变，导致MBL相关的丝氨酸蛋白酶（MBL-associated serine protease，M ASP）活化（图5-6）。

M ASP有两类:活化的M ASP-2能以类似于C1s的方式裂解C4和C2，生成类似经典途径的C3转化酶C4b2a，进而激活后续的补体成分；M ASP-1能直接裂解C3生成C3b，形成旁路途径C3转化酶C3bBb，参与并加强旁路途径正反馈环路（图5-7）。因此，凝集素途径对补体经典途径和旁路途径活化具有交叉促进作用。

四、三条途径的比较

补体激活的经典途径、旁路途径、MBL途径的区别见表5-1。

图5-7　补体激活的MBL途径

表5-1　三条途径的区别

相同点:三条途径有共同的末端通路，即形成膜攻击复合物溶解细胞。三条激活途径全过程如图5-8所示。

图5-8　补体三条激活途径全过程示意图