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补体系统

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补体系统

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1 补体介绍

“补体”一词来源于比利时免疫学家 Jules Bordet。他发现,含有抗菌抗体的新鲜血清在 37℃下可以溶解细菌,然而,如果血清被加热到 56℃或者更高温度,它就会失去溶解能力。因为抗体结构具有热稳定性,这种溶解能力的丧失不是康个体活性的衰减引起的。Jules Bordet 认为血清中含有另一种热敏感成分,这种成分协助或补充抗体的溶解功能,并命名为“补体”。

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图 1:补体系统由比利时免疫学家 Jules Bordet 发现,并因此获得了 1919 年诺贝尔奖。

补体系统由大约 50 种蛋白质和蛋白片段组成,包括血清蛋白和细胞膜受体,它们约占血清中球蛋白的 10%.

这些蛋白由肝脏合成,并作为无活性的前提在血液中循环。当被几种触发因素刺激时,系统中的蛋白酶会切割特定的蛋白质并启动进一步酶切的扩增级联反应,最终可以刺激吞噬细胞清除入侵的微生物,诱发炎症以吸引更多的吞噬细胞残余免疫反应,同时可以形成细胞膜攻击复合物,直接对侵入的微生物进行杀伤。

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图 2:补体系统的蛋白组成以及对应的生物学功能

在体液系统中,不提蛋白是不活跃或者短暂活跃的,但它们在附着到微生物、抗体或凋亡细胞后会被激活。因此,补体的激活几生物学功能被限制在微生物细胞表面或抗体结合到抗原的部位,而非在血液中发生。

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图 3:补体系统概览

2 补体的激活途径

主要有三个途径:

  • 经典途径:由结合到抗原上的特定抗体激活
  • 替代途径:在没有抗体的情况下在微生物细胞表面激活;
  • 凝集素途径:由结合到微生物表面的甘露糖结合蛋白激活。

“经典”和“替代”的命名由来。

  • 经典途径首先被发现,但从系统发育学上来讲,替代途径更为古老。
  • 替代途径和凝集素途径是先天免疫的效应机制
  • 经典途径是获得性免疫中的体液免疫的主要机制

尽管补体激活的路径在启动方式上有所不同,但它们都会导致最丰富的补体 C3 蛋白被 C3 转化酶裂解为两个片段:C3a 和 C3b(按照惯例,补体蛋白水解产物哦通过小写字母后缀来标识,a 指代较小的产物,b 指代较大的产物)C3b 随后共价连接到微生物细胞表面或结合到抗原的抗体上。

补体相关的免疫学功能均依赖于 C3 蛋白的水解,例如:

  • 吞噬细胞(中性粒细胞和巨噬细胞)表达 C3b 的受体,识别与微生物共价连接的 C3b,促进吞噬作用。
  • C3b 也会进一步组装成 C5 转化酶的第二酶复合物,它将 C5 裂解为 C5a 和 C5b。
  • C5a 片段可以促进炎症,并通过在膜上形成孔洞裂解微生物。
  • 不同的补体激活途径的差别在于 C3b 的产生方式不同。
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图 4:激活由经典途径,替代途径,凝集素途径。不同的补体激活途径的差别在于 C3b 的产生方式补体,但都需要水解 C3 产生 C3b 来继续后续的免疫反应。

2.1 补体激活的替代途径

补体的替代途径激活,可以不依赖抗体产生可以稳定地附着在微生物表面的 C3b。筒仓,血浆中的 C3 以极低的速率(每小时总血浆 C3 的 1%~2%)持续被裂解,以此来产生 C3b,这是持续动态平衡。

C3 蛋白含有一个反应性硫酯键,该键在一个位于蛋白质称为硫酯域的区域内。当 C3 被裂解时,C3b分子构象改变,硫酯域被反转暴路出来。随后 C3b 通过硫酯域共价连接到细胞表面,该硫酯域与细胞表面蛋白质或多糖的氨基或羟基反应,形成酰胺或酯键。如果上述结合过程没有发生,C3b无法和细胞表面结合,处于循环系统中,暴露的反应性硫酯键会被迅速水解而失活,进一步的补体激活被终止。

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图 5:C3补体被切割以及结合到细胞表面的流程图。

未完待续





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