补体的功能及生物学意义

补体的功能及生物学意义_免疫学与免疫制剂

第四节　补体的功能及生物学意义

补体活化的共同终末效应是在细胞膜上组装M AC，介导细胞溶解效应。同时，补体活化过程中生成多种裂解片段，通过与细胞膜相应受体结合而介导多种生物功能。

一、细胞毒及溶菌、溶解病毒作用

补体激活产生M AC，形成穿膜的亲水性通道，破坏局部磷脂双层，最终导致细胞崩解。M AC的生物学效应是:溶解红细胞、血小板和有核细胞；参与宿主抗细菌（革兰阴性菌）和抗病毒（如H IV）防御机制。补体介导的细胞溶解如图5-9所示。

二、调理作用

C3b、C4b和iC3b与细菌或其他颗粒结合，通过与吞噬细胞表面CR1、CR3、CR4结合而促进其吞噬作用，此为补体的调理作用。这种调理吞噬作用可能是机体抵抗全身性细菌和真菌感染的主要机制之一（图5-10）。

图5-9　补体介导的细胞溶解

图5-10　C3b/CR1促进吞噬细胞的吞噬（调理）作用

三、免疫黏附作用

可溶性抗原-抗体复合物（如毒素-抗毒素复合物）活化补体后，产生的C3b可共价结合至复合物上，通过C3b与CR1阳性红细胞、血小板黏附，将免疫复合物转移至肝、脾脏内，被巨噬细胞清除，此为免疫黏附（im-mune adherent），是机体清除循环免疫复合物的重要机制（图5-11）。

四、炎症介质作用

C3a和C5a被称为过敏毒素（anaphylatoxin），它们可与肥大细胞或嗜碱粒细胞表面C3aR和C5aR结合，触发靶细胞脱颗粒，释放组胺和其他血管介质，介导局部炎症反应。此外，C5a对中性粒细胞等有很强趋化活性；可诱导中性粒细胞表达黏附分子；刺激中性粒细胞产生氧自由基、前列腺素和花生四烯酸；引起血管扩张、毛细血管通透性增高、平滑肌收缩等。

图5-11　C3b/CR1介导的免疫黏附作用

【理解与思考】

1.请你以拟人化的方式讲述补体系统的组成与作用。

2.如果病原菌进入机体内，可能遭遇补体怎样的清理？

3.炎症的症状是“红、肿、热、痛”，补体是如何参与其中的？

4.请联系免疫球蛋白的生物学活性阐述补体的作用。

【课外拓展】

1.补体调节因子如何参与对补体活化或抑制的调控？

2.血清补体水平与疾病有关系吗？

3.补体固有成分、补体受体、补体调节蛋白是如何协调、统一的？

【课程实验与研究】

1.设计一种实验，检测、测定某种补体成分的作用。

2.请设计一个技术路线，确定补体含量与疾病的关系。

3.要研究某种补体调节蛋白的生物学活性，请设计一种方案。

4.补体调节蛋白CD 46、CD 55和CD 59与胃肠肿瘤相关性如何去验证？

【课程研讨】

1.补体是如何发现的？其过程与思路对我们科学研究有什么启迪？补体在整个非特异性免疫与特异性免疫中的作用与地位如何？

2.补体的激活或灭活对整个机体内环境的稳定有何影响？试举例阐述补体如何维持机体内环境的动态平衡。

3.在整个非特异性免疫中补体的作用与地位如何？

4.补体与糖尿病血管病变有何关系？

【课后思考】

1.试比较补体三条激活途径的异同点。

2.补体系统具有哪些生物学功能？

3.补体激活后，可能产生哪些片段？有何生物学作用？

【课外阅读】

衰变加速因子（DAF）与肿瘤治疗

补体系统的活化过程存在精密的调控机制，主要为:①控制补体活化的启动；②补体活性片段的自发性衰变；③血浆中和细胞膜表面存在多种补体调节蛋白，通过控制级联酶促反应过程中酶活性和M AC组装等关键步骤而发挥调节作用。1993年，Hansch把调节人类补体并阻止组织损伤的蛋白命名为补体调节蛋白，将其分为可溶性及膜结合调节蛋白两大类。它们的主要作用是加速C3/C5转化酶降解和阻碍膜攻击复合物（M embrane attack complex，M AC）的形成。可溶性补体调节蛋白以可溶形式存在于血液中，如C1抑制物、H因子、I因子等，可从补体级联反应的多个位点限制补体的活化。膜结合调节蛋白主要表达于细胞膜上，主要包括衰变加速因子（DAF）、膜辅助蛋白（MCP）、同种限制因子等，这些蛋白可保护机体自身细胞免受补体的攻击。

1981年，Weller等从人和豚鼠红细胞基质中分离出了一种单链膜糖蛋白。因其具有促进C3转化酶复合物解离的特性，故命名为衰变加速因子（Decay accelerating factor，DA F）。DAF是由4个SCR加上一个S/T（Serine/Threonine）富含区组成，可通过连接一个糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定在细胞膜上，并通过其SCR区域与C4b/C3b结合，加速经典和替代途径C3/C5转化酶的衰变。DAF的生物学活性及生理功能已得到充分证实。它可保护宿主细胞免遭补体介导的溶解破坏。DAF可阻止三种补体激活途径C3和C5转化酶的装配，抑制补体活化过程中多种具有炎症介质作用的活性片段如C3a和C5a的形成，进一步减少中性粒细胞在特定组织器官内的聚集，使已形成的C3、C5转化酶失去稳定性从而减轻免疫损伤。肝脏是合成补体的主要场所，特别是炎症急性期。此时人体如何避免局部高补体浓度的损伤？有研究发现此期的IL-6、IL-1β和TNF-α可稳定提高DAF的转录水平，其蛋白水平的表达与mRNA结果相关，增高的DAF能减少细胞上41%的C3沉积。与此相似，TNF-α和IFN-γ也可诱导内皮细胞上DAF的表达。进一步实施动物实验证明:体外TNF-α通过PKCPI-3P38M APK/NF-κB依赖途径上调小鼠内皮细胞DAF转录水平，体内通过构建小鼠肾小球性肾炎模型，发现DAF在肾小球毛细血管的表达水平确实与TNF-α相关。人体能通过上述途径加强对补体激活的抑制作用，提高这些细胞对补体裂解作用的耐受，特别是急慢性炎症反应时，这种调节对维持细胞的完整性和内稳态的平衡起着更重要的作用。

DAF作为一类非谱系的黏附分子在多种细胞上都有不同水平的表达。至今许多学者从转录和蛋白翻译两个水平证明结肠直肠癌、胃癌、卵巢癌、乳腺癌的细胞及甲状腺的髓质、食道癌的鳞状细胞上存在DA F过表达的现象，它的表达量可为正常细胞的4～100倍，而且与肿瘤不良的预后相关，同时在肿瘤的基质中，DAF的沉积量与细胞表面DAF表达量成正比例。除实体瘤外，在血液系统肿瘤中表达DAF的量与正常细胞也有些不同，CM L和CLL患者高表达DAF，而ALL患者的表达水平却显著低于正常细胞。

肿瘤细胞上过表达DAF不仅可以保护肿瘤细胞免于被补体裂解，而且它还可以抑制C3b在细胞表面沉积来阻止抗原递呈细胞的吞噬作用。通过K562细胞系进行实验也可以证明，肿瘤细胞上过表达DAF可以使肿瘤耐受NK细胞的杀伤作用。另外，Morgan还提出DAF也许可作为肿瘤细胞上的一个信号分子，促进肿瘤细胞生长。有实验表明，CD97作为DA F的配体在甲状腺肿瘤组织中高表达，它可能参与肿瘤细胞上DA F的信号转导，并与DAF协同作用促进肿瘤细胞黏附和转移。DAF分子的这些作用使肿瘤细胞逃脱机体有效的免疫监视作用，降低抗肿瘤免疫应答，利于肿瘤的生长和转移播散。

基于DAF对肿瘤的作用，进行针对DAF的靶向免疫治疗方法现已备受瞩目。一种方法是构建抗DAF和抗肿瘤特异性抗原的双特异性抗体，但为了避免对正常组织的非特异性影响，肿瘤特异性抗原抗体要求较高的亲和性，而DAF抗体则要求低亲和力。Anti-Ep-CAM-anti-DAF的双特异性抗体可以增加子宫颈癌和结肠癌肿瘤细胞表面的C3沉积。Anti-G250-anti-DA F双特异抗体可提高C5a浓度趋化吞噬细胞，并随着抗体浓度增加最大可提高4倍量的C3沉积，吞噬细胞通过其上的C3受体与肾肿瘤细胞结合，来有效地杀伤肿瘤细胞。另外一种选择则可用抗独特性抗体模拟DAF。来源于结肠癌患者的抗体105AD7不但可以识别抗体791T/36（DAF抗体），而且可以模拟DAF。用105AD7免疫大鼠和小鼠都能产生针对DAF的抗体。近期研究还表明，在肿瘤切除前接受105AD7免疫的患者局部CD4、CD8和CD56细胞浸润增加并且肿瘤凋亡数量也增加。现已发现无GPI锚的DAF出现在结肠癌患者粪便中，并建议用粪便中DAF含量作为结肠癌诊断的指标。最近研究指出同一患者进行两次粪便样本检测，可以显著提高结肠癌疾病诊断的灵敏性而不降低特异性。

补体片段C4d病理学研究进展

补体片段C4d主要参与体液免疫反应。近年来，C4d在病理学中应用研究方面取得了一些重要进展，并成为了一个新的研究热点，日益受到人们重视。现就C4d在器官移植排斥反应的诊断、指导治疗及判断预后，自身免疫性疾病、妊娠性肾病和淋巴瘤中的意义进行综述。

1　C4d概述

补体片段C4d是补体经典活化途径中C4裂解以后的产物，相对分子质量约为42×10³。C4是补体系统中含量较高的补体，仅次于C3。在体液排异中，抗原抗体结合使得补体经典途径被激活，抗原抗体复合物活化C4，被活化的C4水解为CD4一个大分子片段C4b和一个小分子片段C4a，后者释放入液相。C4b的α链断端上暴露的活性硫酯键高度不稳定，能与附近的含氨基酸或羟基的分子共价结合形成酰胺键或者酯键，而未结合的C4b很快被灭活。共价结合的C4b随后水解为C4c和C4d，小片段C4c释放入液相后被机体清除掉，而包含硫酯位点的C4d能与毛细血管基膜Ⅳ型胶原以及内皮细胞共价结合并较持久地存在，使得其容易得到检测。

2　C4d在器官移植中的应用

2.1　C4d与移植肾急性排斥反应

移植肾急性排斥反应可以由细胞介导的免疫引起，也可以由抗体介导的体液免疫引起。前者称为急性细胞性排斥，常发生在移植术后1个月内；后者称为急性体液性排斥，一般在移植后1～12周内出现。研究表明，移植肾急性体液性排斥可出现肾小管周围毛细血管的C4d沉积，借助C4d可以区分急性细胞性排斥和急性体液性排斥，且较以往的标准更特异、更敏感。移植肾排斥新分类已将C4d作为一项重要的诊断指标，甚至在缺乏形态学的依据时亦然。C4d亦可用于指导治疗及提示预后。有研究显示，C4d阳性组无论是在激素治疗抗药性还是移植肾丢失率都高于阴性组，因此可望作为一个有效的预后指标。Vargha等对36例移植肾患儿的回顾性研究发现，移植肾C4d阳性可能提示预后较差，且使用免疫抑制疗法效果欠佳。最近一项对C4d阳性移植肾急性体液性排斥免疫抑制治疗的研究结果显示，联合应用免疫吸附以及他克莫司和霉酚酸酯用于治疗C4d阳性激素抵抗型急性排斥反应，可能是比较安全和经济的治疗方案。

2.2　C4d与移植肾慢性排斥反应及慢性移植性肾病

慢性移植性肾病概念上有别于移植肾慢性排斥反应，前者更加强调了非免疫因素引起的肾功能损害，而后者则强调免疫因素所致移植肾功能减退。慢性排斥反应是术后6～12个月肾功能不全的常见原因，也是后期肾丢失的主要原因。由于形态学观察上的局限性，需要一种更加特异和可靠的方法鉴别慢性排斥反应和其他原因引起的移植肾慢性失功。以往的研究表明，一部分慢性排斥是抗体介导的，而且肾小管周围毛细血管C4d沉积可以区分慢性排斥反应与非特异性慢性移植性肾病。Regele等观察了213例慢性移植肾损伤的形态学特征，其中73例（34%）肾小管周围毛细血管有C4d沉积，进一步支持了部分慢性排斥反应是由抗体介导的这一观点。此外，不仅肾小管周围毛细血管有C4d沉积，而且肾小球毛细血管也有C4d沉积，但不具有特异性，可以看作是免疫介导损伤的一种表现。然而，最近研究表明，在慢性移植性肾病患者中有30%的病例有肾小管周围毛细血管C4d沉积，这使得C4d与慢性排斥反应和慢性移植性肾病之间的关系更加扑朔迷离，需要进一步深入研究。

2.3　C4d与肝移植急性排斥反应

和肾移植排斥反应一样，肝移植细胞排斥反应也会同时伴有体液排斥反应。有研究发现，在急性细胞排斥反应中，69.2%的肝移植标本在肝小叶汇管区小血管内皮细胞及肝血窦壁上有C4d的沉积，33.3%移植后乙肝复发的标本中仅汇管区小血管内皮细胞上有C4d的沉积，而无肝血窦壁上C4d的沉积。这说明C4d在肝血窦壁上的沉积可能是肝移植急性排斥反应的一个比较特异的免疫组化指标。以后的研究不仅进一步支持了以上的观点，并且提示C4d还可能用于肝移植急性排斥反应与丙型肝炎的鉴别诊断。

2.4　C4d与心脏移植排斥反应

关于C4d与心脏移植排斥的报道要早于肝脏移植排斥中C4d的发现，但是C4d在心脏移植排斥中的应用价值目前研究还不够深入。心脏移植患者心内膜血管壁上有C4d沉积，说明体液性排斥也会参与心脏移植排斥反应。因此，配合使用C4d、C3d、免疫球蛋白和C1q等抗体可以提高对心脏移植体液排斥反应的诊断率。但是，C4d的沉积有时并不是很牢固，可以在几天至几周内出现沉积减少或被清除掉的现象，其具体原因还不清楚。

2.5　C4d与肺移植排斥反应

移植后的排斥反应和闭塞性细支气管炎是器官丢失的常见原因。尽管补体系统的激活在排斥反应中起一定的作用，但是关于C4d在肺移植排斥反应中的作用目前还存在争论。有研究认为，C4d在肺实质中的沉积可以是闭塞性细支气管炎的一个比较特异的表现，并可以作为慢性肺功能障碍的一个标志。小鼠移植肺动物模型中也观察到在急性排斥反应中有C4d的沉积。但是，Wallace等提出，C4d在移植肺活检标本中的沉积不具有特异性，不能够区分急、慢性细胞及体液性排斥反应。因此，C4d在肺移植排斥反应的作用尚不是很明了，待进一步的研究。

2.6　C4d在胰腺移植排斥反应中的应用

目前，关于抗体介导胰腺移植排斥反应的报道很少。Melcher等首先报道1例患者在进行了胰腺、肾脏联合移植术后1个月出现抗体介导的细胞排斥反应。该患者血清淀粉酶和血糖升高，胰腺活检显示，腺泡间毛细血管壁C4d沉积。但这种沉积在病理学中意义以及在临床上的应用价值还没有相关报道。

3　C4d在自身免疫性疾病中的应用

C4d与自身免疫性疾病的研究目前主要集中在系统性红斑狼疮（systemiclupuserythe-matosus，SLE）和狼疮性肾炎方面。目前临床对于SLE的诊断、疾病活动度、病情进展、治疗效果以及预后的估计主要用血清学标记，如:抗DNA抗体、抗C1q抗体等，并具有较高的敏感性和特异性。有研究显示，抗C1q抗体与狼疮性肾炎的活动性有关，敏感度为44%～100%，特异度为70%～92%。但是单一的检测指标容易出现假阴性，需要多种指标联合应用，互相补充，减少假阴性。

为了寻找更具特异性和敏感性的检测指标，许多学者又进行了大量的研究。Manzi等首次发现，SLE患者较其他自身免疫疾病患者或健康组具有很高水平的红细胞和较低水平的补体受体1。与健康组相比，红细胞Π补体受体1检测的敏感度为81%，特异度为91%；与其他自身免疫疾病相比，检测的敏感度为72%，特异度为79%。而同期观察的SLE患者中只有47%证实抗DNA抗体阳性。这些数据充分显示，红细胞Π补体受体1水平对于SLE具有更高的敏感性和特异性，有可能成为狼疮新的诊断标志物。另一组研究人员应用流式细胞仪研究了网织红细胞C4d，不仅明确检测到了网织红细胞C4d，而且其敏感性和特异性均优于SELENA2SLEDA I和SLAM标准。他们推测，当网织红细胞从骨髓中产生，就立即与C4d结合，进行一定量的补体激活，进而可以反映SLE患者疾病活动度。SLE患者不仅红细胞C4d表达具有相对特异性，而且血小板C4d的表达也同样具有特异性，甚至还要高于红细胞。Navratil等发现，SLE患者血小板C4d阳性明显，并均质性地沉积在血小板膜表面。与健康组相比，SLE患者血小板C4d特异度为100%，而和其他疾病患者相比，特异度为98%。在横向比较分析中发现，血小板C4d与狼疮抗凝物、IgG、IgM以及抗心磷脂抗体具有相关性。此外，血小板C4d还与低血清C4、血沉升高以及红细胞具有相关性。以上结果均表明，血小板C4d与SLE疾病活动度相关，并有可能成为SLE活动度有效的监测指标之一。

4　C4d与淋巴瘤

早在1989年就发现淋巴滤泡生发中心形成过程中有大量补体成分沉积。近年来的研究证明，淋巴滤泡生发中心补体成分的沉积与滤泡树突细胞密切相关，补体成分中C4d的表达最强，因此可以用C4d作为代表性的标志，观察淋巴生发中心补体激活的状态。在滤泡性淋巴瘤中，C4d沉积围绕在瘤性滤泡中的滤泡树突状细胞周围，而在黏膜相关淋巴瘤中，C4d沉积主要在部分植入滤泡的周边区域。而在其他类型的淋巴瘤（如弥漫大B细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、小B细胞性淋巴瘤、T细胞性淋巴瘤、外周T细胞性淋巴瘤）中，则没有C4d的沉积。因此，C4d可能作为一种特异性的生物学标志用于淋巴瘤的鉴别诊断。

5　C4d与妊娠性肾病

Joyama等曾报道1例先兆子痫患者在肾小球毛细血管内皮下上有C4d和C4b结合蛋白的沉积，同时，免疫组织化学还显示有C3d和S蛋白的沉积。提示补体C4的激活过程与C4b结合蛋白和S蛋白参与的补体调节过程在先兆子痫发病过程中可能起一定的作用。宋屿娜等也发现，l4例临床诊断为先兆子痫的妊娠性肾病患者除肾小球血管壁C4d均呈强阳性，系膜区未见表达，C4c也呈强阳性，免疫球蛋白沉积少或缺乏。而膜增殖性肾炎组的系膜区和血管壁均有C4d沉积，同时还伴有大量各种免疫球蛋白的沉积。借此可用于膜增殖性肾炎的鉴别诊断。但是这种特殊的免疫病理改变原因仍不清楚。这种C4d沿肾小球血管壁大量沉积的原因显然不能用免疫球蛋白沉积后激活补体系统来解释。由此推测，这些C4d和C4c可能是在血液中被激活后，再通过肾小球毛细血管壁过滤时沉积下来的。

6　问题与展望

综上所述，随着对补体片段C4d研究的深入，人们逐渐认识到C4d可以作为一种有用的生物学指标，用于对疾病的诊断、指导治疗、判断预后以及反映疾病的活动度。但是，其中仍然还有许多问题尚待解决和探索，如C4d在肾脏不同部位的沉积与肾脏损伤的关系，C4d与其他自身免疫性疾病的关系以及补体与免疫细胞、免疫系统的关系等。

免疫过程中一种重要的补体受体

枯否细胞（Kupffer cells，KC）是一种肝脏巨噬细胞，具有很强的吞噬功能，可以降解已经衰败的蛋白质和脂质，在清理循环系统中补体包裹的微粒（complement-coated particles）方面作用重大，但是一直以来研究人员都没有发现这个过程中的补体受体（complement re-ceptors）。来自加州旧金山南部（South San Francisco，CA）的Genentech基因科技公司的研究人员发现并确认了一组免疫球蛋白超家族补体受体CRIg，为研究免疫学疾病提供了重要信息。

在血液或体液内除Ig分子外，还发现另一组参与免疫效应的大分子，称为补体分子。早在19世纪末，发现在新鲜免疫血清内加入相应细菌，无论进行体内或体外实验，均证明可以将细菌溶解，将这种现象称之为免疫溶菌现象。进一步证明免疫血清中含有两种物质与溶菌现象有关，即对热稳定的组分称为杀菌素，即抗体。其后又证实了抗各种动物红细胞的抗体加入补体成分亦可引起红细胞的溶解现象。自此建立了早期的补体概念。即补体为正常血清中的单一组分，它可被抗原与抗体形成的复合物所活化，产生溶菌和溶细胞现象——单独的抗体或补体均不能引起细胞溶解现象。

补体系统在清除病原菌、免疫复合物以及循环系统中的凋亡细胞等方面都起着重要作用，这一作用主要是通过在噬菌细胞（phagocytic cells）表面的补体受体靶定包裹在上述这些微粒外面的补体片段来完成的。虽然目前已经了解KC这种巨噬细胞可以参与这个过程，但是具体补体受体并未被发现。Genentech的研究人员发现免疫球蛋白超家族补体受体CRIg可以结合C3b和iC3b（C3b配体）补体，并且KC细胞结合C3微粒的噬菌作用需要有CRIg的表达。反过来，研究人员也发现CR Ig缺陷型小鼠不能进行有效的C3补体结合的微粒清除，从而导致小鼠的感染和致死。这些都说明了CRIg在C3补体介导的噬菌过程中的重要作用，也为进一步研究补体系统以及相关免疫学疾病提供了重要信息。