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补 体. complement,C. 模式图. 电镜图234000. C1q 分子由6个相同的亚基组成,每一个亚基含有三条 肽链。 C1q 球形区与免疫球蛋白 Fc 段结合,颈部与 C1r 、C1s 相互作用。. C1s. 识别阶段. C1q. 裂解. C1. C 1. C 4. 裂解. C1r. C 2. C 2b. C 4b. C 4a. C 2a. C 4b. 活化阶段. C 3b. C 4b2a. C 4b2a3b. C 2a. 裂解. 5 b. 6. 裂解. C3. 7. C5. C 3b. 8.

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slide1

补 体

complement,C

slide2

模式图

电镜图234000

C1q分子由6个相同的亚基组成,每一个亚基含有三条

肽链。C1q球形区与免疫球蛋白Fc段结合,颈部与C1r

、C1s相互作用。

slide3

C1s

识别阶段

C1q

裂解

C1

C1

C4

裂解

C1r

C2

C2b

C4b

C4a

C2a

C4b

活化阶段

C3b

C4b2a

C4b2a3b

C2a

裂解

5b

6

裂解

C3

7

C5

C3b

8

C3a

C5b

C5b6789

C5a

膜攻击阶段

slide5

b

a

a

slide10

补体激活经典途径

1、识别阶段:C1酯酶形成阶段

2、活化阶段:C3、C5转化酶形成阶段

3、膜攻击阶段:形成膜攻击复合体

(membrane attack complex,MAC)

slide11
一、补体活化的经典途径
  • 经典途径(classical pathway): 主要由抗原抗体复合物与C1q结合,顺序活化C1r、C1s、C2、C4、C3,形成C3转化酶与C5转化酶的级联酶促反应过程。它是抗体介导的体液免疫应答的主要效应形式。
slide12
经典途径
  • 1、激活物质:主要是与抗原结合的IgG、IgM形成的免疫复合物immune complex, IC。
  • 2、活化条件:C1只与IgM的CH3或IgG1、IgG2、IgG3的CH2区结合才能活化。每一个C1分子必须同时与两个以上Ig分子的Fc段结合。游离或可溶性的抗体不能激活补体。
  • 3、激活顺序:
slide13

抗原抗体复合物

C1qrs C1qrs

C3

经典途径

C3转化酶

C2

C4 C4b C4b2 C4b2a

C4a

C2b

C3a

C3b

补体激活经典途径示意图

C4b2a3b

经典途径C5转化酶

slide14

激活顺序

C1、C4、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C9

slide15
二、补体活化的旁路途经
  • 旁路途经又称替代途径(alternative pathway):指由B因子、D因子和备解素参与,直接由微生物激活C3,形成C3与C5转化酶,激活补体级联酶促反应的活化途径。
  • 在种系发生上,旁路途经是最早出现的补体活化途径,是抵御微生物感染的非特异性防线。
slide16

C3

备解素P

B因子

D因子

经典途径

或自发产生

C3b

C3bBb

C3bBbP

(旁路途经C3转化酶)

Ba

C3a

C3b

C3bnBb

( 旁路途经C5转化酶)

放大机制

补体活化旁路途经示意图

slide18
旁路途经的激活物质及顺序
  • 激活物质:为补体激活提供保护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
  • 激活顺序:C3、C5、C6、C7、C8、C9
  • 旁路途经的激活不需Ag、Ab反应,微生物等细胞壁即可直接激活,在初次感染或感染的早期没有特异性抗体产生或产生很少的情况下,对机体的防御有很大意义。然而当经典途径活化后,通过放大途径也可激活旁路途经,所以在生理条件下,两条途径是密切相连的,两者都以C3为活化中心。
slide19
三、补体活化的MBL途径
  • 凝集素激活途径(MBL pathway)指由血浆中甘露聚糖结合凝集素(mannose binding lectin,MBL)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MASP-1、MASP-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。
  • 主要激活物:含有N-氨基半乳糖或甘露糖基的病原微生物。
slide20
MBL途径的激活
  • MBL分子结构类似C1q分子,依赖Ca2+存在。MBL可与多种病原体微生物表面的甘露糖残基或N-氨基半乳糖结合,发生构型改变,与丝氨酸蛋白酶结合形成MBL相关的丝氨酸蛋白酶MBL-associated serine protease,MASP-1、MASP-2。MASP-2类似C1q可水解C4和C2,形成类似经典途径的C3转化酶;MASP-1能直接裂解C3生成C3转化酶C3bBb,参与旁路途经正反馈环路。因此MBL途径对补体经典途径和旁路途径活化具有交叉促进作用。
slide21
补体激活的MBL途径

C3

C4

C4a + C4b

MBL

+

病原体甘露

糖残基

( C3转化酶)

MASP-1,MASP-2 +

C4b2a

C3a

C2

C2a + C2b

C3b

C4b2a3b

( C5转化酶)

slide22
四、补体激活的终末过程
  • 一旦C5被分解,C5b结合C6、C7,形成C5b67复合物,此复合物呈双亲性,能插入细胞膜。C8随即连接到该复合物上并伸直插入细胞膜。C5b-8复合物本身能破坏和裂解细胞膜,但结合C9后此作用得到很大的增强。如果有6个以上的C9结合到该复合物上,就形成典型的圆饼状小孔,允许溶液和电解质跨过细胞膜流动。
slide23

膜攻击复合物的电镜照片。复合物由有一

圆柱形孔组成,圆柱体壁由跨过细胞膜的

C9形成

slide24
五、补体活化的调节
  • 控制补体活化的启动
  • 补体活性片段的自发性衰变
  • 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中酶活性和MAC组装等步骤而发挥调节作用。
slide25
(一)补体的自身调控
  • 补体激活过程产生的某些中间产物极不稳定,要发生自身衰变。C3转化酶极易衰变,从而限制了C3裂解及其后的酶促反应;与细胞膜结合的C4b、C3b及C5b也易衰变,可阻断补体的级联反应,只有结合于固相的C4b、C3b及C5b才能激活经典途径,旁路途经的C3转化酶则仅在特异的细胞或颗粒表面才具有稳定性,所以在正常人血循环中不会发生过强的自身性补体激活反应。
slide27
(一)经典途径的调节
  • 1、C1抑制物(C1 inhibitor,C1INH)
  • (1)与C1结合防止自发性活化;(2)与活化的C1r、C1s牢固结合,使二者失去裂解底物能力;(3)可调控MASP-1/MASP-2的活性。
  • 2、对C3转化酶的调控 (1)C4结合蛋白(C4 binding protein)与C4b结合。(2)I因子 具有丝氨酸蛋白酶活性,可将C4b裂解为C4c、C4d。I因子也可裂解C3b。
  • 3、膜辅助蛋白(membrane cofactor protein,MCP):促进I因子对C4b裂解,阻碍C4b2a形成。
  • 4、衰变加速因子 decay-accelerating factor,DAF 与C2竞争结合C4b,从而抑制C3转化酶形成。
slide31
(二)旁路途径的调节
  • 旁路活化起始及正反馈放大效应是补体调节最严密和关键的步骤。参与的调节蛋白包括血浆中的H因子、I因子和细胞膜上的CR1、DAF和MCP
slide32
1、血浆中的H因子可与B因子或Bb竞争结合C3b,从而阻碍C3bBb的形成。另外H因子还可辅助I因子降解C3b。1、血浆中的H因子可与B因子或Bb竞争结合C3b,从而阻碍C3bBb的形成。另外H因子还可辅助I因子降解C3b。

2、细胞膜表面的CR1和DAF能抑制B因子或Bb与C3b结合,阻碍C3转化酶的形成或加速其衰变。MCP和CR1还可辅助I因子降解C3b,从而抑制C3转化酶形成。

3、CR1和DAF可促进Bb从已形成的旁路途径的C3转化酶中解离。

4、对旁路途径的正性调节。

(二)旁路途径的调节
slide34
(三)、膜攻击复合物形成的调节
  • 同源限制因子(homologous restriction factor,HRF)又称C8结合蛋白(C8-binding protein,C8bp)可干扰C8与C9的结合。
  • 膜反应性溶解抑制物(membrane inhibitor of reactive lysis,MIRL)即CD59,可阻碍C7、C8与C5B-6复合物结合从而抑制MAC形成。
  • 可保护正常细胞免遭补体溶细胞作用,称同源限制性。
slide36
同源限制性
  • 若靶细胞与补体来源于同一种属时,补体的溶细胞效应受到抑制,此现象称为同源限制性(homologous restriction)。

同源限制性能保护组织细胞免受自身补体损伤,参与此效应的补体调节蛋白称为同源限制因子(homologous restriction factors,HRF),包括DAF、MCP、CR1、CD59。HRF广泛分布于机体多种组织和细胞,尤其是感染和炎症反应时最易遭受补体攻击的靶细胞如血液细胞、血管内皮细胞等均高表达HRF。

slide38
六、补体的生物学作用
  • 补体活化的共同末端效应是在细胞膜上组装MAC,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。
slide39
(一)介导细胞溶解
  • 补体活化产生的MAC,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。MAC的生物学效应是溶解红细胞、血小板和有核细胞;参与宿主抗细菌和抗病毒防御机制。无抗体时可激活补体旁路途经溶解细胞,对防止奈瑟氏菌属感染具有重要机意义。
slide40
(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。
slide42
(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与表达CR1的红细胞、血小板黏附,将免疫复合物运至肝脏、脾脏内,被吞噬细胞清除,此为免疫黏附(immune adherent),是机体清除免疫复合物的重要机制。
slide43

C3b/CR1介导的

免疫黏附作用

slide44
(四)炎症介质作用
  • C3a、C5a、C4a被称为过敏毒素( anaphylatoxin),他们可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面相应受体结合,触发靶细胞脱颗粒,释放组胺和其他血管活性介质,介导局部炎症反应。
  • C5a对中型粒细胞有很强的趋化活性;可诱导中性粒细胞表达黏附分子;刺激中性粒细胞产生前列腺素等;引起血管扩张、毛细血管通透性增高、平滑肌收缩等。
slide45
(五)免疫调节作用
  • C3可参与捕促、固定抗原,使抗原易被APC细胞处理与提呈。
  • 补体成分可与多种免疫细胞相互作用,调节细胞的增殖分化,如C3b与B细胞表面的CR1结合,可使B细胞增殖分化为浆细胞。
  • 补体可参与免疫细胞的效应功能,如杀伤细胞结合C3b可增强对靶细胞的ADCC作用
slide46
病例分析
  • 一个家庭有7个儿童,其中三个从小反复患呼吸道感染。他们中有一人患细菌性脑膜炎,另一人患致死性败血症,在所有7人中,血清抗体水平均在正常人范围内,然而检测溶血性补体试验,3个患儿都有补体缺陷结果见表
slide48
请 问
  • 1、为何一种补体缺陷易引起儿童患细菌性感染?
  • 2、用已知补体知识你如何解释所出现的C3和替代途径几种成分的缺陷?
slide49
答 案
  • 1、补体经典和旁路途径成分,特别是C3的缺乏,削弱调理细菌的能力,导致巨噬细胞和中性粒细胞吞噬作用减低,患者反复发生细菌感染。患儿因其吞噬细胞不能有效地摄取细菌而不能消除细菌感染(裂解途径成分C5-C9缺乏使患儿更易对奈氏菌感染,因为裂解途径能破坏如奈氏菌那样的革兰氏阴性菌的外膜。
slide50
答 案
  • 2、肯定有C3和旁路途径成分的缺乏。经典途径成分处于正常范围的下限。初看起来令人奇怪。但是细菌感染和总溶血补体的缺乏都可用C3水平的极度低下来解释。因为C3、B因子、I因子、H因子的编码基因遗传上是不连锁的,所以这种表面上看来旁路途经成分的多种缺乏不能用某种多发基因缺失来解释。原因在于旁路途经的放大环。可能患儿缺乏I因子,所以不能裂解旁路途径的C3转化酶C3bBb。因此,C3被持续的激活,并与B因子和I因子结合。B因子被消耗殆尽,游离的C3和H因子也大多被消耗。因此I因子的遗传缺乏导致旁路途径成分的继发性缺乏,这就影响C3以及经典和裂解途径的功能。