蛋白质组学

第五章 补体的分子生物学

补体系统由30多种蛋白分子所组成,是迄今所知机体中最复杂的一个限制性蛋白水解系统(limited proteolysis system),根据各成分功能不同,将它们分为三组。第一组为补体系统的固有成分共14个蛋白分子。即C1(含三个亚组分:C1q、Clr和Cls)、C4、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C9、B因子、D因子和P因子。其中C1、C4和C2仅参与经典激活途径的活化;B因子、D因子和P因子仅参与替代途径的反应;C5-9则为上术两条激活途径共同的末端效应序列。第二组为调节与控制补体系统活化的分子,包括:C1抑制物(C1INH),C4结合蛋白(C4bp)、膜辅因子蛋白(MCP)、促衰变因子(DAF)、蛋白S(PS)、H因子、Ⅰ因子、血清羧肽酶N、S蛋白、CD59、SP40/40及同种限制因子(HAF),又称C8结合蛋白(C8bp)。第三组为补体的受体分子,有C1q受体(C1q-R)、I型补体受体(CR1)、Ⅱ型体受体(CR2)、Ⅲ型补体受体(CR3)、Ⅳ型补体受体(CR4)、Ⅴ型补受体(CR5)、H因子受体(fH-R)及C3a受体(C3a-R)和C5a受体(C5a-R)等。

在正常生理情况下,绝大多数补体固有分子均以非活化形式存在于血清中,当受到某种激活剂作用后,即出现一系列级联反应,各种补体固有分子依次活化,最终产生溶细胞性效应。补体分子在活化过程中,可不断形成具有酶活性的中间复合体(如C4b2a,C4b2a3b,C3bBb及C3(b)nBb等),裂解有关的补体分子产生多种活性肽和蛋白片段,发挥不同的生物学效应。但补体系统的级联活化反应,又受着各种调节分子的严格控制,借以限制补体活化的程度及维持体内补体水平的平衡。

补体系统的主要生理功能是促进吞噬和溶解靶细胞。因此,是机体免疫防御机制的重要组成部分,对消除外来抗原的侵害,维护机体内环境的平衡具有重要作用。但另一方面,在一些非免疫性因素的刺激下,补体系统的活化又可产生炎症反应,并影响凝血及纤溶系统,导致机体正常组织细胞的损伤。因此,补体既是生理性的防御物质,又是造成病理性损伤的介质。

80年代以来,由于分子生物学技术的进展,已对绝大多数补体分子的基因克隆成功,并揭示了它们的核苷酸和氨基酸序列,从而为研究补体系统各成分的结构及功能创造了有利的条件。本章将着重介绍各种补人本蛋白的结构及其功能。

第一节 补体固有成分的分子结构及功能

补体系统两条激活途径中,涉及到14个补体蛋白(C1-9,及B、D、P因子)的参与。近年来,由于分子遗传学和分子克隆技术的应用,已阐明许多补体分子的结构、功能、生物合成及遗传特征,从而大促进了人们对补体系统激活过程机理的认识和对各个补体分子功能的深入了解。

一、C1分子

C1是经典激活途径中的起始成分。它是由1个分子的C1q和2个分子的C1r及2个分子的Cls借Ca2+连接而成的大分子复合物。分子量约为750kDa。其中C1q为具有识别作用的亚单位,C1r和C1s为具有催化作用的亚单位。

(一)C1q

C1q为各种补体分子中分子量最大(410kDa)的γ球蛋白。其分子结构较特殊和复杂,由A、B、C三种不同类型的肽链所组成。其中A、B、C链各6条,共18条。A、B、C三种肽链的分子量不尽相同,分别为24、23和22kDa,各含有222-226个氨基酸残基,且彼此同源。每条肽链由含半胱氨酸残基的一个短的N末端区所组成,接着为一段81个氨基酸的胶原序列(即重复的三股序列Gly-X-Y,Y处通常为羟脯氨酸或赖氨酸残基)。该序列的其余部分为非胶原性的。A、B链间及两条C链间各有一个二硫键相连接。18条肽链中每三条不同的肽链组成一条三股螺旋,故共有6条这样的结构。每条螺旋的肽链均由丝状胶原样成分组成。在6条螺旋结构C端由于氨基酸序列的随机卷曲而形成6个花蕾状的球形头部,呈花朵形展开。在近N端约为1/2全长的螺旋结构呈束状并平行排列,其N末端为C1q的尾部。因此在电镜下观察,C1q分子的图像酷似一束盛开的郁金香花(图5-1)

C1q的结构(模式图)

图5-1 C1q的结构(模式图)

C1q的胶原样区有结合C1r和C1s的部位。并证实聚合的C1q刺激B细胞增强其产生Ig的作用,也是通过其尾部而完成的。C1q的关部含有能识别IgFc片段上补体结合部位的位点(C1q与C1q-R相互作用),且由于6个球形头部呈花朵形展开,更增加了其与Ig接触的机会。C1q同1个分子的IgM结合即可被活化,但至少需同两个IgG分子结合才能被活化,而且两个IgG分子在细胞膜上的距离不得少于700nm。C1q对人4种IgG亚类的结合亲和力依次为:IgG3 IgG1 IgG2 IgG4。

Reid等已对C1q分子的A、B链做了部分氨基酸分析,并完成了A、B链的cDNA克隆及序列分析。因此,C1q分子的大部分一级结构已经明确。编码C1qA、B、C三条肽链的基因均定位于人的第1号染色体的短臂34.1-36.1区。

(二)Clr和Cls

Clr和Cls均为单一多肽链分子,又都是丝氨酸蛋白酶(原)。Clr和Cls 多肽链均由接近700个氨基酸所组成。位于C末端的约250个氨基酸为丝氨酸蛋白酶区,与胰蛋白酶和糜蛋白酶同源。同大多数补体蛋白一样,它们都是镶嵌(mosaic)蛋白,即由不同氨基酸组成的固定基序组合而成,并且很可能代表独立的折叠功能区或结构功能域(module)。

电镜下观察表明,Clr和Cls的分子构型极为相似,均呈一端大一端稍小的哑铃状分子。

Clr/Cls分子的结构

图5-2 Clr/Cls分子的结构

两个分子的Clr和同等分了的Cls借Ca2+连接成扭曲的“8”字形,盘架于C1q近头部的6条螺旋结构间(图5-3)。Clr和Cls的分子量条螺旋结构间(图5-3)。Clr和Cls的分子量均为85kDa。它们激活后,在分子内的精氨酸与亮氨酸残基间断裂,形成分子量分别为57kDa和28kDa的A、B两个片段,但链间仍以二硫键相连接,故整个分子并末分离。在B片段上含有丝氨酸蛋白酶活性点,为其催化英勇区(图5-2)。A片段上有Clr和Cls相互反应的的功能区。反应功能区朝向中心,催化功能区位于外侧。在一般C1INH与C1r结合着,而一旦有免疫复合物结合到Clq时,C1INH的抑制作用即行移除,并通过C1q的胶原性柄将其头部的移动传递到其核心区,并从此处再传递到与其相连接的C1r,诱导C1r构钟爱改变并裂解活化。活化的C1r(C1r),再作用于C1s使之成为活化型C1s(C1s)。

C1分子(C1q、C1r和C1s)的结构(示意图)

图5-3 C1分子(C1q、C1r和C1s)的结构(示意图)

目前C1r和C1s的cDNA克隆均已成功,并进行了序列分析。编码C1r的基因定位于人的第12号染色体短臂13-ter,与编码C1s的基因相连。

二、C4分子

C4是经典激活途径中第二个被活化的补体成分,分子量约为210kDa,由α(90kDa)、β(78kDa)及γ(33kDa)三条肽链借二硫键连接组成(图5-4)C4的分子结构较为特殊,其α链中含有一个在半胱氨酸和谷氨酸残其间形成的内硫酯键。α链的N端有C1s丝氨酸蛋白酶的作用点。当C1s将C4α链的精氨酸-丙氨酸键(76-77位)裂解后,形成大小不等的两个片段。小片段C4a(8.6kDa)释放入液相中,其为一弱的过敏毒素,具有激酞样作用,可诱导肥大细胞释放组胺,增加血管的通透性引起局部渗出性炎症,但其活性不到C3a或C5a的1%。大的片段C4b其α`链的内硫酯键被水解,并暴露出一个自由的硫氢基和一个谷氨酰胺残基的高度反应性酰基,通过转酯反应而将C4b固定到膜固相上。但C4b只能在其产生处或附近部位结合,因高度反应性的酰基能迅速与H2O反应,生成稳定的无共价结合功能的羧基(详见图5-7)。

一个C1s丝氨酸蛋白酶可以裂解多个C4分子,但产生的C4b只有1/10能结合到膜固相上,而且其中也仅少数与C2结合。C4b的功能,除主要参与经典激活途径中C3转化酶(C4b2a)和C5转化酶(C4b2a3b)的形成进一步介导补体后续成分的级联反应外,还可通过与效应细胞膜上的CR1结合促进吞噬、调节补体活化,以及参与防止免疫复合物的沉积及中和病毒的作用。近年认为,C4可能与免疫识别及维持免疫自稳功能也有关。

编码人C4的基因定位于第6号染色体的HLA-DR和HLA-B位点间一段基因组DNA上。C4由两个基因C4A*和C4B*所编码,因此血清中的C4分子也有两种类型即C4A和C4B,但二者具有高度同源性(仅有少数氨基酸不同)目前C4A*和C4B*的cDNA克隆均已成功并进行了序列分析。C4A、C4B、B因子及C2均属于MHC的第Ⅲ类分子。

C4分子其裂解片段(模式图)

图5-4 C4分子其裂解片段(模式图)

三、C2分子

C2的序号似是补体的第2个成分,但在经典激活途径的激活顺序上却在C4以后被活化。C2分子的一级结构已搞清楚,它是由723个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白,分子量约110kDa(图5-5)。当C2与已固定于细胞膜固相上的C4b结合为复合物时,C1s丝氨酸蛋白酶可从C2肽链的精氨酸和赖氨酸(223-234)间,将C2裂解为两个片段,即C2a和C2b。C2b由N端223个氨基酸残基构成,分子量为35kDa,由细胞膜表面释放入液相中,其生物学活性至今不明。C2a由509个氨基酸残基组成,分子量为75kDa,它是构成经典激活途径中C3转化酶(C4b2a)和C5转化酶(C4b2a3b)的酶原部分。C2a的肽链上含有裂解C3和C5的蛋白酶活性点,C3转化酶与C5转化酶对C3和C5的裂解,均是由C2a的酶活性点起催化作用。

C2分子的结构(模式图)

5-5 C2分子的结构(模式图)

注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为3个SCR

通过对C2的cDNA序列和氨基酸序列分析发现,C2与B因子间具有结构上的同源性。其中C2a与Bb同源,均含有裂解C3和C5的酶活性点;C2b和Ba同源,均由3个约60个氨基酸残基的短同源重复序列(shortconsensus repeat,SCR)构成。编码C2的基因定位于人的第6号染色体短臂21区(基因长度8kb)。

四、C3分子

C3处于两条激活途径的汇合点,在补体系统活化过程中起着枢纽作用,并为替代途径激活的关键分子。C3的α、β两条肽链组成,之间以二硫键相连结,分子量为195kDa,其中α链为115kDa,β链为75kDa(图5-6)。其在血清中的含量高于其它补体分子,约为0.55-1.2mg/ml。同C4分子一样,C3分子的α链在半胱氨酸和谷氨酸残基之间也有一个内硫酯键(Cys-S-CO-Glu)。此环状结构水解后,可形成一个转移性结合点,认为这是C3b由液相结合到固相上的结构条件,也是C3以缓慢的速率水解导致其构象改变出现能与B因子具有亲和力的“变构”C3b的分子基础。当C3转化酶从C3α链N端一个精氨酸-丝氨酸键(第77-78位)外将C3裂解后,可产生一个9kDa的小片段C3a(释放到液相中去),其余部分为C3b。同时,新生的C3bα`链内距N端5kDa的硫酯键断裂,在谷氨酰胺基上出现一个具有转酯作用的高度或多糖等分子中的羟基(R-OH)共价结合,形成新的酯键。同样,也可与靶细胞上的氨基形成酰键(-CONH-)。这样,新生的C3b便可结合于靶细胞表面,而其半胱氨酸则通过接受1个质子形成硫氢基(-SH),从而获得转移性。需要提及的是,上述形成的反应性酰基极不稳定,若在60秒内未同碳水化物发生转酯反应,则反应性酰基即与水分子反应形成羧基,从而使C3b失去共价结合的能力(图5-7)。一般细胞表面都有足够的糖类(常以糖蛋白、糖脂或多糖形式存在)因此新生C3b得以通过上述转酯作用而固定于细胞上(外来的或自身的)。通过上述转酯反应而获得结合活性的C3b可与c

4b2a结合形成经典途径的C5转化酶(C4b2a3b),或与Bb结合形成替代途径的C3转化酶(C3bBb)和C5转化酶(C 3bnBbC3b也可在H因子和I因子的作用下,变为无活性的C3bi,并再I因子裂解为C3dg和C3c(图5-8)。C3d可能是C3裂解的最终产物,只有在细菌或炎灶分解产物的作用下,才能裂解为C3d和C3c。还报道有C3e片段,可能来源于C3c。

C3各个裂解片段的生物学活性不一。C3a为过敏毒素,能直接作用于肥大细胞和嗜性粒细胞,使之释放组胺,引起血管扩张,通透性增加,平滑肌收缩及局部水肿。但其作用远较C5a弱。此外,C3a还具有使吞噬细胞定向移动以促进吞噬的趋化作用,以及抑制特异抗体反应、非特异性多克隆反应和抑制白细胞移动抑制因子(LIF)产生的作用。C3b的生物学活性烄广,概括起来有以下几个方面:(1)参与替代途径中两种C3转化酶[起始C3转化酶(C3bB)和放大C3转化酶(C3bBb)],以及两条途径中两种C5转化酶(C4b2a3b和C3bnBb)的形成;(2)启动替代激活途径中的正反馈放大回路;(3)调理促进吞噬及免疫粘连作用;(4)参与免疫调节,如作为B细胞活化的非特异性刺激信号,作为B细胞的致有丝分裂原促进B细胞增殖,与抗体协同增强ADCC作用和刺激单核细胞释放前列腺素E(PGE),嵌入抗原、抗体复合物的网格结构中,使二者的结合键断裂从而是产生对可溶性免疫复合物的溶解作用等。C3bi具有促进吞噬和与抗体协同增强ADCC反应的作用。C3c和C3dg可的抑制抗原、有丝分裂原或同种异型抗原诱导的T细胞增殖,C3e则可引起白细胞增多。

人的C3基因定位于第19号染色体,有两种常见的同种型C3S和C3F。此外还有十余种少见型及罕见型,其中C3F与肾小球毛细血管性肾炎和部分脂质性营养不良有关。C3遗传性缺陷少见,但如发生缺陷,则易引起反复化脓性和革兰氏阴性菌的感染。

C3分子的结构(模式图)

图5-6 C3分子的结构(模式图)

五、C5分子

C5是形成膜攻击复合体(MAC)的第1个补体分子。C5由以二硫键相连接的α、β链组成,分子量190 kDa,其中α链为115kDa,β链为75kDa(图5-9)。C5与C3和C4的结构相类似,但没有链内硫酯键。靠近N端的第74-75位精氨酸一亮氨酸键为C5转化酶作用的部位。在C5转化酶的作用下,C5α链N末端裂解出一个分子量为11kDa的小片段C5a进入液相中,其余部分为110kDa的大片段C5b,仍结合在细胞膜表面。亲生的C5b在极短时间内能保持与C6结合的构象,可与C6非共价结合形成一牢固的C5b6复合物,并通过与C3b的可逆性结合而固定的细胞膜上。但C5b生成后其潜在的生物学活性存在时间非常短促,若无C6结合则迅速衰变为C5bi。

C5b只形成MAC参与细胞溶解效应,而C5a却具有广泛的生物学活性。概括起来有以下几方面:(1)过敏毒素作用:C5a是具有过敏毒素作用的补体裂解片段中作用最强的介质,较C3a强20倍,较C4a强2500倍。此外,C5a还可不依赖于肥大细胞释放组胺,即通过直接作用于血管内皮细胞而增加血管的通透性。(2)趋化作用:高浓度的C5a是中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞的趋化剂,可刺激这些细胞沿着浓度定向移动。值得注意的是,被血清羧肽酶N切C5a C端精氨酸残基而形成的去精C5a虽丧失了使肥大细胞分泌组胺的能力,但仍具有较强的趋化活性,是补体活化后产生趋化作用的主要因素。(3)促代谢作用:高浓度的C5a可刺激中性粒细胞和单核细胞的氧化代谢,提高其cGMP的水平,有利于促进溶酶体与细胞膜的融合,释放溶酶体酶。此外,C5a还可刺激中性粒细胞粘附及增强其产生超氧化物。(4)免疫调节作用:近年体外研究表明,C5a对免疫应答有明显增强作用,如可诱导单核细胞分泌IL-1、IL-6、IL-8及TNF-α等细胞因子,促进抗原及同种异体抗原诱导的T细胞增殖及B细胞产生抗体等。C5a的上述生物学活性的利于增强机体的防御机能,但由其导致的炎症反应也可造成对机体的损伤。编码入C5的基因定位于第9号染色体长臂32-34区。

C3b的酯化反应(图解)

图5-7 C3b的酯化反应(图解)

C3各种裂解片段的产生(图解)

图5-8 C3各种裂解片段的产生(图解)

C5分子的结构(模式图)

图5-9 C5分子的结构(模式图)

六、C6和C7

C6和C7有许多相似之处,均为单链糖蛋白,且分子量也相近分别为128kDa和121kDa。编码C6和C7分子的基因可能由共同的祖基因进化而来。C6和C7在氨基酸水平上有33.5%的同源性。近几年来,对C6的结构及功能进行了较深入的研究,由cDNA序列推导成熟C6的多肽链含有913个氨基残基,前面还有21个独特氨基酸残基组成的信号肽,其碳水化物的含量为4-6%。在肽链的第303位和834位氨基酸残基处,可能为两个天冬酰胺连接的糖基化部位。C6中还含有大量的半胱氨酸残基(总数为64个),集中在多肽链的氨基末端和羧基末端部分,其中氨基末端的位置由半胱氨酸残基所占据。

C6和C7中都含有低密度脂蛋白(LDL)受体结构功能域、EGF前体结构功能域、Ⅰ型凝血敏感蛋白(TSP-1)结构功能域和SCR结构功能域,且排列方式相同。应用滤纸结合的C6片段进行研究表明,C6与C5b的结合部位为由2个SCR和2个Ⅰ因子结构功能域(FIMs)所组成的大小为34kDa的羧基末端的片段。在C6和C7活化过程中,二者均无分子的裂解,推测可能是由于其分子构型的改变而成为具有结合活性的形式。C6和C5b以非共价形式结合形成的C5b6复合物仍疏松的与C3b呈可逆性结合,且具有亲水性不能插入膜内。而一经与C7结合,即出现亲水-疏水两性转换,同时产生亚稳态膜结合部位。这样,c

5b67便脱离C3b附着部位转移至膜表面,然后通过复合物中C7的疏水性紧紧固定在膜脂质双层中。疏水区的暴露系由于C5b67复合物的构象变化所致。但新生的亚稳态C5b67复合物仅有100毫秒的生存其,如不及时同膜结合,又可因复合物重排使疏小区折叠而失去膜结合活性。此外,无论液相或结合到膜上的C5b67复合物均可自行聚合而丧失其介导的溶细胞活性,但仍具有趋化作用。C6和C7可能还有触发淋巴细胞母细胞化的作用,因在单相混合淋巴细胞反应(MLR)中,加入抗C6及C7的抗体Fab能抑制淋巴细胞增殖。

编码C6和C7和的基因定位于人的第5号染色体上且相连锁。C6及C7均具有遗传多态性,编码C6的两个等位基因(C6A和C6B)已确定,东方人群中C6B的基因频率较高。C6及C7的cDNA已克隆成功,发现它们与C8和C9具有一定的同源性。

七、C8分子

C8是由α、β、γ三条肽链组成的三聚体糖蛋白,分子量为155kDa。其中α链和β链均为64kDa,γ链为22kDa。α链和γ链间以二硫键共价结合,而α链与β链间则为非共价键结合(图5-10)。C8分子中也含有TSP-1和LDL受体结构功能域。在C8α和C8β多肽链的中央(157-501个氨基酸残基间),几科不含半胱氨酸残基,为与细胞毒性T细胞及NK细胞产生的穿孔蛋白(perforin)有同源性的结构功能域。在α和β链中含有极高比使的疏水性氨基酸。β链分布在C8分子的表面,其与C5b的相互作用是极性的,并具有高度特异性。C8与C5b-7的结合部位为其β链。当C8与c 5b-7结合后,通过C8分子的构象变化,使其α链插入膜脂质双层的烃核中,形成直径约1.6nm的空膜孔道,可使细胞同的离子缓缓流出,但不会导致细胞溶解。C5b-8复合物能促使C9的聚合但机理尚不清楚,可能是降低了C9聚合的活化能所致。另外研究表明,C9是通过C8而同c 5b-8结合的,因C9不能同C5b-7相结合,而其同C5b-8的结合则可被抗C8的抗体所抑制。

C8分子的结构(模式图)

图5-10 C8分子的结构(模式图)

C8的基因定位较复杂,其中编码α链和β链的基因C8A和C8B定位于人的第1号染色体,而编码γ链的基因C8G则定位于第9号染色体的长臂。目前已对C8β链的cDNA克隆成功,并做了序列分析,发现其与C9具有高度的同源性,而且二者均含有丰富的半胱氨酸的膜嵌入区。C8的α链和β链在遗传上也呈高度多态性,二者约有33%的氨基酸序列相同,而与C7和C9则约25%相同

八、C9分子

C9是形成膜攻击复合体(MAC)的最后个分子,为一单链糖蛋白,分子量79kDa。经对cDNA推导的氨基酸序列分析发现,C9为一两性分子。C端37kDa由疏水性氨基酸组成称C9b,N端34kDa由亲水性氨基酸组成称C9a因此C9以其羧基端部分嵌入细胞膜的脂质双层中。而N端则为与c 5b-8相结合的结构域。C9具有自发聚合的作用,但聚合很慢,在37℃下需3天才能完成,而在C 5b-8的催化下,10分钟内即可完成。由12-16个C9分子聚合形成的多聚体C9,可形成内径10nm、壁厚2nm的中空穿膜孔道嵌入膜内(图5-11)。孔道的内面由许多亲水性氨基酸残基和碳水化物组成,而与双层脂接触的管壁外面则是疏水性氨基酸残基。由于细胞内容物的外漏,最终可导致细胞溶解破坏。C9分子的多肽链与C8α和C8β结构上相类似,也含有TSP-1、LDL受体前体结构功能域及与穿孔蛋白同源的结构功能域。由于C9和穿孔蛋白在结构和功能上均非常相似,推测二者可能具有共同的祖基因。编码入C9的基因定位于第5号染色体上,末发现C9有多态性。

九、B因子

B因子(factor B,Bf)替代激活途径中的重要成分,由Blum于1959年首先发现。B因子为由733个氨基酸残基组成的单链糖蛋白(糖含量约7%),分子量93kDa。由于这些氨基酸的迂回折叠形成三个大小相近似的球形区。其中1个为Ba,其余两个呈哑铃状为Bb。Bb中靠近N端的一个球形区可同C3b结合,另一个球形区可能是催化区(图5-12)。在Mg2+存在的情况下,B因子可与C3b结合形成C3bB,被血清中的D因子裂解为分子量为33kDa的Ba和63kDa的Bb两个片段。后者3再与C3b结合形成替代途径的C3转化酶(c3bBb)和C5转化酶(C3bnBb)。两种酶中的Bb均具有丝氨酸蛋白酶活性,是裂解C3和C5的活性部位,但C 3bBb和C 3bnBb均不稳定,易衰变失去活性。

膜攻击复合体(MAC)的结构(模式图)

图5-11 膜攻击复合体(MAC)的结构(模式图)

B因子的结构(模式图)

图5-12 B因子的结构(模式图)

注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为3个SCR

近年研究发现,B因子的两个裂解片段还具有免疫调节作用。其中Bb能促进经金黄色葡萄球菌Cowan I株(SAC)刺激活化的B细胞增殖,而Ba则对B细胞生长因子(BCGF)诱导的进入活化状态的B细胞增殖有明显抑制作用,且呈浓度依赖关系。B因子和C2均属于补体超家族的成员,二者的编码基因紧密连锁。编码B因子的基因定位于人的第6号染色体短臂21区,基因长度6kb,含18个外显子。

十 、D因子

D因子是启动替代途径激活的重要成分,为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶,分子量仅25kDa。D因子在血清中的浓度很低(1-2μg/ml),主要以活化形式而存在。但可能还有一种以酶原形式而存在的由239个氨基酸残基组成的D因子。具有活性的D因子(D)可能在第234-235位的精氨酸-赖氨酸键处将B因子裂解为Ba和Bb两个片段,从而启动替代途径的级联活化反应。D因子的部分cDNA已克隆成功,并进行了序列分析,发现其与其它几种丝氨酸蛋白酶(如胰蛋白酶、糜蛋白酶、纤溶酶及弱性蛋白酶)具有同源性。

十一、P因子

P因子又称备解素(properdin),是替代途径中除C3以外最先发现的一种血浆蛋白。现已探明,P因子以聚合体形式而存在:即三聚体(54%)、二聚体(26%)和四聚体(20%)都有,但特异活性的顺序依次为:四聚体 三聚体 二聚体。P因子为由4条相同的肽链(分子量各55kDa)组成的四聚体分子,链间以非共价键相连接,分子量为220kDa。P因子的生物学活性是以高亲和力与c 3bBb和C 3bnBb相结合,结合后通过发生构象改变而加固C3b与Bb间的结合力,从而可使其半衰期由2分钟延长至26分钟。另外,P因子还可封闭H因子的抑制作用,更增加了上述两种酶的稳定性及活性,有利于促进替代途径级联反应的继续进行。因此,P因子实际上是替代途径中的一个重要的正调节分子。因其常成为c 3bBb和C3bnBb复合物中的组成成分之一,故将其作为补体系统的固有成分在此一并描述。此外,在膜增生性肾小球肾炎病人血清中发现有一种C3肾炎因子(C3nephritic factor,C3NeF)实际为C 3bBb的自身抗体,也可与C3bBb结合而增加c 3bnBb的稳定性,使其半衰期处长10-30倍。

关于上述14种补体固有蛋白的特性及其生物学活性见表5-1。

表5-1 补体固有成分的特性及生物学活性

补体成分血清浓度(μg/ml)分子量(kDa)亚单位(链)及分子量(kDa)激活产物生物学活性C1q75410A:24各6条 识别IgG、IgM Fc的补体结合点 B:23各6条 C:22各6条 C1r50851条C1r丝氨酸蛋白酶,裂解C1sC1s50851条C1s丝氨酸蛋白酶,裂解C4、C2C4200-500210α:90C4a弱的过敏毒素作用 β:78 γ:33C4b组成CP中的C3、C5转化酶,促进吞噬、防止IC沉积、中和病毒、免疫识别及维持自身稳定等C2201101条C2b不详 C2a丝氨酸蛋白酶,组成CP中的C3、C5转化酶C3550-1200195α:110C3a过敏毒素、趋化作用等 β:85C3b组成CP、AP中的C3、C5转化酶,调理促吞噬、免疫粘附及免疫调节作用C570190α:115C5a强的过敏毒素作用、趋化作用、 β:75 促代谢作用及免疫调节作用 C5b形成C5b67复合物具有趋化作用C6601281条 组成MAC,触发淋巴细胞母细胞化C7601211条 组成MAC的成分C860155α:64 组成MAC的成分,促进C9聚合 β:64 γ:22 C960791条 组成MAC并聚合形成跨膜孔道B因子200931条Ba抑制人的B细胞增殖 Bb丝氨酸蛋白酶,组成AP中的C3、C5转化酶D因子1~2251条D丝氨酸蛋白酶,裂解B因子P因子252204条,各55 稳定AP中的C3、C5转化酶

注:CP:红典激活途径;AP:替代激活途径;MAC:膜攻击复合体

第二节 补体调节分子的结构及功

补体系统的激活为一种级联反应,但受到多种调节分子的严格控制,其反应的程度和单一成分的反应都是在生物反馈近代制下而进行的,从而限制了活化的扩大化,以维持补体水平的平衡。调节作用包括两个方面,即自身衷变失活及一些抑制物的灭活作用。前者指已活化的补体分子均不稳定,如不及时与靶细胞膜结合即迅速衰变失活;后者是通过抑制物的作用而使已活化的分子失去活性。这一节中仅涉及后一个方面。

一、C1抑制物

C1抑制物(C1INH)是血清中高度糖基化的一种蛋白质,含糖量高达35-49%。最初由Ranoff和lepow(1957)所发现,称其为C1酯酶抑制剂,与引同时Schultze等则将其称为α2神经氨酸糖蛋白。C1INH为一单链分子,由478个氨基酸残基组成,分子量为104kDa,由478个氨基酸残基组成,分子量为140kDa,链内有两对二硫键(图5-13)。C1INH调节的主要方式是,与活化的C1r或C1s结合形成稳定的复合物而导致C1丝氨酸蛋白酶失活。其作用机理是,C1INH通过提供一个酷似C1r或C1s的正常底物的序列为“锈铒”(“bait”),被c 1r或C1s裂解暴露出一个活性部位,然后再与C1r或C1s结合形成共价的酯键而发挥抑制作用。此外,C1INH还可防止在缺乏抗体时,C1以很低但仍有一定速率出现的自发激活。正常情况下,血液中的大多数C1可被7倍于其克分子浓度的C1INH所结合,以防止C1由于构象改变而引起的自发激活。但C1同抗原、抗体复合物的结合,可使C1从C1INH的抑制作用中而获释。除上述作用外,C1INH还可抑制凝血因子Ⅻa、Ⅺa、激肽释放酶及纤溶酶,因而其在凝血、激肽和纤溶系统中也有重要的调节作用。

经对C1INH cDNA序列的分析发现,C1INH与其它几种丝氨酸蛋白酶抑制物(serpin)超家族成员(α1抗胰蛋白酶、α1抗糜蛋白酶及抗凝血酶Ⅲ等)约有30%的氨基酸同源性,物别是在C端的120个氨基酸。C1INH的编码基因定位于第11号染色体的短臂11.2~长臂13亚区。C1INH先天性缺陷时,可导致遗传性血管神经性水肿(hereditary angioneurotic edema,HAE)。近年报道应用C1INH浓缩剂防治HAE效果良好,但尚未广泛用于临床。

C1 INH分子的结构模式图

图5-13 C1 INH分子的结构模式图

注:(a)为电镜观察模式图

(b)为中子散射模式图

(c)为园二色谱分析的二级结构模式图

二、C4结合蛋白

C4结合蛋白(C4bp)是一种含量丰富的可溶性血清糖蛋白,分子量为550kDa,1977年由Ferreira等所报道。其分子结构模式现多以Dahlback等(1983)描述的“蜘蛛样”(spiderlike)结构来分析其结构及功能。C4bp由8个亚单位组成,电镜下观察形似蜘蛛,其中有7条分子量相同(均为70kDa)的长链(α链),由549个氨基酸残基组成,链间以二硫键相连结,并共同氨基酸残基组成,链间以二硫键相连结,并共同连结于一中心体。α链含有8个SCR,其N端是其头部,为与C4b相结合的部位,可能位于第332-395位氨基本酸残基。第8条链(β链)较短(45kDa)由235个氨基酸残基组成,含有4个SCR为与蛋白S(PS)相结合的部位(图5-14)。C4bp以两种方式抑制补体的活化。第一种方式是,通过其与C2竞争C4b,而从c 4b2a中取代C2a,并通过其与C4b的结合而阴止剩余的C2同C4b结合,由此抑制C3转化酶的形成。C4bp与C4b的结合能力与细胞表面C4b分子的数成正比,且较C2同C4b的结合能力高27倍。第二种方式是,C4bp作为I因子的一种辅助因子,促进I因子对C4b的裂解。有C4bp存在时,I因子可将C4b的a`链完全裂解;无C4pb时,I因子的裂解作用不完全。其与I因子结合的活性部位位于第177-322位氨基酸残基区域。PS与C4pb的第8条链(β链)结合,不影响C4bp同C4b的结合,但可延长C4bp的半衷期,从而强化C4bp的抑制作用。

C4bp的结构(模式图)

图15-14 C4bp的结构(模式图)

C4bp基因定位于人的第1号染色体长臂32区,同CR1、CR2、H因子、MCP及DAF等的基因相连锁,并均含有数目不同的SCR。

三、促衰变因子(CD55)

促衰变因子(decayaccelerating factor,DAF)是Nicholson-Weller等(1981)用正丁醇提取后,再以层析法从人和豚鼠红细胞基质中纯化的一种膜蛋白。因其具有促进C3转化酶衷变的活性故名。经在还原条件下做SDS-PAGE并以过碘酸-Schiff试剂染色表明,纯化的DAF为单链膜糖蛋白。人和豚鼠的DAF分了量不同分别为70kDa和60kDa。现已按白细胞分化抗原将其归为CD55。Davitz等(1986)通过用磷脂酰肌醇(PI)特异性的磷脂酶C(PI-PLC)处理人外周血细胞可释放DAF的事实探明,DAF是经糖磷脂酰肌醇(glycosylphodphatidylinositol,GPI)锚而固定于细胞膜中的。即糖蛋白的C末端共价结合于含PI的糖磷脂上,再经PI插入细胞膜脂质双层的外层小叶中。研究表明,膜DAF的迁移率接近于膜类脂的迁移率,比大多数膜蛋白迁移率高一个数量级。认为这有助于促进数目有限的膜DAF分子与细胞表面大量的C3b或C4b片段接触。另外DAF的糖磷脂酰肌醇结构还可能具有转导细胞信号的作用。

除Nicholson-Weller等证实的分子量为70kDa的膜DAF外,Kinoshita等(1987)用Western blotting在人红细胞表面还检出分子量为140kDa的一种膜DAF,称其为DAF-2。DAF-2在膜上的数目不足70kDa膜DAF的1/10,但也有促进C3b转化酶衰变的活性,也含有GPI锚结构。由于DAF-2的分子量较70kDa的膜DAF大一倍,提示其为膜DAF的二聚体,但用二巯基乙醇或以SDS使基变性,都不能将DAF-2裂解成两个成分,故DAF-2的精确结构仍有待进一步阐明。另外,近年应用两位点RIA测定法,在血浆、尿液、泪液、唾液、滑膜液和脑脊液,以及组织培养上清中均检出可溶性的DAF(sDAF),水平的40-400ng/ml范围。并发现尿液中的sDAF分子量略低于红细胞上膜DAF的分子量,疏水性也较膜DAF小,其抑制细胞表面C3转化酶内在装配的活性较膜DAF约低100倍,但仍具有促进已形成的C3转化酶衰变的作用,效能类似于C4bp。

膜DAF广泛分布于各种血细胞及其他各处的细胞上,包括红细胞、粒细胞、单核细胞、淋巴细胞(T、B)、血小板、骨髓单个核细胞、红细胞的始祖细胞,角膜、结合膜、消化道粘膜、外分泌腺、肾小管、膀胱、子宫粘膜、胞膜、心包及滑膜的上皮细胞,精子,以及培养的脐静脉内皮细胞上。但NK细胞上则缺如。阵发性血红蛋白尿(paroxysmal nocturnalhemohlobulinuria,PNH)病人的红细胞上也缺少DAF,并以缺乏程度将该病分为三个型。PNH病人的红细胞对补体介导的溶血作用高度敏感,就是由于红细胞上缺乏DAF及基它含GPI锚的分子而引起的。DAF带有Cromer抗原。极少数称之为Inaba或IFC缺乏的Cromer相关抗原的个体也缺乏DAF。

DAF生物学活性及生理功能已虱到充分证实。它可保护宿主细胞免遭补体介导的溶解破坏。其作用机理是,DAF不仅可阻止经典或替代途径C3和C5转化酶的装配,并且可通过诱导催化单位C2a或Bb的快速解离而使已形成的C4、C5转化酶失去稳定性,从而抑制补体攻击单位的活化(图5-15)。DAF的这种抑制作用仅限于直接结合在细胞上的C3、C5转化酶,也即DAF不抑制靶细胞上正常的补体激活剂如微生物和免疫复合物。但DAF不能作为I因子裂解C3b和C4b的辅因子而发挥作用。另外,DAF虽不能阻止C2和B因子(分别通过与C4b或C3b结合)与细胞的最初结合,但却可使C2a或Bb由它们结合的部位解离出来,以而阻止C3转化酶的装配。

DAF抑制替代途径中C3转化酶形成的的机理

图5-15 DAF抑制替代途径中C3转化酶形成的的机理

编码人DAF的基因位于第1号染色体的长臂上32区一个800kb片段内,与其它几种补体激活调节剂(RCA)的基因紧密连锁,排列顺序依次为:MCP-CR1-CR2-DAF-C4bp。其中DAF基因的长度约为C4bp。其中DAF基因的长度约为35kb,以限制性酶谱分析表明为一单拷贝基因。在DAF基因的非编码区还有3个限制性酶切片段长度多态性(RFLP)结构,两个为HindⅢ酶切位点,1个为Bamh Ⅰ酶切位点。DAF的cDNA已克隆成功,并进行了核苷酸和氨基酸序列分析。关于DAf cDNA和膜糖蛋白的结构见图5-16。DAF的cDNA结构从5`端开始依次为:信号肽区、四个SCR(长度1143bp)、富含丝氨酸与苏氨酸(S/T)的区(约70个氨基酸)及疏水区,最后终止于3`端的poly(A)。由cDNA推导的氨基酸序列得出DAF蛋白由381个氨基酸所组成,包括34个氨基酸的信号肽,富含S/T的区为DAF中大多数延伸的O-连接的糖基化部位。SCR中有1上N-连接的的糖基化部位。C末端的疏水区在翻译后被糖磷脂所取代,为DAF分子与细胞膜相结合的部位。

DAF cDNA和其膜糖蛋白的结构

图5-16 DAF cDNA和其膜糖蛋白的结构

四、膜辅蛋白(CD46)

膜辅蛋白(membranecofactor protein,MCP)由Cole等(1985)应用C3b亲和层析在外周血淋巴细胞上发现的一种膜蛋白。由于其奇特的电泳特征,起初被命名为gp45-70,但进一步研究发现,它对I因子介导的对C3b和C4b的裂解有辅助活性,故更命为MCP。鉴于MCP的多克隆抗体与促衷变因子(DAF)、H因子或CR1均不起反应,从而认为它是补体系统的一种新的调节蛋白,在第四届国际白细胞分型讨论会上将其命名为CD46。

MCP为一单链穿膜糖蛋白,分子量45-70kDa,属于RCA基因簇的成员。也通过GPI锚固定于细胞上。MCP的细胞分布甚广,包括粒细胞、血小板、T细胞(Th、Ts、Tc)、B细胞、NK细胞、造血细胞系、成纤维细胞、表皮细胞、内皮细胞及星状胶质细胞等。但不同类型的细胞上表达的数量有所不同。外周血单个核细胞和粒细胞为1万个/细胞,造血细胞系为2-5万个/细胞,Hela和Hep-2细胞分别为10万个/细胞和25万个/细胞。这种表达数量的差异,可能反映了MCP在正常细胞和肿瘤细胞上不同的分化和活化状态。另外,由于不同细胞上表达的MCP不同,因此可调节两条激活途径的C3转化酶形成。这一点尤其重要,因为C3慢速运转(tickover)的机制,能够连续不断的产生C3b与C4b,有可能形成越来越多的C3转化酶。而由于大多数正常细胞上有高水平的MCP,因此可保护正常细胞免遭补体介导的损伤。相反,许多异物颗粒和致病微生物则缺乏MCP,这样沉积在它们表面的C3b便可得以保持其活化;且C3b与B因子结合的亲和力高于与H因子结合的亲和力,从而促进c 3bBb复合物的形成,导致在这些异物颗粒上补体有效地活化,最终将其破环清除。此外,细胞表面唾液酸的含量与其结合H因子和B因子的亲和力有关,唾液酸含量较高的细胞与H因子的结合亲和力超过与B因子的结合亲和力,唾液酸含量较低的细胞则与此相反。许多细菌表面涶液酸的含量低于哺乳类动物和人的细胞,因此侵入机体后易同B因子结合而导致补体替代途径的激活。

MCP辅助I因子裂解C3b的机理

图5-17 MCP辅助I因子裂解C3b的机理

MCP作为一种补体调节蛋白具有重要的生物学功能。在低离子强度下,它可与C3b或C3bi结合,但较CR1的亲和力低。MCP的主要功能是其辅因子活性。即可与C3b或C4b结合而促进I因子对C3b和C4b的裂解灭活(图5-17),从而保护自身宿主细胞免遭补体介导的溶解破环。有人将MCP的这种作用称为内源性辅因子活性。Seya等还发现MCP具有增强C3转化酶的活性,尤其对替代途径的C3转化酶,但其生理意义尚不明了。CR1和H因子也是具有辅因子活性的补体调节蛋白,但H因子的这一活性仅为MCP的1/50。

人MCP的基因定位于第1号染色体长臂32区,基因长度至少为43kb,含有14个外显子和13个内含子。Seya等用从HSB-2T细胞纯化获得的MCP氨基末端设计了一个17mer的反义寡核苷酸探针,以此从U937的cDNA文库中筛选到一条长1.5kb的cDNA。经测序表明,该cDNA中含有一个43bp的5`端非编码区和一个编码384个氨基酸的开读框。其中前34个氨基酸为信号肽,后350个氨基酸为MCP的多肽链,分子量为39kDa。在多肽链的前250个氨基酸中,含有4个相邻的CSR。SCR后为一段富含丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸残基的29个氨基酸片段(可能是高度O-连接的 糖基化位点),再后依次为13个氨基酸的功能不明区、24个氨基酸的跨膜区、105个氨基酸的胞浆锚和23个氨基酸构成的胞浆尾部。大多数MCCP的变异局限在富含丝氨酸/苏氨酸(S/T)区和胞浆尾部。在核苷酸序列上MCP与DAF具有同源性。

五、H因子

H因子由Nilson等(1965)发现,根据电泳位将其命名为β1H,而Whaley和Ruddy则将其命名为C3b灭活剂加速因子。现已确定其为由1213个氨基酸组成的单链糖蛋白,分子量155kDa,既有长杆状部分,也有球形区域。新近用透射电镜检查发现,H因子的影象为一长而柔顺的分子。伸长型分子长49.5nn,横截直径为3.4mm但大多数不呈线型而呈折叠状,因此分子的实际长度仅为伸展型的一半,但其构象则呈多样化。通过园二色谱分析表明,H因子既无α螺旋也无β折叠,借二硫键维持其功能活性的构象。H因子的功能包括以下几个方面:(1)为Ⅰ因子的辅助因子,可增加C4b对Ⅰ因子的敏感性。在无H因子时,Ⅰ因子与C3b的结合呈丝状;而在有H因子存在时,I因子与C3b的结合变为弯丝状,同时与C3b的结合亲和力增强(较无H因子时至少高15倍)。H因子强化I因子的机理,可能是H因子与C3b结合后,使C3b出现某些构象变化,增加了与I因子结合的亲和力。H因子与C3b结合的活性部位存在于其N端35kDa部分。(2)加速C3转化酶的衷变:H因子能将已同C3b结合的B因子或Bb从C3酶中逐出,而使之失去酶活性。(3)阻止替代途径中初始和放大C3转化酶的形成。已证实H因子和B因子在C3b上有同一结合部位,故H因子可同B因子或Bb竞争与C3b的结合。在有H因子存在时,B因子不易与C3(H2C)及C3b结合,因此不易形成C3(H2C)Bb或C 3bBb。但H因子对固相上和液相中的C3b作用在差别。对液相中或结合于非激活剂固相上裂解。而对于固定到激活剂(如酵母多糖等)表面的C3b,H因子则对C3b的亲和力与B因子相当,二者竞争的结果,可形成部分C3转化酶,以保证替代途径的活化。有研究报道,在细胞膜上能增强C3b对H因子亲和力的化学成分是涎酸和肝素氨基多糖。由于大多数细菌表面缺乏涎酸,因而这些细菌侵入机体后,可活化替代途径,有助于在早期对感染的控制。(4)对已与P因子或肾炎因子(NeF)结合形成稳定的c 3bBbP或C 3bBbNeF,H因子对它们也有一定的作用,但其效力要比CR1差得多。H因子对C5转化酶(c 3bnBb或C 3bBb3b)的活性也有抑制作用,并能与C5竞争结合C3b使C5不能裂解。此外,近年发现H因子还可诱导单核细胞分泌IL-1参与免疫应答的调节。

编码H因子的基因定位于人的第1号染色体的长臂32区,具有多态性。已发现其有5个变异型,即FH1-5。H因子的核苷酸序列已进行了鉴定,并推导出其氨基酸的一级结构,含有20个SCR借此与C3b结合。H因子与MCP、CR1、CR2、DAF及C4bp具有同源性,共同属于补体激活调节剂(RCA)基因家族的成员。

六、I因子

I因子(旧称C3bINA)为异源二聚体血清蛋白,呈双球状结构,分子全长13nm。其中小球(L链)4.9nm,具有丝氨酸蛋白酶活性;大球(H链)5.4nm可与C3b结合。I因子的分子量为88kDa,重链50kDa,轻链38kDa,链间以二硫键相连接。I因子的生物学活性是,在C4bp、MCP、H因子和CR1等辅助因子的协同下,将C4b裂解为C4d和C4c;使C3b裂解出C3f形成C3bi,后者再进一步裂解为C3dg和C3c,由此而控制补体系统的活化。

编码入I因子的基因定位于第4号染色体上。经对I因子的cDNA序列分析发现,其轻链为丝氨蛋白酶的活性区,与糜蛋白酶、胰蛋白酶及弹性蛋白酶等有同源性。而其重链是具有富含半胱氨酸的功能区,与C8、C9和低密度脂蛋白受体等具有同源性。I因子结构基因的突变,可导致先天性I因子缺陷,此类患C3的过度消耗面引起反复感染和血管性水肿。

七、过敏毒素灭活剂

过敏毒素灭活剂(AI)又称血清羧肽酶N,分子量310kDa,由8条相同的多肽链组成,每条分子量各36kDa。AI具有羧基肽酶的活性,可去除C4a、C3a、和C5a C末端的精氨酸残基,使这些片段丧失其过敏毒素活性。

八、S蛋白

S蛋白(CP或S)为血清中一种α单链糖蛋白,分子量83kDa。SP的主要调节作用是可与C5b~7的亚稳态结合部位竞争靶细胞膜脂质,通过形成亲水性的SPC5b~7(简写为S5b~7)复合物,而使C5b~7失去膜结合活性。这样,便可保护补体活化部位邻近的细胞免遭偶然的攻击。这种亲水性的SC5b~7还可集资与1个分子的C8和3个分子的C9结合,分别形成SC5b~8和C5b~(9)3复合物,并C9聚合形成孔道,从而可保护补体活化部位邻近的细胞免于遭受补体的攻击而损伤。SP与C8和C9的结合部位为这两种分子中富含半胱氨酸的功能功能区。电镜下观察,SC5b~(9)3复合物呈一楔形结构,SP位于楔形的宽部可掩盖补体蛋白的疏水区,从而封闭MAC的膜结合部位。此外,2~3个分子的SP与C5b~7与C5b~8复合物的结合,还可使这些复合物易溶,出现亲水向疏水转换。SP也参与凝血过程,通过干扰抗凝血酶Ⅲ对凝血酶的来活而保护凝血酶。

编码人SP基因定位于第17号染色体的长臂上,其cDNA已克隆成功。经过序列分析表明,其与具有细胞粘附作用的玻璃粘连蛋白(vitronectin)的序列完全相同,已证明二者属同一蛋白。

九、CD59

CD59是近年(1989)才发现的一种分子量只有18~20kDa的膜性调节蛋白。由Sugita等(1988年)首先描述,曾有不同的名称,如同种限制因子20(homologous restriction factor-20),保护素(protectin)及膜反应性溶破抑制物(membraneinhibitor of reactive lysis,MIRL)等。CD59由103个氨基酸残基组成,含有单一的N端糖基化位点,其C端借GPI锚固定于细胞表面。CD59分布甚广泛,已证明皮肤、肝、肾、胰、肺、唾腺、神经系统、胎盘以及各种血细胞(红细胞、淋巴细胞、中性粒细胞及血小板)和精子上均有表达。C59的主要生理功能是,防止MAC对同种或自身细胞的溶解破坏,即同种限制作用(homologous species restriction,HSR)。作用机理为:通过其与C7、C8或C9的结合而阻止MAC组装。当其与C5b~7复合物结合后,可阻止其再与C8结合;当基与C8结合后,则可阻碍结合至MAC上的第1个C9分子的铺展,从而是阻止后继C9的结合;而当其与MAC中的C9结合后,又可阻止C9进一步分子的聚合。这样,在有CD59存在的情况下,在同种或自身细胞的表面便不能顺利地完成MAC的组装,或不能组装成C5b~(9)n复合物,从而限制了对同种或自身细胞的溶解作用。Rooney等(1991)的报道表明,CD59的这种同种限制作用的机理对保护子宫内的胎儿不被MAC的攻击也有作用。此外,CD59还促进T细胞粘附与激活,维持精子在女性生殖道内的稳定性与活性,以及参与PNH发病机理的作用。

CD59的cDNA已经克隆,并确定CD59的基因定位于人的第11号染色体短臂,其核苷酸序列与氨基酸序列相对应,并与小鼠的CD59有同源性。

十、SP40/40

自1982年起,生物科学技术文献中先后提出一批术语。后经鉴定它们都是蛋白质,且结构类同、功能相近,与补体的末端成分相关。这些成分有不同的名称:如Clusterin、SGP-2、SP40/40、TRRM-2、T64、GP111、SP80、CLI、apo-J和NA1/NA2等。Fritz等建议用Clusterin(暂译为群集素)来概括。

群集素的调节作用是在SP40/40这一同源体中发现的。SP40/40是于70年代末首先在人精浆中发现的,继后在肾小球沉积的IC、血液和MAC中也检出。并由于基常伴随末端补体复合物而存在,故认为其是末端补体复合物的成员之一。SP40/40为血浆中的α糖蛋白,分子量80kDa,由分子量均为40kDa的α和β亚单位所组成,所以称其为SP40/40。现知SP40/40由427个氨基酸残基所组成,α亚单位为222个氨基酸残基,β亚单位为205个氨基酸残基。α和β亚单位借3个二硫键相连接而构成一异二聚体。两个亚单位的氨基酸组成除甘氨酸外,其余均很相似,但氨基酸的序列则相差明显。人血浆中SP40/40的含量为35~105μg/ml(平均62μg/ml),但在人精浆中却可高达15mg/ml,认为这与保护精子的活性有关。

SP40/40是MAC组装的调节蛋白。它可与C5b~7、C5b~8或C5b~9结合,对MAC的组装起抑制作用,从而可防止MAC的溶细胞作用。此外SP40/40与S蛋白还具有协同作用,可使MAC变为可溶性的而失去溶细胞作用。现知C8与SP40/40的结合部位是C8β、C9与SP40/40的结合部位是C9b。

十一、同种限制因子

同种限制因子(homologousrestriction factor,HRF),又称C8结合蛋白(C8bp)。为Zalman等(1986)用C9-Sepharose亲和层析从人红细胞膜上分离的一个能与C8、C9结合并参与C9阶段同种限制性的膜蛋白,通过GPI锚固定于细胞膜表面。新鲜红细胞膜上的HRF分子量为65kDa,而在冷冻的陈旧性红细胞膜上则降解为38kDa。HRF存在于正常人的红细胞、中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞及血小板上。HRF对反应性溶血作用的严格的种属限制性。如经抗HPF抗体处理的人红细胞对人C8、C9的反应性溶血作用敏感性增高,而对8种动物来源的C8、C9的反应性溶血作用则不敏感。体外试验表明,HRF能抑制C9与C8的结合及C9聚合,从而阻止MAC插入自身细胞的膜脂质双层及细胞溶解。HRF可能还与淋巴细胞杀(C9RP)介导的人大颗粒淋巴对羊红细胞和PNH患者红细胞的ADCC作用。

关于上述11种补体调节分子的特性及生物学活性见表5-2

表5-2 补体调节分子的特性及生物学活性

调节分子分子量(kDa)(分子特征)血清浓度(μg/ml)或细胞分布能特异性相互作用的分子生物学活性血清蛋白: C1INH104200C1r,C1s与C1r和C1s共价结合使C1失活; (serpin) 与C1结合阻止其自发激活:抑制激肽释放酶、纤溶酶及凝血因子Ⅻa、ⅪaC4bp550(12个SCR)250C4b抑制CP中的C3转化酶形成;加速CP中的C3、C5转化酶衰变;作为I因子裂解C4b的辅助因子H因子155(20个SCR)480C3b作为I因子裂解C3b的辅助因子;加速AP中的C3转化酶衰变I因子8835C4b,C3b在辅助因子协同下,裂解C4b和C3bAI31(羧肽酶N)35C3a,C4a,C5a水解C末端精氨酸残基,灭活过敏毒素S蛋白83(Vitronectin)505C 5b~7与C 5b~7结合形成SC5b~7,使之失去膜结合活性SP40/4080(异二聚体)50C5b~9调控MAC的组装;保护精子活性膜蛋白分子: MCP(CD46)40~70(4个SCR,GPI锚)除红细胞外的血细胞、上皮细胞、内皮细胞C3b,C3b作为I因子裂解C3b和C4b的辅助因子DAF(CD55)70(4个SCR,GPI锚)绝大多数血细胞、内皮细胞、粘膜上皮细胞C 4b2a,C 3bBb抑制C3转酶形成 促进CP和AP中的C3转化酶衰变HRF(C8bp)65(GPI锚)红细胞、PMN、单核细胞、淋巴细胞、血小板C8、C9抑制C9与C8结合及C9聚合;阻止MAC插入自身细胞膜CD59(MIRL)18~20(GPI锚)红细胞、PMN、淋巴细胞、血小板C7,C8,C9通过与C7、C8或C9结合而阻止MAC的组装,防止MAC溶解同种或自身细胞







(0)

热评文章

发表评论