在生理情况下,血清中大多数补体成分均以无活性的酶前体形式存在。只有在某些活化物的作用下，或在特定的固相表面上,补体各成分才依次被激活。每当前一组分被激活，即具备了裂解下一组分的活性，由此形成一系列放大的连锁反应,最终导致溶细胞效应。同时，在补体活化过程中产生的多种水解片段，它们具有不同的生物学效应，广泛参与机体的免疫调节与炎症反应。
补体的激活过程依据其起始顺序的不同，可分为三条途径：
①由抗原-抗体复合物结合C1q启动激活的途径，最先被人们所认识，故称为经典途径（classical pathway）；
②由MBL结合至细菌启动激活的途径，为MBL途径（lectin pathway）；
③由病原微生物等提供接触表面，而从C3开始激活的途径，称为旁路途径(alternative pathway)。
上述三条激活途径具有共同的末端通路(terminal pathway)，即膜攻击复合物(membrane attack complex,
MAC)的形成及其溶解细胞效应。在进化和发挥抗感染作用的过程中，最先出现或发挥作用的依次是不依赖抗体的旁路途径和MBL途径，最后才是依赖抗体的经典途径。
|
|
补体活化的经典途径
|
The classical pathway of complement activation
|
|
|
(一)激活物与激活条件
免疫复合物(immune
complex，IC)是经典途径的主要激活物。C1与IC中抗体分子的Fc段结合是经典途径的始动环节,其触发C1活化的条件为：
①C1仅与IgM的CH3区或某些IgG亚类(IgG1、IgG2、IgG3)的CH2区结合才能活化;
②每一个C1分子必须同时与二个以上Ig分子的Fc段结合。由于IgM分子为五聚体,含5个Fc段,故单个IgM分子即可结合C1q，并有效地启动经典途径。但IgG是单体,需要两个或两个以上IgG分子凝聚后，才能与C1q结合;
③游离或可溶性抗体不能激活补体,只有在抗体与抗原或细胞表面结合后,Fc段发生构象改变,
C1q才可与抗体Fc段的补体结合点接近,从而触发补体激活过程。
☆☆相关素材☆☆
图片4-2-1 补体C1q的结构
图片4-2-2
C1分子结构模式图
(二)固有成分及激活顺序
参与经典途径的固有成分包括C1(C1q、C1r、C1s)、C2、C4、C3,整个激活过程可分为识别和活化两个阶段:
1.
识别阶段 抗原抗体结合后, 抗体发生构型改变, 使Fc段的补体结合部位暴露, 补体C1与之结合并被激活,这一过程被称为补体激活的启动或识别。
C1是由C1q、C1r和C1s分子组成的多聚体复合物。C1q为六聚体,呈球形，其每一亚单位的头部乃C1q与Ig结合的部位。C1r和C1s与C1q相连。当两个以上的C1q头部被IC中IgM或IgG
Fc段结合固定后,C1q 6个亚单位的构象即发生改变,导致C1r被裂解,所形成的小片段即为激活的C1r,它可裂解C1s成为两个片段，其中小分子片段(C1s)也具有蛋白酶活性,它依次裂解C4与C2。
2.
活化阶段 活化的C1s依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3转化酶(C3 convertase),后者进一步酶解C3并形成C5转化酶(C5
convertase)。此即经典途径的活化阶段。
C1s作用于C4,所产生的小片段C4a释放入液相；大片段的C4b可与胞膜或抗原-抗体复合物结合。在Mg2+存在的情况下，C2可与附着有C4b的细胞表面结合,继而被C1s裂解,所产生的小片段C2a被释放入液相，而大片段C2b可与C4b形成 复合物,后者即经典途径C3转化酶。
中的C4b可与C3结合,C2b可水解C3，所产生的小片段C3a释放入液相，大片段为C3b。大部分C3b与水分子作用,不再参与补体级联反应；10%左右的C3b分子可与细胞表面的结合，形成 复合物,后者即是经典途径的C5转化酶。
☆☆相关素材☆☆
图片4-2-3 补体经典途径的激活过程 图片4-2-4 经典激活途径模式图（识别和活化阶段） 图片4-2-5 经典激活途径模式图（膜攻击阶段） 动画4-2-2 补体的经典激活途径
|
|
补体活化的MBL途径
|
The lectin pathway of complement
activation |
|
补体活化的MBL途径与经典途径的过程基本类似，但其激活起始于炎症期产生的蛋白与病原体结合之后，而并非依赖于抗原-抗体复合物的形成。在病原微生物感染的早期，体内巨噬细胞和中性粒细胞可产生TNF-α、IL-1和IL-6，从而导致机体发生急性期反应（acute
phase response），并诱导肝细胞合成与分泌急性期蛋白，其中参与补体激活的有甘露聚糖结合凝集素（MBL）和C反应蛋白。
MBL是一种钙依赖性糖结合蛋白，属于凝集素家族，可与甘露糖残基结合。正常血清中MBL水平极低，在急性期反应时，其水平明显升高。MBL与C1q并不具有氨基酸序列上的同源性，但二者的分子结构类似。MBL首先与细菌的甘露糖残基结合，然后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具有与活化的C1q同样的生物学活性，可水解C4和C2分子，继而形成C3转化酶，其后的反应过程与经典途径相同。这种补体激活途径被称为MBL途径（MBL
pathway）。此外，C反应蛋白也可与C1q结合并使之激活，然后依次激活补体其他成分。
☆☆相关素材☆☆
图片4-2-6 补体激活的MBL途径示意图 动画4-2-3 补体的MBL激活途径
|
|
补体活化的旁路途径
|
The alternative pathway of complement activation
|
|
|
不经C1、C4、C2途径,而由C3、B因子、D因子参与的激活过程，称为补体激活的旁路途径,又称第二途径。
某些细菌、革兰氏阴性菌的内毒素、酵母多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4以及其他哺乳动物细胞，均可不通过C1q的活化，而直接"激活"旁路途径。上述成分实际上是提供了使补体激活级联反应得以进行的接触表面。这种激活方式可不依赖于特异性抗体的形成，从而在感染早期为机体提供有效的防御机制。
C3是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子。在经典途径中产生或自发产生的C3b可与B因子结合；血清中D因子继而将结合状态的B因子裂解成小片段Ba和大片段Bb。Ba释放入液相，Bb仍附着于C3b,所形成的 复合物即是旁路途径的C3转化酶,其中的Bb片段具有蛋白酶活性,可裂解C3。极不稳定,可被迅速降解。血清中的备解素(properdin,
P因子)可与结合，并使之稳定。
旁路途径C3转化酶水解C3生成C3a和C3b,后者沉积在颗粒表面并与结合形成 (或称 ),该复合物即旁路途径的C5转化酶,其功能与经典途径的C5转化酶类似，能够裂解C5,引起相同的末端效应。
旁路途径的激活与调节具有以下两个重要的特点：
1. 旁路途径可以识别自己与非己：正常情况下,体内不断产生低水平的C3b,少数C3b可以随机方式与颗粒表面形成共价键。若沉积在自身细胞表面,C3b可被调节蛋白迅速灭活(详见本章下节),并中止级联反应。反之,若与缺乏调节蛋白的微生物表面结合,则C3b可与B因子形成稳定的C3bB，进而形成具有酶活性的。
2. 旁路途径是补体系统重要的放大机制：稳定的复合物催化产生更多的C3b分子,后者再参与旁路激活途径，形成更多的C3转化酶。上述过程构成了旁路途径的反馈性放大机制。
☆☆相关素材☆☆
图片4-2-7 补体激活的旁路途径示意图 图片4-2-8 补体两种激活途径的比较
图片4-2-9 补体两种激活途径的不同点
图片4-2-10 补体三种激活途径的比较
动画4-2-4 补体的旁路激活途径 动画4-2-5 补体经典与旁路途径的比较
|
|
补体活化的共同末端效应
|
The final phase of complement activation
|
|
三条补体活化途径形成的C5转化酶，均可裂解C5,这是补体级联反应中最后一个酶促步骤。此后的过程只涉及完整蛋白成分的结合和聚合,并形成两类末端产物：若补体激活发生在脂质双层上,则可形成C5b～9(膜攻击复合物，MAC）；若补体激活发生在没有靶细胞的血清中,则有关的补体成分可同S蛋白形成亲水的、无溶细胞活性的SC5b～7、SC5b～8及SC5b～9。
(一)MAC的组装 C5与C5转化酶中的C3b结合,并被裂解成C5a和C5b。前者释放入液相,后者仍结合在细胞表面,并可依次与C6、C7结合。所形成的C5b67复合物，插入浆膜脂质双层中,进而与C8呈高亲和力结合，形成C5b678。该复合物可牢固地附着于细胞表面,但其溶细胞能力有限。
附着于胞膜表面的C5b～8复合物，可与12～15个C9分子联结成C5b～9，即MAC。电镜下可见这种C9多聚体的特征性结构，为中空的多聚C9(poly-C9)插入靶细胞的脂质双层膜,形成一个内径为11nm的小孔。
(二)MAC的效应机制 MAC在胞膜上形成的小孔使得小的可溶性分子、离子以及水分子可以自由透过胞膜,但蛋白质之类的大分子却难以从胞浆中逸出，最终导致胞内渗透压降低,细胞溶解。此外,末端补体成分插入胞膜，可能使致死量钙离子被动地向胞内弥散,并最终导致细胞死亡。
|
|
