細(xì)胞和分子免疫學(xué):第四節(jié)　補(bǔ)體的結(jié)構(gòu)及遺傳學(xué)特征

近年來，補(bǔ)體的分子生物學(xué)進(jìn)展迅猛，對補(bǔ)體系統(tǒng)的活化機(jī)理和功能得到了分子水平的解釋。各種補(bǔ)體分子的cDNA已克隆成功，絕大多數(shù)補(bǔ)體蛋白的基因在染色體上的定位已被確定，并通過對它們的核苷酸序列和氨基酸序列的分析，發(fā)現(xiàn)許多補(bǔ)體蛋白的基因在染色體上相連鎖，在結(jié)構(gòu)上具有共同性。

一、補(bǔ)體蛋白結(jié)構(gòu)的共同性

通過對補(bǔ)體系統(tǒng)的蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)一步探查，表現(xiàn)了一些頗具特色的結(jié)構(gòu)功能域（module)，并根據(jù)它們在氨基酸序列上的同源性，將它們歸為幾個(gè)不同的蛋白家族。同一家族中的各個(gè)成員通常具有相類似的結(jié)構(gòu)和功能。此外，根據(jù)不同補(bǔ)體蛋白基因間的同源性，提示每個(gè)家族的成員可能是由一個(gè)共同的祖基因復(fù)制而來，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的多樣性，進(jìn)而使各種補(bǔ)體蛋白又具有各自特定的功能。

(一)C1q與其相關(guān)的分子

C1q與其相關(guān)的分子：甘露糖結(jié)合蛋白（mannose-binding protein,MBP)、肺表面活性物質(zhì)脫輔基蛋白A和D（surfactantprotein A and D,SP-A,SP-D)、類風(fēng)濕因子（RF)和膠固素（conglutinin)等，為具有以膠原樣蛋白和凝集素區(qū)結(jié)構(gòu)為特征的一組蛋白。因此有人將collagen與lectin兩字縮合，歸納稱為“collectin”（可暫譯為膠凝素)。這些相關(guān)分子均能以抗體依賴或非依賴的方式被激活，再激活補(bǔ)體系統(tǒng)，或具有結(jié)合C1q-R的能力，從而模擬和放大C1q的功能作用。

（二)絲氨酸蛋白酶補(bǔ)體分子

在補(bǔ)體固有成分和調(diào)節(jié)蛋白中，共有6個(gè)絲氨酸蛋白酶（原)。即：C1r、Cls、C2、B因子（Bf)、D因子和I因子。它們除彼此在氨基酸序列上有同源性外，還與非補(bǔ)體性絲氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶和糜蛋白酶)高度同源。但C2和Bf的催化部位比常見的絲氨酸蛋白酶約多210個(gè)氨基酸殘基。在6個(gè)補(bǔ)體性絲氨酸蛋白酶中，C1r和C1s，C2和Bf又具有更大的相似性。

C1r和C1s均為單鏈長形結(jié)構(gòu)，兩端呈球形似啞鈴狀，分子量均為85kDa。二者除在C端有共同的絲氨酸蛋白酶結(jié)構(gòu)功能域外，其N端有約450個(gè)氨基酸彼此同源。均含有2個(gè)拷貝的SCR和1個(gè)拷貝的EGF前體結(jié)構(gòu)功能域（圖5-18)。

圖5-18　4種絲氨酸蛋白酶補(bǔ)體蛋白的結(jié)構(gòu)功能域

C2和Bf均為單肽鏈糖蛋白，它們除在形成兩條補(bǔ)體激活途徑中和C3轉(zhuǎn)化酶方面十分相似外，在合成部位、合成途徑、分子大小、亞單位結(jié)構(gòu)、半胱氨酸位置及數(shù)目，以及保守殘基替代及活性部位等方面也有很大的相似性（表5-4)。C2和Bf分子中相同的結(jié)構(gòu)功能域是均有3個(gè)CSR、1個(gè)與von Willebrand因子（vWF)共同的氨基酸序列和1個(gè)絲氨酸蛋白酶結(jié)構(gòu)功能域。

表5-4　C2與Bf的特性比較

(三)末端補(bǔ)體分子

末端補(bǔ)體分子C6，C7，C8和C9是構(gòu)成膜攻擊復(fù)合體（MAC)引起靶細(xì)胞溶解破壞的重要組成成分。功能上的相似性反映了它們結(jié)構(gòu)上的共同性。均具有420kDa的I型凝血敏感蛋白重復(fù)序列（thrombospondin type Irepeat,TSP-1)，而且與TSP-1特有的β片層、和β螺旋結(jié)構(gòu)的立體配體也是類似的。此種結(jié)構(gòu)單位也存在于備解素（properdin)和瘧原蟲的羧箕末端。除TSP-1外，它們還具有1個(gè)拷貝的低密度脂蛋白受體結(jié)構(gòu)功能域（low density lipoprotein receptor module,LDL-R)，1個(gè)表皮生長因子前體結(jié)構(gòu)功能域（EGf precusor module)。在肽鏈的中央還有1個(gè)半胱酸貧乏區(qū)與細(xì)胞毒性細(xì)胞和NK細(xì)胞釋放的perforin的結(jié)構(gòu)具有相似性（圖5-19)。其中C6和C7具有更大的同源性。二者除上述的結(jié)構(gòu)功能域外，在C端還存在著富含半胱氨酸的重復(fù)序列，即為2個(gè)CSR和2個(gè)與I因子重鏈中有一個(gè)區(qū)具有同源性的結(jié)構(gòu)功能域（factor I module,FIM)。二者的分子量也相近似，分別為128kDa和121kDa。顯著的差別僅僅是C6的N端多1個(gè)由59個(gè)氨基酸組成的TSP-1。

圖5-19　末端補(bǔ)體分子的結(jié)構(gòu)功能域

（四)具有SCR的6種補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白

補(bǔ)體活化調(diào)節(jié)蛋白（requlatorof complement activation,RCA)包括：CR1、CR2、H因子、C4bp、DAF和MCP。它們共同的結(jié)構(gòu)特征是均具有多個(gè)類似的短同源重復(fù)序列（SCR)。SCR也稱Shushi單位。一個(gè)SCR約由60-70個(gè)氨基酸殘基所組成，大小為4.5nm。SCR之間有20-40%的同源性。所有的SCR均具有固定的保守骨架序列（其中有4個(gè)半胱氨酸形成兩個(gè)二硫鍵)，并與脯氨酸、色氨酸、酪氨酸/丙氨酸、甘氨酸相維系而形成一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)單位（圖5-20)。這一結(jié)構(gòu)單位在CR1中有32個(gè)，CR2中有15-16個(gè)，H因子中有20個(gè)，C4b中有12個(gè)，DAF和MCP中各有4個(gè)，而且是構(gòu)成這些補(bǔ)體蛋白肽甸的主要結(jié)構(gòu)。SCR在RCA中的功能是與C3、C4和C5結(jié)合，發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。在前述的C1r、Cls、C2、Bf、C6和C7中也含有幾種非補(bǔ)體性蛋白如IL-2R、β2糖蛋白1（β2-1)、內(nèi)皮細(xì)胞-白細(xì)胞粘附分子-1（ELAM-1)、淋巴細(xì)胞的歸位受體和凝血因子Ⅻ的b亞單位中也含有SCR，但其意義不詳。值得注意的是，牛痘病毒具有SCR的編碼DNA，且與C4bp的SCR相類似，可逃避補(bǔ)體經(jīng)典途徑對其發(fā)揮作用。

圖5-20　SCR的結(jié)構(gòu)（模式圖)

注：（A)SCR結(jié)構(gòu)；有44%的SCR是保守的，

包括形成鏈內(nèi)二硫鍵的4個(gè)半胱氨酸

（B)具有重迭鏈內(nèi)二硫鍵（……)的SCR

此外，在補(bǔ)體的膜性調(diào)節(jié)分子中，DAF、MCP、C8bp和CD59四種分子者是以糖基磷酯酰肌醇錨（GPI)而固定在細(xì)胞膜上的。錨的核心結(jié)構(gòu)是：protein-CO-NH-CH2-PO4-6-man-α1,2-man-α1,6-man-α1,4-G1CN--α1,6MYO-inositol-1-PO4-Lipid。此種結(jié)構(gòu)還存在于多種非補(bǔ)體蛋白中，如堿性磷酸酶、乙酰膽堿酯酶、Thy-1及布氏錐蟲的變異體表面糖蛋白等。補(bǔ)體蛋白DAF、MCP、CD59和C8bp（HRF)可借助于這樣的結(jié)構(gòu)而使補(bǔ)體對自身細(xì)胞的損傷減至最小。這就是近日逐漸闡明的補(bǔ)體同源限制性（homologous restriction)。陣發(fā)性血紅蛋白尿（PNH)之所以對補(bǔ)體攻擊敏感，正是由于其紅細(xì)胞膜上缺乏含有GPI錨的分子，因而使機(jī)體的正常同源限制性作用失去效能所致。

二、補(bǔ)體的遺傳學(xué)特征

補(bǔ)體的遺傳學(xué)特征學(xué)特征表現(xiàn)為多種補(bǔ)體分子具有遺傳的多態(tài)性在染色體上密切連鎖的，形成不同的基因家族。

（一)補(bǔ)體的遺傳多態(tài)性

補(bǔ)體的遺傳多態(tài)性（geneticpolymorphism)是指在同一集團(tuán)中，兩個(gè)或兩個(gè)以上非連續(xù)性突變體或基因型（稱型態(tài))，以極小的頻率有規(guī)律地同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。補(bǔ)體成分的多態(tài)性是Alpert和Propp 1986年在人的C3中首次發(fā)現(xiàn)的。此后，已從基因型和表型水平獲得有關(guān)不同種內(nèi)補(bǔ)體缺陷與補(bǔ)體多態(tài)性的知識(shí)，并從四個(gè)水平研究了補(bǔ)體的多態(tài)性：①通過對血清中天然補(bǔ)體成分同種型的分析（表型水平)；②通過確定它們的亞單位組成（亞表型水平)；③通過建立群體遺傳學(xué)和形式遺傳學(xué)（即同種異型的頻率和各個(gè)基因/等位基因的頻率與分離)；④通過對它們DNA結(jié)構(gòu)的定位和測序，提示限制性片段長度多態(tài)性（restriction fragment lenght polymorphism, RFLP)。已發(fā)現(xiàn)許多補(bǔ)體分子具有多態(tài)性，其中以C2、Bf、C4、C3和C6最為顯著（表5-5)。

（二)定位于第1號染色體長臂32區(qū)的RCA基因簇

這一基因簇包括：CR1、CR2、H因子、C4bp、DAF和MCP的基因。由于這一緊密連鎖的基因簇調(diào)控著補(bǔ)體系統(tǒng)的活性，因此可以得出下面的結(jié)論：基因的連鎖是維持密切相關(guān)功能的進(jìn)化的現(xiàn)象。變異體的罕見可能是進(jìn)行選擇的有利條件，或有時(shí)是一種致病的因子。例如，所有罕見等位基因CR1※C的攜帶者，均均患SLE。其他可能的關(guān)聯(lián)尚待闡明。

（三)定位于第5號染色體上的MAC補(bǔ)體基因簇

最近確定在5號染色體的短臂存在著補(bǔ)本末端成分C6、C7和C9的基因簇，并發(fā)現(xiàn)C6和C7的基因通常是緊密連鎖著的，證據(jù)主要來自一個(gè)C6/C7聯(lián)合缺陷的病例。C6缺陷者與反復(fù)發(fā)作的腦膜炎奈瑟氏菌的感染有很強(qiáng)的相關(guān)性。某些C7缺陷的個(gè)體也易感染奈瑟氏菌。其余個(gè)體則是健康的。驚奇的是所有C9缺陷的個(gè)體（1便除外)似乎都健康。這些現(xiàn)象說明，在MAC補(bǔ)體分子中，包括定位于其他染色體的基因編碼的C8在內(nèi)www.gydjdsj.org.cn/rencai/，存在著某種程度的互補(bǔ)性。即一種補(bǔ)體分子的缺陷，可補(bǔ)其他末端補(bǔ)體分子的功能所補(bǔ)償。C8的3個(gè)亞單位（α、β和γ)分別為第1號染色體上的C8A、CIB基因和定位于第9號染色體長臂的基因C8G的產(chǎn)物。

表5-5　補(bǔ)體成分的多態(tài)性與染色體定位

注：表中缺項(xiàng)者為尚末見報(bào)道。

（四)定位于第6號染色體短臂21.3區(qū)的MHC Ⅲ類基因

已有許多證據(jù)表明，C2、C4和Bf由位于MHC I、Ⅲ類基因間一段長80kb的DNA所編碼。C2和Bf基因的500kb之中有一部分相重合。C4由2個(gè)緊密連鎖的位點(diǎn)上的基因C4A（22kb)和C4B（16kb)所編碼。純合性的Bf缺陷尚末見報(bào)道，但偶可見一純合性C4和C2的缺陷。并常與SLE或SLE樣疾病相關(guān)聯(lián)。約有2/3純合性C2缺陷的個(gè)體是健康的，說明C2的缺陷至少有一部分可被無缺陷的C4所補(bǔ)償。C2和Bf均具有多態(tài)性。人的C2主要由三個(gè)等位基因（C2A、C2B和C2C)所編碼。在補(bǔ)體成分的缺陷中，C2的遺傳性缺陷所占比使例較高，為常染色體共顯性遺傳。C2缺陷者發(fā)生免疫復(fù)合物病及SLE的危險(xiǎn)性較大。Bf的遺傳多態(tài)性最常見的表型為S（slow)和F（fast)，另外還發(fā)現(xiàn)近20種罕見型，基因頻率均<0.02-0.03。B因子的多態(tài)性與某些自身免疫病和感染性疾病有關(guān)。C4A和C4B則具有復(fù)雜的多態(tài)性，已發(fā)現(xiàn)有30多個(gè)同種異型，分別有15和14個(gè)等位基因。由C4A和C4B基因編碼的兩種蛋白有99%的序列同源性，但二者在功能上卻有明顯的差別。兩種同型的差別只是1個(gè)決定簇的不同。如將1101位的亮氨酸置換為脯氨酸，在SDS-PAGE上即可出現(xiàn)2kDa的表觀分子量的改變；若將1106位的天冬氨酸置換為組氨酸，可使基溶血活性出現(xiàn)3-4倍的變化。另有2個(gè)位點(diǎn)含有所謂的“Null”基因稱為：“零基因”（C4quantitative zero,C4QO)或靜息基因，檢不出基因產(chǎn)物的頻率為10-20%，系由于基因的缺失、基因轉(zhuǎn)換或不表達(dá)所致。C4A和C4B在功能上的送別表現(xiàn)為：①溶血活性不同，C4B明顯高于C4A，因C4B與羥因形成酯鍵的速度大于C4A的10倍，而C4A與氨基形成酰胺鍵的速度大于C4B的100倍。②C4A在抑制免疫沉淀中的作用較C4B大1.7倍，對腮腺炎病毒的中和作用較C4B大10倍；③抗原性上也有差別；幾乎所有C4A分子中都含Rodgers血型抗原，而C4B則含有Chid O血型抗原。C4A缺陷與多種疾病的關(guān)聯(lián)，如SLE、RA、全身性硬化、亞急性硬化性全腦炎（SSPE)、慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎、重癥肌無力、內(nèi)臟利什曼病、普通變異型腎小球腎炎、麻風(fēng)、巴西芽生菌病、IgA缺陷、胰島素依賴的糖尿病（IDDS)、恰加氏病（非洲錐蟲病)和艾滋病。

近幾年來，已對大多數(shù)補(bǔ)體分子的結(jié)構(gòu)和遺傳學(xué)特征進(jìn)行了較深入地研究，發(fā)現(xiàn)許多補(bǔ)體分子遺傳上的異常與某些疾病的關(guān)聯(lián)。但將體外功能上的改變就視為與體內(nèi)的某一現(xiàn)象有關(guān)尚為時(shí)過早。今后研究的重要任務(wù)，在于闡明補(bǔ)體相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)理中的致病因子來取代統(tǒng)計(jì)學(xué)上的相關(guān)性。

（李恩善)