补体缺陷及其疾病

李圣杰，　张爱平　综述，　曹文俊　审校

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院检验科，上海 200031)

补体缺陷及其疾病

李圣杰，张爱平综述，曹文俊审校

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院检验科，上海 200031)

摘要：补体系统作为机体重要的免疫效应及其链式放大系统，是连接固有免疫和适应性免疫的重要桥梁，同时作为机体免疫调控网络的重要环节，在维持机体免疫自稳方面发挥重要作用。有文献已报道补体系统中有多种成分缺陷及补体的数量和质量存在异常的个体通常对某些疾病的易感性增加或直接导致相关疾病的发生，该文对目前常见的补体缺陷及其参与相关疾病发病机制的研究进展作一综述，期望为疾病的实验诊断提供新的思路。

关键词：补体 ;补体缺陷;感染性疾病;自身免疫性疾病

中图分类号：

文章编号：1673-8640(2015)02-0195-06R446.62

文献标志码：码：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-8640.2015.02.022

Abstract:Complement system, which has the characteristics of crucial immune responses and cascade reactions, not only has a crucial role in acting as a bridge between innate and adaptive immunities, but also is a part of immune regulatory network, and has important significance in the preservation of immunological homeostasis. Early studies introduced complement component deficiency. The abnormal quality and quantity of complement suggest that complement deficiency is associated with an increasing prevalence of infections and autoimmune diseases. This paper reviews the current common complement deficiencies and their associated diseases, expecting to provide new thoughts for the laboratory diagnosis of diseases.

基金项目：上海市卫生和计划生育委员会课题资助项目(20124093)

作者简介：李圣杰，男，1990年生，学士，主要从事眼病相关免疫学检验研究。

通讯作者：曹文俊，联系电话：021-64377134。

收稿日期：(2014-07-31)

Complement deficiency and its associated diseasesLIShengjie，ZHANGAiping，CAOWenjun.(DepartmentofClinicalLaboratory,FudanUniversityAffiliatedEENTHospital,Shanghai200031,China)

Key words: Complement; Complement deficiency; Infectious disease; Autoimmune disease

注：张爱平与李圣杰对本文具有同等贡献，并列为第一作者。

补体系统由识别蛋白、酶、结构蛋白和调控蛋白等30余种蛋白组成，在不同的激活物作用下，识别蛋白可分别由经典途径、凝集素途径或旁路途径激活。3条激活通路的共同末端是形成具有溶细胞作用的膜攻击复合物，在抗革兰阴性菌感染免疫和其它多种病理生理过程中发挥重要作用。补体系统作为机体重要的免疫效应及其放大系统，是机体固有免疫和适应性免疫重要的效应机制，也是连接固有免疫和适应性免疫的重要桥梁。补体是机体免疫调控网络的重要环节，不仅参与抗感染免疫，还具有调节炎症反应、处理自身抗原、调控免疫相关基因表达等多重作用，同时参与免疫调理、凋亡调控和自噬调节等，在维持机体免疫自稳方面发挥重要作用[1]。

有研究发现，补体系统中多种成分可以发生缺陷，如补体系统的组成成分C1~C9、H因子、I因子、D因子、C1INH、备解素、受体蛋白等存在数量和/或质量上的异常，从而直接导致或参与相关疾病的发生，且与病情的预后存在密切关系。补体的数量和质量存在异常的个体通常对某些疾病的易感性增加或直接导致相关疾病的发生，如系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)、非典型性溶血尿毒综合征(atypical hemolytic uremic syndrome,aHUS)、阵发性睡眠性血红蛋白尿(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)、遗传性血管神经性水肿(hereditary angioedema，HAE)和年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration，AMD)[2-7]、荚膜菌(如肺炎链球菌和奈瑟球菌[1]等)感染性疾病。鉴于补体在免疫调节和效应中的重要作用，补体突变与疾病发生的关系已成为研究热点。该文对目前常见的补体缺陷及其参与相关疾病的机制作一综述，期望为疾病的实验诊断提供新的思路。

一、补体的激活与其抗感染作用

补体识别病原体后，激活后续级联酶促反应以清除感染的病原体，发挥抗感染作用。补体主要通过3条途径活化，3条途径在后端反应具有共同通路，见图1。根据参与补体级联酶促反应的时间先后顺序排列3条途径，依次是凝集素途径、旁路途径和经典途径。它们各自的特点如下：

1.经典途径经典途径的激活物主要是免疫复合物(immunology complex，IC),另外某些多聚分子(如肝素、多核苷酸)、糖类(如硫酸葡聚糖)、蛋白质(C反应蛋白、鱼精蛋白复合物)、脂质体及含胆固醇的微脂粒和心肌线粒体等也可激活该途径，其意义与机制尚未研究清楚。经典途径在抗荚膜菌感染如嗜血杆菌、肺炎链球菌中发挥非常重要的作用，也有文献报道经典途径在流感病毒感染时可发挥一定的作用[8]，但是相对荚膜菌感染作用较弱。因此，经典途径补体成分缺陷的个体容易感染荚膜菌。

2.凝集素途径凝集素途径主要是在抗细菌感染中发挥作用，DEGN等[2]认为凝集素途径对免疫抑制人群以及对尚不能依赖自身产生成熟抗体而又无法从母体被动获得抗体的婴儿尤其重要。

3.旁路途径旁路途径的主要功能是放大经典途径和凝集素途径。活化的补体系统通过多种调控蛋白维持在适当的水平，参与调控的组分包括C1INH、H因子、I因子、CD55、CD59、C4结合蛋白、补体受体、膜辅蛋白等。但这些调控蛋白(除补体片段的受体)通常并不直接参与感染防御。补体通过与吞噬细胞和B细胞等表面的补体受体相互作用，参与免疫清除作用。

注：MASP，甘露糖结合凝集素途径；CFHR1，补体H因子受体1；C3bBbC3b、C4b2bC3b为C3裂解酶

图1补体激活的3条途径

二、常见的补体缺陷和相关疾病

补体缺陷多为常染色体隐性遗传。当补体系统相应组分存在缺陷导致补体功能降低时，会引起相关病原体的感染，而当补体活性升高时，易引发SLE、PNH、aHUS等疾病，常见的缺陷和遗传方式及相关疾病见表1[1-2]。多种补体成分均可出现遗传性缺陷，补体缺陷个体易感疾病的种类和严重程度与补体缺陷的种类相关，如C9缺陷时可能没有临床症状，而C3缺陷时则会引起严重的感染性疾病，有研究发现高达5%的正常人群存在甘露糖结合凝集素(mannose-binding lectin, MBL)缺陷[2]。一般情况下，经典途径补体成分缺陷(C1~C4)的个体易于感染荚膜菌，旁路途径和终末途径补体成分缺陷的个体则主要感染奈瑟菌[1-2]。相比荚膜菌和奈瑟菌，其它病原体和病毒的感染则与补体缺陷相关度不大[1]。正常情况下，补体介导的效应在个体抵御感染时发挥重要作用，但在严重感染时补体的异常激活可能会促进疾病的恶化[1]。

三、补体缺陷相关的疾病

1.aHUS溶血尿毒综合征(hemolytic uremic syndrome，HUS)是一种以微血管溶血性贫血、血小板减少和急性肾功能衰竭三联征为主要临床特点的疾病，患者以儿童居多。aHUS是排除产志贺毒素菌感染所致的HUS，病因复杂，主要发病机制为补体旁路途径的过度激活，在自身组织细胞表面形成膜攻击复合物(membrane attack complex，MAC)，从而导致细胞溶解。最近相关研究显示，aHUS发病与补体 H 因子、I因子、血清补体固有成分(补体C3、B 因子)、膜辅助蛋白(membrane cofactor protein: CD46, MCP)和血栓调节蛋白的基因突变有关[9-10]。WESTRA等[11]在对23例aHUS患者的研究中发现，31.9%的患者存在H因子、I因子及mcp基因突变或异常，其中9例患者存在H因子的杂合子突变，7例患者存在I因子的突变，mcp基因突变的患者有3例。H因子作为补体旁路途径的调节因子之一， 基因定位于人染色体1q32位点上[7],主要生物学效应为与B因子竞争性结合C3b，加速C3转化酶的失活，同时作为I因子的辅因子介导C3b裂解为无活性的iC3b，从而维持旁路激活途径处于严密的监控状态[9]。WARWICKER等[12]首先阐明了H因子突变与aHUS发病的相关性。后续研究也证实了aHUS患者中存在H因子基因突变[5, 13]。

表1　补体缺陷类型与相关疾病

注：“-”为文献中尚无报道；FPI，糖基化磷脂酰肌醇；TM，血栓凋节蛋白

MCP是一种广泛表达的跨膜补体调节因子，作为I因子的辅因子介导细胞表面C3b和C4b的降解，使C3b和C4b分别裂解为iC3b和C4c、C4d，从而防止补体系统过度活化[9, 14]。MCP突变引发的aHUS在2003年首先被发现[14]。据统计，aHUS患者中MCP的突变率可达到12.8%[3]，REID等[15]便报道了一例在mcp基因(2号外显子)上出现杂合c.191G > T突变的aHUS患者。mcp基因突变使其表达量减少，沉积在宿主细胞上的C3b和C4b不能及时清除，从而导致病理性补体旁路途径的过度激活，导致细胞溶解。

I因子是一高度特异性丝氨酸蛋白酶，基因位于4q25，为补体旁路途径的又一重要调节因子[9]。H因子、MCP等辅助I因子发挥生物学功能，裂解C3b和C4b，阻止C3、C5转化酶的形成。I因子基因突变引发aHUS已有较多报道[5-6,16-17]。

TM是一种单链跨膜糖蛋白，在凝血系统、固有免疫系统、补体系统中都发挥重要作用。相关研究发现TM在补体系统中发挥负向调节作用，且aHUS患者中存在tm基因的突变[18]。除H 因子、Ⅰ因子、MCP及TM的基因突变与aHUS发病有相关性外，也有证据表明C3、B因子基因突变与aHUS的发病有一定的相关性[19-20]。综上可知，检测补体调节蛋白的水平和进行相关基因分析可用于鉴别诊断aHUS。

2.AMDAMD是随年龄增加而发病率升高的一种疾病，临床上一般分为干性和湿性2种类型，干性主要表现为黄斑区玻璃膜疣、色素紊乱及地图样萎缩；湿性主要表现为玻璃膜破坏、脉络膜血管侵入视网膜下构成新生血管，引发渗出性或出血性脱离[21]。遗传因素、黄斑长期慢性损伤、代谢及营养因素等都参与其发病。近几年研究显示补体系统的异常激活在AMD 的发病中起了重要作用，其中C3、C5、H因子的突变或缺陷与该病的发病相关性最大。NOZAKI等[22]在研究中发现，在AMD患者眼睛的玻璃膜疣、RPE 细胞及Bruch 膜上已发现了C3a 和C5a 的沉积，在小鼠模型中把C3a、C5a受体基因敲除后发现血管内皮生长因子的表达水平下降，提示C3a和C5a可诱导血管内皮生长因子的表达，同时也为AMD中补体的激活提供了直接的证据。

c3基因位于19p13.3-p13.2上，其中2个单核苷酸多态性基因序列在AMD研究中较为常见，分别为rs2230199和rs1047286。THAKKINSTIAN等[23]研究发现，在rs2230199中含有CG、GG基因型的患者相比含有CC基因型的患者患AMD的概率分别高1.44和1.88倍，在rs1047286中GA、AA相比GG的患病概率高1.27和1.70倍，表明c3 基因的突变与AMD 的发病有重要关系。有研究发现，在多变量模型中，当存在c5a基因变异时引发AMD的OR值远高于不存在基因变异时的OR值，C5a在AMD患者血浆中的浓度升高，因此c5基因的变异可能与AMD的发病相关。在研究补体H因子与AMD的相关性时，WYATT等[24]发现，补体H因子SCR7中Y402H序列的变异是AMD发病的一个危险因素，在SCR7 的CFH402 位点组氨酸(His)代替酪氨酸(Try)可影响该位点与配体的结合,降低与细胞亲和力,从而使C3转化酶的旁路途径调节受损。但补体因子H水平与AMD 的关系还有待进一步研究。

AMD疾病的易感基因分析目前尚未用于临床，对上述基因作进一步的深入研究将有助于疾病的早期诊断和个体化治疗。

3.HAEHAE是一种罕见的常染色体显性遗传病，全球发病率在1/10 000~1/50 000之间[6]，大约75%的患者有家族病史，25%的病例来自自发突变。在HAE患者上发现有关c1inh基因突变近200种[25-26]，该基因位于11q12-q13.1位点上，基因突变为HAE的发病原因，也是区别于获得性神经血管水肿的标志。临床上HAE一般分为2种类型，Ⅰ型大约占85%，c1inh基因发生插入或缺失不能正常合成相关蛋白，血清中C1INH水平下降；Ⅱ型大约占15%，C1INH编码区发生点突变，血清中C1INH水平正常或增高，但无生理功能。在2000年，一种新的HAE类型被发现，C1INH水平正常，但在患者中出现凝血因子Ⅻ编码基因的突变[27]。

近年来越来越多的c1inh基因突变位点被发现，提示HAE为遗传异质性疾病。如FERRARO等[28]发现了一个c1inh基因新的突变位点，在外显子3上一个胞嘧啶单核苷酸缺失(c.351delC)，导致移码突变而提前出现终止密码子。PAPPALARDO等[25]在对102个HAE家庭研究中发现了81种不同类型的c1inh基因突变，其中67种未报道过，突变遍布整个外显子，其研究发现大量突变，为HAE作为遗传异质性疾病提供了新的证据。

4.其它疾病PNH是一种由于造血干细胞经获得性pig-A基因突变，造成GPI合成异常导致的一种疾病，临床表现主要有补体介导的血管内溶血、血栓形成和骨髓造血障碍等[29]。许多研究显示pig-A基因突变可引发PNH，且存在多种类型的pig-A基因突变[5,30]。pig-A基因编码乙酰氨基葡萄糖转移酶的一个亚基，该酶参与合成GPI，GPI为一种锚定蛋白，负责锚定多种蛋白调控因子如CD55和CD59到细胞表面，在pig-A基因突变时，由于缺乏锚定位点，CD55和CD59无法锚定到红细胞表面，导致无法调控膜攻击复合物的形成，因此导致异常的补体介导的PNH血管内溶血。

SLE是一种多系统损害的慢性系统性自身免疫性疾病，一般认为其发病机制为：机体产生异常的自身抗体、致病性免疫复合物沉积，T细胞和NK细胞功能失调。但近来研究表明，补体活化途径中多种成分如C1q、C1r、C1s、C4、C2等遗传基因的缺陷与SLE的发病相关，其中C1q、C4与SLE发病的关联性更强，对SLE患者进行相关检查，可检测到患者体内存在C1q 抗体、C1q突变基因及无效等位基因C4Q0 等，因此，相关补体成分的缺陷可能参与SLE的发病[4, 31-32]。

四、展望

补体缺陷与易感疾病的类型和严重程度相关，准确及时地识别易感人群中补体缺陷的种类和数量，对于疾病的诊断、治疗、鉴别和预防有重要作用。国外将补体调节蛋白作为诊断非典型尿毒症的首要考虑的项目之一，如H因子和I因子，调节蛋白缺陷会导致继发性的C3降低[33]。补体水平检测作为SLE考虑检查项目，用于诊断、观察治疗效果或反映疾病进展情况[4]；同样在HAE患者检测C4、C1q可作为鉴别遗传性与继发性神经血管水肿的重要指标[6]；在AMD患者中筛查补体基因突变作为其新兴的检测项目，有利于发现易感基因，可能在判断预后有一定的作用[7]。

致谢：该文的撰写得到欧阳琦、汤荔、王朱健、刘春红、胡丹和李樱珠等的建议，特此致谢!

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(本文编辑：姜敏)