補體缺陷及其疾病

李圣杰，　張愛平　綜述，　曹文俊　審校

(復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院檢驗科，上海 200031)

補體缺陷及其疾病

李圣杰，張愛平綜述，曹文俊審校

(復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院檢驗科，上海 200031)

摘要：補體系統作為機體重要的免疫效應及其鏈式放大系統，是連接固有免疫和適應性免疫的重要橋梁，同時作為機體免疫調控網絡的重要環節，在維持機體免疫自穩方面發揮重要作用。有文獻已報道補體系統中有多種成分缺陷及補體的數量和質量存在異常的個體通常對某些疾病的易感性增加或直接導致相關疾病的發生，該文對目前常見的補體缺陷及其參與相關疾病發病機制的研究進展作一綜述，期望為疾病的實驗診斷提供新的思路。

關鍵詞：補體 ;補體缺陷;感染性疾病;自身免疫性疾病

中圖分類號：

文章編號：1673-8640(2015)02-0195-06R446.62

文獻標志碼：碼：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.

基金項目：上海市衛生和計劃生育委員會課題資助項目(20124093)

作者簡介：李圣杰，男，1990年生，學士，主要從事眼病相關免疫學檢驗研究。

通訊作者：曹文俊，聯系電話：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：張愛平與李圣杰對本文具有同等貢獻，并列為第一作者。

補體系統由識別蛋白、酶、結構蛋白和調控蛋白等30余種蛋白組成，在不同的激活物作用下，識別蛋白可分別由經典途徑、凝集素途徑或旁路途徑激活。3條激活通路的共同末端是形成具有溶細胞作用的膜攻擊復合物，在抗革蘭陰性菌感染免疫和其它多種病理生理過程中發揮重要作用。補體系統作為機體重要的免疫效應及其放大系統，是機體固有免疫和適應性免疫重要的效應機制，也是連接固有免疫和適應性免疫的重要橋梁。補體是機體免疫調控網絡的重要環節，不僅參與抗感染免疫，還具有調節炎癥反應、處理自身抗原、調控免疫相關基因表達等多重作用，同時參與免疫調理、凋亡調控和自噬調節等，在維持機體免疫自穩方面發揮重要作用[1]。

有研究發現，補體系統中多種成分可以發生缺陷，如補體系統的組成成分C1~C9、H因子、I因子、D因子、C1INH、備解素、受體蛋白等存在數量和/或質量上的異常，從而直接導致或參與相關疾病的發生，且與病情的預后存在密切關系。補體的數量和質量存在異常的個體通常對某些疾病的易感性增加或直接導致相關疾病的發生，如系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)、非典型性溶血尿毒綜合征(atypical hemolytic uremic syndrome,aHUS)、陣發性睡眠性血紅蛋白尿(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)、遺傳性血管神經性水腫(hereditary angioedema，HAE)和年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)[2-7]、莢膜菌(如肺炎鏈球菌和奈瑟球菌[1]等)感染性疾病。鑒于補體在免疫調節和效應中的重要作用，補體突變與疾病發生的關系已成為研究熱點。該文對目前常見的補體缺陷及其參與相關疾病的機制作一綜述，期望為疾病的實驗診斷提供新的思路。

一、補體的激活與其抗感染作用

補體識別病原體后，激活后續級聯酶促反應以清除感染的病原體，發揮抗感染作用。補體主要通過3條途徑活化，3條途徑在后端反應具有共同通路，見圖1。根據參與補體級聯酶促反應的時間先后順序排列3條途徑，依次是凝集素途徑、旁路途徑和經典途徑。它們各自的特點如下：

1.經典途徑經典途徑的激活物主要是免疫復合物(immunology complex，IC),另外某些多聚分子(如肝素、多核苷酸)、糖類(如硫酸葡聚糖)、蛋白質(C反應蛋白、魚精蛋白復合物)、脂質體及含膽固醇的微脂粒和心肌線粒體等也可激活該途徑，其意義與機制尚未研究清楚。經典途徑在抗莢膜菌感染如嗜血桿菌、肺炎鏈球菌中發揮非常重要的作用，也有文獻報道經典途徑在流感病毒感染時可發揮一定的作用[8]，但是相對莢膜菌感染作用較弱。因此，經典途徑補體成分缺陷的個體容易感染莢膜菌。

2.凝集素途徑凝集素途徑主要是在抗細菌感染中發揮作用，DEGN等[2]認為凝集素途徑對免疫抑制人群以及對尚不能依賴自身產生成熟抗體而又無法從母體被動獲得抗體的嬰兒尤其重要。

3.旁路途徑旁路途徑的主要功能是放大經典途徑和凝集素途徑?；罨难a體系統通過多種調控蛋白維持在適當的水平，參與調控的組分包括C1INH、H因子、I因子、CD55、CD59、C4結合蛋白、補體受體、膜輔蛋白等。但這些調控蛋白(除補體片段的受體)通常并不直接參與感染防御。補體通過與吞噬細胞和B細胞等表面的補體受體相互作用，參與免疫清除作用。

注：MASP，甘露糖結合凝集素途徑；CFHR1，補體H因子受體1；C3bBbC3b、C4b2bC3b為C3裂解酶

圖1補體激活的3條途徑

二、常見的補體缺陷和相關疾病

補體缺陷多為常染色體隱性遺傳。當補體系統相應組分存在缺陷導致補體功能降低時，會引起相關病原體的感染，而當補體活性升高時，易引發SLE、PNH、aHUS等疾病，常見的缺陷和遺傳方式及相關疾病見表1[1-2]。多種補體成分均可出現遺傳性缺陷，補體缺陷個體易感疾病的種類和嚴重程度與補體缺陷的種類相關，如C9缺陷時可能沒有臨床癥狀，而C3缺陷時則會引起嚴重的感染性疾病，有研究發現高達5%的正常人群存在甘露糖結合凝集素(mannose-binding lectin, MBL)缺陷[2]。一般情況下，經典途徑補體成分缺陷(C1~C4)的個體易于感染莢膜菌，旁路途徑和終末途徑補體成分缺陷的個體則主要感染奈瑟菌[1-2]。相比莢膜菌和奈瑟菌，其它病原體和病毒的感染則與補體缺陷相關度不大[1]。正常情況下，補體介導的效應在個體抵御感染時發揮重要作用，但在嚴重感染時補體的異常激活可能會促進疾病的惡化[1]。

三、補體缺陷相關的疾病

1.aHUS溶血尿毒綜合征(hemolytic uremic syndrome，HUS)是一種以微血管溶血性貧血、血小板減少和急性腎功能衰竭三聯征為主要臨床特點的疾病，患者以兒童居多。aHUS是排除產志賀毒素菌感染所致的HUS，病因復雜，主要發病機制為補體旁路途徑的過度激活，在自身組織細胞表面形成膜攻擊復合物(membrane attack complex，MAC)，從而導致細胞溶解。最近相關研究顯示，aHUS發病與補體 H 因子、I因子、血清補體固有成分(補體C3、B 因子)、膜輔助蛋白(membrane cofactor protein: CD46, MCP)和血栓調節蛋白的基因突變有關[9-10]。WESTRA等[11]在對23例aHUS患者的研究中發現，31.9%的患者存在H因子、I因子及mcp基因突變或異常，其中9例患者存在H因子的雜合子突變，7例患者存在I因子的突變，mcp基因突變的患者有3例。H因子作為補體旁路途徑的調節因子之一， 基因定位于人染色體1q32位點上[7],主要生物學效應為與B因子競爭性結合C3b，加速C3轉化酶的失活，同時作為I因子的輔因子介導C3b裂解為無活性的iC3b，從而維持旁路激活途徑處于嚴密的監控狀態[9]。WARWICKER等[12]首先闡明了H因子突變與aHUS發病的相關性。后續研究也證實了aHUS患者中存在H因子基因突變[5, 13]。

表1　補體缺陷類型與相關疾病

注：“-”為文獻中尚無報道；FPI，糖基化磷脂酰肌醇；TM，血栓凋節蛋白

MCP是一種廣泛表達的跨膜補體調節因子，作為I因子的輔因子介導細胞表面C3b和C4b的降解，使C3b和C4b分別裂解為iC3b和C4c、C4d，從而防止補體系統過度活化[9, 14]。MCP突變引發的aHUS在2003年首先被發現[14]。據統計，aHUS患者中MCP的突變率可達到12.8%[3]，REID等[15]便報道了一例在mcp基因(2號外顯子)上出現雜合c.191G > T突變的aHUS患者。mcp基因突變使其表達量減少，沉積在宿主細胞上的C3b和C4b不能及時清除，從而導致病理性補體旁路途徑的過度激活，導致細胞溶解。

I因子是一高度特異性絲氨酸蛋白酶，基因位于4q25，為補體旁路途徑的又一重要調節因子[9]。H因子、MCP等輔助I因子發揮生物學功能，裂解C3b和C4b，阻止C3、C5轉化酶的形成。I因子基因突變引發aHUS已有較多報道[5-6,16-17]。

TM是一種單鏈跨膜糖蛋白，在凝血系統、固有免疫系統、補體系統中都發揮重要作用。相關研究發現TM在補體系統中發揮負向調節作用，且aHUS患者中存在tm基因的突變[18]。除H 因子、Ⅰ因子、MCP及TM的基因突變與aHUS發病有相關性外，也有證據表明C3、B因子基因突變與aHUS的發病有一定的相關性[19-20]。綜上可知，檢測補體調節蛋白的水平和進行相關基因分析可用于鑒別診斷aHUS。

2.AMDAMD是隨年齡增加而發病率升高的一種疾病，臨床上一般分為干性和濕性2種類型，干性主要表現為黃斑區玻璃膜疣、色素紊亂及地圖樣萎縮；濕性主要表現為玻璃膜破壞、脈絡膜血管侵入視網膜下構成新生血管，引發滲出性或出血性脫離[21]。遺傳因素、黃斑長期慢性損傷、代謝及營養因素等都參與其發病。近幾年研究顯示補體系統的異常激活在AMD 的發病中起了重要作用，其中C3、C5、H因子的突變或缺陷與該病的發病相關性最大。NOZAKI等[22]在研究中發現，在AMD患者眼睛的玻璃膜疣、RPE 細胞及Bruch 膜上已發現了C3a 和C5a 的沉積，在小鼠模型中把C3a、C5a受體基因敲除后發現血管內皮生長因子的表達水平下降，提示C3a和C5a可誘導血管內皮生長因子的表達，同時也為AMD中補體的激活提供了直接的證據。

c3基因位于19p13.3-p13.2上，其中2個單核苷酸多態性基因序列在AMD研究中較為常見，分別為rs2230199和rs1047286。THAKKINSTIAN等[23]研究發現，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的概率分別高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 基因的突變與AMD 的發病有重要關系。有研究發現，在多變量模型中，當存在c5a基因變異時引發AMD的OR值遠高于不存在基因變異時的OR值，C5a在AMD患者血漿中的濃度升高，因此c5基因的變異可能與AMD的發病相關。在研究補體H因子與AMD的相關性時，WYATT等[24]發現，補體H因子SCR7中Y402H序列的變異是AMD發病的一個危險因素，在SCR7 的CFH402 位點組氨酸(His)代替酪氨酸(Try)可影響該位點與配體的結合,降低與細胞親和力,從而使C3轉化酶的旁路途徑調節受損。但補體因子H水平與AMD 的關系還有待進一步研究。

AMD疾病的易感基因分析目前尚未用于臨床，對上述基因作進一步的深入研究將有助于疾病的早期診斷和個體化治療。

3.HAEHAE是一種罕見的常染色體顯性遺傳病，全球發病率在1/10 000~1/50 000之間[6]，大約75%的患者有家族病史，25%的病例來自自發突變。在HAE患者上發現有關c1inh基因突變近200種[25-26]，該基因位于11q12-q13.1位點上，基因突變為HAE的發病原因，也是區別于獲得性神經血管水腫的標志。臨床上HAE一般分為2種類型，Ⅰ型大約占85%，c1inh基因發生插入或缺失不能正常合成相關蛋白，血清中C1INH水平下降；Ⅱ型大約占15%，C1INH編碼區發生點突變，血清中C1INH水平正?；蛟龈?，但無生理功能。在2000年，一種新的HAE類型被發現，C1INH水平正常，但在患者中出現凝血因子Ⅻ編碼基因的突變[27]。

近年來越來越多的c1inh基因突變位點被發現，提示HAE為遺傳異質性疾病。如FERRARO等[28]發現了一個c1inh基因新的突變位點，在外顯子3上一個胞嘧啶單核苷酸缺失(c.351delC)，導致移碼突變而提前出現終止密碼子。PAPPALARDO等[25]在對102個HAE家庭研究中發現了81種不同類型的c1inh基因突變，其中67種未報道過，突變遍布整個外顯子，其研究發現大量突變，為HAE作為遺傳異質性疾病提供了新的證據。

4.其它疾病PNH是一種由于造血干細胞經獲得性pig-A基因突變，造成GPI合成異常導致的一種疾病，臨床表現主要有補體介導的血管內溶血、血栓形成和骨髓造血障礙等[29]。許多研究顯示pig-A基因突變可引發PNH，且存在多種類型的pig-A基因突變[5,30]。pig-A基因編碼乙酰氨基葡萄糖轉移酶的一個亞基，該酶參與合成GPI，GPI為一種錨定蛋白，負責錨定多種蛋白調控因子如CD55和CD59到細胞表面，在pig-A基因突變時，由于缺乏錨定位點，CD55和CD59無法錨定到紅細胞表面，導致無法調控膜攻擊復合物的形成，因此導致異常的補體介導的PNH血管內溶血。

SLE是一種多系統損害的慢性系統性自身免疫性疾病，一般認為其發病機制為：機體產生異常的自身抗體、致病性免疫復合物沉積，T細胞和NK細胞功能失調。但近來研究表明，補體活化途徑中多種成分如C1q、C1r、C1s、C4、C2等遺傳基因的缺陷與SLE的發病相關，其中C1q、C4與SLE發病的關聯性更強，對SLE患者進行相關檢查，可檢測到患者體內存在C1q 抗體、C1q突變基因及無效等位基因C4Q0 等，因此，相關補體成分的缺陷可能參與SLE的發病[4, 31-32]。

四、展望

補體缺陷與易感疾病的類型和嚴重程度相關，準確及時地識別易感人群中補體缺陷的種類和數量，對于疾病的診斷、治療、鑒別和預防有重要作用。國外將補體調節蛋白作為診斷非典型尿毒癥的首要考慮的項目之一，如H因子和I因子，調節蛋白缺陷會導致繼發性的C3降低[33]。補體水平檢測作為SLE考慮檢查項目，用于診斷、觀察治療效果或反映疾病進展情況[4]；同樣在HAE患者檢測C4、C1q可作為鑒別遺傳性與繼發性神經血管水腫的重要指標[6]；在AMD患者中篩查補體基因突變作為其新興的檢測項目，有利于發現易感基因，可能在判斷預后有一定的作用[7]。

致謝：該文的撰寫得到歐陽琦、湯荔、王朱健、劉春紅、胡丹和李櫻珠等的建議，特此致謝!

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(本文編輯：姜敏)