补体的结构及遗传学特征

第四节　补体的结构及遗传学特征

近年来，补体的分子生物学进展迅猛，对补体系统的活化机理和功能得到了分子水平的解释。各种补体分子的cDNA已克隆成功，绝大多数补体蛋白的基因在染色体上的定位已被确定，并通过对它们的核苷酸序列和氨基酸序列的分析，发现许多补体蛋白的基因在染色体上相连锁，在结构上具有共同性。

一、补体蛋白结构的共同性

通过对补体系统的蛋白结构进一步探查，表现了一些颇具特色的结构功能域（module），并根据它们在氨基酸序列上的同源性，将它们归为几个不同的蛋白家族。同一家族中的各个成员通常具有相类似的结构和功能。此外，根据不同补体蛋白基因间的同源性，提示每个家族的成员可能是由一个共同的祖基因复制而来，出现结构上的多样性，进而使各种补体蛋白又具有各自特定的功能。

(一)C1q与其相关的分子

C1q与其相关的分子：甘露糖结合蛋白（mannose-binding protein,MBP）、肺表面活性物质脱辅基蛋白A和D（surfactant protein A and D,SP-A,SP-D）、类风湿因子（RF）和胶固素（conglutinin）等，为具有以胶原样蛋白和凝集素区结构为特征的一组蛋白。因此有人将collagen与lectin两字缩合，归纳称为“collectin”（可暂译为胶凝素）。这些相关分子均能以抗体依赖或非依赖的方式被激活，再激活补体系统，或具有结合C1q-R的能力，从而模拟和放大C1q的功能作用。

（二）丝氨酸蛋白酶补体分子

在补体固有成分和调节蛋白中，共有6个丝氨酸蛋白酶（原）。即：C1r、Cls、C2、B因子（Bf）、D因子和I因子。它们除彼此在氨基酸序列上有同源性外，还与非补体性丝氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶和糜蛋白酶）高度同源。但C2和Bf的催化部位比常见的丝氨酸蛋白酶约多210个氨基酸残基。在6个补体性丝氨酸蛋白酶中，C1r和C1s，C2和Bf又具有更大的相似性。

C1r和C1s均为单链长形结构，两端呈球形似哑铃状，分子量均为85kDa。二者除在C端有共同的丝氨酸蛋白酶结构功能域外，其N端有约450个氨基酸彼此同源。均含有2个拷贝的SCR和1个拷贝的EGF前体结构功能域（图5-18）。

图5-18　4种丝氨酸蛋白酶补体蛋白的结构功能域

C2和Bf均为单肽链糖蛋白，它们除在形成两条补体激活途径中和C3转化酶方面十分相似外，在合成部位、合成途径、分子大小、亚单位结构、半胱氨酸位置及数目，以及保守残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分子中相同的结构功能域是均有3个CSR、1个与von Willebrand因子（vWF）共同的氨基酸序列和1个丝氨酸蛋白酶结构功能域。

表5-4　C2与Bf的特性比较

　 C2 Bf 分子量 110kDa 93kDa 　 C2a:75kDa Bb:63kDa 　 C2b:35kDa Ba:35kDa 血清含量 ～15mg/L 150～200mg/L 相得益彰活性部位 C端侧（C2a） C端侧（Bb） 氨基酸 723 733 　 C2a:509 Bb:505 　 C2b：234 Ba:234 电镜形态 3个球状结构 3个球状结构 mRNA 2.9kb 2.6kb 基因长度 18kb 6kb 3个SCR 1～65，66～127，128～186 4～74,75～136,137～194 形成的C3转化酶 C42a C3bBb

(三)末端补体分子

末端补体分子C6，C7，C8和C9是构成膜攻击复合体（MAC）引起靶细胞溶解破坏的重要组成成分。功能上的相似性反映了它们结构上的共同性。均具有420kDa的I型凝血敏感蛋白重复序列（thrombospondin type I repeat,TSP-1），而且与TSP-1特有的β片层、和β螺旋结构的立体配体也是类似的。此种结构单位也存在于备解素（properdin）和疟原虫的羧箕末端。除TSP-1外，它们还具有1个拷贝的低密度脂蛋白受体结构功能域（low density lipoprotein receptor module,LDL-R），1个表皮生长因子前体结构功能域（EGf precusor module）。在肽链的中央还有1个半胱酸贫乏区与细胞毒性细胞和NK细胞释放的perforin的结构具有相似性（图5-19）。其中C6和C7具有更大的同源性。二者除上述的结构功能域外，在C端还存在着富含半胱氨酸的重复序列，即为2个CSR和2个与I因子重链中有一个区具有同源性的结构功能域（factor I module,FIM）。二者的分子量也相近似，分别为128kDa和121kDa。显著的差别仅仅是C6的N端多1个由59个氨基酸组成的TSP-1。

图5-19　末端补体分子的结构功能域

（四）具有SCR的6种补体调节蛋白

补体活化调节蛋白（requlator of complement activation,RCA）包括：CR1、CR2、H因子、C4bp、DAF和MCP。它们共同的结构特征是均具有多个类似的短同源重复序列（SCR）。SCR也称Shushi单位。一个SCR约由60-70个氨基酸残基所组成，大小为4.5nm。SCR之间有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个半胱氨酸形成两个二硫键），并与脯氨酸、色氨酸、酪氨酸/丙氨酸、甘氨酸相维系而形成一独特的结构单位（图5-20）。这一结构单位在CR1中有32个，CR2中有15-16个，H因子中有20个，C4b中有12个，DAF和MCP中各有4个，而且是构成这些补体蛋白肽甸的主要结构。SCR在RCA中的功能是与C3、C4和C5结合，发挥其调节作用。在前述的C1r、Cls、C2、Bf、C6和C7中也含有几种非补体性蛋白如IL-2R、β2糖蛋白1（β2-1）、内皮细胞-白细胞粘附分子-1（ELAM-1）、淋巴细胞的归位受体和凝血因子Ⅻ的b亚单位中也含有SCR，但其意义不详。值得注意的是，牛痘病毒具有SCR的编码DNA，且与C4bp的SCR相类似，可逃避补体经典途径对其发挥作用。

图5-20　SCR的结构（模式图）

注：（A）SCR结构；有44%的SCR是保守的，

包括形成链内二硫键的4个半胱氨酸

（B）具有重迭链内二硫键（……）的SCR

此外，在补体的膜性调节分子中，DAF、MCP、C8bp和CD59四种分子者是以糖基磷酯酰肌醇锚（GPI）而固定在细胞膜上的。锚的核心结构是：protein-CO-NH-CH2-PO4-6-man-α1,2-man-α1,6-man-α1,4-G1CN--α1,6MYO-inositol-1-PO4-Lipid。此种结构还存在于多种非补体蛋白中，如碱性磷酸酶、乙酰胆碱酯酶、Thy-1及布氏锥虫的变异体表面糖蛋白等。补体蛋白DAF、MCP、CD59和C8bp（HRF）可借助于这样的结构而使补体对自身细胞的损伤减至最小。这就是近日逐渐阐明的补体同源限制性（homologous restriction）。阵发性血红蛋白尿（PNH）之所以对补体攻击敏感，正是由于其红细胞膜上缺乏含有GPI锚的分子，因而使机体的正常同源限制性作用失去效能所致。