人類補(bǔ)體C8結(jié)構(gòu)與功能研究進(jìn)展

劉麗莎(綜述)，鐘天鷹(審校)

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京兒童醫(yī)院檢驗科，南京210028)

19世紀(jì)末，Charles Bordet發(fā)現(xiàn)存在于人和脊椎動物血清和組織液中有一組具有酶活性的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)被稱為補(bǔ)體。又因補(bǔ)體并非以一種成分存在而發(fā)揮其生物學(xué)功能，故又稱補(bǔ)體系統(tǒng)。補(bǔ)體系統(tǒng)各成分的化學(xué)組成均為糖蛋白，多數(shù)為β球蛋白，56℃ 30 min即可被滅活。補(bǔ)體的固有成分包括C1(q、r、s)、C2～C9共9個補(bǔ)體蛋白。補(bǔ)體經(jīng)由三條途徑活化，即經(jīng)典途徑、旁路途徑和植物凝集素途徑。其中補(bǔ)體活化的旁路途徑具有自身正反饋的放大效應(yīng)，可產(chǎn)生很強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng)。這三條途徑匯聚于一點，即均形成C3轉(zhuǎn)化酶，裂解C3生成C3a和C5轉(zhuǎn)化酶，隨及C5轉(zhuǎn)化酶裂解C5生成C5a和C5b，C5b與C6、C7、C8和C9結(jié)合形成具有溶細(xì)胞作用的C5b-9，即膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex，MAC)。MAC在哺乳動物抵御外源性微生物和清除感染宿主細(xì)胞的免疫防御反應(yīng)中起著重要的作用。但是在病理狀態(tài)下，補(bǔ)體系統(tǒng)的過度活化將給機(jī)體造成一定程度的損傷，并引發(fā)多種疾病的產(chǎn)生。目前，國內(nèi)外關(guān)于補(bǔ)體成分的研究主要集中于補(bǔ)體C3和C5成分，而關(guān)于C8成分的研究尚不常見，鑒于其在形成MAC中的重要性，在此就近年來國內(nèi)外對補(bǔ)體C8結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展予以綜述。

1 人類補(bǔ)體C8及MAC的形成

1.1 C8的組成 C8是組成MAC的5種成分(C5b、C6、C7、C8、C9)之一［1，2］，是由 α、β 和 γ 三個亞基組成的三聚體結(jié)構(gòu)［3］。這三種亞基由不同的基因編碼，發(fā)揮著各異的作用，在肝臟合成后，C8α和C8γ首先通過二硫鍵形成 C8α-γ二聚體，再與C8β以非共價鍵相連形成三聚體形式［4］。

1.2 C8與 MAC MAC 的組裝始于C5被裂解為C5b，C5b與C6結(jié)合形成可溶性的C5b-6二聚體，隨后C5b-6與C7結(jié)合形成三聚體形式的C5b-7，該復(fù)合物可表達(dá)高親和力的脂質(zhì)結(jié)合位點［5］，但尚不具備插入細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層的能力。其與靶細(xì)胞膜結(jié)合后再與C8結(jié)合，在膜表面形成C5b-8四聚體復(fù)合物，此時，C5b-8即具有溶細(xì)胞活性，也就是說在一定條件下，C8的存在即可直接導(dǎo)致靶細(xì)胞膜完整性的喪失［6］。隨即，C5b-8與由12～18個單體C9組成的寡聚體結(jié)合形成具有穿孔作用的膜攻擊復(fù)合物 C5b-9，即MAC［7］。MAC形成后在靶細(xì)胞膜上形成小孔，使得小的可溶性分子、離子以及水分自由通過細(xì)胞膜，細(xì)胞內(nèi)滲透壓降低，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生溶解、破裂、死亡。

2 C8的結(jié)構(gòu)

2.1 C8α的結(jié)構(gòu) C8α由N端串聯(lián)排列的兩個模序血小板反應(yīng)素1(thrombospondin type 1，TSP1)和低密度脂蛋白受體 A(low-density lipoprotein receptor class A，LDLRA)、中間的膜攻擊復(fù)合物/穿孔素結(jié)構(gòu)域(membrane attack complex/perforin，MACPF)以及C端串聯(lián)排列的兩個模序表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)和另外一個血小板反應(yīng)素 1(thrombospondin type 1，TSP1)組成。其中，N端的TSP1位于C8α的第8～63位氨基酸，LDLRA位于第64～102位氨基酸，MACPF位于第103～462位氨基酸，EGF位于第463～499位氨基酸，C端的TSP1位于第506～554位氨基酸。研究表明［7］，其他補(bǔ)體成分與C8α的結(jié)合位點均位于MACPF結(jié)構(gòu)域，將人C8α-MACPF結(jié)構(gòu)域(103～462殘基)結(jié)晶化，其依舊保持可形成異源三聚體C8的能力(即具有C8β和C8γ的結(jié)構(gòu)位點)，并且在MAC的形成并發(fā)揮穿孔作用中起到了功能性的激活作用，以2.5×10-10m的分辨率觀察，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為單環(huán)的α鏈和β鏈圍繞著四條扭曲折疊的β片層，呈L形，空間大小結(jié)構(gòu)為67×10-10m×55×10-10m×24×10-10m。

2.2 C8β的結(jié)構(gòu) C8β同樣由N端串聯(lián)排列的兩個模序TSP1和LDLRA、MACPF以及C端串聯(lián)排列的兩個模序EGF和另外一個TSP1組成。其中，N端的TSP1位于C8β的第10～65位氨基酸，LDLRA位于第66～103位氨基酸，MACPF位于第104～444位氨基酸，EGF位于第445～481位氨基酸，C端的TSP1位于第488～537位氨基酸。C8β與其他補(bǔ)體成分的結(jié)合位點同樣位于其MACPF結(jié)構(gòu)域，C8β的其他區(qū)域與C8α高度同源。

2.3 C8γ的結(jié)構(gòu) 與C8α 和C8β 不同，成熟的C8γ含有182個氨基酸，C8γ的結(jié)構(gòu)亦其他的補(bǔ)體成分不盡相同，而與分泌性蛋白家族的成員有很大的相似性。其第76位氨基酸和第168位氨基酸形成一個鏈內(nèi)二硫鍵(Cys76-Cys168)，第40位氨基酸可與C8α上的第164位氨基酸形成鏈間二硫鍵介導(dǎo)兩者相連，C8γ的空間結(jié)構(gòu)類似于花萼，其上含有多個小分子物質(zhì)的結(jié)合位點。

3 C8的功能

3.1 C8α的功能 在MAC的形成過程中，C8α是第一個插入細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層的補(bǔ)體蛋白［8］，也是C8三個亞基中研究相對較多的一個，其他補(bǔ)體成分與C8的結(jié)合位點現(xiàn)已證實大多位于C8α上。例如，C8α含有介導(dǎo)C8α和C8γ結(jié)合的位點(C8αC端第164位氨基酸可與C8γ第40位氨基酸形成二硫鍵從而介導(dǎo)兩者相連［7］)，也含有介導(dǎo) C8α-γ 和 C8β結(jié)合的位點［9］，C8α-MACPF 即可與 C8β 和C8γ 形成有膜攻擊和孔道形成功能的異源三聚體的C8［10］，此外，C9的結(jié)合位點也位于 C8α的 MACPF結(jié)構(gòu)域［11］，提示，C8 N端和C端的結(jié)構(gòu)域?qū)τ贛AC復(fù)合物的形成來說可能并不是必要的［12］，但C8 N端結(jié)構(gòu)域亦參與C8與C9的結(jié)合［13］。值得一提的是，C8α第320～415 位氨基酸含有 CD59的結(jié)合位點［14］，CD59以糖基磷脂酰肌醇錨著于細(xì)胞膜表面的糖蛋白，廣泛分布于造血生成細(xì)胞和非造血生成細(xì)胞及多種組織細(xì)胞表面，并可以游離形式存在于尿液、唾液、淚液等多種體液中。其最重要的功能是調(diào)節(jié)補(bǔ)體活化，MAC裝配過程中其第42～58位氨基酸可與C8和(或)C9結(jié)合，干擾C9插入細(xì)胞膜內(nèi)或C9的多聚化，從而抑制補(bǔ)體導(dǎo)致的細(xì)胞溶解作用［14］。現(xiàn)已證實，CD59的缺陷與陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥密切相關(guān)。

3.2 C8β的功能 C8β介導(dǎo)了 C8與 C5b-7的結(jié)合，研究表明該結(jié)合位點位于C8β的MACPF結(jié)構(gòu)域［15］。因此，C8βMACPF結(jié)構(gòu)域外的成分盡管不能與其他補(bǔ)體成分相結(jié)合，但卻在C8形成MAC的過程中發(fā)揮著一定的作用，研究表明C8β缺陷的個體表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作性細(xì)菌感染，但卻可以有效緩解自身免疫性疾病的病情，這也表明，C8β的完整性對于MAC的形成和作用發(fā)揮起著重要的作用。

3.3 C8γ的功能 C8γ的功能和其結(jié)構(gòu)一樣，與C8α、C8β以及其他的補(bǔ)體成分均不盡相同，是補(bǔ)體系統(tǒng)30余種成員中唯一的脂質(zhì)運(yùn)載蛋白類物質(zhì)，其可與小的疏水性配體，如維生素A、激素、芳香劑等結(jié)合［16-19］。由于 C8γ結(jié)構(gòu)的因素，其在形成功能性MAC中的作用遠(yuǎn)不如C8α和C8β。有研究顯示盡管C8α-β復(fù)合物與C5b-7結(jié)合后即可溶解靶細(xì)胞膜，但這種溶解作用比完整的C5b-8存在下的溶解靶細(xì)胞的能力下降了約15%［20］，這就在一定程度上說明盡管功能性的MAC的形成并不依賴于C8γ，但C8γ的存在可增加MAC溶解細(xì)胞的能力。這同樣也說明了C8γ在C8與其他補(bǔ)體分子結(jié)合形成C5b-9的過程中并不發(fā)揮作用。C8γ可以通過結(jié)合特殊的脂質(zhì)成分促進(jìn)MAC在靶細(xì)胞膜上的組裝，從而在G-細(xì)菌形成功能性MAC的過程中是必需的。

4 展望

補(bǔ)體系統(tǒng)異?；罨a(chǎn)生的非生理性MAC在許多疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，可導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生一系列病理性的損傷，如免疫相關(guān)性腎小球腎炎、缺血/再灌注損傷、急慢性體液排斥反應(yīng)等。因此，如何阻斷病理狀態(tài)下MAC的組裝和形成已成為越來越多研究者所關(guān)注的熱點。作為MAC重要成分之一，C8是MAC形成不可或缺的重要物質(zhì)，更是引發(fā)MAC插入細(xì)胞膜，引起靶細(xì)胞膜完整性喪失的關(guān)鍵成分，因此在MAC的形成及產(chǎn)生效應(yīng)的過程中發(fā)揮著重要的作用。目前，國內(nèi)關(guān)于補(bǔ)體C8的研究尚未廣泛開展，相關(guān)報道亦罕見，而在國外對其的研究也僅局限于個別的實驗室。對C8結(jié)構(gòu)的早期研究成果顯示，在C8α和C8β這兩個亞基上，特別是其MACPF結(jié)構(gòu)域中存在與其他補(bǔ)體成分相結(jié)合的功能性結(jié)合位點，這就為研究如何阻斷MAC形成的手段提供了必要的理論依據(jù)。同時，隨著C8α、C8β和C8γ的晶體結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象陸續(xù)被報道出來，人們對C8的認(rèn)識從基因水平、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)逐步上升到一個新的高度，這也為進(jìn)一步研究C8的結(jié)構(gòu)和功能及其在MAC形成中的作用機(jī)制奠定了良好的理論基礎(chǔ)。

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