人类补体C8结构与功能研究进展

刘丽莎(综述)，钟天鹰(审校)

(南京医科大学附属南京儿童医院检验科，南京210028)

19世纪末，Charles Bordet发现存在于人和脊椎动物血清和组织液中有一组具有酶活性的蛋白质，这些蛋白质被称为补体。又因补体并非以一种成分存在而发挥其生物学功能，故又称补体系统。补体系统各成分的化学组成均为糖蛋白，多数为β球蛋白，56℃ 30 min即可被灭活。补体的固有成分包括C1(q、r、s)、C2～C9共9个补体蛋白。补体经由三条途径活化，即经典途径、旁路途径和植物凝集素途径。其中补体活化的旁路途径具有自身正反馈的放大效应，可产生很强的生物学效应。这三条途径汇聚于一点，即均形成C3转化酶，裂解C3生成C3a和C5转化酶，随及C5转化酶裂解C5生成C5a和C5b，C5b与C6、C7、C8和C9结合形成具有溶细胞作用的C5b-9，即膜攻击复合物(membrane attack complex，MAC)。MAC在哺乳动物抵御外源性微生物和清除感染宿主细胞的免疫防御反应中起着重要的作用。但是在病理状态下，补体系统的过度活化将给机体造成一定程度的损伤，并引发多种疾病的产生。目前，国内外关于补体成分的研究主要集中于补体C3和C5成分，而关于C8成分的研究尚不常见，鉴于其在形成MAC中的重要性，在此就近年来国内外对补体C8结构与功能的研究进展予以综述。

1 人类补体C8及MAC的形成

1.1 C8的组成 C8是组成MAC的5种成分(C5b、C6、C7、C8、C9)之一［1，2］，是由 α、β 和 γ 三个亚基组成的三聚体结构［3］。这三种亚基由不同的基因编码，发挥着各异的作用，在肝脏合成后，C8α和C8γ首先通过二硫键形成 C8α-γ二聚体，再与C8β以非共价键相连形成三聚体形式［4］。

1.2 C8与 MAC MAC 的组装始于C5被裂解为C5b，C5b与C6结合形成可溶性的C5b-6二聚体，随后C5b-6与C7结合形成三聚体形式的C5b-7，该复合物可表达高亲和力的脂质结合位点［5］，但尚不具备插入细胞膜脂质双层的能力。其与靶细胞膜结合后再与C8结合，在膜表面形成C5b-8四聚体复合物，此时，C5b-8即具有溶细胞活性，也就是说在一定条件下，C8的存在即可直接导致靶细胞膜完整性的丧失［6］。随即，C5b-8与由12～18个单体C9组成的寡聚体结合形成具有穿孔作用的膜攻击复合物 C5b-9，即MAC［7］。MAC形成后在靶细胞膜上形成小孔，使得小的可溶性分子、离子以及水分自由通过细胞膜，细胞内渗透压降低，导致细胞发生溶解、破裂、死亡。

2 C8的结构

2.1 C8α的结构 C8α由N端串联排列的两个模序血小板反应素1(thrombospondin type 1，TSP1)和低密度脂蛋白受体 A(low-density lipoprotein receptor class A，LDLRA)、中间的膜攻击复合物/穿孔素结构域(membrane attack complex/perforin，MACPF)以及C端串联排列的两个模序表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)和另外一个血小板反应素 1(thrombospondin type 1，TSP1)组成。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］，其他补体成分与C8α的结合位点均位于MACPF结构域，将人C8α-MACPF结构域(103～462残基)结晶化，其依旧保持可形成异源三聚体C8的能力(即具有C8β和C8γ的结构位点)，并且在MAC的形成并发挥穿孔作用中起到了功能性的激活作用，以2.5×10-10m的分辨率观察，该结构表现为单环的α链和β链围绕着四条扭曲折叠的β片层，呈L形，空间大小结构为67×10-10m×55×10-10m×24×10-10m。

2.2 C8β的结构 C8β同样由N端串联排列的两个模序TSP1和LDLRA、MACPF以及C端串联排列的两个模序EGF和另外一个TSP1组成。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与其他补体成分的结合位点同样位于其MACPF结构域，C8β的其他区域与C8α高度同源。

2.3 C8γ的结构 与C8α 和C8β 不同，成熟的C8γ含有182个氨基酸，C8γ的结构亦其他的补体成分不尽相同，而与分泌性蛋白家族的成员有很大的相似性。其第76位氨基酸和第168位氨基酸形成一个链内二硫键(Cys76-Cys168)，第40位氨基酸可与C8α上的第164位氨基酸形成链间二硫键介导两者相连，C8γ的空间结构类似于花萼，其上含有多个小分子物质的结合位点。

3 C8的功能

3.1 C8α的功能 在MAC的形成过程中，C8α是第一个插入细胞膜脂质双分子层的补体蛋白［8］，也是C8三个亚基中研究相对较多的一个，其他补体成分与C8的结合位点现已证实大多位于C8α上。例如，C8α含有介导C8α和C8γ结合的位点(C8αC端第164位氨基酸可与C8γ第40位氨基酸形成二硫键从而介导两者相连［7］)，也含有介导 C8α-γ 和 C8β结合的位点［9］，C8α-MACPF 即可与 C8β 和C8γ 形成有膜攻击和孔道形成功能的异源三聚体的C8［10］，此外，C9的结合位点也位于 C8α的 MACPF结构域［11］，提示，C8 N端和C端的结构域对于MAC复合物的形成来说可能并不是必要的［12］，但C8 N端结构域亦参与C8与C9的结合［13］。值得一提的是，C8α第320～415 位氨基酸含有 CD59的结合位点［14］，CD59以糖基磷脂酰肌醇锚着于细胞膜表面的糖蛋白，广泛分布于造血生成细胞和非造血生成细胞及多种组织细胞表面，并可以游离形式存在于尿液、唾液、泪液等多种体液中。其最重要的功能是调节补体活化，MAC装配过程中其第42～58位氨基酸可与C8和(或)C9结合，干扰C9插入细胞膜内或C9的多聚化，从而抑制补体导致的细胞溶解作用［14］。现已证实，CD59的缺陷与阵发性睡眠性血红蛋白尿症密切相关。

3.2 C8β的功能 C8β介导了 C8与 C5b-7的结合，研究表明该结合位点位于C8β的MACPF结构域［15］。因此，C8βMACPF结构域外的成分尽管不能与其他补体成分相结合，但却在C8形成MAC的过程中发挥着一定的作用，研究表明C8β缺陷的个体表现为反复发作性细菌感染，但却可以有效缓解自身免疫性疾病的病情，这也表明，C8β的完整性对于MAC的形成和作用发挥起着重要的作用。

3.3 C8γ的功能 C8γ的功能和其结构一样，与C8α、C8β以及其他的补体成分均不尽相同，是补体系统30余种成员中唯一的脂质运载蛋白类物质，其可与小的疏水性配体，如维生素A、激素、芳香剂等结合［16-19］。由于 C8γ结构的因素，其在形成功能性MAC中的作用远不如C8α和C8β。有研究显示尽管C8α-β复合物与C5b-7结合后即可溶解靶细胞膜，但这种溶解作用比完整的C5b-8存在下的溶解靶细胞的能力下降了约15%［20］，这就在一定程度上说明尽管功能性的MAC的形成并不依赖于C8γ，但C8γ的存在可增加MAC溶解细胞的能力。这同样也说明了C8γ在C8与其他补体分子结合形成C5b-9的过程中并不发挥作用。C8γ可以通过结合特殊的脂质成分促进MAC在靶细胞膜上的组装，从而在G-细菌形成功能性MAC的过程中是必需的。

4 展望

补体系统异常活化所产生的非生理性MAC在许多疾病的发生发展中起着重要的作用，可导致机体发生一系列病理性的损伤，如免疫相关性肾小球肾炎、缺血/再灌注损伤、急慢性体液排斥反应等。因此，如何阻断病理状态下MAC的组装和形成已成为越来越多研究者所关注的热点。作为MAC重要成分之一，C8是MAC形成不可或缺的重要物质，更是引发MAC插入细胞膜，引起靶细胞膜完整性丧失的关键成分，因此在MAC的形成及产生效应的过程中发挥着重要的作用。目前，国内关于补体C8的研究尚未广泛开展，相关报道亦罕见，而在国外对其的研究也仅局限于个别的实验室。对C8结构的早期研究成果显示，在C8α和C8β这两个亚基上，特别是其MACPF结构域中存在与其他补体成分相结合的功能性结合位点，这就为研究如何阻断MAC形成的手段提供了必要的理论依据。同时，随着C8α、C8β和C8γ的晶体结构和空间构象陆续被报道出来，人们对C8的认识从基因水平、蛋白质的一级结构逐步上升到一个新的高度，这也为进一步研究C8的结构和功能及其在MAC形成中的作用机制奠定了良好的理论基础。

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