综述：补体末端通路对细胞膜的作用

《The Journal of Membrane Biology》：Action of the Terminal Complement Pathway on Cell Membranes

这篇综述聚焦补体末端通路，深入探讨其在细胞膜上的作用机制、相关疾病及治疗策略。

　　

补体系统概述

补体系统是宿主先天免疫反应中古老的组成部分，它在识别和清除病原体等过程中发挥着关键作用。补体激活有经典途径、凝集素途径和替代途径，替代途径是最古老的激活方式，在无脊椎动物中就已存在。这些途径最终会导致 C3 转化酶的形成，促使 C3 裂解为 C3a 和 C3b，C3b 进一步沉积在靶细胞表面，形成表面 C3 转化酶，进而形成 C5 转化酶，促使 C5 裂解为 C5a 和 C5b，这标志着补体末端通路的开始。

补体膜受体和调节因子

宿主细胞表面的膜受体和调节因子能识别并调节补体成分。补体受体（CR）1 - 4 和 CRIg 主要识别 C3 的裂解产物，参与补体产物的清除、免疫调节和吞噬作用。G 蛋白偶联受体（GPCRs）中的 C3a 受体（C3aR）、蛋白酶激活受体 1 和 4（PAR1 和 PAR4）分别识别 C3a 和 C4a 。而 C5aR1 和 C5aR2 则识别 C5a ，在免疫反应中发挥重要作用。同时，还有多种调节因子，如膜辅助蛋白（MCP）、衰变加速因子（DAF）等可下调补体激活和放大，CD59、簇蛋白和玻连蛋白等则抑制 MAC 的形成。

C5a 与膜受体结合的分子生物学

• C5aR1 和 C5aR2：C5a 是一种促炎过敏毒素，由 C5 裂解产生，它能与 C5aR1 和 C5aR2 结合 。这两种受体都属于 A 类（视紫红质样）GPCRs，在大多数细胞类型中都有表达，且在髓系细胞中表达较高。C5a 与 C5aR1 结合后，可通过招募异源三聚体 Gi/o? 蛋白抑制腺苷酸环化酶，还可招募 β - arrestin ，从而终止 G 蛋白介导的信号传导，并启动其他信号通路，如丝裂原活化蛋白激酶 / 细胞外信号调节激酶（MAPK/ERK）通路。
• C5a desArg：C5a desArg 是 C5a 经羧肽酶 N 和 B（CPN 和 CPB）作用去除 C 末端精氨酸后的产物。它与 C5aR1 的亲和力比 C5a 弱约 20 倍，但与 C5aR2 的亲和力仅弱约 4 倍 。C5a desArg 在体内的作用存在争议，它既可能作为炎症调节因子，抑制 C5aR1 介导的炎症反应，又可能在一定条件下诱导细胞产生促炎表型。
• C5aR1 和 C5aR2 的信号差异：C5aR2 与 C5aR1 有较高的序列同源性，但 C5aR2 缺乏 G 蛋白招募的保守基序，不能通过 G 蛋白信号通路进行信号传导 。在调节 MAPK/ERK 通路中，C5aR1 增加 C5a 剂量会使 ERK 磷酸化增加，而 C5aR2 则会使其适度降低。此外，C5aR1 含有 P - X - P - X - P - P 基序，C5aR2 含有 P - X - X - P - X - X - P 基序，这些基序影响 β - arrestin 的招募和下游效应。
• C5aR1 和 C5aR2 的潜在相互作用：由于大多数细胞同时表达 C5aR1 和 C5aR2 ，它们之间存在潜在的相互作用。例如，C5aR2 在招募 β - arrestin 2 时比 C5aR1 更具竞争力 。同时，存在 C5aR1 同源二聚体和 C5aR1/C5aR2 异源二聚体，C5a 能诱导 C5aR1/C5aR2 异源二聚体的形成，但 C5a desArg 不能。不过，C5aR1/C5aR2 异源二聚体的生理意义目前尚不清楚。
• C5aR2 的作用：C5aR2 的作用较为复杂，最初被认为是一种诱饵受体，可将结合的 C5a 转运至蛋白酶体降解，降低 C5a 在膜表面的局部浓度，从而调节 C5aR1 的活性 。但近年来的研究表明，C5aR2 也能诱导促炎反应，在不同疾病模型和细胞类型中表现出不同的作用，其确切的细胞内信号传导和细胞表型结果仍有待进一步研究。

C5a 受体功能的结构洞察

• C5a 和 C5a desArg 与受体的结合：C5aR1 是一种 A 类 GPCR，含有七个跨膜 α - 螺旋 。C5a 是一种螺旋束结构，与 C5aR1 结合时，其 C 末端 α - 螺旋（H5）会展开形成一个延伸环，与 C5aR1 的主要凹槽（位点 1）相互作用，同时位点 2 和位点 3 也参与结合，增强结合亲和力并促进信号传导 。C5a desArg 由于失去了 C 末端精氨酸，与 C5aR1 的相互作用减少，导致亲和力降低。
• Gi/o?招募到 C5aR1 的结构机制：C5a 刺激 C5aR1 后，细胞内的异源三聚体 G 蛋白被招募到受体 。其中，Gα 亚基与 C5aR1 细胞内面的一个裂隙相互作用，不同亚型的 Gα 亚基（如 Gi1? 和 Go1? ）都能与 C5aR1 结合并抑制腺苷酸环化酶。C5aR1 与 C5a 结合后，其 C 末端细胞内螺旋 8（H8）会移动，暴露 Gα Gi/o? 的结合位点。
• β - arrestin 1 和 2 招募到 C5aR1 的结构机制：C5aR1 在与 G 蛋白解偶联时，其 C 末端尾巴会被 G 蛋白受体激酶（GRK）磷酸化，从而使 β - arrestin 能够结合 。β - arrestin 1 和 2 都含有 N 末端和 C 末端的双叶 β - 三明治结构域，通过手指环、中间环、C 环和套索环与 C5aR1 细胞内面的裂隙相互作用。目前对于 C5aR1 如何区分 β - arrestin 1 和 2 的机制尚不清楚，可能与细胞内浓度、定位以及磷酸化模式等因素有关。
• C5aR1 信号中的偏向激动作用：C5aR1 激活会导致多种信号结果，受到物种、配体可用性、受体表达水平等多种因素影响 。基于肽的激动剂可优先激活一种细胞内信号通路，如 C5a 肽（C5apep 或 C028）相对于全长 C5a 更偏向于激活 Gi/o? 。同时，拮抗剂也能优先抑制 G 蛋白或 β - arrestin 的招募，如 PMX53 对 Gi? 活性的抑制作用更强，而阿瓦库潘（Avacopan）则偏向于招募 β - arrestin 。

MAC 对靶细胞的破坏

• MAC 的形成：C5b 是 MAC 组装的前体，它与 C6 结合形成稳定的 C5b6 ，随后依次结合 C7、C8 和多达 18 个 C9 分子，最终形成一个异源寡聚孔，穿透细胞膜，导致细胞死亡 。MAC 的形成过程涉及多个步骤，每个步骤都受到严格的调控。
• MAC 与膜的相互作用：从 C5b6 阶段开始，MAC 就会对细胞膜产生扰动 。C5b6 可能通过与膜表面的修饰物进行脂质特异性相互作用，如与阴离子唾液酸的离子相互作用，但具体的作用机制尚不清楚。C7 的加入使 C5b - 7 能稳定地锚定在膜上，此时 C6 和 C7 的跨膜螺旋（TMH）区域部分插入膜中。C5b - 8 形成后，C8αβ 会突破细胞膜形成初始损伤，允许离子泄漏，最后 C5b - 8 作为 C9 寡聚化的支架，形成大的 β - 桶状孔。
• MAC 形成的调节：MAC 没有已知的受体结合域，这使其能靶向多种病原体，但也可能在宿主细胞上组装 。多种可溶性和膜结合抑制剂可抑制 MAC 的组装，如 CD59 能抑制 C5b - 8 的插入和 C9 的寡聚化，通过与 C8α 的 TMH2 相互作用，阻止膜穿透。此外，C6 和 C7 存在自身抑制构象，可阻止 MAC 的组装，C9 的 TMH1 区域也可作为寡聚化的 “刹车”。

补体末端通路在炎症中的意义

• C5a/C5a 受体和 MAC 对炎症的贡献：C5aR1 和 C5aR2 的激活以及 MAC 的沉积都与炎症相关 。在多种疾病中，如动脉粥样硬化、阿尔茨海默病等，C5aR1 的激活会导致细胞产生炎症表型，促进疾病的发展 。MAC 沉积在宿主细胞上会导致离子泄漏，激活细胞内信号通路，引发炎症反应，如诱导线粒体去极化、激活 caspase 和 NLRP3 炎症小体，导致细胞凋亡和炎症。
• C5a - C5aR1/2 轴和 MAC 轴之间的潜在串扰：C5aR1/C5aR2 激活和 MAC 介导的下游信号通路存在重叠 。例如，两者都能促进 NLRP3 炎症小体的激活，导致促炎细胞因子的释放 。C5aR1 激活可通过产生活性氧（ROS）激活 NLRP3 ，C5aR2 刺激可增加蛋白激酶 R（PKR）的转录和表达，而 MAC 激活则通过内吞作用或促进细胞代谢等间接方式激活 NLRP3 。此外，两者在钙离子动员方面也可能存在协同作用。

补体末端通路介导的炎症性疾病

• 阵发性夜间血红蛋白尿（PNH）：PNH 是由于髓系细胞系中 PIG - 1 基因的体细胞突变，导致细胞缺乏 GPI 锚定蛋白，包括 CD59 ，从而使细胞易受 MAC 介导的裂解 。溶血会导致血红蛋白和 ADP 等代谢产物的释放，激活血小板，引发血栓形成。虽然 C5a 在血栓形成中的作用尚未完全明确，但它可能通过激活血小板和邻近的中性粒细胞、巨噬细胞，释放促炎细胞因子，促进血栓形成。
• 非典型溶血性尿毒症综合征（aHUS）：aHUS 的主要原因是补体替代途径的过度激活，导致 C5 转化酶异常形成 。在 aHUS 的发病机制中，MAC 比 C5aR1 起着更大的作用，敲除相关补体成分对不同部位的血栓形成有不同的影响。
• 年龄相关性黄斑变性（AMD）：AMD 与视网膜中补体的过度激活有关，研究发现，补体激活和 MAC 沉积在 AMD 的发生发展中起重要作用 。同时，C5a - C5aR1 信号通路也参与其中，抗 C5a 治疗可减少炎症细胞的浸润，但仍存在炎症特征，表明 MAC 形成可能也参与了疾病的发生。此外，胆固醇对 CD59 的分布和活性有影响，进而影响 MAC 的沉积和炎症反应。

新兴的治疗方法

为了治疗补体末端炎症性疾病，已经开发了多种治疗方法 。常见的单克隆抗体如依库珠单抗（Eculizumab），通过结合 C5 的裂解位点阻止 C5 裂解，对 PNH 和 aHUS 有一定的治疗效果 。此外，还有针对 MAC 的单克隆抗体，如靶向 C6 和 C7 的抗体，在治疗其他炎症性疾病方面展现出潜力 。同时，针对 C5aR1 的拮抗剂如阿瓦库潘（Avacopan），可用于治疗 ANCA 相关血管炎，保留 MAC 的抗感染功能。

结论

这篇综述全面阐述了补体末端通路与细胞膜相互作用的机制，从分子层面到系统层面进行了深入探讨 。虽然在补体末端通路的研究方面取得了一定进展，但仍有许多问题有待解决 。例如，C5a 与 C5aR2 的结合机制、C5aR2 的细胞内信号传导途径以及 C5aR1 和 C5aR2 在不同疾病中的具体作用等 。未来的研究需要进一步明确这些问题，以便开发更有效的治疗策略，在治疗罕见补体疾病的同时，保留机体的先天免疫功能，抵御感染。