许 洪 张宏波 陈建林

(中南大学湘雅二医院妇产科生殖医学中心，长沙410011)

补体(Complement，C)是存在于人和动物血清与组织液中的一组不耐热、经活化后具有酶活性、可介导免疫应答和炎症反应的蛋白质。补体系统(Complement system)被激活后，介导一系列的细胞反应，如细胞溶解、调理吞噬(抗原抗体结合)、炎症反应、清除免疫复合物等。

众所周知，补体系统在各种慢性疾病的发病机制中起到了重要作用，如自身免疫性疾病、动脉粥样硬化以及糖尿病的血管并发症等[1-3]。近些年来，补体在慢性炎症疾病的发生发展中发挥的作用越来越引起了人们的重视，研究人员在研究补体与慢性炎症疾病的纤维化结局的关系时发现，补体系统的激活可能直接或间接参与了纤维化的发生与发展。本文将就补体C3 和 C5在纤维化发展中的作用研究进展作一综述。

1 补体系统激活

补体系统主要由固有成分、调节蛋白及受体等30余种糖蛋白组成。补体固有成分以非活化形式存在体液中，通过旁路途径、凝集素途径(MBL途径)、经典途径先后被激活[4]。三条途径起始物各异，但相互交叉并具有共同的末端通路。经典途径的激活始于C1q与免疫复合物的Fc段结合[5]，依赖特异性抗体的产生，故在感染后期或恢复期发挥作用。旁路途径则由细菌、真菌或病毒感染细胞等直接为自发产生的C3b提供反应表面启动激活[6]，无需抗体存在，故在抗体产生前的感染早期或初次感染发挥作用。凝集素途径也无需抗体参与即可激活补体，其激活物质非常广泛，主要是MBL或纤维胶原素直接识别病原微生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖[7]，除识别机制不同于经典途径外，其后续活化途径基本相同，对经典途径和旁路途径具有交叉促进作用[4，8]。

三条补体激活途径在C3这一环节汇合进入共有的末端通路，形成C5转化酶，激活C5裂解成C5a和C5b。C5b结合于细胞表面，依次与C6、C7、C8和12～15个C9分子结合形成C5b6789n，即膜攻击复合物(MAC)[4]，介导细胞溶解效应[9]。同时，补体活化过程中产生多种裂解片段，通过相应的受体介导多种生物学功能[10，11]，如C3b、C4b等片段参与调理作用来抵御全身性的细菌感染和真菌感染；C5a、C3a和C4a等片段参与炎症介质作用；C3b等通过与循环免疫复合物结合参与清除免疫复合物。

2 补体与纤维化的关系

纤维化(Fibrosis)是指各种病因引起细胞发生炎症及坏死等变化，进而刺激损伤部位纤维母细胞的增殖和细胞外基质的积聚，导致纤维结缔组织异常沉积的病理过程。纤维化多由炎症迁延不愈，反复持续造成组织器官损伤而来。补体是炎症反应发生与发展的中心环节。激活补体系统形成膜攻击复合物C5b-9，破坏被感染的细胞是炎症反应的特点。

C3a和C5a分别是C3和C5在补体激活途径中的裂解产物，也称为过敏毒素和趋化因子，可以趋化和激活巨噬细胞、中性粒细胞等，释放炎性物质，造成局部的炎性反应[12]，从而导致器官组织的损伤。现就补体C3、C5及其裂解产物C3a、C5a与各器官组织纤维化的关系做详细综述。

2.1补体与肝纤维化的关系 肝脏是补体合成的主要场所，血浆中80%～90%的补体成分在肝细胞合成，肝脏细胞表面也表达大量的补体受体。病毒性肝炎等肝脏疾病可以导致肝脏局部或全面的炎症反应，若炎症迁延不愈，持续反复的损伤肝脏，引起肝细胞变性坏死，细胞外基质的沉积大于重塑，最终会形成肝纤维化[13]。但是目前导致肝纤维化的病理机制尚不明确。近年来，许多研究表明肝脏疾病的纤维化进展与补体激活相关。

肝星状细胞(Hepatic stellate cells，HSCs)位于肝窦内皮细胞与肝细胞之间的窦周间隙内，是激活的肌成纤维细胞和门管区成纤维细胞的主要来源，在肝纤维化的发生、发展以及恢复方面有重要作用。肝脏损伤引起的炎症因子释放可以激活肝星状细胞，引起肝星状细胞增殖和分泌富含Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原细胞外基质，参与肝纤维化的形成和肝内结构的重建[14]。此外，肝星状细胞的表面表达有C5a的受体，C5a通过与受体结合也可以激活肝星状细胞，参与肝纤维化的形成[15]。

慢性病毒性肝炎是导致肝纤维化的常见疾病，肝炎病毒感染机体后，可以通过经典途径、旁路途径、MBL途径(凝集素途径)产生补体及膜攻击复合物，破坏感染的肝细胞。大量的肝活检和血清学证据显示补体C3参与了肝纤维化的形成。Vasei等[16]的研究显示在慢性乙型肝炎患者的肝组织中发现C3的沉积。Matthus Vasel等[17]的研究表明在慢性乙型肝炎和其他肝病患者中，血清C3a的水平高于健康对照组，且对于其他肝病患者来说，C3a水平与纤维化程度和晚期纤维化的发生有密切关系，是很好的反映疾病活动度和纤维化发展的标记物，但C3a具体是如何发挥作用的尚不明确。

而C5可能是通过与肝星状细胞的表面的C5a受体结合介导纤维化产生。Hillebrandt等[18]的研究显示经CCl4处理过的C5缺失的小鼠纤维化程度显著降低，用C5a受体拮抗剂可以达到同样的效果。此外，Hillebrandt等人证明小鼠中C5的突变与肝纤维化有关，2个单核苷酸多态性(SNPs)rs17611和rs2300929被报道会增加慢性乙型肝炎患者的纤维化风险[18]，但是这个结果不能被更大的多中心确证研究重复[19]。

慢性丙型肝炎引起的纤维化中，Schmitt等[20]的研究表明降低C5水平能够减轻炎症反应，减少金属蛋白酶9(Matrix metalloproteinase-9，MMP-9)活动，从而显著降低肝纤维化和肝硬化程度。

2.2补体与胰腺纤维化的关系 慢性胰腺炎是引起胰腺纤维化的主要疾病。一般认为，胰腺纤维化是慢性胰腺炎的自然结局。

慢性胰腺炎导致的纤维化可能是由于胰腺蛋白酶激活导致胰腺自身消化乃至坏死，引起炎症反应，诱导纤维化反应，最后坏死组织被纤维组织替代，形成纤维化[21]。Sendler等[22]建立了一个小鼠慢性胰腺炎模型，这个模型以蛋白酶激活引起的全身炎症反应、腺泡细胞坏死为起始表现，研究结果显示C5可能被胰蛋白酶水解物激活，直接作用于胰腺星状细胞(Pancreatic stellate cells，PSCs)，促进纤维化形成。Sendler等[22]用C5a受体拮抗剂抑制C5a受体1(C5aR1)，发现可以很大程度上减少胰腺坏死后的纤维生成。他们又研究了C5缺陷小鼠的慢性胰腺炎纤维化结局，发现C5缺陷小鼠的胰腺纤维化程度明显降低。PSCs、HSCs以及纤维母细胞的表达分析显示，PSCs和HSCs有很多同源性，例如在细胞外基质蛋白、生长因子、视黄酸代谢的基因表达方面有着高度同源性，Erkan等[23]也表示两者的相似之处多于不同之处。

此外，Hillebrandt等[18]的研究发现C5的两个SNPs rs17611和rs2300929与肝纤维化增加有关，但是这个结果不能被更大的多中心确证研究重复[15]。Matthias Sendler等人研究了这两个SNPs与胰腺炎的关系，没有发现突变的等位基因与慢性胰腺炎的风险增加有关，但是研究表明SNPs rs17611有升高血清C5水平的趋势[22]。

2.3补体与肺纤维化的关系 肺纤维化(Pulmonary fibrosis，PF)是一种主要以成纤维细胞增殖为病理特征的慢性肺间质疾病，其中最常见的是特发性肺纤维化(Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)。关于肺纤维化的发病机制，现在尚未阐明。Gu等人的研究显示C3a和C5a可以诱导间充质细胞激活以及上调C3a和C5a受体的表达，并且与C3a和C5a受体结合还可诱导成纤维细胞分化、α-SMA表达增多和基质合成增多[24]。有研究显示在IPF和博来霉素诱导的肺纤维化中均可以发现肺成纤维细胞分泌的胶原纤维含量增加以及Ⅰ型胶原α1和α2链的mRNA表达增加[25,26]，Gu等人通过C3a和C5a受体拮抗剂抑制补体激活和补体沉积，显著减少肺中胶原沉积以及Ⅰ型胶原α1和α2链mRNA的表达，从而阻止了纤维化的进展[24]。

TGF-β是目前公认的促纤维化因子，主要作用是促进胶原与细胞外基质形成，同时抑制胶原酶的降解从而促纤维化形成。TGF-β需要与PDGF受体酪氨酸激酶一起发挥促纤维化作用[27,28]。Gu等[24]发现抑制C3a和C5a与其受体结合可以抑制PDGF mRNA的表达，从而抑制其与TGF-β的作用。核心蛋白聚糖(Decorin)是一种与胶原纤维相关的蛋白多糖，主要存在于结缔组织中。核心蛋白聚糖的核心蛋白可以通过与TGF-β结合抑制TGF-β的作用从而减少纤维化[29]。Gu等[24]通过阻断C3a和C5a受体，增加核心蛋白聚糖的转录水平，从而有效抑制TGF-β1的水平，减少纤维化。虽然阻断C3a和C5a受体可以减少TGF-β诱导的肺纤维化，但Amanda J Fisher等人研究发现补体级联激活途径和TGF-β相关的信号通路促进纤维化形成的机制可能是相同并且平行的， C3a和C5a在上皮增生、纤维化和肿瘤生物学相关的miRNA调节方面和TGF-β的调节作用是相同的[30]。Cipolla等[31]提出， C3、C5参与肺纤维化进程受到IL-17的调控。特发性肺纤维化患者血清 C3及 C5水平与 IL-17含量正相关。细胞实验证实IL-17通过降低促衰变因子(Decay accelerating factor,DAF)与补体的结合继而剂量依赖性地促进 C3分泌从而加速肺纤维化进程。在博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，缺乏 IL-17将使肺泡细胞凋亡及内质网应激得到缓解，并降低呼吸道分泌物中 C3及 C5的含量，因此IL-17基因敲除小鼠肺纤维化程度显著降低。

此外，还有报道称C3aR和C5aR参与到p-AKT、p-Foxol以及其他信号通路如cAMP-PKA-CREB通路、NF-κB、JAK/STAT5和ERK通路中，介导肺纤维化产生[32]。可见，补体 C3及 C5对肺纤维化的促进作用并非孤立的，而是通过上游和下游的信号分子甚至协同其他细胞因子构成一个庞大的信号系统调控着疾病的发生与发展。

2.4补体与肾纤维化的关系 肾纤维化是各种慢性肾病进展至终末期肾衰的共同病变过程，如多囊性肾病、肾小球肾炎、溶血性尿毒综合征、肾移植等，有报道称补体激活与这些疾病的纤维化结局有关[33-36]。肾间质肌成纤维细胞是合成细胞外基质的主要细胞，在肾纤维化的发病中起着重要作用。肌成纤维细胞可能由肾小管上皮细胞向间充质细胞转化(上皮-间充质转化)和内皮细胞向间充质细胞转化(内皮-间充质转化)而来[37,38]。Wan等[39]的研究显示补体激活可以直接调节成纤维细胞的功能从而诱导纤维化生成，C3a可以诱导人肾间充质细胞转化成合成型，增加Ⅳ型胶原纤维、骨桥蛋白等的合成，MAC的形成可以使管周肌成纤维细胞积聚增多，促进肾纤维化形成。Curci等[40]研究显示补体C3a和C5a可以激活Akt的磷酸化从而激活Akt信号通路，促进内皮细胞向间充质细胞转化，从而促进MAC形成，而抑制补体水平可以减少这种内皮-间充质转化以及组织的纤维化。Liu等[41]利用小鼠单侧输尿管结扎构建小鼠肾纤维化模型，提出巨噬细胞通过局部分泌C3，引起IL-17A介导的炎症细胞浸润，从而驱动纤维化反应。Zhou等[42]研究表明C3可以通过诱导肾小管上皮细胞向间充质细胞转化，激活肾素-血管紧张素系统，促进纤维化。Yiu等[43]对比了糖尿病肾病患者和非糖尿病肾病患者的肾活检结果发现，前者的肾脏含有更高的 C5a，并且肾小管较肾小球处含量更丰富，但 C5a 受体在两组中并无差别。进一步的动物实验及细胞实验显示，C5a 拮抗剂NOX-D21能改善肾小球硬化及小管-间质损伤导致的纤维化，这证实了 C5a 在糖尿病肾病所致的纤维化中起到关键作用。一方面 C5a 活化 PI3K/Akt信号通路增加 TGF-β的分泌促进纤维化进程。另一方面，C5a上调DGAT1、SREBP-1等脂肪合成中的关键分子从而增加机体三酰甘油水平，脂质在肾小管上皮内蓄积，引起局部脂肪代谢紊乱，最终导致肾脏纤维化。

肾脏的缺血再灌注损伤是公认的导致肾纤维化的原因。补体激活和内皮细胞激活是肾移植后缺血再灌注损伤的特点。缺血再灌注损伤始于血管表面的内皮细胞损伤，实验表明，补体C5a通过与内皮细胞表面的C5a受体结合，介导P选择素表达，释放活性氧，进一步加重内皮损伤以及炎症细胞迁移[44]。Boor等[45]构建了一个单侧输尿管梗阻的小鼠模型，显示敲除C5基因的小鼠以及使用C5a受体拮抗剂的小鼠的肾纤维化均显著减少，说明C5通过C5a受体的作用介导纤维化产生。类似的，Naheed Choudhry等人建立了一个慢性肾盂肾炎的小鼠模型，发现C5a通过与C5a受体1(C5aR1)结合可以增加肾小管上皮细胞的菌落数和炎症反应，损伤吞噬细胞的吞噬功能从而导致慢性炎症和肾纤维化[46]。Bao等[47]将Crry(-/-)C3(-/-)的小鼠肾脏移植给敲除了C3a受体或C5a受体的小鼠，发现敲除了C3a受体的小鼠的炎症反应和肾纤维化均显著减少，说明是通过C3a受体介导的炎症损伤作用而不是C3a的直接促纤维化作用导致了肾纤维化。Danobeitia等[48]的研究还发现通过在缺血再灌注损伤前静脉内给予补体抑制剂，可以防止C5a的释放以及C3b的沉积，从而保护肾脏免于炎症损伤和继发的纤维化产生。Thorenz等[49]发现，在IRI引起的肾纤维化小鼠模型中，C5aR1(-/-)和C5aR2(-/-)小鼠产生较少的炎症并显示出比野生型小鼠更好的肾灌注。特别是C5aR2(-/-)小鼠的肾小管和毛细血管再生增强，肾纤维化较少，提示C5aR1与C5aR2与IRI引起的肾纤维化有关。

总之，MAC的形成可通过诱导肾小管上皮细胞的凋亡对肾脏造成直接损伤，而C3a和C5a促进炎症细胞的招募和促炎因子、趋化因子、活性氧的释放，增强免疫反应，进一步加速肾小管细胞的坏死和凋亡。激活的内皮细胞、单核细胞以及损伤的肾小管上皮细胞通过释放促纤维化因子如TGF-β等与补体C3a或C5a结合，并进一步结合到C3a或C5a受体上，激活成纤维细胞，使胶原沉积，形成纤维化。

3 总结

损伤、免疫反应和组织修复之间的相互作用仍然是当下热门的研究。目前认为补体系统在导致器官组织损伤的机制中起着决定性的作用，但引起纤维化的潜在机制尚未了解透彻。大量的研究表明，补体、补体受体与纤维化的发生发展有关，补体激活的产物如MAC(C5b-9)和过敏毒素C3a、C5a等在加重炎症反应、趋化招募中性粒细胞或单核细胞导致组织损伤以及促纤维化反应方面有着至关重要的作用。

在全世界范围内，纤维化是很多疾病致死致残的主要原因。积极的干预治疗可逆转早期纤维化，若纤维化持续进展，则可导致器官结构破坏、功能减退甚至衰竭，对人类健康生命造成严重威胁。同时，纤维化也是影响世界范围内器官移植结局的重要原因。因此，研究清楚补体介导的纤维化的分子机制以及补体与HSCs、PSCs等介导纤维化细胞之间的关系，有助于为减少炎症损伤和组织纤维化提供新的治疗方向。同时，通过研究靶向抑制纤维化的药物，也可以最大化地利用有限的捐献器官以及改善世界各地的器官移植结局，造福人类。