補體系統藥物研究進展

季鳴，王麗，金晶，陳曉光

(中國醫學科學院/北京協和醫學院 藥物研究所，北京 100730)

補體系統藥物研究進展

(中國醫學科學院/北京協和醫學院 藥物研究所，北京 100730)

補體系統作為機體固有免疫系統的一部分，在吞噬異源物、清除免疫復合物和凋亡細胞以及參與獲得性免疫等方面起著重要的作用。補體系統的異常與感染、自身免疫系統疾病、腫瘤等多種疾病密切相關。近年來，隨著對補體系統的深入研究和分子生物學技術的不斷發展，補體系統藥物的開發逐漸活躍，涉及多種補體系統相關的疾病。本文主要從補體系統的組成、補體系統與疾病的關系以及補體系統藥物研發現狀等方面進行論述。

補體系統；自身免疫系統疾??；腫瘤；感染；補體抑制劑

補體系統是機體固有免疫的重要組成部分，由多達50多種可溶性蛋白和膜結合蛋白組成，在機體抵御外源物、細胞裂解、炎性反應、免疫復合物的溶解、清除凋亡細胞以及增強體液免疫反應等生命活動中起著重要的作用[1-2]。

補體系統由通過級聯激活發揮作用的三大途徑組成，分別為由抗原抗體復合物激活的經典途徑，由微生物表面的糖類物質激活的凝集素途徑以及由補體成分3(C3)水解產物C3H2O或C3活性片段C3b結合Properdin而激活的替代途徑。不同補體途徑激活后，形成C3轉化酶(C4b2b或C3bBb)，活化C5，最終經過級聯反應形成膜攻擊復合物(membrane attack complex，MAC)[1]。

1 補體系統的組成

補體系統成分復雜，含有50多種蛋白，根據作用的不同可分為激活因子、調節因子和補體受體。

1.1 激活因子 補體激活因子也就是補體固有成分，即參與補體激活級聯反應的各成分，包括經典的C1-C9，凝集素途徑的MBL、MASP以及Factor B、Factor D等。在生理狀態下，這些成分都是以無活性的酶前體形式存在。當補體系統激活后產生級聯放大反應，最終生成膜攻擊復合物，作用于細胞膜形成小孔，最終導致靶細胞死亡。

1.2 調節因子 補體調節因子指可溶性或以膜結合形式存在的、調節補體活化的一類蛋白，包括C1-INH、Factor I、C4BP、Factor H和Properdin(P因子，又稱備解素)等。補體激活的各個環節中，均受到補體調節因子的精細調節，如降解C3b和C4b調控其介導的調理作用；嚴密控制C3轉化酶的活性避免補體的持續激活；調控MAC的組裝；將過敏毒素C3a和C5a轉化為無活性或低活性物質[3]。

1.3 補體受體 補體受體是一類膜蛋白，主要表達在免疫細胞膜表面，通過與激活的補體成分結合發揮包括增強招募白細胞到炎癥部位、促進吞噬清除病原微生物、清除感染部位或血液系統中產生的免疫復合物等作用。補體受體包括過敏毒素受體、C3b及其衍生物相關補體受體以及C1q受體，見表1。

過敏毒素受體是C5a受體(C5aR，CD88)和C3a受體(C3aR)。C5aR是分子量為42kD的膜糖蛋白，屬于7次跨膜的G蛋白偶聯受體，與C5a和C5a-desarg具有高親和力。人的C3aR與C5aR類似，也屬于7次跨膜的G蛋白偶聯受體，含482個氨基酸，其配體為C3a。

C3b及其衍生物相關補體受體，包括1型補體受體(CR1，CD35)、2型補體受體(CR2)、3型補體受體(CR3)、4型補體受體(CR4)，這些受體通過結合活性C3片段C3b及其降解產物iC3b和C3dg發揮生物學作用。

C1q受體又可分為cC1qR、qC1qR和VLA-2。cC1qR和VLA-2主要結合于C1q的膠原樣區域，而qC1qR主要結合于C1q的球狀頭部。

表1 補體受體

2 補體系統與疾病

由于補體系統在機體防御異源物、清除體內免疫復合物、參與獲得性免疫等方面起著重要作用，補體系統的異常與自身免疫系統疾病、腫瘤等多種疾病密切相關。目前研究報道的補體系統各成分缺陷的比例很低，西方國家的發生率為0.03%，但最新研究發現，補體抑制因子Factor H的多態性與高發病率的年齡相關黃斑變性密切相關。補體系統缺陷引起的補體活性下降或功能紊亂會導致許多嚴重的疾病，如復發的嚴重感染、系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)、腎臟疾病、年齡相關黃斑水腫、陣發性夜間血紅蛋白尿癥(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)、血管水腫等[4-8]。此外，補體系統亦與腫瘤密切相關[9]。

表2 補體蛋白缺陷相關疾病Tab.2 Complement protein deficiency related diseases

MPGN：膜增生性II型腎小球腎炎；aHUS：非典型性溶血性尿毒癥；AMD：年齡相關黃斑變性；HAE：遺傳性血管水腫。

2.1 感染

2.1.1 感染風險增加：在補體蛋白缺陷的患者中，增加感染風險是最常見的一類，這些缺陷主要是C2、C3、膜攻擊復合物(MAC，C5-C9)、Properdin以及Factor I[7,10]。C3的直接缺失使機體無法發揮調理素作用而容易感染革蘭氏陽性菌，而Factor I和Factor H的缺陷會增加機體感染化膿性細菌的風險。MAC的缺失則會導致機體無法攻擊細菌，造成革蘭氏陰性菌的感染。此外，補體受體CR3和CR4的缺陷也會引起白細胞粘附功能紊亂和復發的化膿性細菌感染。

2.1.2 全身炎癥反應綜合征(SIRS)：目前，補體相關炎癥疾病研究較為深入的是敗血癥。敗血癥的特征是由補體介導的強烈的炎癥反應，即全身炎癥反應綜合征。在敗血癥患者中，由于細菌感染，引起體內免疫細胞產生大量細胞因子、趨化因子和補體[11]。雖然補體系統在敗血癥中的具體機制尚不明確，但補體成分C3a、C4a和C5a在敗血癥患者中顯著增加，并且與其死亡結局呈正相關，推測C5a與其受體C5aR和C5L2在疾病進展中發揮了重要的作用[12]。

2.2 自身免疫系統疾病——系統性紅斑狼瘡 補體系統的缺陷也與SLE、脈管炎等自身免疫性疾病密切相關[7,13]。在補體經典途徑中，C1、C2和C4以及C3缺陷的人易患SLE[14]，這與經典途徑參與清除免疫復合物和凋亡細胞、介導補體依賴的B細胞耐受有關。此外， C1q缺陷會引起凋亡細胞的聚集，打破機體穩態，增加體內的自身抗原，進而促進SLE的發生[15]。

2.3 腎臟疾病

2.3.1 非典型性溶血性尿毒癥(aHUS)：非典型性溶血性尿毒癥的特征為微血管病變溶血性貧血、血小板減少和急性腎衰。50%以上的aHUS病例與補體調節因子如Factor H、Factor I、MCP、C4BP、Factor B和C3存在突變或多態性以及產生Factor H自身抗體有關[16-18]。這些突變或多態性通常以雜合子的形式出現，并影響這些蛋白的分泌和功能。

2.3.2 膜增生性Ⅱ型腎小球腎炎(MPGN)：MPGN是一類嚴重的腎臟疾病，典型特征為電鏡下可見的電子密度沉積并伴有腎小球基底膜和系膜細胞增生。Factor H或C3缺失的人群易患此類疾病，此外機體產生針對替代途徑中C3轉化酶的自身抗體(也叫腎炎因子C3NeF)也與MPGN有關[19]。

2.3.3 腎小球腎炎：腎小球腎炎是由于腎臟血管中免疫復合物引起補體過度激活而造成腎臟損傷的疾病[20]。C3及其調節蛋白Factor I和Factor H與腎小球腎炎的發生發展密切相關[21]。Factor I和Factor H的缺失會導致C3調節的紊亂。此外，C1q敲除的小鼠可產生自身抗體，不能有效的清除凋亡細胞，易患免疫復合物引起的腎小球腎炎[22]。

2.4 腫瘤 一直以來，公認的補體系統都被認為是機體抵御腫瘤的重要手段[23]，然而隨著研究的不斷深入，這一觀點逐漸被改變，無論是補體系統本身還是補體活化產物，都直接或間接促進了腫瘤的發生發展[24]。在小鼠黑色素瘤模型中，耗盡補體成分C3后可使T淋巴細胞激活，增強T細胞的抗腫瘤效應[25]。敲除C3基因的小鼠移植卵巢癌后可檢測到C3，而該C3是由移植的卵巢癌細胞分泌的[26]，這些結果提示腫瘤可自分泌補體系統的某些成分促進自身的生長。此外，某些腫瘤細胞可以通過表達補體調節因子，抑制補體系統，從而使腫瘤細胞逃避補體的攻擊，如結腸癌細胞Ls-174T表達的DAF、肺癌細胞NCI-H157表達的CD59等[27-28]。這些研究表明，補體系統激活過程中產生的過敏毒素C3a和C5a，在淋巴癌、卵巢癌、宮頸癌等腫瘤中可以通過作用于腫瘤細胞表面的相應受體，促進腫瘤細胞的增殖[29-31]，同時腫瘤細胞亦可通過自分泌C3a和C5a，增強自身的侵襲能力[32]。此外，補體系統中的MAC存在亞溶解型，可通過激活腫瘤細胞的PI3K/Akt和ERK通路促進腫瘤的惡性增殖[33-34]。隨著研究的深入，補體系統已逐漸成為了腫瘤藥物開發的新靶點。

3 補體系統藥物

近年來隨著自身免疫性疾病和腫瘤免疫藥物的開發，針對補體系統的藥物研發已進入了活躍期，但由于補體系統涉及50余種蛋白，調控機制復雜，其藥物的研發亦具有較大的挑戰[8,23,35-36]。

3.1 針對補體激活因子的藥物 在補體的經典途徑、凝集素途徑以及替代途徑中，目前正在開發的靶點包括C1(C1q，C1r，C1s)、MASP、C2、C3、C5和C6等。針對C1q開發的單克隆抗體ANX005在動物上對神經退行性疾病顯示了良好的療效，目前處于臨床前研究階段，而針對C1s的單抗TNT009擬開發冷凝血癥、自身免疫性溶血性貧血等適應癥，已進入I期臨床[35]。Omeros公司同時開發了針對以MASP2為靶點的單抗OMS721和以MASP-3為靶點的單抗OMS902，前者即將開展III期臨床，用于開發aHUS[35]。針對補體系統的重要蛋白C3，多家公司都正在開發多肽類藥物(如AMY-101，APL-1)或重組酶(CB2782)用于PNH慢性阻塞性肺疾病、COPD、AMD等疾病的治療。

針對C5開發的抗體藥物Eculizumab是全球首個上市的補體系統藥物，通過抑制C5從而阻斷膜攻擊復合物的形成，目前用于PNH和aHUS的治療。然而由于在部分患者中C5存在多態性，因此Eculizumab無法完全響應。而該特異性藥物的成功上市亦掀起了C5抗體藥物的研發熱潮，迄今已有Tesidolumab、ALXN1210、SOBI002、Coversin等多個抗體或重組蛋白藥物進入了II期臨床階段，而針對C5的核酸適配體Zimura已進入了III期臨床階段，用于治療AMD[35]。

3.2 針對補體調節因子的藥物 除了補體激活因子外，調節因子亦是補體系統藥物研發的方向之一。以C1-INH為靶點的蛋白藥物Cinryze、Berinert、Cetor和Ruconest均已獲準上市批準，用于治療HAE。但由于這類藥物均為廣譜的酯酶抑制劑，特異性不高，亦可同時阻斷C1r/s、MASP等。

在補體激活過程中，尤其是形成不同途徑C3轉化酶時，補體調節因子如Factor H、Properdin、Factor B、Factor D等對于調控轉化酶的活性起著重要的作用，因此針對Properdin、Factor B、Factor D開發的抗體、小分子、核酸適配體、RNAi等藥物也相繼進入臨床評價，特別是針對Factor D開發的抗體Lampalizumab在II期臨床研究中顯示了良好的療效(20%患者得到改善)，目前已進入III期臨床治療AMD[35]。

3.3 針對補體受體及配體的藥物 補體發揮的免疫調節、吞噬清除異源物、激活獲得性免疫等功能，需由補體產生的活性產物C3a、C5a、C3b、iC3b及其受體介導，目前針對這類靶點的特異性抑制劑亦在研發中。近年來針對C5a開發的抗體，如IFX-1、ALXN-1007正在進行II期臨床研究，適應癥分別為敗血癥和抗磷脂綜合癥。Chemocentryx研發的CCX168是針對G蛋白偶聯受體C5aR1的小分子抑制劑，其II期臨床試驗獲得了積極的結果，即將開展治療aHUS的III期臨床研究。其他的肽模擬藥物、單抗等藥物的研發也在相繼展開中[35]。其中，肽模擬藥物PMX205由于具有良好的藥效，且可透過血腦屏障，已被FDA授予孤兒藥認證資格。

此外，由于C3a、C5a等過敏毒素可促進腫瘤的侵襲轉移，針對這些靶點及其受體的抑制劑也處于臨床研究階段[37]。

4 結語

補體系統作為人體固有免疫系統的重要組成部分，對于防御異物、維持內環境穩態和保護機體起著重要的作用。然而，補體系統的異常與許多疾病的發生發展密切相關，這些疾病多屬于罕見病，尚無特效治療藥物。近年來，針對補體系統的藥物開發逐漸活躍，多個藥物在臨床上展現出了很好的療效和安全性，但由于補體系統成分多樣，結構復雜，給藥物開發帶來了諸多挑戰，尤其是小分子化合物。同時，補體系統涉及的疾病多樣，患者個體差異較大，在開發補體系統藥物時也需要考慮特定的適應癥和患病人群。此外，天然產物如多糖、黃酮類化合物亦可抑制補體經典途徑的激活，因此天然產物也將是補體系統藥物研發的新方向之一。

[1] Dunkelberger JR,Song WC.Complement and its role in innate and adaptive immune responses[J].Cell Res,2010,20(1):34-50.

[2] Merle NS,Noe R,Halbwachs-Mecarelli L,et al.Complement system part II: role in immunity[J].Front Immunol,2015,6:257.

[3] Zipfel PF,Skerka C.Complement regulators and inhibitory proteins[J].Nat Rev Immunol,2009,9(10):729-740.

[4] Das N,Biswas B,Khera R.Membrane-bound complement regulatory proteins as biomarkers and potential therapeutic targets for SLE[J].Adv Exp Med Biol,2013,73(735):55-81.

[5] Brodsky RA.Complement in hemolytic anemia[J].Hematology Am Soc Hematol Educ Program,2015,2015(1):385-391.

[6] van Lookeren Campagne M,Strauss EC,Yaspan BL.Age-related macular degeneration: Complement in action[J].Immunobiology,2016,221(6):733-739.

[7] Sjoholm AG,Jonsson G,Braconier JH,et al.Complement deficiency and disease: an update[J].Mol Immunol,2006,43(1-2):78-85.

[8] de Cordoba SR,Tortajada A,Harris CL,et al.Complement dysregulation and disease: from genes and proteins to diagnostics and drugs[J].Immunobiology,2012,217(11):1034-1046.

[9] Kolev M,Towner L,Donev R.Complement in cancer and cancer immunotherapy[J].Arch Immunol Ther Exp (Warsz),2011,59(6):407-419.

[10] Botto M,Kirschfink M,Macor P,et al.Complement in human diseases: Lessons from complement deficiencies[J].Mol Immunol,2009,46(46):2774-2783.

[11] Oikonomopoulou K,Ricklin D,Ward PA,et al.Interactions between coagulation and complement--their role in inflammation[J].Semin Immunopathol,2012,34(1):151-165.

[12] Ricklin D,Lambris JD.Compstatin: a complement inhibitor on its way to clinical application[J].Adv Exp Med Biol,2008,632:273-292.

[13] Das N.Complement and membrane-bound complement regulatory proteins as biomarkers and therapeutic targets for autoimmune inflammatory disorders,RA and SLE[J].Indian J Exp Biol,2015,53(11):701-713.

[14] Bao L,Cunningham PN,Quigg RJ.Complement in lupus nephritis: new perspectives[J].Kidney Dis (Basel),2015,1(2):91-99.

[15] Botto M.C1q knock-out mice for the study of complement deficiency in autoimmune disease[J].Experimental and Clinical Immunogenetics,1998,15(4):231-234.

[16] Berger BE.The alternative pathway of complement and the evolving clinical-pathophysiological spectrum of atypical hemolytic uremic syndrome[J].Am J Med Sci,2016,352(2):177-190.

[17] Karpman D,Loos S,Tati R,et al.Haemolytic uraemic syndrome[J].J Intern Med,2016.[Epub ahead of print]

[18] Siomou E,Gkoutsias A,Serbis A,et al.aHUS associated with C3 gene mutation: a case with numerous relapses and favorable 20-year outcome[J].Pediatr Nephrol,2016,31(3):513-517.

[19] Niel O,Dallocchio A,Thouret MC,et al.C3 nephritic factor can be associated with membranous glomerulonephritis[J].Pediatr Nephrol,2015,30(2):353-355.

[20] Zhang Y,Nester CM,Martin B,et al.Defining the complement biomarker profile of C3 glomerulopathy[J].Clin J Am Soc Nephrol,2014,9(11):1876-1882.

[21] Durey MA,Sinha A,Togarsimalemath SK,et al.Anti-complement-factor H-associated glomerulopathies[J].Nat Rev Nephrol,2016,12(9):563-578.

[22] Java A,Atkinson J,Salmon J.Defective complement inhibitory function predisposes to renal disease[J].Annu Rev Med,2013,64:307-324.

[23] Ricklin D,Lambris JD.Complement-targeted therapeutics[J].Nat Biotechnol,2007,25(15):1265-1275.

[24] Kourtzelis I,Rafail S.The dual role of complement in cancer and its implication in anti-tumor therapy[J].Ann Transl Med,2016,4(14):265.

[25] Janelle V,Langlois MP,Tarrab E,et al.Transient complement inhibition promotes a tumor-specific immune response through the implication of natural killer cells[J].Cancer Immunol Res,2014,2(3):200-206.

[26] Cho MS,Vasquez HG,Rupaimoole R,et al.Autocrine effects of tumor-derived complement[J].Cell Rep,2014,6(6):1085-1095.

[27] Wu Y,Wang Y,Qin F,et al.CD55 limits sensitivity to complement-dependent cytolysis triggered by heterologous expression of alpha-gal xenoantigen in colon tumor cells[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2014,306(12):G1056-1064.

[28] Li B,Lin H,Fan J,et al.CD59 is overexpressed in human lung cancer and regulates apoptosis of human lung cancer cells[J].Int J Oncol,2013,43(3):850-858.

[29] Lu Y,Hu XB.C5a stimulates the proliferation of breast cancer cells via Akt-dependent RGC-32 gene activation[J].Oncol Rep,2014,32(6):2817-2823.

[30] Cai K,Wan Y,Wang Z,et al.C5a promotes the proliferation of human nasopharyngeal carcinoma cells through PCAF-mediated STAT3 acetylation[J].Oncol Rep,2014,32(5):2260-2266.

[31] Maurer AJ,Bonney PA,Toho LC,et al.Tumor necrosis-initiated complement activation stimulates proliferation of medulloblastoma cells[J].Inflamm Res,2015,64(3-4):185-192.

[32] Nitta H,Murakami Y,Wada Y,et al.Cancer cells release anaphylatoxin C5a from C5 by serine protease to enhance invasiveness[J].Oncol Rep,2014,32(4):1715-1719.

[33] Vlaicu SI,Tegla CA,Cudrici CD,et al.Role of C5b-9 complement complex and response gene to complement-32 (RGC-32) in cancer[J].Immunol Res,2013,56(1):109-121.

[34] Fosbrink M,Niculescu F,Rus H.The role of c5b-9 terminal complement complex in activation of the cell cycle and transcription[J].Immunol Res,2005,31(1):37-46.

[35] Ricklin D,Lambris JD.New milestones ahead in complement-targeted therapy[J].Semin Immunol,2016,28(3):208-222.

[36] Risitano AM,Marotta S.Therapeutic complement inhibition in complement-mediated hemolytic anemias: Past,present and future[J].Semin Immunol,2016,28(3):223-240.

[37] Pio R,Ajona D,Lambris JD.Complement inhibition in cancer therapy[J].Semin Immunol,2013,25(1):54-64.

(編校：吳茜)

Overview of complement-targeted therapy

JI Ming, WANG Li-yuan, JIN Jing, CHEN Xiao-guangΔ

(Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100730, China)

The complement system is a powerful effector arm of innate immunity, which have the roles in phagocytosis of foreign elements, solubilization of immune complexes, apoptotic cell clearance and enhance of humoral immune responses. Dysregulation of complement activity has been connected to various disease including infections，autoimmune diseases and cancers. These triggered a broad of candidates acting at complement activation are currently in clinical development. This review will provide an overview of complement system and related diseases, and update recent development in complement-targeted drug discovery.

complement system; autoimmune diseases; cancer; infection; complement inhibitor

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.12.002

季鳴，男，博士在讀，助理研究員，研究方向：抗腫瘤分子藥理，E-mail：jiming@imm.ac.cn；陳曉光，通信作者，研究員，研究方向：抗腫瘤分子藥理，E-mail：chxg@imm.ac.cn。

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