补体系统药物研究进展

季鸣，王丽，金晶，陈晓光

(中国医学科学院/北京协和医学院 药物研究所，北京 100730)

补体系统药物研究进展

(中国医学科学院/北京协和医学院 药物研究所，北京 100730)

补体系统作为机体固有免疫系统的一部分，在吞噬异源物、清除免疫复合物和凋亡细胞以及参与获得性免疫等方面起着重要的作用。补体系统的异常与感染、自身免疫系统疾病、肿瘤等多种疾病密切相关。近年来，随着对补体系统的深入研究和分子生物学技术的不断发展，补体系统药物的开发逐渐活跃，涉及多种补体系统相关的疾病。本文主要从补体系统的组成、补体系统与疾病的关系以及补体系统药物研发现状等方面进行论述。

补体系统；自身免疫系统疾病；肿瘤；感染；补体抑制剂

补体系统是机体固有免疫的重要组成部分，由多达50多种可溶性蛋白和膜结合蛋白组成，在机体抵御外源物、细胞裂解、炎性反应、免疫复合物的溶解、清除凋亡细胞以及增强体液免疫反应等生命活动中起着重要的作用[1-2]。

补体系统由通过级联激活发挥作用的三大途径组成，分别为由抗原抗体复合物激活的经典途径，由微生物表面的糖类物质激活的凝集素途径以及由补体成分3(C3)水解产物C3H2O或C3活性片段C3b结合Properdin而激活的替代途径。不同补体途径激活后，形成C3转化酶(C4b2b或C3bBb)，活化C5，最终经过级联反应形成膜攻击复合物(membrane attack complex，MAC)[1]。

1 补体系统的组成

补体系统成分复杂，含有50多种蛋白，根据作用的不同可分为激活因子、调节因子和补体受体。

1.1 激活因子 补体激活因子也就是补体固有成分，即参与补体激活级联反应的各成分，包括经典的C1-C9，凝集素途径的MBL、MASP以及Factor B、Factor D等。在生理状态下，这些成分都是以无活性的酶前体形式存在。当补体系统激活后产生级联放大反应，最终生成膜攻击复合物，作用于细胞膜形成小孔，最终导致靶细胞死亡。

1.2 调节因子 补体调节因子指可溶性或以膜结合形式存在的、调节补体活化的一类蛋白，包括C1-INH、Factor I、C4BP、Factor H和Properdin(P因子，又称备解素)等。补体激活的各个环节中，均受到补体调节因子的精细调节，如降解C3b和C4b调控其介导的调理作用；严密控制C3转化酶的活性避免补体的持续激活；调控MAC的组装；将过敏毒素C3a和C5a转化为无活性或低活性物质[3]。

1.3 补体受体 补体受体是一类膜蛋白，主要表达在免疫细胞膜表面，通过与激活的补体成分结合发挥包括增强招募白细胞到炎症部位、促进吞噬清除病原微生物、清除感染部位或血液系统中产生的免疫复合物等作用。补体受体包括过敏毒素受体、C3b及其衍生物相关补体受体以及C1q受体，见表1。

过敏毒素受体是C5a受体(C5aR，CD88)和C3a受体(C3aR)。C5aR是分子量为42kD的膜糖蛋白，属于7次跨膜的G蛋白偶联受体，与C5a和C5a-desarg具有高亲和力。人的C3aR与C5aR类似，也属于7次跨膜的G蛋白偶联受体，含482个氨基酸，其配体为C3a。

C3b及其衍生物相关补体受体，包括1型补体受体(CR1，CD35)、2型补体受体(CR2)、3型补体受体(CR3)、4型补体受体(CR4)，这些受体通过结合活性C3片段C3b及其降解产物iC3b和C3dg发挥生物学作用。

C1q受体又可分为cC1qR、qC1qR和VLA-2。cC1qR和VLA-2主要结合于C1q的胶原样区域，而qC1qR主要结合于C1q的球状头部。

表1 补体受体

2 补体系统与疾病

由于补体系统在机体防御异源物、清除体内免疫复合物、参与获得性免疫等方面起着重要作用，补体系统的异常与自身免疫系统疾病、肿瘤等多种疾病密切相关。目前研究报道的补体系统各成分缺陷的比例很低，西方国家的发生率为0.03%，但最新研究发现，补体抑制因子Factor H的多态性与高发病率的年龄相关黄斑变性密切相关。补体系统缺陷引起的补体活性下降或功能紊乱会导致许多严重的疾病，如复发的严重感染、系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)、肾脏疾病、年龄相关黄斑水肿、阵发性夜间血红蛋白尿症(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)、血管水肿等[4-8]。此外，补体系统亦与肿瘤密切相关[9]。

表2 补体蛋白缺陷相关疾病Tab.2 Complement protein deficiency related diseases

MPGN：膜增生性II型肾小球肾炎；aHUS：非典型性溶血性尿毒症；AMD：年龄相关黄斑变性；HAE：遗传性血管水肿。

2.1 感染

2.1.1 感染风险增加：在补体蛋白缺陷的患者中，增加感染风险是最常见的一类，这些缺陷主要是C2、C3、膜攻击复合物(MAC，C5-C9)、Properdin以及Factor I[7,10]。C3的直接缺失使机体无法发挥调理素作用而容易感染革兰氏阳性菌，而Factor I和Factor H的缺陷会增加机体感染化脓性细菌的风险。MAC的缺失则会导致机体无法攻击细菌，造成革兰氏阴性菌的感染。此外，补体受体CR3和CR4的缺陷也会引起白细胞粘附功能紊乱和复发的化脓性细菌感染。

2.1.2 全身炎症反应综合征(SIRS)：目前，补体相关炎症疾病研究较为深入的是败血症。败血症的特征是由补体介导的强烈的炎症反应，即全身炎症反应综合征。在败血症患者中，由于细菌感染，引起体内免疫细胞产生大量细胞因子、趋化因子和补体[11]。虽然补体系统在败血症中的具体机制尚不明确，但补体成分C3a、C4a和C5a在败血症患者中显著增加，并且与其死亡结局呈正相关，推测C5a与其受体C5aR和C5L2在疾病进展中发挥了重要的作用[12]。

2.2 自身免疫系统疾病——系统性红斑狼疮 补体系统的缺陷也与SLE、脉管炎等自身免疫性疾病密切相关[7,13]。在补体经典途径中，C1、C2和C4以及C3缺陷的人易患SLE[14]，这与经典途径参与清除免疫复合物和凋亡细胞、介导补体依赖的B细胞耐受有关。此外， C1q缺陷会引起凋亡细胞的聚集，打破机体稳态，增加体内的自身抗原，进而促进SLE的发生[15]。

2.3 肾脏疾病

2.3.1 非典型性溶血性尿毒症(aHUS)：非典型性溶血性尿毒症的特征为微血管病变溶血性贫血、血小板减少和急性肾衰。50%以上的aHUS病例与补体调节因子如Factor H、Factor I、MCP、C4BP、Factor B和C3存在突变或多态性以及产生Factor H自身抗体有关[16-18]。这些突变或多态性通常以杂合子的形式出现，并影响这些蛋白的分泌和功能。

2.3.2 膜增生性Ⅱ型肾小球肾炎(MPGN)：MPGN是一类严重的肾脏疾病，典型特征为电镜下可见的电子密度沉积并伴有肾小球基底膜和系膜细胞增生。Factor H或C3缺失的人群易患此类疾病，此外机体产生针对替代途径中C3转化酶的自身抗体(也叫肾炎因子C3NeF)也与MPGN有关[19]。

2.3.3 肾小球肾炎：肾小球肾炎是由于肾脏血管中免疫复合物引起补体过度激活而造成肾脏损伤的疾病[20]。C3及其调节蛋白Factor I和Factor H与肾小球肾炎的发生发展密切相关[21]。Factor I和Factor H的缺失会导致C3调节的紊乱。此外，C1q敲除的小鼠可产生自身抗体，不能有效的清除凋亡细胞，易患免疫复合物引起的肾小球肾炎[22]。

2.4 肿瘤 一直以来，公认的补体系统都被认为是机体抵御肿瘤的重要手段[23]，然而随着研究的不断深入，这一观点逐渐被改变，无论是补体系统本身还是补体活化产物，都直接或间接促进了肿瘤的发生发展[24]。在小鼠黑色素瘤模型中，耗尽补体成分C3后可使T淋巴细胞激活，增强T细胞的抗肿瘤效应[25]。敲除C3基因的小鼠移植卵巢癌后可检测到C3，而该C3是由移植的卵巢癌细胞分泌的[26]，这些结果提示肿瘤可自分泌补体系统的某些成分促进自身的生长。此外，某些肿瘤细胞可以通过表达补体调节因子，抑制补体系统，从而使肿瘤细胞逃避补体的攻击，如结肠癌细胞Ls-174T表达的DAF、肺癌细胞NCI-H157表达的CD59等[27-28]。这些研究表明，补体系统激活过程中产生的过敏毒素C3a和C5a，在淋巴癌、卵巢癌、宫颈癌等肿瘤中可以通过作用于肿瘤细胞表面的相应受体，促进肿瘤细胞的增殖[29-31]，同时肿瘤细胞亦可通过自分泌C3a和C5a，增强自身的侵袭能力[32]。此外，补体系统中的MAC存在亚溶解型，可通过激活肿瘤细胞的PI3K/Akt和ERK通路促进肿瘤的恶性增殖[33-34]。随着研究的深入，补体系统已逐渐成为了肿瘤药物开发的新靶点。

3 补体系统药物

近年来随着自身免疫性疾病和肿瘤免疫药物的开发，针对补体系统的药物研发已进入了活跃期，但由于补体系统涉及50余种蛋白，调控机制复杂，其药物的研发亦具有较大的挑战[8,23,35-36]。

3.1 针对补体激活因子的药物 在补体的经典途径、凝集素途径以及替代途径中，目前正在开发的靶点包括C1(C1q，C1r，C1s)、MASP、C2、C3、C5和C6等。针对C1q开发的单克隆抗体ANX005在动物上对神经退行性疾病显示了良好的疗效，目前处于临床前研究阶段，而针对C1s的单抗TNT009拟开发冷凝血症、自身免疫性溶血性贫血等适应症，已进入I期临床[35]。Omeros公司同时开发了针对以MASP2为靶点的单抗OMS721和以MASP-3为靶点的单抗OMS902，前者即将开展III期临床，用于开发aHUS[35]。针对补体系统的重要蛋白C3，多家公司都正在开发多肽类药物(如AMY-101，APL-1)或重组酶(CB2782)用于PNH慢性阻塞性肺疾病、COPD、AMD等疾病的治疗。

针对C5开发的抗体药物Eculizumab是全球首个上市的补体系统药物，通过抑制C5从而阻断膜攻击复合物的形成，目前用于PNH和aHUS的治疗。然而由于在部分患者中C5存在多态性，因此Eculizumab无法完全响应。而该特异性药物的成功上市亦掀起了C5抗体药物的研发热潮，迄今已有Tesidolumab、ALXN1210、SOBI002、Coversin等多个抗体或重组蛋白药物进入了II期临床阶段，而针对C5的核酸适配体Zimura已进入了III期临床阶段，用于治疗AMD[35]。

3.2 针对补体调节因子的药物 除了补体激活因子外，调节因子亦是补体系统药物研发的方向之一。以C1-INH为靶点的蛋白药物Cinryze、Berinert、Cetor和Ruconest均已获准上市批准，用于治疗HAE。但由于这类药物均为广谱的酯酶抑制剂，特异性不高，亦可同时阻断C1r/s、MASP等。

在补体激活过程中，尤其是形成不同途径C3转化酶时，补体调节因子如Factor H、Properdin、Factor B、Factor D等对于调控转化酶的活性起着重要的作用，因此针对Properdin、Factor B、Factor D开发的抗体、小分子、核酸适配体、RNAi等药物也相继进入临床评价，特别是针对Factor D开发的抗体Lampalizumab在II期临床研究中显示了良好的疗效(20%患者得到改善)，目前已进入III期临床治疗AMD[35]。

3.3 针对补体受体及配体的药物 补体发挥的免疫调节、吞噬清除异源物、激活获得性免疫等功能，需由补体产生的活性产物C3a、C5a、C3b、iC3b及其受体介导，目前针对这类靶点的特异性抑制剂亦在研发中。近年来针对C5a开发的抗体，如IFX-1、ALXN-1007正在进行II期临床研究，适应症分别为败血症和抗磷脂综合症。Chemocentryx研发的CCX168是针对G蛋白偶联受体C5aR1的小分子抑制剂，其II期临床试验获得了积极的结果，即将开展治疗aHUS的III期临床研究。其他的肽模拟药物、单抗等药物的研发也在相继展开中[35]。其中，肽模拟药物PMX205由于具有良好的药效，且可透过血脑屏障，已被FDA授予孤儿药认证资格。

此外，由于C3a、C5a等过敏毒素可促进肿瘤的侵袭转移，针对这些靶点及其受体的抑制剂也处于临床研究阶段[37]。

4 结语

补体系统作为人体固有免疫系统的重要组成部分，对于防御异物、维持内环境稳态和保护机体起着重要的作用。然而，补体系统的异常与许多疾病的发生发展密切相关，这些疾病多属于罕见病，尚无特效治疗药物。近年来，针对补体系统的药物开发逐渐活跃，多个药物在临床上展现出了很好的疗效和安全性，但由于补体系统成分多样，结构复杂，给药物开发带来了诸多挑战，尤其是小分子化合物。同时，补体系统涉及的疾病多样，患者个体差异较大，在开发补体系统药物时也需要考虑特定的适应症和患病人群。此外，天然产物如多糖、黄酮类化合物亦可抑制补体经典途径的激活，因此天然产物也将是补体系统药物研发的新方向之一。

[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.

(编校：吴茜)

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

季鸣，男，博士在读，助理研究员，研究方向：抗肿瘤分子药理，E-mail：jiming@imm.ac.cn；陈晓光，通信作者，研究员，研究方向：抗肿瘤分子药理，E-mail：chxg@imm.ac.cn。

R966

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