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Clinical application and development of anti

花匠小妙招
2026-02-24 00:03

张世哲, 江鸿标, 卢玥晴, 马慧慧, 陈亮宇, 赵心清, 苏春. 抗补体活性物质临床应用及开发研究进展[J]. 微生物学通报, 2022, 49(6): 2347-2361.

ZHANG Shizhe, JIANG Hongbiao, LU Yueqing, MA Huihui, CHEN Liangyu, ZHAO Xinqing, SU Chun. Clinical application and development of anti-complement agents: a review[J]. Microbiology China, 2022, 49(6): 2347-2361.

抗补体活性物质临床应用及开发研究进展

张世哲1 , 江鸿标1 , 卢玥晴1 , 马慧慧1 , 陈亮宇3 , 赵心清2 , 苏春1

1. 陕西师范大学生命科学学院, 陕西  西安    710119;
2. 上海交通大学生命科学技术学院, 上海    200240;
3. 天津企业多组学重点实验室, 天津    300000

收稿日期: 2021-10-15; 接受日期: 2021-12-30; 网络首发日期: 2022-02-07

基金项目: 全国大学生创新创业训练计划(S202010718203，S202110718137)；中央高校自由探索项目(GK202103075)；陕西省重点研发计划(2021NY-196)；国家自然科学基金面上项目(31970771)

摘要: 补体系统是先天免疫系统的重要组分之一，类风湿关节炎、自身免疫性溶血性贫血、2019冠状病毒病等多种疾病的发生与补体系统异常密切相关。目前临床常用的补体抑制剂多为化学合成药物，其选择性较差，长期使用容易导致机体免疫能力降低。天然产物来源的抗补体活性成分毒性小、易于被机体消化吸收，其中微生物来源的抗补体活性物质具有独特的优势和应用潜力，可利用基因组挖掘快速发现和鉴定，并利用代谢工程改造和发酵优化大量生产，但目前相关研究仍处于前期研究开发阶段。本综述总结了近年来国内外较常见补体抑制剂的临床应用，同时对微生物来源抗补体活性物质的研发进展进行了讨论，以期为补体抑制剂的临床研究和天然来源新型抗补体活性物质的开发提供参考。

关键词: 补体系统微生物来源抗补体活性物质基因组挖掘放线菌代谢工程

Clinical application and development of anti-complement agents: a review

ZHANG Shizhe1 , JIANG Hongbiao1 , LU Yueqing1 , MA Huihui1 , CHEN Liangyu3 , ZHAO Xinqing2 , SU Chun1

1. College of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, Shaanxi, China;
2. School of Life Sciences and Biotechnology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
3. Tianjin Multiomics Key Laboratory, Tianjin 300000, China

Received: 15-10-2021; Accepted: 30-12-2021; Published online: 07-02-2022

Foundation item: National College Students' Training Program of Innovation and Entrepreneurship of China (S202010718203, S202110718137); Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (GK202103075); Key Research and Development Program of Shaanxi Province (2021NY-196); National Natural Science Foundation of China (31970771)

Abstract: Complement system is a major component of innate immune system, which provides a vital first-line barrier to invading pathogens. The dysfunction of human complement system is related to multiple diseases, such as rheumatoid arthritis, autoimmune hemolytic anemia, and COVID-19. At the moment, most of the clinical complement inhibitors are chemically synthesized, which show poor selectivity and result in decreased immunity after long-term use. In contrast, natural anti-complement agents feature low toxicity and ease of being absorbed. Particularly, anti-complement agents of microbial origin have unique advantages and application potential, which can be discovered and identified by genome mining and produced in large quantities after metabolic engineering and fermentation optimization. However, related research is still in its infancy. Here we summarized the clinical applications of common complement inhibitors in recent years and reviewed the research and development of anti-complement agents of microbial origin, hoping to provide a reference for the clinical research on complement inhibitors and development of natural anti-complement agents.

Keywords: complement system anti-complement agents of microbial origin genome mining actinomyces metabolic engineering

补体系统是人体第一道防线，是先天免疫系统的重要组分之一。其具有介导炎症反应、吸引并激活吞噬细胞、补充或扩大抗体效应等多种重要功能，并且在维持组织稳态和完整性[1]及抵御病毒感染[2]等方面均发挥着重要作用。补体系统主要通过3种途径激活：经典途径、凝集素途径(mannose-binding lectin，MBL)和旁路途径[3]。经典途径主要通过C1q与C1r和C1s复合物中的抗体和抗原识别来激活，其中蛋白酶C1r和C1s切割C4和C2产生由补体受体1 (CR1)、C4结合蛋白(C4BP)、衰变加速因子(DAF)、膜辅因子蛋白(MCP)和因子Ⅰ(FⅠ)调节的C3转化酶(C4b2a)；C3转化酶裂解C3产生过敏毒素C3a和C3b，其中大多数C3b与C4b2a和C3bBb相结合形成C5转化酶(C4b2a3b和C3bBb3b)；C5转化酶再将C5裂解成强效过敏毒素C5a和C5b，C5b结合C6、C7、C8和C9形成裂解膜攻击复合物(membrane attack complex，MAC)使细胞溶解，从而产生免疫学作用，而强效过敏毒素C3a和C5a则通过各自的受体(C3aR、C5aR1、C5L2和C5aR2)作用募集免疫细胞，因此，经典途径连接了天然免疫和获得性免疫系统[4]。此外，MBL起始分子为凝集素相关的丝氨酸蛋白酶(the MBL-associated serine proteases，MASP)，通过与甘露糖或糖蛋白结合而启动[4]；旁路途径则是越过C1、C4和C2，直接由外源分子结合C3b而启动[4]。由此可见，后2种途径的激活并不依赖抗原-抗体复合物的形成。

当补体系统过度激活时可导致炎症风暴和退行性疾病[5]，甚至在近年全球暴发的新型冠状病毒肺炎中急性呼吸窘迫综合征成为致死的重要原因之一，而炎症因子风暴正是引发其患病的关键环节，因此补体治疗进一步得到了高度重视。随着补体系统的作用在各种临床疾病中不断被揭示，补体抑制剂在补体过度激活相关疾病中的应用也引起广泛关注。补体抑制剂是一类与补体功能有关的调节蛋白，能够抑制补体过度激活，减轻机体的免疫损伤。目前临床上常用的补体抑制剂多为糖皮质激素、环磷酰胺和甲胺蝶呤等化学合成药物，其成本较高、选择性差，长期使用会导致机体免疫能力降低，继而产生多种并发症和不良反应。天然产物来源的抗补体活性成分具有开发成本低、毒性小且可以直接被机体消化吸收等优势[3]，因此其在药物开发和临床应用中均具有巨大潜力。利用微生物生产天然产物具有不占用耕地、成本低、周期短、容易发酵放大、容易进行质量控制和容易进行结构改造等优势。因此，微生物来源的抗补体活性物质具有良好的开发潜力。

本文对抗补体活性物质的临床应用案例进行介绍，并对近五年来动植物及微生物来源抗补体活性成分的开发进行综述，尤其对微生物来源的抗补体活性物质研究进行深入分析和讨论。

1 抗补体活性物质临床应用研究进展

作为免疫系统的重要组成成分，补体系统与自身免疫性疾病的发病过程有着紧密联系[6]。正常情况下，补体系统受到补体抑制剂的精确调控，不会引起机体组织损伤，但补体系统在病理条件下被过度激活则会造成人体自身正常组织的损伤。补体缺陷或功能异常是自身免疫性疾病的主要诱因之一[6]，会引发多种疾病，例如系统性红斑狼疮、非典型性溶血尿毒综合征[7]、年龄相关性黄斑变性[8]和慢性荨麻疹[9]等。除此之外，阵发性睡眠性血红蛋白尿症[10]、自身免疫性溶血性贫血[11]、类风湿关节炎[12]、遗传性血管神经性水肿[13]和2019冠状病毒病[14]等疾病的发生也与补体系统失调相关。

1.1 系统性红斑狼疮的临床治疗

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)是一种多系统损害的慢性自身性免疫疾病。现代医学认为其发病原因很可能是由于遗传因素与环境因素共同作用导致自身抗体大量沉积所致[15]，并推测SLE皮肤损伤的机制与补体系统中经典激活途径中的关键因子C1q、C3和C4缺乏有关。一方面，C1q的缺失会影响C1复合体的形成，使得补体经典途径活化失败刺激机体产生更多抗体，从而增加自身抗体-抗原复合物沉积对皮肤的损伤[16]。另一方面，C4基因被鉴定为SLE的易感基因，C3水平的下降和C4基因拷贝数的降低也是SLE发生的因素之一[17]。系统性红斑狼疮的治疗常使用免疫抑制剂，如糖皮质激素、硫唑嘌呤和他克莫司等，但这些免疫抑制剂毒副作用较大，对身体有一定的损伤[15]。靶向补体抑制疗法通过将补体抑制剂特异性地打靶至损伤部位和补体活化位点，其在提高特异性治疗疾病的同时减少了药物对身体的损伤，为系统性红斑狼疮的治疗提供了一个新方向[18]。例如，抑制剂托法替尼可通过抑制促炎细胞因子IL-6触发的信号转导和转录激活因子通路JAK/STAT3来上调转化生长因子-βI型受体(TGFβRI)表达，进而抑制SLE的T细胞活化，达到缓解系统性红斑狼疮的目的[19]。钙调素抑制剂能够阻断钙调神经磷酸酶参与的通路，使T细胞分泌的促炎介质IL-2、IL-17、TNF、IFN-γ和CD40-L减少，达到缓解患者病情的目的[20]。高迁移率蛋白HMGB1抑制剂甘草甜素能够在无C1q，或当C1q由于免疫复合物介导的补体消耗而降低时抑制SLE患者的HMGB1过度表达，避免补体系统的过度激活，使巨噬细胞中促炎细胞因子反应减弱，最终使SLE患者的病情得到减缓甚至痊愈[21]。此外，体内外多项研究表明，雷公藤素不仅通过抑制核因子-κB (NF-κB)的通路及促炎细胞因子TNF、IL-6和IL-1β活性，并且可以通过促进促炎细胞因子IL-10的产生对SLE患者进行治疗[22]。利用调节信号蛋白如白细胞介素10、肿瘤坏死因子和基质金属蛋白酶9的功能同样可以对抗SLE，由于这些信号通路调控蛋白激酶和肿瘤坏死因子及其凋亡通路，因而为SLE患者的多靶点治疗开拓了一个新的方向[22]。

1.2 补体抑制剂治疗自身免疫性溶血性贫血

自身免疫性溶血性贫血(autoimmune hemolytic anemia，AIHA)又称为获得性免疫性溶血性贫血，是由抗红细胞自身抗体在补体激活或不激活的情况下对红细胞的破坏增加引起的[11]。AIHA的发病机制涉及多种免疫途径，如补体系统、自身抗体、吞噬细胞等，其中补体系统在温抗体型AIHA的发病机制中起着重要作用。免疫球蛋白IgG与红细胞结合后能够固定补体蛋白复合物C1，从而激活补体的经典途径；补体激活后，在肝脏中被巨噬细胞识别，与C3b受体结合并被吞噬破坏，从而导致血管外溶血，或可能发生由补体的攻膜复合物介导的血管内完全溶血[23]。临床中常用糖皮质激素和利妥昔单抗对AIHA进行治疗。近期发现了一种针对补体经典途径CP特异性丝氨酸蛋白酶C1s的小鼠单克隆抗体TNT003，其可以有效阻止冷凝激素介导的补体调理素沉积，补体调理素可以促进红细胞的吞噬，从而减少血管外溶血的发生[24]。这一发现证明了可以利用补体抑制剂对AIHA进行治疗，给AIHA的治疗提供了一条新的途径。此外，补体抑制剂如complestatin Cp40 (一种阻止C3裂解的低分子肽)和TT30 (一种阻止C3转化酶激活的肽)也是适合治疗AIHA急性期的潜在物质[23]。

1.3 白藜芦醇治疗类风湿关节炎

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种慢性全身性自身免疫疾病，RA发病机制的研究热点为补体系统活化通路及其调控作用。研究发现，如果C3敲除小鼠(C3–/–小鼠)血清抗胶原蛋白抗体水平减低，其相应的关节炎症反应会减弱[25]。进一步研究发现，补体C3活化产生的小片段C3a和大片段iC3b是其主要效应产物，两者分别与补体C3特异性受体C3aR和CR3结合，从而发挥生物学效应[25]。除此之外，研究显示在关节重症炎症中，在滑膜组织的细胞因子TNF-α、IL-1作用下的巨噬细胞和成纤维细胞同样会造成补体系统过度激活[13]。目前临床上采用白藜芦醇(resveratrol，RSV)来治疗RA和预防其并发症间质性肺病(类风湿性关节炎引起的间质性肺病，RA-ILD)[26]。白藜芦醇是葡萄品种和虎杖中含有的一种非黄酮类多酚化合物，具有抗炎、抗氧化、抗衰老和抗癌的作用[27-29]。同时，白藜芦醇不仅能够降低细胞氧化应激水平，还能抑制补体旁路过度激活引起的内皮细胞黏附分子过度表达，因此也是重要的抗补体活性物质[27, 29]。此外，白藜芦醇还可以通过干扰JAK/STAT/RANKL信号通路，抑制促炎细胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β作用并促进抗炎细胞因子IL-10的产生，进而达到治疗RA和预防RA-ILD的目的[26]。

1.4 血浆蛋白酶抑制物治疗遗传性血管神经性水肿

遗传性血管神经性水肿(hereditary angio-oedema，HAE)是常染色体显性遗传病，临床表现主要为反复发生的皮肤肿胀和上呼吸道血管性水肿[30]。2014年国际联合工作组将HAE分为血浆蛋白酶抑制物C1-INH缺乏型和非C1-INH缺乏型，C1-INH能够通过经典途径和旁路途经对补体系统进行调节。在经典途径中，C1-INH抑制补体第一成分的S亚成分与甘露糖结合凝集素相关的丝氨酸蛋白酶的活性；在旁路途径中，其通过抑制C3b与B因子结合对补体系统进行调节[31]。遗传性C1酯酶抑制剂缺乏相关血管性水肿的发病机制是由于合成C1-INH的基因突变导致C1-INH在体内的生物合成量减少，使得补体系统和激肽系统过度激活后血管内缓激肽水平增高，导致毛细血管渗透性增加而造成局部水肿[14]。目前，临床上常利用C1-INH浓缩剂对HAE进行治疗。静脉注射C1-INH浓缩剂后，患者血液中C1-INH水平能够在一定时间内被快速提高，由通过抑制补体分子C3b和B因子结合，从而减缓补体系统的过度激活，达到在短期内缓解症状的目的[13]。此外，也可以利用激肽酶抑制剂抑制血浆激肽释放酶与其活性位点结合，从而减缓激肽的释放，缓解患者的急性水肿[13]。

1.5 新型冠状病毒肺炎与补体系统

由严重急性呼吸系统综合征相关冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2，SARS-CoV-2)感染导致的传染性肺炎又称为2019冠状病毒病(coronavirus disease 2019，COVID-19)，其具有极高的致病性和传染性[32]。在临床研究中发现COVID-19的重症病例与补体系统多种途径过度激活有关。目前，临床发现大多数COVID-19患者的血清中先后出现的IgM型抗体和IgG型抗体与疾病严重程度增加有关，并将这一指标用于临床诊断[33]。由于这些抗体的V区和病毒相关抗原结合后会完成体液免疫效应阶段，可结晶段Fc调理巨噬细胞吞噬病毒并激活补体系统，特别是IgM型抗体具有很强的补体激活能力[1]。补体激活后的产物主要有2类，即局部或细胞表面沉积的C3b和C5b等片段，以及血液中残留的过敏毒素C3a和C5a等片段。其中，C5a可直接作用于内皮细胞，增加血管通透性，释放组织因子，启动凝血过程也可能激发纤溶过程，而且其生物学效应最强[34]。因此，使用抗C5a和抗C5单克隆抗体能够改善患者全身炎症和肺功能衰退的情况[35]。

另外，补体激活受到机体严格调控，除了C4b、C3b和C5b结合到固相后补体系统才会被激活外，补体C1q率先识别抗原-抗体复合物后也可以激活补体经典途径[36]。目前临床发现新型冠状病毒肺炎患者体内抗体浓度升高，补体系统激活强度持续增加，COVID-19编码多种蛋白质抗原使C1q等补体成分大量消耗且浓度显著降低[37]，补体调节因子也抑制补体激活，导致患者随后出现继发性免疫缺陷[2]。因此，动态监测COVID-19患者体内补体C1q水平可预警重型和危重型转化并判断预后情况，也可以评估患者免疫功能，具有较好的临床应用价值[37]。鉴于COVID-19患者机体中补体系统参与并发挥了重要作用，抗补体活性物质在临床上的研究应用也展现出更大潜力。

综上所述，补体作为机体天然免疫中的重要成分，是导致剧烈炎症反应的主要效应因子，也是治疗炎症风暴因子的一个重要方向。不仅如此，补体系统的异常也与感染、自身免疫系统、肿瘤等多种疾病密切相关。例如补体系统在肿瘤免疫中具有双重调节作用，传统意义上补体具有抗肿瘤免疫功能，但当补体不平衡激活后，其可在肿瘤免疫中发挥免疫抑制作用[38-39]。许多皮肤病与补体的异常表达有关，例如银屑病[40]和荨麻疹[40]等。因此，补体系统及其相关因子已经成为了相关药物研发的新靶点。

2 天然产物来源的抗补体活性物质研究进展2.1 植物来源的抗补体活性物质

近年来有文献报道，来源于植物的抗补体活性物质主要包括黄酮类、萜类、多糖类、生物碱类和酚类等化合物，其中前3种类型的化合物为大多数，占93.3%，如表 1所示。化合物1–4属于黄酮类化合物。黄酮类化合物是许多中草药如葛根、黄芩和陈皮等的有效成分，具有扩张冠状动脉、抑菌、调节血管通透性等多种生物活性作用；其中，黄酮类化合物的抗补体活性研究也是近年来药物研发的热点之一[41-43]。槲皮素(2)是从三脉紫菀中分离得到的，一方面，其在补体系统经典途径中CH50可以达到(0.110±0.020) mg/mL，在三脉紫菀来源抗补体活性物质中活性较好；另一方面，补体系统中C3和C5作用于肥大细胞和嗜碱性粒细胞的细胞膜上，可以使细胞脱颗粒，释放组胺、白三烯及前列腺素等活性介质；C2和C4能增强血管的通透性，引起炎性充血从而引起一系列炎症反应[41]。此外，槲皮素在活体实验中也表现出了很好的抗炎活性，其可以抑制小鼠巨噬细胞RAW264.7中炎症因子NO、TNF-α和IL-6的释放以及iNOS和COX-2的表达，具有良好的抗炎作用[41]。柏木双黄酮葡萄糖苷(3)[42]和芦丁(4)[43]不仅在补体系统激活的经典途径中具有抗补体活性，同时也可以通过抑制旁路途径发挥作用，2种化合物的AP50分别为(1.260±0.080) mmol/L和(0.520±0.035) mg/mL。经典途径和旁路途径的激活物、参与成分及在免疫反应中发挥的作用有所不同，前者的启动依赖特异性抗体的产生，在感染的后期发挥作用，并参与抵御相同病原体的再次感染；后者在抗体产生之前的感染早期或初期感染即可发挥作用[57]。化合物3与其同一植物来源的单黄酮类化合物相比其酚羟基数量增加，具有更为显著的抗补体活性，同时还具有抗氧化作用；进一步研究发现，在黄酮中酚羟基是抗补体作用的关键基团，并且含有糖苷结构的黄酮类化合物具有较强的抗补体活性[42]。由此可见，黄酮化合物的抗补体活性受多个因素的影响，一般情况下酚羟基越多活性越好。当黄酮C-3位成苷后，黄酮类的抗补体活性略有增强；当C-7位酚羟基被取代后，其活性略有下降；5, 7-二取代黄酮的抗补体活性可能与B环上的羟基数目成反比[41-43]。

表 1　植物和动物来源抗补体活性化合物及其抗补体活性Table 1　Anti-complement active compounds from plants and animals' sources

化合物
Compounds 来源
Sources 抗补体活性
Anti-complement activity (CH50) 作用靶点
Targets 文献
References 山柰酚
Kaempferol (1) 山腊梅
Chimonanthus nitens 0.041±0.036 mg/mL − [10] 槲皮素
Quercetin (2) 三脉紫菀
Aster ageratoides 0.110±0.020 mg/mL C1q, C2, C5 and C9 [41] 柏木双黄酮葡萄糖苷
Cupressuflavone-4′-O-β-D-glucosides (3) 密枝圆柏
Juniperus convallium 0.035±0.084 mg/mL C1q, C2, C3, C4,
C5 and C9 [42] 芦丁
Rutin (4) 意大利牛舌草
Anchusa italica 0.420±0.012 mg/mL − [43] Madolin W (5) 紫花地丁
Viola yedoensis 0.140±0.050 mg/mL C1q, C3, C5 and C9 [44] Solalyratin B (6) 西藏堇菜
Viola kunawarensis 0.050±0.020 mmol/L − [45] 茯苓酸
Pachymic acid (7) 茯苓
Poria cocos 0.100±0.020 mg/mL − [46] 连钱草多糖
Glechomae herba polysaccharide GLP-1 (8) 活血丹
Glechoma longituba 0.029±0.004 mg/mL − [47] 鱼腥草多糖
Houttuynia cordata polysaccharide HC-PS1
and HC-PS3 (9) 鱼腥草
Houttuynia cordata 0.295±0.032 mg/mL
and 0.271±0.026 mg/mL C2, C4 and C5 [48] 香柏多糖
Juniperus pingii var. wilsonii polysaccharide
JPWP-PS (10) 香柏
Juniperus pingii var. wilsonii 0.073±0.009 mg/mL − [49] 旱莲草多糖
Eclipta prostrata polysaccharide EAP20-1 (11) 旱莲草
Eclipta prostrata 0.112±0.013 mg/mL C1q, C1r, C1s, C2,
C4, C5, C7 and C9 [50] 青天葵多糖
Nervilia fordii polysaccharide DT6-1 (12) 毛唇芋兰
Nervilia fordii 0.051±0.002 mg/mL − [51] 伞形香青酰胺
Umbrella vanilamide (13) 紫花地丁
Viola yedoensis 0.120±0.070 mg/mL C1q, C2, C3, C5 and C9 [52] 眼镜蛇毒因子
Cobra venom factor CVF (14)
环磷酰胺
Cyclophosphamide CTX-CI (15)
金属蛋白酶
Metalloproteinase astrase A (16)
金属蛋白酶
Metalloproteinase astrase B (17) 孟加拉眼镜蛇
Naja kaouthia 0.047 mmol/L (CH50) C3 [53] 0.091 μmol/L (IC50) C3 [54] − − [55] About 50.000% Complement component
factor B, C6, C7 and C8 [56] 注：−：尚无报道
Note: −: No reports.

化合物5−7属于萜类物质。萜类化合物是由异戊二烯或异戊烷以不同方式连接而成的一类天然化合物，在自然界中分布广泛，也是植物的次生代谢产物之一，具有杀菌、消炎和抗肿瘤细胞等多种生物活性[58]。从紫花地丁中分离得到的化合物madolin W (5)是近五年来首次报道的具有抗补体活性的马多林倍半萜类化合物，其对经典途径和旁路途径均有一定的抑制作用，其AP50为(0.320±0.040) mg/mL[44]。四萜类化合物solalyratin B (6)[45]和三萜酸类化合物茯苓酸(7)[46]也具有显著的抗补体活性，活性均高于阳性对照肝素钠。除此之外，化合物7具有抗炎、抗肿瘤、免疫调节及保肝等生物活性，其C-20位的羧基是其发挥抗补体活性的重要官能团[45-46]。

化合物8−12属于多糖类物质。多糖类化合物是构成生命的四大基本物质之一，在抗肿瘤、抗炎和抗病毒等方面均发挥着重要的生物活性作用。近年来，从植物中分离得到的具有抗补体活性的多糖大多数为杂多糖，例如连钱草多糖GLP-1 (8)、鱼腥草多糖HC-PS1和HC-PS3 (9)等。由于阿拉伯糖和半乳糖的含量对多糖抗补体活性起着至关重要的作用[59]，具有抗补体活性的连钱草多糖GLP-1、鱼腥草多糖HC-PS1和HC-PS3、旱莲草多糖EAP20-1结构也主要是由阿拉伯糖和半乳糖组成[47-51]。此外，研究显示不同多糖发挥抗补体作用的靶点各不相同，表 1展示了各种多糖补体经典途径溶血活性。研究表明，连钱草多糖GLP-1 (8)抗补体活性好于肝素钠，其良好的抗补体活性不仅与其半乳糖和阿拉伯糖的含量有关，还与其乙酰基支链连接的空间构象有关[47]。鱼腥草多糖HC-PS1、HC-PS3 (9)[48]和青天葵多糖DT6-1 (12)[51]可以通过旁路途径抑制补体系统，其AP50分别为(0.318±0.023)、(0.314±0.025)和(0.091±0.006) mg/mL，其活性均弱于肝素钠。旱莲草多糖EAP20-1 (11)[50]通过旁路途径的抗补体活性和肝素钠几乎相等，其AP50为(0.198±0.043) mg/mL。虽然近年来发现的多糖类抗补体活性物质活性大都弱于肝素钠，但由于其来源于天然药用植物，具有低毒副作用的优势。研究结果显示，相比肝素钠显著干扰凝血系统，化合物(9)和化合物(11)对凝血系统几乎无影响[48, 50]。化合物(12)对RAW264.7小鼠巨噬细胞无毒性，而且可以显著提高其增殖率；在浓度为10−300 μg/mL时可以显著抑制其分泌具有细胞毒性的一氧化氮[51]。以上结果均说明天然产物来源的抗补体活性物质具有低毒副作用的显著优势。

此外，生物碱类化合物伞形香青酰胺(13)和萜类化合物(1R, 4R, 5S, 6R, 7S, 8R, 9S)-4, 8, 11- trihydroxy-9-O-β-D-glucopyranosyl-10(14)-oplopen-3-one (18)均为首次从其来源植物中分离获得，这不仅开拓了抗补体活性物质的资源，也说明天然植物来源的生物活性物质仍然具有很大的挖掘潜力和开发价值[52]。

2.2 动物来源的抗补体活性物质

动物来源的抗补体活性物质研究主要集中于眼镜蛇中分离出来的旁路补体激活物眼镜蛇毒因子CVF (14)，其抗补体活性CH50为0.047 μmol/mL[53]，其在动物来源的抗补体活性物质中具有相对较好的抗补体活性。由于该激活物能持续激活C3和C5，最终导致在补体旁路途径中耗竭补体的特性[60]，受到了研究者广泛的关注。临床上，CVF常用于治疗补体活性过度激活相关疾病，例如维生素D诱导的大鼠动脉硬化[61]、家犬呼吸窘迫综合征[62]和急性肺损伤[63]等。由于CVF与补体成分C3在结构和功能上高度同源，所以CVF的抗补体作用是通过激活旁路途径后消耗补体来实现的[64]。临床方面设计的人补体C3和CVF的人源化杂交分子HC3-1496，在激活C3的同时并不作用于C5，从而避免了C5及后续成分激活的效应，为开发新的抗补体药物提供了新的思路[60, 65]。动物来源的抗补体活性物质除了良好的生物活性，其在理化性质方面也具有很强的应用优势。例如，云南孟加拉眼镜蛇毒因子CVF具有较好的抗补体活性，其抗补体因子对温度、酸碱也均有较强的耐受性[66]，这使得所生产的抗补体药物具有对多种理化环境的适应能力。

从眼镜蛇中分离出的其他多种活性物质如细胞毒素类蛋白质环磷酰胺CTX-CI (15) (IC50为0.091 μmol/L[54])、金属蛋白酶astrase A (16)、astrase B (17)等均具有良好的抗补体作用。眼镜蛇毒金属蛋白酶astrase A不仅能减轻急性肺损伤(acute lung injury，ALI)炎症和相关病理损伤，而且atrase A部分抑制补体活性的效果明显优于CVF，这种现象提示atrase A作用的补体成分可能在ALI中具有重要作用[55]。此外，atrase B作为一种具有抗补体和抗凝血活性的新型金属蛋白酶，可显著延缓不协调的心脏异种移植排斥[56]。目前分离出的抗补体活性物质与分子探针等技术的结合进一步拓展了其在动物来源抗补体活性物质开发和临床应用的可能性。

2.3 微生物来源的抗补体活性物质

目前，微生物来源抗补体活性物质的研究不仅仅局限于物质的分离研究，其研究方向也趋向多样化。表 2所示为近年来微生物来源抗补体活性化合物的研究概况及微生物来源抗补体活性物质合成的相关基因簇。

表 2　微生物源抗补体活性化合物Table 2　Anti-complement active compounds from microbial source

抗补体化合物
Anti-complement compounds 来源
Sources 抗补体活性
Anti-complement activity 相关合成基因簇
Related biosynthetic
gene clusters 文献
References Complestatin (18) Streptomyces sp. WAC01325 50.000% Complestatin BGC [67-68] 衣霉素Ⅰ
TunicamycinⅠ(19) Streptomyces sp. DUT11 (0.088±0.012) mmol/L (CH50) Tunicamycin BGC [69] 衣霉素Ⅴ
Tunicamycin Ⅴ (20) (0.072±0.011) mmol/L (CH50) 衣霉素Ⅶ
Tunicamycin Ⅶ (21) (0.053±0.011) mmol/L (CH50) 衣霉素Ⅹ
Tunicamycin Ⅹ (22) (0.500±0.300) μmol/L (CH50) 3-吲哚甲酸
3-indolecarboxylic acid (23) (24.500±0.900) μmol/L (CH25) 对羟基苯甲酸
p-hydroxybenzoic acid (24) (2.000±0.700) μmol/L (CH25) 2-吡咯甲酸
2-pyrrolidine formic acid (25) (0.900±0.600) μmol/L (CH25) 2-吡咯甲酸
2-pyrrolidine formic acid (26) Streptomyces
xinghaiensis NRRL
B-24674T (2.000±0.300) mmol/L (CH50) − [70] 对羟基苯甲酸
p-hydroxybenzoic acid (27) (0.800±0.100) mmol/L (CH50) 邻羟基苯甲腈
2-hydroxybenzonitrile (28) (2.400±0.500) mmol/L (CH50) 邻氨基苯甲酸
Anthranilic acid (29) (2.500±0.600) mmol/L (CH50) 星海霉素
Xinghaimycin (30) 65.300% (strain crude extract) Xinghaimycin BGC [70-71] 次级代谢产物(M8培养基)
Secondary metabolites
(M8 medium) (31) Streptomyces sp.
S063-GCMC14582 95.300% Novel anti-complement
agents BGCs [71-72] Kistamicin (32) Nonomuraea sp.
ATCC 55076 − Kistamicin BGC [73] 注：−：尚无报道
Note: −: No reports.

微生物来源抗补体活性物质的相关研究仍然很少，代表性化合物为日本Culp团队发现的complestatin (18)[67]，其为天然产物中和万古霉素一类的化合物，最初报道于Streptomyces lavendulae菌株SANK 60477中[68]。Complestatin属于非核糖体多肽合成酶(NRPS)合成的肽天然产物的亚群，这类化合物是线性NRPS经过氧化酚醛簇进一步尾部修饰环化得到的，这造就了严格的交联桥，使其对特定的生物物质具有高亲和性。Complestatin作为潜在的抗补体活性药物，其基因簇组成及其合成机理研究取得了一定进展，该基因簇的异源表达也已经成功[74]。国内学者利用基因组挖掘发现了具有抗补体活性的微生物，主要为海洋放线菌，取得了一系列进展。上海交通大学研究团队分离鉴定了多种海洋放线菌，对关键的菌株进行了基因组测序和基因组挖掘[69]。同时发现分离自大连市星海湾的链霉菌新种星海链霉菌Streptomyces xinghaiensis NRRL B-24674T (简称S187)基因组中存在一个和complestatin生物合成基因簇类似的糖肽类化合物基因簇NRPS1，进一步的基因敲除实验证实基因簇NRPS1的产物与S187合成抗补体活性物质相关[69]。此外，通过生物信息分析和基因序列比对发现，该基因簇与已知抗补体活性物质complestatin合成基因簇相似度为60%左右[70]。与complestatin的基因簇比较，在可能的产物xinghaimycin基因簇中多了2个功能基因，即sinAS (负责亮氨酸转运的基因)和sinPS [(2R)-phospho-3-sulfolactate合成酶基因]，使得最终产物在酪氨酸N位置可能少一个甲基并多一个磺化亮氨酸侧链[70]。除此之外，4个负责骨架合成的NRPS基因sinA–D与complestatin骨架的合成基因comA–D的氨基酸识别位点也不尽相同，这指示着菌株S187合成代谢的活性物质具有更加新颖的结构和功能[70]。此外，海洋链霉菌Streptomyces sp. DUT11 (简称DUT11)和Streptomyces sp. S063-GCMC14582 (简称S063)所产生的次生代谢产物中都具有很强的抗补体活性物质，其中菌株DUT11发酵液中物质的抗补体活性最突出；同时对菌株DUT11的发酵培养条件进行优化后，在M33培养基中菌株发酵液上清和菌丝体抗补体活性分别提高了56.5%和60.8%[71]。活性追踪实验发现，该菌株中所产生的次级代谢产物衣霉素(19–22)的抗补体活性[71]。此外，菌株S063在发酵培养基M8中所产生的次生代谢产物(31)抗补体活性高达95.3%[72]。菌株次生代谢产物粗提混合物的抗补体活性远远高于分离出的单体化合物活性，通过菌株基因挖掘结果显示S063基因组中存在十分丰富的生物合成基因簇，因此推断这可能是由于多种单体化合物共同作用的叠加效应。以上这些数据均显示出微生物来源抗补体活性物质具有巨大的开发潜力和良好的开发前景。

鉴于微生物菌株丰富的基因组序列，基因组挖掘也已成为探索各种微生物生物合成潜力以发现有用天然产物的有力方法。基因组序列分析和次级代谢产物生物合成基因簇的鉴定有助于从各种放线菌菌株中发现新的生物活性化合物，因此基因组挖掘技术已经成为国内外研究的热点[75]。例如，Nazari等对印度Kistna河附近土壤中分离出的菌株Nonomuraea sp. ATCC 55076进行基因组挖掘，鉴定出了与complestatin有相似生物活性的糖肽类抗生素kistamicin (32)，并发现了该菌株具有截至目前最大的放线菌基因组[73]。此外，利用微生物的基因组信息预测其合成特定天然产物的潜能，进而进行新化合物分离纯化和结构鉴定，并且已经在多种细菌和真菌的天然产物发现中得到成功应用[76]。Panter等[77]利用五肽重复蛋白(pentapeptide repeat proteins，PRP)介导的对拓扑异构酶抑制剂的自身抗性机制来挖掘Pyxidicoccus fallax的基因组，发现了一种新的含氮四烯醌支架的小分子产物pyxidicyclines，其Ⅱ型聚酮化合物合酶基因簇在天然宿主中的成功激活以及该基因簇的成功异源宿主表达促进了pyxidicyclines的分离及结构鉴定；这一化合物与已批准抗癌药物喜树碱具有相同的靶点和活性量级，可能成为用于抗癌研究的先导化合物。此外，基于系统发育的共聚集自抗性基因和生物合成基因簇的方法对糖肽类抗生素进行基因组挖掘。Culp等[67]发现了与complestatin作用机制比较相似的一种糖肽类抗生素corbomycin，其能通过与肽聚糖结合来抑制大部分或全细胞自溶素，这与同为糖肽类抗生素的万古霉素的作用机制完全不同，其在皮肤MRSA感染的小鼠模型结构中显示，corbomycin和complestatin的耐药性发展水平较低，并能有效地减轻细菌负荷，使它们成为未来发展抗生素的新靶点药物。

相较于动植物源的抗补体活性物质，微生物来源的抗补体活性物质分子量相对较小，不仅可以利用其具有易于培养、易于基因工程改良及微生物来源的产品质量容易控制的特点，而且还可以利用合成生物学的手段，采用底盘细胞进行生物合成等新型策略，通过对宿主的重新设计来改善原有产物的生物合成途径、重建代谢网络，进而合成新的代谢产物。然而，微生物菌株抗补体活性物质进一步研究和应用的局限性是野生菌株中活性物质产量较低且合成量不稳定[78]。代谢工程的发展可针对性地提高目的产物的合成量，降低副产物的积累，并可在背景清晰的宿主中进行异源代谢物的合成[79-81]。一方面，可以着眼于合成基因簇本身，通过启动子工程和异源表达等技术，对野生菌株中与抗补体活性物质生物合成相关的目标基因簇进行研究；另一方面，随着对抗补体活性物质需求量的不断增加，可以通过代谢组学和代谢流分析其生物合成的代谢网络模型，并对相关代谢旁路途径进行阻断以及敲除其竞争性副产物合成基因簇。通过基于基因组规模的全局调控可以对代谢物进行更加精准的调控，更大幅度地全面提升活性物质的产量，进而满足当前临床上对新型补体抑制剂日益迫切的需求[82-84]。

综上所述，动植物和微生物的天然产物中存在抗补体活性成分，近年来文献报道的天然抗补体活性物质主要来源于植物，尤其是部分中药材显示出良好的抗补体活性，从中药中提取补体抑制剂也受到了广泛关注。动物源的抗补体活性物质研究主要集中在蛇毒提取物上。值得一提的是，虽然目前微生物来源的抗补体活性物质研究相对较少，但是随着现代基因组挖掘技术的逐渐成熟，以及代谢工程和合成生物学等在微生物领域中的应用，微生物合成新型天然抗补体活性产物的巨大潜力将不断被揭示。

3 前景与展望

目前越来越多的疾病被发现与补体系统异常有关，如今临床上广泛使用的补体抑制剂选择性差且长期使用易引发多种并发症，因此临床上急需专一且安全的抗补体活性物质。近年来研究发现的抗补体活性物质主要分布于动植物及微生物中，也被陆续应用于临床研究。然而对天然产物来源的抗补体活性物质的研究仍处于初级阶段，还有许多问题亟待解决。许多天然产物中分离得到的抗补体活性成分结构尚不明确，其作用靶点、合成机理、毒副作用等问题的研究尚浅，这在一定程度上限制了天然抗补体活性物质在临床上的应用。因此，开发新型补体抑制剂迫在眉睫，未来仍需深入研究天然产物中抗补体活性物质，加速推进天然来源的新型抗补体抑制剂的研发，实现天然抗补体活性物质的临床应用。

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