結構生物化學/脊椎動物和無脊椎動物蛋白水解級聯的比較

雖然參與免疫級聯的蛋白質在不同物種之間存在差異，但無脊椎動物和脊椎動物蛋白水解級聯的總體作用基本相同。對先天免疫系統和補體系統的研究使我們能夠了解無脊椎動物如何抵禦微生物的存在。比較幾種無脊椎動物門類系統與脊椎動物系統，可以洞察導致今天在無脊椎動物和脊椎動物中觀察到的特徵和機制的進化方向。

脊椎動物先天免疫應答與脊椎動物凝血的比較

鱟凝血與脊椎動物凝血

脂多糖

鱟產生一種凝膠，透過蛋白水解級聯反應捕獲小的外來抗原，該反應發生在細菌脂多糖（LPS）（細菌抗原外膜的一部分）與顆粒血細胞（含有非活性血淋巴）上的細胞表面蛋白因子C結合時。LPS與因子C的結合觸發防禦蛋白的胞吐作用。^[1]

血細胞細胞表面因子C的結合位點具有兩個鹼性殘基穿插芳香族氨基酸的特異性三肽基序。類似地，哺乳動物先天免疫應答，哺乳動物凝血因子也在胞吐作用之前被包含在顆粒中，這些顆粒啟用血小板。^[2]

此外，哺乳動物的吞噬細胞能夠透過宿主蛋白質（稱為模式識別受體 (PRR)）識別常見的微生物模式來區分宿主細胞和外來微生物，這些蛋白質以類似於鱟血細胞上特定 PRR 因子 C 的方式運作，透過識別入侵微生物上的某些功能或基序。例如，哺乳動物的巨噬細胞甘露糖受體與抗原微生物表面普遍存在的甘露糖殘基結合。^[3] 透過比較鱟和脊椎動物哺乳動物的先天免疫系統，可以明顯看出 LPS 識別蛋白在不同物種中的結構特徵是保守的。

補體系統

補體系統是一個涉及蛋白酶（切割肽鍵的蛋白質）的級聯，這些蛋白酶“補充”抗體清除生物體中病原體的能力。補體系統是免疫系統的一部分，特別是先天免疫系統。

脊椎動物補體系統（補體級聯）

脊椎動物補體系統有幾種絲氨酸蛋白酶（切割蛋白質中肽鍵的酶，在活性位點有一個氨基酸作為絲氨酸）參與平行的蛋白水解級聯。系統中的蛋白酶切割特定蛋白質以釋放細胞因子，細胞因子反過來又級聯更多切割。參與脊椎動物補體系統的蛋白酶可以分為兩個家族，補體因子 B (Bf) 和甘露糖結合凝集素相關絲氨酸蛋白酶 (MASP)。Bf 家族包括 Bf 和 C3 蛋白酶。MASP 家族包括 MASP-1、MASP-2、MASP-3、C1r 和 C1s 蛋白酶。此外，脊椎動物補體系統還包括 C3 蛋白家族，它們不是蛋白酶。C3 蛋白具有分子內硫酯鍵，在蛋白水解裂解後會顯露出來，並可以透過 PRR 機制與入侵微生物表面反應。總而言之，這三個家族構成了補體啟用的組成部分。

無脊椎動物補體系統

參與無脊椎動物補體系統的蛋白質因門類和物種而異。然而，脊椎動物 Bf、C3 和 MASP 補體蛋白家族已被概括為它們的脊椎動物對應物，參考了它們的共同祖先起源。無脊椎動物直系同源物（在不同物種中進化自共同祖先基因的基因）可以根據門類進行分類。以下將探討幾個例子。

鱟補體系統

鱟

鱟被用作一個例子，因為它的補體系統已經在功能和生化方面得到了表徵。它們具有 CrC3（C3 直系同源物）和 CrBf（Bf 直系同源物）蛋白，它們的結構和功能類似於它們的脊椎動物直系同源物。CrC3 的化學結構表明它可以透過硫酯鍵啟用，以結合病原體進行調理作用。

原口動物

原口動物是有雙邊對稱性和三個胚層的生物。節肢動物、線蟲、軟體動物是例子。原口動物有 C3 和 Bf 蛋白酶。

海鞘

海鞘補體系統包括 Bf、MASP、葡萄糖結合凝集素、GBL、纖連蛋白以及整合素 α 和 β 鏈等成分。這些成分在其肝胰臟中合成。與 GBL 相關的 MASP 可以蛋白水解啟用海鞘 C3，但這種啟用效率很低，表明海鞘 MASP 不是主要的 C3 啟用酶，這與脊椎動物補體系統有明顯區別。