第5章 细胞因子

第五章细胞因子（Cytokines）第一节细胞因子的概述一、细胞因子的概念机体的免疫细胞和非免疫细胞能合成和分泌小分子的多肽类因子，它们能调节多种细胞生理功能，称为细胞因子（Cytokines）。细胞因子包括淋巴细胞产生的淋巴因子（lymphokines）和单核巨噬细胞产生的单核因子（monokines）等。研究细胞因子有助于阐明分子水平的免疫调节机制，有助于疾病的预防、诊断和治疗，特别是利用细胞因子治疗肿瘤、感染、造血功能障碍以及自身免疫病等已收到初步疗效，具有非常广阔的应用前景。二、细胞因子的种类白细胞介素（interleukin，IL）将介导白细胞间相互作用的一些细胞因子命名白细胞介素（IL）。许多IL不仅介导白细胞相互作用，还参与其它细胞的相互作用，如：造血干细胞，血管内皮细胞，纤维母细胞，神经细胞，成骨和破骨细胞的相互作用。目前已发现IL-1，IL-2，IL-3……18，有20种以上。白细胞介素的主要作用是：促使T和B细胞增殖和分化增强NK细胞以及单核细胞的杀伤活性刺激造血细胞参与炎症反应诱导抗体的产生促进血小板的生成等集落刺激因子（colonystimulatingfactor，CSF）一些细胞因子可刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落，被称为集落刺激因子（CSF），按其作用范围分为：粒细胞CSF（G-CSF），巨噬细胞CSF（M-CSF），粒细胞和巨噬细胞CSF（GM-CSF）和多集落刺激因子（multi-CSF，IL-3）等。集落刺激因子广义上，凡是刺激造血细胞的细胞因子都可以统称为CSF，如刺激红细胞的红细胞生成素(erythropoietin,EPO)，刺激造血干细胞的干细胞因子(stemcellfactor,SCF)，刺激胚胎干细胞的白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)干扰素（interferon，IFN）IFN是最先发现的细胞因子，早在1957年，Issacs等人发现病毒感染的细胞产生一种因子，可抵抗病毒的感染，干扰病毒的复制，因而命名为干扰素。根据其来源和结构，可将IFN分为IFN-α，IFN-β，IFN-γ它们分别由白细胞，纤维细胞和活化T细胞产生。干扰素的结构（interferon,IFN）IFN-γ40kDIFN-α19kDIFN-β23kD干扰素IFN除有抗病毒作用外，还有抗肿瘤，免疫调节，控制细胞增殖及引起发热等作用。肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor,TNF）TNF是一类能直接造成肿瘤细胞死亡的细胞因子，分为两种：TNF-α和TNF-β，前者由单核巨噬细胞产生，又称恶液质素(cachectin)，后者由活化的T细胞产生，又称淋巴毒素(lymphotoxin)。淋巴因子（lymphokine）由活化的淋巴细胞产生的细胞因子，都可称为淋巴因子。如IL-2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,TNF-α，IFN-β等均为淋巴因子。单核因子（monokine）由单核巨噬细胞产生的细胞因子统称单核因子。如IL-1,6,8,TNF-α，IFN-α等均为单核因子。三、细胞因子的作用特点作用特点：天然细胞因子是由细胞产生的正常的静息或休止状态的细胞必须经过激活后，才能合成分泌细胞因子，细胞被激活后6-8h出现，24-72小时达到最高。细胞因子的产生和作用具有多向性单一刺激如抗原，丝裂原，病毒感染等可使同一种细胞分泌多种因子，而一种细胞因子可由多种不同类型的细胞产生。作用特点：细胞因子的合成和分泌是一种自我调控的过程。细胞因子是低分子量分泌型蛋白质（15-30KD之间）。细胞因子需与靶细胞上的高亲和力受体特异结合后，才发挥生物学效应。细胞因子具有极强的生物学效应，在pmol(10-12M)水平就能发挥显著的生物学效应。作用特点：单一细胞因子具有多种生物学活性，多种细胞因子也常具有某些相同的生物学活性。主要参与免疫反应和炎症反应。以非特异性方式发挥生物学作用且不受MHC限制。某种细胞因子对靶细胞作用的强弱取决于细胞因子的局部浓度，靶细胞的类型，和同时发挥作用的其它因素。作用特点：天然细胞因子大多是在近距离发挥局部作用。细胞因子的作用并不是孤立存在的，它们之间通过合成分泌的相互调节，受体表达的相互调控，生物学效应的相互影响而组成细胞因子网络。第二节细胞因子的结构及其受体细胞因子的结构不同细胞因子之间在结构上有很大差异，多数细胞因子为小分子多肽，分子量不超过60KD。绝大多数因子带有糖基，糖基多与细胞因子的生物活性无关，可能起延长细胞因子体内半衰期的作用。GM-CSFEPOIFN-β细胞因子的受体细胞因子都是通过与靶细胞表面高亲合力的特异性受体结合，结合后才能发挥其生物学效应的。作为膜表面受体分为3个功能区，膜外区跨膜区膜内区细胞因子的受体按细胞因子受体膜外区的氨基酸序列的不同，可将其主要分为三个受体家族：造血生长因子受体家族Ig超家族干扰素受体超家族干扰素受体IFNAR1andIFNAR2干扰素受体由α和β亚单位组成，干扰素与其受体结合后才能发挥作用。干扰素与受体结合后，激活信号通路中的酶和蛋白，启动抗病毒基因的转录和表达。STAT:信号转导及转录激活因子ISRE:干扰素刺激反应元件干扰素激活的信号通路依赖dsRNA的蛋白激酶（PKR）抑制病毒蛋白翻译2’-5’腺苷酸合成酶（2’-5’AS）降解病毒核酸MxA蛋白通过干扰病毒核衣壳的转运而抑制病毒的复制干扰素的抗病毒机理第三节细胞因子的生物学活性细胞因子具有广泛的生物学活性，能促进靶细胞的增殖和分化，增强抗感染和细胞杀伤效应，促进或抑制其它细胞因子和膜分子的表达，促进炎症过程，影响细胞代谢等。一、免疫细胞的调节剂细胞因子是传递这种调节信号必不可少的信息分子，许多免疫细胞可以通过分泌细胞因子产生调节单核巨噬细胞的功能和自身调节功能。二、免疫效应分子在免疫细胞针对抗原行使免疫效应功能时，细胞因子是其中重要效应分子之一。与抗体和补体的免疫效应分子相比，细胞因子的免疫效应功能特点是作用强，持续时间短，主要为非抗原特异性作用，参与细胞免疫功能。在抗肿瘤，抗细胞内寄生感染，移植排斥等功能中起重要作用。例如：TNF–α和INF-β可直接造成肿瘤细胞的凋零（apoptosis），使瘤细胞DNA断裂，细胞萎缩死亡。干扰素α、β、γ可干扰各种病毒在细胞内的复制，从而防止病毒扩散。白血病抑制因子(LIF)可直接作用于某些髓性白血病细胞，使其分化为单核细胞，丧失恶性增殖特性。三、造血细胞刺激剂可明显刺激造血细胞集落的大小和数量。四、炎症反应的促进剂炎症是机体对外来刺激产生的一种病理反应过程，症状表现为局部的红肿热痛，病理检查可发现有大量炎症细胞，如粒细胞，巨噬细胞的局部浸润和组织坏死，在这一过程中，一些细胞因子起到重要的促进作用。如IL-1，IL-6，IL-8，TNF-α等可促进炎症细胞的聚集、活化和炎症介质的释放，可直接刺激发热中枢引起全身发烧，加重炎症。正常人肺泡大叶性肺炎中性粒细胞渗出肺炎五、其它生物学活性许多细胞因子除参与免疫系统的调节效应功能外，还参与非免疫系统的一些功能。例如，IL-8具有促进新生血管形成的作用，M-CSF可降低血胆固醇。IL-1刺激破骨细胞，致骨细胞的生长等。第四节细胞因子的临床意义一、细胞因子与疾病细胞因子及其受体的缺陷细胞因子表达过高可溶性细胞因子受体水平升高细胞因子及其受体的缺陷如人类免疫缺陷病毒（HIV）感染并破坏TH后，可导致TM细胞产生的各种细胞因子缺陷，免疫功能全面下降，从而表现出获得性免疫缺陷综合症（AIDS）的一系列症状。细胞因子表达过高在炎症，自身免疫病，变态反应，休克等疾病时，某些细胞因子的表达量可成百上千倍地增加，而这些细胞因子均可促进炎症过程，使病情加重，应用细胞因子的抑制剂有可能治疗这类炎症性细胞因子水平升高的疾病。可溶性细胞因子受体水平升高细胞因子受体从细胞膜上脱落下来，存在于体液和血清中，使可溶性细胞因子受体水平升高。这类分子可能结合细胞因子，使其不再与膜表面受体结合，因而封闭了细胞因子的功能。二、细胞因子与治疗（cytokinetherapy）目前利用基因工程技术生产重组细胞因子，作为生物应答调节剂（BRM）治疗肿瘤，造血障碍，感染等已收到良好疗效，成为新一代的药物。细胞因子补充和添加疗法IFN：IFN主要用于治疗病毒性感染和肿瘤。对病毒性肝炎，疱疹性角膜炎，带状疱疹，慢性宫颈炎等有较好疗效。IL-2：目前多将IL-2与其他药物合用治疗实体肿瘤，对肾细胞瘤，黑色素瘤，非何杰金淋巴瘤，结肠直肠癌有较显著的疗效。TNF：局部应用，全身应用副作用严重。CSF：用于各种粒细胞低下患者，如化疗后的辅助治疗。细胞因子阻断和拮抗疗法其基本原理是抑制细胞因子的产生和阻断细胞因子与其相应受体的结合及受体的信号传导过程，使细胞因子的病理性作用难以发挥，该疗法适用于自身免疫疾病，移植排斥反应，感染性休克等的治疗。细胞因子合成抑制剂：环孢素（CsA）和他克莫司（FK506）的广泛应用推动了各种器官移植的迅速发展。该类药物能够抑制免疫系统的活跃。IC50SP-7:8.90μgFY-7:3.22μgSP-7：SLSPGLP(No.26)FY-7：FSAPVRY(No.35)受体结合抑制实验三、细胞因子的检测细胞因子检测是判断机体免疫功能的一个重要指标，在疾病的诊断，病程观察，疗效判断及细胞因子治疗监测方面有重要意义。目前的检测方法：依赖性细胞株一些肿瘤细胞株必须依赖于细胞因子方能在体外增殖，因而可利用这些依赖细胞检测相应的细胞因子。功能检测利用一些细胞因子的功能，建立相应的活性测定方法。免疫测定利用抗原抗体反应的原理，制备出抗细胞因子的单克隆抗体或多克隆抗体，可进行免疫检测。目前的检测方法：功能测定与抗体抑制所用的抗细胞因子抗体必须是具有中和活性的抗体。分子杂交技术制备出细胞因子的基因探针，通过分子杂交技术检测细胞内细胞因子mRNA的表达。多聚酶链反应技术（PCR）首先将细胞因子产生细胞的RNA提取出来，再经逆转录合成cDNA，以cDNA为模板，在细胞因子引物的引导下，即可进行PCR扩增。免疫学相关的生物高技术细胞因子制品体细胞治疗基因治疗细胞因子制品细胞因子是一组多肽或低分子量蛋白质，包括干扰素（IFN）、白细胞介素（IL）、肿瘤坏死因子（TNF）、集落刺激因子（CSF）、转化生长因子（TGF）等。它们与靶细胞特异受体结合，调整细胞增殖、分化和功能活性，在神经内分泌、免疫调节网络中起重要作用。干扰素（IFN）IFN分α、β、γ三型，并有多种亚型，进入临床的重组产品已有11个。IFN对病毒有直接杀伤作用，影响癌基因表达，抑制癌细胞分裂、增殖和转移。治疗毛细胞白血病、原发性血小板增多症和慢性髓细胞白血病等效果较好。近来FDA批准IFN-α2b用于慢性丙型、乙型肝炎，有效率40%~50%，受到欢迎。近2年日本年销售额增到12亿~16亿美元。干扰素常见副作用有一过性发热、寒战、体重下降、肌肉酸痛，有报道可诱发狼疮样自身免疫病。剂量在500万~1000万U，几乎所有患者都有轻度副反应，约5%患者不得不停止治疗，基因工程IFN副作用少、活性强，国产α-1bIFN、α-2bIFN已经上市，副作用较小。白细胞介素（IL）IL可作为免疫刺激剂，有抗肿瘤作用，但临床试验为数有限，目前已发现IL1~22，IL1-18是用传统方法发现的，其中IL-1、2、4、5有抑制肿瘤活性作用。IL-2治疗恶性黑色素瘤和肾细胞癌有效，尽管有严重的副作用，但终因可使15%肾癌缩小、4%消失而在美国获准。IL-3增加恶性肿瘤及骨髓抑制患者的白细胞和血小板数量。IL-12是NK细胞活性刺激因子，IL-13可能有抗癌、抗炎及抗HIV活性。白细胞介素现正以IL-2为原型开发类似物治疗癌症和难治的慢性传染病。IL拮抗物、IL-毒素络合物，可溶