课件：医学免疫学教学课件汇编-5细胞因子-wpz.ppt

1,细胞因子(Cytokine),2014年11月18日,/s/1kT855Yn,2,1957年发现第一个细胞因子：干扰素 第一阶段：1957-1970，发现活性，结构不清 第二阶段：1970-1985，借助分子生物学技术 第三阶段：1985-2000，发现细胞因子系统，生物药开始研发 第四阶段：2003-至今，发现更多，更深入，以细胞因子及受体为药物靶点取得产业化重大成果 已经发现200余种细胞因子,3,细胞因子概念,细胞因子（Cytokine）是由免疫细胞及组织细胞分泌的在细胞间发挥相互调控作用的一类小分子可溶性多肽蛋白，通过结合相应受体调节细胞生长分化和效应，调控免疫应答。在一定条件下也参与炎症等多种疾病的发生。 细胞因子从细胞中释放出来成为重要的可溶性信使蛋白，它是细胞间信号网络的组成部分。 在免疫系统，这一网络调控天然免疫和特异性免疫应答中各种功能性事件，如炎症反应、防御病毒感染、特异性T、B细胞增殖及功能调节等。,4,第一节 细胞因子的共同特点,（一）细胞因子的基本特征 （二）细胞因子的作用方式 （三）细胞因子的功能特点,5,细胞因子的基本特征,1.小分子蛋白质(830kD) 2.可溶性 3.高效性，在较低浓度下即有生物学活性 4.通过结合细胞表面相应受体发挥生物学效应 5.可诱导产生 6.半衰期短 7.效应范围小，绝大多数为近距离发挥作用,6,正常细胞： 未活化时，产生很少； 活化后，产量可提高成百上千倍；如活化的淋巴细胞、活化的单核/巨噬细胞、NK细胞、成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞等。 各种细胞都可分泌相应细胞因子 一种细胞因子可由多种细胞产生 一种细胞可产生多种细胞因子 肿瘤细胞,细胞因子的产生,注：基因表达具有细胞和时空特异性,7,细胞因子的作用方式,自分泌（autocrine）方式：作用于分泌细胞自身 旁分泌（paracrine）方式：对邻近细胞发挥作用 内分泌（endocrine）方式：通过循环系统对远距离的靶细胞发挥作用,8,血液循环,IL-2,IL-12,TNF,T cell,DC,T cell,Target cells,macrophage,9,细胞因子的功能特点,多效性（pleiotropism） 一种细胞因子可对不同的细胞发挥作用（相同或不同），如IL-4促进B细胞增殖和分化，刺激胸腺细胞和肥大细胞增殖 重叠性（redundancy） 两种或两种以上的细胞因子具有同样或类似的生物学作用，如IL-2、IL-7、IL-15刺激T细胞增殖 协同性（synergy） 一种细胞因子可以增强另一种细胞因子的功能，如IL-5协同IL-4促进B细胞抗体类别向IgE转换 拮抗性（antagonism） 一种细胞可以抑制另一种细胞因子的功能，如IFN-抑制IL-4对B细胞的抗体向IgE转换 网络性（network） 不同生物学效应的细胞因子之间彼此刺激、约束，形式复杂而有序的细胞因子网络，对免疫应答进行调节，维持免疫系统的稳态平衡。,10,活化、增殖和分化,增殖,增殖,多效性,11,IL-2、 IL-4、 IL-5,IL-4 + IL-5,IL-4,IFN-,拮抗性,协同性,均有刺激B细胞增殖的功能,更有效地诱导IgE类别转换,IL-4 阻断IFN-诱导类别转化的作用,B cell,B cell,B cell,重叠性,12,网络性,13,网络性,14,第二节 细胞因子的分类,（一）根据产生细胞因子的细胞种类分类（早期）： 1、淋巴因子(lymphokines) 2、单核因子(monokines) 3、非淋巴因子、非单核因子/巨噬细胞产生的细胞因子：基质、血管内皮、成纤维细胞等,15,（二）根据结构和功能分类,1.白细胞介素（interleukin,IL） 2.集落刺激因子（colony-stimulating factor,CSF） 3.干扰素（interferon,IFN） 4.肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF） 5.生长因子（growth factor,GF） 6.趋化因子（chemokine）,六大类,16,IL,白细胞产生又在白细胞间发挥作用，按发现顺序给予IL编号：IL1IL38,IL-1 家族 IL-2 家族 IL-6 家族 IL-10 家族,IL-12 家族 IL-17 家族 IL-3(集落刺激因子) IL-8（趋化因子） 其它IL,17,IL-1 家族：IL-1/、IL-1R、18、33、37、38等 IL-2 家族：IL-2、4、7、9、15、21 (共用受体链) IL-6 家族IL-6、11、27、30、31 (共用gp130受体链) IL-10 家族IL-10、19、20、22、24、26、28A/B、29 (结构相似) IL-12 家族 IL-12、23、 27、35、37(均为异源二聚体结构) IL-17家族：IL-17A、B、C、D、E和F 集落刺激因子 IL-3、 1、 5、 6、 11 IL-8（趋化因子） 其它IL： IL-13、14、16、32、34,18,CSF,能够刺激多能造血干细胞和不同分化阶段的造血祖细胞分化、增殖的细胞因子。,粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF） 巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF） 粒细胞集落刺激因子（G-CSF） 红细胞生成素（EPO） 干细胞因子（SCF） 血小板生成素（TPO） IL-3：诱导早期造血祖细胞分化、增殖,19,IFN,具有干扰病毒感染和复制功能的细胞因子。 1957年从病毒感染细胞培养中分离到一种生物活性物质，因它可以干扰其它病毒的复制而被命名为干扰素。,I型(IFN-，IFN-)，耐酸，主要由病毒感染的细胞产生 II型(IFN-)，不耐酸，主要由活化T细胞和NK细胞产生 IFN-是异质性的，包括14个亚型，编码基因成簇排列，产物高度同源 不同IFN生物活性相似，具有抗病毒、抗细胞增殖、抗肿瘤和免疫调节功能,20,TNF,最初因其能造成组织坏死而得名，分为TNF-和TNF-两种。,TNF-:单核/巨噬细胞产生；TNF-:又称为淋巴毒素(lymphotoxin-，LT-），主要由活化T细胞产生。TNF-和TNF-共用受体，功能相似。 TNF超家族包括TNF，, TRAIL, FASL，CD40L等30余种细胞因子。在调节免疫应答、杀伤靶细胞和诱导细胞凋亡等过程中发挥重要作用 TNF超家族绝大多数成员为II型膜蛋白；在特异性金属蛋白酶作用下，形成可溶形式，活性形式多为同源三聚体,21,GF,泛指一类可促进相应细胞生长和分化的细胞因子。,转化生长因子-（TGF-） 血管内皮生长因子（VEGF） 成纤维细胞生长因子（FGF） 表皮生长因子（EGF） 神经生长因子（NGF） 血小板生长因子（PDGF）等,22,趋化因子,对不同细胞具有趋化作用的细胞因子。除了趋化作用外，还能够活化免疫细胞，也参与调节血细胞发育、血管生长、细胞凋亡等。,趋化运动是指细胞向高浓度刺激物方向的定向运动。,23,趋化因子不同家族结构示意图,24,趋化因子研究历史,25,趋化因子及其受体,26,其他称呼/分类：,促炎细胞因子：IL-1，IL-6，IFN-，TNF-，IL-18，趋化因子等 Th1细胞因子:IFN-,IL-2,IL-16,IL-17,TNF-等，促进细胞免疫为主 Th2细胞因子:IL-4,IL-10,IL-5,IL-13，辅助体液免疫为主 抗炎细胞因子：IL-4，IL-10，IL-13，TGF-,IL-21，IL-25，IL-35，IL-37，IL1-R 其他，等等,27,第三节 细胞因子受体,通常在细胞因子名称后加“R”表示，如IL-1R，TNFR等。 细胞因子受体均为跨膜蛋白，由胞膜外区、跨膜区和胞质区组成，结合相应配体后启动细胞内的信号转导过程。,28,29,I类细胞因子受体家族/造血细胞因子受体家族,为细胞因子受体中最大的一个家族，多数成员属于多亚单位受体，其中一种或两种亚单位多肽负责结合细胞因子 膜外区序列结构相似于EpoR,即膜外N端含4个高度保守Cys,近膜侧含1个Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser(WSXWS)的基序,30,D200,II类细胞因子受体家族/IFN受体家族,两条肽链组成，胞外区含有Fn3样结构域，并含有4个不连续的半胱氨酸，但无WSXWS基序 包括IFN和IL-10的受体,31,TNFR超家族（TNFRSF）,富含半胱氨酸，在与细胞因子结合后形成三聚体发挥作用 包括TNF、 Fas、 CD40、神经生长因子等的受体 TNFR I（P55，CD120a）：胞内同源序列即“死亡结构域” TNFR II（P75，CD120b）不含死亡结构域,32,趋化因子受体 （ GPCRs，G-protein coupled receptors ）,属于7次跨膜受体超家族，胞内环状结构与G蛋白偶联。根据结合配体的不同，分为CXCR，CCR，XCR和CX3CR。,33,CXCR4和CCR5是HIV感染的共受体,34,CXCR4主要表达在T细胞表面，是嗜T性HIV-1的辅助受体；CCR5主要表达于单核巨噬细胞表面，是嗜M性HIV-1的辅助受体；双嗜性细胞株可同时利用CCR5或CXCR4发挥感染作用。CCR532纯合子基因型的个体缺乏功能性的CCR5，对健康无明显影响，但却获得了对HIV-1天然抵抗的能力。,35,36,世界上第一位艾滋病治愈者,蒂莫西布朗（ Timothy Ray Brown）,经过骨髓干细胞移植手术，移植的干细胞在布朗体内发挥了应有的作用，源源不断地产生新细胞，重建起具有CCR5受体缺失的免疫系统。这意味着，HIV病毒在他体内渐渐走投无路。2010年，布朗体内的HIV病毒已被彻底清除，他成为了艾滋病根治的第一人。这是人类战胜艾滋病的首个案例，打破了“艾滋病不可治愈”的神话。尽管这项成功难以复制，它仍为艾滋病研究带来了希望和信心。布朗也因此成为了医学界的明星人物。,37,细胞因子受体共用链,大多数细胞因子受体由2条或3条多肽链组成，其中1条或2条多肽链特异性结合细胞因子（细胞因子结合亚单位），另1条则转导信号（信号转导亚单位），不能单独与细胞因子结合。 结合亚单位构成低亲和力受体，与结合亚单位共同构成高亲和力受体并转导信号。 信号转导亚单位可共用，即细胞受体受体共用链。,38,IL-2受体家族,39,40,细胞因子受体共用链的意义,节约； 细胞因子功能替代； 共用链缺失或功能缺陷，将引起严重后果，如IL-2R亚家族的 g 链缺陷，将引起重症联合免疫缺陷（SCID）。,41,可溶性细胞因子受体(sCKR),产生方式： 大部分为膜受体脱落 小部分为分泌型 生物学活性： 膜受体正常代谢途径 膜受体相应配体“竞争抑制剂”,细胞因子受体拮抗剂：IL-1Ra 与IL-1同源，竞争结合IL-1受体， 抑制IL-1的生物学活性。,42,sCKR与临床,检测： sIL-2R：恶性肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染与其他传染性疾病、移植排斥反应等 sIL-6R：炎症与自身免疫性疾病、感染性疾病、肿瘤和白血病等 sTNFR： 炎症与自身免疫性疾病、感染性疾病、肿瘤和白血病、骨髓移植等 治疗： 大多数sCKR与细胞因子结合后阻断细胞因子与膜受体结合，从而抑制细胞因子的生物学活性。应用sCKR为减轻或防止细胞因子造成的病理损害提供了新的治疗途经。,43,中枢免疫器官 IL-3,SCF:多能造血干细胞及多种定向的祖细胞 GM-CSF:髓样细胞前体及多种髓样谱系细胞 G-CSF: 促进中性粒细胞分化和吞噬 M-CSF: 单核/巨噬细胞的分化和活化 EPO: 红细胞生成 TPO,IL-11:巨核细胞分化和血小板生成 外周免疫器官 IL-4,IL-5,IL-6,IL-13:B细胞活化,增殖和分化 IL-2,IL-7,IL-18等活化T细胞并促进其增殖 细胞因子与类别转换,Th细胞发育,等,第四节 细胞因子的免疫学功能,(一)调控免疫细胞的发育、分化和功能,44,45,46,Treg,Th0,Th17,Th2,Th1,TGF-,TGF,IL-10,IFN-，IL-12,IL-4,IL-6,TGF-,IFN-,IL-2 TNF-,IL-4, IL-5 IL-36,IL22,IL-17,IL-36 IL-22,细胞免疫,体液免疫,固有免疫,免疫负调控,47,抗感染免疫 抗菌免疫 细菌刺激巨噬细胞释放IL-1,TNF-,IL-6,IL-8,IL-12等,引起局部和全身炎症反应 DC摄取抗原后分化成熟,上调MHC-I,II类分子表达,抗原肽提呈给初始T细胞,启动适应性免疫应答 免疫细胞活化,增殖,迁移,等,最终清除病原体或感染细胞 抗病毒免疫 I型IFN诱导抗病毒蛋白产生 TNF-和LT直接杀伤病毒感染细胞(凋亡) IFN刺激病毒感染细胞表达MHC-I分子 IFN,IL-2,IL-12,IL-15,IL-18等促进NK细胞功能 IL-1,TNF-,IFN-等激活单核巨噬细胞,增强吞噬和杀伤功能 抗肿瘤作用 TNF-,LT等直接杀伤肿瘤细胞 抑制肿瘤细胞生长(如IFN-,IL-4等) 诱导NK和CTL的杀伤活性 诱导肿瘤细胞表达MHC-I,II类分子(如IFN-) 诱导细胞凋亡 TNF超家族成员 肿瘤细胞,病毒感染细胞,活化的免疫细胞自身,等,(二)调控机体的免疫应答,48,49,细胞因子“双刃剑”： 参与免疫应答，发挥抗感染，抗肿瘤和诱导细胞凋亡等功能 参与疾病的发生,第五节 细胞因子与临床,50,细胞因子与疾病,I.细胞因子风暴（cytokine storm)：又称高细胞因子血症，炎症细胞因子过量产生的现象。,免疫应答,分泌大量细胞因子,免疫细胞,调控,异常、失控 （促炎与抗炎细胞因子之间平衡失调）,迅速大量产生多种促炎细胞因子 （TNF-,IL-1,6,8,12,18,IFN,MCP-1等),异常免疫应答，全身炎症反应综合征, 严重时则导致多器官功能障碍综合征,感染,移植物抗宿主病 急性呼吸窘迫综合征 浓毒血症 SARS 流感等,51,细胞因子风暴被认为是1918年西班牙流感、H1N1猪流感和H5N1禽流感疫情中的主要致死因素。在上述疫情中，最容易死亡的是产生了强免疫应答的青壮年，而一般季节性流感主要影响儿童和老人。,52,生物技术药物的免疫毒性评估,2006年，CD28激动剂TGN1412的I期临床试验事件（英国） TGN1412: 针对CD28的人源化单克隆抗体 I期临床试验中,单次静脉注射12-16h,导致六名健康志愿者病危，出现多器官衰竭 猴子的记忆性T细胞少,53,IL-1,TNF-,IL-6为内源性致热源，作用下丘脑体温调节中枢，引起发热 TNF-，IL-1等刺激内皮细胞、白细胞释放炎性介质（一氧化氮，氧自由基等）改变凝血功能，导致组织损伤与弥散性血管内凝血，在感染性休克中起重要作用 IL-1Ra可阻断IL-1与IL-1R作用，降低人内毒素性休克病死率,II. 致热与炎症病理损伤,54,骨髓瘤细胞表面高表达IL-6R并分泌大量IL-6，心