医学免疫学研究生教材编写提纲

1、细胞因子 第一节细胞因子概述 一、细胞因子的概念与分类 (一)概念 细胞因子(cytokine,CK)是指由机体多种细胞经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，通过结合细胞表面的受体发挥生物学作用。细胞因子作为细胞间信号传递分子，主要调节免疫应答、参与免疫细胞分化 发育、 介导炎症反应、 刺激造血功能并参与组织修复等。 目前已发现200多种细胞因子，研究细胞因子有助于在分子水平阐明免疫调节机制， 在探讨某些疾病发病机制以及疾病的预防、诊断和治疗等方面，均具有重要的意义。 (二)细胞因子分类 细胞因子分类方法较多，目前主要根据细胞因子的主要生物学功能进行分类，分为以下几种： 1

2、 1 .白细胞介素(interleukin,IL) IL最初是指由白细胞产生的、介导白细胞间相互作用的细胞因子。实际上其他细胞也可产生IL,并参与其它细胞间的相互作用。迄今已发现33种IL,分 别命名为IL-1IL-33。 2 2 .干扰素(interferon,IFN) IFN是最先发现的细胞因子，具有抵抗病毒感染，干扰病毒复制的功能，因而命名为干扰素。 根据其来源和结构， 可将IFN分为I型IFN(IFN-a、IFN-B和II型IFN(IFN-丫。 ) 3 3 .月中瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF) TNF是一类在体内外能直接杀伤月中瘤细胞的细胞因子。其家族成员

3、有30多 个，主要成员为TNF-a和TNF-% 4 4 .集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF) CSF是指能刺激不同的造血干细胞增殖、 分化并在半固体培养基中形成某一谱系细胞集落的细胞因子。包括粒细胞集落刺激因子(granulocyte-CSF,G-CSF),巨噬细胞集落刺激因子(macrophage-CSFM-CSF),粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage-CSFGM-CSF)、多集落刺激因子(multi-CSF,又称IL-3)、 干细胞生长因子(stemcellfactor,SCF刖红细胞生成素(erythropoie

4、tin,EPO)等。 5 5 .生长因子(growthfactor,GF) GF是一类可介导不同类型细胞生长和分化的细胞因子。包括转化生长因子 B(transforminggrowthfactor,TGF-0)神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)、表皮生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)、血小板衍生生长因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)和血管内皮细胞生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)

5、等。 6 6 .趋化性细胞因子(chemokine) 趋化性细胞因子是一类对不同靶细胞具有趋化效应的细胞因子家族，已发现 有50多个成员，该家族成员依据其分子N端半胱氨酸残基的数目及其间隔，分为CC、CXC、C、CX3C四个亚家族，分别趋化和激活不同类型免疫细胞。 二、细胞因子的共同特征 每种细胞因子均有其独特的分子结构、理化特性和生物学活性，但细胞因子具有以下共同的特性： (一)理化特性 细胞因子一般为880kD的多肽或糖蛋白。多数CK以单体的形式存在，少数CK以二聚体(如IL-5、IL-12、M-CSF、TGF-位或三聚体(如TNF)形式存在。 (二)分泌特点 1 1 .自限性分泌 通常情

6、况下，细胞因子极少储存，即不以前体形式贮存在细胞内，而是经过适当刺激后迅速合成，一旦合成后便分泌至细胞外以发挥生物学作用，刺激消失后合成亦较快地停止并被迅速降解。 2 2 .多细胞来源 一种细胞因子可由不同类型细胞产生，一种细胞可产生多种细胞因子，如抗 原、丝裂原、病毒感染等可使同一种细胞分泌多种细胞因子。 (三)生物学作用特点 1 1 .作用方式 大多数细胞因子通过自分泌(autocrine)和旁分泌(paracrine)的形式发挥效应，即作用于自身产生细胞或邻近细胞， 多在局部发挥作用。 但在一定条件下， 某些细胞因子如IL-1也可以内分泌(endocrine)形式作用于远处靶细胞，介导全

7、身性反应。此外某些细胞因子可通过细胞内分泌(intracrine),直接与细胞内受体结合，或以内化的细胞因子-细胞因子受体(cytokinereceptor,CKR)复合物形式在细胞内发挥效应。 2 2 .通过细胞因子受体发挥效应 细胞因子需与靶细胞上的相应受体特异结合后才发挥其效应，细胞因子在pM(10-12M)水平就能发挥作用，这与细胞因子与靶细胞表面特异性受体之间亲和力极高有关。 3 3 .生物学作用的多样性 细胞因子参与免疫应答的调节、免疫细胞分化发育、介导炎症反应、刺激造血功能、组织修复等多种生理过程，涉及到感染免疫、月中瘤免疫、自身免疫、移植免疫等诸多方面。 4 4 .生物学效应的

8、复杂性 (1)(1)多效性 一种细胞因子可作用于多种不同类型的靶细胞，介导多种生物学效应。如IFN-丫可诱导多种细胞表达MHC分子，激活巨噬细胞。 (2)(2)重叠性 几种不同的细胞因子可作用于同一种靶细胞，产生相同或相似的生物学效应。如IL-6和IL-13均可刺激B细胞增殖。 (3)(3)拮抗性 不同细胞因子对同一种靶细胞功能的影响可相互拮抗。如IL-4抑制IFN-丫 的诱导Th0细胞向Th1细胞分化的功能。 (4)(4)协同性 一种细胞因子可增强另一种细胞因子的功能。如IL-3和IL-11共同刺激造血干细胞的分化成熟。 (5)(5)双向性 适量细胞因子具有生理性调节功能，过量细胞因子则可能

9、对机体造成损伤。 （6 6）网络性 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。 第一节细胞因子受体 、CKR超家族 根据CKR胞外区氨基酸序列的同源性和结构特征，可将CKR分为 I IV V5种类型，分别为造血细胞因子受体超家族、干扰素受体超家族、神经生长因子受体/月中瘤坏死因子受体超家族、免疫球蛋白超家族（IGSF）和趋化性细胞因子受体 超家族，见图6-1。 I I 型 IIII 型 m m 型 IVIV 型 V V 型 图6-1细胞因子受体示意图 （一）I I 型 CKRCKR 超家族 该受体超家族包括绝大多

10、数CKR,如IL-2RB、IL-2RY、IL-3R、IL-4R、IL-5R、IL-6R、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-12R、EPOR、G-CSFR、GM-CSFR、LIFR、CNTFR、gp130等，其共同特征是胞外区存在一个约由210个氨基酸残基组成的与配体结合的特征性同源区域，主要特点是：同源区靠近N端有4个高度保守的半胱氨酸残基Cys1、Cys2、Cys3、Cys4和1个保守的色氨酸，Cys1与Cys2 之间、Cys3与Cys4之间形成两个二硫键；同源区靠近细胞膜处，约在细胞膜外1822氨基酸基处有一个色氨酸-丝氨酸-X-色氨酸-丝氨酸基序,即 WSXWS基序。这些受体在

11、功能上与血细胞增殖和分化有关，又称造血细胞因子 受体超家族（haemopoieticcytokinereceptorsuperfamily） （二）II型 CKRCKR 超家族 又称干扰素受体家族（interferonreceptorfamily），该家族成员包括IFN-a/B、RIFN-YKIL-10R、IL-22R、M-CSFR和组织因子（TF）受体，其分子结构与I型CKR超家族相似，但N端只含有两个保守性的Cys,两个Cys之间有7个氨基酸，近膜处也有两个保守的Cys,两个Cys之间间隔有2022个氨基酸。 （三）加型 CKRCKR 超家族 又称神经生长因子受体超家族或TNF受体超家族。

12、该家族成员包括NGFR、TNF-RI、TNF-RH、CD40、Fas蛋白等。NGFR超家族的结构特点是其胞膜外有36个约由40个氨基酸组成的富含Cys区域，如NGFR、TNF-RI、TNF-RH有4个结构域，CD95有3个结构域，CD40有6个结构域。所有成员N端第一个区域中均含6个保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr残基各一个，其它区域亦含46个Cys。 （四）IV型 CKRCKR 超家族 又称免疫球蛋白超家族，该家族成员包括IL-1RI、IL-1RH、IL-6R、PDGFR、FGFR、G-CSFR、M-CSFR和SCFR等，该家族受体的结构特点是其胞膜外部分均具有一个或数个免疫球蛋白（I

13、g）样功能结构域，并可分为几种不同的结构类型，不同IGSF结构类型的受体其信号转导途径也有差别。 （五）趋化性细胞因子受体超家族 此类受体都属于G蛋白偶联受体超家族（GTP-bindingproteincoupledreceptorsuperfamily） ,其成员包括CCR111、CXCR16、CR1和CX3CR1。此类受体有7个跨膜a螺旋区，又称7个穿膜区受体超家族（sevenpredicatedtransmembranedomainreceptorsuperfamily,STRsuperfamilybG蛋白偶联受体与GTP结合蛋白偶联，其作用的发挥依赖于G蛋白。除了趋化性细胞因子受体外，

14、某些氨基酸、乙酰胆检、单胺受体和经典的趋化剂（C5a、fMLP、PAF）受体等都属于G蛋白偶联受体。 二、细胞因子受体的组成及共有链 （一）细胞因子受体组成的类型 1 1 .单链模式 此类受体仅由一条链组成，如EPOR、G-CSF等。 2 2 .双链模式 此类受体由两条异源多肽链组成，如IL-3、IL-5、GM-CSF等。 3 3 .多链模式 此类受体由多条肽链组成，如高亲和力的IL-2受体由外补丫三条链组成。（二）细胞因子受体的共有链 多数CKR由两条或两条以上的异源多肽链组成。某些CKR的亚基可参与若干其他CKR的组成，称为共有链，主要与信号传导有关。如IL-3R、IL-5R、GM-CSF

15、R具有共有的B链；IL-6R、IL-11R、LIFR、OSMR、CNTFR具有共有的gp130链；IL-10R、IL-22R、IL-28R具有共有的IL-10R0链；IL-12R和IL-23R具有共有的IL-12R02链。 （三）共用 CKRCKR 多数细胞因子有相应的特异性受体，但许多趋化性细胞因子常共用受体，另外TNF-a和TNF-0共用TNFR;IL-19、IL-20和IL-24共用IL-20RI;IL-28A、IL-28B和IL-29共用IL-28R等。 三、可溶性细胞因子受体 可溶性细胞因子受体（solubleCKR,sCKR）是CKR的一种特殊形式。sCKR的氨基酸序列与膜结合型（

16、membranebindingCKR,mCKR）的胞外区同源，仅缺少跨膜区和胞质区。sCKR可与相应的配体特异性结合，但其亲和力一般比mCKR低。 （一）sCKRsCKR 的产生机制 1 1 . .蛋白水平 膜受体脱落是形成sCKR的主要途径，这是一个主动过程并受各种因素的调节。膜受体脱落是经蛋白酶的水解作用而实现的。 2 2 . .基因水平 通过受体mRNA的不同剪接，或阅读框架后移，使可溶性受体mRNA翻译后，如同分泌型CK一样直接分泌至胞外。如SIL-7R的产生就是通过这种机制。 （二）s sCKRCKR 的生物学作用 多数sCKR与相应细胞因子结合的亲和力较mCKR为低，可能与sCKR

17、为单链结构或缺少某些结构区域有关； 也有的sCKR如SIL-4R和mIL-4R与相应配体结合的亲和力是相同的，即使低剂量SIL-4R也可特异地抑制IL-4诱导的细胞增殖反应。sCKR以多种方式发挥其独特的免疫学功能。 作为细胞因子转运蛋白， 将细胞因子运至机体有关部位，造成局部细胞因子高浓度区以充分发挥细胞因子的生物学效应。 作为膜受体正常代谢途径，有利于处于活化状态细胞恢复至正常水平。竞争性地结合mCKR相应配体，抑制mCKR所介导的生物学作用。上调细胞因子效应，如sIL-6与IL-6R结合后可被靶细胞表面gp130蛋白识别并传递刺激信号。 （三）sCKRsCKR 的临床意义 1 1 . .

18、检测 sCKRsCKR 水平在疾病诊断和预后评估中的意义 检测某些sCKR水平可辅助临床对某些疾病的早期诊断，了解病程的发展与转归，并可对患者免疫功能状态及预后进行评估，对临床治疗也有一定指导意义。如血清及其他体液中sIL-2R水平的变化与临床多种疾病如器官移植排异反应、病毒性感染、恶性月中瘤、创伤及自身免疫性疾病等的病情、病程密切相关。 2 2 .sCKR.sCKR 在治疗中的意义 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， 为防治细胞因子过量所致的疾病提供了新的治疗途径。 动物实验结果表明，局部注射sIL-1R可抑制IL-1介导的炎症反应。sI

19、L-1R可降低小鼠同种异体心脏移植的排异反应以及大鼠实验性关节炎和过敏性大脑炎的症状。 在体外sIL-1R可明显抑制急性髓样白血病患者骨髓细胞的增殖。动物体内注射sIL-4R可延长同种异体移植物的存活，抑制GVHR,降低I型超敏反应。 应用sTNFR可减轻TNF在自身免疫性疾病中所介导的病理损害，并可减轻败血症休克。 第二节细胞因子的生物学作用 一、参与免疫应答和免疫调节 免疫应答的过程是免疫细胞之间相互作用的结果，细胞因子参与免疫应答的 整个过程并起着一定的调节作用。在免疫应答的识别阶段，IFN-丫等可诱导APC表达MHCII类分子，促进抗原提呈。在免疫应答反应阶段，T细胞产生IL-2、 I

20、L-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等细胞因子刺激B细胞的分化、增殖和抗体产生，而B细胞又可产生IL-12调节Th1细胞活性和Tc细胞活性。 单核巨噬细胞产生IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IFN-a、TNF-a等细胞因子促进或抑制T、B、NK等细胞功能，而淋巴细胞又产生IL-2、IL-6、IL-10、IFN-丫GM-CSF、巨噬细 胞移动抑制因子（MIF）等细胞因子调节单核巨噬细胞的功能。在免疫应答效应阶段，细胞因子是其中重要的效应分子之一。例如TNF-a和TNF-B可直接使月中瘤细胞发生凋亡；IFN-a、IFN-B可干扰各种病毒在细胞内的复制，从而防止病毒扩散；白血

21、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。另有一些细胞因子通过激活效应细胞而发挥其功能，如IL-2和IL-12刺激NK细胞与CTL细胞的杀月中瘤细胞活性。因此细胞因子在抗月中瘤、抗细胞内感染、移植排斥等功能中起重要作用。许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生调节作用。例如T细胞产生的IL-2可刺激T细胞的IL-2R表达和进一步的IL-2分泌，Th1细胞通过产生IFN-丫抑制Th2细胞产生细胞因子， 而Th2细胞又通过IL-10、IL-4和IL-13抑制Th1细胞分泌细胞因子。 二、刺激造血功能 从多能造血干细胞到成熟免疫细胞的分化发育过程中，几乎每

22、一阶段都需要有细胞因子的参与。目前已知GM-CSF、G-CSF、M-CSF可刺激骨髓生成各类髓样细胞，GM-CSF是树突状细胞分化因子，IL-7刺激未成熟前体T、B细胞的生长和分化，EPO作用于红系造血细胞，IL-6、IL-11和TPO作用于骨髓巨核细胞等，构成了细胞因子对造血系统的调节和控制网络。目前多种刺激造血的细胞因 子已成功地用于临床血液病，有非常好的发展前景。 三、其它生物学功能 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、软骨细胞的生长；IL-6促进肝细胞产生急性期蛋

23、白；IL-1、IL-6、TNF-a等可促进星形胶质细胞有丝分裂；bFGF可参与神经元分化、 存活和再生， 刺激神经胶质细胞移行；IL-1、TNF-a、IFN-TPAF等可诱导下丘脑合成和释放促皮质素释放因子，诱导垂体释放ACTH,进而促进皮质激素释放， 这些作用促进了免疫系统与神经、 内分泌系统之间的相互调节。 三、细胞因子与疾病的治疗 目前，利用基因工程技术生产的重组细胞因子作为生物应答调节剂（BRM）治疗月中瘤、造血障碍、感染等已收到良好的疗效，成为新一代的药物。重组细胞因子作为药物具有很多优越之处。例如细胞因子为人体自身成分，可调节机体的生理过程和提高免疫功能，低剂量即可发挥作用，因而疗效显著，副作用小，是一种全新的生物制剂，已成为某些疑难病症不可缺少的治疗药物。 目前已批准生产的细胞因子药物包括干扰素外和丫EPO,GM-CSF,G-CSF,IL-2,正在进行临床试验的包括IL-1、3、4、6、11,M-CSF,SCF,TGF-0等。这些细胞因子的主要适应症包括月中瘤、感染（如肝炎、AIDS）、造血功能障碍、创伤、炎症 等。 细