医学免疫学课件：5 第五次 细胞因子

1、细 胞 因 子 Cytokine（p49）概述概念：研究历史：来源：正常细胞、癌细胞、基因工程细胞因子研究历史淋巴因子IFNIL-2IL命名IFN克隆成功LI-1IL3/4/16命名细胞因子19571968197219741975197619791981/2198519861988TNFsIL-2RIL-8IFNa2a/b上市199219941995199619972000200220032004200520072012趋化因子IL-15/TPO细胞因子信号转导抑制蛋白CISIL-17CXCR4/CCR5-HIVIL-18IL-19IL-20/21/22IL-23/24/25/26/27IL-

2、28/29/IL-30/31IL-32-IL38细胞因子的分类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、趋化因子(Chemokine, CK)6、生长因子(Growth Factor, GF)1.白细胞介素(Interleukin, IL) 1979年第二届国际淋巴因子专题讨论会上命名的，将由白细胞产生的又在白细胞之间发挥作用的细胞因子统一命名为白细胞介素，正式命名的有IL-1-IL-38。

3、 Interleukin 来自inter-leukin，意指白细胞之间信使分子，中文译为白细胞介素。白细胞介素的分类IL-1 家族：IL-1/、1Ra、 18、33IL-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、 11IL-8（趋化因子）其它IL： IL

4、- 13、14、16、 32、34 IL-21976发现,1979年命名, 1983年从ConA刺激的Jurkat白血病T细胞中克隆成功1979年统一命名为白细胞介素2（interleukin 2，IL-2）, IL-2含有133aa，分子量为15.5kDaN端有糖基化修饰三个半胱氨酸：58、105、125位IL-2主要产生细胞： 主要由活化CD4+ Th1分泌,CD8+T和NK也能产生T细胞肿瘤细胞系:如人Jurkat和小鼠EL-4T淋巴细胞杂交瘤等IL-2受体：CD25()；CDl22()；CDl32(c) IL-2别名BF ( blastogenic factor ); EDF ( eo

5、sinophil differentiation factor ); KHF ( killer cell helper factor ); LMF ( lymphocyte mitogenic factor ); LCM factor ( lymphocyte-conditioned medium factor ) LPF ( lymphocyte proliferation factor ); MAF-C I ( macrophage-activating factor for cytotoxicity I ); PFC-EA ( plaque forming cell enhancing

6、factor ); SCIF ( secondary cytotoxic T-cell inducing factor ); TCGF ( T-cell growth factor ); TCPA ( T colony-promoting activity ); TDF ( thymocyte differentiation factor ); TMF ( thymocyte mitogenic factor ); TMF ( T-cell maturation factor ); TMF ( T-cell mitogenic factor ); TRF-3 ( T-cell replacin

7、g factor-3 ); TSF ( thymocyte stimulating factor ). Costimulator ;IL-2主要生物学活性IL-2对T细胞的作用2.集落刺激因子(Colony-Stimulating Factor, CSF) 能够刺激多能造血干细胞和不同发育阶段的造血祖细胞增殖分化，并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。根据刺激不同造血细胞系或不同分化阶段的细胞有不同的命名造血干细胞HSC髓样干细胞淋巴样干细胞血小板单核巨噬细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞T细胞B细胞中性粒细胞红细胞NK细胞SCF / EPOTPOG-CSFM-CSFIL-3 / IL-5I

8、L-3 / IL-4IL-7 / IL-3IL-7 / IL-11IL-12 / IL-15SCFG-CSF(粒细胞集落刺激因子)1983年命名,1986年克隆成功.人G-CSF基因位于17号染色体,人类有两种不同的G-CSF DNA,分别编码含207和204个蛋白，有5个半胱氨酸36=42,64=74,17游离。来源多种细胞可产生内毒素、TNF-、IL-1、IFN-活化单核/巨噬细胞可产生，刺激成纤维、内皮细胞也可产生，某些肿瘤细胞可产生生物学活性：主要作用于中性粒细胞谱系造血细胞的增殖、分化和活化。对人粒细胞、单核细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞等有趋化作用。临床应用：粒细胞减少症 肿瘤化疗引

9、起血细胞减少症 贫血和骨髓发育异常综合症 3.干扰素 (Interferon,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。干扰素的命名根据来源及对酸的耐受程度，将干扰素分成I 和 II型；I型(IFN-，IFN-)耐酸，pH2活性稳定，其中白细胞产生的称白细胞干扰素，成纤维细胞产生的称成纤维干扰素；II型(IFN-)不耐酸，是抗原或有丝分裂原刺激PBMC产生又叫免疫干扰素；后又将其称为IFN-，IFN-，IFN-；IFN-是异质性的，包括14个亚型，编码基因成串排列在9p23，产物高度同源。

10、10 12 g干扰素能在培养组织中保护一百万个细胞免受一千万个病毒颗粒的感染4.肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor, TNF) 1975年发现的一种能使肿瘤发生出血坏死的物质，该因子对多种肿瘤细胞系具有细胞毒作用，而且在多种动物模型中可引起肿瘤坏死，将其命名为肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor， TNF）。 1984TNF的cDNA克隆成功，后来相继克隆了该家族的多个成员，构成了TNF超家族细胞因子。TNF超家族特征绝大多数成员为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；TNF超家族包括TNF, TRAIL, FAS

11、L等；此外，尚有一批与TNF序列同源，但缺乏诱导凋亡活性的TNF家族成员。TNF-: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。骨 髓MjT 细胞B 细胞巨噬细胞中性粒细胞IL-2 IL-4 g -IFNTNF-a上调细胞因子产生水平（IL-2，IL-4，g -IFN，CSF） 上调 IL-2 受体的表达诱导分化 上调抗体 产生数量上调前列腺素产生水平 上调细胞因子产生水平（IL-1，IL-6，IL-8，GM-CSF）趋化并活化中性粒细胞体内刺激产生CSF 上调造血功能TNF-a 对 淋 巴 组 织 的

12、 作 用TNF-炎性因子：引起发热、诱导急性期蛋白合成、介导内毒素性休克、诱导细胞凋亡L-选择素SLex整合素ICAM-1粘附内皮细胞炎症趋化因子 5. 趋化因子(Chemokine，CK) 趋化运动是指细胞向高浓度刺激物方向的定向运动。 根据蛋白质一级结构进行分类：CXC,CC,C,CX3C亚家族CK及CKR生物学功能：CXCCCSDF-1GROIL-8IP-10PF4MigMIP-1MCP-4TECKEotaxin调 节 造 血促进血管生成抑制血管生成参与器官发生CCR9T淋巴细胞性白血病CD4+ T细胞抗凋亡促进肿瘤细胞恶性增殖；结果：CXCR5正常T细胞促进凋亡参与免疫细胞更新；作用：

13、CK及CKR与T细胞：6.生长因子(Growth factor) 具有促进不同类型细胞生长效应的细胞因子，如TGF-、FGF、EGF、VEGF、NGF、PDGF等。VEGF-AisoformsVEGF121, VEGF165, VEGF189, VEGF206，VEGF145 ，VEGF183VEGF-B； VEGF-C； VEGF-D。 VEGFR1、VEGFR2 、VEGFR3血管内皮生长因子(VEGF) 细胞因子受体细胞因子发挥生物学功能是通过与靶细胞膜表面的受体结合并将信号传递到细胞内部。因此，了解细胞因子受体的结构和功能对于深入研究细胞因子的生物学功能是必不可少的。 从细胞因子结合受

14、体开始，到某些基因转录的启动，要经历复杂的细胞内分子间的相互作用，这样的作用过程称为细胞因子的信号转导。1.造血细胞因子受体超家族（I类）结构特征：是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D2002.IFN受体家族(II类细胞因子受体家族)结构特征：两条肽链组成，胞外区Fn3样结构域由200个氨基酸残基组成，也称D200，并含有4个不连续的半胱氨酸，包括IFN和IL-10受体7个aa22个aaIL-10TN

15、F TNF CD40LNerve growth factor (NGF)FASL3. TNFR超家族主要包括：TNF、 Fas、 CD40、神经生长因子受体等结构特征： 这类受体富含半胱氨酸，在与细胞因子结合后三聚体化。胞外区有3-5个由40个氨基酸残基组成的重复亚单位；每个重复亚单位含有4-6个保守的半胱氨酸；形成“配体结合区域。 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 4. 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Gi/Go蛋

16、白偶联胞外细胞膜 细胞质COOHNH2G 蛋白 CKR分类1、根据结合配体的不同，分为CXCR， CCR， XCR, CX3CR；2、根据特异性不同，分为特异性受体、共享性受体、杂合性受体（DARC：Duffy血型抗原，红细胞趋化因子受体）、孤儿受体、病毒受体等。CC类趋化因子CC类趋化因子前两个 Cys相邻排列大部分染色体定位于17q11.2 嗜酸性粒 细胞嗜碱性粒细胞 单核/巨噬 细胞淋巴细胞CCL2/MCP-1CCL3/MIP-1CCL5/RANTESCCL11/EotaxinCXC类趋化因子前两个Cys之间含有一个其他的残基 染色体主要定位于4q12-q13或4q21.21 CXCL8

17、/IL-8CXCL4/PF4CXCL1/GROCXCL10/IP-10ELR-CXC non-ELR-CXC ELR? 血管生长因子，直接作用于内皮细胞促进血管生成。 抑制血管生长的因子,能抑制ELR-CXC诱导的内皮细胞趋化。 淋巴细胞内皮细胞中性粒细胞C类趋化因子 CX3C 类趋化因子 N端前两个半胱氨酸之间含有其他3个氨基酸残基 染色体主要定位于16q13 T淋巴细胞单核细胞NK细胞Fractalkine 膜结合型分泌型介导细胞间的粘附，并传递活化信号行使细胞趋化功能 N端只含两个半胱氨酸 染色体主要定位于1q23 T细胞骨髓细胞XCL1/LymphotactinXCL2/SCM-1 C

18、XCR4和CCR5是HIV感染的共受体 CXCR4与CCR5是HIV感染靶细胞的共受体HIV世界第一治愈人蒂莫西雷-布朗，一名居住在德国柏林的美国翻译。1995年：血液中携带HIV病毒。2006年：白血病。 化疗/干细胞移植。主治医生迪尔同时思考着艾滋病治愈的可能。 HIV/CD4/CCR5 迪尔的设想 为了实现这样的天方夜谭，迪尔医生在全世界找到了232名志愿者，他们的骨髓可以与布朗匹配。随后，对他们进行基因检测，试图寻找特定的突变。迪尔医生的实验室将支付这笔40美金/人的检测费用。寻找骨髓源的过程中，上天对布朗表现出更多的是仁慈。第61位捐献者带来了福音。找到合适的骨髓源后，他在医院中接受

19、了两次骨髓干细胞移植手术。这一次，布朗的命运豁然转折，使他成为了千万分之一的幸运儿。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。 （二）细胞因子受体的几个特点1.细胞因子受体共用链 两个或更多细胞因子受体亚单位组成异聚或多聚体形式，包括特异性配体结合链和一个参与信号转导链。I

20、L-2受体IL-2受体家族gp130参与造血因子受体家族高亲和力受体形成和信号转导，不直接参与配体结合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 链缺陷，将引起SCID。gC突变导致T细胞发育障碍2.可溶性细胞因子受体(sCKR)产生方式：大部分为膜受体脱落，如SIL-1R、SIL -2R、sTNFR、sIFNrR、sGM-CSFR、sIL-5R、sIL-6R等小部分为分泌型，如sIL-4R、sG-CSFR、sIL-5R、sIL-6R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” sCKR与临床：检测：sIL-2R：

21、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。细胞因子受体的信号转导细胞因子受体的信号转导主要利用2个信号转导途径：JAK(Janus kinase)-STATRasMAPK激酶途径细胞因子信号转导通路细胞因子结构与功能特点结构：同源性低，小分子蛋白，多为单链，少为双链、三聚体（TNF

22、）、多含糖基量微而活性强（pmol/L）细胞因子作用特点旁分泌或自分泌，瞬时、距离范围小；通过与相应受体结合发挥作用；细胞因子诱导的受体亚单位聚合可以活化蛋白酪氨酸激酶(JAK),导致转录因子STAT酪氨酸磷酸化而激活靶基因转录；多效性、重叠性、拮抗性、协同性、网络性；生理调节、病理反应。54细胞因子间可相互诱生： IL-1能诱生IFN、IL-1、IL-2、IL-4等， IL-2能诱生TNF、IL-2、LT等。细胞因子可调节细胞因子受体的表达： IL-1、IL-5、IL-6等可促进IL-2受体的表达； IL-1能降低TNF受体的密度。 B细胞和T细胞活化过程中，常需要两种以上细胞 因子的协同作

23、用或彼此调节。自分泌内分泌远距离作用旁分泌作用于比邻细胞作用于分泌细胞自身细胞因子分泌的方式血液循环 多效性重叠性（丰裕性）协同性拮抗性TH1MjIL- 4 骨髓基质细胞IL-1 IL-6 IL-7 SCF 造血干细胞IL-1 IL-6 IL-11 TNF-a GM-CSF G-CMF M-CSF单核细胞TH2B中性粒细胞嗜酸性粒细胞IL-1 IL-8 TNF-aIL-1 TNF-aIL-10 IL- 4IL- 4 IL-6 IL-10 IL-13 IL-4 TGF-bIL-4 IL-5 IL-6 IL-13 IL-10 TGF-bIL-4IL-4内皮细胞IL-4TcIL-4IL-2 IFN-

24、gIL-10 IL-13 IL-4 NK1+T NK 细胞IFN-gIL-2IL-2 IFN-gIL-2IL-2 IL-12G-CMF IFN-g GM-CSF IL-12IL-1 TNF-a TGF-b PDGF FGF M-CSF GM-CSF 内皮细胞纤维母细胞下 丘 脑IL-1 TNF-aM-CSF GM-CSF IL-1 IL-6 TNF-aIL- 4IL- 6IL- 4细胞因子的作用具有网络性 细胞因子的免疫学功能1、调控免疫细胞的发育、分化和功能1）调控在中枢的发育、分化IL-7、CXCL12、SCF、IL-3、G-CSF、IL-15、EPO、TPO、IL-11。2）调控在外周发

25、育、分化、活化和功能IL-4/5/6/13-B细胞IL-4-IgG1、IgE;TGF-/IL-5-IgA;IL-2/7/18-T细胞活化、增殖；IL-12/IFN-Th1IL-4-Th2TGF-TregTGF-/IL-6/23-Th17;IL-2/6/IFN-CTL;2、调控机体的免疫应答1）抗感染（细菌和病毒）2）肿瘤促进/抑制肿瘤的增殖、侵袭转移刺激造血细胞增埴分化3）诱导细胞凋亡4）其它：促进血管生成、参与炎症反应、各种细胞的生长和分化、细胞因子佐剂。细胞因子与临床 （一）细胞因子与疾病：1、细胞因子风暴（cytokine storm),高细胞因子血症；2、致热与炎症病理损伤；3、肿瘤的

26、发生与逃逸；4、免疫系统相关疾病。固有免疫与禽流感（二）细胞因子的检测 用于判断机体免疫功能，进行疾病辅助诊断，判断病程，预后，评价治疗效果 细胞因子检测常用方法生物活性检测法(biossay)-检测细胞因子的生物学活性免疫学检测法(immnuossay)-检测细胞因子蛋白质的抗原特性分子生物学检测法-检测细胞因子的mRNA表达芯片检测：基因、mRNA、蛋白水平生物活性检测法增殖实验：应用某一细胞因子能特异刺激或抑制某些指示细胞的增殖,通过3HTdR摄入,MTT,反应待测细胞因子的活性水平;集落形成实验：半固体培养系统,造血因子集落刺激因子诱导干细胞形成某一或某些种类的集落.直接杀伤靶细胞：3HTdR、51Cr释放法抗病毒活性：干扰素抑制病毒致病变的程度,计算样品中IFN的活性单位凋亡实