第四章-细胞因子

第四章

细胞因子细胞因子的概念细胞因子（cytokine，CK）：是由多种细胞，特别是活化的免疫细胞合成并分泌的一类具有多种生物活性的小分子多肽或糖蛋白。其在免疫细胞分化发育、免疫应答、免疫调节、炎症反应、造血功能中发挥重要作用，还广泛参与机体其他生理功能和某些病理过程的发生、发展。有多种其他名称：单核因子、淋巴因子、集落刺激因子等2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军2第一节细胞因子概述一、细胞因子的来源免疫细胞：T/B细胞、NK细胞、巨噬细胞非免疫细胞：血管内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞某些肿瘤细胞：白血病细胞、淋巴瘤、骨髓瘤等2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军3二、共同特点多为小分子多肽8-30kD高效性由受体介导，高亲和力。细胞因子需与靶细胞膜上的特异性的、高亲和力的受体结合后，才能产生生物效应。细胞因子与其受体的解离常数Kd≈10-11～10-12mol／L，比抗原抗体的结合（Kd≈10-7～10-11mol／L）和MHC肽段的结合（Kd≈10-6mol／L）的亲和性要高得多。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军4

细胞因子的分泌特性以旁分泌（paracrine）、自分泌（autocrine）或内分泌（endocrine）的方式发挥作用。细胞因子通常在内质网中合成，在高尔基氏体内糖基化，然后大多通过自分泌形式作用于自身细胞和旁分泌方式作用于邻近细胞，其作用方式是短暂地产生并在局部发挥作用。也有的可以通过循环系统作用于远处细胞，即内分泌形式。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军5多效性、重叠性、拮抗性、协同性多效性：细胞因子影响和作用的靶细胞，产生的生物学效应是多种多样包括：淋巴细胞、单核—巨噬细胞、多形核细胞、胸腺细胞、NK细胞、骨髓细胞、血小板、成纤维细胞、破骨细胞和内皮细胞等。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军7重叠性：几种不同细胞因子可作用于同一细胞，产生相同或相似的生物学效应；繁多的产生途径，扩大了细胞因子的多效性，而且多种细胞产生同一种细胞因子，构成一个复杂的、开放式的细胞因子网络。单一的刺激，如抗原、丝裂原、病毒感染等，又可使同一细胞产生多种细胞因子，而一种细胞因子又可作用于不同类型的靶细胞。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军8IL-4拮抗性一种细胞因子可抑制其他细胞因子的功能协同性一种细胞因子可增强其他细胞因子的功能2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军9短时自限性。

细胞因子的合成和分泌是一个短促的、自我限量的过程。当淋巴细胞与刺激剂一起温育时，6-8h后，在培养上清液中即可检出细胞因子，24～72h时CKs可达最高水平，但CKs引发的细胞响应却是缓慢的。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军10第二节细胞因子的分类及其功能细胞因子可被分为白细胞介素干扰素肿瘤坏死因子集落刺激因子生长因子趋化性细胞因子2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军111、白细胞介素在1979年第二届国际淋巴因子专题讨论会上，白细胞介素将来自单核-巨噬细胞、T淋巴细胞所分泌的某些非特异性发挥免疫调节和在炎症反应中起作用的因子称为白细胞介素（interleukin，IL）。虽然后来发现白细胞介素可由其他细胞产生，也可作用于其他细胞，但这一名称仍被广泛使用着。白细胞介素现在（21世纪初）是指一类分子结构和生物学功能已基本明确，具有重要调节作用而统一命名的细胞因子，它和血细胞生长因子同属细胞因子。白细胞介素在传递信息，激活与调节免疫细胞，介导T、B细胞活化、增殖与分化及在炎症反应中起重要作用。目前已报导的白细胞介素已有38种（IL-1～38）。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军122、干扰素干扰素（Interferon，IFN）是最先发现的细胞因子，因其具有干扰病毒感染和复制的能力故称干扰素。根据来源和理化性质，可将干扰素分为α、β和γ三种类型。IFN-α/β主要由白细胞、成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生，也称为Ⅰ型干扰素。IFN-γ主要由活化T细胞和NK细胞产生，也称为Ⅱ型干扰素。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军13各类IFN的特性2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军14种型主要生产细胞诱生剂分子量亚型56℃稳定性pH2稳定性IFN-a白细胞，B细胞病毒18-20>10稳定稳定IFN-b成纤维细胞病毒231稳定稳定IFN-gTh1细胞抗原，丝裂原20-251不稳定不稳定①通过抑制某些病毒的吸附（如VSV）、脱衣壳和最初的病毒核酸转录（如SV-40、HSV-1、流感病毒和VSV）、病毒蛋白合成（如SVS、SV-40）以及成熟病毒的释放（如逆转录病毒、HSV-1）等不同环节；②通过NK、巨噬细胞和CTL杀伤病毒感染靶细胞。IFN-α/β具有广谱的抗病毒作用，其作用机理是：3、肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子（Tumornecrosisfactor，TNF）是Garwell等在1975年发现的一种能使肿瘤发生出血坏死的物质。肿瘤坏死因子分为TNF-α和TNF-β两种。

TNF-α主要由活化的单核－巨噬细胞产生，抗原刺激的T细胞、活化的NK细胞和肥大细胞也分泌TNF-α。

TNF-β主要由活化的T细胞产生，又称淋巴毒素（lymphotoxin，LT）。具有生物学活性的TNF-α/β为同源三聚体分子。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军164、集落刺激因子

（Colony-stimulatingfactor，CSF）集落刺激因子是指能够刺激多能造血干细胞和不同发育分化阶段的造血干细胞进行增殖分化，并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。目前发现的集落刺激因子有粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）单核-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（erythropoietin，EPO）干细胞生长因子（stemcellfactor，SCF）血小板生成素（thrombopopoietin，TPO），也是重要的造血刺激因子。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军175、生长因子

（Growthfactor，GF）生长因子是具有刺激细胞生长作用的细胞因子，包括转化生长因子-β（TGF-β）表皮细胞生长因子（EGF）血管内皮细胞生长因子（VEGF）成纤维细胞生长因子（FGF）神经生长因子（NGF）血小板源的生长因子（PDGF）等。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军196、趋化性细胞因子趋化性细胞因子（chemokine）是一个蛋白质家族，此家族由十余种结构有较大同源性，分子量多为8～10kD的蛋白组成。这些蛋白在氨基端多含有一或两个半胱氨酸。根据半胱氨酸的排列方式，将趋化性细胞因子又分为亚家族：两个半胱氨酸按Cys-X-Cys（半胱氨酸－任一氨基酸－半胱氨酸）方式排列的趋化性细胞因子属α亚家族，也称CXC趋化性细胞因子；以Cys-Cys方式排列的趋化性细胞因子属β亚家族，也称CC趋化性细胞因子。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军20氨基端只有一个半胱氨酸（Cys）的趋化性细胞因子，这种趋化性细胞因子被命名为γ亚家族趋化性细胞因子，也称C趋化性细胞因子。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军21趋化性细胞因子主要由白细胞与造血微环境中的基质细胞分泌，也可结合在内皮细胞的表面；具有对中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞、嗜酸性细胞和嗜碱性细胞的趋化和激活活性。

IL-8是α亚家族系的代表，对中性粒细胞有趋化作用。单核细胞趋化蛋白-1（monocytechemotacticprotein-1，MCP-1）是β亚家族的代表，可趋化单核细胞。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军22二、细胞因子的受体分类从细胞因子结合其受体开始，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细胞因子受体都是跨膜蛋白，由胞膜外区、跨膜区和胞浆区组成。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军23细胞因子受体与信号传导1、I型细胞因子受体家族又称造血家族受体

IL-2～7、IL-9、IL-11、IL-13、IL-15、GM-CSF和G-CSF受体属此类。由结合亚单位和信号亚单位组成，其胞膜外区有两个不连续的半胱氨酸残基和WSXWS

基序（W代表色氨酸，S代表丝氨酸，X代表任一个氨基酸）。IL-6受体既含Ig样结构域，又含半胱氨酸残基和WSXWS基序，因此它既可以归类于免疫球蛋白基因超家族，又可归类于I型细胞因子受体家族。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军25三个亚家族：GM-CSF受体亚家族共用b亚单位：IL-3、IL-5、GM-CSFIL-2亚家族共用g亚单位：IL-2、4、7、9、15IL-6亚家族共用gp130亚单位：IL-6、11、抑瘤素(oncostatinM,OSM)、睫状神经营养因子(CNTF)2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军272、II型细胞因子受体家族这类受体是干扰素的受体，其胞膜外区有四个不连续的半胱氨酸残基。也包括IL-102023/7/14微生物与生化制药研究室杜军283、III型细胞因子受体家族这类受体又称肿瘤坏死因子受体家族，有富含半胱氨酸的基序。TNF受体、神经生长因子受体、CD40和Fas分子属此类受体。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军294、免疫球蛋白基因超家族这类受体的细胞膜外区有一或多个免疫球蛋白（Ig）样结构域。IL-1、IL-6、M-CSF、SCF、PDGF和FGF受体都属此类。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军305、趋化性细胞因子受体家族趋化性细胞因子受体(chemokinereceptor，CKR)：这一家族的受体是G-蛋白偶联受体，由七个疏水性的跨膜区组成，此类受体与相应的配体结合后,经偶联GTP结合蛋白而发挥生物学效应。趋化性细胞因子如IL-8和MCP受体属此类。趋化性细胞因子受体可分为CC-CKR和CXC-CKR等类别，CC-CKR是CC亚家族趋化性细胞因子的受体，CXC-CKR是CXC亚家族趋化性细胞因子的受体。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军31细胞因子的生物学作用1、参与免疫功能的调节参与免疫细胞的分化和发育在多功能造血干细胞分化为不同的免疫细胞的过程中发挥重要作用外周免疫细胞的分化也依赖于细胞因子2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军33参与免疫应答和免疫调节细胞因子参与免疫应答的全过程，即：抗原提呈—淋巴细胞活化—增殖、分化—发挥效应；在受到抗原的刺激后，淋巴细胞的活化受到细胞因子的正负调节。如IFN-γ通过刺激抗原提呈细胞表达MHCII类分子促进CD4+

细胞的活化；

TGF-β可抑制巨噬细胞的激活。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军35如：

IL-12促进初始CD4+T细胞分化成Th1细胞，IL-4促进初始CD4+T细胞分化成Th2细胞。B细胞在分化过程中发生的类别转换也是在细胞因子的作用下实现的，如：IL-4刺激B细胞产生IgE；IFN-γ刺激B细胞产生IgG；TGF-β刺激B细胞产生IgA。从这个意义上讲，细胞因子决定了B细胞产生的免疫球蛋白的类别,使其介导不同的效应功能。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军36参与固有免疫此类细胞因子主要由单核巨噬细胞分泌，表现为抗病毒和细菌感染的作用。抗病毒的细胞因子：IFNa/b

；IL-12；IL-15。抑制和排除细菌的细胞因子（促炎症细胞因子）：TNFa

；IL-1；IL-6；天然免疫的负调节因子IL-10。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军37参与炎症反应促炎细胞因子（pro-inflammatorycytokine)TNF,IL-1,IFNg，IL-6参与炎症反应的细胞称为炎细胞，包括:中性粒细胞、单核细胞、嗜酸性和嗜碱性粒细胞、肥大细胞、淋巴细胞和浆细胞。有利于机体清除病原体，但也引起病理损伤。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军38刺激造血

在免疫应答和炎症反应过程中，白细胞、红细胞和血小板不断被消耗，因此机体需不断从骨髓造血干细胞补充这些血细胞。

由骨髓基质细胞和T细胞等产生刺激造血的细胞因子在血细胞的生成方面起重要作用。

IL-4加GM-CSF刺激朗格汉斯细胞分化为树突状细胞。

IL-7刺激未成熟T细胞前体细胞的生长与分化。

EPO刺激骨髓红细胞前体使之分化为成熟红细胞。

IL-11和血小板生成素（thrombopoietin，TPO）均能具可刺激骨髓巨核细胞的分化、成熟和血小板的产生2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军39诱导凋亡

IL-2诱导抗原活化的T细胞凋亡，限制免疫应答的强度；TNF可诱导肿瘤细胞凋亡。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军40IL-2IL-2活化凋亡促进创伤修复TGFb刺激成纤维细胞和成骨细胞促进损伤修复血管内皮生长因子促进血管和淋巴管生成成纤维细胞生长因子促进多种细胞增殖2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军41参与神经-内分泌-免疫网络调控正常机体的免疫系统并非孤立存在，在表达免疫功能的过程中也受到神经、内分泌系统的调节，三者间相互作用、相互影响，构成复杂的神经-内分泌-免疫调节网络，共同维持机体内环境的平衡。免疫系统中的淋巴细胞犹如巡逻的“神经细胞”，可接受不被神经系统识别的抗原性异物的刺激，产生免疫应答，并释放多肽因子，使神经内分泌系统出现生理或病理反应，同时，神经内分泌系统则通过多肽因子反馈调节免疫应答的进行；同样，神经内分泌系统接受可识别的刺激（如应激反应）后，通过多肽因子引起免疫系统的功能改变，免疫系统随之产生多肽因子对神经内分泌系统反应产生影响。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军42第四节细胞因子及其相关制剂的临床应用1.细胞因子与感染干扰素已被用于病毒性感染如病毒性肝炎、角膜炎和感染性生殖器疣的治疗IFN-γ对利什曼原虫和弓形虫感染也有疗效。此外，IL-5可被用于寄生虫感染；IL-12可被用于纠正艾滋病(AIDS)病人Th1细胞的进行性减少。细菌性脓毒血症休克（BSS）可在感染细菌后数小时发生。细菌细胞壁内毒素刺激巨噬细胞产生过量的IL-1和TNF-α是BSS发生的重要原因。给BSS患者注射重组IL-1受体拮抗剂或有中和活性的TNF-α单克隆抗体可明显降低其死亡率。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军432.细胞因子与肿瘤细胞因子对肿瘤的作用具有双重性，既能杀伤肿瘤，也能促进肿瘤生长。由IL-2活化的NK细胞被称为淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)IL-6是浆细胞瘤细胞的自分泌生长因子，促进多发性骨髓瘤的形成和发展。高水平表达IL-6的IL-6转基因小鼠表现广泛的、致死性的浆细胞增殖。应用IL-6的单克隆抗体可抑制体外培养浆细胞的增殖和多发性骨髓瘤的发展。2023/7/14微生物与生化制药研究室杜军443.细胞因子与自身免疫病某些细胞因子能促进某些自身组织细胞表达MHC-II类抗原，从而使这些细胞具有抗原递呈功能，可激活T效应细胞导致自身组织的损害IL-10可能治疗由Th1细胞引起的自身免疫性疾病。中和IL-2或IL-2受体的制剂可能用于某些自身免疫性疾病的治疗。抗TNF的中和抗体可以减