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第七章 细胞因子 细胞因子(cytokines, CKs)是构成免疫系统的重要介质之一，主要由活化的免疫细胞和某些基质细胞(如骨髓基质细胞)分泌的具有高活性、多功能的小分子蛋白质。细胞因子包括由淋巴细胞分泌的淋巴因子(lymphokine)、单核巨噬细胞分泌的单核因子(monokine)以及其他细胞分泌的因子等。作为免疫系统中细胞间相互作用的信号分子、与细胞膜上受体结合后发挥多种生物效应，在免疫应答、免疫调节和炎症反应中起重要作用。参与免疫反应的细胞因子主要有干扰素(interferon，IFNs)、白细胞介素(interleukin，IL-s)、集落刺激因子(colony stimulating factor，CSFs)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNFs)和转化生长因子(transforming growth factor)五类。这种分类法以后还有改进的可能。
许多细胞因子及其受体的基因已被克隆成功，并在原核细胞和真核细胞中获得高效表达，已制备了多种重组细胞因子产品，推动了细胞因子与临床应用的研究。 一、细胞因子的共同特性 1.均为低分子量(＜60kD＝的多肽或糖蛋白。多以单体形式存在，少数如IL-5、IL-12、M-CSF等为二聚体，TNF-α为三聚体。 2.大多是细胞受抗原或丝裂原等刺激活化后产生，以自分泌(autocrine)指分泌细胞是靶细胞自身或同类细胞，或旁分泌(paracrine)指分泌细胞与靶细胞属不同类细胞，使细胞因子在局部发挥短暂作用。 3.一种细胞因子可由多种细胞产生，同一种细胞可产生多种细胞因子。 4.需通过与靶细胞表面相应受体结合后发挥其生物学效应。 5.具有高效性、多效性和网络性。微量浓度(pg/ml或10-10 ~10-12mol/L)即可产生效应。一种细胞因子可作用于多种细胞发挥多种生物学效应，多种细胞因子也可有相同或相似的生物学活性。细胞因子相互诱生、相互调节、相互间的叠加、协同或拮抗作用，构成复杂的细9胞因子网络(cytokine network)。 二、细胞因子的种类及其主要活性 在免疫应答和免疫调节中起作用的细胞因子主要可分为四类： 干扰素(interferon，IFN)是由病毒或干扰素诱生剂刺激人或动物有核细胞产生的糖蛋白。据其细胞来源、理化性质和抗原性的不同可分为IFNα、IFNβ和IFNγ三种类型，IFNS的生物学作用主要有：①抑制病毒在细胞内增殖；②抑制细胞分裂和抗肿瘤作用；③在辅助MΦ的功能方面IFNγ的作用强于IFNα、β；④增强NK细胞、CTL和Mo/Mφ的活性、增强MHCⅠ、Ⅱ类分子和Fc受体的表达(见表7.1)。 表7.1人类IFN的种型和性能比较
白细胞介素(interleukin，IL-)，简称白介素，指在白细胞或免疫细胞间相互作用的细胞因子。它在传递信息，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。现已公认的白介素已有18种以上，其主要性能和生物学活性见表7.2。 表7.2 IL-S的主要性能与生物学活性
集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)是刺激骨髓前体细胞的生长与分化，也称造血生长因子。主要的集落刺激因子见表7.3。 表7.3 四种CSF的名称与性能
此外，干细胞生成因子(SCF)、红细胞生成素(EPO)、血小板生成素(TPO)、白血病抑制因子(LIF)等也是重要的CSF。 (四)肿瘤坏死因子(TNFs) TNFα是由BCG、LPS激活Mo/Mφ产生；TNFβ主要由活化TH1细胞产生，又称淋巴毒素。主要性状见表7.4。两种TNF生物学功能相似。其生物学活性包括：①对肿瘤细胞和病毒感染细胞有生长抑制或细胞毒作用。②激活中性粒细胞、Mo/Mφ，增强吞噬杀菌功能，刺激Mo/Mφ合成IL-1、IL-6、IL-8和TNF，促进炎症反应。③增强T、B细胞对抗原和丝裂原刺激的增殖反应。④刺激血管内皮细胞、纤维母细胞合成IL-1、CSFS等，增加血管内皮细胞对白细胞的粘附性。⑤内源性致热原，参与败血性或内毒素性休克、弥漫性血管内凝血、多器官功能衰竭，形成恶液质(cachexia)。TNF能抑制脂蛋白脂肪酶的活性，使脂肪不断消耗，故TNF可称恶液素(cachectin)。 表7.4两种肿瘤坏死因子的主要性状
(五)转化生长因子(TGF-β)家族 TGF-β是调节细胞生长和分化的多肽，几乎所有的肿瘤细胞都能分泌，在体内一些分化活跃的组织细胞也能分泌如骨髓、成骨细胞、胚肝等，此外，活化的T细胞、单核细胞、B细胞、血小板等也能分泌TGFβ。TGFβ可能是关闭免疫应答的信号，某些肿瘤细胞可能通过分泌大量的TGFβ而逃避免疫攻击。 此外，从廿世纪80年代中期以来，发现并鉴定了一类具有趋化活性的小分子蛋白质，称为趋化因子(chemokine)家族。根据其一级结构中N端2个半胱氨酸(C)是否有其他任一氨基酸相间，该族成员可分为C-X-C和C-C两个亚族。IL-8是C-X-C亚族的主要代表，对中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞具有趋化作用。C-C亚族主要有巨噬细胞趋化蛋白(MCP)等，对单核巨噬细胞有趋化作用。由于该家族成员与炎症密切相关，故亦称前炎症因子。 三、细胞因子的生物学功能 1.介导自然免疫、参与抗肿瘤和抗感染 如IFN，TNF等有抑制病毒增殖和瘤细胞分裂增生的作用。IFN、IL-2/LAK，TNF已用于治疗某些肿瘤。 2.调节T、B细胞活化、生长和分化，介导细胞免疫和体液免疫 IL-2、IL-1、IFNγ主要起上调细胞免疫作用，IL-4起下调细胞免疫作用。上调体液免疫的细胞因子主要为IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13。 3.刺激造血生成 刺激骨髓祖细胞生长和分化为各种成熟血细胞的细胞因子有IL-3、GM-CSF、M-CSF、G-CSF、S-CSF、EPO、TPO。IL-7可促进原B细胞和前B细胞的生长与分化以及胸腺中不成熟T细胞的生长与分化。 4.在炎症、感染和内毒素血症中的作用 参与炎症反应的细胞因子有IFNγ、GM-CSF、TNF、IL-5等，IL-1、IL-6、TNF为内源性致热原。IL-8为粒细胞趋化因子，吸引中性粒细胞浸润。胞内菌、真菌、某些有包膜病毒、原虫感染时， TH1细胞产生的IFNγ、TNF常升高、活化MΦ引起迟发型超敏反应炎症。瘤型麻风、中毒性细菌感染、无包膜病毒、蠕虫病感染时，TH2细胞产生的IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等介导体液免疫效应为主。在严重的细菌感染引起的内毒素血症和内毒素休克中，TNF、IL-1、IL-6、IFNγ等常明显升高。TNF是细菌感染引起组织损伤、发热、休克、恶液质的重要介质。 5.在超敏反应和自身免疫病中的作用 IL-4诱导IgE的产生，IL-5刺激嗜酸性粒细胞成熟，IL-3、IL-4、IL-10促进肥大细胞增殖；IFNγ抑制IL-4诱生IgE作用，二者调节IgE生成和FcεR的表达，参与Ⅰ型变态反应。TNF、IL-1、IL-6、IFNγ等参与某些自身免疫病的发生和发展。 四、细胞因子受体(cytokine receptor，CKR)的作用 细胞因子生物作用的发挥是通过激活其相应受体，导致细胞的增殖与分化或分泌某种蛋白质。CKR也起免疫调节作用，当 CKR表达异常或亲和性增强或受体表达有缺陷，均可导致一些疾病的发生。 除细胞膜上有CKR外，在体液中自然存在某些可溶性细胞因子受体(sCKR)，如sIL-1R、sIL-2R、sIL-6R、sTNFR等。其产生有二种方式：膜受体脱落型与分泌型，以前者较多。大多数可溶性受体常为相应受体的抑制物，有干扰和中和相应细胞因子的作用，如sTNFR、sIL-2R等，但也有少数例外。正常人血清或尿中sCK-R量低，但患某些疾病时可增高，与病情严重程度密切相关。如HTLV-1型病毒所致的T细胞白血病，艾滋病，活动期SLE，肝炎以及器官移植发生排斥反应和GVHR时，血清中sIL-2R均有明显升高。因此测定患者血清中可溶性CKR对某些疾病的辅助诊断、病情观察和预后判断具有一定的意义。 五、细胞因子及其受体检测原则举例 (一)生物学活性检测法(详见第18章) 常用细胞增殖法(IL-1、IL-2)，集落形成法(CSFs)，直接杀伤靶细胞法(TNF)和病毒所致的细胞病变抑制法(IFNs)等。此法优点为敏感性高，但操作较繁琐。 (二)免疫学检测法 选择具有特异的单克隆抗体，用双抗体夹心ELISA法或RIA法检测细胞因子或其受体。此法操作较简便，但敏感性较低。 (三)分子生物学方法 常用核酸探针技术，用同位素(或非同位素)标记的cDNA探针，用斑点杂交法、Southern或Northern印迹杂交法或聚合酶链(式)反应(polymerase chain reaction，PCR)检测细胞内细胞因子DNA或mRNA。此法操作较繁，但特异性、敏感性较高。 细胞因子及其受体的测定在临床上可作为疾病诊断、病情和疗效观察、预后判断的指标。
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