第六章细胞因子、细胞表面分化抗原、细胞粘附因子

第七章 细胞因子、细胞表面分化抗原与细胞粘附分子 掌握：细胞因子、CD 和细胞粘附分子的概念、细胞因子的共同特性，掌握几种主要细胞因子、 CD 分子和细胞粘附分子的结构与生物学特性。 熟悉：其他细胞因子的分泌细胞和生物学活性。 了解：细胞因子受体家族及信号转导机制，了解细胞因子在临床上的应用。 授课内容： Cytokine 一、细胞因子的定义及基本特性 细胞因子的共同特点： 理化特性：均为小分子量的分泌型糖蛋白，一般由 100 个左右的氨基酸组成，多以单体形 式存在；多功能：一种细胞因子往往具有多种不同的生物学活性；高效能：极少数的细胞 因子就能引发巨大的生物学效应； 细胞因子与其受体结合而发挥作用：细胞因子与其受体结合后，通过细胞内住处传递，增 加或抑制某些基因的表达，从而引起相应的生物学反应； 二、主要的细胞因子简介 白细胞介导素 interleukin IL； 干扰素 interferon IFN； 集落刺激因子 colony stimulating factor CSF 肿瘤坏死因子 tumor necrosis factor TNF； 转化生长因子 transforming growth factor TGF Interferon：1957 年，Issacs 在病毒培养过程中发现，当两种或两种以上的病毒感染同一 细胞时，一种病毒的生长会干扰另一种病毒的生长。 实验结果分析 v 将病毒加热灭活可以证明干扰源不是来源于病毒，虽然流感病毒被加热灭活，但其衣壳 蛋白依然能够起到诱导作用； v 由于病毒必需依赖于宿主细胞才能进行增殖，所以在培养过程中需要以鸡胚绒毛尿囊膜 作为宿主细胞； v 第 3 步是去掉粘附于组织块上的病毒； v 干扰源是来源于第 3 步的培养液。 这个实验证明：当用灭活的病毒作用于细胞后，可以使细胞产生一种可溶性的能干扰病毒 增殖的物质，由于它具有干扰作用，所以我们把这种分子称做干扰素 interferon。干扰素 是一种小分子量的糖蛋白，其分子量为 1558kD；按其结构不同可将干扰素分为 、 和 三种类型； 体内多种细胞都可以分泌干扰素，根据其来源的细胞不同分别称为白细 胞干扰素、成纤维细胞干扰素、B 淋巴细胞干扰素等。 干扰素的生物学特性： v 活性高：1 个干扰素分子就可以使 1 个细胞产生抗病毒活性； v 抗病毒具有广谱性：干扰素对几乎所有的病毒都具有一定的抑制作用； v 选择性抑制细胞分裂：干扰素仅能抑制肿瘤细胞等异常细胞的分裂。 IL-1：旧称淋巴细胞激活因子、B 细胞活化因子、胸腺细胞增生因子等，1979 年国际统一 命名为 IL-1； IL-1 可由多种细胞合成和分泌，最主要的是活化的单核/巨噬细胞，其它细胞如树突状细 胞、上皮细胞、内皮细胞、活化的 B 细胞等也可产生 IL-1。 IL-1 的生物学活性：IL-1 能增强 NK 细胞的肿瘤杀伤活性；IL-1 能刺激各种免疫细胞和炎 症细胞，尤其是噬中性粒细胞；IL-1 可以诱导内皮细胞表达内皮粘附分子；IL-1 能促进吞 噬细胞对病原微生物和肿瘤的杀伤作用；IL-1 促进 T 细胞增殖和 T 细胞不生 IL-2、干扰素 的表达；IL-1 刺激 B 细胞的增殖和分化。 IL-2：旧称 T 细胞生长因子，1979 年国际会议上统一命名为 IL-2；IL-2 是促使 T 细胞从 G 1 期转至 S 期的关键性因子，主要由被激活的 CD4+T 细胞产生，CD8+T 细胞产生量较少；IL -2 可做用于细胞自身和其周围的 T 细胞和其它免疫细胞。 IL-2 的生物学活性：IL-2 是 T 细胞的自分泌或旁分泌的生长因子，并促进 T 细胞产生各种 细胞因子；它对静止 T 细胞作用较弱；刺激 NK 细胞生长，并增强其溶细胞活性；IL-2 作 用于 B 细胞，可使 B 细胞增殖分化；IL-2 可以活化巨噬细胞； 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor TNF）：TNF 是一类能直接造成肿瘤细胞死亡的 细胞因子。根据其来源和结构不同可以将它分为 和 两种类型； TNF- 主要由巨噬 细胞产生，LPS 是诱导其产生的较强的刺激剂， TNF- 主要由活化的 T 细胞产生，T 细胞 在抗原的刺激下可产生高水平的 TNF-。 TNF 的生物学活性：TNF- 和 TNF- 的生物学活性极为相似，但是也存在不同之处。TNF- 在低浓度时可做为一种白细胞和内皮细胞的旁分泌和自分泌调节物，其主要生物学活性 主要表现为抗感染、引起炎症反应的抗肿瘤；但是高浓度的 TNF- 可引起恶液质，因此又 称为恶液质素。TNF 可以介导白细胞在炎症部位积聚；激活炎症白细胞，杀死微生物；刺 激单核细胞和其它细胞产生细胞因子；激活 T 细胞和刺激 B 细胞产生抗体；诱导血管内皮 细胞和成纤维细胞合成 CSF；TNF 有类似于 IFN 的抗病毒作用；TNF 能杀死或抑制某些肿瘤 细胞。 集落刺激因子（colonal stimulating factor CSF）：CSF 是一组在体内外均具能强烈刺 激造血祖细胞增殖、分化并形成细胞集落的低分子细胞因子。这是一个功能性的类群，在 体内有多种细胞因子可以起到集落刺激因子的作用。 CSF 的种类：多重集落刺激因子/IL-3 multi-CSF；粒-巨噬细胞集落刺激因子 GM-C SF 巨噬细胞刺激因子 M-CSF；粒细胞集落刺激因子 G-CSF；促红细胞生成素 EPO； IL-7 三、细胞因子及其受体的结构特点 Structural studies have shown that the cytokines characterized so far belong to one of four groups: the hematopoietin（促红细胞生成素） family, the interferon family, the chemokin e family, the tumor necrosis factor family. 细胞因子受体的结构： 细胞因子受体介导的信号传导通路：(以 IFN- 系统为例) 四、细胞因子的两大功能种类： Th1 and Th2 subsets 白细胞分化抗原和粘附分子 免 疫应答过程有赖于免疫系统中细胞间的相互作用，包括细胞间直接接触和通过分泌细胞因 子或其它活性分子介导的作用。免疫细胞之间相互识别的物质基础是细胞膜分子，包括细 胞表面的多种抗原、受体和其它分子。细胞膜分子通常也称为细胞表面标记（cell surfac e marker）。白细胞分化抗原和粘附分子是两类重要的免疫细胞膜分子。 第一节人白细胞分化抗原 （leukocyte differentiation antigen） 白细胞分化抗原是指血细胞在分化成熟为不同谱系、分化不同阶段及细胞活化过程中，出 现或消失的细胞表面标记分子。 白细胞分化抗原除表达在白细胞之外，还表达在红系和巨核细胞/血小板谱系。白细胞分化 抗原还广泛分布于非造血细胞如血管内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞、神经内分泌细胞 等。白细胞分化抗原大都是跨膜的蛋白或糖蛋白，含胞膜外区、跨膜区和胞浆区；有些白 细胞分化抗原是以糖基磷脂酰肌醇连接方式，锚定在细胞膜上。 白细胞分化抗原的种类 根据人白细胞分化抗原胞膜外区结构特点,可分为不同的家族（family）或超家族（superf amily），常见的有免疫球蛋白超家族（IgSF）、细胞因子受体家族、C 型凝集素超家族、 整合素家族、肿瘤坏死因子超家族（TNFSF）和肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF）等。 CD（cluster of differentiation） 应用以单克隆抗体鉴定为主的方法，将来自不同实验室的单克隆抗体所识别的同一分化抗 原称 CD（cluster of differentiation） 。 人 CD 的编号已从 CD1 命名至 CD166，可大致划分为 T 细胞、B 细胞、髓系细胞、NK 细胞、 血小板、粘附分子、内皮细胞、细胞因子受体和非谱系等九个组。 常用的 CD 分子 1、与 T 细胞识别、粘附、活化有关的 CD 分子 CD3 CD3 CD3 分子与 T 细胞受体组成 TCR/CD3 复合物，分布于 T 细胞和部分胸腺细胞表面， 在 TCR 信号转导过程中起着关键作用。 CD3 分子由 、 和 五种链组成。CD3、 和 链均属免疫球蛋白超家族 （IgSF）成员，跨膜区通过带负电的氨基酸与 TCR 或 TCR 链跨膜区带正电氨基酸 形成盐桥，使之稳定形成 TCR/CD3 复合物。CD3 和 链结构相似， 胞膜外区很短，由 半胱氨酸形成链间二硫键，组成 同源二聚体或 异源二聚体。胞浆区有“免疫受 体酪氨酸活化基序”结构，其中的酪氨酸磷酸化后，可活化有关激酶，传递 TCR/CD3 介导 的活化途径的信号。 CD4 CD4 为单链跨膜糖蛋白，胞膜外区结构属 IgSF 成员，共有 4 个 IgSF 结构域，CD4 分子的第 一、二个结构域可与 MHC II 类分子的非多态区结合。第一个 V 样结构域是艾滋病毒（HIV ）的受体，与 HIV gp120 相结合。 CD4 是 T 细胞 TCR/CD3 识别抗原的辅助受体，通过胞膜外区与抗原提呈细胞（APC）表达的 MHC II 类分子的结合、及其胞浆区与 p56lck 激酶的结合，参与信号转导。 CD8 CD8 分子是由 、 链借二硫键连接的异源二聚体，胞膜外区结构均属 IgSF。 链 V 样 区与 MHC I 类分子非多态的 3 区域结合，胞浆区可与 p56lck 激酶相连，参与 T 细胞活化 和增殖的信号传递。 CD8 也是 T 细胞的辅助受体，可以增强 TCR 与相应抗原肽:MHC 分子结合后的信号刺激。 CD40L CD40L 又称 CD154，属于 TNF 超家族成员，以三聚体形式结合 CD40 分子。人 CD40L 主要表 达在活化 CD4+ T 细胞、部分 CD8+ T 细胞和 T 细胞。CD40L 结合到 B 细胞表面 CD40 产生的信号，是 B 细胞进行免疫应答和淋巴结生发中心形成的重要条件。 2、与 B 细胞识别、粘附、活化有关的 CD 分子 CD40 CD40 分子属于肿瘤坏死因子受体超家族，胞膜外区为富含半胱氨酸重复序列。CD40 表达于 成熟 B 细胞、某些上皮细胞和内皮细胞、淋巴样并指细胞、滤泡树突状细胞以及活化的单 核细胞。T 细胞上 CD40L 与 B 细胞上 CD40 结合是诱导 B 细胞再次免疫应答和生发中心形成 的必需条件。 CD79a/CD79b CD79a 又称 mb-1 或 Ig，CD79b 又称 B29 或 Ig。CD79a 和 CD79b 通过二硫键组成异源二 聚体，表达于除浆细胞外 B 细胞发育的各个阶段，是 B 细胞特征性标记。CD79a/CD79b 与 m Ig 以非共价键相连，组成 BCR 复合物，BCR 中 mIg 主要为 mIgM 和 mIgD。CD79a/CD79b 与 T CR/CD3 复合体中 CD3 分子作用十分相似，其胞浆区的 ITAM 可结合 B 细胞内信号分子中 SH2 结构域，从而介导由 BCR 途径的信号转导。 3、免疫球蛋白 Fc 段受体 五类 Ig 的不同功能主要与其结构有关。机体内许多细胞表面具有不同类或亚类 Ig 的 Fc 受 体，IgFc 段通过与 Fc 受体结合介导 Ig 重要的生理功能或参与病理损伤过程。 第二节细胞粘着因子 （cell adhesion molecule，CAM） 细胞粘着因子的结构特点 CAM 的分子结构由三部分组成：胞外区，肽链的 N 端部分，带有糖链，负责与配体的识 别；跨膜区，多为一次跨膜；胞质区，肽链的 C 端部分，或与质膜下的骨架成分直接 相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。 细胞粘着因子的分类 粘附分子根据其结构特点可分为整合素家族、选择素家族、免疫球蛋白超家族、钙粘素家 族 。 整合素 整合素家族最初是因此类粘附分子主要介导细胞与细胞外基质的粘附，使细胞得以附着而 形成整体而得名。 整合素家族的粘附分子都是由 、 两条链（或称亚单位）经非共价 键连接组成的异源二聚体。、 链共同组成识别配体的结合点。 免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily，IgSF） 免疫系统以及神经系统和其它生物学系统中，许多参与抗原识别或细胞间相互作用的分子 ，具有与 Ig 相似的结构特征，即具有 1 个或多个 Ig V 样或 C 样结构域。这些种类繁多、 分布广泛、识别功能多样的分子称之为免疫球蛋白超家族。 选择素 选择素家族各成员胞膜外区结构相似，均由 C 型凝集素（CL）结构域、表皮生长因子样（E GF）结构域和补体调控蛋白（CCP）结构域组成。其中 CL 结构域可以结合某些碳水化合物 ，是选择素结合配体部位。胞浆区可能与细胞骨架相连。 主要参与白细胞与脉