免疫学细胞因子

,第五章细胞因子,cytokine,细胞因子的定义(definition),主要由免疫细胞所分泌的能调节细胞生长、分化，具有免疫调节效应，参与炎症反应和创伤愈合的小分子多肽或蛋白。在免疫细胞分化发育、免疫调节、炎症反应、造血功能中发挥重要作用。,一、研究简史,第一个时期：5070年代中期,1974细胞因子,1957Isaacs发现IFN,1962巨噬细胞移动抑制因子,1969单核因子，淋巴因子,第二个时期：70年代中后期80年代初期,一、研究简史,主要问题：一种因子多种名称 一种作用一种因子,重点研究了其产生及其靶细胞、性质、 作用、检测方法,1979年，统一命名白细胞介素,一、研究简史,第三个时期：80年代中期至今,细胞因子基因克隆， 基因工程细胞因子， 重组细胞因子,二、细胞因子的分类(classify),白细胞介素(interleukin , IL 123),干扰素(interferon , IFN , , ),肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF ,),集落刺激因子(colony stimulating factor ,CSF),生长因子(growth factor , GF),趋化性细胞因子(chemokine),1、白细胞介素（interleukins，ILs）,最初是指由白细胞产生又在白细胞间起调节作用的细胞因子。,现在的概念：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。,功能有：（1）促进细胞免疫 主要有IL-1、IL-2、IL-12、IL-15（2）促进体液免疫 主要有IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、 IL-13,（3）刺激骨髓多能造血干细胞和/或各系 不同分化阶段前体血细胞生长和分化 主要有IL-3、IL-7、IL-11。（4）参与炎症反应 重要的炎症介质： 主要有IL-1、IL-6、 IL-8和IL-16。其中IL-1、IL-6同TNF一 样，均称为内源性致热原。,2、干扰素（interferon，IFN）,(1) 概念 病毒等干扰素诱生剂作用于细胞后产生的一种具有干扰病毒复制、抗肿瘤和参与免疫调节等功能的糖蛋白。,(2) 种类,1 IFN-,2 IFN-,3 IFN-,白细胞,成纤维细胞,T细胞,型,型,免疫干扰素,(3) 生物学功能,1 抑制病毒,2 抗肿瘤,3 免疫调节 增强NK、CTL和Mo的活性,增强MHC分子的表达,3、集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）,概念 是一类能刺激骨髓多能造血干细胞和不同发育分化阶段的造血祖细胞增殖分化，在半固体培养基中形成细胞集落的细胞因子，称集落刺激因子。分类 GM-CSF、G-CSF、M-CSF、 Multi-CSF即IL-3、SCF、EPO等,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 ）。此外，红细胞生成素（ erythropoietin ， EPO ）、干细胞生长因子（ stem cell factor ， SCF ）和血小板生成素（ thrombopopoietin ， TPO ）,4、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）,(1)概念 因能使肿瘤组织发生出血性坏死，而得名。,(2)分型：,1 TNF-,活化的单核/巨噬细胞产生,2 TNF-,活化的T细胞产生,恶液质素,淋巴毒素（LT）。,5、生长因子（growth factor，GF）,是一类主要具有刺激细胞生长功能的细胞因子。种类很多。,其中在免疫调节方面起重要作用的是转化生长因子（TGF-）。TGF-的重要功能是对T细胞和单核/巨噬细胞活性有显著抑制作用。,6、趋化性细胞因子（chemokine）,是一个有众多成员的前炎性因子家族，多种淋巴细胞和非淋巴细胞能产生此类因子。主要功能：招募血液中的单核细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等进入感染发生的部位。,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。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 亚家族，也称 CXC 趋化性细胞因子；以 Cys-Cys 方式排列 亚家族，也称 CC 趋化性细胞因子。 氨基端只有一个半胱氨酸（ Cys ） 亚家族趋化性细胞因子，也称 C 趋化性细胞因子。,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，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。,1、IL-8 是 亚家族系的代表，对中性粒细胞有趋化作用。2、单核细胞趋化蛋白 -1 （ monocyte chemotactic protein-1 ， MCP-1 ）是 亚家族的代表，可趋化单核细胞。3、淋巴细胞趋化蛋白（ lymphotactin ）是 亚家族的代表，对淋巴细胞有趋化作用。,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 ）。此外，红细胞生成素（ erythropoietin ， EPO ）、干细胞生长因子（ stem cell factor ， SCF ）和血小板生成素（ thrombopopoietin ， TPO ）,三、细胞因子的共同特性,Something in common,（一）理化特性,1糖蛋白，低分子量（1530kD）。,2多数以单体形式存在。,3. 细胞因子间无明显同源性。,（二）分泌特点,1以旁分泌（paracrine）、自分泌（autocrine） 或内分泌（endocrine）的方式发挥作用。,2短时自限性。,3一种细胞因子可由多种细胞产生。,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。,以旁分泌（ paracrine ）、自分泌（ autocrine ）或内分泌（ endocrine ）的方式发挥作用,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。,一种细胞因子可由多种细胞产生。,如 IL-1 的产生细胞包括免疫活性细胞，如 B 细胞；抗原递呈细胞，如巨噬细胞、树突状细胞、星形细胞等；此外还有内皮细胞、滑膜细胞、平滑肌细胞等。,（三）作用特点,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，才能介导生物效应。细胞因子与其受体的解离常数 KD1 10-11 10-12 mol L ，比抗原抗体的结合（ KD10-710-11molL）和 MHC 肽段的结合（ KD10-6molL）的亲和性显然要高得多。,1由受体介导，高亲和力。,大部分细胞因子，包括由特异性抗原诱生的细胞因子，均以非特异方式起作用，既不与抗原反应，也不表现抗原特异性。它们的作用不受组织相容性抗原（包括 MHC -I 、类分子）的限制，也不与组织相容性抗原、抗免疫球蛋白抗体和抗独特型抗体相互作用。,2非特异性，不受MHC限制。,细胞因子有很强的生物学活性，在极微量（10-1010-15molL）水平就能发挥明显的生物学作用。,3. 高效性。,细胞因子繁多的产生途径，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，为细胞因子之间的相互作用提拱了物质基础。,构成一个复杂的开放式的细胞因子网络,4. 多效性，重叠性或拮抗性。,单一的刺激,如抗原、丝裂原、病毒感染等,使同一细胞产生多种细胞因子,一种细胞因子又可作用于不同类型的靶细胞,细胞因子影响和作用的靶细胞是多种多样的，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。,5. 网络性。,6 、一种细胞因子可具有多种生物学活性7 、细胞因子常具有生理和病理的双重作用如 IL - 6 ，参与抗体形成、 B 细胞分化及增殖的调节，并具有较强的抗病毒活性，还参与炎症反应、影响血细胞生成。 8 、细胞因子的功能不仅能调节免疫系统，而且还在免疫系统与神经内分泌系统之间发挥重要的桥梁作用。,细胞因子作用的网络性,丘脑下部,四、细胞因子的生物学活性,Function of cytokines,(一)介导天然免疫,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:IFN/;IL-12;IL-15 抑制和排除细菌的细胞因子(前炎症细胞因子):TNF-;IL-1;IL-6;趋化性细胞因子IL-10:天然免疫的负调节因子.,(二)介导和调节特异性免疫应答,介导和调节特异性免疫应答的细胞因子主要由抗原活化的 T 淋巴细胞分泌,调节淋巴细胞的激活,生长, 分化和效应.,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- 通过刺激抗原提呈细胞表达 MHC II 类分子促进 CD4+ 细胞的活化； TGF- 可抑制巨噬细胞的激活。,多种细胞因子可刺激免疫活性细胞的增殖,如 IL-2 和 IL-4 是 T 细胞的自分泌生长因子，也是 B 细胞的旁分泌生长因子； IL-4 和 IL-3 协同刺激肥大细胞的增殖； IL-5 刺激嗜酸性粒细胞的生长。,细胞因子刺激免疫活性细胞的分化,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- 刺激 B 细胞产生 IgG ； TGF- 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。,在免疫应答的效应阶段，多种细胞因子刺激免疫细胞对抗原性物质进行清除,IFN- 促进 CTL 成熟， IL-2 刺激 CTL 的增殖与分化 , 并杀灭微生物，尤其是胞内寄生物。,Th1 细胞,IFN- 和 IL-2,IFN- 是一种重要的巨噬细胞激活因子 (MAFs),单核吞噬细胞杀灭微生物,激活单核吞噬细胞杀灭微生物,激活,增强,NK 细胞的细胞毒活性,Th2 细胞,分泌,分泌,IL-4 和 IL-5,嗜酸性粒细胞分化，使其能够杀伤蠕虫,刺激,有些细胞因子如 TGF- 在一定条件下也可表现免疫抑制活性。它除可抑制巨噬细胞的激活外，还可抑制 CTL 的成熟。分泌 TGF- 的 T 细胞表现抑制性 T 细胞的功能。某些肿瘤细胞因分泌大量的 TGF- ，而逃避机体免疫系统的攻击。,(三)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诱导肿瘤细胞凋亡,SCF(stem cell factor) GM-CSF ; G-CSF ; M-CSF EPO(erythropoietin) IL-4 ; IL-7 ; IL-11 TPO(thrombopoietin),(四)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。,SCF 作用于造血干细胞后，使其对多种集落刺激因子具有应答性,GM-CSF 、 M-CSF 和 G-CSF 刺激粒细胞和单核细胞的产生。 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。,五、细胞因子的受体,细胞因子的受体(receptor),为跨膜蛋白,与相应细胞因子结合,启动细胞因子的信号转导,而发挥作用 (一)细胞因子受体的分类 5个家族,(二)多亚单位受体与细胞因子受体共用亚单位,细胞因子结合亚单位-结构各异 信号传递亚单位-结构相同,如人IL-3,IL-5,GM-CSF受体有同一信号传递亚单位,在功能上有很大重叠性,均可作用于造血干细胞 IL-2,IL-4,IL-7,IL-5,IL-9,IL-15受体有相同的链,I 型细胞因子受体家族受体的多数成员属多亚单位受体，其中一种亚单位是细胞因子结合亚单位，另一种是信号传递亚单位。多种 I 型细胞因子受体有共用的相同的信号传递亚单位。如人 IL-3 、 IL-5 和 GM-CSF 受体均由 和 亚单位组成，其中 亚单位是细胞因子结合亚单位，结构各异， 亚单位是同一种 150kD 的信号传递亚单位。因此， IL-3 、 IL-5 和 GM-CSF 在功能上有很大的重叠性，如均可作用于造血干细胞。 IL-6 受体由 和 亚单位组成，其信号传递亚单位是一种 130kDa 的跨膜糖蛋白（ gp130 ）， IL-11 和 IL-6 受体有相同的 gp130 信号传递亚单位。 IL-2 受体由 、 、 三个亚单位组成， 链和 链为信号传递亚单位。 IL-2 、 IL-4 、 IL-7 、 IL-9 和 IL-15 受体都有相同的 链。,IgSF,I型,I型,II型,六、细胞因子的应用,细胞因子的应用,细胞因子有广泛的生物学作用,是重要的生物应答调节剂(biological response modifier,BRM),用于治疗某些疾病. 国外已批准用于临床的细胞因子基因产品有:EPO,IFN,G-CSF,GM-CSF,IL-2,IL-11等,应用领域,感染性疾病:IFN,TNF单抗,重组IL-1R拮抗剂肿瘤:IL-2,IFN 移植物的排斥:抗IL-2或IL-2R制剂 血细胞减少症:EPO,CSF 超敏反应:IL-4,IL-13抑制剂 自身免疫性疾病:IL-10,抗IL-2或IL-2R制剂,1、感染性疾病（ Immunity to infectious disease ）,给 BSS 患者注射重组 IL-1 受体拮抗剂或有中和活性的 TNF- 单克隆抗体可明显降低其死亡率。,细菌性脓毒血症休克（ bacterial septic shock, 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- 是 BSS 发生的重要原因。,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- 对利什曼原虫和弓形虫感染也有疗效。 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。,2、肿瘤（ Immunity to tumors ）,由 IL-2 活化的 NK 细胞被称为淋巴因子激活的杀伤细胞 (LAK) 。 LAK 细胞具有广谱的肿瘤杀伤活性。根据这一性质，人们进行了在体外用 IL-2 诱生 LAK 细胞，然后回输到患者体内治疗恶性肿瘤的尝试，这一疗法在某些肿瘤患者取得了使肿瘤缩小的效果。,近年发现用组合细胞因子 (IL-1 、 IL-2 、 IFN) 加抗CD3mAb诱导的杀伤细胞，称 CIK(cytokine induced killers), 其杀瘤作用强于 LAK 。,将 IL-2 和肿瘤疫苗一起使用能明显增强 CTL/NK 细胞的活性，提高机体的抗肿瘤功能。拮抗 IL-2 或 IL-2 受体的制剂也可用于 T 细胞性白血病的治疗。,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。,IFN- 因可抑制细胞的增殖对白血病和艾滋病相关的 Kaposis 肉瘤有疗效。,3、移植物的排斥（ Inhibit the rejection of implant ）,抗 IL-2 或 IL-2 受体的制剂可抑制同种移植物的排斥。在动物实验中，用偶联白喉毒素的 IL-2 选择性杀伤活化的 T 细胞，可抑制肾及心脏移植后的排斥反应。注射重组 IL-1 受体拮抗剂可明显延长动物心脏移植物的存活。,4、血细胞减少症（ Therapy of haemolytic anaemias ）,多种细胞因子可被应用于血细胞减少症的治疗。可用 GM-CSF 、 M-CSF 和 G-CSF 治疗白细胞减少症， EPO 治疗红细胞减少症， IL-11 治疗血小板减少症。,5、超敏反应（ Inhibiting hypersensitivity ）,IL-4 和 IL-13 可诱导 B 细胞发生免疫球蛋白重链的类别转换而分泌 IgE 。因此，抑制 IL-4 和 IL-13 可能预防、治疗 I 型超敏反应。,6、治疗自身免疫性疾病（ Therapy of the autoimmunnity diseases ）,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 的中和抗体可以减轻类风湿关节炎患者的关节损伤。,七、几种细胞因子简介,1、IL-11972,主要由活化的单核巨噬细胞产生,（1）参与免疫调节促进细胞活化,（2）介导炎症反应内源性致热原,（3）影响组织代谢,2、IL-21976,主要由活化的Th细胞产生, IL-2 是一种自分泌和旁分泌因子，不进入血液。,（1）分子生物学,结构133个AA，15.5kD,基因4号染色体长臂,受体基因定位在10号染色体,受体,类型,分布T细胞，B细胞，NK细胞,IL-2 的主要生物学活性有： 1 IL-2 能维持 T 细胞在体外生长。 2 诱导活化的 T 细胞（ LAK ）、 T C 等杀伤细胞的分化和效应功能，诱导这些细胞产生 IFN- 、 IFN- 等细胞因子。 3 增强 NK 细胞的活性。 4 促进细胞的增殖和分泌抗体。,3、IL-41982,主要由活化的Th细胞产生,生物学效应,促进细胞活化增殖,促进细胞增殖和分泌抗体,增强巨噬细胞活性,刺激造血干细胞生长,1 IL-4 是迄今发现的唯一能使休止期 B 细胞增殖的细胞因子。 IL-4 有抑制前 B 细胞生长的调节。 IL-4 可刺激活化的 B 细胞合成 IgGl 和 IgE ；抑制活化的 B 细胞合成 IgM 、 IgC3 、 Ig2a 和 IgG2b ， IL-4 可使活化的 B 细胞增强 Ige 低亲和力受体的表达。,2 IL-4 能诱导胸臆细胞增殖，对成熟的 T H 和 CTL 细胞也有促增殖作用，可增强 CTL 的细胞毒活性。此外 IL-4 还抑制 IL-2 刺激 CTL 和 LAK 的活性。单独使用 IL-4 或与其他细胞因子联用，可刺激 T 细胞系增殖。,3 IL-4 是巨噬细胞激活因子，增强巨噬细胞表达 MHC 类分子。 4 IL-4 是肥大细胞生长因子，它与 IL-3 协同刺激肥大细胞增殖。 5 IL-4 与 IL-2 协同刺激肿瘤浸润淋巴细胞（ TlL ），增强其杀瘤活性。它与 G CSF （粒细胞克隆刺激因子）