第四章细胞因子

河河南南科科技技大大学学教教案案首首页页 说明 1 教案首页中各栏目内上下尺寸可自行调整 课程名称 免疫学 计划学时 2 授课章节 第四章 细胞因子 教学目的和要求 通过本章的学习要掌握细胞因子的概念 分类 共同特性及生物学功能 了解主要 的细胞因子 白细胞介素 干扰素 肿瘤坏死因子 集落刺激因子 生长因子和趋化性细 胞因子等 的基本概念 分类 特性及其在免疫机制中的生物作用 教学基本内容 一一一细胞因子的种类和来源 一一一细胞因子的共同特性 第三节 细胞因子的生物学活性 第四节 细胞因子受体 第五节 细胞因子的应用 教学重点和难点 细胞因子的基本概念 分类 共同特性及其在免疫机制中的生物作用 授课方式 方法和手段 讲课 多媒体 作业与思考题 1 细胞因子的概念是什么 2 细胞因子的种类有哪些 3 细胞因子有哪些共同特性 主要的生物学活性有哪些 2 教案首页后续页用河南科技大学教案专用纸书写 或使用 A4 纸打印 第四章第四章细胞因子细胞因子 概述概述 一 一 定义 定义 细胞因子 细胞因子 cytokine cytokine CKCK 指由免疫细胞或非免疫细胞 血管内皮细胞 成纤维细胞等 合成与分泌的 具有多种生物功能的小分子蛋白质的统称 因能调节多种细胞的生理功能而得 名 可介导细胞与细胞之间相互作用 介导炎症反应 参与免疫应答和组织修复等 细胞因子包括淋巴细胞产生的淋巴因子淋巴因子和单核巨噬细胞产生的单核因子单核因子等 有多种其他名 称 单核因子 淋巴因子 集落刺激因子等 细胞因子多属小分子肽或糖蛋白 作为细胞间信号传递分子 在细胞免疫和体液免疫的传 入和传出支中都起作用 既显示了调节淋巴细胞的功能 又能增强炎症细胞的作用 排除异物 的活性 在传入支中活化淋巴细胞 调整淋巴细胞和其他细胞的生长和分化 籍以增强或抑制 免疫应答 在传出支中能增强炎症细胞和非炎症细胞的代谢和功能 二 细胞因子的研究历程二 细胞因子的研究历程 1 细胞生物学时期 发现并确认细胞因子的生物学功能 建立敏感特异的检测方法 寻找 各种产生细胞因子的细胞及高效诱生法 细胞生物学的研究揭开了细胞因子研究的序幕 2 蛋白质化学时期 集中于分离 纯化和鉴定培养上清中的某种细胞因子 阐明其理化学 性状 在案急速测序 特异性受体分析 制备抗细胞因子的抗血清及单克隆抗体研究细胞因子 的免疫学特性 为细胞因子基因水平研究工作奠定基础 3 分子生物学时期 使用基因工程技术克隆各类细胞因子的基因 并在表达宿主中生产大 量的重组产品 第一节第一节 细胞因子的种类和来源细胞因子的种类和来源 一 一 细胞因子的种类细胞因子的种类 细胞因子主要包括白介素 干扰素 肿瘤坏死因子 集落刺激因子 生长因子和趋化性细 胞因子等 一 一 白细胞介素 白细胞介素 interleukin interleukin ILIL 在白细胞间或免疫活性细胞间起免疫调节作用的细胞因子称为白细胞介素 根据发现的 先后顺序命名为 IL 1 IL 2 IL 3 等 至今已报道的有 23 种 其中 IL 1 又分为 IL 1a 和 IL 2 和 IL 1 合计共 25 种 许多 IL 不仅介导白细胞相互作用 还参与其它细胞的相互作用 如 造血干细胞 血管 内皮细胞 神经细胞 成骨和破骨细胞等的相互作用 主要作用主要作用 1 促进 T 和 B 细胞增殖和分化 2 增强 NK 细胞以及单核细胞的杀伤活性 3 刺激造血细胞参与炎症反应 4 诱导抗体的产生 5 促进血小板的生成 二 干扰素 二 干扰素 interferoninterferon IFNIFN 1957 年 由 issacs 等人用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感病毒干扰现象时发现病毒感染的细 胞产生一种因子 可抵抗病毒的感染 干扰病毒的复制 因而命名为干扰素 它是最早发现的 细胞因子 分型 分型 根据来源和理化性质 干扰素可分为 I 型干扰素和 II 型干扰素 前者包括 IFN 后者包括 IFN IFN a 来源于病毒感染的白细胞 IFN 由病毒感染的成纤维细胞产生 IFN 来自胚 胎滋养层 IFN 来自反刍动物滋养层 IFN 由抗原刺激 T 细胞产生 主要生物学活性主要生物学活性 1 1 型干扰素 型干扰素 IFN 和 IFN 具有 1 抗病毒和抗肿瘤 a 诱导宿主细胞产生抗病毒蛋白 干扰病毒复制 b 增强 NK 细胞对病毒感染细胞和肿瘤细胞杀伤 c 促进 MHC 类分子表达 增强 CTL 对病毒感染细胞和肿瘤等靶细胞的杀伤 2 免疫调节 与 型干扰素类似 IFN 和 IFN 与胎儿保护有关 2 2 型干扰素型干扰素 1 主要起免疫调节作用 a 活化巨噬细胞 b 促进 APC s 表达 MHC 类分子 提高抗原递呈能力 c 促进 MHC 类分子表达和增强 CTL 细胞的杀伤活性 d 增强 NK 细胞的杀伤活性 e 促进 B 细胞分化 增殖 f 抑制 Th2 细胞分化及细胞因子合成 2 抗病毒和抗肿瘤作用 与 型干扰素类似 三 肿瘤坏死因子 三 肿瘤坏死因子 tumortumor necrosisnecrosis factor factor TNFTNF Garwell 等在 1975 年发现经卡介苗或细菌内毒素感染的小鼠血清中含有一种可引起动物的 肿瘤组织出血坏死的物质 该物质对体外培养的多种肿瘤细胞株具有细胞毒性作用 但对正常 细胞则无杀伤作用而得名 根据来源和结构不同 可分为 TNF TNF 1 TNF 1 TNF 1 组成及分子量 同源三聚体 51 KD 2 细胞来源 单核巨噬细胞 主要 T 细胞 NK 细胞和肥大细胞 3 主要功能主要功能 1 低浓度 a 诱导炎症反应 使血管内皮细胞表达 ICAM 1 促白细胞聚集于炎症局部 刺激单核巨噬细胞等合成 分泌细胞因子 如 IL 1 IL 6 IL 8 TNF 等 导致炎性 细胞浸润和增强吞噬细胞的杀伤 b 促进 MHC I 类分子表达 增强 CTL 对靶细胞 如病毒感染细胞 的杀伤 c 杀伤肿瘤细胞 直接杀伤 引起组织出血坏死 2 高浓度 内分泌效应 a 引起发热 b 协同 IL 1 IL 6 诱导肝细胞合成急性期蛋白 c 抑制骨髓造血干细胞的分裂 d 引起代谢紊乱 导致恶液质 e 介导内毒素致感染性休克 2 TNF 2 TNF 又称淋巴毒素 lymphotoxin LT 与 TNF 的氨基酸序列为 28 同源性 二者结合同一 受体 1 细胞来源 激活的 T 细胞 2 生物学功能生物学功能 a 与 TNF 相似 在局部发挥效应 b 与细胞表面 LT 形成复合物 发挥作用 四 集落刺激因子 四 集落刺激因子 colonycolony stimulalingstimulaling factor factor CSFCSF 是一组促进造血细胞 尤其是造血干细胞增殖 分化和成熟的因子 因它可刺激不同的 造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落而得名 常见的有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 粒细胞巨噬细胞集落刺激因子 GM CSF 和多能集落 刺激因子 multi CSF IL 3 五 生长因子 五 生长因子 growthgrowth factorfactor 具有刺激细胞生长作用的细胞因子 如表皮生长因子 EGF 血管内皮细胞生长因子 VEGF 六 趋化性细胞因子 六 趋化性细胞因子 chemokinechemokine 是一个蛋白质家族 由十余种结构有较大同源性 分子量为 8 10kDa 的蛋白组成 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 嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞的趋化和激活活性 二 细胞因子的来源二 细胞因子的来源 动物机体产生细胞因子的细胞种类很多 但可以分为两类 一类是激活的免疫细胞 包括 T 细胞 B 细胞 NK 细胞 单核巨噬细胞 粒细胞和淋巴大细胞等 另一类为基质细胞 如骨髓 和胸腺基质细胞 血管内皮细胞 成纤维细胞 上皮细胞 小胶质细胞等 第二节第二节 细胞因子的共同特性细胞因子的共同特性 细胞因子的种类很多 每种细胞因子都有各自独特的分子结构 理化特性及生物学功能 但它们也具有许多共同特点 主要包括 一 细胞因子的理化性和分泌特点一 细胞因子的理化性和分泌特点 1 1 均为低分子量 均为低分子量 5 5 60ku60ku 的分泌型蛋白 的分泌型蛋白 绝大多数为糖蛋白 多数细胞因子以单体形式 存在 少数以二 三聚体的形式存在 如 IL 5 IL 12 M CSF 等为双体形式存在 TNF 呈三聚 体 2 几乎都是在细胞受抗原或丝裂原刺激后 的活化过程中合成和分泌 并通过自分泌自分泌 细 胞因子作用的靶细胞也是其产生的细胞 旁分旁分 泌泌 细胞因子产生细胞和靶细胞非同一细胞 二者邻近 的方式短暂地产生并在局部发挥作 用 少数细胞因子 如 IL 1 和 M CSF 在高剂量 时也作用于远处的靶细胞 表现为内分泌效应 介导全身性反应 3 3 多细胞来源多细胞来源 1 细胞因子产生具有多源性 一种细胞因子可由多种细胞产生 如 IL 1 可由单核 巨噬细 胞 内皮细胞 B 细胞 成纤维细胞 表皮细胞等产生 2 细胞因子产生具有多向性 一种细胞可分泌多种细胞因子 如活化的 T 细胞可产生 IL 2 IL 6 IL 9 IL 10 IL 13 IFN TGF GM CSF 等 4 4 短暂自限性分泌 短暂自限性分泌 细胞因子并非储存在细胞内 而是接受刺激后即刻转录 翻译 合成分泌 到细胞外发挥生物学作用 刺激消失后合成亦较快的停止并被迅速降解 半衰期十分短暂 二 细胞因子的作用特点二 细胞因子的作用特点 1 1 细胞因子通过细胞因子受体发挥作用 细胞因子通过细胞因子受体发挥作用 细胞因子必须与相应受体结合才能发挥作用 细胞因 子作用于靶细胞 无抗原特异性 也不受 MHC 限制 2 2 高效性高效性 CK 受体 CK 的亲和力远高于抗原 抗体或 MHC 抗原多肽的亲和力 故极微量 pmol L 就能产生明显的生物学效应 3 3 多样性 多样性 CK 可介导和调节免疫应答 炎症反应 或作为生长因子 促进靶细胞增生 分化 并刺激造血 促进组织修复等 4 4 生物学效应的复杂性生物学效应的复杂性 1 作用的多效性 一种细胞因子可对多种靶细胞作用 产生多种生物学效应 具有多效性 如 TNF 对 L929 T24 ME180 等细胞株显示胞毒效应 而对某些纤维母细胞系则可促进其分裂 及增生 2 作用的重叠性 几种不同的细胞因子可对同一种靶细胞作用 产生相同或相似的生物学效 应 因而具有重叠性 或冗余性 如 IL 2 IL 4 IL 9 均可维持和促进 T 细胞的增生 3 生物学作用的两面性 通常在生理条件下 可发挥免疫调节 促进造血功能 抗感染 抗 肿瘤等作用 在一定条件下 又具有介导炎症反应 诱导自身免疫反应 诱发肿瘤的作用 4 作用的协同性 细胞因子之间可发挥协同作用 表现为两种细胞因子对细胞活性的联合作 用要大于单个细胞因子效应的累加 如 IL 1 IL 2 IL 4 IL 6 TNF 等协同促进活化的 B 细胞 增生 低浓度 IFN 或 TNF 单独应用均不能激活巨噬细胞 联合使用则有显著的激活作用 5 作用的拮抗性 一种细胞因子的效应可抑制或抵消其他细胞因子的效应 6 作用的网络性 细胞因子的作用不是独立存在的 细胞因子间可通过合成分泌的相互调节 受体表达的相互制约 生物学效应的相互影响而构成网络性 第三节第三节 细胞因子的生物学活性细胞因子的生物学活性 CK 的生物学作用及其广泛而复杂 不同 CK 其功能既有特殊性 又有重叠性 协同性与拮抗 性 本节仅简述 CK 的免疫学作用 一 刺激造血细胞增生分化一 刺激造血细胞增生分化 IL 3 可刺激早期造血干细胞增生分化 G CSF 和 M CSF 分别对粒系干细胞和单核系干细胞 起作用 红细胞生成素 EPO 对红系干细胞起作用 IL 6 和 IL 11 对巨核系干细胞起作用 而 IL 7 则淋巴系血细胞即前 B 细胞和前 T 细胞起作用 二 参与免疫应答和免疫调节二 参与免疫应答和免疫调节 在免疫应答致敏阶段 IFN 诱导 APC 表达 MHC 类分子 促进抗原呈递 IL 10 降低 APC 表 达 MHC 类分子和 B7 等协同刺激分子 抑制抗原呈递 在免疫应答反应阶段 IL 2 4 5 6 等促进 T B 细胞的活化 增殖与分化 IL 3 刺激肥 大细胞增殖 TGF 则起负性调节作用 在免疫应答效应阶段 IFN 激活巨噬细胞 增强其吞噬杀伤活性 增强 NK 细胞细胞毒性 TNF 具有细胞毒作用 促进中性粒细胞活化 在免疫应答过程中 1 免疫细胞之间存在错综复杂的调节关系 细胞因子是传递这种调节 信号必不可少的信息分子 例如在 T B 细胞之间 T 细胞 产生 IL 2 4 5 6 10 13 干 扰素 等细胞因子刺激 B 细胞的 分化 增殖和抗体产生 而 B 细胞 又可产生 IL 12 调节 TH1 细胞活性 和 Tc 细胞活性 在单核巨噬细胞 与淋巴细胞之间 前者产生 IL 1 6 8 10 干扰素 TNF 等细胞因子促进或抑制 T B NK 细胞功能 而淋巴细胞又产生 IL 2 6 10 干扰素 GM CSF 巨噬细胞移动抑制因子 MIF 等细胞因子调节单核巨噬细胞的功能 2 许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生调 节单核巨噬细胞功能和自身调节功能 例如 T 细胞 产生的 IL 2 可刺激 T 细胞的 IL 2 受体表达和进一 步的 IL 2 分泌 TH1 细胞通过产生干扰素 抑制 TH2 细胞的细胞因子产生 而 TH2 细胞又通过 IL 10 IL 4 和 IL 13 抑制 TH1 细胞的细胞因子产生 通过研究细胞因子的免疫网络调节 可以更 好地理解完整的免疫系统调节机制 并且有助于指 导细胞因子作为生物应答调节剂 BRM 应用于临 床治疗免疫性疾病 三 抗感染和抗肿瘤作用三 抗感染和抗肿瘤作用 某些细胞因子作为免疫效应分子可通过直接对组织细胞或瘤细胞作用 产生抗感染和抗肿 瘤效应 如 IFN 可作用于正常组织细胞 使之产生抗病毒蛋白 从而抑制病毒在细胞内的复制 起到防止病毒感染和扩散的作用 TNF 也可发挥干扰素样的抗病毒作用 同时具有直接抑瘤和杀 瘤作用 有些细胞因子则可通激活效应细胞而发挥作用 如 IL 2 IL 12 TNF 和 IFN 等细胞 因子单独或联合使用可增强 NK 细胞 TC 细胞和巨噬细胞的杀瘤活性或对胞内寄生微生物的杀伤 清除作用 四 炎症反应的促进剂四 炎症反应的促进剂 炎症是机体对外来刺激产生的一种病理反应过程 症状表现为局部的红肿热痛 病理检查 可发现有大量炎症细胞 如粒细胞 巨噬细胞的局部浸润和组织坏死 在这一过程中 一些细 胞因子起到重要的促进作用 如 IL 1 IL 6 IL 8 TNF 等可促进炎症细胞的聚集 活化和 炎症介质的释放 可直接刺激发热中枢引起全身发烧 加重炎症 五 参与神经五 参与神经 内分泌内分泌 免疫网络间的调节免疫网络间的调节 神经 内分泌 免疫网络是体内重要的调节机制 在该网络中 细胞因子作为免疫细 胞的递质 与激素 神经肽 神经递质共同构成细胞间信号分子系统 1 细胞因子对神经 内分泌可产生影响 IL 1 IL 6 TNF 等可促进星形细胞有丝分裂 bFGF 可参与神经元的分化 存活和再生 刺 邀神经胶质细胞的移行 上述 CK 共同参与中枢神经系统的正常发育和损伤修复 IL 1 TNF IFN 等可诱导下丘脑合成和释放促皮质素释放因子 诱导垂体释放 ACTH 进而促 进皮质激素的释放等 2 神经 内分泌对细胞因子的产生亦可有影响 应激时交感神经兴奋 使儿茶酚胺和糖皮质类固醇分泌增多 进而抑制 IL 1 TNF 等的合 成和分泌 第四节第四节 细胞因子受体细胞因子受体 细胞因子受体是细胞因子结合的蛋白质 一般以跨膜蛋白的形式存在于细胞因子作用的靶 细胞膜上 有的也以可溶性的形式存在于体液中 细胞因子受体的分类 细胞因子受体的分类 根据细胞因子受体胞外区氨基酸序列的同源性和结构特点被分为 5 个家族 免疫球蛋白超家族 IL IR IL 6R 集落刺激因子受体 受体的细胞膜外区有一个或多个 免疫球蛋白样结构域 类细胞因子受体家族 造血生长因子超家族 其胞膜外区有两个不连续的半胱氨酸残基 和 WSXWS 基序 类细胞因子受体家族 干扰素受体家族 其胞膜外区有四个不连续的半胱氨酸残基 TNF 受体家族 神经生长因子受体超家族 有富含半胱氨酸的基序 趋化因子受体家族 G 蛋白偶联受体超家族 由 7 个疏水性的跨膜区组成 和相应的配体结 合后 经偶联 GTP 结合蛋白而发挥生物学效应 第五节第五节 细胞因子的应用细胞因子的应用 大多数