分子生物学：第4章 细胞因子及其受体

1、四.干扰素(interferon,IFN) (1)定义： 具有干扰病毒感染和复制能力的CK。(2）IFN种类：型IFN型IFN发现1957年Isaacs和Lindenmann首先发现了病毒干扰现象，即病毒感染的细胞能产生一种因子，作用于其他细胞干扰病毒的复制，因而命名为干扰素。目前已知干扰素并不能直接杀伤病毒，而是诱导宿主细胞产生数种酶，干扰病毒的基因转录或病毒蛋白组分的翻译。(一)IFN-/:基因符号相应干扰素IFN- IFNA1, IFNA2 IFNA48 IFNA10 IFNA1314 IFNA1617 IFNA21 IFNPA22IFN-:IFN-B1IFN- :IFN-1IFN-1(

2、D)IFN-2(A)IFN-48（G,K,J1,B）IFN-(L)IFN-13,14(H1)IFN-16(WA),17IFN-21(F)IFN-22(E)IFN-IFN-GAAAG/CT/C病毒调控元件(VRE)PRDPRDPRDPRDNRDIFN(14)IRF-1表达IRF-2不表达1.IFN-基因结构cAMP反应元件结合蛋白TF2.产生IFN-：由病毒感染淋巴细胞、单核巨噬细胞产生IFN-：Poly(I:C)或病毒感染后正常成纤维细胞、上皮和内皮细胞产生3.IFN-/的生物学作用 （1）抗病毒作用：广谱抗病毒, 其机理: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

3、-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。通过NK、巨噬细胞和CTL杀伤病毒感染靶细胞。3.IFN-/的生物学作用（2）抑制某些细胞的生长： 如抑制成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞和造血细胞的增殖，其机理可能通过使细胞停留在Go/G1期 降低DNA合成，下调c-myc、c-fos等细胞原癌基因转录水平，下调某些生长因子受体表达，如EGf R、胰岛素-I R和M-CSFR等。 3.IFN-/的生物学作用（3）免疫调节作用：促进大多数细胞MHC类抗原的表达，活化NK细胞和CTL。（4）抑制和杀伤肿瘤细胞：IFN-/杀

4、伤肿瘤细胞主要是通过促进机体免疫功能，提高巨噬细胞、NK和CTL的杀伤水平。（二）IFN-Wheelock等(1965)在PHA刺激白细胞培养上清中发现具有IFN样抗病毒物质，但在pH2条件下即失去抗病毒活性。Youngert和Salvin(1973)发现来自淋巴细胞培养上清中存在一种IFN，为型IFN，1980年统一命名为IFN-。Goeddle(1981)将IFN-基因克隆。 1mkytsyflal llcvllgfsg sygqgqffre ienlkeyfna sspdvakggp 51lfseilknwk desdkkiiqs qivsfyfklf enlkdnqviq rsmdii

5、kqdm101fqkflngsse kpedfkkliq ipvddlqiqr kainelikvm ndlspksnlr151 krkrsqnlfr grrasm 1.基因：IFN-前体AA序列(12号染色体)成熟分子：143AA2.IFN-的生物学作用（1）生物学作用有严格的种属特异性（2）免疫调节：诱导单核-巨噬细胞、DC、皮肤成纤维细胞、血管内皮细胞、星状细胞等MHC类抗原的表达，促其参与抗原提呈和特异性免疫的识别过程。活化巨噬细胞，产生H2O2和NO,促进巨噬细胞杀伤病原微生物和肿瘤。 2.IFN-的生物学作用（2）免疫调节：活化NK细胞：提高其杀伤和分泌IFN能力。促进LPS体外刺

6、激小鼠B细胞分泌和IgG2a，降低IgG1、IgG2b、IgG3和IgE的产生；抑制由IL-4诱导小鼠B细胞增殖，IgG1和IgE产生以及FcR表达。诱导吲哚胺2，3双加氧酶合成，参与色氨酸代谢。 2-5A合成酶蛋白激酶磷酸二酯酶降解mRNA抑制多肽链延伸抑制转译阻断病毒蛋白合成(3)抗病毒作用(三)IFN的临床应用IFN是第一个应用于临床的基因工程产品，目前IFN-、IFN-、IFN-都有基因工程产物，40多个国家使用干扰素制剂，治疗30多种疾病，主要用于临床肿瘤、病毒性感染等治疗。（1）治疗病毒性感染：IFN对慢性活动性乙型肝炎、慢性活动性丙型肝炎、单纯疱疹病毒性角膜炎、带状疱疹、慢性宫颈

7、炎、新生儿巨细胞病毒性脑炎以及鼻病毒和冠状毒引起的普通感冒有一定疗效。(三)IFN的临床应用（2）抗肿瘤： IFN对多种肿瘤近期有良好疗效，如毛细胞白血病（hairy cell leukemia)、慢性髓样白血病、淋巴瘤、Kaposi氏肉瘤、黑素瘤、皮肤瘤、肾肉瘤、神经胶质瘤和骨髓瘤等。 IFN抗肿瘤的机理是：抑制肿瘤细胞增殖；诱导NK、CTL等杀伤细胞，并协同IL-2增强LAK活性；诱导肿瘤细胞表达NHC类抗原，增加对杀伤细胞的敏感性。疾病病原疗效肿瘤毛细胞白血病60%90%缓解慢性白血病50%部分缓解淋巴瘤37%部分或完全缓解Kaposi氏肉瘤26%部分缓解急性白血病24%部分缓解多发性骨

8、髓瘤20%部分或完全缓解神经胶质瘤17%部分或完全缓解表4-9干扰素治疗肿瘤、病毒性感染及其他疾病的疗效 病毒性感染慢性活动性乙肝VBV约40%患者HBe阴转，与激素联用可以提高疗效丙型肝炎HCV约25%50%患者ALT下降或 正常艾滋病HIV抑制艾滋病患者HIV复制，延长HIV带毒无症状者发病的潜伏期，缩小Koposi氏肉瘤，增加血清2m水平，与AZT联合应用可以改善症状带状疱疹VZV缩短病程，阻止扩散，减轻疼痛肿瘤患者水痘VZV降低致命性的内脏合并症病毒性角膜炎HSV-1，腺病毒缩短病程，减少复发，痊愈率90%红眼病肠道病毒70缩短病程慢性宫颈炎 （包括宫颈湿疣）HPV，HSV，HCMV局

9、部应用60%显效，95%有效其它疾病病原Behect氏病（征）（生殖器溃疡、口疮及眼色素层炎）不明干扰素治疗后，口、生殖器溃疡、结节性红斑、血栓性静脉炎、复发性关节炎等均可减轻症状或完合消除，但眼色素层炎、视神经乳头炎无改善，停药后易复发类风湿性关节炎不明干扰素治疗后疼痛明显减轻，4050%缓解五.转化生长因子-家族 转化生长因子-（transforming growth factor-，TGF-)是属于一组新近发现调节细胞生长和分化的TGF-超家族。这一家族除TGF-外，还有活化素（activins)、抑制素（inhibins)、缪勒氏管抑制质（Mullerian inhibitor sub

10、stance,MIS)和骨形成蛋白（bone morpho-genetic proteins,BMPs）。TGF-的生物学作用（1）抑制细胞增殖： 抑制IL-3、GM-CSF、M-CSF所诱导小鼠造血前体细胞和LTBMC的集落形成，并降低巨核细胞对IL-3T和CSF的反应性。 抑制ConA诱导或ConA与IL-2、IL-6联合诱导的胸腺细胞增殖。 抑制丝裂原、同种异体抗原刺激的T细胞增殖或IL-2依赖的T细胞生长。 抑制SAC刺激后IL-2依赖的B细胞增殖。TGF-的生物学作用（2）对细胞表型的调节： 抑制IL-2诱导的T细胞IL-2R、TfR和TLiSA1活化抗原的表达，对CD3表达未见有影

11、响。 抑制IFN-诱导黑素瘤细胞MHC类抗原表达。（3）抑制淋巴细胞的分化： 抑制IL-2和BCDF依赖的B细胞分泌IgM，促B细胞分泌Ig类型转换为IgA和IgE。 抑制混合淋巴细胞培养（MLC）中CTL、NK和LAK功能，这种抑制作用可被TNF-（小鼠MIC）或IL-2（人MLC）所逆转。抑制PBMC中NK活性以及NK细胞对TNF-的的以应性。 抑制ConA和IL-2、IL-6协同诱导小鼠胸腺MHC非限制杀伤性细胞的活性。TGF-的生物学作用（4）抑制CK产生：如抑制PBMC中IFN-和TNF-产生。（5）其它调节作用： 促进成纤维细胞、成骨细胞和雪旺氏细胞的生长。 抑制上皮细胞、破骨细胞

12、、内皮细胞生长和脂肪、心肌、骨骼肌的形成；拮抗EGF的某些生物学功能。 促进细胞外基质（ECM）如胶原蛋白、纤粘连蛋白的表达和抑制ECM的降解，对细胞的形态发生、增殖和分化过程起着重要作用，有利于胚胎发育和细胞修复。动物体内实验表明，局部注射TGF-可以促进伤口愈合和典型肉芽组织形成。 单核细胞和成纤维细胞的趋化剂，但不引起胶颗粒和氧化物的产生。 抑制淋巴细胞与内皮细胞的粘附。 促进嗜碱性粒细胞释放组织胺。TGF-的生物学作用（6）TGF-1与原癌基因表达：TGF-1能诱导c-sis的表达，但抑制c-myc的表达六、趋化性细胞因子（chemokine）定义：由组织细胞和微生物产生的对白细胞具有

13、趋化作用（chemotaxis)的细胞因子chemotaxis是炎症发生过程中重要的起始步骤，也是机体防御和清除入侵病原体等异物先天性免疫功能的一个重要方面。六、趋化性细胞因子（chemokine）(一)趋化性细胞因子的产生1.促炎症CKs:IL-1,TNF,IFN等.2.丝裂原:PHA,PMA,ConA3.抑制产生:氢化可的松,TGF-,CsA六、趋化性细胞因子（chemokine）(一)趋化性细胞因子的结构家族家族内同源性(%)家族间同源性(%)CXC25952595CC2570ELRC1XC2C3C4XXXC1XC2C3C4CXCR1-5趋化性细胞因子结构图(1)RE(glutamate

14、); L(leucine)R(arginine); C(cysteine)CXCSF趋化性细胞因子结构图()C1 C2C3C4CXCR1-9CCCX3CR1C1XXXC2C3C4CX3CCCCXCR1六、趋化性细胞因子（chemokine）(三)几种常见的趋化性细胞因子类代表功能CXCIL-8趋化激活中性/嗜碱性粒细胞,TSDF-1趋化T,DC,CD34+细胞CCMCP-1激活趋化单核细胞,激活嗜碱性粒细胞,趋化T细胞,促NK杀伤活性RANTES趋化单核,T,DC,NK,嗜酸/嗜碱性粒细胞CX3CFLK趋化单核,T,NK细胞CLTN趋化T,B,NK细胞几种常见的趋化性CK六、趋化性细胞因子（c

15、hemokine）(三)趋化性细胞因子的生物学活性1.趋化性细胞因子受体的表达Receptor of Chemokine 六、趋化性细胞因子（chemokine）(三)趋化性细胞因子的生物学活性2.炎症中对不同白细胞的趋化迁移的调节中性粒细胞与炎症RANTES, MIP-1TH1CTL对病毒感染细胞杀伤中趋化CK的作用六、趋化性细胞因子（chemokine）(三)趋化性细胞因子的生物学活性3.在淋巴细胞归巢中的趋化迁移DCDCCCR7-SLCCCR7-ELCTBBThT细胞区B细胞区HEV基质细胞ThB（五）Chemokine与临床1.Chemokine及其受体拮抗剂的研究生物学活性MIP-1

16、MIP-1（a)趋化单核细胞+趋化嗜酸性粒细胞并刺激其脱颗粒+趋化嗜碱性粒细胞+-刺激肥大细胞、嗜碱性粒细胞释放组织胺+趋化T细胞CD4+、CTL“naive”T趋化B细胞+急性炎症性肉芽肿介质+保进CD8+T细胞与内皮细胞的粘附（b）+表4-12MIP-1和MIP-1生和的学活性比较 Chemokine与临床1.Chemokine及其受体拮抗剂的研究病毒编码的chemokine及受体拮抗剂病毒蛋白模拟分子阻断分子CMVUS28CCR1CC亚家族卡波西肉瘤疱疹病毒vMIP-1CC chemokine vMIP-1/2传染性软疣MC148RMIP-1黏液瘤病毒M-T7IFN-R多种Chemoki

17、ne与临床2.Chemokine受体辅助HIV-1侵入靶细胞3.与其他疾病的关系.The receptor of chemokines一.结构与类别TNF Rchemokine RI型NH2Cys盒COOHII型TGF-受体NH2Cys盒GS结构域COOHSGSGGLP二、细胞因子受体中的共用链 受体由两个或两个以上的亚单位组成的异源二聚体或多聚体，包括一个特异性配体结合链和一个参与信号的链。链构成低亲和力受体，链一般单独不能与细胞因子结合，但参与高亲和力受体的形成和信号转导。应用配体竟争结合试验、功能相似性分析以及分子克隆技术发现在细胞因子受体中存在着不同细胞因子受体共用同一种链的现象 配体

18、低亲和力、特异性结合配体受体高亲和力受体多肽链结构特征亲和力（kd）组成亲和力（kd）IL-6IL-6R链1个ICSF结构域 1个HCSF结构域12nMIL6-R/gp130、gp130(二聚化)4050pMIL-11IL-11R链1个ICSF结构域 2个HCRF结构域10nMIL011R/gp13040800pMLIFLIFR2个HCRF结构域LIFR/gp1302030pMOSMgp1301个HCSF结构域500pMgp130/LIFR5pMCNTFCNTFR链1个ICSF结构域10nMCNTFR/gp130、LIFR100200pM1个HCSF结构域（GPI锚）表4-19 gp130/L

19、IFR共用链与高亲和力受体组成的关系IL-3、IL-5、GM-CSF都作用于造血系统，促进造血干细胞或定向干细胞的增殖。IL-6、IL-11、LIF、OSM都能作用于肝细胞、巨核细胞、浆细胞瘤，发挥相似的生物学作用。IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-13均具有刺激T细胞或和B细胞增殖的作用。上述细胞因子功能的相似性已部分在受体水平得到解释，在很大程度上是由细胞因子受体共用链所决定的。目前已知，细胞因子共用链主要有gp310、GM-CSFR链和IL-2R链。 三、可溶性细胞因子受体存在于血清等体液中可溶性细胞因子受体（soluble cytokine receptor,sCK-R）具

20、有独特的生物学意义。近年来，sCK-R水平变化与某些疾病的关系日益受到学者们的重视。部分重组sCK-R（rsCK-R）基因工程产品已进入临床验证，关于sCK-R的产生机理，结构特点及基免疫学功能等方面的基础研究也取得了长足的进展。表4-20 sCK-R的产生机理 （举例）sCK-R 种类分子量（kDa） (可溶/膜型)受体胞膜外结构sCK-R产生机理sCK-1R47/68（型受体）IGSF膜受体经蛋白酶水解后脱落sCK-2R45/55（链）（未分类）膜受体脱落sCK-4R/140ERS分泌型mRNA翻译、分泌sCK-5R/60（链）ERS膜受体脱落和分泌型mRNA翻译、分泌sCK-6R50/8

21、0（链）IGSF+ERS膜受体脱落和分泌型mRNA翻译、分泌sCK-7R/65ERS分泌型mRNA翻译、分泌sG-CSFR/IGSF+ERS分泌型mRNA翻译、分泌sGM-CSFR/85ERS膜受体脱落sIFN-R/90干扰素受体家族膜受体脱落sTNF-R33/55或75NGFR膜受体脱落表4-21 血清sIL-2R水平升高与人类某些疾病的关系恶性肿瘤成人T细胞白血病（HTLV-I相关，CD4+T细胞）毛细胞白血病（对IFN-治疗有效者sIL-2R水平下降，复发时上升）急性淋巴细胞白血病慢性髓样细胞白血病blastic phase(sIL-2R升高先于临床发作)Hodgkin氏淋巴瘤（与疗效和

22、预后平行）非Hodgkin氏淋巴瘤（所有T细胞淋巴瘤和大部分细胞淋巴瘤，sIIL-2水平与判断预后密切相关）肝癌、乳腺癌、胃癌、食道癌、结肠癌、鼻咽癌等表4-21 血清sIL-2R水平升高与人类某些疾病的关系自身免疫或炎症性疾病类风湿性关工了炎（滑膜液中sIL-2R升高有助于与其他关节炎的鉴别诊断）全身性红斑狼疮进行性全身性硬皮病多肌炎（sIL-2R，sCD8同时升高与急性肌肉炎症平行，常为临床复发前表现）Kawasaki病、多发性硬化症、型糖尿病病毒感染与其它传染性疾病甲型病毒性肝炎急性期乙型病毒性肝炎急性期、丙型病毒性肝炎艾滋病（与血清抗体和病期发展相关）传染性单核细胞增多症麻疹呼吸道合胞

23、病毒感染肾综合征出血热急性期乳头状瘤病毒引起的尖锐湿疣麻风表4-21 血清sIL-2R水平升高与人类某些疾病的关系结核病疟疾移植及移植排斥肾脏移植（急性移植排斥、CD3McAb治疗后明显升高，有助于区别感染和药物中毒，环孢霉素治疗后明显降低）肝脏（胆汁中sIL-2R升高是早期肝脏排斥的敏感指标）异基因骨髓移植后所发生的GVHD其它烧伤（往往与病情平等，可能与患者免疫抑制状态有关）慢性肾功衰竭和肾透析Wegener氏肉芽肿评价对体内注射IL-2的免疫反应性四.CKR中的几个生物学现象(一)微生物基金编码CKR的分子模拟(二)”诱骗”受体(一)病毒产生受体同源的分子模拟病毒成分模拟CKR同源(%)

24、作用牛痘B15RB18RB8RIL-1RsIFN-/RsIFN-R30结合IL-1CMVUS28US27UL33MIP-R,RANTASRG蛋白受体G蛋白受体322323结合亚家族的趋化性CK疱疹病毒874IL-8样RIL-8NH2COOHIL-1R无信号转导4.细胞因子及其受体的检测细胞因子在机体免疫应答过程中起着十分重要的作用。在某些疾病时，体内细胞因子及其受体表达可发生异常，与机体免疫功能低下或发生病理损伤有关。因此，在临床免疫学中越来越重视对细胞因子及其受体的检测。在基础免疫研究中，常需检测不同条件培养液中细胞因子的活性，并探讨细胞因子产生水平与免疫细胞表型、增殖、杀伤及其它功能的关系

25、。此外，原核细胞和真核细胞中表达的重组细胞因子或经过不同工艺纯化后的产品需测定其活性和含量。一、生物活性检测法细胞因子生物学活性检测法是根据某些细胞因子特定的生物学活性，应用相应的指示系统和标准品来反映待测标本中某种细胞因子的活性水平，一般以活性单位来表示。生物学检测法一般敏感性较高，直接表示待测标本中的活性水平。 （一）增殖或增殖抑制法其基本原理是应用某一细胞因子能特异地刺激或抑制某些指示细胞的增殖，通过3H-TbR掺入或MTT法显色，反映待检细胞因子的活性水平。（二）集落形成法其基本原理是应用骨髓干细胞体外半固体培养系统，根据不同造血因子能诱导干细胞或定向造血祖细胞形成某一种或某些种类细胞

26、的集落，通过对形成集落形态学、酶学鉴定，计算不同种类集落形成的数量和比例，反映待测标本中CSF的种类和活性水平。（三）直接杀伤靶细胞在细胞因子中TNF-、TNF-具有直接杀伤某些肿瘤细胞的作用，采用TNF敏感的细胞株如小鼠成纤维细胞株L929，以及WEHI164亚克隆13作为指示细胞，通过3H-TdR释放法或染料染色等可检测待检样品中TNF的活性水平。（四）保护靶细胞免受病毒的攻击靶细胞受某些病毒感染后可发生明显病变和死亡，干扰素可保护靶细胞免受病毒的攻击，常用的病毒是水疱性口炎病毒（vesicular stomatitis virus,VSV）,敏感的指示细胞为喉癌的上皮细胞株Hep2和羊膜的上皮细胞WISH，通过干扰素（IFN-、IFN-、IFN-）抑制病毒致病变的程度，计算出待测样品中IFN的活性单位。（五）趋化作用IL-8对多形核细胞、淋巴细胞具有趋化作用，可用小室法或软琼脂趋化法，PMN或淋巴细胞作为指示细胞，以细胞趋化的程度来反映样品中IL-8活性水平。（六）抗体形成法IL-6