血液分子生物学细胞因子

1、血液分子生物学细胞因子 抗原 免疫系统 免疫应答 活化、分化、增殖 （细胞免疫、体液免疫） 免疫细胞间相互作用 抗原性异物排除 细胞因子 （可溶性信息分子） X 第一节 细胞因子概述细胞因子(cytokine，CK)的概念： 由机体多种细胞分泌的小分子蛋白质，通过结合细胞表面的相应受体发挥生物学作用。（一）细胞因子的命名单核因子（monokine）淋巴因子（lymphokine）集落刺激因子（Colonystimulating factor，CSF）白细胞介素（Interleukin，IL）（二）细胞因子作用方式及特点自分泌 autocrine内分泌 endocrine血液循环远距离作用旁分泌

2、 paracrine作用于比邻细胞作用于分泌细胞自身2.细胞因子的特性多效性：一种细胞因子作用于多种靶细胞，产生多种生物学效应重叠性：几种不同的细胞因子作用于同一种靶细胞，产生相同或相似的生物学效应拮抗性：一种细胞因子抑制其他细胞因子的功能协同性：一种细胞因子强化另一种细胞因子的功能肥大细胞胸腺细胞BIL-4活化、增殖、分化增殖增殖多效性pleiotropyTh细胞IL-2、 IL-4、 IL-5IL-4 + IL-5B细胞IL-4IFN-拮抗性antagonism重叠性redundancy协同性synergy均有刺激B细胞增殖的功能更有效地诱导IgE类别转换IL-4 阻断IFN- 诱导类别转

3、化的作用BBB 第二节 细胞因子的分类 根据结构和功能分类：分为六类白细胞介素（interleukins，ILs） 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) 趋化因子（chemokines） 生长因子（growth factor，GF）能够介导白细胞间及其他细胞间相互作用的细胞因子。1.IL-1 (又称淋巴细胞刺激因子) ： 细胞来源：主要由活化的单核巨噬细胞产生。存在形式：IL-1和IL-1。主要生物学功能： 局部低浓度免疫调节： 协同刺激APC和T

4、细胞活化，促进B细胞增 殖和分泌抗体。 大量产生内分泌效应： 诱导肝脏急性期蛋白合成；引起发热和恶病质。 （一）白细胞介素 （interleukins，ILs）2.IL-2 (又称T细胞生长因子,TCGF) ： 细胞来源：主要由T细胞产生。 作用方式：以自分泌和旁分泌方式发挥效应。 主要生物学功能： （1）活化T细胞，促进细胞因子产生； （2）刺激NK细胞增殖，增强NK杀伤活性及产生 细胞因子，诱导LAK细胞产生； （3）促进B细胞增殖和分泌抗体； （4）激活巨噬细胞。LAK细胞LAK细胞即淋巴因子激活的杀伤细胞。将外周血淋巴细胞在体外经淋巴因子白介素-2(IL-2)激活35天而扩增为具有广谱

5、抗瘤作用的杀伤细胞。把LAK输给带瘤小鼠，不但使原瘤消退，还可以使已确立的转移瘤消失。LAK有广谱抗瘤作用，LAK与IL-2合用比单用IL-2效果好，因为经IL-2激活的LAK在输入人体后仍需IL-2才能维持其杀伤活性。LAK的发现1982年Grimm等首先报道外周血单个核细胞（PBMC）中加入IL-2体外培养4-6天，能诱导出一种非特异性的杀伤细胞，这类细胞可以杀伤肿瘤细胞。目前尚未发现LAK细胞特有的表面标志，许多实验表明，LAK细胞的前体细胞是NK细胞和T细胞。 LAK的临床应用1984年11月Rosenberg研究组经美国食品和药品检验局（Us Food and Drug Admini

6、stration,FDA）批准下，首次应用IL-2与LAK协同治疗25例肾细胞癌、黑素瘤、肺癌、结肠癌等肿瘤患者。其中11例肿瘤缩小超过50%，1例黑素瘤完全消退。1988年该研究组总结了IL-2与LAK细胞协同治疗222例肿瘤患者，其中16便患者肿瘤转移灶完全消退，26例患者肿瘤消退50%以上。该疗法对转移性肾细胞癌、黑素瘤、结肠癌和非何杰金氏淋巴瘤患者的疗效较显著。有报道乳腺癌、膀胱癌局部应用IL-2进行治疗也获得明显疗效。 XIL-3活化 Th1细胞NK 细胞干细胞肥大细胞B 细胞巨噬细胞分化巨噬细胞分泌免疫球蛋白促进吞噬作用刺激所有干细胞的生长4. IL-4 细胞来源：主要由Th2细胞

7、、肥大细胞及嗜 碱性粒细胞产生。 主要功能： （1）促细胞增殖、分化； （2）诱导IgG1 和IgE产生； （3）促进Th2细胞分化； （4）抑制Th1细胞活化及分泌细胞因子； （5）协同IL-3刺激肥大细胞增殖等。 4. IL-6： 细胞来源：主要由单核巨噬细胞、 Th2细胞、 血管内皮细胞、成纤维细胞产生。 主要功能： （1）刺激活化细胞增殖，分泌抗体； （2）刺激细胞增殖及CTL活化； （3）刺激肝细胞合成急性期蛋白，参与炎症反应； （4）促进血细胞发育。 5. IL-10： 细胞来源： 主要Th2细胞和单核巨噬细胞产生。 主要功能： （1）抑制前炎症细胞因子产生； （2）抑制MHC -

8、II类分子和B-7分子的表达； （3）抑制T细胞合成IL-2、IFN-等细胞因子； （4）可促进B细胞分化增殖。 6. IL-12： 细胞来源：主要由单核-巨噬细胞、B细胞产生。 主要功能： （1）激活和增强NK细胞杀伤活性及IFN-产生； （2）促进Th0细胞向Th1细胞分化，分泌IL-2、IFN-； （3）增强CD8+ CTL细胞杀伤活性； （4）可协同IL-2诱生LAK细胞； （5）抑制Th0细胞向Th2细胞分化和IgE合成。（二） 干扰素(interferon, IFN)： 具有干扰病毒感染和复制功能的细胞因子。1. 分型 - 根据其来源、结构及生物学性质：I型： IFN-、IFN-

9、细胞来源： IFN-：白细胞（主要为单核吞噬细胞）产生； IFN-：成纤维细胞产生（二者结合相同受体）； 主要诱生剂：病毒，polyI-C (人工合成双股RNA)。 II型: IFN- 主要细胞来源：活化的Th1细胞、 CD8+ CTL和NK 细胞； 主要诱生剂：抗原或有丝分裂原。 2. 主要生物学活性： I 型干扰素： （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-I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II型干扰素类似。II型干扰素： （1）免疫调节作

10、用(主要)： a. 活化巨噬细胞； b. 促进APC(s)表达MHC-II类分子，提高抗原递呈能力； c. 促进MHC-I类分子表达，增强NK细胞和CTL细胞的杀伤活性； d. 促进B细胞分化、增殖； e. 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I型干扰素类似)。（三）肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)：能使肿瘤发生出血坏死的细胞因子,包括TNF, TNF (lymphotoxin- , LT- ）1TNF- 组成及分子量: 同源三聚体, 51 KD 。 细胞来源： 单核巨噬细胞（主要）； T细胞、NK细胞和肥大细胞。 主要功能： 低浓

11、度 - 自分泌、旁分泌效应 （1） 诱导炎症反应： a. 使血管内皮细胞表达ICAM-1，促白细胞 聚集于炎症局部； b. 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。 （2） 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。 （3） 杀伤肿瘤细胞：直接杀伤，引起组织出血 坏死。 高浓度- 内分泌效应 （1）引起发热； （2）协同IL-1、IL-6诱导肝细胞合成急性期蛋白； （3）抑制骨髓造血干细胞的分裂； （4）引起代谢紊乱，导致恶液质； （5）介导内毒素致感染性休克。 2. TNF-

12、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。 细胞来源：激活的T细胞。 生物学功能： 与TNF-相似，在局部发挥效应。 与细胞表面LT-形成复合物，发挥作用。 （四） 集落刺激因子 (colony- stimulating factor，CSF)： 概念：能够刺激多能造血干细胞和不同发育分化阶段的祖细胞增殖分化，并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。 包括： SCF、Flt3L、GM-CSF、G-CSF、M-CSF、 EPO、TPO、IL-3（multi-CSF)、IL-7等。1. 干细胞因子 （stem cell factor，

13、 SCF，又称c-Kit配体） 存在形式：跨膜型、分泌型 细胞来源：骨髓基质细胞 生物学功能： A. 刺激多能造血干细胞发育； B. 刺激肥大细胞增殖。2. Flt3配体（Flt3 ligand，FL） 存在形式：跨膜型、分泌型 细胞来源：基质细胞。 生物学功能： 刺激原始造血干细胞的增殖和分化。3. 粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF) 细胞来源：活化的T细胞、单核-巨噬细胞、内皮 细胞、成纤维细胞等。 生物学功能： A. 刺激骨髓各系前体细胞生长和分化； B. 刺激骨髓前体细胞向粒细胞和单核细胞分化。4. 粒细胞集落刺激因子(G-CSF) 细胞来源：活化的T细胞、单核-巨噬细胞、内

14、皮细 胞、成纤维细胞等。 生物学功能： A. 刺激粒细胞前体细胞的分化成熟； B. 增强成熟粒细胞的吞噬杀伤功能，延长其存活时 间。 5. 巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF） 细胞来源：单核-巨噬细胞、淋巴细胞、纤维母细 胞、内皮细胞、 上皮细胞等。 生物学功能： A. 刺激单核-巨噬细胞增殖分化； B. 延长单核-巨噬细胞存活时间，增强其功能。 6. 红细胞生成素（erythropoietin, EPO） 细胞来源：肾小管周围间质细胞。 生物学功能：促骨髓红细胞前体分化为成熟红细胞。7. 血小板生成素 (thrombopoietin, TPO) 细胞来源：平滑肌细胞及内皮细胞。 生物学功能：

15、刺激骨髓巨核细胞分化成熟为血小板。（五） 趋化性细胞因子（chemokines） 概念：具有趋化作用的细胞因子, 能吸引免疫细胞到免疫应答局部,参与免疫调节和免疫病理反应。 按照半胱氨酸的位置、排列方式和数量，分为四个亚家族： CC、 CXC、C 和CX3C 绝大多数CK有4个保守的半胱氨酸（Cys），根据前两个Cys的相对位置不同，可以分为CXC（） 、CC（） 、C（） 和CX3C（） 趋化因子。 (C为半胱氨酸；X为任意氨基酸）趋化因子结构和分类趋化性细胞因子（亚族）氨基端的两个半胱氨酸相邻。 MCP-1(单核细胞趋化蛋白-1)为主要代表。 细胞来源：活化的T细胞。 主要功能：趋化并活化

16、单个核细胞（单核细胞和T细胞）。2. CXC趋化性细胞因子（亚族）： 氨基端的两个半胱氨酸被其它任一氨基酸分开，即半胱氨酸其他氨基酸半胱氨酸。 白细胞介素-（IL-8）- 为主要代表。 细胞来源： 活化的单核-巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞和巨核细胞。 主要功能：趋化中性粒细胞，介导炎症反应。 3. C趋化性细胞因子(亚族)- 氨基端只含有一个半胱氨酸。 成员：lymphotactin-和lymphotactin-。 主要功能：趋化淋巴细胞。 4. CX3C趋化性细胞因子（亚族）-氨基端两个半胱氨酸被三个氨基酸隔开，即半胱氨酸个其他氨基酸半胱氨酸。 成员：Fractalkine。 主要功能：趋

17、化淋巴细胞和巨噬细胞。 （六） 生长因子（growth factor，GF）具有刺激细胞生长作用的细胞因子。 包括： TGF-(transforming growth factor-， 转化生长因子-)； EGF(epithelial growth factor， 表皮生长因子)； FGF(fibroblast growth factor， 成纤维细胞生长因子)； NGF(nerve growth factor， 神经生长因子)； PDGF(platelet-derived growth factor， 血小板衍生的生长因子)； VEGF(vascular endothelial cell g

18、rowth factor， 血管内皮细胞生长因子)等。 TGF-（TGF-1、 TGF-2和TGF-3）： 细胞来源：T、B细胞、巨噬细胞及肿瘤细胞等。 生物学功能（免疫抑制调节剂）：抑制T细胞增殖和细胞因子产生；抑制B细胞增殖和T细胞依赖性多克隆抗体的产生；抑制NK细胞活化和IL-2的LAK细胞诱导作用；抑制M活化和前炎性细胞因子产生；抑制多种细胞增殖（如内皮细胞、上皮细胞和平滑肌细胞），但促成纤维细胞增殖，加速伤口愈合；某些肿瘤细胞分泌TGF-，可逃避免疫应答。第三节 细胞因子的受体细胞因子通过结合细胞表面的细胞因子受体而发挥生物学作用。细胞因子与其受体结合后启动复杂的细胞内分子间的相互作

19、用，最终引起细胞基因转录的变化，这一过程称为细胞的信号转导。 细胞因子受体为跨膜糖蛋白： 膜外区（细胞因子结合区）； 跨膜区（富含疏水性氨基酸区）； 胞质区（信号转导区）。细胞因子受体家族细胞因子受体根据其结构和信号转导途径，分为：型细胞因子受体家族型细胞因子受体家族肿瘤坏死因子受体超家族趋化因子受体家族 1.型细胞因子受体家族(造血因子受体家族)： 结构特点：膜外区近氨基端有二个保守的半胱氨酸残基（C），其羧基端 存在Trp-Ser-X-Trp-Ser（色氨酸丝氨酸任意氨基酸色氨酸丝氨酸，WSXWS，X代表任一氨基酸）残基序列。 成员包括：IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、 IL-6

20、、IL-7、IL-9、IL-11、IL-13、IL-15、GM-CSF、G-CSF的受体等。2.型细胞因子受体家族(干扰素受体家族): 结构特点：膜外区近氨基端含有四个保守半胱氨酸残基。 成员包括： I 型、II型IFN和IL-10的受体 。 (TNFRF，TNF/NGF受体家族)： 结构特点：膜外区富含半胱氨酸基序。 成员包括：TNF受体、NGF受体、Fas蛋白及CD40分子。I型膜蛋白； 富含半胱氨酸的重复性功能区； 以同源3聚体形式发挥受 体功能； 部分成员膜内区含有死亡功能区。Fas：表达广泛，与活化T细胞产生的FasL结合，诱导靶细胞凋亡及活化T细胞的AICD。CD40：B细胞组成性

21、表达，与活化T细胞产生的CD40L相互作用，促进B细胞活化。4.趋化因子受体家族(G蛋白偶联受体家族):是G蛋白偶联受体，为7次跨膜的G蛋白，和相应配体结合后经耦联GTP结合蛋白而发挥生物学效应。在病毒感染、造血和肿瘤转移中发挥重要作用。结构特点：含有7个疏水性跨膜区 ( -螺旋结构)，胞质区与G蛋白(结合GTP的蛋白)结合，将信号转导入细胞内部。 成员包括：CXCR - 结合CXC型趋化因子（如IL- 8）CCR - 结合CC型趋化因子（如MCP-1）。COOH IL-8R（ CXC-R）COOHPMCXCR4和CCR5是HIV感染的共受体(Co receptors)CCR5缺失突变与M病毒

22、感染多亚单位受体和细胞因子受体共用亚单位 I型细胞因子受体家族多属于多亚单位受体，其中一种是细胞因子结合亚单位，另一种是信号转导亚单位。多种型细胞因子受体有共用的相同的信号传递亚单位。共同信号链(或共同亚单位): 指不同细胞因子受体共用的一条相同的与信号转导有关的肽链。 目前发现有三种共同亚单位： 链（c）：IL-2、IL-4、IL-7、IL- 9、IL-15的受体共有； 链：IL-3、IL-5、GM-CSF的受体共有； gp130：IL-6、IL-12的受体共有。 gp130 gp130IL-6RIL-11RIL-6 与 IL-11 受 体 GM-CSF 受体超家族 b 链GM-CSFRaI

23、L-5RIL-3R b 链 b 链IL-2R IL-4R IL-7R IL-9R IL-15Rg -链 参 与 组 成 的 细 胞 因 子 受 体共用的 g 链可溶性细胞因子受体：游离形式的受体 存在:血清、尿液等体液。目前知道的有：sIL-1、sIL-2、sIL-4、 sIL-5、 sIL-6、sIL-7、sIL-8、sG-CSF、sGM-CSF、 sIFN-、sTNF受体等。 可能作用 ： A. 与膜受体竞争结合细胞因子，抑制细胞因子的作用。 B. 与细胞因子结合, 转运至机体相关部位，增加局部细胞因子的浓度，发挥其生物学作用。.检测某些可溶性细胞因子受体的水平有助于某些疾病的诊断即病程的

24、发展和转归的监测。细胞因子受体拮抗剂一些细胞因子的受体存在天然拮抗剂，如IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra）是一种由单核巨噬细胞产生的多肽，可以结合IL-1受体，从而抑制IL-1、 IL-1 的生物学活性。有些病毒产生细胞因子结合蛋白也是细胞因子的拮抗剂，如痘病毒产生的TNF和IL-1结合蛋白可抑制或消除TNF和IL-1的致炎症作用。细胞因子受体的信号转导 JAKs- STATs途径： JAKs（Janus kinases or Just another kinases）： 属于非受体型胞浆酪氨酸蛋白激酶。 STATs（信号转导和转录活化因子， signal transducers and ac

25、tivations of transcription): 是一种DNA结合蛋白。补充 信号转导过程： 细胞因子 结合受体（二聚化或三聚化 ） JAKs激活 受体胞浆区酪氨酸残基磷酸化 与STATs（SH2区）结合 蛋白酪氨酸激酶活化 STATs（形成二聚体）离开受体，入核 调节靶基因的表达 。补充第四节细胞因子的生物学活性（一）抗细菌作用（二）抗病毒作用（三）调节特异性免疫应答 （四）刺激造血 （五）促进血管生成（一）抗细菌作用细菌巨噬细胞 IL-1、TNF、 IL-6、 IL-8和IL-12CD54CD62E血管内皮IL-8IL-1 IL-6 TNF-IFN- TNF-IFN-T细胞单核细胞

26、中性粒细胞巨噬细胞血液组织细胞因子在炎症反应中的作用IL-1 TNF-（二）抗病毒作用病毒机体细胞 IFN-，IFN-IFN- a 的 抗 病 毒 作 用病毒病毒复制抑制病 毒复制信号转导IFN-aIFN-诱导蛋白诱导刺激胞核 胞核 未活化ICE活化ICE ICE底物P34cdc2（凋亡）TCRCTL的细胞毒作用机制穿孔素粒酶CTL靶细胞TNF基因TNF受体IL-2T细胞NK细胞靶细胞IFN-（三）调节特异性免疫应答主要由抗原活化的T淋巴细胞分泌，调节淋巴细胞的激活、生长、分化和发挥效应。IL-2,IL-15T细胞；IL-4,IL-6,IL-13 B细胞； IFN- 巨噬细胞参与免疫应答与免疫

27、调节 免疫应答识别（感应）阶段IFN刺激APC MHC-II的表达IL-1辅助T细胞活化IL-10抑制抗原递呈 免疫应答细胞扩增阶段IL-2、IL-4、IL-5、IL-6等促进T、B 细胞的增殖与分化TGF- b 抑制淋巴细胞增殖IFN-免疫生物学效应活化 Th1细胞NK 细胞促进： MHC-II表达，抗微生物活性，抗肿瘤活性TNF-合成，Fc表达巨噬细胞B 细胞病毒感染细胞T 细胞促进： IL-2产生 IL-2R表达增强IV型超敏反应移植物排斥反应细胞毒性IFN-促进：IgG3和IgG2a的产生抑制CD23表达IgE产生促进：活化杀伤NK细胞抑制病毒复制、扩增TDTH抗原肽靶组织细胞因子（I

28、L-2、TNF、IFN-）TDTH的效应作用机制活化巨噬细胞（四）刺激造血 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（五）促进血管生成一些细胞因子的主要生物学作用 IL-1 IL-2 IL-3 IL-4 IL-5 IL-6 IFN-促进细胞增殖 + + + + + + 趋化因子作用 + 增强细胞杀伤活性+ + 诱生细胞因子 + +诱生细胞因子受体+ + + + +诱生MHC分子 + + +诱导Ig转类 + + + 第四节 细胞因子在临床上的应用 一. 细胞因子与疾病的发生 1. 参与感染引起的炎症反应 如: TNF-、IL-1、IL-6、IL-8 等细胞子。

29、 2. 促进肿瘤细胞生长和转移 如：TGF-、IL-10 、IL-6等细胞因子。 3. 介导移植排斥反应 如：IL-2、IFN-等细胞因子。 4. 介导免疫性疾病 (1) 免疫缺陷 如：IL-2受体链基因(X染色体)突变 IL-2、IL-4、IL-7、IL-9及IL-15等细胞因子功能障碍。 (2) 超敏反应 如：IL-4、 IFN-等细胞因子。 (3) 自身免疫性疾病 如：IFN-、IL-2等细胞因子。二. 细胞因子与疾病的诊断及治疗（一）细胞因子检测方法 1. 生物学检测法： 根据某种生物学活性检测细胞因子的有无及水平，如依赖细胞株法。 优点：敏感性高，具有生物学活性； 难点：需要细胞培养

30、条件。2. 免疫学检测法： 用抗细胞因子的单克隆抗体进行测定，如ELISA法。 优点：易标准化；可同时检测大量样品； 缺点：不能确定其生物学活性。3. 核酸分析技术： 主要检测细胞因子的mRNA表达水平，如 northern印迹，PCR法等。 优点：可在DNA转录水平进行细胞因子定量。 难点：需要一定的仪器设备。（二） 诊断 - 缺少特异性 IL-2、IL-4、IL-5、IFN-等缺失 - T细胞活化及功能缺陷； TNF-（血清） - 类风湿关节炎、感染性休克等； IL-1、IL-6及TNF-（关节囊滑液） - 类风湿关节炎； IL-1（血清） - 慢性血清病、免疫复合物肾病等； sIL-2R（血清）