醫(yī)學(xué)免疫學(xué)研究生教材編寫提綱

1、細(xì)胞因子 第一節(jié)細(xì)胞因子概述 一、細(xì)胞因子的概念與分類 (一)概念 細(xì)胞因子(cytokine,CK)是指由機(jī)體多種細(xì)胞經(jīng)刺激而合成、分泌的一類具有廣泛生物學(xué)活性的小分子蛋白質(zhì)，通過結(jié)合細(xì)胞表面的受體發(fā)揮生物學(xué)作用。細(xì)胞因子作為細(xì)胞間信號傳遞分子，主要調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、參與免疫細(xì)胞分化 發(fā)育、 介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、 刺激造血功能并參與組織修復(fù)等。 目前已發(fā)現(xiàn)200多種細(xì)胞因子，研究細(xì)胞因子有助于在分子水平闡明免疫調(diào)節(jié)機(jī)制， 在探討某些疾病發(fā)病機(jī)制以及疾病的預(yù)防、診斷和治療等方面，均具有重要的意義。 (二)細(xì)胞因子分類 細(xì)胞因子分類方法較多，目前主要根據(jù)細(xì)胞因子的主要生物學(xué)功能進(jìn)行分類，分為以下幾種： 1

2、 1 .白細(xì)胞介素(interleukin,IL) IL最初是指由白細(xì)胞產(chǎn)生的、介導(dǎo)白細(xì)胞間相互作用的細(xì)胞因子。實(shí)際上其他細(xì)胞也可產(chǎn)生IL,并參與其它細(xì)胞間的相互作用。迄今已發(fā)現(xiàn)33種IL,分 別命名為IL-1IL-33。 2 2 .干擾素(interferon,IFN) IFN是最先發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子，具有抵抗病毒感染，干擾病毒復(fù)制的功能，因而命名為干擾素。 根據(jù)其來源和結(jié)構(gòu)， 可將IFN分為I型IFN(IFN-a、IFN-B和II型IFN(IFN-丫。 ) 3 3 .月中瘤壞死因子(tumornecrosisfactor,TNF) TNF是一類在體內(nèi)外能直接殺傷月中瘤細(xì)胞的細(xì)胞因子。其家族成員

3、有30多 個，主要成員為TNF-a和TNF-% 4 4 .集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF) CSF是指能刺激不同的造血干細(xì)胞增殖、 分化并在半固體培養(yǎng)基中形成某一譜系細(xì)胞集落的細(xì)胞因子。包括粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-CSF,G-CSF),巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage-CSFM-CSF),粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage-CSFGM-CSF)、多集落刺激因子(multi-CSF,又稱IL-3)、 干細(xì)胞生長因子(stemcellfactor,SCF刖紅細(xì)胞生成素(erythropoie

4、tin,EPO)等。 5 5 .生長因子(growthfactor,GF) GF是一類可介導(dǎo)不同類型細(xì)胞生長和分化的細(xì)胞因子。包括轉(zhuǎn)化生長因子 B(transforminggrowthfactor,TGF-0)神經(jīng)生長因子(nervegrowthfactor,NGF)、表皮生長因子(epidermalgrowthfactor,EGF)、成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)、血小板衍生生長因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)

5、等。 6 6 .趨化性細(xì)胞因子(chemokine) 趨化性細(xì)胞因子是一類對不同靶細(xì)胞具有趨化效應(yīng)的細(xì)胞因子家族，已發(fā)現(xiàn) 有50多個成員，該家族成員依據(jù)其分子N端半胱氨酸殘基的數(shù)目及其間隔，分為CC、CXC、C、CX3C四個亞家族，分別趨化和激活不同類型免疫細(xì)胞。 二、細(xì)胞因子的共同特征 每種細(xì)胞因子均有其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)、理化特性和生物學(xué)活性，但細(xì)胞因子具有以下共同的特性： (一)理化特性 細(xì)胞因子一般為880kD的多肽或糖蛋白。多數(shù)CK以單體的形式存在，少數(shù)CK以二聚體(如IL-5、IL-12、M-CSF、TGF-位或三聚體(如TNF)形式存在。 (二)分泌特點(diǎn) 1 1 .自限性分泌 通常情

6、況下，細(xì)胞因子極少儲存，即不以前體形式貯存在細(xì)胞內(nèi)，而是經(jīng)過適當(dāng)刺激后迅速合成，一旦合成后便分泌至細(xì)胞外以發(fā)揮生物學(xué)作用，刺激消失后合成亦較快地停止并被迅速降解。 2 2 .多細(xì)胞來源 一種細(xì)胞因子可由不同類型細(xì)胞產(chǎn)生，一種細(xì)胞可產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，如抗 原、絲裂原、病毒感染等可使同一種細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子。 (三)生物學(xué)作用特點(diǎn) 1 1 .作用方式 大多數(shù)細(xì)胞因子通過自分泌(autocrine)和旁分泌(paracrine)的形式發(fā)揮效應(yīng)，即作用于自身產(chǎn)生細(xì)胞或鄰近細(xì)胞， 多在局部發(fā)揮作用。 但在一定條件下， 某些細(xì)胞因子如IL-1也可以內(nèi)分泌(endocrine)形式作用于遠(yuǎn)處靶細(xì)胞，介導(dǎo)全

7、身性反應(yīng)。此外某些細(xì)胞因子可通過細(xì)胞內(nèi)分泌(intracrine),直接與細(xì)胞內(nèi)受體結(jié)合，或以內(nèi)化的細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體(cytokinereceptor,CKR)復(fù)合物形式在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)。 2 2 .通過細(xì)胞因子受體發(fā)揮效應(yīng) 細(xì)胞因子需與靶細(xì)胞上的相應(yīng)受體特異結(jié)合后才發(fā)揮其效應(yīng)，細(xì)胞因子在pM(10-12M)水平就能發(fā)揮作用，這與細(xì)胞因子與靶細(xì)胞表面特異性受體之間親和力極高有關(guān)。 3 3 .生物學(xué)作用的多樣性 細(xì)胞因子參與免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)、免疫細(xì)胞分化發(fā)育、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、刺激造血功能、組織修復(fù)等多種生理過程，涉及到感染免疫、月中瘤免疫、自身免疫、移植免疫等諸多方面。 4 4 .生物學(xué)效應(yīng)的

8、復(fù)雜性 (1)(1)多效性 一種細(xì)胞因子可作用于多種不同類型的靶細(xì)胞，介導(dǎo)多種生物學(xué)效應(yīng)。如IFN-丫可誘導(dǎo)多種細(xì)胞表達(dá)MHC分子，激活巨噬細(xì)胞。 (2)(2)重疊性 幾種不同的細(xì)胞因子可作用于同一種靶細(xì)胞，產(chǎn)生相同或相似的生物學(xué)效應(yīng)。如IL-6和IL-13均可刺激B細(xì)胞增殖。 (3)(3)拮抗性 不同細(xì)胞因子對同一種靶細(xì)胞功能的影響可相互拮抗。如IL-4抑制IFN-丫 的誘導(dǎo)Th0細(xì)胞向Th1細(xì)胞分化的功能。 (4)(4)協(xié)同性 一種細(xì)胞因子可增強(qiáng)另一種細(xì)胞因子的功能。如IL-3和IL-11共同刺激造血干細(xì)胞的分化成熟。 (5)(5)雙向性 適量細(xì)胞因子具有生理性調(diào)節(jié)功能，過量細(xì)胞因子則可能

9、對機(jī)體造成損傷。 （6 6）網(wǎng)絡(luò)性 細(xì)胞因子的作用并不是孤立存在的，它們之間通過合成分泌的相互調(diào)節(jié)、受體表達(dá)的相互調(diào)控、生物學(xué)效應(yīng)的相互影響而組成細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)。 第一節(jié)細(xì)胞因子受體 、CKR超家族 根據(jù)CKR胞外區(qū)氨基酸序列的同源性和結(jié)構(gòu)特征，可將CKR分為 I IV V5種類型，分別為造血細(xì)胞因子受體超家族、干擾素受體超家族、神經(jīng)生長因子受體/月中瘤壞死因子受體超家族、免疫球蛋白超家族（IGSF）和趨化性細(xì)胞因子受體 超家族，見圖6-1。 I I 型 IIII 型 m m 型 IVIV 型 V V 型 圖6-1細(xì)胞因子受體示意圖 （一）I I 型 CKRCKR 超家族 該受體超家族包括絕大多

10、數(shù)CKR,如IL-2RB、IL-2RY、IL-3R、IL-4R、IL-5R、IL-6R、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-12R、EPOR、G-CSFR、GM-CSFR、LIFR、CNTFR、gp130等，其共同特征是胞外區(qū)存在一個約由210個氨基酸殘基組成的與配體結(jié)合的特征性同源區(qū)域，主要特點(diǎn)是：同源區(qū)靠近N端有4個高度保守的半胱氨酸殘基Cys1、Cys2、Cys3、Cys4和1個保守的色氨酸，Cys1與Cys2 之間、Cys3與Cys4之間形成兩個二硫鍵；同源區(qū)靠近細(xì)胞膜處，約在細(xì)胞膜外1822氨基酸基處有一個色氨酸-絲氨酸-X-色氨酸-絲氨酸基序,即 WSXWS基序。這些受體在

11、功能上與血細(xì)胞增殖和分化有關(guān)，又稱造血細(xì)胞因子 受體超家族（haemopoieticcytokinereceptorsuperfamily） （二）II型 CKRCKR 超家族 又稱干擾素受體家族（interferonreceptorfamily），該家族成員包括IFN-a/B、RIFN-YKIL-10R、IL-22R、M-CSFR和組織因子（TF）受體，其分子結(jié)構(gòu)與I型CKR超家族相似，但N端只含有兩個保守性的Cys,兩個Cys之間有7個氨基酸，近膜處也有兩個保守的Cys,兩個Cys之間間隔有2022個氨基酸。 （三）加型 CKRCKR 超家族 又稱神經(jīng)生長因子受體超家族或TNF受體超家族。

12、該家族成員包括NGFR、TNF-RI、TNF-RH、CD40、Fas蛋白等。NGFR超家族的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其胞膜外有36個約由40個氨基酸組成的富含Cys區(qū)域，如NGFR、TNF-RI、TNF-RH有4個結(jié)構(gòu)域，CD95有3個結(jié)構(gòu)域，CD40有6個結(jié)構(gòu)域。所有成員N端第一個區(qū)域中均含6個保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr殘基各一個，其它區(qū)域亦含46個Cys。 （四）IV型 CKRCKR 超家族 又稱免疫球蛋白超家族，該家族成員包括IL-1RI、IL-1RH、IL-6R、PDGFR、FGFR、G-CSFR、M-CSFR和SCFR等，該家族受體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其胞膜外部分均具有一個或數(shù)個免疫球蛋白（I

13、g）樣功能結(jié)構(gòu)域，并可分為幾種不同的結(jié)構(gòu)類型，不同IGSF結(jié)構(gòu)類型的受體其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也有差別。 （五）趨化性細(xì)胞因子受體超家族 此類受體都屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族（GTP-bindingproteincoupledreceptorsuperfamily） ,其成員包括CCR111、CXCR16、CR1和CX3CR1。此類受體有7個跨膜a螺旋區(qū)，又稱7個穿膜區(qū)受體超家族（sevenpredicatedtransmembranedomainreceptorsuperfamily,STRsuperfamilybG蛋白偶聯(lián)受體與GTP結(jié)合蛋白偶聯(lián)，其作用的發(fā)揮依賴于G蛋白。除了趨化性細(xì)胞因子受體外，

14、某些氨基酸、乙酰膽檢、單胺受體和經(jīng)典的趨化劑（C5a、fMLP、PAF）受體等都屬于G蛋白偶聯(lián)受體。 二、細(xì)胞因子受體的組成及共有鏈 （一）細(xì)胞因子受體組成的類型 1 1 .單鏈模式 此類受體僅由一條鏈組成，如EPOR、G-CSF等。 2 2 .雙鏈模式 此類受體由兩條異源多肽鏈組成，如IL-3、IL-5、GM-CSF等。 3 3 .多鏈模式 此類受體由多條肽鏈組成，如高親和力的IL-2受體由外補(bǔ)丫三條鏈組成。（二）細(xì)胞因子受體的共有鏈 多數(shù)CKR由兩條或兩條以上的異源多肽鏈組成。某些CKR的亞基可參與若干其他CKR的組成，稱為共有鏈，主要與信號傳導(dǎo)有關(guān)。如IL-3R、IL-5R、GM-CSF

15、R具有共有的B鏈；IL-6R、IL-11R、LIFR、OSMR、CNTFR具有共有的gp130鏈；IL-10R、IL-22R、IL-28R具有共有的IL-10R0鏈；IL-12R和IL-23R具有共有的IL-12R02鏈。 （三）共用 CKRCKR 多數(shù)細(xì)胞因子有相應(yīng)的特異性受體，但許多趨化性細(xì)胞因子常共用受體，另外TNF-a和TNF-0共用TNFR;IL-19、IL-20和IL-24共用IL-20RI;IL-28A、IL-28B和IL-29共用IL-28R等。 三、可溶性細(xì)胞因子受體 可溶性細(xì)胞因子受體（solubleCKR,sCKR）是CKR的一種特殊形式。sCKR的氨基酸序列與膜結(jié)合型（

16、membranebindingCKR,mCKR）的胞外區(qū)同源，僅缺少跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū)。sCKR可與相應(yīng)的配體特異性結(jié)合，但其親和力一般比mCKR低。 （一）sCKRsCKR 的產(chǎn)生機(jī)制 1 1 . .蛋白水平 膜受體脫落是形成sCKR的主要途徑，這是一個主動過程并受各種因素的調(diào)節(jié)。膜受體脫落是經(jīng)蛋白酶的水解作用而實(shí)現(xiàn)的。 2 2 . .基因水平 通過受體mRNA的不同剪接，或閱讀框架后移，使可溶性受體mRNA翻譯后，如同分泌型CK一樣直接分泌至胞外。如SIL-7R的產(chǎn)生就是通過這種機(jī)制。 （二）s sCKRCKR 的生物學(xué)作用 多數(shù)sCKR與相應(yīng)細(xì)胞因子結(jié)合的親和力較mCKR為低，可能與sCKR

17、為單鏈結(jié)構(gòu)或缺少某些結(jié)構(gòu)區(qū)域有關(guān)； 也有的sCKR如SIL-4R和mIL-4R與相應(yīng)配體結(jié)合的親和力是相同的，即使低劑量SIL-4R也可特異地抑制IL-4誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖反應(yīng)。sCKR以多種方式發(fā)揮其獨(dú)特的免疫學(xué)功能。 作為細(xì)胞因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白， 將細(xì)胞因子運(yùn)至機(jī)體有關(guān)部位，造成局部細(xì)胞因子高濃度區(qū)以充分發(fā)揮細(xì)胞因子的生物學(xué)效應(yīng)。 作為膜受體正常代謝途徑，有利于處于活化狀態(tài)細(xì)胞恢復(fù)至正常水平。競爭性地結(jié)合mCKR相應(yīng)配體，抑制mCKR所介導(dǎo)的生物學(xué)作用。上調(diào)細(xì)胞因子效應(yīng)，如sIL-6與IL-6R結(jié)合后可被靶細(xì)胞表面gp130蛋白識別并傳遞刺激信號。 （三）sCKRsCKR 的臨床意義 1 1 . .

18、檢測 sCKRsCKR 水平在疾病診斷和預(yù)后評估中的意義 檢測某些sCKR水平可輔助臨床對某些疾病的早期診斷，了解病程的發(fā)展與轉(zhuǎn)歸，并可對患者免疫功能狀態(tài)及預(yù)后進(jìn)行評估，對臨床治療也有一定指導(dǎo)意義。如血清及其他體液中sIL-2R水平的變化與臨床多種疾病如器官移植排異反應(yīng)、病毒性感染、惡性月中瘤、創(chuàng)傷及自身免疫性疾病等的病情、病程密切相關(guān)。 2 2 .sCKR.sCKR 在治療中的意義 大多數(shù)sCKR與細(xì)胞因子結(jié)合后阻斷細(xì)胞因子與膜受體結(jié)合， 從而抑制細(xì)胞因子的生物學(xué)活性， 為防治細(xì)胞因子過量所致的疾病提供了新的治療途徑。 動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，局部注射sIL-1R可抑制IL-1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。sI

19、L-1R可降低小鼠同種異體心臟移植的排異反應(yīng)以及大鼠實(shí)驗(yàn)性關(guān)節(jié)炎和過敏性大腦炎的癥狀。 在體外sIL-1R可明顯抑制急性髓樣白血病患者骨髓細(xì)胞的增殖。動物體內(nèi)注射sIL-4R可延長同種異體移植物的存活，抑制GVHR,降低I型超敏反應(yīng)。 應(yīng)用sTNFR可減輕TNF在自身免疫性疾病中所介導(dǎo)的病理損害，并可減輕敗血癥休克。 第二節(jié)細(xì)胞因子的生物學(xué)作用 一、參與免疫應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié) 免疫應(yīng)答的過程是免疫細(xì)胞之間相互作用的結(jié)果，細(xì)胞因子參與免疫應(yīng)答的 整個過程并起著一定的調(diào)節(jié)作用。在免疫應(yīng)答的識別階段，IFN-丫等可誘導(dǎo)APC表達(dá)MHCII類分子，促進(jìn)抗原提呈。在免疫應(yīng)答反應(yīng)階段，T細(xì)胞產(chǎn)生IL-2、 I

20、L-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等細(xì)胞因子刺激B細(xì)胞的分化、增殖和抗體產(chǎn)生，而B細(xì)胞又可產(chǎn)生IL-12調(diào)節(jié)Th1細(xì)胞活性和Tc細(xì)胞活性。 單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IFN-a、TNF-a等細(xì)胞因子促進(jìn)或抑制T、B、NK等細(xì)胞功能，而淋巴細(xì)胞又產(chǎn)生IL-2、IL-6、IL-10、IFN-丫GM-CSF、巨噬細(xì) 胞移動抑制因子（MIF）等細(xì)胞因子調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞的功能。在免疫應(yīng)答效應(yīng)階段，細(xì)胞因子是其中重要的效應(yīng)分子之一。例如TNF-a和TNF-B可直接使月中瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡；IFN-a、IFN-B可干擾各種病毒在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制，從而防止病毒擴(kuò)散；白血

21、病抑制因子（LIF）可直接作用于某些髓性白血病細(xì)胞，使其分化為單核細(xì)胞，喪失惡性增殖特性。另有一些細(xì)胞因子通過激活效應(yīng)細(xì)胞而發(fā)揮其功能，如IL-2和IL-12刺激NK細(xì)胞與CTL細(xì)胞的殺月中瘤細(xì)胞活性。因此細(xì)胞因子在抗月中瘤、抗細(xì)胞內(nèi)感染、移植排斥等功能中起重要作用。許多免疫細(xì)胞還可通過分泌細(xì)胞因子產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。例如T細(xì)胞產(chǎn)生的IL-2可刺激T細(xì)胞的IL-2R表達(dá)和進(jìn)一步的IL-2分泌，Th1細(xì)胞通過產(chǎn)生IFN-丫抑制Th2細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子， 而Th2細(xì)胞又通過IL-10、IL-4和IL-13抑制Th1細(xì)胞分泌細(xì)胞因子。 二、刺激造血功能 從多能造血干細(xì)胞到成熟免疫細(xì)胞的分化發(fā)育過程中，幾乎每

22、一階段都需要有細(xì)胞因子的參與。目前已知GM-CSF、G-CSF、M-CSF可刺激骨髓生成各類髓樣細(xì)胞，GM-CSF是樹突狀細(xì)胞分化因子，IL-7刺激未成熟前體T、B細(xì)胞的生長和分化，EPO作用于紅系造血細(xì)胞，IL-6、IL-11和TPO作用于骨髓巨核細(xì)胞等，構(gòu)成了細(xì)胞因子對造血系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制網(wǎng)絡(luò)。目前多種刺激造血的細(xì)胞因 子已成功地用于臨床血液病，有非常好的發(fā)展前景。 三、其它生物學(xué)功能 許多細(xì)胞因子除參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)功能外，還參與非免疫系統(tǒng)的一些功能。例如IL-8具有促進(jìn)新生血管形成的作用；M-CSF可降低血膽固醇；IL-1刺激破骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞的生長；IL-6促進(jìn)肝細(xì)胞產(chǎn)生急性期蛋

23、白；IL-1、IL-6、TNF-a等可促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞有絲分裂；bFGF可參與神經(jīng)元分化、 存活和再生， 刺激神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞移行；IL-1、TNF-a、IFN-TPAF等可誘導(dǎo)下丘腦合成和釋放促皮質(zhì)素釋放因子，誘導(dǎo)垂體釋放ACTH,進(jìn)而促進(jìn)皮質(zhì)激素釋放， 這些作用促進(jìn)了免疫系統(tǒng)與神經(jīng)、 內(nèi)分泌系統(tǒng)之間的相互調(diào)節(jié)。 三、細(xì)胞因子與疾病的治療 目前，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的重組細(xì)胞因子作為生物應(yīng)答調(diào)節(jié)劑（BRM）治療月中瘤、造血障礙、感染等已收到良好的療效，成為新一代的藥物。重組細(xì)胞因子作為藥物具有很多優(yōu)越之處。例如細(xì)胞因子為人體自身成分，可調(diào)節(jié)機(jī)體的生理過程和提高免疫功能，低劑量即可發(fā)揮作用，因而療效顯著，副作用小，是一種全新的生物制劑，已成為某些疑難病癥不可缺少的治療藥物。 目前已批準(zhǔn)生產(chǎn)的細(xì)胞因子藥物包括干擾素外和丫EPO,GM-CSF,G-CSF,IL-2,正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的包括IL-1、3、4、6、11,M-CSF,SCF,TGF-0等。這些細(xì)胞因子的主要適應(yīng)癥包括月中瘤、感染（如肝炎、AIDS）、造血功能障礙、創(chuàng)傷、炎癥 等。 細(xì)