第五章 細胞因子

第五章細胞因子（Cytokines）第一節(jié)細胞因子的概述

一、細胞因子的概念機體的免疫細胞和非免疫細胞能合成和分泌小分子的多肽類因子，它們能調(diào)節(jié)多種細胞生理功能，稱為細胞因子（Cytokines）。細胞因子包括淋巴細胞產(chǎn)生的淋巴因子和單核巨噬細胞產(chǎn)生的單核因子等。研究細胞因子有助于闡明分子水平的免疫調(diào)節(jié)機制，有助于疾病的預防、診斷和治療，特別是利用細胞因子治療腫瘤、感染、造血功能障礙以及自身免疫病等已收到初步療效，具有非常廣闊的應用前景。二、細胞因子的種類

白細胞介素（interleukin，IL）將介導白細胞間相互作用的一些細胞因子命名白細胞介素（IL）。許多IL不僅介導白細胞相互作用，還參與其它細胞的相互作用，如：造血干細胞，血管內(nèi)皮細胞，纖維母細胞，神經(jīng)細胞，成骨和破骨細胞的相互作用。目前已發(fā)現(xiàn)IL-1，IL-2，IL-3……18，有20種以上。

白細胞介素的主要作用是：促使T和B細胞增殖和分化增強NK細胞以及單核細胞的殺傷活性刺激造血細胞參與炎癥反應誘導抗體的產(chǎn)生促進血小板的生成等

集落刺激因子

（colonystimulatingfactor，CSF）一些細胞因子可刺激不同的造血干細胞在半固體培養(yǎng)基中形成細胞集落，被稱為集落刺激因子（CSF），按其作用范圍分為：粒細胞CSF（G-CSF），巨噬細胞CSF（M-CSF），粒細胞和巨噬細胞CSF（GM-CSF）和多集落刺激因子（multi-CSF，IL-3）等。

集落刺激因子廣義上，凡是刺激刺激造血細胞的細胞因子都可以統(tǒng)稱為CSF，如刺激紅細胞的紅細胞生成素(erythropoietin,Epo)，刺激造血干細胞的干細胞因子(stemcellfactor,SCF)，刺激胚胎干細胞的白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)

干擾素（interferon，IFN）1957年，AlickIsaacs和LeanLindernmann利用雞胚絨毛尿囊膜研究流感干擾現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)受到病毒感染的細胞能產(chǎn)生一種因子，作用于其它細胞時能干擾感染病毒的復制，因而將其命名為干擾素(interferon，IFN)[1]。它是人和動物細胞受到適宜的刺激時產(chǎn)生的一種微量的、具有高度生物學活性的糖蛋白。目前干擾素的一般定義為：由干擾素誘導劑作用所產(chǎn)生的、使其它臨近細胞獲得抗病毒和抗腫瘤能力的一種蛋白質(zhì)。干擾素IFN除有抗病毒作用外，還有抗腫瘤，免疫調(diào)節(jié)，控制細胞增殖及引起發(fā)熱等作用。

腫瘤壞死因子

（tumornecrosisfactor,TNF）TNF是一類能直接造成腫瘤細胞死亡的細胞因子，分為兩種：TNF-α和TNF-β，前者由單核巨噬細胞產(chǎn)生，又稱惡液質(zhì)素(cachectin)，后者由活化的T細胞產(chǎn)生，又稱淋巴毒素(lymphotoxin)。

淋巴因子

（lymphokine）由活化的淋巴細胞產(chǎn)生的細胞因子，都可稱為淋巴因子。如IL-2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,TNF-α，IFN-β等均為淋巴因子。

單核因子

（monokine）由單核巨噬細胞產(chǎn)生的細胞因子統(tǒng)稱單核因子。如IL-1,6,8,TNF-α，IFN-α等均為淋巴因子。三、細胞因子的作用特點

作用特點：天然細胞因子是由細胞產(chǎn)生的正常的靜息或休止狀態(tài)的細胞必須經(jīng)過激活后，才能合成分泌細胞因子，細胞被激活后6-8h出現(xiàn)，24-72小時達到最高。細胞因子的產(chǎn)生和作用具有多向性單一刺激如抗原，絲裂原，病毒感染等可使同一種細胞分泌多種因子，而一種細胞因子可由多種不同類型的細胞產(chǎn)生。

作用特點：細胞因子的合成和分泌是一種自我調(diào)控的過程。

細胞因子是低分子量分泌型蛋白質(zhì)（15-30KD之間）。

細胞因子需與靶細胞上的高親和力受體特異結(jié)合后，才發(fā)揮生物學效應。具有極強的生物學效應，細胞因子在PM（10-12M）水平就能發(fā)揮顯著的生物學效應。

作用特點：單一細胞因子具有多種生物學活性，多種細胞因子也常具有某些相同的生物學活性。

主要參與免疫反應和炎癥反應。

以非特異性方式發(fā)揮生物學作用且不受MHC限制。

某種細胞因子對靶細胞作用的強弱取決于細胞因子的局部濃度，靶細胞的類型，和同時發(fā)揮作用的其它因素。

作用特點：天然細胞因子大多是在近距離發(fā)揮局部作用。

細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)，受體表達的相互調(diào)控，生物學效應的相互影響而組成細胞因子網(wǎng)絡。

第二節(jié)細胞因子的結(jié)構(gòu)及其受體

細胞因子的結(jié)構(gòu)不同細胞因子之間在結(jié)構(gòu)上有很大差異，多數(shù)細胞因子為小分子多肽，分子量不超過60KD，絕大多數(shù)因子帶有糖基，糖基多與細胞因子的生物活性無關，可能起延長細胞因子體內(nèi)半衰期的作用。

細胞因子的受體細胞因子都是通過與靶細胞表面高親合力的特異性受體結(jié)合，結(jié)合后才能發(fā)揮其生物學效應的。

作為膜表面受體分為3個功能區(qū)，膜外區(qū)跨膜區(qū)膜內(nèi)區(qū)

細胞因子的受體按細胞因子受體膜外區(qū)的氨基酸序列，可將其主要分為三個受體家族：造血生長因子受體家族Ig超家族干擾素受體超家族heptapeptidesinPIIIcoatproteinsofpositivephageclonesselectedfromthepeptidelibrary

Fig.

ImmunohistochemicalstainingofWISHcellsboundwiththepositivephageclone29and35.

Fig.CompetitivebindinginhibitionbetweenGFP-IFN-α2bandWISHcellsbysyntheticpeptides.第三節(jié)細胞因子的生物學活性細胞因子具有廣泛的生物學活性，能促進靶細胞的增殖和分化，增強抗感染和細胞殺傷效應，促進或抑制其它細胞因子和膜分子的表達，促進炎癥過程，影響細胞代謝等。

一、免疫細胞的調(diào)節(jié)劑細胞因子是傳遞這種調(diào)節(jié)信號必不可少的信息分子，許多免疫細胞可以通過分泌細胞因子產(chǎn)生調(diào)節(jié)單核巨噬細胞功能和自身調(diào)節(jié)功能。

二、免疫效應分子在免疫細胞針對抗原行使免疫效應功能時，細胞因子是其中重要效應分子之一。與抗體和補體的免疫效應分子相比，細胞因子的免疫效應功能特點是作用強，持續(xù)時間短，主要為非抗原特異性作用，參與細胞免疫功能。在抗腫瘤，抗細胞內(nèi)寄生感染，移植排斥等功能中起重要作用。

例如：TNF–α和INF-β可直接造成腫瘤細胞的凋零（apoptosis），使瘤細胞DNA斷裂，細胞萎縮死亡。

干擾素α、β、γ可干擾各種病毒在細胞內(nèi)的復制，從而防止病毒擴散。

LIF可直接作用于某些髓性白血病細胞，使其分化為單核細胞，喪失惡性增殖特性。

三、造血細胞刺激劑可明顯刺激造血細胞集落的大小和數(shù)量。

四、炎癥反應的促進劑炎癥是機體對外來刺激產(chǎn)生的一種病理反應過程，癥狀表現(xiàn)為局部的紅腫熱痛，病理檢查可發(fā)現(xiàn)有大量炎癥細胞，如粒細胞，巨噬細胞的局部浸潤和組織壞死，在這一過程中，一些細胞因子起到重要的促進作用。如IL-1，IL-6，IL-8，TNFα等可促進炎癥細胞的聚集，活化和炎癥介質(zhì)的釋放，可直接刺激發(fā)熱中樞引起全身發(fā)燒，加重炎癥。

五、其它

許多細胞因子除參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效應功能外，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刺激破骨細胞，致骨細胞的生長等。

第四節(jié)細胞因子的臨床意義

一、細胞因子與疾病細胞因子及其受體的缺陷細胞因子表達過高可溶性細胞因子受體水平升高細胞因子及其受體的缺陷如人類免疫缺陷病毒（HIV）感染并破壞TH后，可導致TM細胞產(chǎn)生的各種細胞因子缺陷，免疫功能全面下降，從而表現(xiàn)出獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）的一系列癥狀。

細胞因子表達過高在炎癥，自身免疫病，變態(tài)反應，休克等疾病時，某些細胞因子的表達量可成百上千倍地增加，而這些細胞因子均可促進炎癥過程，使病情加重，應用細胞因子的抑制劑有可能治療這類炎癥性細胞因子水平升高的疾病。

可溶性細胞因子受體水平升高

細胞因子受體從細胞膜上脫落下來，存在于體液和血清中，使可溶性細胞因子受體水平升高。這類分子可能結(jié)合細胞因子，使其不再與膜表面受體結(jié)合，因而封閉了細胞因子的功能。

二、細胞因子與治療

（cytokinetherapy）目前利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)重組細胞因子，作為生物應答調(diào)節(jié)劑（BRM）治療腫瘤，造血障礙，感染等已收到良好療效，成為新一代的藥物。

細胞因子補充和添加療法IFN：IFN主要用于治療病毒性感染和腫瘤。對病毒性肝炎，皰疹性角膜炎，帶狀皰疹，慢性宮頸炎等有較好療效。IL-2：目前多將IL-2與LAK/TIL合用治療實體腫瘤，對腎細胞瘤，黑色素瘤，非何杰金淋巴瘤，結(jié)腸直腸癌有較顯著的療效。

TNF：局部應用，全身應用副作用嚴重。

CSF：用于各種粒細胞低下患者，如化療后的輔助治療。

細胞因子阻斷和拮抗療法

其基本原理是抑制細胞因子的產(chǎn)生和阻斷細胞因子與其相應受體的結(jié)合及受體的信號傳導過程，使細胞因子的病理性作用難以發(fā)揮該療法適用于自身免疫疾病，移植排斥反應，感染性休克等的治療。

三、細胞因子的檢測細胞因子檢測是判斷機體免疫功能的一個重要指標，在疾病的診斷，病程觀察，療效判斷及細胞因子治療監(jiān)測方面有重要意義。

目前的檢測方法：

依賴性細胞株一些腫瘤細胞株必須依賴于細胞因子方能在體外增殖，因而可利用這些依賴細胞檢測相應的細胞因子。功能檢測利用一些細胞因子的功能，建立相應的活性測定方法。免疫測定利用抗原抗體反應的原理，制備出抗細胞因子的單克隆抗體或多克隆抗體，可進行免疫檢測。

目前的檢測方法：功能測定與抗體抑制所用的抗細胞因子抗體必須是具有中和活性的抗體。分子雜交技術(shù)制備出細胞因子的基因探針，通過分子雜交技術(shù)檢測細胞內(nèi)細胞因子mRNA的表達。多聚酶鏈反應技術(shù)（ploymerasechainreaction，PCR）

首先將細胞因子產(chǎn)生細胞的RNA提取出來，再經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA，以cDNA為模板，在細胞因子引物的引導下，即可進行PCR擴增。

免疫學相關的生物高技術(shù)藥品細胞因子細胞因子是一組多肽或低分子量蛋白質(zhì)，包括干擾素（IFN）、白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子（TNF）、集落刺激因子（CSF）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）等。它們與靶細胞特異受體結(jié)合，調(diào)整細胞增殖、分化和功能活性，在神經(jīng)內(nèi)分泌、免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中起重要作用。干擾素是一種誘生蛋白，正常細胞一般不會自發(fā)產(chǎn)生干擾素，只存在著合成干擾素的潛能，其編碼基因處于被抑制的沉默狀態(tài)。在誘導劑的存在下，干擾素基因才獲得表達。目前已知所有的哺乳動物基本上都可產(chǎn)生干擾素。根據(jù)動物的來源不同，可將干擾素分為人干擾素（HuIFN）、小鼠干擾素（MuIFN）、豬干擾素（PoIFN）和牛干擾素（BoIFN）等。根據(jù)其氨基酸組成、抗原性和細胞來源，又可將干擾素分為兩個型[2]。干擾素的產(chǎn)生與分類干擾素的產(chǎn)生與分類I型干擾素有IFN-α、IFN-β、IFN-ω、IFN-δ和IFN-τ。其中IFN-α為多基因產(chǎn)物，分為許多亞型，分別命名為α1、α2、α3……主要由白細胞產(chǎn)生；IFN-β主要來自成纖維細胞，它們與IFN-α有相似的生物學活性，結(jié)合同樣的受體，統(tǒng)稱為I型干擾素。IFN-γ屬于II型干擾素或免疫干擾素[3]，主要由T細胞和NK細胞產(chǎn)生，其理化特性和生物學活性與I型干擾素有明顯的不同，如I型干擾素可耐受pH2.0的酸處理，而II型干擾素在pH2.0的條件下很快失活。此外，II型干擾素在調(diào)節(jié)免疫應答，抗增殖方面的活性較強，而抗病毒活性則較弱。干擾素（IFN）

IFN分α、β、γ三型，并有多種亞型，進入臨床的重組產(chǎn)品已有11個。IFN對病毒有直接殺傷作用，影響癌基因表達，抑制癌細胞分裂、增殖和轉(zhuǎn)移。治療毛細胞白血病、原發(fā)性血小板增多癥和慢性髓細胞白血病等效果較好。近來FDA批準IFN-α2b用于慢性丙型、乙型肝炎，有效率40%~50%，受到歡迎。近2年日本年銷售額增到12億~16億美元。干擾素常見副作用有一過性發(fā)熱、寒戰(zhàn)、體重下降、肌肉酸痛，有報道可誘發(fā)狼瘡樣自身免疫病。劑量在500萬~1000萬U，幾乎所有患者都有輕度副反應，約5%患者不得不停止治療，基因工程IFN副作用少、活性強，國產(chǎn)α-1bIFN、α-2bIFN已經(jīng)上市，副作用較小。I型干擾素分子結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，IFN-α一般以6聚體形式存在，而且其中每一個單體是由5個螺旋和4個環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成。A(殘基6～23)、B(49～56)、C(77～91)、D(112～131)和E螺旋(135～155)以及AB環(huán)（29～35）、BC環(huán)（68～78）、CD環(huán)（100～114）和DE環(huán)（133～140）I型干擾素受體的研究進展人I型IFN受體基因定位于第21號染色體上，分布于細胞表面，至少含有兩個亞單位，命名為IFNAR1和IFNAR2，它們屬于II類細胞因子受體家族。IFN-α/β通過吸附細胞表面受體IFNAR1和IFNAR2發(fā)揮作用，蛋白酪氨酸激酶中的Tyk2和Jak1分別與IFNAR1和IFNAR2相關。IFNAR1（α亞單位）1990年Uze等人成功克隆了第一個受體亞單位IFNAR1。人IFNAR1是由包含21個氨基酸轉(zhuǎn)膜片段和100個氨基酸胞漿區(qū)域的共557個氨基酸的糖蛋白組成，相對分子質(zhì)量是約為110～130KDa。IFNAR1的胞漿區(qū)域含有四種可能是Jaks或其他激酶作用目標的酪氨酸(Tyr466，Try481，Try527，Try538)。研究表明，I型IFN與受體的結(jié)合快速激活了α亞單位的酪氨酸磷酸化。IFNAR2（β亞單位）1994年I型IFN受體的IFNAR2被克隆，有可溶和跨膜兩種形式。相對分子質(zhì)量接近90～100KDa。IFNAR2有三種由相同基因可選擇剪切產(chǎn)生的類型：IFNAR2a(βS短型體)，IFNAR2b(β可溶型)和IFNAR2c(βL長型體)

。長型體(βL)和短型體(βS)通過胞外和跨膜區(qū)域以及胞漿區(qū)域的第一個15個氨基酸來區(qū)分。IFN-α/β引起的Jak-STAT信號傳遞途徑I型IFN與其受體結(jié)合后，胞漿中的Stat蛋白P84/P91和Pll3進行酪氨酸（Tyr）磷酸化，并與胞漿中的48KDa蛋白(P48)結(jié)合，形成IFN-α的基因因子(ISGF3)復合體，ISGF3迅速易位于細胞核中，并與順式激活IFN刺激反應元件ISRE結(jié)合，從而激發(fā)它們的翻譯。兩種胞漿中蛋白酪氨酸激酶，Tyk2和Jak1均是將ISGF3的亞單位磷酸化的酶。IFN的抗病毒作用干擾素抗病毒具有廣譜性，但它對細胞抗病毒作用是間接的，而且是非特異性的。當干擾素與細胞表面的干擾素受體結(jié)合后，可誘導細胞內(nèi)產(chǎn)生具有酶活性的抗病毒蛋白（AntiviralProtein，AVP）。已知的AVP至少有三種：蛋白激酶、磷酸二脂酶和2’-5’腺苷酸合成酶

，其中前兩種能破壞細胞核糖體翻譯病毒蛋白，后一種酶能降解病毒的mRNA。AVP還能抑制轉(zhuǎn)錄酶的活性，阻止mRNA的合成，以及抑制病毒DNA的合成。因此可以說干擾素是通過AVP間接的抑制病毒增殖從而達到抗病毒的作用。IFN的抗腫瘤作用干擾素的抗腫瘤主要表現(xiàn)在：連續(xù)使用干擾素能抑制腫瘤的增殖，顯示出抑瘤效果；抑制腫瘤細胞增生，其作用隨腫瘤細胞的增加而增強；干擾素能改變瘤細胞表面的性能，誘發(fā)新的抗原，從而易被免疫監(jiān)視細胞識別并加以排斥；通過免疫調(diào)節(jié)，增強機體抗腫瘤能力。因此，干擾素的抗腫瘤作用主要是通過促進機體免疫功能，提高巨噬細胞、NK細胞和細胞毒性T淋巴細胞（CTL）的殺傷水平而達到目的。

IFN的免疫調(diào)節(jié)作用干擾素可增加免疫球蛋白G（IgG）Fc受體的表達，從而有利于巨噬細胞對抗原的吞噬，K細胞、NK細胞對靶細胞的殺傷以及T、B淋巴細胞的激活，增強機體的免疫應答能力。I型干擾素可增加MHC-I分子的表達，從而增強了細胞毒性T細胞對這類靶細胞的殺傷效應，同時增加NK細胞裂解能力，使機體能夠有效地抵抗病毒感染和提高抗腫瘤免疫。IFN-γ可增加細胞表面MHC-II類分子的表達，調(diào)節(jié)巨噬細胞、T細胞和B細胞之間的關系，增加免疫應答能力。

白細胞介素（IL）

IL可作為免疫刺激劑，有抗腫瘤作用，但臨床試驗為數(shù)有限，目前已發(fā)現(xiàn)IL1~22，IL1-18是用傳統(tǒng)方法發(fā)現(xiàn)的，其中IL-1、2、4、5有抑制腫瘤活性作用。IL-2治療惡性黑色素瘤和腎細胞癌有效，盡管有嚴重的副作用，但終因可使15%腎癌縮小、4%消失而在美國獲準。IL-3增加惡性腫瘤及骨髓抑制患者的白細胞和血小板數(shù)量。IL-12是NK細胞活性刺激因子，IL-13可能有抗癌、抗炎及抗HIV活性。白細胞介素現(xiàn)正以IL-2為原型開發(fā)類似物治療癌癥和難治的慢性傳染病。IL拮抗物、IL-毒素絡合物，可溶性IL受體的研究將提供新的免疫抑制劑，治療移植排斥、自身免疫病和變態(tài)反應。腫瘤壞死因子（TNF）

TNF由巨噬細胞產(chǎn)生的，對瘤細胞有殺傷作用而對正常細胞無細胞毒作用的因子。它直接抑制增殖，引起細胞壞死，并損傷腫瘤血管。動物實驗對肉瘤、腺瘤有效，并對化療、熱療有協(xié)同作用，引起國內(nèi)外重視。但療效并不滿意，加大劑量則損傷肝臟和引起低血壓。有人探索與其它藥物合用，或內(nèi)、外源性TNF合用取得一定效果，也有用分子生物學技術(shù)研制變型TNF，以增強抗瘤作用，降低副作用。集落刺激因子（CSF）

CSF有G-CSF和GM-CSF，是來源于巨噬細胞、內(nèi)皮細胞等的糖蛋白，刺激粒細胞系的祖細胞增殖、分化和活化，使之成為成熟的中性粒細胞。具有以下三種作用：

動員骨髓中中性粒細胞移行至外周血中。促進骨髓中性粒細胞前體分化和增殖。增強中性粒細胞的功能。

其中以第二種作用最為重要。集落刺激因子單用或與其他造血生長因子合用治療多種疾病如再障、重癥感染、燒傷、AIDS以及單用或與抗生素合用預防術(shù)前術(shù)后感染都可能是前景良好的新療法。而且人體對CSF有良好的耐受性。目前癌癥患者中進行的II期研究已表明，患者接受治療后，其中性粒細胞減少的持續(xù)時間縮短了4~6倍。如在化療的同時輔以CSF治療使中性粒細胞從化療時最低水平迅速恢復到正常水平。集落刺激因子GM-CSF和IL-3促進造血作用相似，作用時相上互補，有人將二者的cDNA連接，產(chǎn)生融合分子，活性大為提高。CSF另一重要作用即為抗感染。用之預防可使動物的存活率達100%。和抗生素配伍用可使感染動物3d存活率達91%，而單用抗生素其存活率僅為28%。

體細胞治療制品

體細胞治療體細胞治療：應用人的自體、異體或異種細胞，經(jīng)體外操作后回輸或植入體內(nèi)。體外操作包括細胞的傳代、擴增、篩選或其它改變細胞生物學行為的處理。這些細胞制品主要用于：細胞的輸入或植入，旨在體內(nèi)釋放某些因子，如酶、細胞因子、凝血因子等。輸入激活的淋巴細胞，如淋巴因子激活的殺傷細胞（LAK細胞）或腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL），以期殺傷腫瘤細胞。植入經(jīng)體外操作的細胞群，如肝細胞、肌細胞、胰島細胞、在體內(nèi)發(fā)揮生物學作用。體細胞治療目前以細胞轉(zhuǎn)移治療報道較多，從患者身上取出免疫系統(tǒng)細胞，用細胞因子（常用IL-2）刺激，以提高天然細胞毒活性，再將它們與細胞因子共同輸回患者體內(nèi)。已知抗腫瘤作用的細胞群有LAK細胞、腫瘤