免疫學(xué)-電子教材:第六章

第六章   細(xì)胞因子（Cytokine，CK)

第一節(jié) 細(xì)胞因子的概述

一、細(xì)胞因子的概念

是各種細(xì)胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白物質(zhì)的統(tǒng)稱。主要作用為介導(dǎo)各類免疫細(xì)胞間的相互作用。在非特異性免疫及特異性免疫應(yīng)答，細(xì)胞生長分化、調(diào)節(jié)免疫功能、炎癥發(fā)生和創(chuàng)傷愈合中發(fā)揮重要功能。

可以產(chǎn)生細(xì)胞因子的細(xì)胞有：

免疫細(xì)胞---單核巨噬細(xì)胞，T、B淋巴細(xì)胞，NK細(xì)胞

非免疫細(xì)胞---血管內(nèi)皮細(xì)胞、表皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等。

二、細(xì)胞因子的共同特性

1、低分子量（15--30kD，多為25kD以下)的糖蛋白。多以單體存在。

2、以配體--受體的方式發(fā)揮作用，有較強(qiáng)的親和力，微量的細(xì)胞因子即可產(chǎn)生很強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng)（pM)。作用的方式為非特異性，即對(duì)靶細(xì)胞作用無抗原特異性，也不受MHC限制。

3、在gydjdsj.org.cn抗原、絲裂原和其他活性物作用下而分泌，過程短暫、呈自限性。半衰期也很短。

4、作用的方式有三種---

自分泌：靶細(xì)胞與分泌細(xì)胞為同一細(xì)胞。

旁分泌：靶細(xì)胞與分泌細(xì)胞非同一細(xì)胞，但

  二者鄰近。

內(nèi)分泌：靶細(xì)胞與分泌細(xì)胞非同一細(xì)胞，二者相距較遠(yuǎn)。

5、作用的特點(diǎn)---

多效性：一種因子作用在不同的靶細(xì)胞可以產(chǎn)生不同的生物學(xué)作用。

重疊性：不同的細(xì)胞因子可對(duì)同一靶細(xì)胞發(fā)揮相同的生物學(xué)效應(yīng)。

拮抗效應(yīng)：兩種細(xì)胞因子相互作用時(shí)，其中一種削弱另一種的作用。

協(xié)同效應(yīng)：兩種細(xì)胞因子同時(shí)存在時(shí)，彼此的作用得到加強(qiáng)。

雙向性：適量時(shí)具有生理調(diào)節(jié)作用，過量則產(chǎn)生對(duì)機(jī)體的損傷。

6、細(xì)胞因子的網(wǎng)絡(luò)性：無論是產(chǎn)生、發(fā)揮作用、受體表達(dá)、相互調(diào)節(jié)等均存在網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。

三、細(xì)胞因子的分類（按結(jié)構(gòu)及受體結(jié)構(gòu))

1、造血因子家族（Hematopoietin)：

  參與造血細(xì)胞的生長及分化。結(jié)構(gòu)上、氨基酸組成差異很大，但立體結(jié)構(gòu)上相似---都含有4個(gè)螺旋的基本結(jié)構(gòu)。

成員：多種白介素（IL-2、3、4、5、6、7、9、11、12、15)

集落刺激因子（GM-CSF、G-CSF、M-CSF、EPO )

2、干擾素家族（Interferon，IFN)：

干擾病毒感染及復(fù)制的作用。有 IFNα、IFNβ、 IFNγ。

I型干擾素：IFNα、β，由白細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及病毒感染的組織細(xì)胞產(chǎn)生。

II型干擾素：IFNγ，由活化的T細(xì)胞和NK細(xì)胞產(chǎn)生，也稱免疫干擾素。

3、腫瘤壞死因子家族（Tumor necrosis factor，TNF)：

分TNF α、TNFβ兩類。前者由單核巨噬細(xì)胞、活化的T細(xì)胞、NK細(xì)胞產(chǎn)生；后者由活化的T細(xì)胞產(chǎn)生，又稱淋巴毒素。

4、趨化性細(xì)胞因子家族（Chemokine)：

由十余種在結(jié)構(gòu)上有較大同源性、分子量多為8-10kD的蛋白組成。根據(jù)在氨基端半胱氨酸的排列及含量，又可區(qū)分為四個(gè)亞家族：

α亞家族---CXC，如IL-8，趨化中性粒細(xì)胞；

β亞家族---CC，如MCP-1，趨化單核細(xì)胞；eotaxin趨化嗜酸性粒細(xì)胞。

γ亞家族---C，如淋巴細(xì)胞趨化蛋白，對(duì)淋巴細(xì)胞有趨化作用。

δ亞家族---CX3C，如神經(jīng)趨化素，介導(dǎo)單核細(xì)胞/淋巴細(xì)胞與產(chǎn)生它的細(xì)胞間的粘附。

5、生長因子家族（Growth Factor，GF)：

具有刺激細(xì)胞生長作用的因子的總稱。

   包括轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ) 、表皮細(xì)胞生長因子（EGF) 、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF) 、成纖維生長因子（FGF) 、神經(jīng)生長因子（NGF) 、血小板衍生生長因子（PDGF)等。

第二節(jié)  細(xì)胞因子的生物學(xué)活性

一、介導(dǎo)和調(diào)節(jié)天然免疫

單核巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子。作用---

1、抗病毒的細(xì)胞因子：I型干擾素、IL-12、IL-15。

2、前炎癥細(xì)胞因子：TNF、IL-1、IL-6和趨化性細(xì)胞因子。

活躍在天然免疫中的幾種細(xì)胞因子---

1、IFN-I型：

A、刺激細(xì)胞合成多種酶，干擾病毒RNA或DNA的復(fù)制。

B、增強(qiáng)NK細(xì)胞對(duì)病毒感染細(xì)胞的裂解作用。

C、刺激被病毒感染的細(xì)胞的MHC--I類分子表達(dá)，增強(qiáng)CTL的活性。

2、IL-12：

靶細(xì)胞是T細(xì)胞、NK細(xì)胞，是連接天然免疫與特異性免疫的紐帶，主要提高細(xì)胞免疫功能。

A、刺激T細(xì)胞、NK細(xì)胞分泌IFN-γ。

B、促CD4向Th1分化，提高巨噬細(xì)胞的功能。

C、增強(qiáng)CTL細(xì)胞和NK細(xì)胞的殺傷功能。

3、TNF：

單核巨噬細(xì)胞、T、NK細(xì)胞、肥大細(xì)胞產(chǎn)生， IFNγ增加其合成。

A、刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)粘附分子，促白細(xì)胞粘附于內(nèi)皮細(xì)胞表面。

B、刺激單核巨噬細(xì)胞分泌趨化因子，招募白細(xì)胞至炎癥部位。

C、激活炎性細(xì)胞殺滅病原體。

D、參與組織修復(fù)，誘導(dǎo)血管和結(jié)締組織形成。

E、刺激單核巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-6、IL-1。

4、趨化性細(xì)胞因子

α亞家族（IL-8)：中性粒細(xì)胞；

β亞家族（MCP-1)：單核細(xì)胞；Eotaxin趨化嗜酸性粒細(xì)胞； 還有T細(xì)胞、NK、DC、嗜堿性粒細(xì)胞趨化因子。

γ亞家族（淋巴細(xì)胞趨化蛋白)：淋巴細(xì)胞

δ亞家族（神經(jīng)趨化素)：在脾及心臟表達(dá)，介導(dǎo)單核細(xì)胞/淋巴細(xì)胞與產(chǎn)生它的細(xì)胞間的粘附。

趨化因子的最基本作用：趨化白細(xì)胞的游走至炎癥部位。

實(shí)質(zhì)是吸引白細(xì)胞向濃度逐漸增高的趨化因子部位移動(dòng)；趨化因子濃度梯度的形成與基質(zhì)表面、內(nèi)皮細(xì)胞表面的粘蛋白濃度有關(guān)。

5、其他細(xì)胞因子：

1)IL-1：刺激單核巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞分泌趨化因子，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)粘附分子。

2)IL-6：刺激肝細(xì)胞分泌急性期蛋白。

3)IL-10：是天然免疫中重要的負(fù)調(diào)節(jié)因子．可以抑制巨噬細(xì)胞分泌IL-1、IL-6。

二、介導(dǎo)和調(diào)節(jié)特異性免疫應(yīng)答

由抗原激活的T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生分泌，作用在淋巴細(xì)胞的激活、生長、分化及效應(yīng)各個(gè)階段。

1、刺激APC表達(dá)MHC分子：IFN

2、促CD4活化：IFN

3、促免疫活性細(xì)胞分化增殖：L-12促CD4Th0--Th1，IL-4促Th0--Th2

4、效應(yīng)階段，促免疫細(xì)胞對(duì)抗原物質(zhì)進(jìn)行清除：

A、Th1 產(chǎn)生的IFN-γ、 IL-2，激活單核巨噬細(xì)胞、NK、CTL細(xì)胞---細(xì)胞免疫；  

B、Th2產(chǎn)生IL-4、IL-5，刺激B細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞分化，促抗體產(chǎn)生，促殺傷蠕蟲，介導(dǎo)變態(tài)反應(yīng)。

5、B細(xì)胞在產(chǎn)生抗體過程中，發(fā)生抗體類別的轉(zhuǎn)換，也是在細(xì)胞因子的作用下實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞因子介導(dǎo)的B細(xì)胞分化、增殖及抗體類別轉(zhuǎn)換

參與特異性免疫應(yīng)答的細(xì)胞因子

1、IL-2：主要由CD4（Th1)、CD8 T細(xì)胞產(chǎn)生，以自分泌及旁分泌方式產(chǎn)生效應(yīng)，其作用沿種系向上有 約束性，向下無約束性。是T細(xì)胞激活的關(guān)鍵因子（TCGF)。另外對(duì)B細(xì)胞、NK細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞都有激活及促增生的作用。

2、IL-4：主要有CD4（Th2)細(xì)胞 產(chǎn)生，是B細(xì)胞的生長分化因子：促B細(xì)胞MHC-II表達(dá)、促抗原提呈、促靜止B細(xì)胞表達(dá)FcR、促活化B細(xì)胞產(chǎn)生IgE/IgG1。與體液免疫、I型變態(tài)反應(yīng)有關(guān)。

3、IFN- γ：又稱免疫干擾素，由活化的T細(xì)胞和NK細(xì)胞產(chǎn)生。生物學(xué)活性有明顯的種屬特異性，除有抗病毒活性外，還有獨(dú)特的功能---

A、是單核巨噬細(xì)胞的主要激活、活化因子。

B、誘導(dǎo)多種細(xì)胞 表達(dá)MHC I、II類分子。

C、促Th0--Th1轉(zhuǎn)化，促CTL細(xì)胞成熟。

D、促抗體類別向IgG2a、IgG3轉(zhuǎn)換，它們有強(qiáng)的補(bǔ)體激活及免疫調(diào)理作用。同時(shí)還可抑制向IgG1、IgE的轉(zhuǎn)換。

E、激活 NK、中性粒細(xì)胞、血管內(nèi)皮 細(xì)胞。

4、TGF- β（轉(zhuǎn)化生長因子β )：是一組調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化的超家族分子。與免疫功能相關(guān)性強(qiáng)的是TGF- β1，它主要由T淋巴細(xì)胞（Th3)及單核細(xì)胞產(chǎn)生。在功能上拮抗淋巴細(xì)胞反應(yīng)，抑制淋巴細(xì)胞增殖，抑制CTL、巨噬細(xì)胞的作用，因此認(rèn)為它是一種免疫系統(tǒng)關(guān)閉的信號(hào) 。其產(chǎn)生細(xì)胞被認(rèn)為是抑制性細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞可以通過產(chǎn)生大量的TGF-β來逃避免疫系統(tǒng)的作用。

三、刺激造血細(xì)胞生成和分化

第三節(jié)  細(xì)胞因子受體

根據(jù)受體的結(jié)構(gòu)，可將其分為五個(gè)家族：

  I型細(xì)胞因子受體家族（造血因子受體家族) 

  II細(xì)胞因子受體家族（IFN受體家族) 

  III細(xì)胞因子受體家族（TNF受體家族) 

  Ig基因超家族  

  趨化因子受體家族（七次跨膜受體)

一、細(xì)胞因子受體的共同特征：

1、都是跨膜蛋白，由膜外區(qū)、跨膜區(qū)、胞漿區(qū)三部分組成。

2、膜外區(qū)由一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。結(jié)構(gòu)域有三種類型：細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域（CK)、 

III型纖連蛋白型結(jié)構(gòu)域（FNIII)、Ig樣結(jié)構(gòu)域

3、多亞單位受體及受體共用亞單位：從功能角度可將受體分為結(jié)合亞單位與傳遞亞單位兩部分。不同的CKR的結(jié)合亞單位結(jié)構(gòu)各異，傳遞亞單位結(jié)構(gòu)變化小，這是不同的細(xì)胞因子具有相同生物學(xué)活性的基礎(chǔ)。將相同的傳遞亞單位稱共用亞單位。

二、CKR介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)：

1、酪氨酸激酶（PTK)介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑：有的受體胞內(nèi)區(qū)帶有PTK結(jié)構(gòu)，而有的受體胞內(nèi)區(qū)未帶有PTK結(jié)構(gòu)域，但可結(jié)合有PTK家族的成員。與受體結(jié)合的PTK多見Janus家族成員（Jak成員)，一個(gè)亞單位可連接一個(gè)或多個(gè)Jak家族成員。CK--CKR結(jié)合致使JaK成員相互靠攏，磷酸化激活，啟動(dòng)多條信號(hào)傳導(dǎo)通路。其中Jak-State通路最重要。

Jak

受體分子上的酪氨酸（Y)---磷酸化（pY)

Stat（轉(zhuǎn)錄因子)上的SH2結(jié)構(gòu)域---磷酸化

Stat形成二聚體

轉(zhuǎn)位到核內(nèi)

結(jié)合相關(guān)基因的調(diào)控序列

2、G蛋白偶連受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)：

 G蛋白為三聚體結(jié)構(gòu)（ α 、β、γ)， α亞基上有GDP、GTP位點(diǎn)。

CK結(jié)合CKR  CKR構(gòu)型改變  暴露出G蛋白α亞基上的結(jié)合位點(diǎn) 進(jìn)行GDP-GTP的轉(zhuǎn)換 α亞基與β、γ解離  暴露出α亞基上的腺苷酸環(huán)化酶的結(jié)合位點(diǎn) 被激活并  產(chǎn)生大量的cAMP分子，同時(shí)GTP---GDP α亞基恢復(fù)原有構(gòu)象  與腺苷酸環(huán)化酶解離  與β、γ亞基再結(jié)合。

第五節(jié)  細(xì)胞因子及相關(guān)制劑在臨床的應(yīng)用

一、感染性疾病：

1、細(xì)菌性膿毒血癥休克（BSS)：

LPS刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生過量的IL-1、TNF引起。給予IL-1受體拮抗劑和TNF單克隆抗體可降低死亡率。

gydjdsj.org.cn2、病毒性感染：

干擾素、IL-12已用于HIV感染，糾正病人Th1細(xì)胞的進(jìn)行性減少。

二、腫瘤：

IL-2活化NK、T細(xì)胞--LAK細(xì)胞、TIL細(xì)胞；IL-2、TNF、IFN等與瘤苗一起應(yīng)用，增強(qiáng)其誘發(fā)的免疫反應(yīng)；CSF用于放療后的粒細(xì)胞減少。

三、器官移植：

用細(xì)胞因子拮抗劑或可溶性受體抑制對(duì)移植物的排斥，延長器官的存活時(shí)間，如IL-1R、IL-2R、交連毒素的CK等。

四、過敏反應(yīng)：

IL-4、IL13拮抗劑可減少IgE的產(chǎn)生 。IFN-有相同的作用。

五、自身免疫性疾病：

如IL-10治療由Th1引起的自身免疫性疾病。TNF中和抗體減輕類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)損傷。

第六節(jié)   細(xì)胞因子極其受體的檢測

一、細(xì)胞因子檢測的方法

1、免疫學(xué)檢測法：

其基本原理是將細(xì)胞因子作為抗原進(jìn)行定量檢測。如免疫斑點(diǎn)法、ELISA法、RIA法和免疫印跡法等均已用于細(xì)胞因子的檢測。

2、生物學(xué)測定法：

其原理是根據(jù)細(xì)胞因子對(duì)特定的依賴性細(xì)胞株（即靶細(xì)胞)的促增殖作用，以增殖細(xì)胞中的DNA的合成或酶活性為指標(biāo)，間接推算出細(xì)胞因子的活性單位。

3、分子生物學(xué)測定法：目前采用的有RNA印跡法、原位雜交、PCR等，還可通過檢測mRNA表達(dá)量，推算CK的合成量。

二、CKR檢測的基本技術(shù)

1、活細(xì)胞吸收實(shí)驗(yàn) ：將過量的待檢細(xì)胞與限量細(xì)胞因子（配基)共孵育，若細(xì)胞膜表面存在相應(yīng)的受體即可吸收配基，通過測定回收后配基生物活性的喪失情況可確定受體是否存在。

2、同位素標(biāo)記重組配基的放射受體分析：這是確定細(xì)胞受體分布及其特性的主要方法，可測定受體的數(shù)量和親和力。一般采用重組細(xì)胞因子體外標(biāo)記同位素。

3、抗受體McAb：利用McAb即可通過封閉受體抑制相應(yīng)細(xì)胞因子的生物活性，也可用標(biāo)記的McAb直接作免疫放射受體分析或免疫沉淀。

4、重組細(xì)胞因子與受體的交聯(lián)分析：利用化學(xué)交連劑將標(biāo)記的重組CK與膜受體交連，細(xì)胞裂解物經(jīng)PAGE后做放射自顯影，通過帶型分析確定受體的分子量幾亞單位。

5、受體cDNA分析：通過核苷酸序列推導(dǎo)的氨基酸序列并進(jìn)行結(jié)構(gòu)功能區(qū)分析。

6、可溶性CKR的檢測：某些CKR除了存在于細(xì)胞膜外，還可分泌進(jìn)入體液，用sCKR表示，可以用免疫學(xué)的方法來檢測。