医学免疫学-电子教材:第六章

第六章   细胞因子（Cytokine，CK)

第一节 细胞因子的概述

一、细胞因子的概念

是各种细胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白物质的统称。主要作用为介导各类免疫细胞间的相互作用。在非特异性免疫及特异性免疫应答，细胞生长分化、调节免疫功能、炎症发生和创伤愈合中发挥重要功能。

可以产生细胞因子的细胞有：

免疫细胞---单核巨噬细胞，T、B淋巴细胞，NK细胞

非免疫细胞---血管内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等。

二、细胞因子的共同特性

1、低分子量（15--30kD，多为25kD以下)的糖蛋白。多以单体存在。

2、以配体--受体的方式发挥作用，有较强的亲和力，微量的细胞因子即可产生很强的生物学效应（pM)。作用的方式为非特异性，即对靶细胞作用无抗原特异性，也不受MHC限制。

3、在抗原、丝裂原和其他活性物作用下而分泌，过程短暂、呈自限性。半衰期也很短。

4、作用的方式有三种---

自分泌：靶细胞与分泌细胞为同一细胞。

旁分泌：靶细胞与分泌细胞非同一细胞，但

  二者邻近。

内分泌：靶细胞与分泌细胞非同一细胞，二者相距较远。

5、作用的特点---

多效性：一种因子作用在不同的靶细胞可以产生不同的生物学作用。

重叠性：不同的细胞因子可对同一靶细胞发挥相同的生物学效应。

拮抗效应：两种细胞因子相互作用时，其中一种削弱另一种的作用。

协同效应：两种细胞因子同时存在时，彼此的作用得到加强。

双向性：适量时具有生理调节作用，过量则产生对机体的损伤。

6、细胞因子的网络性：无论是产生、发挥作用、受体表达、相互调节等均存在网络特点。

三、细胞因子的分类（按结构及受体结构)

1、造血因子家族（Hematopoietin)：

  参与造血细胞的生长及分化。结构上、氨基酸组成差异很大，但立体结构上相似---都含有4个螺旋的基本结构。

成员：多种白介素（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、干扰素家族（Interferon，IFN)：

干扰病毒感染及复制的作用。有 IFNα、IFNβ、 IFNγ。

I型干扰素：IFNα、β，由白细胞、成纤维细胞及病毒感染的组织细胞产生。

II型干扰素：IFNγ，由活化的T细胞和NK细胞产生，也称免疫干扰素。

3、肿瘤坏死因子家族（Tumor necrosis factor，TNF)：

分TNF α、TNFβ两类。前者由单核巨噬细胞、活化的T细胞、NK细胞产生；后者由活化的T细胞产生，又称淋巴毒素。

4、趋化性细胞因子家族（Chemokine)：

由十余种在结构上有较大同源性、分子量多为8-10kD的蛋白组成。根据在氨基端半胱氨酸的排列及含量，又可区分为四个亚家族：

α亚家族---CXC，如IL-8，趋化中性粒细胞；

β亚家族---CC，如MCP-1，趋化单核细胞；eotaxin趋化嗜酸性粒细胞。

γ亚家族---C，如淋巴细胞趋化蛋白，对淋巴细胞有趋化作用。

δ亚家族---CX3C，如神经趋化素，介导单核细胞/淋巴细胞与产生它的细胞间的粘附。

5、生长因子家族（Growth Factor，GF)：

具有刺激细胞生长作用的因子的总称。

   包括转化生长因子β（TGFβ) 、表皮细胞生长因子（EGF) 、血管内皮生长因子（VEGF) 、成纤维生长因子（FGF) 、神经生长因子（NGF) 、血小板衍生生长因子（PDGF)等。

第二节  细胞因子的生物学活性

一、介导和调节天然免疫

单核巨噬细胞分泌的细胞因子。作用---

1、抗病毒的细胞因子：I型干扰素、IL-12、IL-15。

2、前炎症细胞因子：TNF、IL-1、IL-6和趋化性细胞因子。

活跃在天然免疫中的几种细胞因子---

1、IFN-I型：

A、刺激细胞合成多种酶，干扰病毒RNA或DNA的复制。

B、增强NK细胞对病毒感染细胞的裂解作用。

C、刺激被病毒感染的细胞的MHC--I类分子表达，增强CTL的活性。

2、IL-12：

靶细胞是T细胞、NK细胞，是连接天然免疫与特异性免疫的纽带，主要提高细胞免疫功能。

A、刺激T细胞、NK细胞分泌IFN-γ。

B、促CD4向Th1分化，提高巨噬细胞的功能。

C、增强CTL细胞和NK细胞的杀伤功能。

3、TNF：

单核巨噬细胞、T、NK细胞、肥大细胞产生， IFNγ增加其合成。

A、刺激血管内皮细胞表达粘附分子，促白细胞粘附于内皮细胞表面。

B、刺激单核巨噬细胞分泌趋化因子，招募白细胞至炎症部位。

C、激活炎性细胞杀灭病原体。

D、参与组织修复，诱导血管和结缔组织形成。

E、刺激单核巨噬细胞、血管内皮细胞产生IL-6、IL-1。

4、趋化性细胞因子

α亚家族（IL-8)：中性粒细胞；

β亚家族（MCP-1)：单核细胞；Eotaxin趋化嗜酸性粒细胞； 还有T细胞、NK、DC、嗜碱性粒细胞趋化因子。

γ亚家族（淋巴细胞趋化蛋白)：淋巴细胞

δ亚家族（神经趋化素)：在脾及心脏表达，介导单核细胞/淋巴细胞与产生它的细胞间的粘附。

趋化因子的最基本作用：趋化白细胞的游走至炎症部位。

实质是吸引白细胞向浓度逐渐增高的趋化因子部位移动；趋化因子浓度梯度的形成与基质表面、内皮细胞表面的粘蛋白浓度有关。

5、其他细胞因子：

1)IL-1：刺激单核巨噬细胞、内皮细胞分泌趋化因子，刺激血管内皮细胞表达粘附分子。

2)IL-6：刺激肝细胞分泌急性期蛋白。

3)IL-10：是天然免疫中重要的负调节因子．可以抑制巨噬细胞分泌IL-1、IL-6。

二、介导和调节特异性免疫应答

由抗原激活的T淋巴细胞产生分泌，作用在淋巴细胞的激活、生长、分化及效应各个阶段。

1、刺激APC表达MHC分子：IFN

2、促CD4活化：IFN

3、促免疫活性细胞分化增殖：L-12促CD4Th0--Th1，IL-4促Th0--Th2

4、效应阶段，促免疫细胞对抗原物质进行清除：

A、Th1 产生的IFN-γ、 IL-2，激活单核巨噬细胞、NK、CTL细胞---细胞免疫；  

B、Th2产生IL-4、IL-5，刺激B细胞、嗜酸性粒细胞分化，促抗体产生，促杀伤蠕虫，介导变态反应。

5、B细胞在产生抗体过程中，发生抗体类别的转换，也是在细胞因子的作用下实现的。细胞因子介导的B细胞分化、增殖及抗体类别转换

参与特异性免疫应答的细胞因子

1、IL-2：主要由CD4（Th1)、CD8 T细胞产生，以自分泌及旁分泌方式产生效应，其作用沿种系向上有 约束性，向下无约束性。是T细胞激活的关键因子（TCGF)。另外对B细胞、NK细胞、单核巨噬细胞都有激活及促增生的作用。

2、IL-4：主要有CD4（Th2)细胞 产生，是B细胞的生长分化因子：促B细胞MHC-II表达、促抗原提呈、促静止B细胞表达FcR、促活化B细胞产生IgE/IgG1。与体液免疫、I型变态反应有关。

3、IFN- γ：又称免疫干扰素，由活化的T细胞和NK细胞产生。生物学活性有明显的种属特异性，除有抗病毒活性外，还有独特的功能---

A、是单核巨噬细胞的主要激活、活化因子。

B、诱导多种细胞 表达MHC I、II类分子。

C、促Th0--Th1转化，促CTL细胞成熟。

D、促抗体类别向IgG2a、IgG3转换，它们有强的补体激活及免疫调理作用。同时还可抑制向IgG1、IgE的转换。

E、激活 NK、中性粒细胞、血管内皮 细胞。

4、TGF- β（转化生长因子β )：是一组调节细胞生长、分化的超家族分子。与免疫功能相关性强的是TGF- β1，它主要由T淋巴细胞（Th3)及单核细胞产生。在功能上拮抗淋巴细胞反应，抑制淋巴细胞增殖，抑制CTL、巨噬细胞的作用，因此认为它是一种免疫系统关闭的信号 。其产生细胞被认为是抑制性细胞。肿瘤细胞可以通过产生大量的TGF-β来逃避免疫系统的作用。

三、刺激造血细胞生成和分化

第三节  细胞因子受体

根据受体的结构，可将其分为五个家族：

  I型细胞因子受体家族（造血因子受体家族) 

  II细胞因子受体家族（IFN受体家族) 

  III细胞因子受体家族（TNF受体家族)&www.lindalemus.com/Article/nbsp;

  Ig基因超家族  

  趋化因子受体家族（七次跨膜受体)

一、细胞因子受体的共同特征：

1、都是跨膜蛋白，由膜外区、跨膜区、胞浆区三部分组成。

2、膜外区由一个或多个结构域组成。结构域有三种类型：细胞因子结构域（CK)、 

III型纤连蛋白型结构域（FNIII)、Ig样结构域

3、多亚单位受体及受体共用亚单位：从功能角度可将受体分为结合亚单位与传递亚单位两部分。不同的CKR的结合亚单位结构各异，传递亚单位结构变化小，这是不同的细胞因子具有相同生物学活性的基础。将相同的传递亚单位称共用亚单位。

二、CKR介导的信号传导：

1、酪氨酸激酶（PTK)介导的信号传导途径：有的受体胞内区带有PTK结构，而有的受体胞内区未带有PTK结构域，但可结合有PTK家族的成员。与受体结合的PTK多见Janus家族成员（Jak成员)，一个亚单位可连接一个或多个Jak家族成员。CK--CKR结合致使JaK成员相互靠拢，磷酸化激国家医学考试网活，启动多条信号传导通路。其中Jak-State通路最重要。

Jak

受体分子上的酪氨酸（Y)---磷酸化（pY)

Stat（转录因子)上的SH2结构域---磷酸化

Stat形成二聚体

转位到核内

结合相关基因的调控序列

2、G蛋白偶连受体介导的信号传导：

 G蛋白为三聚体结构（ α 、β、γ)， α亚基上有GDP、GTP位点。

CK结合CKR  CKR构型改变  暴露出G蛋白α亚基上的结合位点 进行GDP-GTP的转换 α亚基与β、γ解离  暴露出α亚基上的腺苷酸环化酶的结合位点 被激活并  产生大量的cAMP分子，同时GTP---GDP α亚基恢复原有构象  与腺苷酸环化酶解离  与β、γ亚基再结合。

第五节  细胞因子及相关制剂在临床的应用

一、感染性疾病：

1、细菌性脓毒血症休克（BSS)：

LPS刺激巨噬细胞产生过量的IL-1、TNF引起。给予IL-1受体拮抗剂和TNF单克隆抗体可降低死亡率。

2、病毒性感染：

干扰素、IL-12已用于HIV感染，纠正病人Th1细胞的进行性减少。

二、肿瘤：

IL-2活化NK、T细胞--LAK细胞、TIL细胞；IL-2、TNF、IFN等与瘤苗一起应用，增强其诱发的免疫反应；CSF用于放疗后的粒细胞减少。

三、器官移植：

用细胞因子拮抗剂或可溶性受体抑制对移植物的排斥，延长器官的存活时间，如IL-1R、IL-2R、交连毒素的CK等。

四、过敏反应：

IL-4、IL13拮抗剂可减少IgE的产生 。IFN-有相同的作用。

五、自身免疫性疾病：

如IL-10治疗由Th1引起的自身免疫性疾病。TNF中和抗体减轻类风湿性关节损伤。

第六节   细胞因子极其受体的检测

一、细胞因子检测的方法

1、免疫学检测法：

其基本原理是将细胞因子作为抗原进行定量检测。如免疫斑点法、ELISA法、RIA法和免疫印迹法等均已用于细胞因子的检测。

2、生物学测定法：

其原理是根据细胞因子对特定的依赖性细胞株（即靶细胞)的促增殖作用，以增殖细胞中的DNA的合成或酶活性为指标，间接推算出细胞因子的活性单位。

3、分子生物学测定法：目前采用的有RNA印迹法、原位杂交、PCR等，还可通过检测mRNA表达量，推算CK的合成量。

二、CKR检测的基本技术

1、活细胞吸收实验 ：将过量的待检细胞与限量细胞因子（配基)共孵育，若细胞膜表面存在相应的受体即可吸收配基，通过测定回收后配基生物活性的丧失情况可确定受体是否存在。

2、同位素标记重组配基的放射受体分析：这是确定细胞受体分布及其特性的主要方法，可测定受体的数量和亲和力。一般采用重组细胞因子体外标记同位素。

3、抗受体McAb：利用McAb即可通过封闭受体抑制相应细胞因子的生物活性，也可用标记的McAb直接作免疫放射受体分析或免疫沉淀。

4、重组细胞因子与受体的交联分析：利用化学交连剂将标记的重组CK与膜受体交连，细胞裂解物经PAGE后做放射自显影，通过带型分析确定受体的分子量几亚单位。

5、受体cDNA分析：通过核苷酸序列推导的氨基酸序列并进行结构功能区分析。

6、可溶性CKR的检测：某些CKR除了存在于细胞膜外，还可分泌进入体液，用sCKR表示，可以用免疫学的方法来检测。