第七章 細胞因子

　　細胞因子可被分為白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、集落刺激因子、生長因子和趨化性細胞因子等六類。

　　一 白細胞介素 Interleukin,IL

　　最初是指由白細胞產(chǎn)生又在白細胞間發(fā)揮作用的細胞因子，雖然后來發(fā)現(xiàn)白細胞介素可由其他細胞產(chǎn)生, 也可作用于其他細胞，但這一名稱仍被廣泛使用著。目前已報導(dǎo)的白細胞介素已有18種(IL-1～18)。

　　二 干擾素 Interferon,IFN

　　干擾素是最先發(fā)現(xiàn)的細胞因子，因其具有干擾病毒感染和復(fù)制的能力故稱干擾素。根據(jù)來源和理化性質(zhì)，可將干擾素分為α、β和γ三種類型。IFN-α/β主要由白細胞、成纖維細胞和病毒感染的組織細胞產(chǎn)生，也稱為Ⅰ型干擾素。IFN-γ主要由活化T細胞和NK細胞產(chǎn)生，也稱為Ⅱ型干擾素。

　　三 腫瘤壞死因子 Tumor necrosis factor,TNF

　　腫瘤壞死因子是Garwell等在1975年發(fā)現(xiàn)的一種能使腫瘤發(fā)生出血壞死的物質(zhì)。腫瘤壞死因子分為TNF-α和TNF-β兩種，前者主要由活化的單核-巨噬細胞產(chǎn)生，抗原刺激的T細胞、活化的NK細胞和肥大細胞也分泌TNF-α。TNF-β主要由活化的T細胞產(chǎn)生，又稱淋巴毒素(lymphotoxin，LT)。具有生物學活性的TNF-α/β為同源三聚體分子。

　　四 集落刺激因子 Colony-stimulating facter,CSF

　　集落刺激因子是指能夠刺激多能造血干細胞和不同發(fā)育分化階段的造血干細胞進行增殖分化，并在半固體培養(yǎng)基中形成相應(yīng)細胞集落的細胞因子。目前發(fā)現(xiàn)的集落刺激因子有粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、單核-巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)。此外，紅細胞生成素(erythropoietin, EPO)、干細胞生長因子(stem cell factor,SCF)和血小板生成素(thrombopopoietin,TPO)，也是重要的造血刺激因子。

　　五 生長因子 Growth factor,GF

　　生長因子是具有刺激細胞生長作用的細胞因子，包括轉(zhuǎn)化生長因子-β( TGF-β)、表皮細胞生長因子(EGF)、血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、神經(jīng)生長因子(NGF)、血小板源的生長因子(PDGF)等。

　　六 趨化性細胞因子 Chemokine

　　趨化性細胞因子(chemokine)是一個蛋白質(zhì)家族，此家族由十余種結(jié)構(gòu)有較大同源性，分子量多為8～10kD的蛋白組成。這些蛋白在氨基端多含有一或兩個半胱氨酸。根據(jù)半胱氨酸的排列方式，將趨化性細胞因子又分為亞家族。兩個半胱氨酸按Cys-X-Cys(半胱氨酸-任一氨基酸-半胱氨酸)方式排列的趨化性細胞因子屬α亞家族，也稱CXC趨化性細胞因子;以Cys-Cys方式排列的趨化性細胞因子屬β亞家族，也稱CC趨化性細胞因子。 近年來，又發(fā)現(xiàn)了氨基端只有一個半胱氨酸(Cys)的趨化性細胞因子，這種趨化性細胞因子被命名為γ亞家族趨化性細胞因子，也稱C趨化性細胞因子。趨化性細胞因子主要由白細胞與造血微環(huán)境中的基質(zhì)細胞分泌，可結(jié)合在內(nèi)皮細胞的表面，具有對中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞、嗜酸性細胞和嗜堿性細胞的趨化和激活活性。IL-8是α亞家族系的代表，對中性粒細胞有趨化作用。單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)是β亞家族的代表，可趨化單核細胞。淋巴細胞趨化蛋白(lymphotactin)是γ亞家族的代表，對淋巴細胞有趨化作用。

　　細胞因子(cytokine)是指主要由免疫細胞分泌的、能調(diào)節(jié)細胞功能的小分子多肽。在免疫應(yīng)答過程中，細胞因子對于細胞間相互作用、細胞的生長和分化有重要調(diào)節(jié)作用。由于基因工程、細胞工程研究的飛速發(fā)展，不僅克隆了早先發(fā)現(xiàn)的生物活性肽的cDNA，而且發(fā)現(xiàn)了許多新的細胞因子，并對各種細胞因子產(chǎn)生來源、分了子結(jié)構(gòu)和基因、相應(yīng)的受體、生物學功能以及與臨床的關(guān)系等進行了大量的研究，成為當今基礎(chǔ)免疫學和臨床免疫學研究中一個活躍的領(lǐng)域。

　　細胞因子(cytokine)是由機體多種細胞分泌的小分子蛋白質(zhì)，通過結(jié)合細胞表面的相應(yīng)受體發(fā)揮生物學作用。

　　1、細胞因子的命名

　　細胞因子有多種其他的名稱：如由單個核吞噬細胞產(chǎn)生的細胞因子稱為單核因子(monokine);由淋巴細胞產(chǎn)生的細胞因子稱為淋巴因子(lymphokine);可刺激骨髓干細胞或祖細胞分化成熟的細胞因子稱為集落刺激因子(colony stimulating factor, CSF)等。由不同細胞分泌的細胞因子，其基因及編碼蛋白與功能均清楚者，通常均歸屬于白細胞介素(Interleukin，IL)。白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、生長因子和趨化性細胞因子都是細胞因子。在固有性免疫應(yīng)答及適應(yīng)性免疫應(yīng)答過程中, 細胞因子發(fā)揮重要的功能。

　　2、細胞因子作用方式及特點

　　天然的細胞因子由抗原、絲裂原或其它刺激物活化的細胞分泌，通過旁分泌(paracrine)、自分泌(autocrine)或內(nèi)分泌(endocrine)的方式發(fā)揮作用。若某種細胞因子作用的靶細胞(細胞因子作用的細胞)也是其產(chǎn)生細胞，則該細胞因子對靶細胞表現(xiàn)出的生物學作用稱為自分泌效應(yīng)，如T淋巴細胞產(chǎn)生的白細胞介素-2(IL-2)刺激T 淋巴細胞本身生長。若某種細胞因子的產(chǎn)生細胞和靶細胞非同一細胞，且二者鄰近，則該細胞因子對靶細胞表現(xiàn)出的生物學作用稱為旁分泌效應(yīng)，如樹突狀細胞產(chǎn)生的IL-12 支持T 淋巴細胞增殖及分化。少數(shù)細胞因子如TNF、IL-1 在高濃度時也作用于遠處的靶細胞，表現(xiàn)內(nèi)分泌效應(yīng)。細胞因子具有多效性、重疊性、拮抗性和協(xié)同性。①多效性：一種細胞因子作用于多種靶細胞，產(chǎn)生多種生物學效應(yīng)的細胞因子表現(xiàn)多效性，如干擾素γ上調(diào)有核細胞表達MHC I 類分子，也激活巨噬細胞;②重疊性：幾種不同的細胞因子作用于同一種靶細胞，產(chǎn)生相同或相似的生物學效應(yīng)的細胞因子表現(xiàn)重疊性，如IL-6 和IL-13 均可刺激B 淋巴細胞增殖。③拮抗性：一種細胞因子抑制其他細胞因子的功能表現(xiàn)出拮抗性，如IL-4 抑制干擾素γ刺激Th 細胞向Th1 細胞分化的功能。④協(xié)同性：一種細胞因子強化另一種細胞因子的功能，兩者表現(xiàn)協(xié)同性，如IL-32和IL-11 共同刺激造血干細胞的分化成熟。眾多細胞因子在機體內(nèi)存在，相互促進或相互抑制，形成十分復(fù)雜的細胞因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

　　重組細胞因子要求：

　　1. 真實性：重組蛋白產(chǎn)品一致經(jīng)過N末端氨基酸序列分析;必要時應(yīng)用SDS-PAGE, RP-HPLC和質(zhì)譜(MS)檢測其真實性。

　　2. 純度：應(yīng)用SDS-PAGE和RP-HPLC方法分析產(chǎn)品純度。

　　3. 生物活性：進行相應(yīng)的體外(in vitro)或體內(nèi)(in vivo)活性檢測。

　　4. 蛋白含量：通過紫外光譜分析，SDS-PAGE電泳檢測;必要時應(yīng)用HPLC定量標準蛋白溶液。

　　5. 內(nèi)毒素：kinetic LAL法檢測內(nèi)毒素。

　　6. 微生物：重組蛋白在裝瓶之前都經(jīng)過濾除菌處理。

　　重組細胞因子的狀態(tài)

　　市場上主流的重組蛋白產(chǎn)品，多在不含carrier protein或其他添加物(如BSA、HAS、蔗糖等)的條件下，以低鹽的形式做凍干處理，因此微量(多以微克計量)的細胞因子在凍干過程中會沉積于管內(nèi)，形成很薄或不可見的蛋白層，所以建議在收到試劑后，務(wù)必于開蓋前先離心20-30秒，使可能附于管蓋或管壁的蛋白成分聚集于凍干館的底部(此時能否見到白色沉淀均屬正�，F(xiàn)象)。

　　細胞因子是多種細胞所分泌的能調(diào)節(jié)細胞生長分化、調(diào)節(jié)免疫功能、

　　參與炎癥發(fā)生和創(chuàng)傷愈合等小分子多肽的統(tǒng)稱。免疫球蛋白、補體不包括在細胞因子之列。

　　(一)根據(jù)產(chǎn)生細胞因子的細胞種類不同分類

　　1.淋巴因子(lymphokine)　于命名，主要由淋巴細胞產(chǎn)生，包括T淋巴細胞、B淋巴細胞和NK細胞等。重要的淋巴因子有IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10、IL-12、IL-13、IL-14、IFN-γ、TNF-β、GM-CSF和神經(jīng)白細胞素等。

　　2.單核因子(monokine)　主要由單核細胞或巨噬細胞產(chǎn)生，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、G-CSF和M-CSF等。

　　3.非淋巴細胞、非單核-巨噬細胞產(chǎn)生的細胞因子　主要由骨髓和胸腺中的基質(zhì)細胞、血管內(nèi)皮細胞、成纖維細胞等細胞產(chǎn)生，如EPO、IL-7、IL-11、SCF、內(nèi)皮細胞源性IL-8和IFN-β等。

　　(二)根據(jù)細胞因子主要的功能不同分類

　　1.白細胞介素(interleukinIL)　1979年開始命名。由淋巴細胞、單核細胞或其它非單個核細胞產(chǎn)生的細胞因子，在細胞間相互作用、免疫調(diào)節(jié)、造血以及炎癥過程中起重要調(diào)節(jié)作用，凡命名的白細胞介素的cDNA基因克隆和表達均已成功，目前已報道IL-1-IL-15。

　　2.集落刺激因子(colonystimulatingfactor，CSF)　根據(jù)不同細胞因子刺激造血干細胞或分化不同階段的造血細胞在半固體培養(yǎng)基中形成不同的細胞集落，分別命名為G(粒細胞)-CSF、M(巨噬細胞)-CSF、GM(粒細胞、巨噬細胞)-CSF、Multi(多重)-CSF(IL-3)、SCF、EPO等。不同CSF不僅可刺激不同發(fā)育階段的造血干細胞和祖細胞增殖的分化，還可促進成熟細胞的功能。

　　3.干擾素(interferonIFN)　1957年發(fā)現(xiàn)的細胞因子，最初發(fā)現(xiàn)某一種病毒感染的細胞能產(chǎn)生一種物質(zhì)可干擾另一種病毒的感染和復(fù)制，因此而得名。根據(jù)干擾素產(chǎn)生的來源和結(jié)構(gòu)不同，可分為IFN-α、INN-β和IFN-γ，他們分別由白細胞、成纖維細胞和活化T細胞所產(chǎn)生。各種不同的IFN生物學活性基本相同，具有抗病毒、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等作用。

　　4.腫瘤環(huán)死因子(tumornecrosisfactorTNF)　最初發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)能造成腫瘤組織壞死而得名。根據(jù)其產(chǎn)生來源和結(jié)構(gòu)不同，可分為TNF-α和TNF-β兩類，前者由單核-巨噬細胞產(chǎn)生，后者由活化T細胞產(chǎn)生，又名淋巴毒素(lymphotoxin,LT)。兩類TNF基本的生物學活性相似，除具有殺傷腫瘤細胞外，還有免疫調(diào)節(jié)、參與發(fā)熱和炎癥的發(fā)生。大劑量TNF-α可引起惡液質(zhì)，因而TNF-α又稱惡液質(zhì)素(cachectin)。

　　5.轉(zhuǎn)化生長因子-β家族(transforminggrowthfactor-βfamilyTGF-βfamily)　由多種細胞產(chǎn)生，主要包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGFβ1β2以及骨形成蛋白(BMP)等。

　　6.趨化因子家族(chemokinefamily)　包括兩個亞族：(1)C-X-C/α亞族，主要趨化中性粒細胞，主要的成員有IL-8、黑素瘤細胞生長刺激活性(GRO/MGSA)、血小板因子-4(PF-4)、血小板堿性蛋白、蛋白水解來源的產(chǎn)物CTAP-Ⅲ和β-thromboglobulin、炎癥蛋白10(IP-10)、ENA-78;(2)C-C/β亞族，主要趨化單核細胞，這個亞族的成員包括巨噬細胞炎癥蛋白1α(MIP-1α)、MIP-1β、RANTES、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1/MCAF)、MCP-2、MCP-3和I-309。

　　7.其它細胞因子　如表皮生長因子(EGF)、血小板衍生的生長因子(PDGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、肝細胞生長因子(HGF)、胰島素樣生長因子-I(IGF-1)、IGF-Ⅱ、白血病抑制因子(LIF)、神經(jīng)生長因子(NGF)、抑瘤素M(OSM)、血小板衍生的內(nèi)皮細胞生長因子(PDECGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α(TGF-α)、血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)等。

　　概念

　　細胞因子是由多種細胞產(chǎn)生的，具有廣泛調(diào)節(jié)細胞功能作用的多肽分子，

　　細胞因子不僅作用于免疫系統(tǒng)和造血系統(tǒng)，還廣泛作用于神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)，對細胞間相互作用、細胞的增殖分化和效應(yīng)功能有重要的調(diào)節(jié)作用。細胞因子發(fā)揮廣泛多樣的生物學功能是通過與靶細胞膜表面的受體相結(jié)合并將信號傳遞到細胞內(nèi)部。因此，了解細胞因子受體的結(jié)構(gòu)和功能對于深入研究細胞因子的生物學功能是必不可少的。隨著對細胞因子受體的深入研究，發(fā)現(xiàn)了細胞因子受體不同亞單位中有共享鏈現(xiàn)象，這對闡明眾多細胞因子生物學活性的相似性和差異性從受體水平上提供了依據(jù)。絕大多數(shù)細胞因子受體存在著可溶性形式，掌握可溶性細胞因子受體產(chǎn)生的規(guī)律及其生理和病理意義，必將擴展人們對細胞因子網(wǎng)絡(luò)作用的認識。檢測細胞因子及其受體的水平已成為基礎(chǔ)和臨床免疫學研究中的一個重要的方面。