第七章 细胞因子

　　细胞因子可被分为白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子、生长因子和趋化性细胞因子等六类。

　　一 白细胞介素 Interleukin,IL

　　最初是指由白细胞产生又在白细胞间发挥作用的细胞因子，虽然后来发现白细胞介素可由其他细胞产生, 也可作用于其他细胞，但这一名称仍被广泛使用着。目前已报导的白细胞介素已有18种(IL-1～18)。

　　二 干扰素 Interferon,IFN

　　干扰素是最先发现的细胞因子，因其具有干扰病毒感染和复制的能力故称干扰素。根据来源和理化性质，可将干扰素分为α、β和γ三种类型。IFN-α/β主要由白细胞、成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生，也称为Ⅰ型干扰素。IFN-γ主要由活化T细胞和NK细胞产生，也称为Ⅱ型干扰素。

　　三 肿瘤坏死因子 Tumor necrosis factor,TNF

　　肿瘤坏死因子是Garwell等在1975年发现的一种能使肿瘤发生出血坏死的物质。肿瘤坏死因子分为TNF-α和TNF-β两种，前者主要由活化的单核-巨噬细胞产生，抗原刺激的T细胞、活化的NK细胞和肥大细胞也分泌TNF-α。TNF-β主要由活化的T细胞产生，又称淋巴毒素(lymphotoxin，LT)。具有生物学活性的TNF-α/β为同源三聚体分子。

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

　　集落刺激因子是指能够刺激多能造血干细胞和不同发育分化阶段的造血干细胞进行增殖分化，并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。目前发现的集落刺激因子有粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、单核-巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)。此外，红细胞生成素(erythropoietin, EPO)、干细胞生长因子(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 生长因子 Growth factor,GF

　　生长因子是具有刺激细胞生长作用的细胞因子，包括转化生长因子-β( TGF-β)、表皮细胞生长因子(EGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、神经生长因子(NGF)、血小板源的生长因子(PDGF)等。

　　六 趋化性细胞因子 Chemokine

　　趋化性细胞因子(chemokine)是一个蛋白质家族，此家族由十余种结构有较大同源性，分子量多为8～10kD的蛋白组成。这些蛋白在氨基端多含有一或两个半胱氨酸。根据半胱氨酸的排列方式，将趋化性细胞因子又分为亚家族。两个半胱氨酸按Cys-X-Cys(半胱氨酸-任一氨基酸-半胱氨酸)方式排列的趋化性细胞因子属α亚家族，也称CXC趋化性细胞因子;以Cys-Cys方式排列的趋化性细胞因子属β亚家族，也称CC趋化性细胞因子。 近年来，又发现了氨基端只有一个半胱氨酸(Cys)的趋化性细胞因子，这种趋化性细胞因子被命名为γ亚家族趋化性细胞因子，也称C趋化性细胞因子。趋化性细胞因子主要由白细胞与造血微环境中的基质细胞分泌，可结合在内皮细胞的表面，具有对中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞、嗜酸性细胞和嗜碱性细胞的趋化和激活活性。IL-8是α亚家族系的代表，对中性粒细胞有趋化作用。单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)是β亚家族的代表，可趋化单核细胞。淋巴细胞趋化蛋白(lymphotactin)是γ亚家族的代表，对淋巴细胞有趋化作用。

　　细胞因子(cytokine)是指主要由免疫细胞分泌的、能调节细胞功能的小分子多肽。在免疫应答过程中，细胞因子对于细胞间相互作用、细胞的生长和分化有重要调节作用。由于基因工程、细胞工程研究的飞速发展，不仅克隆了早先发现的生物活性肽的cDNA，而且发现了许多新的细胞因子，并对各种细胞因子产生来源、分了子结构和基因、相应的受体、生物学功能以及与临床的关系等进行了大量的研究，成为当今基础免疫学和临床免疫学研究中一个活跃的领域。

　　细胞因子(cytokine)是由机体多种细胞分泌的小分子蛋白质，通过结合细胞表面的相应受体发挥生物学作用。

　　1、细胞因子的命名

　　细胞因子有多种其他的名称：如由单个核吞噬细胞产生的细胞因子称为单核因子(monokine);由淋巴细胞产生的细胞因子称为淋巴因子(lymphokine);可刺激骨髓干细胞或祖细胞分化成熟的细胞因子称为集落刺激因子(colony stimulating factor, CSF)等。由不同细胞分泌的细胞因子，其基因及编码蛋白与功能均清楚者，通常均归属于白细胞介素(Interleukin，IL)。白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、生长因子和趋化性细胞因子都是细胞因子。在固有性免疫应答及适应性免疫应答过程中, 细胞因子发挥重要的功能。

　　2、细胞因子作用方式及特点

　　天然的细胞因子由抗原、丝裂原或其它刺激物活化的细胞分泌，通过旁分泌(paracrine)、自分泌(autocrine)或内分泌(endocrine)的方式发挥作用。若某种细胞因子作用的靶细胞(细胞因子作用的细胞)也是其产生细胞，则该细胞因子对靶细胞表现出的生物学作用称为自分泌效应，如T淋巴细胞产生的白细胞介素-2(IL-2)刺激T 淋巴细胞本身生长。若某种细胞因子的产生细胞和靶细胞非同一细胞，且二者邻近，则该细胞因子对靶细胞表现出的生物学作用称为旁分泌效应，如树突状细胞产生的IL-12 支持T 淋巴细胞增殖及分化。少数细胞因子如TNF、IL-1 在高浓度时也作用于远处的靶细胞，表现内分泌效应。细胞因子具有多效性、重叠性、拮抗性和协同性。①多效性：一种细胞因子作用于多种靶细胞，产生多种生物学效应的细胞因子表现多效性，如干扰素γ上调有核细胞表达MHC I 类分子，也激活巨噬细胞;②重叠性：几种不同的细胞因子作用于同一种靶细胞，产生相同或相似的生物学效应的细胞因子表现重叠性，如IL-6 和IL-13 均可刺激B 淋巴细胞增殖。③拮抗性：一种细胞因子抑制其他细胞因子的功能表现出拮抗性，如IL-4 抑制干扰素γ刺激Th 细胞向Th1 细胞分化的功能。④协同性：一种细胞因子强化另一种细胞因子的功能，两者表现协同性，如IL-32和IL-11 共同刺激造血干细胞的分化成熟。众多细胞因子在机体内存在，相互促进或相互抑制，形成十分复杂的细胞因子调节网络。

　　重组细胞因子要求：

　　1. 真实性：重组蛋白产品一致经过N末端氨基酸序列分析;必要时应用SDS-PAGE, RP-HPLC和质谱(MS)检测其真实性。

　　2. 纯度：应用SDS-PAGE和RP-HPLC方法分析产品纯度。

　　3. 生物活性：进行相应的体外(in vitro)或体内(in vivo)活性检测。

　　4. 蛋白含量：通过紫外光谱分析，SDS-PAGE电泳检测;必要时应用HPLC定量标准蛋白溶液。

　　5. 内毒素：kinetic LAL法检测内毒素。

　　6. 微生物：重组蛋白在装瓶之前都经过滤除菌处理。

　　重组细胞因子的状态

　　市场上主流的重组蛋白产品，多在不含carrier protein或其他添加物(如BSA、HAS、蔗糖等)的条件下，以低盐的形式做冻干处理，因此微量(多以微克计量)的细胞因子在冻干过程中会沉积于管内，形成很薄或不可见的蛋白层，所以建议在收到试剂后，务必于开盖前先离心20-30秒，使可能附于管盖或管壁的蛋白成分聚集于冻干馆的底部(此时能否见到白色沉淀均属正常现象)。

　　细胞因子是多种细胞所分泌的能调节细胞生长分化、调节免疫功能、

　　参与炎症发生和创伤愈合等小分子多肽的统称。免疫球蛋白、补体不包括在细胞因子之列。

　　(一)根据产生细胞因子的细胞种类不同分类

　　1.淋巴因子(lymphokine)　于命名，主要由淋巴细胞产生，包括T淋巴细胞、B淋巴细胞和NK细胞等。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和神经白细胞素等。

　　2.单核因子(monokine)　主要由单核细胞或巨噬细胞产生，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、G-CSF和M-CSF等。

　　3.非淋巴细胞、非单核-巨噬细胞产生的细胞因子　主要由骨髓和胸腺中的基质细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等细胞产生，如EPO、IL-7、IL-11、SCF、内皮细胞源性IL-8和IFN-β等。

　　(二)根据细胞因子主要的功能不同分类

　　1.白细胞介素(interleukinIL)　1979年开始命名。由淋巴细胞、单核细胞或其它非单个核细胞产生的细胞因子，在细胞间相互作用、免疫调节、造血以及炎症过程中起重要调节作用，凡命名的白细胞介素的cDNA基因克隆和表达均已成功，目前已报道IL-1-IL-15。

　　2.集落刺激因子(colonystimulatingfactor，CSF)　根据不同细胞因子刺激造血干细胞或分化不同阶段的造血细胞在半固体培养基中形成不同的细胞集落，分别命名为G(粒细胞)-CSF、M(巨噬细胞)-CSF、GM(粒细胞、巨噬细胞)-CSF、Multi(多重)-CSF(IL-3)、SCF、EPO等。不同CSF不仅可刺激不同发育阶段的造血干细胞和祖细胞增殖的分化，还可促进成熟细胞的功能。

　　3.干扰素(interferonIFN)　1957年发现的细胞因子，最初发现某一种病毒感染的细胞能产生一种物质可干扰另一种病毒的感染和复制，因此而得名。根据干扰素产生的来源和结构不同，可分为IFN-α、INN-β和IFN-γ，他们分别由白细胞、成纤维细胞和活化T细胞所产生。各种不同的IFN生物学活性基本相同，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等作用。

　　4.肿瘤环死因子(tumornecrosisfactorTNF)　最初发现这种物质能造成肿瘤组织坏死而得名。根据其产生来源和结构不同，可分为TNF-α和TNF-β两类，前者由单核-巨噬细胞产生，后者由活化T细胞产生，又名淋巴毒素(lymphotoxin,LT)。两类TNF基本的生物学活性相似，除具有杀伤肿瘤细胞外，还有免疫调节、参与发热和炎症的发生。大剂量TNF-α可引起恶液质，因而TNF-α又称恶液质素(cachectin)。

　　5.转化生长因子-β家族(transforminggrowthfactor-βfamilyTGF-βfamily)　由多种细胞产生，主要包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGFβ1β2以及骨形成蛋白(BMP)等。

　　6.趋化因子家族(chemokinefamily)　包括两个亚族：(1)C-X-C/α亚族，主要趋化中性粒细胞，主要的成员有IL-8、黑素瘤细胞生长刺激活性(GRO/MGSA)、血小板因子-4(PF-4)、血小板碱性蛋白、蛋白水解来源的产物CTAP-Ⅲ和β-thromboglobulin、炎症蛋白10(IP-10)、ENA-78;(2)C-C/β亚族，主要趋化单核细胞，这个亚族的成员包括巨噬细胞炎症蛋白1α(MIP-1α)、MIP-1β、RANTES、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1/MCAF)、MCP-2、MCP-3和I-309。

　　7.其它细胞因子　如表皮生长因子(EGF)、血小板衍生的生长因子(PDGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、肝细胞生长因子(HGF)、胰岛素样生长因子-I(IGF-1)、IGF-Ⅱ、白血病抑制因子(LIF)、神经生长因子(NGF)、抑瘤素M(OSM)、血小板衍生的内皮细胞生长因子(PDECGF)、转化生长因子-α(TGF-α)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)等。

　　概念

　　细胞因子是由多种细胞产生的，具有广泛调节细胞功能作用的多肽分子，

　　细胞因子不仅作用于免疫系统和造血系统，还广泛作用于神经、内分泌系统，对细胞间相互作用、细胞的增殖分化和效应功能有重要的调节作用。细胞因子发挥广泛多样的生物学功能是通过与靶细胞膜表面的受体相结合并将信号传递到细胞内部。因此，了解细胞因子受体的结构和功能对于深入研究细胞因子的生物学功能是必不可少的。随着对细胞因子受体的深入研究，发现了细胞因子受体不同亚单位中有共享链现象，这对阐明众多细胞因子生物学活性的相似性和差异性从受体水平上提供了依据。绝大多数细胞因子受体存在着可溶性形式，掌握可溶性细胞因子受体产生的规律及其生理和病理意义，必将扩展人们对细胞因子网络作用的认识。检测细胞因子及其受体的水平已成为基础和临床免疫学研究中的一个重要的方面。