第七章 細胞因子
細胞因子(cytokines, CKs)是構成免疫系統的重要介質之一，主要由活化的免疫細胞和某些基質細胞(如骨髓基質細胞)分泌的具有高活性、多功能的小分子蛋白質。細胞因子包括由淋巴細胞分泌的淋巴因子(lymphokine)、單核巨噬細胞分泌的單核因子(monokine)以及其他細胞分泌的因子等。作為免疫系統中細胞間相互作用的信號分子、與細胞膜上受體結合后發揮多種生物效應，在免疫應答、免疫調節和炎癥反應中起重要作用。參與免疫反應的細胞因子主要有干擾素(interferon，IFNs)、白細胞介素(interleukin，IL-s)、集落刺激因子(colony stimulating factor，CSFs)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNFs)和轉化生長因子(transforming growth factor)五類。這種分類法以后還有改進的可能。
許多細胞因子及其受體的基因已被克隆成功，并在原核細胞和真核細胞中獲得高效表達，已制備了多種重組細胞因子產品，推動了細胞因子與臨床應用的研究。
一、細胞因子的共同特性
1.均為低分子量(＜60kD＝的多肽或糖蛋白。多以單體形式存在，少數如IL-5、IL-12、M-CSF等為二聚體，TNF-α為三聚體。
2.大多是細胞受抗原或絲裂原等刺激活化后產生，以自分泌(autocrine)指分泌細胞是靶細胞自身或同類細胞，或旁分泌(paracrine)指分泌細胞與靶細胞屬不同類細胞，使細胞因子在局部發揮短暫作用。
3.一種細胞因子可由多種細胞產生，同一種細胞可產生多種細胞因子。
4.需通過與靶細胞表面相應受體結合后發揮其生物學效應。
5.具有高效性、多效性和網絡性。微量濃度(pg/ml或10-10 ~10-12mol/L)即可產生效應。一種細胞因子可作用于多種細胞發揮多種生物學效應，多種細胞因子也可有相同或相似的生物學活性。細胞因子相互誘生、相互調節、相互間的疊加、協同或拮抗作用，構成復雜的細9胞因子網絡(cytokine network)。
二、細胞因子的種類及其主要活性
在免疫應答和免疫調節中起作用的細胞因子主要可分為四類：
干擾素(interferon，IFN)是由病毒或干擾素誘生劑刺激人或動物有核細胞產生的糖蛋白。據其細胞來源、理化性質和抗原性的不同可分為IFNα、IFNβ和IFNγ三種類型，IFNS的生物學作用主要有：①抑制病毒在細胞內增殖；②抑制細胞分裂和抗腫瘤作用；③在輔助MΦ的功能方面IFNγ的作用強于IFNα、β；④增強NK細胞、CTL和Mo/Mφ的活性、增強MHCⅠ、Ⅱ類分子和Fc受體的表達(見表7.1)。
表7.1人類IFN的種型和性能比較
| 類型 | 主要產生細胞 | 誘生劑 | 分子量（KD） | 亞型 | 56C穩定性 | pH2穩定性 |
| IFNα | 白細胞、B細胞 | 病毒 | 18-20 | >24 | 穩定 | 穩定 |
| IFNβ | 纖維細胞 | 病毒、polyI：C | 23 | 1 | 穩定 | 穩定 |
| IFNγ | Th1細胞 | 抗原、絲裂原 | 20-25 | 1 | 不穩定 | 不穩定 |
白細胞介素(interleukin，IL-)，簡稱白介素，指在白細胞或免疫細胞間相互作用的細胞因子。它在傳遞信息，激活與調節免疫細胞，介導T、B細胞活化、增殖與分化及在炎癥反應中起重要作用?，F已公認的白介素已有18種以上，其主要性能和生物學活性見表7.2。
表7.2 IL-S的主要性能與生物學活性
| 名稱 | 分子量（KD） | 主要產生細胞 | 主要生物學活性 |
| IL-1 | 17.5 | Mo/Mφ、樹突狀細胞、成纖維細胞等 | (1)誘導T細胞活化增殖，表達IL-2R (2)輔助增強B細胞活化分化,促進Ab產生 (3)增強NK細胞和單核巨噬細胞活性 (4)內源性致熱原，炎癥介質 (5)誘導其他細胞產生IL-2,IL-6,IL-8,CSFs等 |
| IL-2 | 15-20 | TH1 | (1)刺激T、B細胞生長增殖，是T細胞生長因子 (2)刺激活化T細胞分泌IFNγ、CSF等 (3)增強Tc、NK、Mφ細胞毒活性 (4)誘導LAK、TIL-的抗瘤活性 |
| IL-3(MultiCSF) | 14-30 | TH1、TH2 | (1)多克隆集落刺激因子，刺激骨髓多能干細胞向多種造血祖細胞定向分化與增殖 |
| IL-4 | 15-19 | TH2 | (1)刺激B細胞生長增殖，促進和調節 IgE生成 (2)促進T細胞生長增殖，但抑制TH1細胞功能 (3)與IL-3協同，促進肥大細胞生長增殖 (4)增強Mφ的抗原遞呈和細胞毒功能
|
| IL-5(雙聚體) | 2(21.5) | TH2 | (1)促進B細胞生長與分化，誘導IgA合成 (2)促進嗜酸性粒細胞生長與分化 |
| IL-6 | 26 | TH2、Mo/Mφ成纖維細胞等 | (1)刺激B細胞分化產生Ig (2)促進B細胞雜交瘤/漿細胞瘤生長 (3)促進T細胞生長與CTL分化成熟 (4)刺激肝細胞產生急性期反應蛋白，引起發熱 |
| IL-7 | 25 | 骨髓和胸腺基質細胞 | (1)促進原B和前B細胞生長與分化 (2)促進胸腺細胞與成熟T細胞生長分化 |
| IL-8 | 8-10 | Mo/Mφ、T細胞，血管內皮細胞等 | (1)是中性粒細胞、嗜堿性粒細胞的趨化因子，誘導脫顆粒，釋放殺菌物質或介質，增強炎癥和過敏反應。 (2)也是T細胞趨化因子，調節淋巴細胞再循環 |
| IL-9 | 30-40 | TH2、肥大細胞 | (1)促進和維持T細胞生長，上調體液免疫 (2)增強肥大細胞對IL-3的反應性，促進其生長 |
| IL-10(CSIF) | 19 | TH2 | (1)抑制TH1合成的細胞因子(IFNγ等)，介導TH1與TH2之間的相互調節 (2)促進TH2細胞輔助活化B細胞增殖分化,產生Ig (3)促進胸腺細胞和肥大細胞生長增殖 (4)抑制Mo/Mφ抗原遞呈功能，下調Mo/Mφ表面MHCⅡ類分子的表達與細胞因子的產生 |
| IL-11 | 23 | 骨髓基質細胞 | (1)刺激骨髓干細胞增殖與分化 (2)協同IL-3促進巨核細胞生長增殖，促進血小板生成 (3)刺激B細胞產生Ig |
| IL-12(NKSF) | 35:40 異二聚體) | Mo/Mφ，B細胞等 | (1)是NK細胞刺激因子，協同IL-2誘導LAK活化 (2)促進由絲裂原激活的CTL和NK細胞的增殖，增強細胞毒活性并誘生IFNγ |
| IL-13 | 10 | TH2 | (1)抑制單核細胞產生炎性細胞因子(如IL-1、IL-6、IL-8、TNFα等)，下調FcrRI表達，抑制ADCC活性，但上調Mo/Mφ MHCⅡ類分子表達和抗原遞呈 (2)誘導B細胞生長增殖和表達CD23，促進IgE合成 |
| IL-14 | 53.1 | TH2 | (1)促進B細胞增殖分化 |
| IL-15 | 14-15 | Mo/Mφ、T細胞等 | (1)刺激T細胞增殖，誘導CTL產生細胞毒效應 (2)誘導NK細胞活性，增強LAK活性 |
| IL-16 | 14 | T細胞 | (1)是CD4+T細胞趨化因子，通過上調T細胞IL-2R及MHCⅡ類分子受體活化休止期CD4+T細胞 (2)是CD4+單核細胞和嗜酸性粒細胞趨化因子 |
| IL-17 | 20 | T細胞 | (1)誘導IL-6和IL-8的產生 |
| IL-18 | 18-19 | T細胞 | (1)誘導T細胞，NK細胞的活性，上調IFNγ的產生 |
集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)是刺激骨髓前體細胞的生長與分化，也稱造血生長因子。主要的集落刺激因子見表7.3。
表7.3 四種CSF的名稱與性能
| 名稱 | 分子量（KD） | 主要產生細胞 | 主要生物學活性 |
| 多系集落刺激因子(Multi-CSF,IL-3) | T細胞 | (1)刺激多能造血干細胞和各種祖細胞的分化與增殖 (2)促進前B細胞、T細胞分化成熟 (3)刺激肥大細胞生長增殖 | |
| 粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF) | T細胞、Mo/Mφ內皮細胞、成纖維細胞 | (1)作用于骨髓造血干細胞，促進各種前體細胞分化成熟 (2)刺激增強成熟的嗜中性、嗜酸性粒細胞、Mφ吞噬和細胞毒活性 (3)促進Mo/Mφ增殖和IL-1、TNF等產生 | |
| 巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)(雙聚體) | Mo/Mφ內皮細胞成纖維細胞 | (1)誘導單核前體細胞分化成熟 (2)促進Mφ吞噬、ADCC活性 (3)促進Mφ分泌IL-1、TNFα、IFN等 | |
| 粒細胞集落刺激因子(G-CSF) | Mo/Mφ成纖維細胞 | (1)促進骨髓細胞定向分化為成熟的粒細胞 (2)增強嗜中性粒細胞吞噬、ADCC功能 |
此外，干細胞生成因子(SCF)、紅細胞生成素(EPO)、血小板生成素(TPO)、白血病抑制因子(LIF)等也是重要的CSF。
(四)腫瘤壞死因子(TNFs)
TNFα是由BCG、LPS激活Mo/Mφ產生；TNFβ主要由活化TH1細胞產生，又稱淋巴毒素。主要性狀見表7.4。兩種TNF生物學功能相似。其生物學活性包括：①對腫瘤細胞和病毒感染細胞有生長抑制或細胞毒作用。②激活中性粒細胞、Mo/Mφ，增強吞噬殺菌功能，刺激Mo/Mφ合成IL-1、IL-6、IL-8和TNF，促進炎癥反應。③增強T、B細胞對抗原和絲裂原刺激的增殖反應。④刺激血管內皮細胞、纖維母細胞合成IL-1、CSFS等，增加血管內皮細胞對白細胞的粘附性。⑤內源性致熱原，參與敗血性或內毒素性休克、彌漫性血管內凝血、多器官功能衰竭，形成惡液質(cachexia)。TNF能抑制脂蛋白脂肪酶的活性，使脂肪不斷消耗，故TNF可稱惡液素(cachectin)。
表7.4兩種腫瘤壞死因子的主要性狀
| 名 稱 | TNFα | TNFβ |
| 產生細胞 | 單核巨噬細胞 | T細胞 |
| 誘生劑 | LPS，BCG等 | 抗原、絲裂原等 |
| 分子量（KD） | 3*17=51（三聚體） | 20-25 |
| 基因定位 | MHC III類基因區內 | MHC III類基因區內 |
(五)轉化生長因子(TGF-β)家族
TGF-β是調節細胞生長和分化的多肽，幾乎所有的腫瘤細胞都能分泌，在體內一些分化活躍的組織細胞也能分泌如骨髓、成骨細胞、胚肝等，此外，活化的T細胞、單核細胞、B細胞、血小板等也能分泌TGFβ。TGFβ可能是關閉免疫應答的信號，某些腫瘤細胞可能通過分泌大量的TGFβ而逃避免疫攻擊。
此外，從廿世紀80年代中期以來，發現并鑒定了一類具有趨化活性的小分子蛋白質，稱為趨化因子(chemokine)家族。根據其一級結構中N端2個半胱氨酸(C)是否有其他任一氨基酸相間，該族成員可分為C-X-C和C-C兩個亞族。IL-8是C-X-C亞族的主要代表，對中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞具有趨化作用。C-C亞族主要有巨噬細胞趨化蛋白(MCP)等，對單核巨噬細胞有趨化作用。由于該家族成員與炎癥密切相關，故亦稱前炎癥因子。
三、細胞因子的生物學功能
1.介導自然免疫、參與抗腫瘤和抗感染 如IFN，TNF等有抑制病毒增殖和瘤細胞分裂增生的作用。IFN、IL-2/LAK，TNF已用于治療某些腫瘤。
2.調節T、B細胞活化、生長和分化，介導細胞免疫和體液免疫 IL-2、IL-1、IFNγ主要起上調細胞免疫作用，IL-4起下調細胞免疫作用。上調體液免疫的細胞因子主要為IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13。
3.刺激造血生成 刺激骨髓祖細胞生長和分化為各種成熟血細胞的細胞因子有IL-3、GM-CSF、M-CSF、G-CSF、S-CSF、EPO、TPO。IL-7可促進原B細胞和前B細胞的生長與分化以及胸腺中不成熟T細胞的生長與分化。
4.在炎癥、感染和內毒素血癥中的作用 參與炎癥反應的細胞因子有IFNγ、GM-CSF、TNF、IL-5等，IL-1、IL-6、TNF為內源性致熱原。IL-8為粒細胞趨化因子，吸引中性粒細胞浸潤。胞內菌、真菌、某些有包膜病毒、原蟲感染時， TH1細胞產生的IFNγ、TNF常升高、活化MΦ引起遲發型超敏反應炎癥。瘤型麻風、中毒性細菌感染、無包膜病毒、蠕蟲病感染時，TH2細胞產生的IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等介導體液免疫效應為主。在嚴重的細菌感染引起的內毒素血癥和內毒素休克中，TNF、IL-1、IL-6、IFNγ等常明顯升高。TNF是細菌感染引起組織損傷、發熱、休克、惡液質的重要介質。
5.在超敏反應和自身免疫病中的作用 IL-4誘導IgE的產生，IL-5刺激嗜酸性粒細胞成熟，IL-3、IL-4、IL-10促進肥大細胞增殖；IFNγ抑制IL-4誘生IgE作用，二者調節IgE生成和FcεR的表達，參與Ⅰ型變態反應。TNF、IL-1、IL-6、IFNγ等參與某些自身免疫病的發生和發展。
四、細胞因子受體(cytokine receptor，CKR)的作用
細胞因子生物作用的發揮是通過激活其相應受體，導致細胞的增殖與分化或分泌某種蛋白質。CKR也起免疫調節作用，當 CKR表達異常或親和性增強或受體表達有缺陷，均可導致一些疾病的發生。
除細胞膜上有CKR外，在體液中自然存在某些可溶性細胞因子受體(sCKR)，如sIL-1R、sIL-2R、sIL-6R、sTNFR等。其產生有二種方式：膜受體脫落型與分泌型，以前者較多。大多數可溶性受體常為相應受體的抑制物，有干擾和中和相應細胞因子的作用，如sTNFR、sIL-2R等，但也有少數例外。正常人血清或尿中sCK-R量低，但患某些疾病時可增高，與病情嚴重程度密切相關。如HTLV-1型病毒所致的T細胞白血病，艾滋病，活動期SLE，肝炎以及器官移植發生排斥反應和GVHR時，血清中sIL-2R均有明顯升高。因此測定患者血清中可溶性CKR對某些疾病的輔助診斷、病情觀察和預后判斷具有一定的意義。
五、細胞因子及其受體檢測原則舉例
(一)生物學活性檢測法(詳見第18章)
常用細胞增殖法(IL-1、IL-2)，集落形成法(CSFs)，直接殺傷靶細胞法(TNF)和病毒所致的細胞病變抑制法(IFNs)等。此法優點為敏感性高，但操作較繁瑣。
(二)免疫學檢測法
選擇具有特異的單克隆抗體，用雙抗體夾心ELISA法或RIA法檢測細胞因子或其受體。此法操作較簡便，但敏感性較低。
(三)分子生物學方法
常用核酸探針技術，用同位素(或非同位素)標記的cDNA探針，用斑點雜交法、Southern或Northern印跡雜交法或聚合酶鏈(式)反應(polymerase chain reaction，PCR)檢測細胞內細胞因子DNA或mRNA。此法操作較繁，但特異性、敏感性較高。
細胞因子及其受體的測定在臨床上可作為疾病診斷、病情和療效觀察、預后判斷的指標。
