醫(yī)學(xué)免疫學(xué)課件：5 第五次 細胞因子

1、細 胞 因 子 Cytokine（p49）概述概念：研究歷史：來源：正常細胞、癌細胞、基因工程細胞因子研究歷史淋巴因子IFNIL-2IL命名IFN克隆成功LI-1IL3/4/16命名細胞因子19571968197219741975197619791981/2198519861988TNFsIL-2RIL-8IFNa2a/b上市199219941995199619972000200220032004200520072012趨化因子IL-15/TPO細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制蛋白CISIL-17CXCR4/CCR5-HIVIL-18IL-19IL-20/21/22IL-23/24/25/26/27IL-

2、28/29/IL-30/31IL-32-IL38細胞因子的分類1、白細胞介素(Interleukin, IL)2、集落刺激因子(Colony-Stimulating Factor, CSF)3、干擾素(Interferon, IFN)4、腫瘤壞死因子(Tumor-Necrosis Factor, TNF)5、趨化因子(Chemokine, CK)6、生長因子(Growth Factor, GF)1.白細胞介素(Interleukin, IL) 1979年第二屆國際淋巴因子專題討論會上命名的，將由白細胞產(chǎn)生的又在白細胞之間發(fā)揮作用的細胞因子統(tǒng)一命名為白細胞介素，正式命名的有IL-1-IL-38。

3、 Interleukin 來自inter-leukin，意指白細胞之間信使分子，中文譯為白細胞介素。白細胞介素的分類IL-1 家族：IL-1/、1Ra、 18、33IL-2 家族：IL-2、4、7、9、15、21 (共用受體鏈)IL-6 家族IL-6 、11、27、30、31 (共用gp130受體鏈)IL-10 家族IL-10、19、20、22、24、26、28A/B、29 (結(jié)構(gòu)相似)IL-12 家族 IL-12、23、 27、35、37(均為異源二聚體結(jié)構(gòu))IL-17家族：IL-17A、B、C、D、E和F集落刺激因子 IL-3、 1、 5 、 6、 11IL-8（趨化因子）其它IL： IL

4、- 13、14、16、 32、34 IL-21976發(fā)現(xiàn),1979年命名, 1983年從ConA刺激的Jurkat白血病T細胞中克隆成功1979年統(tǒng)一命名為白細胞介素2（interleukin 2，IL-2）, IL-2含有133aa，分子量為15.5kDaN端有糖基化修飾三個半胱氨酸：58、105、125位IL-2主要產(chǎn)生細胞： 主要由活化CD4+ Th1分泌,CD8+T和NK也能產(chǎn)生T細胞腫瘤細胞系:如人Jurkat和小鼠EL-4T淋巴細胞雜交瘤等IL-2受體：CD25()；CDl22()；CDl32(c) IL-2別名BF ( blastogenic factor ); EDF ( eo

5、sinophil differentiation factor ); KHF ( killer cell helper factor ); LMF ( lymphocyte mitogenic factor ); LCM factor ( lymphocyte-conditioned medium factor ) LPF ( lymphocyte proliferation factor ); MAF-C I ( macrophage-activating factor for cytotoxicity I ); PFC-EA ( plaque forming cell enhancing

6、factor ); SCIF ( secondary cytotoxic T-cell inducing factor ); TCGF ( T-cell growth factor ); TCPA ( T colony-promoting activity ); TDF ( thymocyte differentiation factor ); TMF ( thymocyte mitogenic factor ); TMF ( T-cell maturation factor ); TMF ( T-cell mitogenic factor ); TRF-3 ( T-cell replacin

7、g factor-3 ); TSF ( thymocyte stimulating factor ). Costimulator ;IL-2主要生物學(xué)活性IL-2對T細胞的作用2.集落刺激因子(Colony-Stimulating Factor, CSF) 能夠刺激多能造血干細胞和不同發(fā)育階段的造血祖細胞增殖分化，并在半固體培養(yǎng)基中形成相應(yīng)細胞集落的細胞因子。根據(jù)刺激不同造血細胞系或不同分化階段的細胞有不同的命名造血干細胞HSC髓樣干細胞淋巴樣干細胞血小板單核巨噬細胞嗜酸性粒細胞嗜堿性粒細胞T細胞B細胞中性粒細胞紅細胞NK細胞SCF / EPOTPOG-CSFM-CSFIL-3 / IL-5I

8、L-3 / IL-4IL-7 / IL-3IL-7 / IL-11IL-12 / IL-15SCFG-CSF(粒細胞集落刺激因子)1983年命名,1986年克隆成功.人G-CSF基因位于17號染色體,人類有兩種不同的G-CSF DNA,分別編碼含207和204個蛋白，有5個半胱氨酸36=42,64=74,17游離。來源多種細胞可產(chǎn)生內(nèi)毒素、TNF-、IL-1、IFN-活化單核/巨噬細胞可產(chǎn)生，刺激成纖維、內(nèi)皮細胞也可產(chǎn)生，某些腫瘤細胞可產(chǎn)生生物學(xué)活性：主要作用于中性粒細胞譜系造血細胞的增殖、分化和活化。對人粒細胞、單核細胞、成纖維細胞、平滑肌細胞等有趨化作用。臨床應(yīng)用：粒細胞減少癥 腫瘤化療引

9、起血細胞減少癥 貧血和骨髓發(fā)育異常綜合癥 3.干擾素 (Interferon,IFN) 具有干擾病毒感染和復(fù)制功能的細胞因子。 1957年從病毒感染細胞培養(yǎng)中分離到一種生物活性物質(zhì)，因它可以干擾其它病毒的復(fù)制而被命名為干擾素。干擾素的命名根據(jù)來源及對酸的耐受程度，將干擾素分成I 和 II型；I型(IFN-，IFN-)耐酸，pH2活性穩(wěn)定，其中白細胞產(chǎn)生的稱白細胞干擾素，成纖維細胞產(chǎn)生的稱成纖維干擾素；II型(IFN-)不耐酸，是抗原或有絲分裂原刺激PBMC產(chǎn)生又叫免疫干擾素；后又將其稱為IFN-，IFN-，IFN-；IFN-是異質(zhì)性的，包括14個亞型，編碼基因成串排列在9p23，產(chǎn)物高度同源。

10、10 12 g干擾素能在培養(yǎng)組織中保護一百萬個細胞免受一千萬個病毒顆粒的感染4.腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor, TNF) 1975年發(fā)現(xiàn)的一種能使腫瘤發(fā)生出血壞死的物質(zhì)，該因子對多種腫瘤細胞系具有細胞毒作用，而且在多種動物模型中可引起腫瘤壞死，將其命名為腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor， TNF）。 1984TNF的cDNA克隆成功，后來相繼克隆了該家族的多個成員，構(gòu)成了TNF超家族細胞因子。TNF超家族特征絕大多數(shù)成員為II型膜蛋白；在特異性金屬蛋白酶作用下，形成可溶形式活性形式多為同源三聚體；TNF超家族包括TNF, TRAIL, FAS

11、L等；此外，尚有一批與TNF序列同源，但缺乏誘導(dǎo)凋亡活性的TNF家族成員。TNF-:巨噬細胞產(chǎn)生；TNF-:又稱為淋巴毒素(lymphotoxin-，LT-），主要由活化T細胞產(chǎn)生；TNF-和TNF-共用受體，功能相似。骨 髓MjT 細胞B 細胞巨噬細胞中性粒細胞IL-2 IL-4 g -IFNTNF-a上調(diào)細胞因子產(chǎn)生水平（IL-2，IL-4，g -IFN，CSF） 上調(diào) IL-2 受體的表達誘導(dǎo)分化 上調(diào)抗體 產(chǎn)生數(shù)量上調(diào)前列腺素產(chǎn)生水平 上調(diào)細胞因子產(chǎn)生水平（IL-1，IL-6，IL-8，GM-CSF）趨化并活化中性粒細胞體內(nèi)刺激產(chǎn)生CSF 上調(diào)造血功能TNF-a 對 淋 巴 組 織 的

12、 作 用TNF-炎性因子：引起發(fā)熱、誘導(dǎo)急性期蛋白合成、介導(dǎo)內(nèi)毒素性休克、誘導(dǎo)細胞凋亡L-選擇素SLex整合素ICAM-1粘附內(nèi)皮細胞炎癥趨化因子 5. 趨化因子(Chemokine，CK) 趨化運動是指細胞向高濃度刺激物方向的定向運動。 根據(jù)蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)進行分類：CXC,CC,C,CX3C亞家族CK及CKR生物學(xué)功能：CXCCCSDF-1GROIL-8IP-10PF4MigMIP-1MCP-4TECKEotaxin調(diào) 節(jié) 造 血促進血管生成抑制血管生成參與器官發(fā)生CCR9T淋巴細胞性白血病CD4+ T細胞抗凋亡促進腫瘤細胞惡性增殖；結(jié)果：CXCR5正常T細胞促進凋亡參與免疫細胞更新；作用：

13、CK及CKR與T細胞：6.生長因子(Growth factor) 具有促進不同類型細胞生長效應(yīng)的細胞因子，如TGF-、FGF、EGF、VEGF、NGF、PDGF等。VEGF-AisoformsVEGF121, VEGF165, VEGF189, VEGF206，VEGF145 ，VEGF183VEGF-B； VEGF-C； VEGF-D。 VEGFR1、VEGFR2 、VEGFR3血管內(nèi)皮生長因子(VEGF) 細胞因子受體細胞因子發(fā)揮生物學(xué)功能是通過與靶細胞膜表面的受體結(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(xué)功能是必不可少的。 從細胞因子結(jié)合受

14、體開始，到某些基因轉(zhuǎn)錄的啟動，要經(jīng)歷復(fù)雜的細胞內(nèi)分子間的相互作用，這樣的作用過程稱為細胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。1.造血細胞因子受體超家族（I類）結(jié)構(gòu)特征：是細胞因子受體中最大的一個家族，多數(shù)成員屬于多亞單位受體，其中一種或兩種亞單位多肽負責(zé)結(jié)合細胞因子膜外區(qū)序列結(jié)構(gòu)相似于EpoR,即膜外N端含4個高度保守Cys,近膜側(cè)含1個Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser(WSXWS)的基序D2002.IFN受體家族(II類細胞因子受體家族)結(jié)構(gòu)特征：兩條肽鏈組成，胞外區(qū)Fn3樣結(jié)構(gòu)域由200個氨基酸殘基組成，也稱D200，并含有4個不連續(xù)的半胱氨酸，包括IFN和IL-10受體7個aa22個aaIL-10TN

15、F TNF CD40LNerve growth factor (NGF)FASL3. TNFR超家族主要包括：TNF、 Fas、 CD40、神經(jīng)生長因子受體等結(jié)構(gòu)特征： 這類受體富含半胱氨酸，在與細胞因子結(jié)合后三聚體化。胞外區(qū)有3-5個由40個氨基酸殘基組成的重復(fù)亞單位；每個重復(fù)亞單位含有4-6個保守的半胱氨酸；形成“配體結(jié)合區(qū)域。 TNFR I（P55，CD120a）：胞內(nèi)同源序列即“死亡結(jié)構(gòu)域”TNFR II（P75，CD120b）不含死亡結(jié)構(gòu)域 4. 趨化因子受體（ GPCRs，G-protein coupled receptors ） 屬于7次跨膜受體超家族，胞內(nèi)環(huán)狀結(jié)構(gòu)與Gi/Go蛋

16、白偶聯(lián)胞外細胞膜 細胞質(zhì)COOHNH2G 蛋白 CKR分類1、根據(jù)結(jié)合配體的不同，分為CXCR， CCR， XCR, CX3CR；2、根據(jù)特異性不同，分為特異性受體、共享性受體、雜合性受體（DARC：Duffy血型抗原，紅細胞趨化因子受體）、孤兒受體、病毒受體等。CC類趨化因子CC類趨化因子前兩個 Cys相鄰排列大部分染色體定位于17q11.2 嗜酸性粒 細胞嗜堿性粒細胞 單核/巨噬 細胞淋巴細胞CCL2/MCP-1CCL3/MIP-1CCL5/RANTESCCL11/EotaxinCXC類趨化因子前兩個Cys之間含有一個其他的殘基 染色體主要定位于4q12-q13或4q21.21 CXCL8

17、/IL-8CXCL4/PF4CXCL1/GROCXCL10/IP-10ELR-CXC non-ELR-CXC ELR? 血管生長因子，直接作用于內(nèi)皮細胞促進血管生成。 抑制血管生長的因子,能抑制ELR-CXC誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞趨化。 淋巴細胞內(nèi)皮細胞中性粒細胞C類趨化因子 CX3C 類趨化因子 N端前兩個半胱氨酸之間含有其他3個氨基酸殘基 染色體主要定位于16q13 T淋巴細胞單核細胞NK細胞Fractalkine 膜結(jié)合型分泌型介導(dǎo)細胞間的粘附，并傳遞活化信號行使細胞趨化功能 N端只含兩個半胱氨酸 染色體主要定位于1q23 T細胞骨髓細胞XCL1/LymphotactinXCL2/SCM-1 C

18、XCR4和CCR5是HIV感染的共受體 CXCR4與CCR5是HIV感染靶細胞的共受體HIV世界第一治愈人蒂莫西雷-布朗，一名居住在德國柏林的美國翻譯。1995年：血液中攜帶HIV病毒。2006年：白血病。 化療/干細胞移植。主治醫(yī)生迪爾同時思考著艾滋病治愈的可能。 HIV/CD4/CCR5 迪爾的設(shè)想 為了實現(xiàn)這樣的天方夜譚，迪爾醫(yī)生在全世界找到了232名志愿者，他們的骨髓可以與布朗匹配。隨后，對他們進行基因檢測，試圖尋找特定的突變。迪爾醫(yī)生的實驗室將支付這筆40美金/人的檢測費用。尋找骨髓源的過程中，上天對布朗表現(xiàn)出更多的是仁慈。第61位捐獻者帶來了福音。找到合適的骨髓源后，他在醫(yī)院中接受

19、了兩次骨髓干細胞移植手術(shù)。這一次，布朗的命運豁然轉(zhuǎn)折，使他成為了千萬分之一的幸運兒。移植的干細胞在布朗體內(nèi)發(fā)揮了應(yīng)有的作用，源源不斷地產(chǎn)生新細胞，重建起具有CCR5受體缺失的免疫系統(tǒng)。這意味著，HIV病毒在他體內(nèi)漸漸走投無路。2010年，布朗體內(nèi)的HIV病毒已被徹底清除，他成為了艾滋病根治的第一人。這是人類戰(zhàn)勝艾滋病的首個案例，打破了“艾滋病不可治愈”的神話。盡管這項成功難以復(fù)制，它仍為艾滋病研究帶來了希望和信心。布朗也因此成為了醫(yī)學(xué)界的明星人物。 （二）細胞因子受體的幾個特點1.細胞因子受體共用鏈 兩個或更多細胞因子受體亞單位組成異聚或多聚體形式，包括特異性配體結(jié)合鏈和一個參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈。I

20、L-2受體IL-2受體家族gp130參與造血因子受體家族高親和力受體形成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，不直接參與配體結(jié)合細胞因子受體共用鏈的意義節(jié)約；細胞因子功能替代；共用鏈缺失或功能缺陷，將引起嚴(yán)重后果，如IL-2R亞家族的 鏈缺陷，將引起SCID。gC突變導(dǎo)致T細胞發(fā)育障礙2.可溶性細胞因子受體(sCKR)產(chǎn)生方式：大部分為膜受體脫落，如SIL-1R、SIL -2R、sTNFR、sIFNrR、sGM-CSFR、sIL-5R、sIL-6R等小部分為分泌型，如sIL-4R、sG-CSFR、sIL-5R、sIL-6R生物學(xué)活性：膜受體正常代謝途徑 膜受體相應(yīng)配體“競爭抑制劑” sCKR與臨床：檢測：sIL-2R：

21、惡性腫瘤、自身免疫性疾病、病毒感染與其他傳染性疾病、移植排斥反應(yīng)等sIL-6R：炎癥與自身免疫性疾病、感染性疾病、腫瘤和白血病等sTNFR： 炎癥與自身免疫性疾病、感染性疾病、腫瘤和白血病、骨髓移植等治療： 大多數(shù)sCKR與細胞因子結(jié)合后阻斷細胞因子與膜受體結(jié)合，從而抑制細胞因子的生物學(xué)活性。應(yīng)用sCKR為減輕或防止細胞因子造成的病理損害提供了新的治療途經(jīng)。細胞因子受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞因子受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要利用2個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：JAK(Janus kinase)-STATRasMAPK激酶途徑細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路細胞因子結(jié)構(gòu)與功能特點結(jié)構(gòu)：同源性低，小分子蛋白，多為單鏈，少為雙鏈、三聚體（TNF

22、）、多含糖基量微而活性強（pmol/L）細胞因子作用特點旁分泌或自分泌，瞬時、距離范圍??；通過與相應(yīng)受體結(jié)合發(fā)揮作用；細胞因子誘導(dǎo)的受體亞單位聚合可以活化蛋白酪氨酸激酶(JAK),導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子STAT酪氨酸磷酸化而激活靶基因轉(zhuǎn)錄；多效性、重疊性、拮抗性、協(xié)同性、網(wǎng)絡(luò)性；生理調(diào)節(jié)、病理反應(yīng)。54細胞因子間可相互誘生： IL-1能誘生IFN、IL-1、IL-2、IL-4等， IL-2能誘生TNF、IL-2、LT等。細胞因子可調(diào)節(jié)細胞因子受體的表達： IL-1、IL-5、IL-6等可促進IL-2受體的表達； IL-1能降低TNF受體的密度。 B細胞和T細胞活化過程中，常需要兩種以上細胞 因子的協(xié)同作

23、用或彼此調(diào)節(jié)。自分泌內(nèi)分泌遠距離作用旁分泌作用于比鄰細胞作用于分泌細胞自身細胞因子分泌的方式血液循環(huán) 多效性重疊性（豐裕性）協(xié)同性拮抗性TH1MjIL- 4 骨髓基質(zhì)細胞IL-1 IL-6 IL-7 SCF 造血干細胞IL-1 IL-6 IL-11 TNF-a GM-CSF G-CMF M-CSF單核細胞TH2B中性粒細胞嗜酸性粒細胞IL-1 IL-8 TNF-aIL-1 TNF-aIL-10 IL- 4IL- 4 IL-6 IL-10 IL-13 IL-4 TGF-bIL-4 IL-5 IL-6 IL-13 IL-10 TGF-bIL-4IL-4內(nèi)皮細胞IL-4TcIL-4IL-2 IFN-

24、gIL-10 IL-13 IL-4 NK1+T NK 細胞IFN-gIL-2IL-2 IFN-gIL-2IL-2 IL-12G-CMF IFN-g GM-CSF IL-12IL-1 TNF-a TGF-b PDGF FGF M-CSF GM-CSF 內(nèi)皮細胞纖維母細胞下 丘 腦IL-1 TNF-aM-CSF GM-CSF IL-1 IL-6 TNF-aIL- 4IL- 6IL- 4細胞因子的作用具有網(wǎng)絡(luò)性 細胞因子的免疫學(xué)功能1、調(diào)控免疫細胞的發(fā)育、分化和功能1）調(diào)控在中樞的發(fā)育、分化IL-7、CXCL12、SCF、IL-3、G-CSF、IL-15、EPO、TPO、IL-11。2）調(diào)控在外周發(fā)

25、育、分化、活化和功能IL-4/5/6/13-B細胞IL-4-IgG1、IgE;TGF-/IL-5-IgA;IL-2/7/18-T細胞活化、增殖；IL-12/IFN-Th1IL-4-Th2TGF-TregTGF-/IL-6/23-Th17;IL-2/6/IFN-CTL;2、調(diào)控機體的免疫應(yīng)答1）抗感染（細菌和病毒）2）腫瘤促進/抑制腫瘤的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移刺激造血細胞增埴分化3）誘導(dǎo)細胞凋亡4）其它：促進血管生成、參與炎癥反應(yīng)、各種細胞的生長和分化、細胞因子佐劑。細胞因子與臨床 （一）細胞因子與疾?。?、細胞因子風(fēng)暴（cytokine storm),高細胞因子血癥；2、致熱與炎癥病理損傷；3、腫瘤的

26、發(fā)生與逃逸；4、免疫系統(tǒng)相關(guān)疾病。固有免疫與禽流感（二）細胞因子的檢測 用于判斷機體免疫功能，進行疾病輔助診斷，判斷病程，預(yù)后，評價治療效果 細胞因子檢測常用方法生物活性檢測法(biossay)-檢測細胞因子的生物學(xué)活性免疫學(xué)檢測法(immnuossay)-檢測細胞因子蛋白質(zhì)的抗原特性分子生物學(xué)檢測法-檢測細胞因子的mRNA表達芯片檢測：基因、mRNA、蛋白水平生物活性檢測法增殖實驗：應(yīng)用某一細胞因子能特異刺激或抑制某些指示細胞的增殖,通過3HTdR攝入,MTT,反應(yīng)待測細胞因子的活性水平;集落形成實驗：半固體培養(yǎng)系統(tǒng),造血因子集落刺激因子誘導(dǎo)干細胞形成某一或某些種類的集落.直接殺傷靶細胞：3HTdR、51Cr釋放法抗病毒活性：干擾素抑制病毒致病變的程度,計算樣品中IFN的活性單位凋亡實