第5章 細胞因子

1、第五章 細胞因子 （Cytokines ）,第一節(jié) 細胞因子的概述,一、細胞因子的概念,機體的免疫細胞和非免疫細胞能合成和分泌小分子的多肽類因子，它們能調(diào)節(jié)多種細胞生理功能，稱為細胞因子（Cytokines）。細胞因子包括淋巴細胞產(chǎn)生的淋巴因子（lymphokines）和單核巨噬細胞產(chǎn)生的單核因子（monokines）等。 研究細胞因子有助于闡明分子水平的免疫調(diào)節(jié)機制，有助于疾病的預防、診斷和治療，特別是利用細胞因子治療腫瘤、感染、造血功能障礙以及自身免疫病等已收到初步療效，具有非常廣闊的應用前景。,二、細胞因子的種類,白細胞介素（interleukin，IL）,將介導白細胞間相互作用的一些細

2、胞因子命名白細胞介素（IL）。許多IL不僅介導白細胞相互作用，還參與其它細胞的相互作用，如：造血干細胞，血管內(nèi)皮細胞，纖維母細胞，神經(jīng)細胞，成骨和破骨細胞的相互作用。目前已發(fā)現(xiàn)IL-1，IL-2，IL-318，有20種以上。,白細胞介素的主要作用是：,促使T和B細胞增殖和分化 增強NK細胞以及單核細胞的殺傷活性 刺激造血細胞參與炎癥反應 誘導抗體的產(chǎn)生 促進血小板的生成等,集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）,一些細胞因子可刺激不同的造血干細胞在半固體培養(yǎng)基中形成細胞集落，被稱為集落刺激因子（CSF），按其作用范圍分為：粒細胞CSF（G-CSF），巨噬細胞

3、CSF（M-CSF），粒細胞和巨噬細胞CSF（GM-CSF）和多集落刺激因子（multi-CSF，IL-3）等。,集落刺激因子,廣義上，凡是刺激造血細胞的細胞因子都可以統(tǒng)稱為CSF，如刺激紅細胞的紅細胞生成素 (erythropoietin, EPO)，刺激造血干細胞的干細胞因子 (stem cell factor, SCF)，刺激胚胎干細胞的白血病抑制因子 (leukemia inhibitory factor, LIF),干擾素（interferon，IFN）,IFN是最先發(fā)現(xiàn)的細胞因子，早在1957年，Issacs等人發(fā)現(xiàn)病毒感染的細胞產(chǎn)生一種因子，可抵抗病毒的感染，干擾病毒的復制，因而

4、命名為干擾素。,根據(jù)其來源和結構，可將IFN分為IFN-，IFN-，IFN-它們分別由白細胞，纖維細胞和活化T細胞產(chǎn)生。,干擾素的結構（interferon, IFN）,干擾素,IFN除有抗病毒作用外，還有抗腫瘤，免疫調(diào)節(jié)，控制細胞增殖及引起發(fā)熱等作用。,腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF）,TNF是一類能直接造成腫瘤細胞死亡的細胞因子，分為兩種：TNF-和TNF-，前者由單核巨噬細胞產(chǎn)生，又稱惡液質(zhì)素(cachectin)，后者由活化的T細胞產(chǎn)生，又稱淋巴毒素(lymphotoxin)。,淋巴因子（lymphokine）,由活化的淋巴細胞產(chǎn)生的細胞因子，都可稱

5、為淋巴因子。如IL-2, 3, 4, 5 , 6, 9, 10, 11, 12, 13, TNF-，IFN-等均為淋巴因子。,單核因子（monokine）,由單核巨噬細胞產(chǎn)生的細胞因子統(tǒng)稱單核因子。如IL-1,6,8, TNF-，IFN-等均為單核因子。,三、細胞因子的作用特點,作用特點：,天然細胞因子是由細胞產(chǎn)生的 正常的靜息或休止狀態(tài)的細胞必須經(jīng)過激活后，才能合成分泌細胞因子，細胞被激活后6-8h出現(xiàn)，24-72小時達到最高。,細胞因子的產(chǎn)生和作用具有多向性 單一刺激如抗原，絲裂原，病毒感染等可使同一種細胞分泌多種因子，而一種細胞因子可由多種不同類型的細胞產(chǎn)生。,作用特點：,細胞因子的合成

6、和分泌是一種自我調(diào)控的過程。 細胞因子是低分子量分泌型蛋白質(zhì)（15-30KD之間）。 細胞因子需與靶細胞上的高親和力受體特異結合后，才發(fā)揮生物學效應。 細胞因子具有極強的生物學效應，在pmol(10-12M)水平就能發(fā)揮顯著的生物學效應。,作用特點：,單一細胞因子具有多種生物學活性，多種細胞因子也常具有某些相同的生物學活性。 主要參與免疫反應和炎癥反應。 以非特異性方式發(fā)揮生物學作用且不受MHC限制。 某種細胞因子對靶細胞作用的強弱取決于細胞因子的局部濃度，靶細胞的類型，和同時發(fā)揮作用的其它因素。,作用特點：,天然細胞因子大多是在近距離發(fā)揮局部作用。 細胞因子的作用并不是孤立存在的，它們之間通

7、過合成分泌的相互調(diào)節(jié)，受體表達的相互調(diào)控，生物學效應的相互影響而組成細胞因子網(wǎng)絡。,第二節(jié) 細胞因子的結構及其受體,細胞因子的結構,不同細胞因子之間在結構上有很大差異，多數(shù)細胞因子為小分子多肽，分子量不超過60KD。 絕大多數(shù)因子帶有糖基，糖基多與細胞因子的生物活性無關，可能起延長細胞因子體內(nèi)半衰期的作用。,GM-CSF,EPO,IFN-,細胞因子的受體,細胞因子都是通過與靶細胞表面高親合力的特異性受體結合，結合后才能發(fā)揮其生物學效應的。 作為膜表面受體 分為3個功能區(qū)， 膜外區(qū) 跨膜區(qū) 膜內(nèi)區(qū),細胞因子的受體,按細胞因子受體膜外區(qū)的氨基酸序列的不同，可將其主要分為三個受體家族： 造血生長因子

8、受體家族 Ig超家族 干擾素受體超家族,干擾素受體,IFNAR1 and IFNAR2,干擾素受體由和亞單位組成，干擾素與其受體結合后才能發(fā)揮作用。,干擾素與受體結合后，激活信號通路中的酶和蛋白，啟動抗病毒基因的轉(zhuǎn)錄和表達。,STAT:信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子,ISRE:干擾素刺激反應元件,干擾素激活的信號通路,依賴dsRNA的蛋白激酶（PKR） 抑制病毒蛋白翻譯 2-5腺苷酸合成酶（ 2-5 AS） 降解病毒核酸 MxA蛋白 通過干擾病毒核衣殼的轉(zhuǎn)運而抑制病毒的復制,干擾素的抗病毒機理,第三節(jié) 細胞因子的生物學活性,細胞因子具有廣泛的生物學活性，能促進靶細胞的增殖和分化，增強抗感染和細胞殺傷效

9、應，促進或抑制其它細胞因子和膜分子的表達，促進炎癥過程，影響細胞代謝等。,一、免疫細胞的調(diào)節(jié)劑,細胞因子是傳遞這種調(diào)節(jié)信號必不可少的信息分子，許多免疫細胞可以通過分泌細胞因子產(chǎn)生調(diào)節(jié)單核巨噬細胞的功能和自身調(diào)節(jié)功能。,二、免疫效應分子,在免疫細胞針對抗原行使免疫效應功能時，細胞因子是其中重要效應分子之一。 與抗體和補體的免疫效應分子相比，細胞因子的免疫效應功能特點是作用強，持續(xù)時間短，主要為非抗原特異性作用，參與細胞免疫功能。 在抗腫瘤，抗細胞內(nèi)寄生感染，移植排斥等功能中起重要作用 。,例如：,TNF 和INF-可直接造成腫瘤細胞的凋零（apoptosis），使瘤細胞DNA斷裂，細胞萎縮死亡。

10、,干擾素、可干擾各種病毒在細胞內(nèi)的復制，從而防止病毒擴散。,白血病抑制因子(LIF)可直接作用于某些髓性白血病細胞，使其分化為單核細胞，喪失惡性增殖特性。,三、造血細胞刺激劑,可明顯刺激造血細胞集落的大小和數(shù)量。,四、炎癥反應的促進劑,炎癥是機體對外來刺激產(chǎn)生的一種病理反應過程，癥狀表現(xiàn)為局部的紅腫熱痛，病理檢查可發(fā)現(xiàn)有大量炎癥細胞，如粒細胞，巨噬細胞的局部浸潤和組織壞死，在這一過程中，一些細胞因子起到重要的促進作用。,.,如IL-1，IL-6，IL-8，TNF-等可促進炎癥細胞的聚集、活化和炎癥介質(zhì)的釋放，可直接刺激發(fā)熱中樞引起全身發(fā)燒，加重炎癥。,肺炎,五、其它生物學活性,許多細胞因子除參

11、與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效應功能外，還參與非免疫系統(tǒng)的一些功能。例如，IL-8具有促進新生血管形成的作用，M-CSF可降低血膽固醇。IL-1刺激破骨細胞，致骨細胞的生長等。,第四節(jié) 細胞因子的臨床意義,一、細胞因子與疾病,細胞因子及其受體的缺陷 細胞因子表達過高 可溶性細胞因子受體水平升高,細胞因子及其受體的缺陷,如人類免疫缺陷病毒（HIV）感染并破壞TH后，可導致TM細胞產(chǎn)生的各種細胞因子缺陷，免疫功能全面下降，從而表現(xiàn)出獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）的一系列癥狀。,細胞因子表達過高,在炎癥，自身免疫病，變態(tài)反應，休克等疾病時，某些細胞因子的表達量可成百上千倍地增加，而這些細胞因子均可促進炎癥過程

12、，使病情加重，應用細胞因子的抑制劑有可能治療這類炎癥性細胞因子水平升高的疾病。,可溶性細胞因子受體水平升高,細胞因子受體從細胞膜上脫落下來，存在于體液和血清中，使可溶性細胞因子受體水平升高。這類分子可能結合細胞因子，使其不再與膜表面受體結合，因而封閉了細胞因子的功能。,二、細胞因子與治療（cytokine therapy）,目前利用基因工程技術生產(chǎn)重組細胞因子，作為生物應答調(diào)節(jié)劑（BRM）治療腫瘤，造血障礙，感染等已收到良好療效，成為新一代的藥物。,細胞因子補充和添加療法,IFN：IFN主要用于治療病毒性感染和腫瘤。對病毒性肝炎，皰疹性角膜炎，帶狀皰疹，慢性宮頸炎等有較好療效。 IL-2：目前

13、多將IL-2與其他藥物合用治療實體腫瘤，對腎細胞瘤，黑色素瘤，非何杰金淋巴瘤，結腸直腸癌有較顯著的療效。 TNF：局部應用，全身應用副作用嚴重。 CSF：用于各種粒細胞低下患者，如化療后的輔助治療。,細胞因子阻斷和拮抗療法,其基本原理是抑制細胞因子的產(chǎn)生和阻斷細胞因子與其相應受體的結合及受體的信號傳導過程，使細胞因子的病理性作用難以發(fā)揮，該療法適用于自身免疫疾病，移植排斥反應，感染性休克等的治療。,細胞因子合成抑制劑：環(huán)孢素（CsA）和他克莫司（FK506）的廣泛應用推動了各種器官移植的迅速發(fā)展。 該類藥物能夠抑制免疫系統(tǒng)的活躍。,IC50 SP-7: 8.90 g FY-7: 3.22 g,

14、SP-7：SLSPGLP(No.26) FY-7：FSAPVRY (No.35),受體結合抑制實驗,三、細胞因子的檢測,細胞因子檢測是判斷機體免疫功能的一個重要指標，在疾病的診斷，病程觀察，療效判斷及細胞因子治療監(jiān)測方面有重要意義。,目前的檢測方法：,依賴性細胞株 一些腫瘤細胞株必須依賴于細胞因子方能在體外增殖，因而可利用這些依賴細胞檢測相應的細胞因子。 功能檢測 利用一些細胞因子的功能，建立相應的活性測定方法。 免疫測定 利用抗原抗體反應的原理，制備出抗細胞因子的單克隆抗體或多克隆抗體，可進行免疫檢測。,目前的檢測方法：,功能測定與抗體抑制 所用的抗細胞因子抗體必須是具有中和活性的抗體。 分

15、子雜交技術 制備出細胞因子的基因探針，通過分子雜交技術檢測細胞內(nèi)細胞因子mRNA的表達。 多聚酶鏈反應技術（PCR） 首先將細胞因子產(chǎn)生細胞的RNA提取出來，再經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA，以cDNA為模板，在細胞因子引物的引導下，即可進行PCR擴增。,免疫學相關的生物高技術,細胞因子制品 體細胞治療基因治療,細胞因子制品,細胞因子是一組多肽或低分子量蛋白質(zhì)，包括干擾素（IFN）、白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子（TNF）、集落刺激因子（CSF）、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）等。 它們與靶細胞特異受體結合，調(diào)整細胞增殖、分化和功能活性，在神經(jīng)內(nèi)分泌、免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中起重要作用。,干擾素（IFN）,IFN分、三

16、型，并有多種亞型，進入臨床的重組產(chǎn)品已有11個。IFN對病毒有直接殺傷作用，影響癌基因表達，抑制癌細胞分裂、增殖和轉(zhuǎn)移。 治療毛細胞白血病、原發(fā)性血小板增多癥和慢性髓細胞白血病等效果較好。 近來FDA批準IFN-2b用于慢性丙型、乙型肝炎，有效率40%50%，受到歡迎。近2年日本年銷售額增到12億16億美元。,干擾素,常見副作用有一過性發(fā)熱、寒戰(zhàn)、體重下降、肌肉酸痛，有報道可誘發(fā)狼瘡樣自身免疫病。劑量在500萬1000萬U，幾乎所有患者都有輕度副反應，約5%患者不得不停止治療，基因工程IFN副作用少、活性強，國產(chǎn)-1bIFN、-2bIFN已經(jīng)上市，副作用較小。,白細胞介素（IL）,IL 可作為

17、免疫刺激劑，有抗腫瘤作用，但臨床試驗為數(shù)有限，目前已發(fā)現(xiàn)IL122，IL1-18是用傳統(tǒng)方法發(fā)現(xiàn)的，其中IL-1、2、4、5有抑制腫瘤活性作用。 IL-2治療惡性黑色素瘤和腎細胞癌有效，盡管有嚴重的副作用，但終因可使15%腎癌縮小、4%消失而在美國獲準。 IL-3增加惡性腫瘤及骨髓抑制患者的白細胞和血小板數(shù)量。 IL-12是NK細胞活性刺激因子，IL-13可能有抗癌、抗炎及抗HIV活性。,白細胞介素,現(xiàn)正以IL-2為原型開發(fā)類似物治療癌癥和難治的慢性傳染病。 IL拮抗物、IL-毒素絡合物，可溶性IL受體的研究將提供新的免疫抑制劑，治療移植排斥、自身免疫病和變態(tài)反應。,腫瘤壞死因子（TNF）,T

18、NF 由巨噬細胞產(chǎn)生的，對瘤細胞有殺傷作用而對正常細胞無細胞毒作用的因子。它直接抑制癌細胞增殖，引起細胞壞死，并損傷腫瘤血管。 動物實驗對肉瘤、腺瘤有效，并對化療、熱療有協(xié)同作用，引起國內(nèi)外重視。但療效并不滿意，加大劑量則損傷肝臟和引起低血壓。 有人探索與其它藥物合用，或內(nèi)、外源性TNF合用取得一定效果，也有用分子生物學技術研制變型TNF，以增強抗瘤作用，降低副作用。,集落刺激因子（CSF）,CSF 有G-CSF和GM-CSF，是來源于巨噬細胞、內(nèi)皮細胞等的糖蛋白，刺激粒細胞系的祖細胞增殖、分化和活化，使之成為成熟的中性粒細胞。 具有以下三種作用： 動員骨髓中中性粒細胞移行至外周血中。 促進骨

19、髓中性粒細胞前體分化和增殖。 增強中性粒細胞的功能。其中以第二種作用最為重要。,集落刺激因子,單用或與其他造血生長因子合用治療多種疾病如再障、重癥感染、燒傷、AIDS以及單用或與抗生素合用預防術前術后感染都可能是前景良好的新療法。而且人體對CSF有良好的耐受性。 目前癌癥患者中進行的II期研究已表明，患者接受治療后，其中性粒細胞減少的持續(xù)時間縮短了46倍。如在化療的同時輔以CSF治療使中性粒細胞從化療時最低水平迅速恢復到正常水平。,集落刺激因子,GM-CSF和IL-3促進造血作用相似，作用時相互補，有人將二者的cDNA連接，產(chǎn)生融合分子，活性大為提高。 CSF另一重要作用即為抗感染。用之預防可

20、使動物的存活率達100%。和抗生素配伍用可使感染動物3d存活率達91%，而單用抗生素其存活率僅為28%。,體細胞治療制品,體細胞治療,體細胞治療：應用人的自體、異體或異種細胞，經(jīng)體外操作后回輸或植入體內(nèi)。體外操作包括細胞的傳代、擴增、篩選或其它改變細胞生物學行為的處理。,這些細胞制品主要用于： 細胞的輸入或植入，旨在體內(nèi)釋放某些因子，如酶、細胞因子、凝血因子等。 輸入激活的淋巴細胞，如淋巴因子激活的殺傷細胞（LAK細胞）或腫瘤浸潤淋巴細胞（TIL），以期殺傷腫瘤細胞。 植入經(jīng)體外操作的細胞群，如肝細胞、肌細胞、胰島細胞、在體內(nèi)發(fā)揮生物學作用。,體細胞治療,目前以細胞轉(zhuǎn)移治療報道較多，從患者身上取出免疫系統(tǒng)細胞，用細胞因子（常用IL-2）刺激，以提高天然細胞毒活性，再將它們與細胞因子共同輸回患者體內(nèi)。 已知抗腫瘤作用的細胞群有LAK細胞、腫瘤抗原特異性殺傷細胞（CTL）、NK細胞等。輸入LAK細胞并繼續(xù)給予IL-2，在臨床上看到抗腫瘤效果。從胰腺癌腹水中分離CTL細胞，用自身腫瘤細胞刺激，建立針對自身腫瘤特異性的CTL細胞克隆，對瘤細胞有殺傷活性。,基因治療制品,基因治療,基因治療指改變?nèi)嘶罴毎z傳物質(zhì)的治療方法。按基因?qū)肴梭w的途徑分兩大類： 直接法：即將外源性功能基因以逆轉(zhuǎn)錄病毒、質(zhì)粒載體或脂質(zhì)體類