第四节细胞因子与临床(

第四节　细胞因子与临床(Clinical Application of Cytokines)

一、细胞因子的临床应用

1.重组细胞因子用于治疗各种疾病，如肿瘤、感染、造血功能障碍等(表6-1，表6-2)。

2.细胞因子抑制剂用于治疗炎症、自身免疫病、移植排斥、休克等(表6-3)。

3.细胞因子检测用于判断机体免疫功能，进行疾病的辅助诊断，判断病程，预后，评价治疗效果。

4.重组细胞因子可作为佐剂与疫苗共用，预防感染性疾病。

5.细胞因子基因治疗(表6-4)。

表6-1　已批准上市的细胞因子基因工程药物

表6-2　正进行临床实验的细胞因子基因工程药物

表6-3　进入临床实验的细胞因子抑制剂

续表

二、细胞因子的研究热点

目前细胞因子的研究主要热点包括：新细胞因子的基因克隆化；细胞因子受体的基因克隆化；细胞因子信号转导机制；新一代细胞因子：高活性，多功能，低毒副作用，长半衰期，高稳定性；细胞因子作为生物应答调节剂(BRM)的临床应用；细胞因子表达调控；和细胞因子基因治疗。表6-4介绍了一些进入临床实验的细胞因子。

表6-4　进入临床实验的细胞因子基因治疗

续表

附：代表性细胞因子(Representative Cytokines)

一、白细胞介素(Interleukins)

在对免疫应答的研究过程中，在丝裂原刺激的细胞培养上清液中发现了许多具有生物活性的分子，研究者各以自己测得的活性进行命名，十几年报道了近百种因子。后来借助分子生物学技术进行比较研究发现，以往许多以生物活性命名的因子实际上是具有多效性的同一物质。为了避免命名的混乱，1979年第二届国际淋巴因子专题会议将免疫应答过程中白细胞间相互作用的细胞因子统一命名为白细胞介素(interleukin，IL)，在名称后加阿拉伯数字编号以示区别，例如IL-1、IL-2……新确定的因子依次命名。只有取得自行克隆化的基因、明确产物的性质和活性才能得到国际会议的认可。

白细胞介素是非常重要的细胞因子家族，现在得到承认的成员已达33个；它们在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥重要作用，此外它们还参与机体的多种生理及病理反应。下面重点介绍IL-1～IL-18的主要生物学功能。

1.白细胞介素1(Interluekin 1，IL-1)

IL-1主要由巨噬细胞产生，此外几乎所有的有核细胞，如B细胞、NK细胞、体外培养的T细胞、角质细胞、树突状细胞、星形细胞、成纤维细胞、中性粒细胞、内皮细胞以及平滑肌细胞均可产生IL-1。正常情况下只有皮肤、汗液和尿液中含有一定量的IL-1，绝大多数细胞在受到外来抗原或丝裂原刺激后才能合成和分泌IL-1。IL-1有两种不同的分子形式，一种称IL-1α，由159个氨基酸组成；另一种称为IL-1β，含153个氨基酸；两者由不同的基因分别编码。虽其氨基酸顺序仅有26%的同源性，然而IL-1α和IL-1β以同样的亲和力结合于相同的细胞表面受体，发挥相同的生物学作用。

2.白细胞介素2(interluekin 2，IL-2)

IL-2主要由Th1细胞(特别是CD4⁺T细胞)受抗原或丝裂原刺激后合成；B细胞、NK细胞及单核-巨噬细胞亦能产生IL-2。IL-2分子量为15kU，是含有113个氨基酸残基的糖蛋白，在人类由第4号染色体上的一个基因编码。IL-2具有一定的种属特异性，人类细胞只对灵长类来源的IL-2起反应，而几乎所有种属动物的细胞均对人的IL-2敏感。

IL-2的生物学作用包括：

(1)刺激T细胞生长：各种刺激物活化的T细胞一般不能在体外培养中长期存活，加入IL-2则能使其长期持续增殖，因此IL-2曾被命名为T细胞生长因子(T cell growth factor，TCGF)。

(2)诱导细胞毒作用：

①接受了预刺激信号的CD8⁺T细胞可以受IL-2的作用活化为CTL，发挥细胞毒作用；在一定条件下，CD4⁺T细胞也可受IL-2的诱导而具有杀伤作用。

②NK细胞是惟一正常情况下表达IL-2R的淋巴样细胞，因此始终对IL-2保持反应性。然而静止的NK细胞上只表达IL-2R的β链和γ链，对IL-2的亲和力低，只能对高浓度的IL-2发生反应。一旦NK细胞活化，就表达IL-2R的α链，成为高亲和力的受体；大剂量IL-2诱导的LAK活性主要为NK细胞。

③使T细胞作用于NK细胞产生IFN-γ、TNF-β和TGF-β等因子，促进产生非特异性细胞毒素；还可诱导产生某些B细胞生长因子以及造血生长因子等，从而发挥相应的生物学作用。

(3)对B细胞的作用：IL-2对B细胞的生长及分化均有一定的促进作用。活化的或恶变的B细胞表面表达高亲和力IL-2R，但是密度较低；较高密度的IL-2可诱导B细胞生长繁殖，促进抗体分泌，并诱使B细胞由分泌IgM向分泌IgG2转换。

(4)对巨噬细胞的作用：人类单核-巨噬细胞表面在正常时有少量IL-2Rβ链的表达，但是受到IL-2、IFN-γ或其他活化因子作用后，可表达高亲和力IL-2R。单核-巨噬细胞受到IL-2的持续作用后，其抗原提呈能力、杀菌力、细胞毒性均明显增强，分泌某些细胞因子的能力也得到加强。

由于IL-2能诱导和增强细胞毒活性，目前应用IL-2治疗某些疾病，特别是对肿瘤治疗的研究得到了广泛开展，单独使用IL-2或与淋巴因子-激活的杀伤细胞(lymphokine-activated killer cells，LAK)等联合使用治疗肿瘤取得了一定的疗效；还可望用于病毒感染、免疫缺陷病及自身免疫病的治疗。

但IL-2的副作用也日益引起人们的注意：IL-2可引起发热、呕吐等一般症状，还可导致水盐代谢紊乱和肾、肝、心、肺等功能异常；最常见、最严重的是毛细血管渗漏综合征，使患者不得不终止治疗。IL-2的副作用常与IL-2的剂量及用药时间相关，停止用药后症状多迅速减轻或消失。IL-2引起副作用的机制是多方面的，但主要是间接性的，即IL-2诱导产生的某些因子或杀伤性细胞起着重要作用；现已知LAK细胞可通过溶解血管内组织而导致多种副作用。给予适当药物(如吲哚美辛、哌替啶、对乙酰基氨酚等)、采取联合用药、改进给药方式(如少量多次短时间输注)和给药途径(如改全身用药为肿瘤局部用药)等将有效地减轻不良反应。

3.白细胞介素3(interluekin 3，IL-3)

IL-3又称为多能集落刺激因子(multipotential colony stimulating factor，multi-CSF)，主要由活化的CD4⁺T细胞产生。其主要作用为促进骨髓中多能造血干细胞的定向分化与增殖，产生各种类型的血细胞。此外IL-3还可调节多种成熟细胞的生长、分化及相关的基因表达，如原癌基因c-myc、IL-2Rα基因等。IL-3分子量约为15kU，其化学本质为糖蛋白。人类的IL-3基因位于第5号染色体长臂区，1987年人IL-3克隆成功，并产生重组IL-3。由于IL-3对早期阶段造血细胞的作用较广，可望用于放疗或化疗后患者的骨髓重建。

4.白细胞介素4(interluekin 4，IL-4)

IL-4由抗原或丝裂原刺激的CD4⁺T细胞产生，活化的肥大细胞亦可产生IL-4。人和小鼠的IL-4cDNA均已克隆成功，并获得了相应的重组产品。人IL-4基因与IL-3、IL-5一样，位于第5号染色体上。成熟IL-4为分子量18～19kU的糖蛋白。

IL-4的生物学活性包括以下几个方面：①促使抗原或丝裂原活化的B细胞分裂增殖，但其作用远弱于IL-2；然而IL-4能促使静止的B细胞表达MHCⅡ类分子，增强B细胞的抗原提呈能力，因此曾称为B细胞刺激因子。IL-4是Ig重链基因类转换的主要调节因子，能促使B细胞表达和分泌IgE。此外，IL-4还能诱导B细胞表达低亲和力Fc受体。②像IL-2一样，IL-4也是CD4⁺T细胞的自分泌性生长因子；此外，IL-4还能促进Tc细胞的活性。③IL-4不能刺激巨噬细胞增殖，但可增强巨噬细胞的功能；巨噬细胞受刺激后Ⅱ类抗原和FcγR的表达量均明显增加；同时巨噬细胞提呈抗原的能力及对肿瘤细胞的细胞毒素作用也显著增强。④IL-4与IL-3协同可维持和促进肥大细胞的增殖，在某些超敏反应性疾病发生中具有一定的意义；可与CSF协同作用，促进骨髓造血干细胞的增殖分化，诱导髓样细胞定向分化；诱导内皮细胞表达血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)，对淋巴细胞的迁移具有一定意义。

5.白细胞介素5(interluekin 5，IL-5)

与IL-4一样，IL-5也由抗原活化的CD4⁺T细胞产生，此外肥大细胞也能产生IL-5。天然IL-5的分子量为40～50kU，是由二硫键连接的二聚体糖蛋白，但是单体IL-5也具有IL-5活性。

IL-5曾被称为T细胞替代因子(T cell replacing factor，TRF)，后来发现人类的IL-5对B细胞没有明显的刺激作用；其主要功能是刺激嗜酸性粒细胞增殖、分化及活化。IL-5不仅使嗜酸性粒细胞的数量增加，而且能增强其功能。在蠕虫感染和过敏性疾病时出现的嗜酸性粒细胞增多的现象，主要是由IL-5引起的。人类IL-5还能促进嗜碱性粒细胞释放组胺和白三烯等炎症介质，从而提高嗜碱性粒细胞的活性。

6.白细胞介素6(interluekin 6，IL-6)

IL-6可由多种细胞合成，包括活化的T细胞和B细胞、单核-巨噬细胞、内皮细胞、上皮细胞以及成纤维细胞等。人类IL-6基因位于第7号染色体上；IL-6分子量在21～30kU之间，其差异是由于肽链的糖基化和磷酸化程度不同所致。IL-6由2条糖蛋白链组成；1条为α链，分子量80kU；另1条为β链，分子量130kU。α链缺少胞内区，只能以低亲和性与IL-6结合，所形成的复合物即与高亲和性的β链结合，通过β链向细胞内传递信息。

IL-6作用的靶细胞很多，包括巨噬细胞、肝细胞、静止的T细胞、活化的B细胞和浆细胞等。其生物效应也十分复杂，曾称为B细胞刺激因子2(BSF-2)、26kU蛋白、B细胞分化因子(BCDF)、肝细胞刺激因子(HSF)等。其功能有：①促进T细胞表面IL-2R的表达，增强IL-1和TNF对Th细胞的致有丝分裂作用。②作为肝细胞刺激因子，在感染或外伤引起的急性炎症反应中诱导急性期反应蛋白的合成，其中以淀粉状蛋白A和C-反应蛋白增加尤为明显。③促进B细胞增殖、分化并产生抗体；多发性骨髓瘤的恶变B细胞既能产生IL-6，又能对IL-6发生应答，提示IL-6可能为这些细胞的自分泌性生长因子。④IL-6还能有效地促进TNF和IL-1诱导的恶病质；促进糖皮质激素合成；刺激破骨细胞活性和角质细胞生长；还能促进骨髓造血的功能。IL-6不能刺激相应细胞分泌其他细胞因子，在生理浓度下对免疫细胞的自分泌作用亦比较弱，提示其主要免疫学功能是加强其他细胞因子的效果。

7.白细胞介素7(interluekin 7，IL-7)

IL-7是由骨髓基质细胞分泌的糖蛋白，分子量为25kU；其基因位于第8号染色体。现多采用基因工程手段，从转染含IL-7 cDNA表达性质粒的哺乳类细胞培养上清液中获取IL-7。

IL-7的靶细胞主要为淋巴细胞，对来自人或小鼠骨髓的B祖细胞、胸腺细胞及外周成熟的T细胞等均有促生长活性。①与干细胞生长因子(SCF)协同，能够刺激B前体发生有丝分裂，这一效应可被TGF抑制；但对B祖细胞(pro-B)的生长没有明显作用。②促进双阴性胸腺细胞的成熟，提供胚胎胸腺细胞发育过程中TCR基因重组的始动信号；但对成熟T细胞无明显作用。③诱导胸腺细胞或外周血淋巴细胞产生LAK细胞活性，其效应细胞主要为CD8⁺亚群；但IL-7诱导的LAK细胞不具有NK活性。④IL-7能刺激髓样前体细胞和巨核细胞产生集落形成单位和血小板，使机体从环磷酰胺的免疫抑制作用中恢复过来；在较高浓度时，IL-7还能增强巨噬细胞的细胞毒活性，诱导单核细胞分泌细胞因子。

8.白细胞介素8(interluekin 8，IL-8)

IL-8主要由单核-巨噬细胞产生，其他如成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、肝细胞等亦可在适宜的刺激条件下产生IL-8。IL-8的分子量约8kU，主要活性形式为72个氨基酸，具有趋化作用。IL-8的氨基酸顺序与许多炎症因子有较高的同源性，属于同一个家族，可介导炎症反应；现初步证实IL-8家族(亦称PF4家族)至少有12个成员。IL-8可以分成α亚群和β亚群，α亚群的基因位于第4号染色体上，β亚群的基因位于第17号染色体上。IL-8的受体也有两型：一种只能与IL-8结合，而另一种还能结合其他的趋化因子；中性粒细胞和嗜碱性粒细胞表面均表达丰富的IL-8受体。

IL-8的主要生物学活性是吸引和激活中性粒细胞，曾被命名为中性粒细胞激活肽(NAF)、粒细胞趋化肽(GCP)、中性粒细胞激活因子(NAF)等。中性粒细胞与IL-8接触后发生形态变化，定向游走到反应部位并释放一系列活性产物。这些作用可导致机体局部的炎症反应，达到杀菌和细胞损伤的目的。此外IL-8对嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和淋巴细胞也有一定作用。

9.白细胞介素9(interluekin 9，IL-9)

IL-9主要由Th细胞产生，成熟分子含126个氨基酸，包括10个半胱氨酸，由于糖基化不同，分子量为30～40kU；经过N-聚糖酶处理后，分子量降到15kU。2-巯基乙醇可使IL-9失活，表明分子间二硫键在维持分子生物学活性方面十分重要。

IL-9可在无IL-2和IL-4的情况下维持Th细胞长期生长；IL-9还可促进某些骨髓样白血病细胞系(如MOTE)的生长，提示其可能还参与造血过程的调控。IL-9与其他白细胞介素的关系尚不清楚，但与IL-2明显的不同是不能诱导CTL和LAK等细胞毒活性，但能维持非抗原依赖性Th细胞的长期生长。此外，IL-9还促进肥大细胞的生长及活性。

10.白细胞介素10(interluekin 10，IL-10)

IL-10的分子量为35～40kU，通常为二聚体；主要由Th2细胞产生，也可由单核细胞、角质细胞及活化的B细胞产生。

IL-10能够抑制活化的T细胞产生细胞因子，因此曾称为细胞因子合成抑制因子(CSIF)，特别是抑制Th1细胞产生IL-2、IFN-γ和LT等细胞因子，从而抑制细胞免疫应答。IL-10可降低单核-巨噬细胞表面MHCⅡ类分子的表达水平，损害了APC的抗原提呈能力，实际上这可能是其抑制细胞介导免疫的原因。此外，IL-10还能抑制NK细胞活性，干扰NK细胞和巨噬细胞产生细胞因子，但可刺激B细胞分化增殖，促进抗体生成。

11.白细胞介素11(interluekin 11，IL-11)

IL-11由骨髓基质细胞产生，分子量约为23kU，是造血微环境中一个多功能的调节因子。

IL-11可刺激浆细胞增殖及T细胞依赖的B细胞发育；促进巨核细胞的形成及成熟，提高外周血血小板数目；与IL-3和IL-4协同作用刺激休止期造血干细胞的增殖；影响红细胞的生成及分化；调节肝细胞血浆蛋白基因的表达，诱导急性期蛋白生成。

12.白细胞介素12(interluekin 12，IL-12)

IL-12主要由B细胞和巨噬细胞产生，其分子是一种异型二聚体，40kU(P40)和35kU(P35)的2个亚基通过二硫键相连接。

IL-12主要作用于T细胞和NK细胞，曾被命名为细胞毒性淋巴细胞成熟因子(CLMF)和NK细胞刺激因子(NKSF)。IL-12可刺激活化型T细胞增殖，促进Th0细胞向Th1细胞分化；诱导CTL和NK细胞的细胞毒活性并促进其分泌IFN-γ、TNF-α、GMCSF等细胞因子；促进NK细胞和IL-2Rα、TNF受体及CD56分子的表达，增强对肿瘤细胞的ADCC效应。

由于IL-12在抗肿瘤免疫及抗感染免疫中的重要作用，人们对其临床应用寄予厚望，特别是IL-12可协同IL-2促进CTL和LAK细胞的产生表明，IL-12与IL-2联用可望构成一种更有效的肿瘤免疫治疗方法。

13.白细胞介素13(interluekin 13，IL-13)

IL-13由Th2细胞产生，分子量约10kU，其基因位于第5号染色体上，与IL-4基因紧密连接。IL-13分子的氨基酸顺序与IL-4有20%～25%的同源性，在功能上也与IL-4有许多相似之处。

IL-13可诱导单核细胞分化，增强其MHCⅡ类分子的表达；抑制LPS诱导的单核因子分泌，控制炎症反应；诱导B细胞增殖及合成IgE类抗体，增强B细胞表面MHCⅡ类分子、CD23及CD72的表达；协同IL-2刺激NK细胞产生IFN，从而促进单核-巨噬细胞活化和Th1型细胞免疫反应。最近还发现，IL-13还具有抑制HIV-1在巨噬细胞内的复制、诱导中性粒细胞中IL-1ra基因表达和蛋白质合成等多种功能。

14.白细胞介素14(interluekin 14，IL-14)

IL-14由T细胞分泌，其成熟形式含468个氨基酸残基，可刺激活化的B细胞增殖，抑制丝裂原诱导的B细胞分泌免疫球蛋白。

15.白细胞介素15(interluekin 15，IL-15)

IL-15是新近发现的一种因子，可由活化的单核-巨噬细胞、表皮细胞和成纤维细胞等多种细胞产生。IL-15的分子结构与IL-2有许多相似之外，因此可以利用IL-2受体的β链和γ链与靶细胞结合，发挥类似IL-2的生物学活性。

IL-15可诱导B细胞增殖和分化，是惟一能部分取代IL-2诱导初期抗体产生的细胞因子；IL-15能够刺激T细胞和NK细胞增殖，诱导LAK细胞活性，还能与IL-12协同刺激NK细胞产生IFN-γ。

16.白细胞介素16(interluekin 16，IL-16)

IL-16作为一种淋巴细胞趋化因子，参与了哮喘发病的早期调节，通过与细胞表面的CD4分子结合引起CD4 T细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞的趋化性活动并在活化中发挥重要作用，参与哮喘发病过程。

IL-16是对细胞具有趋化活性的细胞因子之一，能够促使单核细胞合成前炎症细胞因子，属前炎症和免疫调节性分子，能够在炎症部位趋化和激活免疫细胞。IL-16可由CD4细胞、CD8细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、树突细胞、上皮细胞及成纤维母细胞等产生，而caspase-3则可以降解IL-16前体为具有生物学活性的IL-16，后者为多聚体结构，“成熟”形式的IL-16发挥生物学活性有CD4依赖和非CD4依赖两种形式。

17.白细胞介素17(interluekin 17，IL-17)

IL-17是目前新发现的主要由CD4⁺记忆T淋巴细胞分泌的一种细胞因子，其强大的招募中性粒细胞的独特之处及促进多种细胞因子释放的作用，被认为与机体多种炎症疾病有关。

18.白细胞介素18(interluekin 18，IL-18)

IL-18是一种能诱导IFN-γ产生的新型细胞因子，有多种生物活性，在抗肿瘤、免疫调节等方面有一定的作用。能促进T细胞增殖，增强NK细胞的细胞毒作用，在诱导Th1细胞的分化成熟过程和Th1细胞为主的细胞免疫反应中具有促进和调节作用。

附表6-1　白细胞介素19～33的结构和简要生物学功能

续表

二、干扰素(Interferon)

1.干扰素的性质及类型

干扰素是由多种细胞产生的具有广泛的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用的可溶性糖蛋白。干扰素在整体上不是均一的分子，可根据产生细胞分为3种类型：白细胞产生的为α型，成纤维细胞产生的为β型，T细胞产生的为γ型。根据干扰素的产生细胞、受体和活性等综合因素将其分为2种类型：Ⅰ型和Ⅱ型。

(1)Ⅰ型干扰素又称为抗病毒干扰素，其生物活性以抗病毒为主。Ⅰ型干扰素有3种形式：IFN-α和IFN-β。Ⅰ型IFN主要由白细胞和成纤维细胞产生，含有至少14种不同基因编码的蛋白质，各成分之间氨基酸顺序的同源性约为90%，成熟的IFN-α的分子量约18.20 kU。IFN-β是单一基因的产物，主要由成纤维细胞和白细胞以外的其他细胞产生；分子量20kU，与IFN-α的同源性在氨基酸水平上仅为30%，在核苷酸水平上约45%。

(2)Ⅱ型干扰素又称免疫干扰素或IFN-γ，主要由活化的T细胞和NK细胞产生。其主要活性是参与免疫调节，是体内重要的免疫调节因子。IFN-γ与Ⅰ型干扰素几乎在所有方面均有不同：IFN-γ只有一种活性形式的蛋白质，由一条分子量为18kU的多肽链进行不同程度的糖基化修饰而成；IFN-γ的基因只有一个，位于人类第12号染色体上；IFN-γ的受体与Ⅰ型干扰素的受体无关，其基因位于第6号染色体上，但也同样表达在多数有核细胞表面；IFN-γ对酸不稳定，在pH2.0时极易破坏，利用此特性可以很容易地将其与Ⅰ型干扰素区分开来。

2.干扰素的诱导及产生

Ⅰ型干扰素的主要诱生剂是病毒及人工合成的双链RNA，此外某些细菌和原虫感染及某些细胞因子也能诱导Ⅰ型干扰素的产生。IFN-α和IFN-γ的表达细胞非常局限，以白细胞为主；但IFN-β则可由几乎所有的有核细胞产生。IFN-γ由CD8⁺T细胞和某些CD4⁺ T细胞(特别是Th1细胞)产生，NK细胞亦可合成少量的IFN-γ；这些细胞只有在免疫应答中受到抗原或丝裂原活化后才能分泌IFN-γ。

3.干扰素的生物活性

干扰素的生物活性有较严格的种属特异性，即某一种属细胞产生的干扰素，只能作用于相同种属的细胞。Ⅰ型干扰素的抗病毒作用较强，而Ⅱ型干扰素则具有较强的抑制肿瘤细胞增殖和免疫调节作用。目前，国内外均已利用基因工程技术批量生产重组人IFN-α、IFN-β和IFN-γ，并投入抗病毒和肿瘤治疗的临床研究。

(1)抗病毒作用Ⅰ型干扰素具有广谱的抗病毒活性，对多种病毒如DNA病毒和RNA病毒均有抑制作用，但这种效应不是直接的，而是通过对宿主细胞的作用引起的。

①对干扰素敏感的细胞表面存在干扰素受体，核内有“抗病毒蛋白”基因，受干扰素作用后该基因活化，产生的抗病毒蛋白可阻止病毒mRNA翻译，并促进病毒mRNA降解。

②干扰素能提高细胞表面MHCⅠ类分子的表达水平，受到病毒感染的细胞表面MHCⅠ类分子的增加有助于向Tc细胞提呈抗原，引起靶细胞的溶解。

③干扰素可增强NK细胞对病毒感染的杀伤能力。

(2)抗肿瘤作用Ⅰ型干扰素能抑制细胞的DNA合成，减慢细胞的有丝分裂速度；这种抑制作用有明显的选择性，对肿瘤细胞的作用比对正常细胞的作用强500～1000倍。另外，Ⅱ型干扰素也可通过增强机体免疫机制、加强免疫监督功能来实现其抗肿瘤效应。

(3)免疫调节作用干扰素的免疫调节作用表现在对宿主免疫细胞活性的影响，如对巨噬细胞、T细胞、B细胞和NK细胞等均有一定作用。

①对巨噬细胞的作用：IFN-γ可使巨噬细胞表面MHCⅡ类分子的表达增加，增强其抗原提呈能力；此外还能增强巨噬细胞表面表达Fc受体，促进巨噬细胞吞噬免疫复合物、抗体包被的病原体和肿瘤细胞。

②对淋巴细胞的作用：干扰素对淋巴细胞的作用较为复杂，可受剂量和时间等因素的影响而产生不同的效应。在抗原致敏之前使用大剂量干扰素或将干扰素与抗原同时投入会产生明显的免疫抑制作用；而低剂量干扰素或在抗原致敏之后加入干扰素则能产生免疫增强的效果。在适宜的条件下，IFN-γ对B细胞和CD8⁺T细胞的分化有促进作用，但不能促进其增殖。IFN-γ能增强Th1细胞的活性，增强细胞免疫功能；但对Th2细胞的增殖有抑制作用，因此抑制体液免疫功能。IFN-γ不仅抑制Th2细胞产生IL-4，而且抑制IL-4对B细胞的作用，特别是抑制B细胞生成IgE。

③对其他细胞的作用：IFN-γ对其他细胞也有广泛影响：a.刺激中性粒细胞，增强其吞噬能力；b.活化NK细胞，增强其细胞毒作用；c.使某些正常不表达MHCⅡ类分子的细胞(如血管内皮细胞、某些上皮细胞和结缔组织细胞)表达MHCⅡ类分子，发挥抗原提呈作用；d.使静脉内皮细胞对中性粒细胞的黏附能力更强，且可分化为高内皮静脉(high endothelial venules，HEV)，吸引循环的淋巴细胞。

三、肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor，TNF)

1.肿瘤坏死因子的性质及类型

人TNF有两种分子形式，一种称为TNF-α，另一种称为TNF-β。TNF-α由细菌脂多糖活化的单核-巨噬细胞产生，可引起肿瘤组织出血坏死，也称恶病质素(cachectin)；TNF-β由抗原或丝裂原刺激的T淋巴细胞产生，具有肿瘤杀伤及免疫调节功能，又称淋巴毒素(lymphotoxin，LT)。尽管两型TNF有不同的细胞来源，DNA水平上也仅有28%的核苷酸序列同源，但两者结合于相同的膜受体，并且具有非常相似的生物学功能。

人TNF-α和TNF-β的基因均位于第6号染色体。成熟TNF-α的分子量约17kU，而TNF-β略呈异质性，为20.25kU。TNF受体存在于几乎所有的有核细胞表面，目前已发现两种TNF受体(TNFRⅠ和TNFRⅡ)。TNFRⅡ的亲和力比较强，TNFRⅠ的亲和力相对弱一些。两者与TNF结合后产生的效应有所不同，TNFRⅠ主要增强细胞毒细胞的活性和促进成纤维细胞生长，TNFRⅡ主要是增进T细胞增殖。

2.肿瘤坏死因子的生物效应

最初对TNF功能的认识仅限于对肿瘤的特异性杀伤作用，后来发现TNF也具有免疫调节作用，而且参与某些炎症反应的过程。TNF的生物活性与IL-1十分相似，只是TNF的毒性较大，更易引起血管阻塞，抗肿瘤作用更强。低浓度的TNF-α主要在局部发挥作用，高浓度的TNF-α可以进入血流，引起全身性反应。近来的研究表明人和小鼠的TNF-α和TNF-β的基因都与MHC基因紧密连锁，暗示其可能参与免疫调节基因的表达调控。

(1)抗肿瘤及抑癌作用TNF对多种肿瘤细胞均有杀伤或抑制作用，敏感性因肿瘤细胞类型而异。TNF抗瘤机制尚不完全清楚，可能包括①通过TNF受体介导的直接效应；②诱导组织内凝血活性，导致病理性凝血，阻断进入瘤区的血流；③诱导肿瘤局部的炎症反应及血管改变；④介导多种细胞的杀癌效应，如自然细胞毒细胞(NC)、杀癌性单核-巨噬细胞等。

(2)抗病毒作用TNF呈剂量依赖性地抑制病毒介导的细胞病变的发展，对RNA病毒和DNA病毒均有抑制作用。TNF的抗病毒活性与抗瘤活性一样没有明显的种属特异性，抗病毒的机制不是通过诱导干扰素的间接作用，与TNF的细胞毒性也无直接关系。除诱导未感染细胞有抗病毒能力之外，TNF也可选择性杀伤病毒感染的细胞。现还证实，多种病毒、polyI：C等也可刺激TNF的产生。

(3)免疫调节作用TNF能够增强T细胞产生以IL-2为主的淋巴因子，提高IL-2R的表达水平，从而促进T细胞的增殖；还能促进B细胞增殖、分化和产生抗体。

此外，TNF能诱导单核-巨噬细胞系统的前体细胞分化，增加其吞噬能力和氧化代谢水平，扩大单核-巨噬细胞对肿瘤的ADCC效应，提高巨噬细胞的抗原提呈能力；TNF可增加某些细胞的MHCⅠ类分子的表达，协同IFN-γ诱导MHCⅡ类分子的表达。近来还发现TNF可促进骨髓基质细胞和巨噬细胞产生CSF，特别是GM-CSF，可促使骨髓释放中性粒细胞和巨噬细胞。

(4)诱发炎症反应TNF有中性粒细胞和单核细胞趋化作用，并使之活化和脱颗粒，释放炎症介质。TNF作用于血管内皮细胞，一方面提高黏附分子的表达水平，促进对中性粒细胞的黏附作用；一方面诱使血管内皮细胞产生其他炎症介质，如PG、IL-6和IL-8等，与白细胞产生的介质共同引起局部的炎症反应；活化的血管内皮细胞还可释放凝血第三因子，启动凝血过程，引起小血管阻塞，造成局部组织(如肿瘤组织)血液供给中断和出血坏死，这是TNF得以被发现的主要特征。细菌内毒素休克时发生的弥漫性血管凝血(DIC)即是由于大量的TNF产生和释放入血所致。此外，TNF还可诱导肝细胞合成急性期反应蛋白，是IL-1之外又一个急性期反应的强力诱导剂。

(5)对结缔组织的作用TNF可刺激成骨细胞内的碱性磷酸酶活性，诱导成骨细胞吸收骨质、促进软骨细胞进行软骨更新，抑制新骨形成。TNF还能刺激成纤维细胞和滑膜细胞的增生，引起关节组织的纤维化和增厚。

3.肿瘤坏死因子的应用研究

由于TNF的抗肿瘤作用和多种免疫调节功能，TNF疗法的临床研究已在许多国家开展。动物实验和临床实验均表明，TNF对某些肿瘤具有明显的抑制作用，但是副作用较大，为TNF的临床应用造成困难。TNF的副作用包括发热、头痛、恶心、呕吐、全身倦怠、肌肉酸痛等；高剂量时可导致休克、肾功能不全和DIC形成等。建立合理的用药方案及治疗措施，可望降低用量，减轻副作用，达到最佳治疗效果。

静脉注射rhTNF可使部分肿瘤缩小，但是副作用大，人体很难耐受。瘤内注射可在局部出现坏死，且副作用较轻，对某些肿瘤的治疗效果优于静脉注射。已报告的有效病例包括肾癌、胃癌、肝癌等，并使转移性大肠癌腹水减少。鉴于TNF可直接杀伤瘤细胞，比化疗药物毒性小，rhTNF可望较其他细胞因子更快地大量应用于临床。

单独使用TNF用量大，不容易获得好的效果，患者常因不能耐受其副作用而中止用药。将其他具有肿瘤抑制作用的细胞因子(如IL-2、IFN等)或某些抗肿瘤药物与TNF联合应用，既可减少各种药物的用量、降低毒副作用，又可提高疗效，不失为肿瘤治疗的一种可行方法。此外，由于TNF对肺癌的杀伤能力有明显的温度依赖性，在40℃条件下杀瘤活性最强，因此结合温热疗法可能有助于降低TNF用量，增加疗效。

四、造血生长因子(Hematopoietic Colony-Stimulating Factors，HCSF)

造血生长因子是促进骨髓造血细胞分化增殖和定向成熟的一系列活性蛋白，可分成两大组：第一组是集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)，能刺激体外培养的造血前体细胞形成定向分化的细胞克隆，但不能直接作用于淋巴细胞；第二组是白细胞介素(IL-1-11)，可直接作用于淋巴细胞，亦能作用于造血前体细胞，促进其分化成熟，其中IL-3又称多能集落刺激因子。

1.红细胞生成素(Erythropoitin，EPO)

红细胞生成素是一种糖蛋白，分子量为30～39kU，主要由肾小管内皮细胞合成，也可由肝细胞和巨噬细胞产生。EPO是一种强效的造血生成因子，在0.05～1U/ml时即呈剂量依赖效应。EPO活性单一，只作用于骨髓巨核前体细胞，可刺激红细胞及早幼红细胞形成成熟的红细胞集落；对红细胞造血过程的调节需其他细胞因子(如IL-3、GM-CSF和IL-1等)的协同作用才能完成。EPO的产生受机体内血容量和氧分压的调节，在失血或低氧的刺激下，EPO水平迅速上升。在某些肿瘤患者，也可出现EPO异常增高；骨髓造血反应不良的贫血患者，其EPO也升高。

EPO是较早应用于临床的细胞因子，是迄今所知作用最单一、且安全可靠的升血红蛋白制剂。对于肾贫血、再生障碍性贫血、多发性骨髓瘤及阵发性夜间血尿等均有一定疗效；此外，应用EPO还可减少手术中的输血量，并能在一定程度上纠正由恶性肿瘤、化疗及类风湿性关节炎引起的贫血。由于EPO主要由肾小管内皮细胞产生，肾性疾患引起的贫血是EPO的首选适应证；EPO纠正肾性贫血的疗效几乎是100%，但并不能改善肾功能。另外，EPO使用的有效性与机体的铁储备也有一定关系，在应用EPO后，造血增强，铁利用增强；因此应适当补给一定量的铁。

2.粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-monocyte-CSF，GM-CSF)

粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子是分子量为22kU的糖蛋白，主要来源于活化的T细胞、B细胞、单核-巨噬细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞。GM-CSF可以作用于造血干细胞，促进其分化增殖，而所形成的细胞不限于中性粒细胞和单核-吞噬细胞系统。体外实验研究发现，随着GM-CSF浓度的增加，首先刺激单核-巨噬细胞增殖，随后是中性粒细胞，最后是嗜酸性粒细胞和巨核细胞。此外GM-CSF还能刺激多能干细胞和早期红细胞的增殖和分化。

3.粒细胞集落刺激因子(granulocyte-CSF，G-CSF)

粒细胞集落刺激因子是由单核-巨噬细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞全成的多肽，分子量为19kU。G-CSF能刺激骨髓粒细胞前体，使之分化增殖为成熟粒细胞的集落。GCSF还能作用于完全成熟的终末粒细胞，提高中性粒细胞的吞噬能力，促进超氧化物的产生。

临床上G-CSF可用于各种中性粒细胞减少症的治疗。G-CSF作为肿瘤化疗的辅助制剂，在化疗前的适当时机给予，可使髓性白细胞进入细胞周期，对大剂量化疗药物的治疗更敏感；在化疗中或化疗结束后给予，可以缩短骨髓抑制期。

4.单核-巨噬细胞集落刺激因子(monocyte-CSF，M-CSF)

单核-巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)是一种40kU的多肽，主要来源于单核-巨噬细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞。其功能主要是刺激骨髓单核-巨噬细胞的前体细胞，使之分化成熟，形成单核细胞集落。M-CSF可刺激骨髓内单核-巨噬细胞集落的形成，后者又能分泌G-CSF和GM-CSF等，形成一个逐渐放大的细胞因子网络；同时可促进骨髓生成中性粒细胞，使细胞数量增加的同时，细胞功能也增强。M-CSF亦能作用于终末细胞，增强成熟单核-巨噬细胞的功能。

M-CSF具有较强的造血作用，已试用于肿瘤化疗后多种血细胞减少症，可以加速化疗所致的中性粒细胞和血小板减少的恢复，而且副作用减轻。M-CSF还能增加单核细胞对多种白血病细胞株的反应性，因此已试用于治疗前白血病状态的骨髓异型性症候群。

五、转化生长因子(Transforming Growth Factor，TGF)

1.转化生长因子的产生

(1)机体多种细胞均可分泌非活性状态的TGF-β。在体外，非活性状态的TGF-β又称为latency associated peptide(LAP)，通过酸处理可被活化。在体内，酸性环境可存在于骨折附近和正在愈合的伤口。蛋白酶的裂解作用可使TGF-β复合体变为活化TGF-β。一般在细胞分化活跃的组织常含有较高水平的TGF-β，如成骨细胞、肾脏、骨髓和胎肝的造血细胞。TGF-β1在人血小板和哺乳动物骨中含量最高；TGF-β2在猪血小板和哺乳动物骨中含量最高；TGF-β3以间充质起源的细胞产生为主。

(2)活化后T细胞或B细胞产生TGF-β水平比静止细胞明显为高。

(3)几乎所有肿瘤细胞内均可检测到TGF-βmRNA。神经胶质细胞瘤在体内可分泌较高水平的TGF-β。

2.TGF-β的分子结构和基因

1985年TGF-β的基因克隆成功，并在大肠杆菌内得到表达。在哺乳动物至少发现有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2四个亚型。在鸟类和两栖类动物还分别存在着TGF-β4和TGF-β5，对后两者的生物学作用所知甚少。

TGF-β是由两个结构相同或相近的、分子量为12.5kU的亚单位借二硫键连接的双体。人TGF-βcDNA序列研究表明，单体的TGF-β112氨基酸残基是由含400个氨基酸残基的前体分子(per-pro-TGF-β)从羧基端裂解而来。pre-pro-TGF-β N端含有一个信号肽，在分泌前被裂解掉，成为非活性状态的多肽链前体(pro-TGF-β)，通过改变离子强度、酸化或蛋白酶水解切除N端部分氨基酸残基，所剩余的羧基端部分形成有活性的TGF-β。TGF-β1与TGF-β2有71%氨基酸同源性，TGF-β1与TGF-β3有77%同源性，TGF-β2与TGF-β3有80%同源性。TGF-β与TGF-β超家族其他成员有30%～40%同源性。

人TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3的基因分别定位于染色体19q3、1q41和14q24，均含有7个外显子，核苷酸序列有高度同源性，所编码的前体分子C端都有9个保守的Cys，提示TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3基因可能来自一个共同的祖先基因。人和小鼠TGF-β1的同源性高达99%，表明在不同种属中TGF-β都具有重要的生物学功能。对人TGF-β1基因调控区进行了研究，发现该基因5'端序列包含5个明显的调控区：一个类增强子(enhancer-like)活性区，二个负调控区和二个启动子区。

3.TGF-β受体

许多细胞表面都有TGF-β受体。大鼠成纤维细胞系NRK-49F和BALB/c 3T3细胞表面TGF-β受体亲和力Kd值为5.6×10^－11～14×10^－11M，每个细胞TGF-β结合点约1.6×10⁴～1.9×10⁴。在淋巴细胞表面，TGF-βRKd值1×10^－12～5.1×10^－12M。T细胞、B细胞每个细胞TGF-βR数约250，活化后受体数量可增加5～6倍，但Kd值无明显变化。造血细胞表面TGF-βR对TGF-β1亲和力要比TGF-β2明显为高，这可能解释了造血细胞对TGF-β1反应要比TGF-β2更为敏感。TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3结合细胞表面相同的受体。

最近发现TGF-βR存在着Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种形式，分子量分别为53kU、70～85kU和250～350kU。Ⅰ、Ⅱ型TGF-βR均为糖蛋白，它们和TGF-β1的亲和力要比和TGF-β2的亲和力大10～80倍；Ⅲ型受体是一种蛋白聚糖(proteoglycan)，它与TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3的亲和力近似，为TGF-β主要的受体，可能在TGF-β发挥生物学功能中起着主要作用。TGF-βRⅢ又名Endoglin，CD105，TGF-β1和TGF-β3为其主要配体。

Ⅱ型TGF-βR胞浆区具有丝氨酸/苏氨酸激酶区。这种结构也见于活化受体Ⅱ(ActRⅡ)和ActRⅡB。Ⅲ型TGF-β受体本身缺乏蛋白激酶活性，对于其如何参与信号的传递还不清楚。当TGF-β诱导增殖时G蛋白可能参与诱导过程，此外，TGF-β促进Ca²⁺内流和细胞内IP3水平的升高，激活PKC。

4.TGF-β的生物学作用

起初对TGF-β的生物学功能研究主要在炎症、组织修复和胚胎发育等方面，近年来发现TGF-β对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3功能相似，一般来说，TGF-β对间充质起源的细胞起刺激作用，而对上皮或神经外胚层来源的细胞起抑制作用。

(1)抑制免疫活性细胞的增殖：①抑制IL-3、GM-CSF、M-CSF所诱导的小鼠造血前体细胞和LTBMC的集落形成，并降低巨核细胞对IL-3和CSF的反应性。②抑制ConA诱导或ConA与IL-2、IL-6联合诱导的胸腺细胞增殖。③抑制丝裂原、同种异体抗原刺激的T细胞增殖或IL-2依赖的T细胞生长。④抑制SAC刺激后IL-2依赖的B细胞增殖。

(2)对细胞表型的调节：①抑制IL-2诱导的T细胞IL-2R、TfR和TLiSA1活化抗原的表达，对CD3表达未见有影响。②抑制IFN-γ诱导黑素瘤细胞MHCⅡ类抗原表达。

(3)抑制淋巴细胞的分化：①抑制IL-2和BCDF依赖的B细胞分泌IgG和IgM，促进B细胞分泌Ig类型转换为IgA和IgE。②抑制混合淋巴细胞培养(MLC)中CTL、NK和LAK功能，这种抑制作用可被TNF-α(小鼠MLC)或IL-2(人MLC)所逆转。③抑制PBMC中NK活性以及NK细胞对IFN-α的反应性。④抑制ConA和IL-2、IL-6协同诱导小鼠胸腺MHC非限制杀伤性细胞的活性。

(4)抑制细胞因子产生：如抑制PBMC中IFN-γ和TNF-α的产生。

(5)其他调节作用：①促进成纤维细胞、成骨细胞和雪旺氏细胞的生长。TGF-β1、TGF-β2促进人成纤维细胞IL-6的产生，其机理可能是通过对IL-6基因转录的调节。②抑制上皮细胞、破骨细胞、内皮细胞生长和脂肪、心肌、骨骼肌的形成。TGF-β可拮抗EGF的某些生物学功能。③促进细胞外基质(ECM)如胶原蛋白、纤粘连蛋白的表达和抑制ECM的降解，对细胞的形态发生、增殖和分化过程起着重要作用，有利于胚胎发育和细胞修复。动物体内实验表明，局部注射TGF-β可以促进伤口愈合和典型肉芽组织形成。④单核细胞和成纤维细胞的趋化剂，但不引起脱颗粒和氧化物的产生。⑤抑制淋巴细胞与内皮细胞的黏附。⑥促进嗜碱性粒细胞释放组织胺。

(6)TGF-β1与原癌基因表达：TGF-β1能诱导c-sis的表达，但抑制c-myc的表达，这种诱导或抑制作用与作用细胞种类及TGF-β的不同功能有关。如TGF-β诱导成纤维细胞中c-sis基因表达，与促进其在软琼脂中的生长有关；而对上皮角朊细胞生长的抑制则与抑制c-myc基因表达有关。TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3在大多数生物学作用方面非常相似，但在有些作用方面可有很大差异，如TGF-β2对血管内皮细胞和造血祖细胞的生长抑制作用仅为TGF-β1和TGF-β3的1%。

TGF-β在治疗伤口愈合，促进软骨和骨修复以及通过免疫抑制治疗自身免疫性疾病和移植排斥等方面有潜在的应用前景。

本章小结(Summary)

细胞因子(cytokines，CK)是由细胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白质的统称。可产生细胞因子的细胞主要有活化的免疫细胞和非免疫细胞。细胞因子具有调节细胞生理功能、介导炎症反应、参与免疫应答和组织修复等多种生物学效应。从不同的角度，细胞因子有多种不同的名称。绝大多数细胞因子是低分子量的蛋白或糖蛋白，分子量在15～30kU，可以旁分泌、自分泌等形式发挥其生物学功能。一种细胞因子可以由多种细胞产生，多种不同类型的细胞又可以产生一种或多种相同的细胞因子，从而形成相互作用又相互制约的细胞因子网络系统，参与机体的免疫应答和免疫调节功能，表现为多效性、重叠性、拮抗性和协同性。细胞因子需要通过作用于靶细胞的特异性受体而表现其生物学活性。根据细胞因子的生物学功能可以分为白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子、生长因子和趋化因子六类，它们发挥着介导天然免疫、调节特异性免疫应答、介导免疫细胞发育、诱导凋亡和刺激造血等生物学活性。细胞因子受体分为五个家族，免疫球蛋白基因超家族、Ⅰ型细胞因子家族、Ⅱ型细胞因子家族、Ⅲ型细胞因子家族和趋化性细胞因子受体家族。大部分细胞因子的受体还存在着分泌游离的形式即可溶性细胞因子受体，一些细胞因子的受体具有天然拮抗剂作用。细胞因子在感染性疾病、肿瘤、移植中具有重要作用。

复习思考题(Review Questions)

1.简述细胞因子的生物学功能。

2.简述细胞因子的作用特点。

3.简述TNF的主要生物学功能。

4.简述IL-1、IL-2、IL-4的主要生物学功能。

李晋涛