細胞因子研究的發展歷程及現狀

摘要：這篇綜述對趨化因子的發現和發展過程進行了歷史性回顧，趨化因子是細胞外可溶性蛋白或者細胞間起重要的調整和細胞先天適應性炎癥免疫細胞的生長、分化、死亡，調控血管生成、生長和修復過程一類細胞活化劑的糖蛋白。盡管細胞因子偶爾由控制原有酶（或蛋白）產生的，但是它們通常幾乎是由每種能對有害刺激作出反應的有核細胞產生的。細胞因子通過細胞上表達的與它互補的細胞因子受體相互作用起作用。細胞因子通過其受體結構上的同源性可以分為好幾個家族。這篇綜述將為您呈現細胞因子從表觀發展到分子階段，從集中于配體分子特征描述細胞因子受體。分子生物學、單克隆抗體和微量測序的出現使得獲取純正的用于實驗性和治療性的重組趨化因子變成可能。病毒粒子的鑒定，趨化因子配體核受體的替代品的同系物，為旨在發展細胞因子協同物及拮抗物用于治療應用的生物技術公司提供了動力。

關鍵詞：細胞因子；白介素；受體；免疫調節趨化性；造血作用

1 細胞因子定義、特點及分類

1.1 細胞因子的定義及特點。

細胞因子是指由機體多種細胞分泌的小分子蛋白質，通過結合細胞表面的相應受體發揮生物學作用的一類小分子可溶性蛋白。它具有以下特點：

1.1.1 低分子量蛋白或糖蛋白：以單體形式存在。IL-5、IL-10、IL-12、M-CSF、TGF-β等少數細胞因子以二聚體形式存在，TNF則呈三聚體形式。

1.1.2 必須與受體結合才發揮作用。

1.1.3 細胞活化過程中產生。

1.1.4 同一細胞因子可由不同細胞產生，多種細胞因子可由同一細胞產生。

1.1.5 細胞因子功能網絡。

1.2 細胞因子的分類。

根據功能，可將細胞因子大致分為六大類：白細胞介素（IL）、干擾素（IFN）、腫瘤壞死因子超家族（TNF）、集落刺激因子（CSF）、趨化因子（chemokine）、生長因子（GF）。

2 細胞因子研究的發展歷程及現狀

要精確確定開始研究細胞因子的時間很難，因為在1970年之前只通過現象學方法檢測其生物學活性方法就已經可行了。第一個可溶性因子調節宿主反應來自于Menkin [1]的“凈化”因子——發燒引起的炎性滲出液，并稱之為致熱素。這些因子隨后被證實污染了細菌的致熱源（內毒素）。Bennett 和 Beeson [2]于1953年從急性炎性滲出物的內毒素中分離到了內源性致熱物（EP）并且他們甚至從外周血白血球中提取了EP。緊隨EP的鑒定之后的是由Levi-Montal-cini和Hamburger [3]于1953年發現類似的細胞間的信號，即神經生長因子（NGF）。Isaacs和Lindenmann [4]于1957年發現干擾素（IFNs）。

Gowans [5]于1959年鑒定了主要的正常免疫功能的淋巴細胞，Nowell [6]于1960年發展了運用組織培養的技術體外在試管內研究了惡性淋巴腫瘤對多克隆刺激物的反應，也就是植物血凝素，它開啟了免疫學家們通過可溶性介質衍生淋巴細胞展開基礎研究。Pearmain [7]等人于1963年發現只有來自結核菌素敏感的捐贈人的白血球能夠通過對結合抗原做出反應發生淋巴細胞胚細胞樣轉變，Bain [8]等于1964年證實同種異體白細胞混合培養也會導致淋巴細胞胚細胞樣轉變，從而證明了體外試管培養的免疫學特異性。他們的演示充分地證明了這些臨床的觀察。這些從1964-1967年依次獲得發現開啟了免疫學家對細胞因子的研究。Kasakura和 Lowenstein [9]于1965年首次檢測到白細胞有絲分裂的存在，也就是抗原上清液中存在的母細胞形成因子，利用異體抗原培養白細胞。緊隨其后的是David [10]于1966年和Bloom與Bennett [11]于1966年在上清液中發現了巨噬細胞遷移抑制因子（MIFs）。Ruddle 和Waksman [11]于1967年， Granger和Williams [12]于1968年發現了被稱為淋巴毒素的細胞毒素因子。這三項發現被認為是可能會引發特異性免疫反應及令免疫學家非常感興趣的非特異性淋巴組織增生因子及宿主防御效應器的體外細胞免疫。

免疫學家對LMF/BF作為淋巴細胞應答的調節者很感興趣。Kasakura 和 Lowenstein [13]于1965年報道，受了雙向同種異體混合白細胞刺激（MLR）的白細胞能夠分泌BF。MLR上清液中比沒有受刺激的白細胞中含有更多的有絲分裂原，然而細胞提取物中的完全沒有活性。Gordon 和 MacLean [14]于1965年證實，在MLR中用嘌呤霉素抑制母細胞化反應或者5-氟二氧嘧啶也能阻止BF的產生，這表明BF是由淋巴母細胞合成的。Kasakura 和 Lowenstein [13]，通過證明自體的和同源供體的未受刺激的白細胞受到BF刺激合成DNA和RNA進入到細胞周期中，于1967年第一次證實，特異性異體抗原刺激培養的白細胞可以產生非特異性的促細胞有絲分裂因子。Dumonde等人于1969年報道，這些非抗體促進分泌的促有絲分裂原是抗原活化的白細胞的分泌產物，并且把淋巴源性調節因子稱為“淋巴因子”。

Kasakura [13]于1970年發現了迄今為止仍不明確的“特殊的”促有絲分裂原。他聲稱，用低水平的由未受刺激的白細胞產生的BF去刺激別的同源細胞，然而由MLR誘導產生BF是不均一的，它能刺激比自體的細胞多的異體細胞。Kasakura于1971年通過證實，在由一個供體的經輻射致死的白細胞和另一個供體的未經輻射的白細胞組成的混合物組成的MLR中產生的BF對經過輻射處理的白細胞的刺激活性要比未經輻射處理的白細胞弱。Gery [14]等于1971年和1972年在一個獨立而收斂的研究中報道稱，活化的巨噬細胞能分泌一種促有絲分裂因子激活胸腺細胞，這種因子稱為淋巴細胞的活化因子（LAF）。由于LAF和EP生化和生物活性的重疊，Rosenwasser [15]等于1979年首先提出這些活性可以歸結于同種分子。后來報道說許多細胞因子是致熱性的，也就是IFN，白介素（IL）-1，IL-6和TNF。

然而隨著IL-3的命名，最初為了規范使用細胞因子免疫學術語是非常有限的，這個因子主要扮演一個多群落刺激因子，它對造血干細胞而言是一個生長因子（Ihle 1981） [16]。其他的許多種細胞因子包括TNF，LT-α（也包括TNF-β），干擾素家族和集落刺激因子（CSF）沒有被重命名。

第一種細胞因子，TNF-β1，于1980年被Taniguchi和他的同事們克隆后，很快Nagata及其合作者克隆了IFN-α。迄今為止，已經由大概有16～20種IFN-α已經得到確認，這些IFN-α通過相同的細胞表面受體起作用，并且能提高抗病毒能力。隨后，Gray和他的Genentech的團隊（1982）克隆了IFN-γ。Taniguchi 和Ajinimoto 公司的同事克隆了IL-2。這種重組的IL-2使用激勵著許多研究者堅信這種細胞因子對于T、B、NK細胞是一種主要的淋巴組織增生因子。IL-2通過誘導產生大量其他免疫刺激因子諸如IFN-γ，TNF，IL-1，來直接或間接提高免疫細胞活性。其他在LMF/BF準備過程中的淋巴細胞增生因子IL-4，IL-6，IL-7，IL-9，IL-10，IL-13，IL-15也已經被確認了。

Leonard及其團隊于1984年克隆了IL-2的受體的三條鏈中的第一條IL-2Rα，開啟了細胞受體時代。在1984年，兩種細胞毒素因子被克隆和表達了，Pennica（1984）克隆和表達了LT（后被重命名為TNF-β）， Gray （1984） [17]克隆和表達了TNF（特定的TNF-α）。新技術的發展能夠產生定向刪除TNF或LT基因的老鼠品系，徹底地改變了我們的常識。缺乏LT的老鼠不能產生外周淋巴細胞，并且能引起脾組織生發中心功能的紊亂，從而導致免疫缺陷。這些研究首次顯示出，LT不應該被定義為細胞毒素因子，因為它在外周免疫組織的發生和發展中起著重要的作用。與之形成對照的是，TNF缺乏的老鼠的外周免疫組織只是有限的紊亂和對疾病感染的有限抵抗力。這些研究顯示TNF是一個關鍵免疫調節因子而不是抗癌因子。TNF的抗癌作用不是基于它的細胞毒性活性，而是很大程度上取決于TNF引起血管內皮組織產生凝血因子導致新生的血管阻塞而是腫瘤的壞死的能力。TNF和LT的區別也引出了他們必須利用除了TNF-R1和TNF-RII以外的受體。因此，LT的特異性受體被確定為LTβR，因為是由LTα和LTβ2形成的異源三聚體。FAS、TNF家族的另一名成員，已經被確認是蛋白性細胞毒性因子。Ward和他的團隊的一篇關于抗原誘導淋巴細胞產生單核細胞的趨化物（1969）報告引起了人們對細胞因子的趨化作用的興趣。至今，人們已經克隆了超過45種結構上有明顯區別的對各種體細胞和許多非免疫細胞有趨化作用的細胞因子超家族。這些趨化性細胞因子現在被簡稱為趨化因子。趨化因子被證實具有調節白細胞對內皮組織吸附，促進血細胞滲出和白細胞滲出向炎癥部位遷移，調節血管再生、造血功能和促進樹突細胞和T、B細胞向淋巴組織中適當位置遷移的作用。Hirano等和Zilberstein等發起的克隆IL-6家族和其他趨化因子對T、B的作用已經超出了本文的討論范圍。Mosmann首先提出存在CD4+T細胞產生的不同的淋巴因子家族。他和他的團隊報道，過量刺激產生不成熟的幼稚T細胞（Thp）只能產生少量的IL-2。這些Thp細胞發展成為Th0細胞，Th0細胞經活化后能產生少量的許多種淋巴因子，諸如IL-2，IFN-γ，IL-4。由于持續用適當的抗原和細胞因子刺激Th0細胞，這些細胞分化為CD4+輔助細胞T1細胞或Th2細胞，Th1細胞能產生IL-2，IFN-γ和LT，它們能促進細胞免疫，Th2細胞能產生IL-4，IL-5，IL-6，IL-10，它們能促進抗體的產生和體液免疫。這些由T細胞亞群產生的細胞因子能夠相互調節，例如IFN-γ能夠抑制Th2細胞的增殖和功能，然而Th2細胞的產物，IL-4和IL-10能夠抑制Th1細胞和單核細胞產生細胞因子。盡管這些T細胞亞群可以被克隆并且在體外穩定存在，但是它們在表型上并不明顯或者差別明顯。這些T細胞亞群的的識別是通過他們分泌的淋巴因子來實現的。但是，這些區別最近變得不是很明顯是因為最近的結果表明IL-10是由人的Th1，Th2，CD8+T細胞和B細胞及單核細胞產生的。此外，由B細胞和單核細胞分泌的IL-12對促進CMI其主要作用，因為IL-12能誘導IFN-γ的表達并且能使Th0細胞發育為Th1細胞。近來，按照類似的方式IL-6被認為是Th2細胞響應的一種誘導物。因此，這些能夠產生不同表型來源的具有免疫調節功能的細胞因子的細胞應該被給予比這些細胞因子更少的關注。這些假設的關鍵因素在于諸如IL-12和IFN-γ的第一類的細胞因子類似于CMI，并且實際上妨礙了體液免疫。相反的，第二類諸如IL-4，IL-6和IL-10的細胞因子通過降低CMI產生的炎癥因子的產生促進B細胞分泌合成抗體。

3 細胞因子的作用

3.1 在免疫細胞發育、定位及免疫應答中的作用。

3.1.1 淋巴細胞生成與歸巢。

淋巴細胞在骨髓中生成，繼之分別在骨髓和胸腺中發育成熟，然后移行到二級淋巴組織定居，細胞因子在骨髓血細胞生成中起關鍵作用，體外實驗發現至少有25種趨化因子可以調節骨髓祖細胞增殖。細胞因子還參與次級淋巴器官的發育和組建。

3.1.2 抗原提呈與T、B細胞活化。

樹突狀細胞（den-dritic cell，DC）是目前發現的功能最強的抗原提呈細胞（Antigen presenting cell，APC）。趨化因子通過作用于具有不同趨化因子受體表達譜的DC，控制和調節DC完成其遷移過程。

3.1.3 T細胞極化。

T細胞極化成TH1或TH2是T細胞應答的重要特征，TH1特征地表達INF-γ，而TH2則特征地表達IL-4。細胞因子能通過誘導TH0細胞定向分化為TH1或TH2，CCL3（Macrophage in-flammatory protein-1α，MIP-1α）與活化的T細胞孵育可導致向TH1的極化，增加IFN-γ的表達水平，下調IL-4表達；而CCL2與活化的T細胞孵育后則導致向TH2的極化，增加IL-4的水平，下調IFN-γ水平。

3.2 調節造血。

3.2.1 趨化造血前體細胞，調節骨髓造血功能。

3.2.2 促進B前體細胞的發育。

3.2.3 促進Eos前體細胞發育成熟。

3.2.4 促進血管生成ELRCXC、CCL2促進血管生成；CXCL10、CCL21/SLC抑制血管生成。

3.3 病毒感染。

一方面細胞因子及其受體是宿主抵抗微生物侵入的重要防御分子，另一方面一些細胞因子受體可被病原微生物利用作為侵入宿主的途徑。病毒可以通過表達與細胞因子同源或與細胞因子受體相似的蛋白質產物來破壞細胞因子網絡的正常功能，目前已發現至少有30種病毒編碼與細胞因子及其受體相似的蛋白分子。

3.4 腫瘤生長、轉移、治療。

細胞因子對腫瘤生物學的影響是很復雜的。一方面，有些細胞因子能影響腫瘤細胞的存活，刺激腫瘤細胞生長和血管形成，進而促進腫瘤的生長和轉移。另一方面，有些細胞因子可通過趨化免疫活性細胞以及抑制血管形成來抵抗腫瘤的生長和轉移。

腫瘤轉移是一個嚴密的、非隨機的、器官選擇性的過程，其特異性轉移取決于它所表達的細胞因子受體及靶器官所表達的細胞因子。用不同方法中和這些細胞因子受體，不僅能降低腫瘤細胞的轉移能力，而且也能抵制轉移瘤的生長。

針對細胞因子及其受體在腫瘤侵襲和轉移中的作用，通過細胞因子來調節血管生成細胞因子和血管穩定細胞因子之間的平衡來達到抗腫瘤的目的。最新的抗腫瘤治療策略是進一步開發中性粒細胞的功能，在臨床應用粒細胞集落刺激因子（G-CSF）治療中，可有意義地提高中性粒細胞抗膠質細胞瘤、卵巢癌和乳腺癌的抗腫瘤作用。

3.5 介導炎癥反應。

炎癥反應以以下環節為特征：炎癥細胞對損傷部位的識別，特異白細胞亞群的招募，侵入的病原微生物的清除，對損傷細胞/組織的“清創術”和損傷修復。細胞因子通過促進炎癥細胞在損傷和感染組織的浸潤和活化參與炎癥過程。

3.6 生殖免疫。

細胞因子在生殖過程中也發揮獨特作用，與生殖系統內免疫微環境的維持密切相關。在母胎界面通過趨化滋養細胞和免疫細胞的遷移介導的母胎耐受；在男性生殖系統內，細胞因子參與精子發生過程，睪丸感染。

3.7 胚胎種植。

胚胎種植從受精卵定位、黏附于子宮內膜開始，經在蛻膜化基質中遷移，直至侵入母體血管。近年來隨著對細胞因子及其受體的研究，發現在母胎界面各種細胞之間存在一個聯系網絡，而細胞因子及其受體對這個網絡起重要調節作用，同時，其功能上的紊亂將導致妊娠早期的流產和胎盤形成異常。

參考文獻

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