細胞因子的研究概況

李群芳（山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 濟南 250002）姜寧朋（山東省科技情報研究所 濟南）

細胞因子是由活化的淋巴細胞、單核巨噬細胞及一些基質(zhì)、內(nèi)皮細胞和成纖維細胞產(chǎn)生的一類非抗體、非補體的可溶性物質(zhì)。1957年Tsaacs等發(fā)現(xiàn)病毒誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生一種能干擾病毒復(fù)制的可溶性蛋白質(zhì)，將其命名為干擾素，這是正式命名的第一個(類)細胞因子[11]。此后，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列的細胞因子。20世紀(jì)70～80年代是細胞因子研究十分活躍的時期，在此階段，有關(guān)細胞因子的研究有兩個重要發(fā)展：一是細胞因子命名的統(tǒng)一；二是細胞因子純化、鑒定技術(shù)的發(fā)展和基因重組技術(shù)的應(yīng)用。細胞因子具有廣泛而重要的功能，但正常情況下機體內(nèi)產(chǎn)量極微，因此，通過分子生物學(xué)手段獲得重組細胞因子是臨床應(yīng)用及進一步闡明細胞因子功能的重要一步。到目前為止[1]，至少有7種動物的多種細胞因子被克隆，這些細胞因子包括了IL-1～IL-13、干擾素(IFN)、腫瘤壞死因子(TNF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等，在已克隆的細胞因子中，大多數(shù)已獲得表達，其中以綿羊的表達種類最多，包括IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-A、INF-C等。牛、雞、豬、貓等的IL-2也已獲得重組蛋白，其它細胞因子的表達正在研究。

1 細胞因子的分類

細胞因子種類很多，根據(jù)細胞因子的基本理化性狀和主要生物學(xué)活性進行綜合分類，主要細胞因子有[12]：1.1 白細胞介素(interleukins，IL) 為在白細胞之間傳遞免疫調(diào)節(jié)信息的生物分子，目前已認定了至少15種IL(IL-1～15)，成為免疫學(xué)中最龐大、也是最重要的一類細胞因子。

1.2 干擾素(interferons，IFN) 為能干擾病毒在宿主細胞內(nèi)復(fù)制的一類蛋白質(zhì)。現(xiàn)已知IFN可分成不同的類型，有廣泛的抗病毒、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)作用。

1.3 造血生長因子(himopoieticgrowthfactors，HGF) 能使造血前體細胞分化增殖的生物分子；主要作用是調(diào)節(jié)機體的造血功能，包括各種集落刺激因子和紅細胞生成素等。

1.4 腫瘤壞死因子(tumornecrosisfactor，TNF) 能使腫瘤組織壞死并能殺傷腫瘤培養(yǎng)細胞的一類細胞因子，其中由巨噬細胞產(chǎn)生的稱為TNF-α、由淋巴細胞產(chǎn)生的稱為TNF-β。

1.5 其他細胞因子[2]除了上述幾類主要的細胞因子之外，還有一些細胞因子與免疫學(xué)相關(guān)。如轉(zhuǎn)化生長因子(transforminggrowthfactor,TGF)、白細胞病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)、癌抑制素M(omcosatinM,OncoM)、單核細胞趨化蛋白1(monocytechemoattarctantprotein1,MCP-1)等。有些細胞因子雖然與免疫學(xué)也有關(guān)聯(lián)，但其主要生物學(xué)活性不是影響免疫系統(tǒng)，如神經(jīng)生長因子(nervegrowthfactor,NGF)、表皮生長因子(epidermalgrowthfactor,DGF)、血小板來源的生長因子(plateletderivedgrowthfactor,PDGF)、胰島素樣生長因子(insulinlikegrowthfactor,IGF)等等。

2 細胞因子的作用特點

盡管細胞因子種類繁多，但它們具有許多共同特性，有別于免疫球蛋白和其他生物分子。

2.1 多源性 一種細胞因子可由多種細胞產(chǎn)生，幾乎沒有一種細胞因子是由單一類型細胞產(chǎn)生的，而且誘導(dǎo)細胞因子產(chǎn)生的因素也多種多樣。

2.2 多效性 每種細胞因子的生物學(xué)活性都不是單一的。各種細胞因子都是通過其特異性受體而發(fā)揮作用，但同樣的受體可分布在不同類型的細胞上，因此可介導(dǎo)不同的生物活性[3]。

2.3 高效性 細胞因子多具有微量強效的特點，一般在濃度為10-15～10-10mol/L時即可刺激靶細胞，表現(xiàn)很強遙生物學(xué)活性，與內(nèi)分泌激素的效果相似，是免疫球蛋白等分子不能及的。

2.4 速效性 對激發(fā)因素的反應(yīng)迅速，雖然細胞因子一般不是預(yù)先合成儲存于細胞內(nèi)，但其基因的轉(zhuǎn)錄和分子的合成與釋放極其快捷。

2.5 短效性 一般，細胞因子基因的轉(zhuǎn)錄時間不象其他基因那么長，其mRNA分子不穩(wěn)定、易分解，而且細胞因子的半衰期又很短，所以細胞因子作用的時間都很短暫。

2.6 局效性 由于細胞因子具有短效性而且微量，所以在進入循環(huán)前多被稀釋和滅活，只能靠其高效性和高速性在分泌局部發(fā)揮作用，即自分泌效應(yīng)和旁分泌效應(yīng)；只有少數(shù)因子在大量分泌時可進入循環(huán)發(fā)揮作用[4]。

2.7 網(wǎng)絡(luò)性 各種細胞因子的生物學(xué)活性常常相互關(guān)聯(lián)，一種細胞因子可以誘導(dǎo)另一種因子的產(chǎn)生，或者抑制其它因子的分泌，這種連鎖的生物學(xué)效應(yīng)形成了一個復(fù)雜的、開放式的細胞因子網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)節(jié)機體的免疫功能及生理平衡。

2.8 難檢性 細胞因子的檢測極其困難，即使用目前最敏感的免疫學(xué)方法，也難以從血清等標(biāo)本中直接對細胞因子進行定量檢測。

3 細胞因子的免疫佐劑作用

3.1 分子免疫佐劑 免疫佐劑是指與抗原同時或預(yù)先應(yīng)用，能增強機體針對抗原的免疫應(yīng)答能力，或改變免疫反應(yīng)類型的物質(zhì)。包括無機佐劑(如氫氧化鋁)、有機佐劑(如脂多糖、分支桿菌)及合成佐劑等[5]。免疫佐劑能輔助疫苗刺激機體產(chǎn)生強的免疫應(yīng)答，將使機體更好的獲得對病原體的保護免疫。目前在動物實驗中使用最廣泛的是弗氏不完全佐劑和完全佐劑，這是一類強有力的Thl細胞活化劑，能誘導(dǎo)有效的細胞和體液免疫，但由于其嚴(yán)重的副作用，其使用受到了限制。研究發(fā)現(xiàn)細胞因子、協(xié)同刺激分子以及補體可作用于體內(nèi)免疫活性細胞，促進其分化與增殖，或加強其活性與功能，或影響細胞內(nèi)生物活性分子的表達與分泌，因而它們作為佐劑引起了廣泛的[13]。

3.2 細胞因子的免疫佐劑效應(yīng) 近年來，隨著細胞因子研究的進展，發(fā)現(xiàn)許多細胞因子也具有明顯的免疫佐劑效應(yīng)，可增強機體對抗原的反應(yīng)性或增強抗原的免疫原性[6]。在基因工程疫苗研制中，常把細胞因子基因(如IL-2、GM-CSF等)和保護抗原基因連接在一起，構(gòu)成融合蛋白，以增強疫苗的抗體產(chǎn)生和細胞免疫水平，其免疫佐劑的作用主要表現(xiàn)為以下兩個方面：（1）增強機體的抗感染能力。前蘇聯(lián)學(xué)者證明[14]，α-IFN對小鼠及家兔的實驗性沙門氏菌感染有拮抗作用，可顯著提高感染動物的存活率，活化巨噬細胞的殺菌能力，并促進沙門氏菌的清除。對沙門氏菌感染的患者進行了干擾素治療，3d內(nèi)連續(xù)注射α干擾素，10d后重復(fù)上述治療，繼續(xù)常規(guī)注射1個月，全部患者均康復(fù)，隨訪3年，未發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥[7]。對急性腹膜炎患者，常規(guī)治療中加入干擾素治療，可使病程縮短，減輕毒血癥，對老年急性膽囊炎患者，如加用干擾素治療，可使臨床體征消失，主要實驗室檢查正常，減少手術(shù)風(fēng)險。（2）加強疫苗的保護效應(yīng)。理想的疫苗接種，應(yīng)能刺激機體產(chǎn)生強而持久的特異性免疫反應(yīng)，但目前許多疫苗接種后多激發(fā)的免疫反應(yīng)，或其強度不足，或其維持時間短，其原因可能與制備疫苗的抗原性較弱有關(guān)。最近的研究表明，若在抗原注射的同時或預(yù)先注射細胞因子，可明顯增強針對該抗原的免疫應(yīng)答能力[8]。一些細胞因子是理想的免疫佐劑，具有佐劑效應(yīng)的細胞因子主要包括IL-2、1L-4、IL-5、IL-10、IL-12、IFN、TNF、和GM-CSF等?？袢∫呙缗c白介素2聯(lián)合免疫，可提高抗狂犬病病毒的抗體水平及特異性細胞毒性T細胞活性，Rothel等用羊泰勒焦蟲重組抗原的免疫試驗表明[15]：以IL-1β或TNF- α為佐劑，可顯著提高其抗體產(chǎn)生水平，IL-1可增強小鼠對牛血清白蛋白的二次抗體反應(yīng)，增強腫瘤抗原的免疫原性，IL-2可促進風(fēng)疹病毒、單純瘡疹病毒及肺炎桿菌接種后的特異性免疫反應(yīng)并獲得保護力，乙肝疫苗接種失敗率約為10%，如同時使用細胞因子佐劑，可大大增加接種成功率[9]。其他細胞因子如IL-3、IL-4、IL-6、IL-10和TNF也具有明顯的佐劑效應(yīng)，他們分別增強機體對利什曼原蟲、腫瘤抗原的免疫應(yīng)答能力[10]。

3.3 細胞因子佐劑效應(yīng)的作用機制 輔助性T細胞(Th)包括Thl和Th2亞群，這兩個亞群的發(fā)現(xiàn)解釋了長期困惑的問題，即細胞免疫與體液免疫反應(yīng)的交互抑制現(xiàn)象。研究者早已發(fā)現(xiàn)，針對某種抗原的免疫反應(yīng)如以細胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)(如遲發(fā)超敏反應(yīng)，DTH)為主，則體液反應(yīng)(抗體產(chǎn)生)受抑制，反之則細胞免疫受抑制，其調(diào)節(jié)機制始終未得到明確解釋[16]。近年來，隨著細胞因子研究的進展，尤其是IL-10的發(fā)現(xiàn)，證明了細胞因子的優(yōu)勢分泌現(xiàn)象，即Thl細胞主要產(chǎn)生IL-2.、IFN-γ、TNF-β等，而Th2細胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-6.、IL-10，而IL-10對Thl細胞因子的產(chǎn)生有明顯的抑制作用。根據(jù)其所產(chǎn)生細胞因子的主要生物學(xué)活性可知，Thl細胞主要促進細胞介導(dǎo)免疫，而Th2細胞以促進抗體產(chǎn)生為主，加之IL-10對Thl的抑制效應(yīng)，可以部分地解釋交互抑制現(xiàn)象[17]。因此，細胞因子的佐劑效應(yīng)也因其對Th亞群的作用或其產(chǎn)生來源而有所不同。

實驗發(fā)現(xiàn)，表達IL-l受體的T細胞主要是Th2細胞，Th2細胞可接受IL-l刺激而增殖。因此，IL-1的佐劑效應(yīng)主要表現(xiàn)為對抗體產(chǎn)生的促進作用，免疫受抑動物接種菌苗時，若同時注射白介素，其特異性抗體滴度都增高，疫苗的保護效應(yīng)增強[18]。反之，IL-2由Thl細胞產(chǎn)生，其佐劑效應(yīng)以促進細胞免疫反應(yīng)為主，對抗體的產(chǎn)生無明顯促進作用，Heath等人認為可能與Thl細胞受IL-2活化后同時產(chǎn)生大量的IFN-γ有關(guān)。有實驗表明[19]，IFN-γ可能抑制Th2細胞的增殖，他們的實驗發(fā)現(xiàn)，菌苗接種前2d注射IFN-γ可抑制特異性抗體的產(chǎn)生，并改變免疫球蛋白亞類的比例，而接種后使用則可逆轉(zhuǎn)對抗體的抑制作用。4 前景與展望

目前，細胞因子已由原來的基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究發(fā)展。當(dāng)前，免疫抑制性的動物傳染病日漸增多，急需免疫增強型的新型疫苗，或加強傳統(tǒng)疫苗的免疫效果，以干擾素、白介素等作為免疫佐劑可能是解決目前眾多疫苗，特別是寄生蟲疫苗效果不良或不穩(wěn)定問題的有效途徑之一，是被人們普遍看好并具有廣闊應(yīng)用前景的新型佐劑，利用細胞因子增強或調(diào)節(jié)機體的非特異性免疫，不僅會有效防治禽畜疾病，而且將在畜牧業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，更為重要的是，在獸醫(yī)上開展大量的細胞因子研究可為人類疾病提供理想的模型，推動人類健康事業(yè)的發(fā)展，隨著對細胞因子研究的不斷深入，學(xué)者們對細胞因子的拮抗劑、細胞因子的基因?qū)氙煼ā⒓毎蜃优c基因工程抗體、細胞因子基因工程藥物、細胞因子與毒素等復(fù)合物，進行了越來越多的研究，在人類疾病的治療上顯示了廣闊的前景。

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