細(xì)胞因子的研究概況

李群芳 武蕾 姜寧鵬

文獻(xiàn)綜述

細(xì)胞因子的研究概況

李群芳①武蕾①姜寧鵬②*

（①山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 山東 濟(jì)南 250002 ②山東省科技情報(bào)研究所 山東 濟(jì)南）

細(xì)胞因子是一類由造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)或炎癥反應(yīng)中的活化細(xì)胞產(chǎn)生的具有高活性多功能的小分子多肽、蛋白質(zhì)或糖蛋白，種類包括很多種。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)細(xì)胞因子的作用特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。同時(shí)分析了細(xì)胞因子作為分子免疫佐劑的獨(dú)特特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的細(xì)胞因子被廣泛用于各種免疫學(xué)反應(yīng)中，取得了良好的免疫效果，在動(dòng)物及人類疾病的治療上顯示了廣闊的前景。

細(xì)胞因子是由活化的淋巴細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞及一些基質(zhì)、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的一類非抗體、非補(bǔ)體的可溶性物質(zhì)。其中正式命名的第一個(gè)(類)細(xì)胞因子是由Tsaacs等發(fā)現(xiàn)，在病毒誘導(dǎo)細(xì)胞時(shí)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[11]。此后，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列的細(xì)胞因子。20世紀(jì)70~80年代是細(xì)胞因子研究十分活躍的時(shí)期，在此階段，有關(guān)細(xì)胞因子的研究有兩個(gè)重要發(fā)展：一是細(xì)胞因子命名的統(tǒng)一；二是細(xì)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(xì)胞因子具有廣泛而重要的功能,但正常情況下機(jī)體內(nèi)產(chǎn)量極微，因此，通過(guò)分子生物學(xué)手段獲得重組細(xì)胞因子是臨床應(yīng)用及進(jìn)一步闡明細(xì)胞因子功能的重要一步。到目前為止[1]，至少有7種動(dòng)物的多種細(xì)胞因子被克隆，這些細(xì)胞因子包括了IL-1~IL-13、干擾素(IFN)、腫瘤壞死因子(TNF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)等，在已克隆的細(xì)胞因子中，大多數(shù)已獲得表達(dá)，其中以綿羊的表達(dá)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(xì)胞因子的表達(dá)正在研究。

1 細(xì)胞因子的分類

細(xì)胞因子種類很多，根據(jù)細(xì)胞因子的基本理化性狀和主要生物學(xué)活性進(jìn)行綜合分類，主要的細(xì)胞因子有[12]：（1）白細(xì)胞介素(interleukins，IL)為在白細(xì)胞之間傳遞免疫調(diào)節(jié)信息的生物分子，目前已認(rèn)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(xì)胞因子。（2）干擾素(interferons，IFN)為能干擾病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的一類蛋白質(zhì)?，F(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。（3）造血生長(zhǎng)因子(himopoieticfactors，TNF)能使造血前體細(xì)胞分化增殖的生物分子；主要作用是調(diào)節(jié)機(jī)體的造血功能，包括各種集落刺激因子和紅細(xì)胞生成素等。（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(xì)胞的一類細(xì)胞因子，其中由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的稱為TNF、由淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的稱為TNF。（5）其他細(xì)胞因子[2]，除了上述幾類主要的細(xì)胞因子之外，還有一些細(xì)胞因子與免疫學(xué)相關(guān)。如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforminggrowthfactor，TGF)、白細(xì)胞病抑制因子(leukemiainhibitory-factor，LIF)、癌抑制素M(omcosatinM，OncoM)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocytechemoat-tractantprotein1，MCP-1)等。有些細(xì)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(zhǎng)因子(nervegrowth-factor，NGF)、表皮生長(zhǎng)因子(epidermalgrowth-factor，DGF)、血小板來(lái)源的生長(zhǎng)因子(platelet-derivedgrowthfactor，PDGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-likegrowthfactor，IGF)等等。

2 細(xì)胞因子的作用特點(diǎn)

盡管細(xì)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 多種細(xì)胞可以產(chǎn)生同一種細(xì)胞因子，幾乎沒(méi)有一種細(xì)胞因子是由單一類型細(xì)胞產(chǎn)生的，而且誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生的因素也多種多樣。

2.2 多效性 每種細(xì)胞因子的生物學(xué)活性都不是單一的。各種細(xì)胞因子都是通過(guò)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(xì)胞上，因此可介導(dǎo)不同的生物活性[3]。

2.3 高效性 細(xì)胞因子多具有微量強(qiáng)效的特點(diǎn)，一般在濃度為10－15~10－10mol/L時(shí)即可刺激靶細(xì)胞，表現(xiàn)很強(qiáng)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(duì)激發(fā)因素的反應(yīng)迅速，雖然細(xì)胞因子一般不是預(yù)先合成儲(chǔ)存于細(xì)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(xì)胞因子基因的轉(zhuǎn)錄時(shí)間不象其他基因那么長(zhǎng)，其mRNA分子不穩(wěn)定、易分解，而且細(xì)胞因子的半衰期又很短，所以細(xì)胞因子作用的時(shí)間都很短暫。

2.6 局效性 由于細(xì)胞因子具有短效性而且微量，所以在進(jìn)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(shí)可進(jìn)入循環(huán)發(fā)揮作用[4]。

2.7 網(wǎng)絡(luò)性 各種細(xì)胞因子的生物學(xué)活性常常相互關(guān)聯(lián)，一種細(xì)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(gè)復(fù)雜的、開(kāi)放式的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能及生理平衡。

2.8 難檢性 細(xì)胞因子的檢測(cè)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(duì)細(xì)胞因子進(jìn)行定量檢測(cè)。

3 細(xì)胞因子的免疫佐劑作用

3.1 分子免疫佐劑 免疫佐劑是一類能增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原的免疫應(yīng)答能力，或改變免疫反應(yīng)類型的物質(zhì)，它一般與抗原同時(shí)或預(yù)先應(yīng)用。分子佐劑的種類主要包括無(wú)機(jī)佐劑(如氫氧化鋁)、有機(jī)佐劑(如脂多糖、分支桿菌)及合成佐劑等[5]。目前在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中使用最廣泛的是弗氏不完全佐劑和完全佐劑。弗氏佐劑主要使Thl細(xì)胞活化劑，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生有效的細(xì)胞和體液免疫，但由于副作用嚴(yán)重，使用受到了限制。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子、協(xié)同刺激分子以及補(bǔ)體可作用于體內(nèi)免疫活性細(xì)胞，促進(jìn)其分化與增殖，或加強(qiáng)其活性與功能，或影響細(xì)胞內(nèi)生物活性分子的表達(dá)與分泌，因而它們作為佐劑引起了廣泛的[13]。

3.2 細(xì)胞因子的免疫佐劑效應(yīng) 近年來(lái)，隨著細(xì)胞因子研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)許多細(xì)胞因子也具有明顯的免疫佐劑效應(yīng)，可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原的反應(yīng)性或增強(qiáng)抗原的免疫原性[6]。在基因工程疫苗研制中，常把細(xì)胞因子基因(如IL-2、GM-CSF等)和保護(hù)抗原基因連接在一起，構(gòu)成融合蛋白，以增強(qiáng)疫苗的抗體產(chǎn)生和細(xì)胞免疫水平，其免疫佐劑的作用主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：（1）增強(qiáng)機(jī)體的抗感染能力：前蘇聯(lián)學(xué)者證明[14]，α-IFN對(duì)小鼠及家兔的實(shí)驗(yàn)性沙門氏菌感染有拮抗作用，可顯著提高感染動(dòng)物的存活率，活化巨噬細(xì)胞的殺菌能力，并促進(jìn)沙門氏菌的清除。通過(guò)對(duì)沙門氏菌感染的患者進(jìn)行干擾素治療，可使全部患者康復(fù)，而且監(jiān)測(cè)三年并未發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥。對(duì)急性腹膜炎患者[7]，常規(guī)治療中加入干擾素，可使病程縮短，減輕毒血癥，對(duì)老年急性膽囊炎患者，如加用干擾素，可使臨床體征消失，主要實(shí)驗(yàn)室檢查正常，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。（2）加強(qiáng)疫苗的保護(hù)效應(yīng)：理想的疫苗接種，應(yīng)能刺激機(jī)體產(chǎn)生強(qiáng)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(qiáng)度不足，或其維持時(shí)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(shí)或預(yù)先注射細(xì)胞因子，可明顯增強(qiáng)針對(duì)該抗原的免疫應(yīng)答能力[8]。具有佐劑效應(yīng)的細(xì)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cIL-2聯(lián)合免疫，可以提高抗狂犬病病毒的抗體水平及特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞活性，IL-1β或TNF-α也被Rothel等發(fā)現(xiàn)可以提高羊泰勒焦蟲(chóng)重組抗原的抗體產(chǎn)生水平[15]，IL-1可增強(qiáng)小鼠對(duì)牛血清白蛋白的二次抗體反應(yīng)，增強(qiáng)腫瘤抗原的免疫原性，IL-2可促進(jìn)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(hù)力，乙肝疫苗接種失敗率約為10%，如同時(shí)使用細(xì)胞因子佐劑，可大大增加接種成功率[9]。而IL-3、IL-4、IL-6、IL-10和TNF等也分別增強(qiáng)機(jī)體對(duì)利什曼原蟲(chóng)、腫瘤抗原的免疫應(yīng)答能力[10]。

3.3 細(xì)胞因子佐劑效應(yīng)的作用機(jī)制 （1）輔助性T細(xì)胞(Th)包括Thl和Th2亞群，這兩個(gè)亞群的發(fā)現(xiàn)解釋了長(zhǎng)期困惑的問(wèn)題，即細(xì)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(duì)某種抗原的免疫反應(yīng)如以細(xì)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(xì)胞免疫受抑制，其調(diào)節(jié)機(jī)制始終未得到明確解釋[16]。近年來(lái)，隨著細(xì)胞因子研究的進(jìn)展，尤其是IL-10的發(fā)現(xiàn)，證明了細(xì)胞因子的優(yōu)勢(shì)分泌現(xiàn)象，即Thl細(xì)胞主要產(chǎn)生IL-2.、IFN-γ、TNF-β等，而Th2細(xì)胞主要刺激機(jī)體分泌IL-4、IL-5、IL-6.、IL-10，其中L-10對(duì)Thl細(xì)胞因子的產(chǎn)生有明顯的抑制作用。Thl細(xì)胞主要促進(jìn)細(xì)胞介導(dǎo)免疫，而Th2細(xì)胞以促進(jìn)抗體產(chǎn)生為主，加之IL-10對(duì)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(xì)胞因子的佐劑效應(yīng)也與對(duì)Th亞群的作用方式不同而有所不同。（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，表達(dá)IL-l受體的T細(xì)胞主要是Th2細(xì)胞，Th2細(xì)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(duì)抗體產(chǎn)生的促進(jìn)作用，免疫受抑動(dòng)物接種菌苗時(shí)，若同時(shí)注射白介素，其特異性抗體滴度都增高，疫苗的保護(hù)效應(yīng)增強(qiáng)[18]。反之，IL-2由Thl細(xì)胞產(chǎn)生，其佐劑效應(yīng)以促進(jìn)細(xì)胞免疫反應(yīng)為主，對(duì)抗體的產(chǎn)生無(wú)明顯促進(jìn)作用，Heath等人認(rèn)為可能與Thl細(xì)胞受IL-2活化后同時(shí)產(chǎn)生大量的IFN-γ有關(guān)。有實(shí)驗(yàn)表明[19]，IFN-γ可能抑制Th2細(xì)胞的增殖，他們的實(shí)驗(yàn)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(duì)抗體的抑制作用。

4 前景與展望

目前，細(xì)胞因子已由原來(lái)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(dòng)物傳染病日漸增多，急需免疫增強(qiáng)型的新型疫苗，或加強(qiáng)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(chóng)疫苗效果不良或不穩(wěn)定問(wèn)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(xì)胞因子增強(qiáng)或調(diào)節(jié)機(jī)體的非特異性免疫，不僅會(huì)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(jì)效益，更為重要的是，在獸醫(yī)上開(kāi)展大量的細(xì)胞因子研究可為人類疾病提供理想的模型，推動(dòng)人類健康事業(yè)的發(fā)展，隨著對(duì)細(xì)胞因子研究的不斷深入，學(xué)者們對(duì)細(xì)胞因子的拮抗劑、細(xì)胞因子的基因?qū)氙煼?、?xì)胞因子與基因工程抗體、細(xì)胞因子基因工程藥物、細(xì)胞因子與毒素等復(fù)合物，進(jìn)行了越來(lái)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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