细胞因子的研究概况

李群芳 武蕾 姜宁鹏

文献综述

细胞因子的研究概况

李群芳①武蕾①姜宁鹏②*

（①山东医学高等专科学校 山东 济南 250002 ②山东省科技情报研究所 山东 济南）

细胞因子是一类由造血系统、免疫系统或炎症反应中的活化细胞产生的具有高活性多功能的小分子多肽、蛋白质或糖蛋白，种类包括很多种。本文在前人研究的基础上，对细胞因子的作用特点进行了详细的描述。同时分析了细胞因子作为分子免疫佐剂的独特特点，发现越来越多的细胞因子被广泛用于各种免疫学反应中，取得了良好的免疫效果，在动物及人类疾病的治疗上显示了广阔的前景。

细胞因子是由活化的淋巴细胞、单核巨噬细胞及一些基质、内皮细胞和成纤维细胞产生的一类非抗体、非补体的可溶性物质。其中正式命名的第一个(类)细胞因子是由Tsaacs等发现，在病毒诱导细胞时产生一种能干扰病毒复制的可溶性蛋白质，将其命名为干扰素[11]。此后，人们陆续发现了一系列的细胞因子。20世纪70~80年代是细胞因子研究十分活跃的时期，在此阶段，有关细胞因子的研究有两个重要发展：一是细胞因子命名的统一；二是细胞因子纯化、鉴定技术的发展和基因重组技术的应用。细胞因子具有广泛而重要的功能,但正常情况下机体内产量极微，因此，通过分子生物学手段获得重组细胞因子是临床应用及进一步阐明细胞因子功能的重要一步。到目前为止[1]，至少有7种动物的多种细胞因子被克隆，这些细胞因子包括了IL-1~IL-13、干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等，在已克隆的细胞因子中，大多数已获得表达，其中以绵羊的表达种类最多，包括IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-A、INF-C等。牛、鸡、猪、猫等的IL-2也已获得重组蛋白，其它细胞因子的表达正在研究。

1 细胞因子的分类

细胞因子种类很多，根据细胞因子的基本理化性状和主要生物学活性进行综合分类，主要的细胞因子有[12]：（1）白细胞介素(interleukins，IL)为在白细胞之间传递免疫调节信息的生物分子，目前已认定了至少15种IL(IL-1~15)，成为免疫学中最庞大、也是最重要的一类细胞因子。（2）干扰素(interferons，IFN)为能干扰病毒在宿主细胞内复制的一类蛋白质。现已知IFN可分成不同的类型，有广泛的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用。（3）造血生长因子(himopoieticfactors，TNF)能使造血前体细胞分化增殖的生物分子；主要作用是调节机体的造血功能，包括各种集落刺激因子和红细胞生成素等。（4）肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor，TNF)能使肿瘤组织坏死并能杀伤肿瘤培养细胞的一类细胞因子，其中由巨噬细胞产生的称为TNF、由淋巴细胞产生的称为TNF。（5）其他细胞因子[2]，除了上述几类主要的细胞因子之外，还有一些细胞因子与免疫学相关。如转化生长因子(transforminggrowthfactor，TGF)、白细胞病抑制因子(leukemiainhibitory-factor，LIF)、癌抑制素M(omcosatinM，OncoM)、单核细胞趋化蛋白1(monocytechemoat-tractantprotein1，MCP-1)等。有些细胞因子虽然与免疫学也有关联，但其主要生物学活性不是影响免疫系统，如神经生长因子(nervegrowth-factor，NGF)、表皮生长因子(epidermalgrowth-factor，DGF)、血小板来源的生长因子(platelet-derivedgrowthfactor，PDGF)、胰岛素样生长因子(insulin-likegrowthfactor，IGF)等等。

2 细胞因子的作用特点

尽管细胞因子种类繁多，但它们具有许多共同特性，有别于免疫球蛋白和其他生物分子。

2.1 多源性 多种细胞可以产生同一种细胞因子，几乎没有一种细胞因子是由单一类型细胞产生的，而且诱导细胞因子产生的因素也多种多样。

2.2 多效性 每种细胞因子的生物学活性都不是单一的。各种细胞因子都是通过其特异性受体而发挥作用，但同样的受体可分布在不同类型的细胞上，因此可介导不同的生物活性[3]。

2.3 高效性 细胞因子多具有微量强效的特点，一般在浓度为10－15~10－10mol/L时即可刺激靶细胞，表现很强遥生物学活性，与内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 对激发因素的反应迅速，虽然细胞因子一般不是预先合成储存于细胞内，但其基因的转录和分子的合成与释放极其快捷。

2.5 短效性 一般，细胞因子基因的转录时间不象其他基因那么长，其mRNA分子不稳定、易分解，而且细胞因子的半衰期又很短，所以细胞因子作用的时间都很短暂。

2.6 局效性 由于细胞因子具有短效性而且微量，所以在进入循环前多被稀释和灭活，只能靠其高效性和高速性在分泌局部发挥作用，即自分泌效应和旁分泌效应；只有少数因子在大量分泌时可进入循环发挥作用[4]。

2.7 网络性 各种细胞因子的生物学活性常常相互关联，一种细胞因子可以诱导另一种因子的产生，或者抑制其它因子的分泌，这种连锁的生物学效应形成了一个复杂的、开放式的细胞因子网络，共同调节机体的免疫功能及生理平衡。

2.8 难检性 细胞因子的检测极其困难，即使用目前最敏感的免疫学方法，也难以从血清等标本中直接对细胞因子进行定量检测。

3 细胞因子的免疫佐剂作用

3.1 分子免疫佐剂 免疫佐剂是一类能增强机体对抗原的免疫应答能力，或改变免疫反应类型的物质，它一般与抗原同时或预先应用。分子佐剂的种类主要包括无机佐剂(如氢氧化铝)、有机佐剂(如脂多糖、分支杆菌)及合成佐剂等[5]。目前在动物实验中使用最广泛的是弗氏不完全佐剂和完全佐剂。弗氏佐剂主要使Thl细胞活化剂，诱导机体产生有效的细胞和体液免疫，但由于副作用严重，使用受到了限制。研究发现细胞因子、协同刺激分子以及补体可作用于体内免疫活性细胞，促进其分化与增殖，或加强其活性与功能，或影响细胞内生物活性分子的表达与分泌，因而它们作为佐剂引起了广泛的[13]。

3.2 细胞因子的免疫佐剂效应 近年来，随着细胞因子研究的进展，发现许多细胞因子也具有明显的免疫佐剂效应，可增强机体对抗原的反应性或增强抗原的免疫原性[6]。在基因工程疫苗研制中，常把细胞因子基因(如IL-2、GM-CSF等)和保护抗原基因连接在一起，构成融合蛋白，以增强疫苗的抗体产生和细胞免疫水平，其免疫佐剂的作用主要表现为以下两个方面：（1）增强机体的抗感染能力：前苏联学者证明[14]，α-IFN对小鼠及家兔的实验性沙门氏菌感染有拮抗作用，可显著提高感染动物的存活率，活化巨噬细胞的杀菌能力，并促进沙门氏菌的清除。通过对沙门氏菌感染的患者进行干扰素治疗，可使全部患者康复，而且监测三年并未发现并发症。对急性腹膜炎患者[7]，常规治疗中加入干扰素，可使病程缩短，减轻毒血症，对老年急性胆囊炎患者，如加用干扰素，可使临床体征消失，主要实验室检查正常，减少手术风险。（2）加强疫苗的保护效应：理想的疫苗接种，应能刺激机体产生强而持久的特异性免疫反应，但目前许多疫苗接种后多激发的免疫反应，或其强度不足，或其维持时间短，其原因可能与制备疫苗的抗原性较弱有关。最近的研究表明，若在抗原注射的同时或预先注射细胞因子，可明显增强针对该抗原的免疫应答能力[8]。具有佐剂效应的细胞因子主要包括IL-2、1L-4、IL-5、IL-10、IL-12、IFN、TNF、和GM-CSF等。狂犬病疫苗与IL-2联合免疫，可以提高抗狂犬病病毒的抗体水平及特异性细胞毒性T细胞活性，IL-1β或TNF-α也被Rothel等发现可以提高羊泰勒焦虫重组抗原的抗体产生水平[15]，IL-1可增强小鼠对牛血清白蛋白的二次抗体反应，增强肿瘤抗原的免疫原性，IL-2可促进风疹病毒、单纯疮疹病毒及肺炎杆菌接种后的特异性免疫反应并获得保护力，乙肝疫苗接种失败率约为10%，如同时使用细胞因子佐剂，可大大增加接种成功率[9]。而IL-3、IL-4、IL-6、IL-10和TNF等也分别增强机体对利什曼原虫、肿瘤抗原的免疫应答能力[10]。

3.3 细胞因子佐剂效应的作用机制 （1）辅助性T细胞(Th)包括Thl和Th2亚群，这两个亚群的发现解释了长期困惑的问题，即细胞免疫与体液免疫反应的交互抑制现象。研究者早已发现，针对某种抗原的免疫反应如以细胞介导免疫反应(如迟发超敏反应，DTH)为主，则体液反应(抗体产生)受抑制，反之则细胞免疫受抑制，其调节机制始终未得到明确解释[16]。近年来，随着细胞因子研究的进展，尤其是IL-10的发现，证明了细胞因子的优势分泌现象，即Thl细胞主要产生IL-2.、IFN-γ、TNF-β等，而Th2细胞主要刺激机体分泌IL-4、IL-5、IL-6.、IL-10，其中L-10对Thl细胞因子的产生有明显的抑制作用。Thl细胞主要促进细胞介导免疫，而Th2细胞以促进抗体产生为主，加之IL-10对Thl的抑制效应，可以部分地解释交互抑制现象[17]。因此，细胞因子的佐剂效应也与对Th亚群的作用方式不同而有所不同。（2）实验发现，表达IL-l受体的T细胞主要是Th2细胞，Th2细胞可接受IL-l刺激而增殖。因此，IL-1的佐剂效应主要表现为对抗体产生的促进作用，免疫受抑动物接种菌苗时，若同时注射白介素，其特异性抗体滴度都增高，疫苗的保护效应增强[18]。反之，IL-2由Thl细胞产生，其佐剂效应以促进细胞免疫反应为主，对抗体的产生无明显促进作用，Heath等人认为可能与Thl细胞受IL-2活化后同时产生大量的IFN-γ有关。有实验表明[19]，IFN-γ可能抑制Th2细胞的增殖，他们的实验发现，菌苗接种前2d注射IFN-γ可抑制特异性抗体的产生，并改变免疫球蛋白亚类的比例，而接种后使用则可逆转对抗体的抑制作用。

4 前景与展望

目前，细胞因子已由原来的基础研究向应用研究发展。当前，免疫抑制性的动物传染病日渐增多，急需免疫增强型的新型疫苗，或加强传统疫苗的免疫效果，以干扰素、白介素等作为免疫佐剂可能是解决目前众多疫苗，特别是寄生虫疫苗效果不良或不稳定问题的有效途径之一，是被人们普遍看好并具有广阔应用前景的新型佐剂，利用细胞因子增强或调节机体的非特异性免疫，不仅会有效防治禽畜疾病，而且将在畜牧业生产中产生巨大的经济效益，更为重要的是，在兽医上开展大量的细胞因子研究可为人类疾病提供理想的模型，推动人类健康事业的发展，随着对细胞因子研究的不断深入，学者们对细胞因子的拮抗剂、细胞因子的基因导入疗法、细胞因子与基因工程抗体、细胞因子基因工程药物、细胞因子与毒素等复合物，进行了越来越多的研究，在人类疾病的治疗上显示了广阔的前景。

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（2019–09–03）

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