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細胞因子(cytokine)是指主要由免疫細胞分泌的、能調節細胞功能的小分子多肽。在免疫應答過程中,細胞因子對於細胞間相互作用、細胞的生長和分化有重要調節作用。由於基因工程、細胞工程研究的飛速發展,不僅克隆了早先發現的生物活性肽的cDNA,而且發現了許多新的細胞因子,並對各種細胞因子產生來源、分了子結構和基因、相應的受體、生物學功能以及與臨床的關係等進行了大量的研究,成為當今基礎免疫學和臨床免疫學研究中一個活躍的領域。

1 細胞因子 -概述

細胞因子(cytokine)是由機體多種細胞分泌的小分子蛋白質,通過結合細胞2表面的相應受體發揮生物學作用。
1、細胞因子的命名 
細胞因子有多種其他的名稱:如由單個核吞噬細胞產2生的細胞因子稱為單核因子(monokine);由淋巴細胞產生的細胞因子稱為淋巴因2子(lymphokine);可刺激骨髓幹細胞或祖細胞分化成熟的細胞因子稱為集落刺激因子(colony stimulating factor, CSF)等。由不同細胞分泌的細胞因子,其基2因及編碼蛋白與功能均清楚者,通常均歸屬於白細胞介素(Interleukin,IL)。2白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、生長因子和趨化性細胞因子都是細胞因子。2在固有性免疫應答及適應性免疫應答過程中, 細胞因子發揮重要的功能。
2、細胞因子作用方式及特點 
天然的細胞因子由抗原、絲裂原或其它刺激物活2化的細胞分泌,通過旁分泌(paracrine)、自分泌(autocrine)或內分泌(endocrine)2的方式發揮作用。若某種細胞因子作用的靶細胞(細胞因子作用的細胞)也是其2產生細胞,則該細胞因子對靶細胞表現出的生物學作用稱為自分泌效應,如T2淋巴細胞產生的白細胞介素-2(IL-2)刺激T 淋巴細胞本身生長。若某種細胞因2子的產生細胞和靶細胞非同一細胞,且二者鄰近,則該細胞因子對靶細胞表現出2的生物學作用稱為旁分泌效應,如樹突狀細胞產生的IL-12 支持T 淋巴細胞增殖2及分化。少數細胞因子如TNF、IL-1 在高濃度時也作用於遠處的靶細胞,表現內分2泌效應。細胞因子具有多效性、重疊性、拮抗性和協同性。①多效性:一2種細胞因子作用於多種靶細胞,產生多種生物學效應的細胞因子表現多效性,如干2擾素γ上調有核細胞表達MHC I 類分子,也激活巨噬細胞;②重疊性:幾種不同的細2胞因子作用於同一種靶細胞,產生相同或相似的生物學效應的細胞因子表現重疊性,2如IL-6 和IL-13 均可刺激B 淋巴細胞增殖。③拮抗性:一種細胞因子抑制其他細胞2因子的功能表現出拮抗性,如IL-4 抑制干擾素γ刺激Th 細胞向Th1 細胞分化的功能。2④協同性:一種細胞因子強化另一種細胞因子的功能,兩者表現協同性,如IL-32和IL-11 共同刺激造血幹細胞的分化成熟。眾多細胞因子在機體內存在,相互促進2或相互抑制,形成十分複雜的細胞因子調節網路。

2 細胞因子 -分類

細胞因子是多種細胞所分泌的能調節細胞生長分化、調節免疫功能、
細胞因子細胞因子(抗體晶元)
參與炎症發生和創傷癒合等小分子多肽的統稱。免疫球蛋白、補體不包括在細胞因子之列。

(一)根據產生細胞因子的細胞種類不同分類

1.淋巴因子(lymphokine) 於命名,主要由淋巴細胞產生,包括T淋巴細胞、B淋巴細胞和NK細胞等。重要的淋巴因子有IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10、IL-12、IL-13、IL-14、IFN-γ、TNF-β、GM-CSF和神經白細胞素等。

2.單核因子(monokine) 主要由單核細胞或巨噬細胞產生,如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、G-CSF和M-CSF等。

3.非淋巴細胞、非單核-巨噬細胞產生的細胞因子 主要由骨髓和胸腺中的基質細胞、血管內皮細胞、成纖維細胞等細胞產生,如EPO、IL-7、IL-11、SCF、內皮細胞源性IL-8和IFN-β等。

(二)根據細胞因子主要的功能不同分類

1.白細胞介素(interleukinIL) 1979年開始命名。由淋巴細胞、單核細胞或其它非單個核細胞產生的細胞因子,在細胞間相互作用、免疫調節、造血以及炎症過程中起重要調節作用,凡命名的白細胞介素的cDNA基因克隆和表達均已成功,目前已報道IL-1-IL-15。

2.集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF) 根據不同細胞因子刺激造血幹細胞或分化不同階段的造血細胞在半固體培養基中形成不同的細胞集落,分別命名為G(粒細胞)-CSF、M(巨噬細胞)-CSF、GM(粒細胞、巨噬細胞)-CSF、Multi(多重)-CSF(IL-3)、SCF、EPO等。不同CSF不僅可刺激不同發育階段的造血幹細胞和祖細胞增殖的分化,還可促進成熟細胞的功能。

3.干擾素(interferonIFN) 1957年發現的細胞因子,最初發現某一種病毒感染的細胞能產生一種物質可干擾另一種病毒的感染和複製,因此而得名。根據干擾素產生的來源和結構不同,可分為IFN-α、INN-β和IFN-γ,他們分別由白細胞、成纖維細胞和活化T細胞所產生。各種不同的IFN生物學活性基本相同,具有抗病毒、抗腫瘤和免疫調節等作用。

4.腫瘤環死因子(tumornecrosisfactorTNF) 最初發現這種物質能造成腫瘤組織壞死而得名。根據其產生來源和結構不同,可分為TNF-α和TNF-β兩類,前者由單核-巨噬細胞產生,後者由活化T細胞產生,又名淋巴毒素(lymphotoxin,LT)。兩類TNF基本的生物學活性相似,除具有殺傷腫瘤細胞外,還有免疫調節、參與發熱和炎症的發生。大劑量TNF-α可引起惡液質,因而TNF-α又稱惡液質素(cachectin)。

5.轉化生長因子-β家族(transforminggrowthfactor-βfamilyTGF-βfamily) 由多種細胞產生,主要包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGFβ1β2以及骨形成蛋白(BMP)等。

6.趨化因子家族(chemokinefamily) 包括兩個亞族:(1)C-X-C/α亞族,主要趨化中性粒細胞,主要的成員有IL-8、黑素瘤細胞生長刺激活性(GRO/MGSA)、血小板因子-4(PF-4)、血小板鹼性蛋白、蛋白水解來源的產物CTAP-Ⅲ和β-thromboglobulin、炎症蛋白10(IP-10)、ENA-78;(2)C-C/β亞族,主要趨化單核細胞,這個亞族的成員包括巨噬細胞炎症蛋白1α(MIP-1α)、MIP-1β、RANTES、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1/MCAF)、MCP-2、MCP-3和I-309。

7.其它細胞因子 如表皮生長因子(EGF)、血小板衍生的生長因子(PDGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、肝細胞生長因子(HGF)、胰島素樣生長因子-I(IGF-1)、IGF-Ⅱ、白血病抑制因子(LIF)、神經生長因子(NGF)、抑瘤素M(OSM)、血小板衍生的內皮細胞生長因子(PDECGF)、轉化生長因子-α(TGF-α)、血管內皮細胞生長因子(VEGF)等。

3 細胞因子 -受體

細胞因子是由多種細胞產生的,具有廣泛調節細胞功能作用的多肽分子,
細胞因子細胞因子生物學
細胞因子不僅作用於免疫系統和造血系統,還廣泛作用於神經、內分泌系統,對細胞間相互作用、細胞的增殖分化和效應功能有重要的調節作用。細胞因子發揮廣泛多樣的生物學功能是通過與靶細胞膜表面的受體相結合併將信號傳遞到細胞內部。因此,了解細胞因子受體的結構和功能對於深入研究細胞因子的生物學功能是必不可少的。隨著對細胞因子受體的深入研究,發現了細胞因子受體不同亞單位中有共享鏈現象,這對闡明眾多細胞因子生物學活性的相似性和差異性從受體水平上提供了依據。絕大多數細胞因子受體存在著可溶性形式,掌握可溶性細胞因子受體產生的規律及其生理和病理意義,必將擴展人們對細胞因子網路作用的認識。檢測細胞因子及其受體的水平已成為基礎和臨床免疫學研究中的一個重要的方面。

一、細胞因子受體的結構和分類
根據細胞因子受體cDNA序列以及受體胞膜外區氨基酸序列的同源性和結構征,可將細胞因子受體主要分為四種類型:免疫球蛋白超家族(IGSF)、造血細胞因子受體超家族、神經生長因子受體超家族和趨化因子受體。此外,還有些細胞因子受體的結構尚未完全搞清,如IL-10R、IL-12R等;有的細胞因子受體結構雖已搞清,但尚未歸類,如IL-2Rα鏈(CD25)。

(一)免疫球蛋白超家族
該家族成員胞膜外部分均具有一個或數個免疫球蛋白(Ig)樣結構。已知,屬於IGSF成員的細胞因子受體的IL-1RtI(CD121a)、IL-1RtⅡ(CD121b)、IL-6Rα鏈(CD126)、gp130(CDw130)、G-CSFR、M-CSFR(CD115)、SCFR(CD117)和PDGFR,並可分為幾種不同的結構類型,不同IGSF結構類型的受體其信號轉導途徑也有差別。

(1)M-CSFR、SCFR和PDGFR:胞膜外區均含有5個Ig樣結構域,其中靠近胞膜區為1個V樣結構,其餘4個為C2樣結構。受體通常以二聚體形式與相應的同源二聚體配體結合。受體胞漿區本身含有蛋白酷氨酸激酶(proteintyrosinekinase,PTK)結構。

(2)IL-1RtI和IL-1RtⅡ:胞膜外區均含有3個C2樣結構,受體胞漿區絲氨酸/蘇氨酸磷酸化可能與受體介導的信號轉導有關。

(3)IL-6Rα鏈、gp130以及G-CSFR:胞膜外區N端均含1個C2樣區,在靠近胞膜側各有1個紅細胞生成素受體超家族結構域,此外在胞有胞膜外區還含有2-4個纖粘連素結構域。gp130胞漿區酷氨酸磷酸化與信號轉導有關。這種結構類型的受體其相應配體IL-6、OSM、LIF和G-CSF在氨基酸序列和分子結構上也有很大的相似性。

(二)造血細胞因子受體超家族
造血細胞因子受體超家族(haemopoieticcytokinereceptorsuperfamily)又稱細胞因子受體家族(cytokinereceptorfamily),可分為紅細胞生成素受人本超家族(erythropoietinreceptorsuperfamily,ERS)和干擾素受體家族(interferonreceptorfamily)。

1.ERSERS所有成員胞膜外區與紅細胞生成素(erythropoietin,EPO)受體胞膜外區體在氨基酸序列上有較高的同源性,分子結構上也有較大的相似性,故得名。

(1)ERS的成員:屬於ERS的成員有EPOR、血小板生成素R、IL-2β鏈(CD122)、IL-2Rγ鏈、IL-3Rα鏈(CD123)、IL-3Rβ、IIL-4R(CDw124)、IL-5Rα鏈、IL-5βα鏈、IL-5Rβ鏈、IL-6Rα鏈(CD126)、gp130(CDw123)、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-1240kDa亞單位、G-CSFR、GM-CSFRα鏈、GM=CSFRβ鏈、LIFR、CNTFR等,此外,某些激素如生長激素受體(GRGR)和促乳素受體(PRLR)亦屬於ERS。

(2)ERS的結構特徵:紅細胞生成素受體超家族成員在胞膜外與配體結合部位有一個約含210氨基酸殘基的牲性同源區域,主要特點①同源區靠近N端有4個高並能保守的半胱氨酸殘基Cysl、Cys2、Cys3、Cys4和1個保守的鈀氨酸,Cys1與Cys2之間、Cys3與Cys4之間形成兩個二硫鍵。②同源區靠近細胞膜處,約在細胞膜外18~22氨基酸基處有一個色氨酸一絲氨酸-X-色氨酸-絲氨酸基序,所謂Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser即WSXWS基序,其生物學功能尚不明了。IL-3α鏈、IL-3Rβ鏈、GM-CSFRβ鏈、LIFR辦有兩個ERS結構域,其中GM-CSFRβ鏈第一個ERS結構中有一個類似WSXWS基序,即為脯氨酸一絲氨酸-賴氨酸-色氨酸-絲氨酸(PSKWS)基序。1994年Hilton等合成WSXWS基序相應的寡核苷酸為探針,從成鼠肝cDNA文庫中克隆小鼠IL-11受體α鏈cDNA獲得成功。IL-6Rα鏈和gp130以及G-CSFrN端有一個IGSF結構。IL-7R靠近N端側的部位只有Cys1和Cys3,與其它成員相比,缺乏Cys2和Cys4以及色氨酸殘基。IL-1240kDa亞單位有ERS的同源結構,但為非膜結合的,而且與IL-12另一35kDa亞單位通過二硫鍵開成異源雙體。GM-CSFrN端在ERS中可以看作由2個Ⅲ型纖維粘連素組成,每個Ⅲ型纖維粘連素結構域由7股反平行β摺疊股形成一個桶狀結構,兩個桶狀結構之間的槽是配體膜外保守區域有明顯的進化同源性,這種同源性的程度與IGSF成員間相似。EPoR似科與其它家族成員有更高的同源性,在進化上可能處於主導的地位。ERS的胞漿區長度不一,從54個氨基酸殘基到568個氨基酸殘基,除IL-2Rβ鏈與EPOR之間胞漿區有一定同源性外,其它成員在胞漿區未見明顯的同源性。ERS成員胞漿區本身均不具備PTK結構,其信號傳遞的途徑和機理也有所不同。IL-2Rβ鏈胞漿區的本雙重性區與胞漿中酪氨酸激酶相關聯,富含絲氨酸區與非激酶信賴途徑有關。IL-2Rγ鏈胞漿區具有SH2結構,參與信號傳遞。細胞漿中的PTK和PKC可能參與IL-4R介導的信號傳遞。gp130胞漿區絲氨酸富含區以及酷氨酸磷酸化與gp130介導的信號轉導有關。此外,酪氨酸磷酸化與IL-7R、GM-CSFRβ鏈、IL-3Rβ鏈、IL-5Rβ鏈介導的信號轉導有關。

2.干擾素受體家族屬於這一家族的成員有IFN-α/βR、IFN-γR和組織因子(TF)(為凝固白酶因子Ⅶ的細胞膜受體),其結構與紅細胞生成素受體家族相似,但N端只含有兩個保守性的Cys,兩個Cys之間有7個氨基酸。近膜處也有兩個保守的Cys,兩個Cys之間間隔有20-22個氨基酸。IFN-α/βR由兩個上述的結構域所組成。

(三)神經生長因子受體超家族
1.NGFR超家族的成員屬於該家族成員除神經生長因子受體(nervegrowthfactorreceptorNGFR)外,不有TNF-RⅠ(CD120a)、TNF-RⅡ(CD120b)、CD40、CD27、T細胞cDNA-41BB編碼產物、大鼠T細胞抗原OX40和人髓樣細胞表面活化抗原Fas(CD95)。

2.NGFR超家族的結構特點NGFR超家族成員其胞膜外由3-6個約40個氨基酸組成的富含Cys區域,如NGFR、TNF-RⅠ、TNF-RⅡ有4個結構域,CD95有3個結構域,CD30有6個結構域。所有成員N端第一個區域中均含6個保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr殘基各一個,其它區域亦含4-6個Cys。TNF-RⅠ、CD95、CD40分子之間胞漿區約有40-50%同源性。

(四)趨化因子受體
1988年IL-8基因克隆成功以來,已形成了稱之為趨化因子(chemokine)的一個家族。到目前為止,趨化因子家族的成員至少有19個。部分趨化因子的受體已基本搞清,它們都性屬於G蛋白偶聯受體(GTP-bindingproteincoupledreceptor),由於此類受體有7個穿膜區,又稱7個穿膜區受體超家族(sevenpredicatedtransmembranedomainreceptorsuperfamily,STRsuperfamily)。G蛋白偶聯受體(或STR)包括的範圍很廣,除了趨化因子受體外,如某些氨基酸、乙醯膽礆、單胺受體,經典的趨化劑(C5a、fMLP、PAF)受體等都屬於G蛋白偶聯受體/STR。

1.趨化因子受體的種類和結構

(1)趨化因子受體的種類:已發現的趨化因子受體種類有IL-8RA、IL-8RB、MIP-1α/RANTEsR、NCP-1R和細胞趨化因子受體(redbloodcellchemokinereceptorRBCCKR)。有人將能與IL-8結合的IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR(Duffy抗原)歸為IL-8受體家族。

(2)趨化因子受體的結構:所有趨化因子受體都屬於G蛋白偶聯受體/STR,N端在胞膜外,C端位於胞漿內。7個穿膜區(transmembranedomain,TMD)為α螺旋,在TMDⅡ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ由α螺旋內保守的肺腑氨酸所扭結(kinked),胞膜外和胞漿內各有由親水氨基酸所組成的三個一不,分別簡稱為e1-e3(e:extracellularconnectingloops)和il-i3(iintracellularconnectingloops)。e1和e2之間由兩個保守的Cys形成一個二硫鍵,有些受體在胞外N端和e3之間也形成二硫鍵,如IL-8Ra30Cys與277ys形成二硫鍵。在STR超家族中,趨化因子受體以及經典的趨化劑受體具有以下特點:(1)其長度在STR超家族中最短,約為350氨基酸,其主要原因是N端、C端較短,i3環只含16-22個氨基酸;(2)在氨基酸水平上同源性大於20%;(3)i3富含鹼性氨基酸,帶正電;(4)N端仿酸,帶負是電;(5)胞漿區含有多個絲氨酸和蘇氨酸,可能是磷酸化位點;(6)mRNAs多表達於白細胞。

2.IL-8受體家族IL-8R家族是趨化因子受體中能與IL-8結合的不同受體的總稱,包括IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR。

(1)IL-8RA:IL-8RAcDNA1991年基因克隆成功,是Holmes等從中性粒細胞cDNA表達文庫中分離得到,人IL-8RA基因定位於染色體2q35,與IL-8RB基因密切連鎖和高度同源,可能是從同一祖先基因經複製而來。從cDNA推算出IL-8RA由350氨基酸組成,有5個N連接的糖基化位點。裸肽分子量為40kDa,糖基化后55~69kDa,在氨基酸水平上與IL-8RB的同源性為77%。IL-8RA只與配體IL-8(鹼性,PI8.0-8.5)結合,這與IL-8RA的結構有關,IL-8RaN端酸性氨基酸是與IL-8結合的位置,N端Asp11和e3中Gly275和Arg280對於與配體結合至關重要,由於Cys30與Cys277之間形成二硫鍵,Asp11、Glu275和Arg280在空間置上十分接近,共同參與同配體的結合。IL-8RA基因表達的細胞種類較為廣泛,如中性粒細胞、單核細胞、PGA活化的T細胞、單核細胞樣細胞系、黑素瘤細胞、滑液成纖維細胞、HL60細胞和前髓樣細胞系THP-1等。

(2)IL-8RB:IL-8RBcDNA是首先從HL60細胞中克隆成功,推斷的氨基酸殘基數為335,有一個潛在的N連接糖基化位點。IL-8RB可與CXC亞族中IL-8、GROα、GROβ、GROγ和NAP-2結合。人IL-8RB主要表達於髓樣細胞,如中性粒細胞、HL60、THP-1和AML193細胞。

(3)RBCCKR:這種受體結合配體的特異性較寬,又稱multi-specificreceptor,可結合CXC亞族中的IL-8、NAP-2、GROα和CC亞族中的MCP-1和RANTES。人RBCCKRcDNA1993年克隆成功,基因定位於1q21-q25,成熟受體分子由338個氨基酸組成,分子量為39kDa,與IL-8RB和MIP-1α/RANTESR分別有27%和23%同源性。胞膜外區為66個氨基酸,含有2個潛在的N連接糖基化點,酸性。C端胞漿區長24個氨基酸殘基,RBC-CKR似乎不G蛋白調節,可能是一種G蛋白的非偶聯受體。RBCCKR是人紅細胞Duffy抗原(gpD),也是微小間日瘧原蟲(Plasmodiumvivax)受體。Duffy血型陰性個體儘管存在著該血型的原因,但不表達Duffy抗原/RBCCKR。RBCCKR作為一種清除受體(clearancereceptor)清除血液中趨化因子。這種受體與配體結合的親和力Kd為5nM,正常血清中IL-8水平在pM水平。在成人呼吸窘迫綜合征(ARDS)、膿毒症時,血清IL-8水平可升高至8nM,過高水平的IL-8結合到RBCCKR而得以清除。IL-8等趨化因子結合到紅細胞上后即失去了對靶細胞作用。紅細胞的這種清除作用的意義還在於維持一個合適的趨化因子濃度,保證中性粒細胞等敏感地從血液中向趨化因子濃度高的炎症部位動。RBCCKR除表達在紅細胞上外,還表達在腎臟、大腦,基因表在這還見於脾、肺和胸腺等。

3.受體的信號轉導IL-8RA和IL-8RB中緊接第三個穿膜區(TMDⅢ)的第二個胞內環(i2)有一段高度保守的DRYLAIVHA序列,與受體信號的轉導密切相關,其中DRY對於受體有效地偶聯G蛋白是必要的,如用突變方法改變此序列,雖然不影響受體與配體的結合,但幾乎完全喪失了配體刺激的生物學活性。IL-8R與配體結合后使與受體結合的異源三體G蛋白分解為α亞單位和βγ亞單位,α亞單位活化磷脂酶C(phospholipaseCPLC),導致胞漿內三磷酸肌醇(IP3)和二醯基甘油(DAG)增加,分別誘導胞漿內Ca庫釋放Ca2 和PKC的活化。此外,IL-8RA和IL-8RBC端絲氨酸和蘇氨酸殘基的磷酸化可能與信號的轉導有關。

4.趨化因子受體與病毒最近發現某些感染人或靈長類病毒的開放讀框產物與某些趨化因子受體有較高的同源性,這可能與病毒的致病以及病毒所具有的某些生物學特性有關。

(1)人巨細胞病毒(humancytomegalovirusHCMV):是一種可感染人上皮細胞、髓樣和淋巴樣細胞的β皰疹病毒(βHerpesvirus)。HCMV3個開放讀框US27、US28和UL33所推斷的氨基酸序列在分子結構上均可模擬STR,其中US28產物與人MIP-1α/RANTEsR約有30%同源性,與該受體N端的同源性高達56%。US28產物可與趨化因子β亞族中MIP-1α、MIP-1β、MCP-1和RANTES相結合,但不能結合α亞族中的趨化因子。

(2)Saimiri皰疹病毒(HerpesvirussaimiriHVS):是一種感染靈長類動物嗜T細胞的γ皰疹病毒(γHerpesvirus)。HVS開放讀框ECRF3產物與IL-8R有近30%的同源性,與IL-8RbN端的同源性為44%。ECRF3產物與IL-8、GROα和NAP-2均可發生一定程度的結合。

HCMV-US28和HVS-ECRF3探針不能與人基因組DNA雜交,提示皰疹病毒不僅從宿主體內獲得了趨化因子受體基因拷貝,而且進行了修飾。類似的現象見於嗜人B淋巴細胞的γ皰疹病毒-EB病毒(EBV),EBV開放讀框BCRF1是從宿主體內獲得的IL-10基因,BCRF1產物又稱為病毒IL-10(vIL-10),可模擬哺乳動物IL-10的抗炎症和抗增殖效應。

二、細胞因子受體中的共享鏈
大多數細胞因子受體是由兩個或兩個以上的亞單位組成的異源二聚體或多聚體,通常包括一個特異性配體結合α鏈和一個參與信號的β鏈。α鏈構成低親和力受體,β鏈一般單獨不能與細胞因子結合,但參與高親和力受體的形成和信號轉導。應用配體竟爭結合試驗、功能相似性分析以及分子克隆技術發現在細胞因子受體中存在著不同細胞因子受體共享同一種鏈的現象。

(一)細胞因子受體共享鏈的種類
在眾多的細胞因子中,某些細胞因子的作用十分相似,如IL-3、IL-5、GM-CSF都作用於造血系統,促進造血幹細胞或定向幹細胞的增殖。IL-6、IL-11、LIF、OSM都能作用於肝細胞、巨核細胞、漿細胞瘤,發揮相似的生物學作用。IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-13均具有刺激T細胞或和B細胞增殖的作用。上述細胞因子功能的相似性已部分在受體水平得到解釋,在很大程度上是由細胞因子受體共享鏈所決定的。目前已知,細胞因子共享鏈主要有gp310、GM-CSFRβ鏈和IL-2Rγ鏈。

1.gp130/LIFR為IL-6R、單抗MT18在骨髓瘤細胞系U266共沉澱中得到一種130kDa的糖蛋白,命名為gp130。1990年Hibi克隆成功,gp130,屬於造血因子受體家族。IL-6、IL-11均能刺激IL-6信賴的小鼠漿細胞瘤系T1165的增殖,能在IL-3、GM-CSF的作用下縮短骨髓多能幹細胞的Go期,增強IL-3依賴的人和小鼠的巨核細胞集落的形成,促進體內、體外的特異性抗體反應,誘導肝細胞急性期蛋白的產生。抗gp130能陰斷IL-6、IL-11兩種細胞因子分別誘導的TF1細胞的增殖,而抗IL-5R只能陰斷IL-6誘導的TF1的增殖,表明IL-6、IL-11受體共用一個信號轉導鏈。OSM受體存在著低親和力及高親和力兩種受體,低親和力受體即gp130,gp130與LIFR構成高親和力受體。與在IL-6R、IL-11R中不同,gp130在OSMR中只形成低親和力受體且不能單獨轉導細胞因子信號。高親和力的LIF受體由LIFR和gp130組成,OSM與LIF能競爭結合高親和力LIF受體,但不競爭結合低親和力的LIF受體。 

(4)IL-11Rα鏈(小鼠)與IL-6Rα鏈和CNTFRα鏈氨基酸同源性分別為24%和22%。

2.KH97/AIC2B為IL-3R、IL-5R、GM-CSFR所共用。在造血方面,IL-3與GM-CSF均能促進未成熟細胞、混合細胞及粒細胞-巨噬細胞集落的形成,激活單核細胞,促進嗜酸性粒細胞集落形成。IL-5除了促進B細胞分化和分泌抗體外,也具有刺激嗜酸性粒細胞分化作用。用GM-CSFRβ鏈分別與IL-3、IL-5、GM-CSFRα鏈共轉染的試驗證明,這三種細胞因子高親和力受體中的β鏈在小鼠和人分別為AIC2B和KH97,它們有56%的同源性。

3.IL-2受體γ鏈除IL-2R含有γ鏈外,IL-4R、IL-7R、IL-9R和IL-13R複合物中也共用IL-2Rγ鏈(γc)。這些受體的相應配體是一組主要作用於T細胞的生長因子。以IL-2γ鏈異常為主要特徵的X聯鎖嚴重免疫缺陷綜合症患者顯示出T細胞發育異常,T細胞的缺乏或數量明顯減少,提示IL-2γ鏈在T細胞的發育中起至關重要的作用。IL-4、IL-7均在T細胞的發育中起作用,它們共用一條信號轉導鏈IL-2Rγ鏈來傳遞T細胞增殖的信號。在IL-2受體系統中,α鏈構成低親和力受體,中親和力受體由β、γ鏈組成,高親和力受體由α、β、γ三條鏈組成,其中,γ鏈相當於其它細胞因子受體的β鏈,參參與信號傳遞,而αβ鏈則相當於α鏈,主要發揮識別和結合配體的作用。

(二)共享鏈與細胞因子受體信號轉導
細胞因子信號轉導首先需要配體與受體結合併誘導受體二聚體(或三聚體)的形成,使二聚體(或三聚體)胞漿部分的相互作用,由此引起不同途徑的信號轉導。在IL-2R系統中,受β、γ鏈的二聚作用對於信號的轉導是必須的,缺乏β鏈胞漿區的IL-2R不能轉導IL-2刺激所發生的信號。大多數的細胞因子對細胞的刺激及信號轉導與酪氨酸激酶的活化及細胞內蛋白的酪氨酸磷酸化有關,細胞因子與受體結合可以引起受體成分的酪氨酸磷酸化。ERS胞漿區近膜端的60個氨基酸殘基是高度保守的,這段同源序列對IL-6、G-CSF、EPO、IL-7的信號轉導起著關鍵作用,提示這些受體可能利用相似的胞膜內信號轉導機制。

1.gp130介導信號轉導在IL-6R、IL-11R、OSMR、LIFR、CNTFR的信號轉導共用鏈gp130中,其胞漿區約277個氨基酸殘基中包含絲氨酸富含區、核苷酸結合區及4個GTP結合模式區。其中的絲氨酸富含區也存在於G-CSFR、IL-2Rβ、IL-4R和EPOR,其它的ERS成員有著明顯的同源性。其中一個片段在所有ERS成員中都是保守的,另一個片段存在於G-CSFR、EPOR、KH97中。這兩個短的片段中,無論哪個發生突變都將使gp130不能發生酪氨酸磷酸化,喪失信號轉導的能。LIFR/gp130異源雙體也與酪氨酸磷gp130不能發生要酪氨酸磷酸化,喪失信號轉導的功能。LIFR/gp130異源雙體也與酪氨酸磷酸化有關。雖然大多數造血因子受體家族成員均不具有酪氨酸激酶結構域,但它們與酪氨酸激酶型生長因子受體相似,生長因子引起與之相關的受體酪氨酸激酶二聚體的形成和激活,而造血因子可能是誘導其受體的二聚體形成並導致相關酪氨酸激酶的活化。已發現在IL-6、IL-11刺激的TF1細胞中檢測出分子量97/95kDa的蛋白髮生了酪氨酸磷酸化,抗gp130的信號轉導中很重要。在不同的細胞系3T3-L1、B細胞雜交瘤、髓樣白血病系中發現有不同分子量蛋白的要酪氨酸磷酸化,提示在不同的細胞系中存在細胞特異的酪氨酸激酶及各自特異的底物,這可能是共用gp130的IL-6、IL-11、LIF、CNTF、OSM在不同細胞中生物學作用差異的原因一。JAK2是一種非受體型的酪氨酸激酶,可以被EPO、IL-3、G-CSF、IL-6等多種細胞因子刺激所激活,JAK2可能是這些不同的細胞因子受體信號轉導途徑中的一個共同因素,這種與受體相聯的JAK2激酶可能因受體結構的不同而催化不同的底物,從而導致了JAK2介導了許多不同的生和的學功能。此外,gp130在IL-6、IL-11、CNTF、LIF的刺激后也發生了自身的酪氨酸磷酸掄。

2.KH97/AIC2B介導信號傳導在IL-3、IL-5、GM-CSF的信號轉導鏈KH97/AIC2B的胞漿區內也存在著兩個產生不同信號所必需的區域:一個是Glu517上游近膜端的約60個氨基酸的區域,它是誘導c-myc和pim-1所必需的;另一個區域是Leu623至Ser763約140個氨基酸的胞漿區域,是Ras、Raf、MAP(絲裂原激活的蛋白激酶)的激活以c-fos、c-jun的誘導所必需的。hGM-CSFRα、β鏈無任何已知酶的催化區,共轉染hGM-CSFα、β鏈的Ba/F3細胞的地冽同C-Myc、pim-1水平的延長增加相關聯的。在小鼠淋巴細胞系轉染GM-CSFα、β鏈后可以引韋胞內數種蛋白的酪氨酸磷酸化並引起增殖反應,α、β鏈共轉染小鼠NIH3T3細胞表達GM-CSFR高親和力受體,可引起表達的β鏈胞漿區和另外一個有包漿內40-45kDa蛋白的酪氨酸快速磷酸化。

三、可溶性細胞因子受體
在自然關態下,細胞因子受體(cytokinereceptorCK-R)主要以膜結合細胞因子受體(membrane-boundcytokinereceptorMCK-R)和存在於血清等體液中可溶性細胞因子受體(solublecytokinereceptorsCK-R)兩種形式存在。細胞因子複雜的生物學活性主要是通過基與相應的mCK-R結合后所介導的,而sCK-R卻具有獨特的生物學意義。sCK-R水平變化與某些疾病的關係日益受到學者們的重視。部分重組sCK-R(rsCK-R)基因工程產品已進入臨床驗證,關於sCK-R的產生機理,結構特點及基免疫學功能等方面的基礎研究也取得了長足的進展。

(一)sCK-R的產生機理及作用特點
人T細胞白血病病毒I型(HTLV-I)感染的HUT102B2、MT-2等細胞,髓樣白血病細胞(HL-60,KG1)及某些人B細胞系(Raji)除了表達多種mCK-R外還可以通過不同方式產生sCK-R,如HUT102B2細胞培養豐清中也可檢出高水平sCK-2R和sIL-6R。人PMC體外經PHA刺激培養后也產生大量sCK-2R和sCK-6R。

1.sCK-R的產生大多sCK-R主要來自膜受體的脫落,因此將膜受體陽笥細胞溶解是獲得大量sCK-R的一種方法。大多數sCK-R氨基酸序列與mCK-R胞膜外區同源,只缺少跨膜區及胞漿區,但仍可與相應配體發生特異性結合所應。除了膜受體的裂解、脫落產生sCK-R形式外,另一種產生sCK-R的機理是通過受體mRNA不同剪接,產生分泌型mRNA,通過翻譯后直接分泌到細胞外,已經證實,細胞內可含有同一種CK-R不同形式的cDNA。sIL-4R、sIL-5Rα鏈、sIL-6Rα鏈、sIL-7R以及sG-CSFR等可以這種形式產生。

2.sCK-R的生物學作用多數sCK-R與相應細胞因子結合的親和力較與mCK-R為低,可能與sCK-R為單鏈結構或缺少某些結構區域有關。也有的sCK-R如sIL-4R同天然mIL-4R與相應配體結合的親和力是相同的,即使低劑量sIL-4R也可特異地抑制IL-4誘導的細胞增殖反應。sCK-R以其多種方式發揮其獨特的免疫學功能。

(1)做為細胞因子轉運蛋白,將細胞因子運至機體有關產啊位,造成局部細胞因子高濃度區以充分發揮細胞因子的生物學效應。

(2)是膜受體正常代謝途徑,有利於處於活化狀態細胞恢復至正常水平。

(3)竟爭性地結合mCK-R相應配體,抑制mCK-R所介導的生物學作用。

(二)sCK-R與臨床
1.檢測sCK-R水平在臨床中的應用檢測某些sCK-R水平輔助臨床對某些疾病的早期診斷,了解病程的發展與轉歸,並可對患者免疫功能狀態及預後進行評估,對臨床治療也有一定指導意義。

(1)sIL-2R的檢測:來國內外學者對sIL-2R進行了大量研究,發現其在血清及其他體不認中水平的變化與臨床多種疾病如器官移植排異反應、病毒性感染、惡性腫瘤、創傷及自身免疫性疾病等的病情、病程密切相關。

(2)其他sCK-R的檢測:最近在尿中發現一種50kDasIL-6R分子稱為IL-6R-SUP,可以促進小劑量IL-6誘導的小鼠漿細胞瘤T1165的生長。多發性骨髓瘤病人血漿中sIL-6R水平明顯升高。風濕性疾病患者血清sTNFR水平異常增設,關工了腔滑液中亦可檢出高水平sTNF-R,且活動期水平明顯高於非活動期。政黨婦女尿中僅可檢測到TNF-RⅡ類型的sTNFR,而妊娠婦女尿中TNF-rI和TNF-RⅡ兩種類型sTNFR均可被檢出,隨胎齡增加sTNFR水平逐漸升高,分娩后隨之降低,這可能是使胎兒免受TNF作用的一種防護機制。肝臟感染性腹水及癌性腹水中亦可檢出高水平sTNFR。此外還發現,sTNFR水平的增設與患者腎功能的減退密切相關。

2.sCK-R在臨床應用前景大多數sCK-R與細胞因子結合后陰斷細胞因子與膜受體結合,從而抑制細胞因子的生物學活性,應用sCK-R減輕或防止炎症性細胞因子造成的病理損害提供了新的治療途徑。動物實驗結果表明,局部注射sIL-1R可抑制IL-1介導的炎症反應。sIL-1R可降低小鼠同種異體心臟移植的排異反應以及大鼠實驗性關節炎和過敏性大腦炎。在體外sIL-1R可明顯抑制急性髓樣白血病病人骨髓細胞的增殖。最近,應用IL-1R基因工程產品開始對治療關節炎、糖尿病以及防治器官移植排斥等進入臨床驗證。動物體內注射sIL-4R可延長同種異人本移植物的存活,抑制GVHR,降低I型超敏反應。應用sTNFR可減輕TNF在自身免疫性疾病中所介導的病理損害,並可減輕敗血症休克。

4 細胞因子 -作用特點

眾多的細胞因子有以下共同的作用特點。
細胞因子細胞因子連鎖

(1)絕大多數細胞因子為分子量小於25kDa的糖蛋白,分子量低者如IL-8僅8kDa。多數細胞因子以單體形式存在,少數細胞因子如IL-5、IL-12、M-CSF和TGF-β等以雙體形式發揮生物學作用。大多數編碼細胞因子的基因為單拷貝基因(IFN-α除外),並由4-5個外顯子和3-4個內含子組成。

(2)主要與調節機體的免疫應答、造血功能和炎症反應有關。

(3)通常以旁分泌(paracrine)或自分泌(autocrine)形式作用於附近細胞或細胞因子產生細胞本身。在生理狀態下,絕大多數細胞因子只有產生的局部起作用。

(4)高效能作用,一般在pM(10-12M)水平即有明顯的生物學作用。

(5)存在於細胞表面的相應高親和性受體數量不多,在10-10000/每個細胞。細胞因子受體的研究進展相當迅速,根據細胞因子受體基因DNA序列以及受體胞膜外區氨基酸序列、同源性和結構,可分為四個類型:免疫球蛋白超家族、造血因子受體超家族、神經生長因子受體超家族和趨化因子受體。

(6)多種細胞產生,一種IL可由許多種不同的細胞在不同條件下產生,如IL-1除單核細胞、巨噬細胞或巨噬細胞系產生外,B細胞、NK細胞、成纖維細胞、內皮細胞、表皮細胞等在某些條件下均可合成和分泌IL-1。

(7)多重的調節作用(multipleregulatoryaction),細胞因子不同的調節作用與其本身濃度、作用靶細胞的類型以及同時存在的其它細胞因子種類有關。有時動物種屬不一,相同的細胞因子的生物學作用可有較大的差異,如人IL-5主要作用於嗜酸性粒細胞,而鼠IL-5還可作用於B細胞。

(8)重疊的免疫調節作用(overlappingregulatoryaction),如IL-2、IL-4、IL-9和IL-12都能維持和促進T淋巴細胞的增殖。

(9)以網路形式發揮作用,細胞因子的網路作用主要是通過以下三種方式:(1)一種細胞因子誘導或抑制另一種細胞因子的產生,如IL-1和TGF-β分別促進或抑制T細胞IL-2的產生;(2)調節同一種細胞因子受體的表達,如高劑量IL-2可誘導NK細胞表達高親和力IL-2受體;(3)誘導或抑制其它細胞因子受體的表達,如TGF-β可降低T細胞IL-2受體的數量,而IL-6和IFN-γ可促進T細胞IL-2受體的表達。

(10)與激素、神經肽、神經遞質共同組成了細胞間信號分子系統。

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