第5章-细胞因子.ppt
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1、第五章第五章 细胞因子细胞因子(Cytokines)1第一节第一节 细胞因子的概述细胞因子的概述 2一、细胞因子的概念 n机体的免疫细胞和非免疫细胞能合成和分泌小分子的多肽类因子,它们能调节多种细胞生理功能,称为细胞因子(Cytokines)。细胞因子包括淋巴细胞产生的淋巴因子(lymphokines)和单核巨噬细胞产生的单核因子(monokines)等。n研究细胞因子有助于阐明分子水平的免疫调节机制,有助于疾病的预防、诊断和治疗,特别是利用细胞因子治疗肿瘤、感染、造血功能障碍以及自身免疫病等已收到初步疗效,具有非常广阔的应用前景。3二、细胞因子的种类 4白细胞介素(interleukin,I
2、L)n n将介导白细胞间相互作用的一些细胞因子命将介导白细胞间相互作用的一些细胞因子命名白细胞介素(名白细胞介素(ILIL)。许多)。许多ILIL不仅介导白细不仅介导白细胞相互作用,还参与其它细胞的相互作用,胞相互作用,还参与其它细胞的相互作用,如:造血干细胞,血管内皮细胞,纤维母细如:造血干细胞,血管内皮细胞,纤维母细胞,神经细胞,成骨和破骨细胞的相互作用。胞,神经细胞,成骨和破骨细胞的相互作用。目前已发现目前已发现IL-1IL-1,IL-2IL-2,IL-318IL-318,有,有2020种以上。种以上。5白细胞介素的主要作用是:n n促使T和B细胞增殖和分化n n增强NK细胞以及单核细胞
3、的杀伤活性n n刺激造血细胞参与炎症反应n n诱导抗体的产生n n促进血小板的生成等6集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF)n n一些细胞因子可刺激不同的造血干细胞在半固一些细胞因子可刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落,被称为集落刺激因体培养基中形成细胞集落,被称为集落刺激因子(子(CSFCSF),按其作用范围分为:粒细胞),按其作用范围分为:粒细胞CSFCSF(G-CSFG-CSF),巨噬细胞),巨噬细胞CSFCSF(M-CSFM-CSF),粒),粒细胞和巨噬细胞细胞和巨噬细胞CSFCSF(GM-CSFGM-CSF)和多集落刺激)和多集落刺激因子
4、(因子(multi-CSFmulti-CSF,IL-3IL-3)等。)等。7集落刺激因子n n广义上,凡是刺激造血细胞的细胞因子都广义上,凡是刺激造血细胞的细胞因子都可以统称为可以统称为CSFCSF,如刺激红细胞的红细胞,如刺激红细胞的红细胞生成素生成素(erythropoietin,EPO)(erythropoietin,EPO),刺激造血干,刺激造血干细胞的干细胞因子细胞的干细胞因子(stemcellfactor,SCF)(stemcellfactor,SCF),刺激胚胎干细胞的白血病抑制因子刺激胚胎干细胞的白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)(leu
5、kemiainhibitoryfactor,LIF)8干扰素(interferon,IFN)n nIFNIFN是最先发现的细胞因子,早在是最先发现的细胞因子,早在19571957年,年,IssacsIssacs等人发现病毒感染的细胞产生一种等人发现病毒感染的细胞产生一种因子,可抵抗病毒的感染,干扰病毒的因子,可抵抗病毒的感染,干扰病毒的复制,因而命名为干扰素。复制,因而命名为干扰素。n n根据其来源和结构,可将根据其来源和结构,可将IFNIFN分分为为IFN-IFN-,IFN-IFN-,IFN-IFN-它们分它们分别由白细胞,纤维细胞和活化别由白细胞,纤维细胞和活化T T细胞产生。细胞产生。9
6、干扰素的结构(interferon,IFN)IFN-40kDIFN-19kDIFN-23kD10干扰素n nIFNIFN除有抗病毒作用外,还有抗肿瘤,免疫除有抗病毒作用外,还有抗肿瘤,免疫调节,控制细胞增殖及引起发热等作用。调节,控制细胞增殖及引起发热等作用。11肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)n nTNFTNF是一类能直接造成肿瘤细胞死亡的细胞因是一类能直接造成肿瘤细胞死亡的细胞因子,分为两种:子,分为两种:TNF-TNF-和和TNF-TNF-,前者由单核,前者由单核巨噬细胞产生,又称恶液质素巨噬细胞产生,又称恶液质素(cachectin)(cachectin)
7、,后,后者由活化的者由活化的T T细胞产生,又称淋巴毒素细胞产生,又称淋巴毒素(lymphotoxin)(lymphotoxin)。12淋巴因子(lymphokine)n n由活化的淋巴细胞产生的细胞因子,都可称由活化的淋巴细胞产生的细胞因子,都可称为淋巴因子。如为淋巴因子。如IL-2,3,4,5,6,9,10,11,12,IL-2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,TNF-13,TNF-,IFN-IFN-等均为淋巴因子。等均为淋巴因子。13单核因子(monokine)n n由单核巨噬细胞产生的细胞因子统称单核因由单核巨噬细胞产生的细胞因子统称单核因子。如子。如IL-1,6,8,TN
8、F-IL-1,6,8,TNF-,IFN-IFN-等均为单核因等均为单核因子。子。14三、细胞因子的作用特点 15作用特点:n天然细胞因子是由细胞产生的正常的静息或休止状态的细胞必须经过激活后,才能合成分泌细胞因子,细胞被激活后6-8h出现,24-72小时达到最高。n细胞因子的产生和作用具有多向性单一刺激如抗原,丝裂原,病毒感染等可使同一种细胞分泌多种因子,而一种细胞因子可由多种不同类型的细胞产生。16作用特点:n n细胞因子的合成和分泌是一种自我调控的过程。细胞因子的合成和分泌是一种自我调控的过程。n n细胞因子是低分子量分泌型蛋白质(细胞因子是低分子量分泌型蛋白质(15-30KD15-30K
9、D之之间)。间)。n n细胞因子需与靶细胞上的高亲和力受体特异结合细胞因子需与靶细胞上的高亲和力受体特异结合后,才发挥生物学效应。后,才发挥生物学效应。n n细胞因子具有极强的生物学效应,在细胞因子具有极强的生物学效应,在pmol(10pmol(10-1212M)M)水平就能发挥显著的生物学效应。水平就能发挥显著的生物学效应。17作用特点:n n单一细胞因子具有多种生物学活性,多种细胞单一细胞因子具有多种生物学活性,多种细胞因子也常具有某些相同的生物学活性。因子也常具有某些相同的生物学活性。n n主要参与免疫反应和炎症反应。主要参与免疫反应和炎症反应。n n以非特异性方式发挥生物学作用且不受以
10、非特异性方式发挥生物学作用且不受MHCMHC限限制。制。n n某种细胞因子对靶细胞作用的强弱取决于细胞某种细胞因子对靶细胞作用的强弱取决于细胞因子的局部浓度,靶细胞的类型,和同时发挥因子的局部浓度,靶细胞的类型,和同时发挥作用的其它因素。作用的其它因素。18作用特点:n n天然细胞因子大多是在近距离发挥局部作用。天然细胞因子大多是在近距离发挥局部作用。n n细胞因子的作用并不是孤立存在的,它们之间通细胞因子的作用并不是孤立存在的,它们之间通过合成分泌的相互调节,受体表达的相互调控,过合成分泌的相互调节,受体表达的相互调控,生物学效应的相互影响而组成细胞因子网络。生物学效应的相互影响而组成细胞因
11、子网络。19第二节 细胞因子的结构及其受体 20细胞因子的结构n n不同细胞因子之间在结构上有很大差异,多不同细胞因子之间在结构上有很大差异,多数细胞因子为小分子多肽,分子量不超过数细胞因子为小分子多肽,分子量不超过60KD60KD。n n绝大多数因子带有糖基,糖基多与细胞因子绝大多数因子带有糖基,糖基多与细胞因子的生物活性无关,可能起延长细胞因子体内的生物活性无关,可能起延长细胞因子体内半衰期的作用。半衰期的作用。GM-CSF EPOIFN-21细胞因子的受体细胞因子都是通过与靶细胞表面高亲合力细胞因子都是通过与靶细胞表面高亲合力的特异性受体结合,结合后才能发挥其生物的特异性受体结合,结合后
12、才能发挥其生物学效应的。学效应的。作为膜表面受体作为膜表面受体分为分为3 3个功能区,个功能区,n n膜外区膜外区n n跨膜区跨膜区n n膜内区膜内区 22细胞因子的受体按细胞因子受体膜外区的按细胞因子受体膜外区的氨基酸序列的不同,可将氨基酸序列的不同,可将其主要分为三个受体家族:其主要分为三个受体家族:n造血生长因子受体家族nIg超家族n干扰素受体超家族23干扰素受体IFNAR1 and IFNAR2干扰素受体由和亚单位组成,干扰素与其受体结合后才能发挥作用。24干扰素与受体结合后,激活信号通路中的酶和蛋白,启动抗病毒基因的转录和表达。STAT:STAT:信号转导及转录激活因子信号转导及转录
13、激活因子ISRE:ISRE:干扰素刺激反应元件干扰素刺激反应元件干扰素激活的信号通路25n依赖依赖dsRNA的蛋白激酶(的蛋白激酶(PKR)抑制病毒蛋白翻译抑制病毒蛋白翻译n2-5腺苷酸合成酶(腺苷酸合成酶(2-5 AS)降解病毒核酸降解病毒核酸nMxA蛋白蛋白 通过干扰病毒核衣壳的转运而抑制病毒的复制通过干扰病毒核衣壳的转运而抑制病毒的复制干扰素的抗病毒机理26第三节 细胞因子的生物学活性 n n细胞因子具有广泛的生物学活性,能促进靶细胞因子具有广泛的生物学活性,能促进靶细胞的增殖和分化,增强抗感染和细胞杀伤细胞的增殖和分化,增强抗感染和细胞杀伤效应,促进或抑制其它细胞因子和膜分子的效应,促
14、进或抑制其它细胞因子和膜分子的表达,促进炎症过程,影响细胞代谢等。表达,促进炎症过程,影响细胞代谢等。27一、免疫细胞的调节剂 n n细胞因子是传递这种调节信号必不可少的细胞因子是传递这种调节信号必不可少的信息分子,许多免疫细胞可以通过分泌细信息分子,许多免疫细胞可以通过分泌细胞因子产生调节单核巨噬细胞的功能和自胞因子产生调节单核巨噬细胞的功能和自身调节功能。身调节功能。28二、免疫效应分子 n n在免疫细胞针对抗原行使免疫效应功能时,在免疫细胞针对抗原行使免疫效应功能时,细胞因子是其中重要效应分子之一。细胞因子是其中重要效应分子之一。n n与抗体和补体的免疫效应分子相比,细胞因与抗体和补体的
15、免疫效应分子相比,细胞因子的免疫效应功能特点是作用强,持续时间子的免疫效应功能特点是作用强,持续时间短,主要为非抗原特异性作用,参与细胞免短,主要为非抗原特异性作用,参与细胞免疫功能。疫功能。n n在抗肿瘤,抗细胞内寄生感染,移植排斥等在抗肿瘤,抗细胞内寄生感染,移植排斥等功能中起重要作用功能中起重要作用。29例如:n nTNF TNF 和和和和INF-INF-可直接造成肿瘤细胞的凋零可直接造成肿瘤细胞的凋零可直接造成肿瘤细胞的凋零可直接造成肿瘤细胞的凋零(apoptosisapoptosis),使瘤细胞),使瘤细胞),使瘤细胞),使瘤细胞DNADNA断裂,细胞萎断裂,细胞萎断裂,细胞萎断裂,
16、细胞萎缩死亡。缩死亡。缩死亡。缩死亡。30n n干扰素干扰素干扰素干扰素、可干扰各种病毒在细胞内的复可干扰各种病毒在细胞内的复可干扰各种病毒在细胞内的复可干扰各种病毒在细胞内的复制,从而防止病毒扩散。制,从而防止病毒扩散。制,从而防止病毒扩散。制,从而防止病毒扩散。31n白血病抑制因子白血病抑制因子(LIF)(LIF)可直接作用于某些髓性白血病可直接作用于某些髓性白血病细胞,使其分化为单核细胞,丧失恶性增殖特性。细胞,使其分化为单核细胞,丧失恶性增殖特性。32三、造血细胞刺激剂 n n可明显刺激造血细胞集落的大小和数量。可明显刺激造血细胞集落的大小和数量。33四、炎症反应的促进剂 n n炎症是
17、机体对外来刺激产生的一种病理反应过程,症状表现为局部的红肿热痛,病理检查可发现有大量炎症细胞,如粒细胞,巨噬细胞的局部浸润和组织坏死,在这一过程中,一些细胞因子起到重要的促进作用。34如如IL-1IL-1,IL-6IL-6,IL-8IL-8,TNF-TNF-等可促进炎症细胞的聚集、活化等可促进炎症细胞的聚集、活化和炎症介质的释放,可直接刺激发热中枢引起全身发烧,和炎症介质的释放,可直接刺激发热中枢引起全身发烧,加重炎症。加重炎症。正常人肺泡大叶性肺炎中性粒细胞渗出肺炎肺炎35五、其它生物学活性 n n许多细胞因子除参与免疫系统的调节效应功许多细胞因子除参与免疫系统的调节效应功能外,还参与非免疫
18、系统的一些功能。例如,能外,还参与非免疫系统的一些功能。例如,IL-8IL-8具有促进新生血管形成的作用,具有促进新生血管形成的作用,M-CSFM-CSF可降低血胆固醇。可降低血胆固醇。IL-1IL-1刺激破骨细胞,致骨刺激破骨细胞,致骨细胞的生长等。细胞的生长等。36第四节 细胞因子的临床意义 37一、细胞因子与疾病 n n细胞因子及其受体的缺陷细胞因子及其受体的缺陷 n n细胞因子表达过高细胞因子表达过高 n n可溶性细胞因子受体水平升高可溶性细胞因子受体水平升高 38细胞因子及其受体的缺陷 n n如人类免疫缺陷病毒(如人类免疫缺陷病毒(HIVHIV)感染并破坏)感染并破坏T TH H后,
19、可导致后,可导致T TMM细胞产生的各种细胞因子缺细胞产生的各种细胞因子缺陷,免疫功能全面下降,从而表现出获得性陷,免疫功能全面下降,从而表现出获得性免疫缺陷综合症(免疫缺陷综合症(AIDSAIDS)的一系列症状。)的一系列症状。39细胞因子表达过高 n n在炎症,自身免疫病,变态反应,休克等疾病在炎症,自身免疫病,变态反应,休克等疾病时,某些细胞因子的表达量可成百上千倍地增时,某些细胞因子的表达量可成百上千倍地增加,而这些细胞因子均可促进炎症过程,使病加,而这些细胞因子均可促进炎症过程,使病情加重,应用情加重,应用细胞因子的抑制剂细胞因子的抑制剂有可能治疗这有可能治疗这类炎症性细胞因子水平升
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