细胞因子和细胞因子受体

细胞因子和细胞因子受体CytokineandCytokineReceptor王露北京大学人类疾病基因研究中心细胞因子概念•细胞因子（Cytokine）是细胞应对各类刺激而分泌的小分子蛋白，它们调控细胞生长与分化、组织的发育与修复等多种生命过程，在天然免疫和获得性免疫中起着重要作用。细胞因子研究历史•1957年，发现干扰素（IFN）•1969年，提出淋巴因子（lymphokine）的概念•1974年，定名细胞因子（cytokine）•近年来，细胞因子发展迅猛，现已发现200多种细胞因子，成立专门的细胞因子学会，如国际细胞因子学会（internationalcytokinesociety）；创办研究细胞因子的专门杂志，如《Cytokine》等。人类基因组研究显示，不仅有新成员存在于已有的细胞因子家族中，还会找到全新的家族，尚有多种细胞因子有待发现。怎样确定一种物质是细胞因子？•从人类基因组发现新细胞因子由于体内含量较高的细胞因子大部分已被克隆化，传统的路线已经难以发现新免疫分子。目前的新细胞因子克隆化策略主要利用反向生物学原理，从人类基因组发现新细胞因子或其受体编码基因。传统生物学策略发现生物活性－鉴定细胞因子蛋白－克隆基因－细胞表型－动物模型－人体内功能及与疾病关联反向生物学策略数据库DNA序列－生物信息学－蛋白质表达－细胞表型－动物模型－人体内功能及与疾病关联。筛选潜在的细胞因子的策略•未知蛋白的生物信息学分析：–无功能性文章报道或无免疫相关的功能性报道–具有潜在的信号肽或被证实为分泌蛋白–蛋白氨基酸数目少于300个–主要在免疫系统和造血系统中表达5获得的基因，ORF克隆连接在真核表达载体转染293T细胞，检测其分泌表达•正常细胞：–未活化时，产生很少；–活化后，产量可提高成百上千倍；如活化的淋巴细胞、活化的单核/巨噬细胞、NK细胞、成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞等。IL-1、IL-6、IL-12、IL-18和TNF—主要由巨噬细胞产生的细胞因子细胞因子的来源•肿瘤细胞–如Jurkat细胞(IL-2,3)、骨髓瘤细胞(IL-6)、WEHI-3(IL-3)等。•基因工程技术–从工程细胞如大肠杆菌、酵母菌等产生重组细胞因子。细胞因子的分类根据产生细胞因子的细胞种类分类：1、淋巴因子(lymphokines)2、单核因子(monokines)3、非淋巴因子、非单核因子/巨噬细胞产生的细胞因子：基质、血管内皮、成纤维细胞等根据细胞因子的结构和功能分类1、白细胞介素(Interleukin,IL)2、集落刺激因子(Colony-StimulatingFactor,CSF)3、干扰素(Interferon,IFN)4、肿瘤坏死因子(Tumor-NecrosisFactor,TNF)5、趋化因子(Chemokine,CK)6、生长因子(GrowthFactor,GF)7、转化生长因子家族（TGF-b)1.白细胞介素(Interleukin,IL)1979年第二届国际淋巴因子专题讨论会上命名的，将由白细胞产生的又在白细胞之间发挥作用的细胞因子统一命名为白细胞介素，正式命名的有IL-1--IL-35。Interleukin来自inter-leukin，意指白细胞之间信使分子，中文译为白细胞介素。白细胞介素的分类•IL-1家族：IL-1α/β·1Ra·18·33•IL-2家族：IL-2·4·7·9·15·21(共用γ受体链)•IL-6家族IL-6·11·27·30·31(共用gp130受体链)•IL-10家族IL-10·19·20·22·24·26·28A/B·29(结构相似)•IL-12家族IL-12·23·27·35(均为异源二聚体结构)•IL-17家族：IL-17A、B、C、D、E和F[1]。•集落刺激因子IL-3·1·5·6·11•IL-8（趋化因子）•其它IL：IL-13·14·16·32·34IL-2•1976发现,1979年命名,1983年克隆成功•1965年发现混合白细胞培养上清中存在一种可溶性因子，可促进细胞生长，命名为母细胞形成因子（BlastogenicFactor，BF)•1976年发现小鼠脾细胞培养上清中含有一种刺激胸腺细胞生长的因子，故称为T细胞生长因子（Tcellgrowthfactor，TCGF）•1979年统一命名为白细胞介素2（interleukin2，IL-2）•IL-2别名–BF(blastogenicfactor);Costimulator;EDF(eosinophildifferentiationfactor);KHF(killercellhelperfactor);LMF(lymphocytemitogenicfactor);LCMfactor(lymphocyte-conditionedmediumfactor)LPF(lymphocyteproliferationfactor);MAF-CI(macrophage-activatingfactorforcytotoxicityI);PFC-EA(plaqueformingcellenhancingfactor);SCIF(secondarycytotoxicT-cellinducingfactor);TCGF(T-cellgrowthfactor);TCPA(Tcolony-promotingactivity);TDF(thymocytedifferentiationfactor);TMF(thymocytemitogenicfactor);TMF(T-cellmaturationfactor);TMF(T-cellmitogenicfactor);TRF-3(T-cellreplacingfactor-3);TSF(thymocytestimulatingfactor).•1983年Taniguchi从ConA刺激的Jurkat白血病T细胞中克隆成功–IL-2含有133aa，分子量为15.5kDa–N端有糖基化修饰–三个半胱氨酸：58、105、125位•IL-2主要产生细胞：–主要由活化CD4+Th1分泌,CD8+T和NK也能产生–T细胞肿瘤细胞系:如人Jurkat和小鼠EL-4–T淋巴细胞杂交瘤:FS6-14.13、HT-24A等•IL-2受体：CD25(α)；CDl22(β)；CDl32(γc)IL-2的生物学活性•作用具有沿种系谱向上有约束性，向下无约束性：1、促进活化的T细胞进入S期，维持细胞的增殖，刺激产生：MHCII，IFN-γ，IL-4、5、6，LT-α，CSF。2、促进杀伤细胞分化和效应：CTL，NK，LAK；诱导杀伤细胞：IFN-γ，TNF-α产生，增强CTL穿孔素表达3、直接、间接作用于B细胞：促进增殖分化，Ig分泌4、促进巨噬细胞通过ADCC机制杀伤肿瘤IL-2主要生物学活性•白细胞介素2超家族:oneimportantfamilyoftypeIcytokinesisthecommoncytokinereceptorγ-chain(γc)family,whichconsistsofIL-2,IL-4,IL-7,IL-9,IL-15andIL-21,andissonamedbecausethereceptorsforthesecytokinesshareγc(alsoknownasIL-2RγandCD132)YrinaRochmanetal.NatureImmunology.2009.9：480-4902.集落刺激因子(Colony-StimulatingFactor,CSF)•能够刺激多能造血干细胞和不同发育阶段的造血祖细胞增殖分化，并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。•根据刺激不同造血细胞系或不同分化阶段的细胞有不同的命名G-CSF(粒细胞集落刺激因子)•1983年命名,1986年克隆成功.•人G-CSF基因位于17号染色体,•人类有两种不同的G-CSFDNA,分别编码含207和204个氨基酸的前体蛋白,均有30个氨基酸的先导序列,除了在35位插入了3个氨基酸外,其余序列相同.•有5个半胱氨酸36=42,64=74,17游离.•来源•多种细胞可产生–内毒素、TNF-α、IL-1、IFN-γ活化单核/巨噬细胞可产生，–刺激成纤维、内皮细胞也可产生，–某些肿瘤细胞可产生生物学活性•主要作用于中性粒细胞谱系造血细胞的增殖、分化和活化•对人粒细胞、单核细胞、成纤维、平滑肌细胞等有趋化作用。G-CSF与临床1、粒细胞减少症2、肿瘤化疗引起血细胞减少症3、贫血和骨髓发育异常综合症3.干扰素(Interferon,IFN)•具有干扰病毒感染和复制功能的细胞因子。•1957年从病毒感染细胞培养中分离到一种生物活性物质，因它可以干扰其它病毒的复制而被命名为干扰素。•IFN-α、IFN-β均定位9号染色体，单外显子；•许多刺激剂可活化基因表达；•IFN-α、IFN-β分子结构有相似之处；•成熟的IFN-α各亚型有166个氨基酸(IFN-α2165个),高度同源,4个保守的半胱氨酸。•成熟的IFN-β有166个氨基酸,3个半胱氨酸•成熟的IFN-γ由143个氨基酸组成，以同源双体形式存在，对酸不稳定。生物学活性IFN-α和IFN-β1、抗病毒活性：诱导抗病毒蛋白：2-5A合成酶--催化寡核苷酸PPP--活化RNaseL--降解病毒RNA；蛋白激酶PKR--肽起始因子eIF2磷酸化而灭活，抑制病毒蛋白的合成。2、抗细胞增殖：与抗病毒蛋白合成的机制相似;3、免疫调节：上调巨噬细胞IgGFc受体促进ADCC；活化NK，促进杀伤；•诱导MHCI、II类分子表达，增强免疫应答水平。有抗病毒、抗肿瘤的活性，但免疫调节的作用比IFN-α/β重要的多，有较严格的种属特异性。•IFN-γ1、上调MHCI类、II类分子的表达；2、促进Th1细胞分化；3、激活NK、巨噬细胞；4、抑制Th2细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞。病毒病毒复制抑制病毒复制信号转导IFN-aIFN-诱导蛋白诱导刺激胞核胞核I型干扰素α：抗病毒10–12g干扰素能在培养组织中保护一百万个细胞免受一千万个病毒颗粒的感染•IFN与临床：•自身免疫病：促炎/抑炎，一些实验表明IFN-γ通过抑制Th-17的分化，从而调节炎症和自身免疫性疾病。对炎症是一个双向调节作用。•肿瘤：直接或间接抑制肿瘤生长，但是对某些肿瘤反而有促进作用。•IFN-α治疗病毒感染性疾病：如丙肝4.肿瘤坏死因子(Tumornecrosisfactor,TNF)•1975年发现的一种能使肿瘤发生出血坏死的物质，该因子对多种肿瘤细胞系具有细胞毒作用，而且在多种动物模型中可引起肿瘤坏死，将其命名为肿瘤坏死因子（TumorNecrosisFactor，TNF）。•1984,TNFa的cDNA得以克隆，后来相继克隆了该家族的多个成员，构成了TNF超家族细胞因子。TNF超家族特征•绝大多数成员为II型膜蛋白；在特异性金属蛋白酶作用下，形成可溶形式•活性形式多为同源三聚体；•TNF超家族包括TNFa,,TRAIL,FASL等；此外，尚有一批与TNFa序列同源，但缺乏诱导凋亡活性的TNF家族成员。TNF主要有2种：TNF-α:巨噬细胞产生；TNF-β:又称为淋巴毒素α(lymphotoxin-α，LT-α），主要由活化T细胞产生；TNF-α和TNF-β共用受体，功能相似。•TNFa具有三条不同的信号通路：•细胞凋亡通路•NFKB通路•JNK信号通路•通过不同的信号通路，TNFa可以产生不同的生物学效应。•与自身免疫病：•与肿瘤：引起肿瘤组织缺氧，血管损伤和血栓形成，诱发局部炎症，促进T细胞、NK细胞和巨噬细胞的细胞毒作用，提高宿主免疫力，抑制肿瘤生长。•但是。。。。L-选择素SLex整合素ICAM-1粘附内皮细胞炎症趋化因子5.趋化因子(Chemokine，CK):能使细胞发生趋化运动的小分子蛋白。趋化运动是指细胞向高浓度刺激物方向的定向运动。CX3CRCXCRCX3CCXCCK及CKR分类CCCCCRXCR1999