细胞因子在免疫治疗中的应用概述

细胞因子在免疫治疗中的应用概述细胞因子一般是由受到刺激的细胞产生，主要为免疫细胞。细胞因子具有高效性，在微摩尔甚至皮摩尔都可以起作用。单个细胞因子对免疫的作用取决于如下的条件：局部细胞因子浓度、其受体表达的模式及多个信号通路在免疫应答细胞中的整合。细胞因子作为分子信使，允许免疫系统细胞彼此通信，以产生对靶抗原的协调，在许多疾病中具有调节和效应功能，因此细胞因子及其受体可用于免疫治疗。在免疫治疗过程中，细胞因子直接刺激肿瘤部位的免疫效应细胞和基质细胞，增强细胞毒性。通过对动物肿瘤模型研究，发现细胞因子具有广泛的抗肿瘤活性，已经有很多细胞因子用于癌症的治疗。获得FDA批准上市的细胞因子药物已有多个，如高剂量的IL-2用于治疗黑素瘤和肾细胞癌，IFN-α用于III期黑素瘤的辅助治疗。还有更多的细胞因子已经进入临床试验阶段，如GM-CSF、IL-7、IL-12、IL-15、IL-18和IL-2。细胞因子作为一种免疫调节剂，可以用于激活免疫疗法、抑制免疫疗法等，包括各种重组、合成和天然的制剂。如白细胞介素类（IL-2、IL-7、IL-12），趋化因子（CCL3、CCL26、CXCL7）及其它细胞因子（干扰素、粒细胞集落刺激因子）等。在激活免疫疗法中如粒细胞集落刺激因子（G-CSF）可以刺激外周血干细胞（从病人血液中提取）产生淋巴细胞，经过体外与肿瘤抗原共培养后，再输回到病人体内，并结合刺激性的细胞因子以增强免疫效应，这样的细胞就可以摧毁携带相同抗原的肿瘤细胞，从而达到治疗的效果。白细胞介素-2可以与抗CD3和同种异体反应性细胞融合，生成过继T细胞。这种细胞可以转移到患者体内，可以进一步提高IL-2的抗癌活性。白细胞介素-7和白细胞介素-2可以用来恢复免疫功能缺陷患者的免疫系统，这一研究已经进如临床试验阶段。在抑制免疫疗法中主要抑制自体免疫疾病中的异常免疫反应，或者降低正常免疫反应以阻止细胞或者器官移植中的排斥反应。如免疫抑制药物、免疫耐受、过敏治疗等。接下来，我们将分别介绍一些在免疫治疗中经常用到的细胞因子的特性。白细胞介素1（IL-1）：白细胞介素1（IL-1）是一种多效细胞因子，涉及皮质的炎症反应、细胞生长和组织修复。IL1超家族有11个成员，如IL1A、IL1B、IL1Ra、IL-18等。IL-1是一些癌症的药物靶点，也用于细胞治疗。在细胞免疫治疗方面，IL-1可体外刺激CD4+T细胞的增殖，诱导IL-2的产生，共刺激CD8+/IL1R+T细胞活化，并刺激成熟的B细胞增殖和免疫球蛋白的分泌。当IL-1α与IFN-γ和激活性CD3单抗合用时，可以明显提高CIK的细胞毒作用。白细胞介素2（IL-2）:白细胞介素2也称为T细胞生长因子，由T细胞响应于抗原或有丝分裂刺激产生，广泛应用于促进T细胞和NK细胞的活化和增殖。IL-2能够刺激NK细胞增殖、增加细胞毒作用并刺激NK细胞分泌多种细胞因子。但是进一步的研究发现，IL-2可以引起T细胞过度分化和诱导活化的T细胞凋亡，还可以激活CD4+FoxP3Treg调节细胞，进而抑制T细胞的活化和肿瘤杀伤活性，因此认为IL-2属于T细胞调节因子而不单单是激活因子，所以现在有的研究已经用IL-7，IL-15，IL-21来代替IL-2了。白细胞介素7（IL-7）：白细胞介素7属于造血生长因子，由骨髓和胸腺中的基质细胞分泌，与白细胞介素2共用γc受体亚单位，刺激淋巴祖细胞的增殖。IL-7可以为NaïveT细胞和记忆T细胞提供持续的刺激信号。如上所述，IL-7在激活CD8+T细胞过程中，不会激活CD4+FoxP3+Treg细胞。在临床上，IL-7还可以应用于化疗或造血干细胞移植后T细胞数量的恢复。并且IL-7在B细胞成熟的某些阶段具有重要作用，可以影响其增殖。IL-7还可以作为肠粘膜淋巴细胞的调节因子。白细胞介素15（IL-15）：白细胞介素15与白细胞介素2具有相似的结构，共用γc受体亚单位，属于具有4个α-helix螺旋束家族（其它的如IL-2，IL-4，IL-7，IL-9，G-CSF和GM-CSF）。IL-15调节T和NK细胞的激活和增殖。IL-15在先天免疫系统中主要是杀死病毒感染的细胞。同时IL-15可活化NKT细胞和γδT细胞。在免疫细胞治疗中，IL-15不会引起活化的T细胞凋亡，激活CD8+效应T细胞。IL-15维持记忆性T细胞存活，从而对长期抗肿瘤活性中起重要作用。白细胞介素21（IL-21）：白细胞介素21同样属于白细胞介素2家族，共用γc受体亚单位，对免疫系统的细胞有很强的调节作用，可以在其靶细胞中诱导细胞分裂、增殖。在细胞免疫治疗中，IL-21可以促进CD4+和CD8+T细胞的增殖，增强CD8+T细胞和NK细胞的细胞毒性，不会因活化造成细胞凋亡。IL-21会优先扩增“年轻态”的CD27+CD28+的CD8+T细胞，这类细胞具有更强的细胞毒性。当然，IL-21也不会引起Treg的扩增，因此，IL-21在细胞免疫治疗中的应用越来越广泛。白细胞介素4（IL-4）：白细胞介素4激活活化的B细胞和T细胞增殖，调节淋巴细胞和单核细胞上Fc受体的表达。IL-4诱导Th1细胞向Th2细胞转化。IL-4刺激Th2细胞分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13。IL-4通过抑制巨噬细胞的生长，从而引导单核细胞向DC方向分化。培养体系中不加IL-4时单核细胞将分化为巨噬细胞。IL-4在调节体液免疫和适应性免疫中起关键作用,诱导B细胞抗体类别转换向IgE，上调MHCII类分子的产生。IL-4和GM-CSF共同作用可使单核细胞定向分化为未成熟DC，此时的DC具有较强的抗原摄取和加工能力，但抗原递呈能力较弱，IL-4和TNF-α顺序使用可以促进DC成熟。白细胞介素12（IL-12）：白细胞介素12作用于活化的T和NK细胞，具有广泛的生物活性，通过转录蛋白STAT4的活化剂介导来对淋巴细胞产生作用。IL-12是IFN-γ的T细胞非依赖性诱导所必需的，对于Th1和Th2细胞的分化有重要作用。IL12B与IL23A结合形成IL-23白介素，具有先天和适应性免疫功能。IL-12属于药物靶点。在细胞免疫治疗中，IL-12促进CD4+T细胞分化为CD4+Th1T细胞，增强CD8+CTLs细胞活性。IL-12的治疗效果与其剂量、作用时间以及其它相互作用的细胞因子等有关，通过多种机制促进免疫细胞的肿瘤杀伤活性。在小鼠抗黑色素瘤模型中，高剂量的IL-12通过NK细胞起作用，而低剂量的IL-12则通过NKT起到肿瘤杀伤作用。白细胞介素18（IL-18）：白细胞介素18也称为干扰素-γ诱导因子，属于促炎细胞因子，由巨噬细胞和其他细胞产生。IL-18能够刺激NK细胞和CD8+T细胞分泌IFN-γ，增强NK细胞与CD8+T细胞的细胞毒作用。IL-18还可以活化巨噬细胞，促进Th1CD4+T细胞的发育，促进淋巴细胞表达FasL等功能。IL-18可为过敏性疾病提供潜在的治疗靶点。此外，IL-18、IL-12和IL-15协同作用可以维持自身免疫疾病中的Th1应答和单核因子生成。伽马干扰素（IFN-γ）:伽马干扰素属于II型干扰素，主要由NK和NKT细胞产生，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用。IFNγ对转化细胞具有抗增殖作用，可加强I型干扰素的抗病毒和抗肿瘤作用。IFNγ通过激活巨噬细胞，诱导抗原呈递细胞(APCs)上的MHCI、MHCII和共激活分子表达。此外，IFNγ可以诱导蛋白酶体的表达变化从而增强抗原呈递能力。IFNγ还可以促进CD4+T细胞向Th1细胞分化，阻遏依赖于IL-4的B细胞亚型切换。IFNγ通过磷酸化JAK1和JAK2蛋白进而激活JAK-STAT细胞途径。在细胞免疫治疗中，IFNγ作用于宿主免疫细胞，对巨噬细胞、T细胞、B细胞和NK细胞等均有一定作用。IFNγ通过促进巨噬细胞MHCⅡ类分子的表达，或使某些正常情况不表达MHCⅡ类分子的细胞（如血管内皮细胞、某些上皮细胞和结缔组织细胞）表达MHCⅡ类分子，进而增强抗原递呈能力。IFNγ可以促进B细胞和CD8+T细胞的分化，但不能促进其增殖。IFNγ能增强TH1细胞的活性及免疫功能。IFNγ增强中性粒细胞吞噬能力及活化NK细胞，增强其细胞毒作用。IFNγ表达异常与许多自身炎症和自身免疫性疾病有关。粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）:粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（CSF-2，GM-CSF）在胚胎移植及其发育中具有关键作用。GM-CSF是最早发现的对于DC有作用的细胞因子之一。在DC培养中，GM-CSF促进单核细胞向大巨噬样细胞分化，促进细胞表面MHCII类分子的表达，从而增强细胞的抗原递呈功能。此外，GM-CSF还可促进DC的存活。在细胞免疫治疗方面，GM-CSF可以激活免疫反应，通过激活巨噬细胞和DC而产生抗肿瘤活性。在抗原呈递方面，GM-CSF可以促进DC细胞成熟，促进共刺激分子上调和CD1d受体表达。近期研究发现，GM-CSF刺激造血祖细胞分化为单核细胞和嗜中性粒细胞，从而降低癌症患者发热性中性粒细胞减少的风险。还有研究证明GM-CSF可以诱导骨髓DC的分化，促进Th1细胞偏向免疫应答，促进血管生成，影响过敏性炎症和自身免疫疾病的发展。因此，GM-CSF在临床上被用来治疗恶性肿瘤。肿瘤坏死因子（TNF-α）:肿瘤坏死因子α（TNF，TNFA）属于TNF超家族细胞因子，是生物过程调控的多功能分子，包括细胞增殖、分化、凋亡、脂质代谢和凝血等。TNF-α参与抗肿瘤。在细胞免疫治疗方面，TNF-α使未成熟DC分化为成熟DC。这一过程通过TNF-α下调未成熟DC的巨胞饮作用和表面Fc受体的表达，上调细胞表面MHCI类、II类分子和B7家族分子(CD80，CD86等)的表达来实现。成熟DC的抗原摄取和加工能力明显减弱，但抗原递呈能力显著增强，可极强的激活T细胞。TNF-α还可以影响其它细胞因子的生成，如刺激单核细胞和巨噬细胞分泌IL-1，增强IL-2依赖的胸腺细胞、T细胞增殖能力，促进IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子产生，增强有丝分裂原或外来抗原刺激B细胞的增殖和Ig分泌。正是由于细胞因子由多种细胞产生，在先天性免疫反应和适应性免疫反应中具有多重作用，参与免疫性疾病、炎症及传染性疾病。随着对细胞因子研究的深入，必将会有更多的因子应用于细胞免疫治疗。