《临床生物化学》 > 第二章 蛋白质与临床诊断第三节 细胞调节因子
一、概述
细胞调节因子是一组小分子或中等分子量的可溶性蛋白质（多肽）与糖蛋白，具有强大的和多方面的生物效应。它们均作用于特异的靶细胞表面受体，通过细胞内信号传导和第二信使介导，调节细胞的增殖、分化、生长、出血、骨发生、免疫过程、创伤的愈合、炎症反应等。较大分子量的调节因子前身物质经蛋白酶切水解为较小的活性分子（成熟分子），糖蛋白分子中的含糖结构对其药理动力学有显着影响。已知不少疾病过程与细胞因子生成的失平衡有密切联系，它们异常过度的分泌可诱发和延长病理过程，有些疾病可恶化，或受到一些起始因子（如病毒与细胞的感染等）的作用后，造成细胞分泌异常而发病。细胞因子的生成异常亦与一些免疫介导的疾病有关，如过敏、哮喘、类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、自身免疫性全细胞缺乏症、牛皮癣等。细胞因子广泛地介入恶性肿瘤的增殖分化、转移，如多发性骨髓瘤，急性白血病，慢性淋巴细胞白血病，霍奇金病。细胞因子更广泛地从多层次以多种形式介导一系列炎症发病进程，如胰腺炎、毛细管渗出性综合征、骨质疏松症、创伤愈合、肾衰等。因此，近年来，细胞因子的分泌表达及其作用引起多方面专家的关注和研究，细胞因子的检测也迅速发展起来。
本节从生物化学与分子生物学基础对其发展中的几个基本问题作一简介。
细胞因子的发现近半个世纪，由于其生物学作用的多效性，细胞来源的多样性，曾经赋予过不少名称。自80年代基因工作和蛋白质的优化技术发展，细胞因子基因被克隆至今，虽然多种细胞因子的蛋白质一级结构被阐明，其相应的mRNA及DNA序列分析及其染色体定位被确认，但由于一种细胞因子可由多种细胞产生，不同细胞来源的细胞因子又有相似的生物学作用（多效性），加上生物学作用的环境依赖性，因此命名至今不够满意，更不甚统一，分类上的意义也是相对的，有的侧重考虑其细胞来源，有的着重于参照其生物学作用，见表2-12。
表2-12 细胞因子的分类
| 1．促红细胞生成素（EPO） | 5．肿瘤坏死因子（TNF） |
| 2．集落刺激因子（CSF） | 肿瘤坏死因子α（TNF-α） |
| 粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF） | 肿瘤坏死因子β（TNF-β） |
| 粒细胞集落刺激因子（G-CSF） | 6．干扰素（IFN） |
| 巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF或CSF-1） | 干扰素α-1（IFNα-1） |
| 干细胞因子（CSF） | 干扰素α-2（IFNα-2） |
| 白介素-3或多集落刺激因子（IL-3或multi-F） | 干扰素β（IFNβ） |
| 白血病抑制因子（LIF） | 干扰素γ（IFNγ） |
| 胰岛素样生长因子（IGF） | 7．转化生成因子（TGF） |
| 3．血小板生成素（TPO） | 转化生长因子β-1（TGFβ-1） |
| 4．白介素（IL） | 转化生成因子β-2（TGFβ-2） |
| 白介素-1α（IL-1α） | 转化生长因子β-3（TGFβ-3） |
| 白介素-1β（IL-1β） | 8．巨噬细胞炎性蛋白（MIP） |
| 白介素-2（IL-2） | 巨噬细胞炎性蛋白1α（MIP-1α） |
| 白介素-3（IL-3或multi-CSF） | 巨噬细胞炎性蛋白1β（MIP-1β） |
| 白介素-4到白介素-13（IL-4，IL-5，IL-6，IL-7，IL-8，IL-9，IL-10，IL-12，IL-13） | 巨噬细胞炎性蛋白2（MIP-2） |
| 9．其他 |
| 单核细胞化学吸附蛋白-1（MCP-1） |
| 血小板因子4（PF4） |
| β-凝集球蛋白 |
| 黑色瘤生长刺激活性（GROimgSA） |
有些研究者按其主要特征，归纳为以下几类：
1．天然免疫的效应分子（如α/β干扰素，TNF，IL-1，IL-6等）。
2．炎症反应的激活因子（IL-1，IL-5，IFN-1等）。
3．淋巴细胞活化生成与分化的调节因子（IL-2，IL-4，TGFβ等）。
4．未成熟免疫细胞生长分化的刺激因子（IL-3，IL-7，GM-CSF，M-CSF，G-CSF）。
也有一些研究者依据其生物学特征从临床病理出发分为以下6大类：
1．炎症因子（介导炎症发生发展）又称为炎症反应因子（inflamatoryfactor）(如IL-1，IL-6，IL-8，TNF等)。
2．杀伤因子（cytotoxicfactor）（如TNF-γ，TNF-β）。
3．干扰素（有抗病毒作用的IFN-γ，β，α）。
4．白介素类，促细胞活化、增殖、分化、调节其功能。
5．成血因子（hematopoieticfactor）(SCF，IL-3，GM-CSF，G-CSF，M-CSF等)
6．转化生长因子（transforminggrowthfactor，TGF）。
最近由于分子生物学研究的进展，将已发现的细胞因子以分子结构为基础，结合其基因组合受体类型，将它们归纳为以下6个不同的家族，列表2-13下可供参考。
表2-13 细胞因子的结构型家族
| 家族（family） | 细胞因子（cytokines） | 受体类型（receptortype） |
| Haematopoietins(4α-helicalbundles) | IL-2,IL-3,IL-4,IL-5,IL-6,IL-7,IL-8,IL-9,IL-14,G-CSF,GM-CSF,CNTF,OSM,LIF,Epo | CytokinereceptorclassI |
| IL-10,IFNαIFNβIFNγ | CytokinereceptorclassII | |
| EGF(β-sheet) | EGF,TGFα | Tyrosinekinase |
| FGFα，FGFβ | Splittyrosinekinase | |
| IL-1α,IL-1β,IL-1Rα | IL-1receptor |
| TNF(jellyrollmotif) | TNFα,TNFβ,LTβ | |
| Cysteineknot | NGF | |
| TGFβ1,TGFβ2,TGFβ3 | Serine/threoninekinase |
| PDGF,VEGF | Tyrosinekinase |
| Chemokines | | |
| (triple-strandedantiparallelβ-sheetinGredkkeymotif) | IL-8,MIP-1α,MIP-1β,MIP-2,PF-4,PBP,I-309/TCA-3,MCP-1,MCP-2,MCP-3,γIP-10 | Rhodopsinsuperfamily |
各个细胞因子的生物化学及其分子生物学正在积累大量的资料，学者可从以下几方面了解和收集有关材料加以深入系统的研究。
1．使用过的其它名称，多数细胞因子在发现它们存在的早期，曾基于其生物效应的某一侧面或其发现的历史、细胞来源以及生物检测方法的使用而使用过多种名称，这些名称不一定是反映该因子最本质的方面，并易混淆，宜予注意。
2．分子大小、分子特征、分子量。
3．氨基酸序列和三维空间结构（包括来自X线及NMR获得的数据）
4．交叉反应性（crossreactivity），比较不同种属（如人和鼠）细胞因子氨基酸序列的一致性及其差异。
5．已知可以分泌该细胞因子的细胞类型及细胞因子的表达调控。
6．主要物理化学性质，包括前体的分子量和去除信号肽后成熟分子的分子量及其酶切点。
7．基因结构及其染色体定位，包括有关外显子和内含子的基因结构及相应的氨基酸序列。
8．受体的描述、类型，包括蛋白质的主区域细胞膜结合的模式和糖基化的程度，受体细胞分布，受体的物理化学性质，氨基酸序列，染色体定位等。
9．受体后信号传递体制和类型-细胞内信号传递途径的了解情况。
二、细胞调节因子实验室检测的简介
研究细胞因子在各种病理生理情况下的活动、分泌以及在治疗中使用细胞因子制剂的效应，都要求能有效地检测体内细胞因子的含量（浓度水平），以及检测细胞因子的功能（生物效应）。
从前以细胞因子的生物学特征作为其含量分析的基础，免疫分析及其它免疫化学或生物化学技术亦可用于此细胞因子的测定和部分鉴定，表2-14总结了已用于细胞因子功能测定和浓度（含量）测定的方法。
表2-14 细胞因子分析
| 生物分析 | 酶联免疫吸附分析（ELISA） |
| 动物分析 | 其它 |
| 增殖分析 | 受体结合分析 |
| 骨髓集落形成分析 | 免疫化学程序 |
| 细胞毒性或细胞稳定性分析 | 细胞或细胞中的测定 |
| 抗病毒分析 | 匀浆生物分析或免疫分析 |
| 次级分子分泌的诱导 | 免疫组化或免疫细胞分析 |
| 趋化作用或化学促进作用分析 | 流式细胞计数 |
| 细胞因子分泌活性的抑制 | 酶联免疫印迹（ELISPOT） |
| 免疫分析 | 反相溶血斑分析 |
| 放射免疫分析（RIA） | 细胞因子mRNA原位杂交 |
| 免疫放射光谱分析（IRMA） | |
人细胞因子实验测定的标准化：人细胞因子的实验测定中仍存在诸多问题，选择分析方法不恰当则可能导致混乱甚至错误的结论。有时有必要同时选择几种方法分析某些细胞因子。生物分析方法特异性差，那些使用细胞株的生物分析可能与不同细胞因子反应，而且可受非细胞因子分子的影响。用于维持细胞生物的细胞因子能强烈地影响某些依赖细胞对一些细胞因子的反应程度。有的细胞在连续传代后可能失去对某些细胞因子的反应性，此外，由于抑制剂如受体拮抗剂、可溶性细胞因子受体或其他拮抗剂分子的存在，测得细胞因子活性结果可能会比实际活性偏低。
由于蛋白酶的存在或与抑制剂如可溶性受体形成复合物，免疫分析能测得失去生物活性或具部分生物活性的细胞因子分子，并可受到基质效应的影响。此外，特异性问题影响了细胞因子mRNA测定，而mRNA水平亦不一定与具生物活性的细胞因子水平相一致。其它影响自动免疫分析方法准确性的问题还包括抗体的选择、分析的不均匀、分子糖基化的不同、寡聚体的形成及循环受体的影响，虽然免疫分析的结果并不一定反映细胞因子的生物活性，但一般而言，免疫分析及其它配体结合分析都更容易标准化。
目前，英国已能提供下列细胞因子的标准化参考试剂：IL-1α，IL-1β，IL-2-9，GM-SCF，M-CSF，TGF-α，TGF-β，TGF-γ，SCF，LIF（白血病抑制因子），IFN-α1，IFN-α2b，IFNγ，还能供应IFN-α2a，IFN-β及IFN-γ的国际标准。但于细胞因子分子的不均匀，其分析的标准化仍是问题。因此，要求各实验室的细胞因子分析应参考国际标准。某些细胞因子具有易被破坏的特性，从而要求非常细致和标准化的取样。
随着细胞因子在治疗上的不断应用，其测定方法亦得到了广泛的发展，临床检师必须选用正常的分析方法支持临床医生，为临床诊断提供相对简易的实验程序和准确的操作技术。