免疫学 细胞因子及其受体

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,免疫学 细胞因子及其受体,免疫系统的组成：,免疫器官：,免疫细胞：,免疫分子：抗体、,细胞因子、膜分子,、补体。,免疫细胞之间的相互作用方式：,非直接接触：,细胞因子与受体介导,；,直接接触：膜表面分子介导。,前言,一、概念：,Cytokine,：,细胞因子，由机体多种细胞分泌的、具有调节固有免疫和适应性免疫、调控细胞生长分化及组织损伤修复的小分子蛋白质。,Jeffrey A. Winkles. Nature Rev. Drug Discov. 2008,7, 411-425.,Cytokines are a large and diverse group of plasma membrane-associated or secreted proteins that bind cell-surface receptors and thereby regulate many important biological processes including haematopoesis, inflammation, immune responses et al.,细胞因子的研究历史,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,），目前已发现,200,余种；,近十余年,细胞因子发展迅猛,现已发现几十种细胞因子，,并形成研究细胞因子的专门学说,细胞因子学,（,cytokinology,）；成立专门的细胞因子学会，如国际细胞,因子学会（,international cytokine society,）；创办研究,细胞因子的专门杂志，如,Cytokine,等；,许多国家开办了细胞因子的研制公司。,二、细胞因子的分类,种类多，分类方法不统一。,（一）根据来源分类,：,1,、淋巴因子,(lymphokines),2,、单核因子,(monokines),（二）根据功能分类：,1,、白细胞介素,(Interleukin, IL),。,2,、干扰素,(Interferon,IFN),。,3,、肿瘤坏死因子,(Tumor-Necrosis Factor,TNF),。,4,、集落刺激因子,(Colony-Stimulating Factor,CSF),。,5,、趋化因子,(Chemokine,CK),。,6,、生长因子,(Growth Factor,GF),。,1,、白细胞介素,(Interleukin, IL),国际统一命名的、主要由白细胞产生并介导白细胞间相互作用的细胞因子。,IL1-IL38,。,2,、干扰素,(Interferon,IFN),具有干扰病毒感染和复制功能的细胞因子。,I,型干扰素：,IFN-, IFN-, IFN-,，,IFN-, IFN-,；,产生细胞：,pDC,、病毒感染细胞等；,主要作用：抗病毒。,IFN-,是最早发现的细胞因子。,II,型干扰素：,IFN-,产生细胞：活化,Th1,、,NK,细胞等。,功能：免疫调节，如：,激活巨噬细胞；,上调,MHCI,类、,II,类分子的表达；,促进,Th1,细胞分化；抑制,Th2,细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞。,III,型干扰素：,IFN-,IFN-1 (IL-29), IFN-2 (IL-28A), and IFN-3 (IL-28B),；,Type III IFNs are structurally and genetically distinct from type I IFNs and act through a distinct receptor system.,However, they are identical in terms of mechanism of induction, signal transduction and biological activities.,Lopun K, et al. Acta Virol. 2013;57(2):171-9.,Type I interferon receptor and type III interferon receptor,Lopun K, et al. Acta Virol. 2013;57(2):171-9.,简 介,1975,年，人们发现免疫系统受到刺激后会释放一种可溶性细胞因子，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（,Tumor Necrosis Factor,，,TNF,）。,现证明,TNF,既可以可直接诱导肿瘤细胞凋亡,(Apoptosis),，也可以引起肿瘤细胞坏死。,1984, TNF,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。,3,、肿瘤坏死因子,TNF超家族,特征,绝大多数成员为,II,型膜蛋白；,活性形式多为同源三聚体；,在特异性金属蛋白酶作用下，形成可溶形式。,TNF超家族,包括,TNF, TRAIL, FASL,等；,此外，尚有一批与,TNF,序列同源，但缺乏诱导凋亡活性的,TNF,家族成员。,4,、集落刺激因子,(Colony-Stimulating Factor, CSF),能够刺激造血干细胞和不同分化发育阶段的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。,5,、趋化因子,(Chemokine,CK),趋化因子,（,chemokines,chemo,attractant cyto,kines,，,CK,）,是能使细胞发生,趋化运动,的小分子细胞因子。,趋化运动是指细胞,向高浓度刺激物方向的定向,运动。,绝大多数,CK,有,4,个保守的半胱氨酸（,Cys,），根据前两个,Cys,的相对位置不同，可以分为,CXC,（,） 、,CC,（,） 、,C,（,） 和,CX3C,（,） 趋化因子。,(C,为半胱氨酸；,X,为任意氨基酸）,趋化因子结构和分类,目前发现的,CK,近,50,种，成为最大的细胞因子亚家族。,1999,年，国际命名委员会根据,CK,的结构特征命名。,分别用,CXCLn,、,CCLn,、,XCLn,和,CX3CLn,代表,CXC,、,CC,、,C,和,CX3C,家族,CK,，,L,为,Ligand,，迄今发现的,CK,有,CXCL1-16,，,CCL1-28,，,XCL1-2,和,CX3CL1,。,CK,受体的命名规则与此相似，用,R,即,Receptor,代替,L,。,目前发现的,CK,受体有,CCR1-10,，,CXCR1-6,，,XCR1,和,CX3CR1,。,趋化因子命名,主要功能：炎症反应； 免疫细胞的分化、发育、归巢。,协助介导白细胞从血管向炎症部位的迁移,趋化因子参与免疫细胞在周围免疫器官的定位,chemokine-like function (CLF) - chemokines,CLF chemokines are released during infection, inflammation, or cell stress by non-classical export or due to cell death;,They do not usually share the typical chemokine fold and the N-terminal residues with the classical chemokines;,They exhibit chemokine-like activities in particular promoting chemotaxis;,They typically interact with a GPCR, preferentially functioning as non-cognate ligand of a classical chemokine receptor.,Tillmann S, et al. Front Immunol. 2013 May 16;4:115.,Chemokine-like function (CLF) chemokines,Tillmann S, et al. Front Immunol. 2013 May 16;4:115.,6,、生长因子,(Growth factor, GF),具有刺激细胞生长作用的细胞因子。,如：,EGF, VEGF, HGF,等。,三 、细胞因子的生物学活性,（一）免疫调节；,固有免疫；,适应性免疫；,（二）刺激造血；,（三）启动凋亡；,（四）促进创伤修复。,（一）免疫调节,1,、固有免疫：,（,1,）,DC,：定向迁移（,CCL3,，,4,，,5,，,7,；,CCL19,，,21,）；促成熟（,IL-1,、,TNF-,）；促抗原提呈,(IFN-,),。,（,2,）,Mo/M,：定向迁移（,CCL1-8,12-15,）、活化（,IFN-,，,GM-CSF, M-CSF,）、促抗原提呈,(IFN-,),。,（,3,）,Neu,：定向迁移、活化（,CXCL8,）。,（,4,）,NK,：促分化（,IL-15,）；促杀伤（,IL-2, 12, 15, 18,）。,（,5,）,NKT,：促活化（,IL-2, 12,）。,（,6,）,T,：激活（,IL-1,，,7,，,12,，,15,）。,Function of cytokines in innate immunity,Activating,neutrophils,(TNF-,);,Activating NK cells (IL-2);,Activating macrophage (IFN-,).,（,1,）,B,：促增殖、活化、分化：,IL-4,，,5,，,6,，,13,，,BAFF,；,调控,Ig,类别转换：,IL-4,，,5,等。,（,2,）,T,：促进,T,细胞增殖、活化：,IL-2, 7, 18,；,促分化：,IL-12, IFN-,:Th0 Th1,；,IL-4:Th0 Th2,；,TGF-,，,IL-6,：,Th0 Th17,；,TGF-,：,Th0 Treg,。,促,CTL,杀伤：,IL-2,，,6,，,IFN-,。,2,、适应性免疫,Cytokines determine the differentiation and regulate the activation of Th cells,Golubovskaya V, et al. Cancers (Basel). 2016 Mar 15;8(3).,四、细胞因子的来源,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；,Th,细胞产生最多；,肿瘤细胞：,Jurkat,细胞,骨髓瘤细胞；,基因工程技术。,产生细胞因子的免疫细胞,固有免疫细胞：,IL-1,，,IL-6,，,TNF-,IL-12,，,IL-23,，,IL-15,，,IL-18,；,适应性免疫细胞：,CD4+T,细胞。,Cytokines produced by T cells,（一）细胞因子受体的分类：,五、细胞因子受体,I,型细胞因子受体（造血因子受体）：,最大的细胞因子受体家族。,COOH,PM,IL-8R,（,CXC-R,）,趋化因子受体超家族,属于,7,次跨膜的,G,蛋白偶联受体超家族，在病毒感染、造血和肿瘤转移中发挥重要作用。,CXCR4,和,CCR5,是,HIV,感染的共受体,(Co receptors),CCR5,、,CXCR4,和,HIV,感染,It is currently believed that 90% HIV strains use CCR5 (macrophage tropic) for initial infections, and the infected viruses undergo mutations that allow them to use CXCR4 (T cell tropic) as the infection progresses to AIDS.,Entry of HIV into host cells requires the formation of an entry complex including the viral envelop glycoprotein gp120, CD4 and either CCR5 or CXCR4 receptors,。,Tian Jin et al, Cytokine 44 (2008) 18.,CCR5,缺失突变对嗜,M,HIV,病毒感染有抵抗性,Maraviroc, the first US Food and Drug Administrationapproved drug from a new class of antiretroviral agents,Targets a host protein, CCR5, rather than a viral target;,Binding of maraviroc to CCR5 results in blocking HIV-1 attachment to the coreceptor and prevents the virus from entering CD4+ cells.,Therapeutics and Clinical Risk Management 2008:4(2) 473485,细胞因子介导的信号转导,（二）多亚单位受体和细胞因子受体共用亚单位,I,型细胞因子受体家族多属于多亚单位受体，两个或更多细胞因子受体亚单位组成二聚或多聚体形式，包括一条特异性配体结合链,和信号转导链。,IL-6,和,GM-CSF,受体家族,b,链,GM-CSFR,IL-5R,IL-3R,b,链,b,链,gp130,gp130,IL-6R,IL-11R,c,成员的表达谱及其配体来源,Yrina Rochman, et al.,Nature Reviews Immunology,2009, 6(19),1-11,细胞因子受体共用链的意义,节约；,细胞因子功能替代；,共用链缺失或功能缺陷，将引起严重后果，如,c,缺陷引起,SCID,。,（三）可溶性细胞因子受体,除膜受体外，尚存在可溶性细胞因子受体和细胞因子受体拮抗剂。,六、细胞因子的结构与功能特点,1,、小分子蛋白，多为单链，少数为双链（,IL-12,，,IL-,23),，偶为三聚体（,TNF-),多含糖基；,2,、量微而活性强；,3,、通过与高亲和力受体结合而发挥作用；,4,、多以自分泌或旁分泌形式发挥作用，少数以内分泌形式发挥作用；,细 胞 因 子 发 挥 作 用 的 三 种 方 式,肥大细胞,胸腺细胞,B,IL-4,多效性,pleiotropy,活化、增殖、分化,增殖,增殖,5,、具有多效性、丰裕性、协同性、拮抗性等特点。,IL-2,、,IL-4,、,IL-5,IL-4 + IL-5,B,细胞,IL-4,IFN-,g,拮抗性,antagonism,丰裕性,redundancy,协同性,synergy,均有刺激,B,细胞增殖的功能,更有效地诱导,IgE,类别转换,IL-4,阻断,IFN-,g,诱导,类别转化的作用,B,B,B,T,H,1,M,j,IL- 4,骨髓基质细胞,IL-1 IL-6 IL-7 SCF,造血干细胞,IL-1 IL-6 IL-11 TNF-,a,GM-CSF G-CMF M-CSF,单核细胞,T,H,2,B,中性粒细胞,嗜酸性粒细胞,IL-1 IL-8 TNF-,a,IL-1 TNF-,a,IL-10 IL- 4,IL- 4 IL-6,IL-10 IL-13 IL-4 TGF-,b,IL-4 IL-5 IL-6 IL-13 IL-10 TGF-,b,IL-4,IL-4,内皮细胞,IL-4,Tc,IL-4,IL-2 IFN-,g,IL-10 IL-13 IL-4,NK1,+,T,NK,细胞,IFN-,g,IL-2,IL-2 IFN-,g,IL-2,IL-2 IL-12,G-CMF IFN-,g,GM-CSF,IL-12,IL-1 TNF-,a,TGF-,b,PDGF FGF,M-CSF GM-CSF,内皮细胞,纤维母细胞,下 丘 脑,IL-1 TNF-,a,M-CSF GM-CSF,IL-1 IL-6 TNF-,a,IL- 4,IL- 6,IL- 4,6,、细胞因子的作用具有网络性,七、细胞因子与临床,与疾病：,细胞因子及受体缺陷，,SCID,；,细胞因子表达过高：,TNF-,与,RA,、强直性脊柱炎等；,TGF-,与肿瘤逃逸。,cytokine storm,：细胞因子风暴，机体感染微生物后，体液中,TNF-,、,IL-1, 6, 8, 12,、,IFN,等多种细胞因子迅速大量产生的现象。是导致多器官衰竭和,ARDS,的重要原因。,与治疗：,补充和添加；,拮抗和抑制。,细胞因子的临床应用,1,、,已批准上市的,重组,细胞因子药物,：,IFN,白血病、,Kaposi,肉瘤、肝炎、癌症、,AIDS,IFN,慢性肉芽肿、生殖器疣、过敏性皮炎、类风湿关节炎,G-CSF,自身骨髓移植、化疗导致的粒细胞减少症、再生障碍性贫,血,GM-CSF,自身骨髓移植、化疗导致的血细胞减少症、再生障碍性贫血,Epo,慢性肾衰导致贫血、癌症或癌症化疗导致的贫血,、,失血后贫血,IL-2,癌症、免疫缺陷、疫苗佐剂,IFN,多发性硬化症,IL-11,放化疗所致血小板减少症,SCF,与,G-CSF,联合应用与外周血干细胞移植,EGF,外用药治疗烧伤、溃疡,bFGF,外用药治疗烧伤、外周神经炎,2,、细胞因子抑制剂,（,1,）可溶性细胞因子受体；,（,2,）抗细胞因子或细胞因子受体抗体；,（,3,）受体拮抗剂。,可溶性,TNF,受体的研发和应用,名称：,Etanercept,；,商品名：,EnbrelTM,；,特性：,TNF,受体,p75,与,IgG,的,Fc,连接成双体，与单,价,TNF,受体相比，,稳定性好，亲合力高,，,能更有效与细胞膜表面受体竞争结合,TNF,；,应用：第一个被美国,FDA,和欧洲批准用于治疗,RA,的,可溶性,TNF,受体。,-S-S-,IgG Fc,sTNFR II,Etanercept,示意图,抗,TNF,抗体,名称：,infliximab,；,商品名：,Remicade,；,特 性：嵌合型抗,TNF,抗体（ 鼠源抗,TNFa,单抗轻链和重链,的可变区分别与人,kappa,链和,IgG1,的恒定区连接；,应 用：第一个被美国,FDA,和欧洲批准用于,RA,治疗的抗,TNFa,抗体，在美国也可以用于,Crohn,氏病的治疗。,Tumor necrosis factor inhibitors,Inflximab (a chimeric monoclonal antibody), adalimumab (a fully human monoclonal antibody) and etanercept (a soluble fusion protein of the TNF receptor) were the first TNF-inhibitors to be established.,Two additional TNF-inhibitors have since become available.,Golimumab is fully human, administered intravenously at 4-weekly intervals;,Certolizumab is a polyethylene glycol subcutaneous agent given at weeks 0, 2, 4 and then 4-weekly.,Maya H. Buch and Paul Emery, Current Opinion in Rheumatology 2011, 23:245251.,2011,年,3,月，美国食品药品管理局,(FDA),批准了人类基因组科学公司,(HGS),和葛兰素史克公司,(GSK),联合开发的人源化单抗,Belimumab,（商品名,Benlysta,，靶点为,BAFF,），用于,SLE,的治疗。,该药的获批结束了红斑狼疮病,56,年来没有新药问世的尴尬局面。目前，该药的治疗成本在每年万美元左右，仅在美国市场，其潜在的消费群就有,20,万人以上。,业内乐观估计：,Belimumab,今年的销售额可达,8500,万美元，,2014,年的销售额会突破,10,亿美元，将成为单克隆抗体药物中的又一“重磅炸弹”。,中国医药报，,2011-06-02,。,BAFF,与,SLE,After half-centurys wait, approval paves path for new lupus drugs,On 9 March 2011, Benlysta (belimumab) became the first lupus drug approved by US regulators in over half a century.,Heidi Ledford, Nature Medicine, 2011,17 (4) ,400.,Applications of nanotechnology for treatment, diagnosis, monitoring, and control of biological systems has been referred to as nanomedicine by the National Institutes of Health.,PEGylation increases the drug circulating half-life and stability, enhances solubility, reduces the requirement for frequent dosing and toxicity, and possibly reduces antigenicity as well.,Mosheim SM., et al. FASEB J. 2005 Mar;19(3):311-30.,Dinesen L, et al. Int J Nanomedicine. 2007;2(1):39-47.,Nanomedicine and cytokine PEGylation,Pegylated,IFN-,-2a: Chronic hepatitis C;,Pegylated,IFN-,-2b: Chronic hepatitis C;,Pegylated,GM-CSF: Cancer patients receiving myelosupressive chemotherapy;,Pegylated,IFN-,has resulted in an increase in sustained virus clearance rates in patients with HCV/HIV co-infection;,Dextran nanoparticles loaded G-CSF with the S/O/O/W method had increased neutrophil activity compared to those prepared by W/O/W after radiotherapy and chemotherapy.,Nanomedicine and cytokine dugs,Tayal V, et al.Eur J Pharmacol. 2008 Jan 28;579(1-3):1-12.,Zoller H, et al. Int J Nanomedicine. 2006;1(4):399-409.,Liu G, et al. Int J Nanomedicine. 2012;7:4559-69.,3,、细胞因子基因治疗,IL-2,受体,链基因治疗,SCID,。,本室利用免疫组学技术发现潜在新细胞因子,免疫基因组学技术 信息挖掘,候选基因真核表达载体构建,表达及功能筛选,功能分子,分泌验证,212/35678,6/36,36/121,121/212,6,TMEM98,FAM19A4,CSBF/C10orf99,VSTM1-v2,CYTL1,LYG1,Guo X, et al. Cellular Immunology 278 (2012) 136142.,Wang W, et al. Cell Mol Immunol. 2014 Aug 11. doi: 10.1038.,Pan W, et al. Sci Rep. 2014 Oct 29; 4:6812.,Fu W, et al. J Interferon Cytokine Res. 2015 Sep;35(9):720-33.,Wang X, et al. J Immunol. 2016 Apr 15. pii: 1501908.,重点掌握内容,1,、细胞因子的概念及分类。,2,、细胞因子的生物学活性。,3,、细胞因子受体的分类。,4,、细胞因子的结构和功能特点。,5,、细胞因子的临床应用。,Thank You !,不尽之处，恳请指正！,