ELISA 热点速递之细胞因子篇

会里很

你知道吗？为了维持我们身体机能的正常运作，人体内大约有37兆个细胞在不懈地为我们辛勤服务着呢～其中存在感最强，战斗力爆表的非免疫细胞莫属了。他们兢兢业业的守护着我们的身体，不仅能防御病毒和外来异物等入侵者还能清除自身衰残、癌变的细胞。
免疫细胞种类繁多，像T细胞、B细胞、NK细胞、肥大细胞等等。细胞因子（Cytokine，CK）就是由这些免疫细胞和某些非免疫细胞（内皮细胞、表皮细胞、纤维母细胞等）经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质(5-25kD)。它们一般通过结合相应受体来调节细胞生长、分化和效应，进而调控免疫应答。故监测细胞因子的变化是疗效评价、预后判断及风险预警时最直接最快的手段，同时，各类疾病机制及细胞因子药物也是目前研究的热点。基于免疫学的酶联免疫吸附测定法（ELISA）是常用的细胞因子检测方法之一[1]。

本期推文，小P将从细胞因子的分类、功能、与疾病的关系以及临床上的应用四个方面和大家唠唠这一经久不衰的热门领域。



图1. 细胞因子网络（图源PMID: 17426506）

一.细胞因子的分类

1、干扰素（interferon，IFN）

干扰素是正式命名的第一个（类）细胞因子，1957年，Isaacs 等发现病毒诱导细胞产生一种能干扰病毒复制的可溶性蛋白质，由于这些细胞因子能干扰病毒复制故将其命名为干扰素[3]。当存在病原体时，宿主细胞就会释放干扰素，周围未感染的细胞感知后就会激活相应的细胞防御机制，以便消除病原体。
干扰素家族是一类广泛表达的细胞因子，根据其结合的不同干扰素受体可分为I型、II型和III型干扰素（表1、图2）。I 型干扰素通过抑制病毒复制、增加自然杀伤 (NK) 细胞的溶解潜力和促进MHC I类、MHC II类分子的表达以及刺激Th1细胞的发育，表现出强大的抗病毒作用。在感染过程中，这种类型的干扰素会变得丰富，并且在血液中很容易检测到。其中IFN-α（进一步分为 13 种不同的亚型）和 IFN-β是I型干扰素中最主要的两种。II型IFN 只有一个代表，即 IFN-γ。这种细胞因子在先天和适应性免疫反应中都起着巨噬细胞活化的作用。III 型 IFN也只有一个代表IFN-λ（这种类型也被称为白细胞介素 IL-28A 和 B（分别为 IFN-λ2 和 IFN-λ3）和 IL-29（IFN-λ1），其具有与 I 型 IFN 相似的生物学效应，在宿主防御病毒感染中发挥重要作用 [4–7]。



表 1.IFN干扰素细胞因子类型及其受体



图2. 三种IFN信号转导途径示意图（图源PMID：35171703）

2、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）

肿瘤坏死因子 (TNF) ，于1975 年发现，因能导致体外肿瘤坏死而得名。肿瘤坏死因子 (TNF) 是免疫系统中研究最深入的细胞因子之一，可激活细胞存活、细胞凋亡、炎症反应和细胞分化的信号通路[10-12]。迄今为止，已分别鉴定出 19 种 TNF超家族(TNFSF) 和TNF受体超家族(TNFRSF)的配体和 29 种受体[13]，其中最突出的是 TNF-α（通常称为 TNF）和 TNF-β（也称为淋巴毒素）。在炎症和感染下，巨噬细胞、淋巴细胞、成纤维细胞和角质形成细胞会产生促炎细胞因子TNFα，TNFα最初通过与细胞表面的受体 TNFR1（p55）和TNFR2（p75）结合来引发其促炎信号[14]。TNF-β则是一种 II 型跨膜蛋白，是淋巴结和派尔淋巴结发育以及次级淋巴器官维持的重要关键，TNF-β 的表达主要由淋巴细胞刺激。
3、白细胞介素（IL）

白介素 (IL) 是一类具有不同结构和功能的分泌蛋白，最早在白细胞中被发现。这些蛋白与受体结合并参与白细胞之间的通讯。它们与免疫系统的激活和抑制以及细胞分裂密切相关。白介素主要由辅助性CD4+T 淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞和内皮细胞合成。白介素以IL加数字命名，以前，人们使用不同的名称来指代同一种IL。例如，IL-1被称为淋巴细胞活化因子、有丝分裂蛋白或T细胞替代因子III。为了规范命名法，1979 年，在第二届国际淋巴因子研讨会上，引入了白介素一词。此后，白介素开始根据其发现日期连续命名 。到目前为止，已鉴定出 40 种白细胞介素，其中一些进一步分为亚型（例如 IL-1α、IL-1β）。这些 IL 根据序列同源性和受体链相似性或功能特性分为不同的家族，如IL-1家族、IL-2家族、IL-6家族、IL-10家族、IL-12、IL-17家族等。各类白介素主要参与肿瘤、自身免疫和炎症等疾病的信号通路，目前机制研究较为透彻的白介素包括IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-11、IL-15、IL-17等，以这些白介素为靶点的上市药物和临床管线较密集[16-21]。
4、趋化因子（Chemokines ）

趋化因子代表一大类结构同源的细胞因子，它们刺激白细胞运动并调节白细胞从血液向组织的迁移，这一过程称为趋化性。它们控制中性粒细胞、B 细胞和单核细胞等稳态免疫细胞在骨髓、血液和外周组织之间的运输。人类有大约50种趋化因子，根据N端半胱氨酸残基的位置分为4个家族。两个主要家族是CC和CXC趋化因子，其中 CC 家族的半胱氨酸残基相邻，而 CXC 家族的半胱氨酸残基相隔一个非保守的氨基酸。一般来说，CC趋化因子的成员对单核细胞和一小部分淋巴细胞具有趋化性，而 CXC 趋化因子对中性粒细胞更具特异性。最知名的趋化因子是 IL-8 或 CXCL8，它属于 CXC 趋化因子家族，负责中性粒细胞募集和调节炎症反应。而单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)、 CCL2 和 CCL11 或嗜酸性粒细胞趋化因子则属于CC 趋化因子家族，它们可募集各种白细胞，尤其是单核细胞和嗜酸性粒细胞。除了参与急性炎症反应，调节外周淋巴系统中白细胞的运输外，还有一些趋化因子可以促进血管生成和伤口愈合[22-24]。
5、集落刺激因子（CSF）

集落刺激因子 (CSF)，因其可刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中增殖分化形成某一谱系细胞集落而得名。其有助于单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞的祖细胞生长，以及激活巨噬细胞。根据它们的作用范围，分别命名为粒细胞CSF（G-CSF），巨噬细胞CSF（M-CSF），粒细胞-巨噬细胞CSF（GM-CSF）和多集落刺激因子(multi-CSF，又称IL-3)。GM-CSF和 M-CSF具有促炎作用，它们的表达与 TNF、IL-1、IL-23 和 IL-17 之间存在某些联系[23-25]。
二.细胞因子的功能

细胞因子在机体中发挥着多种重要的生理功能，包括但不限于以下作用：
1、免疫调节：细胞因子能够传递信息，激活或抑制免疫细胞的活性，从而协调免疫反应，维持机体的免疫稳态。
2、炎症反应：当机体遭遇病原微生物感染时，免疫细胞会产生多种细胞因子，将免疫细胞召集至感染部位，共同构成清除感染的防御反应。
3、造血作用：某些细胞因子如促红细胞生成素、集落刺激因子等能够促进血细胞的生成和分化。
4、组织修复：细胞因子在损伤组织的修复过程中也发挥着重要作用，可促进细胞增殖、分化、迁移和基质合成等。
三.细胞因子与疾病的关系

细胞因子作为灵敏的炎症指标，其表达调控失衡与许多疾病的发生、发展密切相关。如：
1、炎症及自身免疫性疾病：如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等，这些疾病患者体内往往存在多种细胞因子水平的异常升高。
2、肿瘤：某些细胞因子，如肿瘤坏死因子超家族成员能够直接杀伤肿瘤细胞，而另一些细胞因子如白细胞介素等则可能促进肿瘤的生长和转移。
3、感染性疾病：在细菌感染、病毒感染等感染性疾病中，细胞因子也发挥着重要作用，如促进免疫细胞的迁移和激活、增强机体的抗感染能力等。
四.细胞因子在临床中的应用

由于细胞因子在机体中发挥着重要的生理功能，并与多种疾病的发生、发展密切相关，因此细胞因子在临床诊断和治疗中具有广泛的应用价值。如：
1、疾病诊断：通过检测患者体内细胞因子的水平，可以辅助诊断某些疾病，如感染性疾病、自身免疫性疾病等。
2、疾病监测：细胞因子水平的变化可以反映疾病的进展和治疗效果，因此可以用于疾病的监测和预后评估。
3、治疗干预：某些细胞因子或其拮抗剂可以作为治疗药物，用于某些疾病的治疗，如肿瘤、自身免疫性疾病等。
细胞因子在机体中发挥着多种重要的生理功能，并与多种疾病的发生、发展密切相关。因此，深入研究和了解细胞因子的特性及其在机体中的作用机制，对于疾病的预防、诊断和治疗具有重要意义。ELISA检测技术作为蛋白定量的金标准，被广泛应用于细胞因子的各种相关研究中，如药物研发、免疫机制研究、疾病标志物筛选等。
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【参考文献】
[1] DOI：10.5772/intechopen.74550            [2] DOI: 10.1097/AIA.0b013e318034194e
[3] ISBN： 978032375750                             [4] DOI: 10.1128/JVI.80.9.4501-4509.2006
[5] ISBN: 978-0-393-53334-7                        [6] DOI: 10.1038/nri1604
[7] DOI: 10.4049/jimmunol.177.5.3266         [8] DOI: 10.1182/blood-2005-07-2834
[9] DOI: 10.1172/JCI68101                            [10] DOI: 10.1002/iub.309
[11] DOI: 10.1128/MCB.22.24.8626-8634.2002                          [12] DOI: 10.1038/nri1184
[13] DOI: 10.1182/blood-2011-04-325225                      [14] DOI: 10.1038/nrrheum.2017.22
[15] DOI: 10.1016/j.jaci.2010.11.050
[16] DOI: 10.1038/nri2691                            [17] DOI: 10.1038/nri2691
[18] DOI:10.1016/0167-5699(90)90005-T                       [19] DOI: 10.1016/0161-5890(80)90162-5
[20] DOI: 10.4049/jimmunol.1700534                 [21] DOI: 10.1002/eji.201546095
[22] DOI: 10.1002/eji.201546095                         [23] ISBN: 9780323757508
[24] DOI:10.1177/10454411950060020101                  [25] DOI: 10.1038/nri2356

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