細胞因子在自身免疫病中的作用及應用價值

文章來源：中華檢驗醫(yī)學雜志, 2023, 46(11): 1139-1144

細胞因子是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導多種細胞產(chǎn)生的，能在細胞間傳遞信息、具有免疫調(diào)節(jié)和效應功能的低分子量可溶性蛋白質(zhì)。目前常用的細胞因子檢測方法包括生物活性檢測法、免疫學檢測法和分子生物學方法。細胞因子參與了眾多自身免疫病的發(fā)生發(fā)展，不僅可以作為疾病重要的生物標志物，還能夠用于不同自身免疫病的鑒別診斷，是疾病臨床過程監(jiān)測及預后的重要靶點。此外，針對細胞因子的抗體和小分子抑制劑被逐步應用于臨床，也為自身免疫病提供了更安全有效的治療策略。本文論述了不同細胞因子在自身免疫病中的作用。

細胞因子是由免疫細胞（單核-巨噬細胞、T細胞、B細胞、自然殺傷細胞等）和某些非免疫細胞（內(nèi)皮細胞、表皮細胞、纖維母細胞等）經(jīng)刺激而合成、分泌的一類具有廣泛生物學活性的小分子蛋白質(zhì)，通過結(jié)合相應受體發(fā)揮調(diào)節(jié)固有免疫和適應性免疫、血細胞生成、細胞生長以及損傷組織修復等多種功能。細胞因子種類繁多，包括白細胞介素（interleukin，IL）、干擾素（interferon，IFN）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony-stimulating factor，CSF）、趨化因子、生長因子等，其生物學活性也復雜多樣 ［ 1 , 2 , 3 , 4 ］ 。眾多細胞因子在體內(nèi)通過旁分泌、自分泌或內(nèi)分泌等方式發(fā)揮作用，具有多效性、重疊性、拮抗性、協(xié)同性等多種生理特性，形成了十分復雜的細胞因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。

隨著對細胞因子研究的增多，出現(xiàn)了許多新的細胞因子檢測方法，目前常用的主要有生物活性檢測法、免疫學檢測法和分子生物學方法。生物活性檢測法的原理基于細胞因子能夠以相對低的濃度結(jié)合特定的細胞膜受體并對細胞起生物活性作用。根據(jù)細胞因子發(fā)揮的生物活性作用的不同，生物活性檢測法又可分為細胞增殖和增殖抑制測定法、靶細胞殺傷法、抗病毒活性測定法、趨化活性測定法和細胞因子誘導產(chǎn)物分析法。由于生物活性檢測法的特異性較低，免疫學檢測法逐漸被開發(fā)出來用于量化特定的細胞因子。免疫學檢測法的原理是基于抗原與抗體的特異性結(jié)合，再聯(lián)合酶、同位素、熒光標記等技術，實現(xiàn)對細胞因子定性或定量的測定。目前常用的免疫學檢測方法包括酶聯(lián)免疫吸附實驗、放射免疫分析及免疫放射分析等。分子生物學檢測法是目前檢測細胞因子的重要方法，其被測物并不是細胞因子本身，而是特定細胞因子的基因表達，通常是信使核糖核酸，檢測方法主要有Northern印跡、逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應、原位雜交及核糖核酸酶保護分析等。生物活性檢測法的靈敏度較高，但特異性較低，且測定的均是具有生物活性的細胞因子，因此不能測定細胞因子前體或其降解產(chǎn)物、與可溶性受體結(jié)合的細胞因子、細胞因子聚合物等。免疫學檢測法操作簡單快速、重復性好、特異性高、敏感性高、易于標準化。但所測定的結(jié)果只代表細胞因子的量，不能區(qū)分細胞因子的活性和非活性狀態(tài)。分子生物學檢測法是目前檢測細胞因子靈敏度最高的方法，但也存在一定的局限性。由于該法靈敏度較高等原因極易出現(xiàn)假陽性結(jié)果，因此每次實驗都應設立陰性對照。此外，有的細胞因子可表達信使核糖核酸，但并不翻譯，使分子生物學檢測法的結(jié)果與生物活性或免疫學檢測法檢測的結(jié)果并不一致。因此在實際應用中各種檢測方法不能隨意地互相替代，聯(lián)合應用較好。

自身免疫性疾病是指機體對自身抗原發(fā)生免疫反應而導致自身組織損害所引起的疾病，許多疾病相繼被列為自身免疫性疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）、類風濕關節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）、硬皮病、混合型結(jié)締組織病等 ［ 5 , 6 , 7 , 8 ］ 。眾多研究表明，細胞因子在自身免疫性疾病中的作用是多方面的，這體現(xiàn)在不同的細胞因子參與著不同的自身免疫性疾病過程，同一種細胞因子在不同的自身免疫性疾病中的作用也不盡相同。因此，本綜述對幾種常見的細胞因子與自身免疫性疾病關系的研究進展作一介紹，從而為自身免疫性疾病尋找更加有效的診斷和治療靶點提供參考。

一、IL在自身免疫病中的作用

IL是由多種細胞產(chǎn)生并作用于多種細胞的一類細胞因子，功能復雜、成網(wǎng)絡，目前至少發(fā)現(xiàn)了38個IL，分別命名為IL-1~IL-38，在免疫細胞的成熟、活化、增殖和免疫調(diào)節(jié)等一系列過程中均發(fā)揮重要作用，此外它們還參與機體的多種生理及病理反應。

IL-17是一種促炎細胞因子，參與多種自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展，例如，SLE ［ 9 ］ 、RA ［ 10 ］ 、銀屑病 ［ 11 ］ 、克羅恩病 ［ 12 ］ 等。研究表明，在 SLE患者的外周血和炎癥器官中產(chǎn)生 IL-17的T 細胞數(shù)量增加 ［ 13 ］ 。與非活動性疾病患者相比，新發(fā)患者和 SLE發(fā)作期間的血漿 IL-17濃度也有所增加 ［ 13 ］ ，且與疾病的嚴重程度相關 ［ 14 ］ 。已證實 IL-17可導致 RA 患者關節(jié)發(fā)炎，并可在發(fā)炎的滑膜中局部產(chǎn)生，且在關節(jié)內(nèi)發(fā)現(xiàn)細胞因子環(huán)境能夠促進輔助性T細胞17（T helper cell 17，Th17）的分化 ［ 15 ］ 。此外，與成年RA患者相似，幼年特發(fā)性關節(jié)炎患者的關節(jié)微環(huán)境也促進了Th17的分化 ［ 16 ］ 。這些研究都證明了Th17和IL-17在疾病發(fā)病機制中的關鍵作用。因此，自身免疫性疾病的活動性或嚴重程度與患者外周血或其他體液中IL-17濃度以及Th17細胞和Th1/Th17百分比之間的相關性可能成為自身免疫性疾病臨床過程監(jiān)測、治療及預后判斷的重要靶點。

IL-2是一種分泌型單體糖蛋白，由149個氨基酸組成，含有20個氨基酸的信號肽，被歸類為Ⅰ型細胞因子家族的成員 ［ 17 ］ 。IL-2具有許多生物學作用，包括誘導自然殺傷細胞增殖、增加細胞溶解活性、促進抗體生成和B細胞的增殖等。在最近幾年的研究中，IL-2作為自身免疫性疾病的治療藥物引起了人們的興趣。目前，多項研究已經(jīng)證實了IL-2在1型糖尿病、SLE和移植物抗宿主病等自身免疫性疾病中的治療作用 ［ 18 , 19 , 20 ］ 。雖然IL-2具有相當大的治療價值，然而，確定合適的IL-2劑量以優(yōu)化臨床療效仍然是一個難題。為此，開發(fā)影響IL-2對特定細胞類型活性的方法非常重要，已經(jīng)使用的方法包括使用IL-2/抗IL-2復合物和IL-2結(jié)合物。從發(fā)現(xiàn)和鑒定到現(xiàn)在，IL-2在自身免疫性疾病過程中顯示出廣泛的參與和相關性，因此，它有潛力成為治療自身免疫性疾病的關鍵分子。然而，仍需要新的策略來克服目前IL-2的局限性，例如高劑量IL-2的高不良反應發(fā)生率，對新型IL-2嵌合體或結(jié)合物的研究可能會帶來更先進的治療方法。

二、TNF-α在自身免疫病中的作用

TNF-α是正常免疫反應的關鍵成分，能激活免疫系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。然而，TNF-α信號的不當或過度激活與慢性炎癥相關，并最終導致病理并發(fā)癥，如自身免疫性疾病的發(fā)生。

TNF-α被認為是RA發(fā)病機制中的主要炎癥細胞因子，在RA患者中發(fā)現(xiàn)頻率很高。在RA中，Th1細胞和巨噬細胞分泌的TNF-α激活滑膜成纖維細胞，促進表皮增生，并招募炎癥細胞 ［ 21 ］ 。在各種細胞因子（包括IL-1、IL-6和TNF-α）激活后，滑膜成纖維細胞過度表達組織蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶，隨后膠原和蛋白多糖分解，最終導致軟骨和骨骼遭到破壞，并發(fā)生關節(jié)侵蝕 ［ 22 ］ 。炎癥性腸病是一組局限于胃腸道的自身免疫性疾病，克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎是炎癥性腸病的主要類型。在炎癥性腸病中，TNF-α與IL-1、IL-6和IL-17等其他細胞因子由Th1細胞分泌 ［ 23 ］ 。這些細胞因子能夠在腸道內(nèi)積聚腸成纖維細胞、中性粒細胞和巨噬細胞。累積的腸成纖維細胞導致腸纖維化，從而導致腸狹窄的形成。腸內(nèi)積聚的中性粒細胞分泌彈性蛋白酶，誘導基質(zhì)降解。最后，腸內(nèi)累積的巨噬細胞產(chǎn)生TNF-α、IL-1和IL-6，最終導致腸基質(zhì)降解、上皮損傷、內(nèi)皮激活和血管破壞 ［ 24 ］ 。此外，銀屑病關節(jié)炎、牛皮癬和非感染性葡萄膜炎（non-infectious uveitis，NIU）等自身免疫病也與TNF-α的過度產(chǎn)生有關 ［ 25 , 26 , 27 ］ 。

由于TNF-α參與了自身免疫性疾病的發(fā)病機制，TNF-α抑制劑已成功開發(fā)并應用于克羅恩病和RA等自身免疫病的臨床治療 ［ 28 , 29 ］ 。治療藥物通過阻斷TNF-α與TNFR1/2的相互作用起到拮抗劑的作用，或者在某些情況下，通過刺激反向信號傳導作為激動劑，導致產(chǎn)生TNF-β的免疫細胞凋亡 ［ 30 ］ 。目前，越來越多的TNF-α抑制劑已被批準用于臨床，例如依那西普、英夫利昔單抗、阿達木單抗、戈利單抗和培塞利珠單抗等。甚至許多研究機構(gòu)和公司正在開發(fā)治療藥物的生物仿制藥，因此TNF-α抑制劑的市場前景廣闊�？梢灶A測，在不久的將來，人們將更加重視對TNF-α細胞因子的理解和深入研究，以開發(fā)治療自身免疫性疾病的有效工具。

三、IFN-Ⅰs在自身免疫病中的作用

IFN-Ⅰs是一組非常重要的細胞因子，參與先天免疫和適應性免疫系統(tǒng)，尤其在抗病毒活性和癌癥免疫監(jiān)測中發(fā)揮重要作用 ［ 31 , 32 ］ ，也與自身免疫性疾病的發(fā)生和維持有關。研究表明，自身免疫性疾病患者血清或組織中異常表達的IFN-Ⅰs和/或Ⅰ型IFN誘導基因特征與其發(fā)病機制、臨床表現(xiàn)和疾病活動有關。

研究發(fā)現(xiàn)，丙型肝炎或惡性腫瘤患者接受IFN-α治療后可能會出現(xiàn)自身免疫性疾病，如自身免疫性甲狀腺疾病和SLE樣綜合征 ［ 33 , 34 ］ 。RA和皮肌炎患者的IFN-Ⅰs信號也增加，且在RA患者的外周血中也可以檢測到IFN-Ⅰs ［ 35 ］ 。臨床試驗數(shù)據(jù)表明，高IFN-Ⅰs信號可以作為預測RA高危個體的生物標志物 ［ 36 ］ 。系統(tǒng)性硬化癥也稱為硬皮病，其特征是皮膚、內(nèi)臟器官的纖維化和功能障礙以及血管病 ［ 37 ］ 。研究表明，IFN-Ⅰs的水平與系統(tǒng)性硬化癥患者的皮膚、肺和骨骼肌的嚴重癥狀有關 ［ 38 ］ 。

隨著對IFN-Ⅰs信號通路在自身免疫性疾病中的意義的關注，抗體和小分子抑制劑被設計為靶向IFN-Ⅰs信號通路以治療自身免疫性疾病，例如靶向IFN-α或IFNAR、pDC、Toll樣受體及其下游通路的治療，使用這些治療的臨床試驗已經(jīng)產(chǎn)生了積極的結(jié)果。幾種阻斷IFN-Ⅰs信號通路中特定分子的抑制劑，如用于治療RA的托法西尼和巴里西尼，已獲得FDA/EMA的許可，目前正在進行臨床試驗 ［ 39 ］ 。此外，許多靶向抑制劑已經(jīng)完成或進入了Ⅲ期臨床試驗，包括用于SLE治療的抗IFNAR1單抗阿尼魯 ［ 40 , 41 ］ 、JAK1/JAK2抑制劑巴瑞克替尼 ［ 42 ］ ，以及用于RA治療的JAK1抑制劑烏帕替尼和非洛替尼 ［ 43 , 44 ］ 。

總之，IFN-Ⅰs在自身免疫性疾病的發(fā)病機制和治療中具有重要意義。許多靶向IFN-Ⅰs信號通路的抑制劑在治療自身免疫性疾病的臨床試驗中顯示出積極的成果。因此，進一步探討IFN-Ⅰs在自身免疫性疾病中的作用以開發(fā)更有效和安全的治療方法是非常重要的。

四、趨化因子在自身免疫病中的作用

趨化因子是一類由細胞分泌的，具有誘導附近反應細胞定向趨化能力的小細胞因子或信號蛋白，在機體的防御和炎癥反應等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用。在趨化因子的分子中通常有4個保守的半胱氨酸（C），這些半胱氨酸通過二硫鍵形成特殊的三級結(jié)構(gòu)。根據(jù)靠近分子氨基酸（N端）的前兩個C間是否插入其他氨基酸，將它們分成4個亞類：CXC類（插入1個氨基酸殘基）；CC類（不插入其他氨基酸殘基）；CX3C類（插入3個其他氨基酸）；C類（N端僅1個C），所有這些蛋白都通過與G蛋白連接的跨膜受體（稱為趨化因子受體）相互作用來發(fā)揮其生物學效應。由于其廣泛的細胞來源和生物學效應，趨化因子及其受體可能在多種疾病，特別是自身免疫病的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用。

多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）是年輕人繼創(chuàng)傷性損傷之后的第二常見的致殘疾病 ［ 45 ］ ，被歸類為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性脫髓鞘炎癥性疾病，是一種常見的自身免疫病。MS患者的病程差異很大，從長期良性病程到迅速惡化的高度活躍狀態(tài) ［ 46 ］ �？焖�、準確的診斷以及對較差預后的危險因素的識別對于建立及時有效的治療方法至關重要，從而可以顯著改變病程。Lucchini等 ［ 47 ］ 的研究表明，MS患者腦脊液中CXCL13是非常好的預后生物標志物，CXCL13濃度較高的患者在臨床和放射學活動中有更高的風險，因此可以輔助初步治療選擇。另外，Puthenparampil等 ［ 48 ］ 的研究還發(fā)現(xiàn)，在MS患者的腦脊液中，ccl-2尤其是ccl-3的表達顯著增加，這些細胞因子與MS診斷和白質(zhì)WM病變體積相關，是疾病活動的預測因素。除此之外，還有許多趨化因子與MS的發(fā)生發(fā)展密切相關，例如，在MS活動性和靜止性病變周圍的少突膠質(zhì)細胞上檢測到CXCL8受體，而肥大性星形膠質(zhì)細胞在活動性MS病變中對CXCL8染色強烈 ［ 49 ］ ；在MS活動性脫髓鞘病變中，CXCL10主要由巨噬細胞（存在于斑塊內(nèi)）和周圍實質(zhì)中的反應性星形膠質(zhì)細胞表達 ［ 50 ］ ；CXCL12在正常成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛且低水平表達。在活動性人類 MS斑塊中的反應性星形膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞中，CXCL12的表達水平顯著增加 ［ 51 ］ 。除了可以作為MS的生物標志物外，趨化因子還可用于自身免疫病的鑒別診斷。皮肌炎和抗合成酶綜合征是2種不同的系統(tǒng)性自身免疫疾病，有著不同的預后和對治療的反應 ［ 52 , 53 , 54 ］ 。然而在臨床和病理表現(xiàn)上卻很難區(qū)分這2種疾病，因此，正確的鑒別診斷十分重要。Wang等 ［ 55 ］ 研究并比較了皮肌炎和抗合成酶綜合征患者的血清細胞因子/生化因子譜，結(jié)果顯示，cxc13是用于鑒別皮肌炎和抗合成酶綜合征最準確的標記物。

五、其他細胞因子在自身免疫病中的應用

除上述提到的4類外，細胞因子還包括集落刺激因子（colony-stimulating factor，CSF）、生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β家族等。粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）是祖細胞發(fā)育成粒細胞和巨噬細胞的誘導劑，作用于骨髓不同發(fā)育階段的造血干細胞、急性髓樣白血病細胞、內(nèi)皮細胞、單核巨噬細胞、多形核白細胞和嗜酸性粒細胞等，是促進骨髓粒細胞系、單核細胞系、巨核細胞系的發(fā)育和成熟及增強外周血成熟的粒細胞、單核細胞功能的主要造血調(diào)節(jié)因子 ［ 56 ］ 。近年來，不斷的實驗證據(jù)證實了GM-CSF在炎癥反應與自身免疫疾病中有重要作用 ［ 57 ］ 。GM-CSF缺失/耗盡方法已出現(xiàn)重要的臨床前數(shù)據(jù)，表明GM-CSF是許多炎癥/自身免疫性疾病的潛在靶點 ［ 58 ］ 。針對GM-CSF或其受體的臨床試驗顯示出較好的療效和安全性，特別是在類風濕性關節(jié)炎方面 ［ 10 ］ 。

生長/分化因子-15（growth differentiation factor，GDF-15），也稱為巨噬細胞抑制細胞因子-1，是轉(zhuǎn)化生長因子-β超家族的一個成員。GDF-15水平高度升高主要與病理狀況有關，包括炎癥、心肌缺血、癌癥、自身免疫病等。研究表明，RA患者經(jīng)常表現(xiàn)出 GDF-15水平升高，這與紅細胞沉降率水平、晨僵、關節(jié)壓痛計數(shù)和頸動脈內(nèi)膜中層厚度等癥狀相關 ［ 59 ］ 。此外，在1型糖尿病中，β細胞中GDF-15活性升高，并且GDF-15被提議作為1型糖尿病的生物標志物 ［ 60 ］ 。然而，在MS中卻顯示出完全不同的結(jié)果。在一個由48例MS患者組成的縱向隨訪隊列中，GDF-15僅在一小部分患者中升高，這些患者的病程穩(wěn)定，與平均觀察值相比沒有復發(fā)或進一步的病情惡化 ［ 61 ］ 。因此，在MS中，GDF-15似乎是疾病穩(wěn)定病程而非嚴重程度的生物標志物，可能的因果關系或功能關系仍有待研究。

六、逐典生物干細胞培養(yǎng)相關細胞因子推薦

上海逐典在擁有GMP級質(zhì)量管理體系平臺的基礎上，結(jié)合干細胞治療藥物生產(chǎn)規(guī)范，提供多種細胞因子，助力干細胞治療藥物的研究。例如，基于豐富的細胞因子開發(fā)經(jīng)驗，對野生型IL-15進行改造,優(yōu)化后的高活性IL-15Pro對比野生型 IL-15，受體親和力提高 100 倍以上。相關數(shù)據(jù)如下所示：

非還原和還原的SDS-PAGE顯示蛋白分子量約15KDa (左)，未見雜蛋白活性數(shù)據(jù)

SEC-HPLC顯示高純度，無聚體產(chǎn)生 (右)

SPR結(jié)果顯示，IL-15 Pro 對IL-15受體親和力提高100倍

人源CD122 (IL-15R-beta)與IL-15 Pro的Kd為0.51nM

IL-15 Pro 對NK細胞 (NK92) 的增殖能力能夠提高20倍