張林麗，王 艷，劉 莉

上海醫(yī)藥工業(yè)研究院藥理評價研究中心，上海 200040；上海市生物物質成藥性評價專業(yè)技術服務平臺，上海 200437；上海醫(yī)藥工業(yè)研究院創(chuàng)新藥物與制藥工藝國家重點實驗室，上海200437

細胞因子是一種廣泛存在的小蛋白質，在細胞信號傳導中起著重要作用。細胞因子屬于肽類，不能穿過脂質雙層進入細胞質，需要與受體結合后才能將信號從細胞膜傳導至細胞核內。細胞因子由免疫細胞如巨噬細胞、B 淋巴細胞、T 淋巴細胞和肥大細胞，以及內皮細胞、成纖維細胞和各種基質細胞產生。根據(jù)生物學結構和功能，可以將細胞因子分為趨化因子、干擾素、白細胞介素、淋巴因子和腫瘤壞死因子等。

在生理條件下，炎癥是一種自限性過程，通過免疫細胞與其細胞因子環(huán)境之間的微妙相互作用來恢復體內平衡。當免疫耐受性被破壞時，疾病靶組織中細胞因子平衡喪失，免疫細胞失衡，局部環(huán)境轉成促炎狀態(tài)，導致組織損傷。由于慢性炎癥的“細胞因子網(wǎng)絡”驅動了自身免疫性疾病的進展，并與疾病易感性相關。從臨床到實驗室的試驗表明，疾病中存在細胞因子分級框架驅動慢性炎性疾病，不再是同分子誘發(fā)疾病模式。而從實驗室到臨床研究揭示了某一細胞因子可能在多種炎癥疾病中的作用，如何在臨床上取得成功將需要了解每種炎性疾病的致病途徑和免疫組織環(huán)境[1]。通過現(xiàn)代分子生物學、結構生物學、細胞學等學科與技術方法，探討細胞因子和炎癥免疫疾病的關系，為疾病的防治提供理論基礎。

1 細胞因子

細胞因子一般分子量較小、生物活性高，主要由免疫細胞或非免疫細胞（如血管內皮細胞、表皮細胞和成纖維細胞等）經刺激而產生，細胞因子間可以相互作用形成網(wǎng)絡，參與免疫應答、炎癥反應和細胞增殖生長。一些細胞因子如白細胞介素-6（IL-6）、干擾素-γ（IFN-γ）和腫瘤壞死因子（TNF），參與效應T 細胞和記憶CD4+T 細胞應答的發(fā)展。B 細胞細胞因子如淋巴毒素，對次級淋巴器官的發(fā)生、穩(wěn)態(tài)和激活至關重要，同時影響著異位三級淋巴組織發(fā)育[2]。B 細胞主要通過IL-10 和IL-35 來調節(jié)炎癥免疫反應，同時對T 輔助細胞1 和Th17 介導的免疫性疾病，如自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）、系統(tǒng)性免疫疾?。╯ystemic immune disease，SLE）產生影響。

作為免疫調節(jié)劑，細胞因子通過自分泌、旁分泌和內分泌方式進行信號傳導。細胞因子通過與其受體結合，產生生物信號，參與生理進程。其中，gp130、βc 和γc 是3 種主要的細胞因子受體鏈，可以識別多種不同的細胞因子并最終組裝成信號復合物，產生獨特的或相似的機制[3]。根據(jù)細胞因子受體cDNA 序列及受體胞膜外區(qū)氨基酸序列的同源性和結構特征可分為6 類：I 類細胞因子受體，Ⅱ類細胞因子受體，TNF 受體超家族（如TNF 受體、神經生長因子受體CD40、Fas 分子），IL-1 受體，趨化因子受體，酪氨酸激酶受體（receptor protein tyrosine kinase，RPTKs）。I 類細胞因子家族包括γc-鏈類因子（γ-chain），包括IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15、IL-21 和βc-鏈細胞因子（β-chain）家族，如IL-3、IL-5、GM-CSF 類細胞因子，以及gp130 鏈因子家族，包括IL-6、IL-12、IL-23、IL-35 等。Ⅱ類細胞因子家族包括I 型干擾素如IFN-α 和IFN-β，II 型干擾素如IFN-γ 等，Ⅲ型干擾素因子如IL-29、IL-28A、IL-28B、IL-10家族相關細胞因子。IL-1家族包含IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β、IL-36γ、IL-1Rα、IL-36Rα、IL-38、IL-37 共11 個家族成員。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)約50 種人趨化因子和20 種趨化因子受體。酪氨酸激酶受體家族的許多成員已成為關鍵細胞過程的關鍵調節(jié)因子，如增殖和分化，細胞存活和代謝，細胞遷移和細胞周期控制。美國FDA 已經批準了很多由激活的RTK 引起的藥物治療癌癥和其他疾病[4，5]。

2 細胞因子與炎癥

以圖1 的Th0 細胞分化為例，在IL-12 刺激下變?yōu)門h1細胞并表達轉錄因子T-bet，IL-4 刺激下變?yōu)門h2 細胞并表達轉錄因子GATA-3。Th17 分化的關鍵是轉化生長因子-β（transforming growth factor，TGF-β）和IL-6。T 細胞分化后又表達特定的細胞因子，如Th1 分泌IFN-γ，Th2 分泌IL-4，Th17 細胞產生IL-17家族因子等。細胞因子在自分泌反饋回路中進一步促進T 細胞分化，活化的T 細胞移出細胞、淋巴組織，運輸?shù)窖装Y部位。以銀屑病為例，這是一種皮膚的慢性炎性疾病，其特征在于表皮增生，皮膚血管生成以及單核細胞、樹突狀細胞（DC）和T 淋巴細胞的浸潤。Th1 細胞因子IFN-γ，IL-2 和IL-18，以及Th17 細胞因子IL-17A、IL-17F、IL-22、IL-26 和TNF-α 在血清和病變皮膚中過度表達。IL-17 在銀屑病發(fā)病機理中的作用已通過銀屑病皮膚中IL-6、IL-1β 和IL-23 的表達增加而進一步證實[6]。

3 細胞因子與炎癥免疫性疾病

多種細胞因子構成與疾病易感性相關的網(wǎng)絡或“細胞因子宇宙”，正常時維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，當免疫耐受被破壞時，細胞因子平衡喪失，局部靶組織環(huán)境轉向促炎狀態(tài)并導致組織損傷，造成系統(tǒng)的免疫性疾病。在細胞及分子水平上揭示細胞因子與疾病間的關系，尤其是對自身免疫性疾病、腫瘤的發(fā)病機理的研究，有助于為臨床治療和診斷提供指導依據(jù)。

3.1 細胞因子綜合征（cytokine release syndrome，CRS）

CRS 是一種全身性炎癥反應，可由多種因素觸發(fā)，如感染、自身免疫炎性、醫(yī)源性原因。CRS 的細胞因子根據(jù)作用可以分為炎癥效應因子、炎癥啟動因子、炎癥調節(jié)因子、趨化因子和集落刺激因子[6]。

CRS 炎癥效應因子是指引起主要臨床癥狀的細胞因子，包括INF-γ，能引起發(fā)熱、造血功能減退等；TNF-α 引起發(fā)熱，致精神萎靡等臨床表現(xiàn)；IL-6 引起發(fā)熱，致急性腎損傷和NK 細胞功能不全等。

CRS 炎癥啟動因子是指病毒進入機體后被巨噬細胞模式識別，受體識別后引起炎癥小體（inflammasome）組裝，釋放成熟的IL-1β、IL-18 細胞因子而啟動炎癥。

炎癥調節(jié)因子主要是指隨著疾病進展，促炎因子如IL-2 與抑炎因子如IL-10、IL-4 的相互調節(jié)與平衡作用。

CRS 集落刺激因子包括粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），由活化的T 細胞、巨噬細胞產生，刺激粒細胞、巨噬細胞集落形成。

粒細胞集落刺激因子（G-CSF）刺激粒細胞功能，以及IL-7，增強巨噬細胞的細胞毒活性，誘導單核細胞分泌細胞因子。上述因子分級引發(fā)、促進CRS 進程[7]。

致病性人冠狀病毒引起嚴重肺炎也伴隨大量炎性細胞浸潤，炎性因子如IFN-γ、IL-1β、IL-6 和IL-8 升高，趨化因子應答升高，從而導致急性肺損傷（acute lung injury，ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）[8]。利妥昔單抗和嵌合抗原受體T 細胞免疫療法（CART）治療的腫瘤患者因免疫受到抑制，也可能出現(xiàn)CRS[9]。

3.2 類風濕性關節(jié)炎（RA）

RA 是一種系統(tǒng)性免疫相關的多關節(jié)炎性疾病，可破壞關節(jié)，導致身體殘疾。RA 疾病涉及T 細胞、B 細胞、淋巴細胞、巨噬細胞及各類細胞因子如IL-1β、IL-6、IL-12、IL-15 和轉化生長因子（TGF-β）等[10]。在疾病活動度較高的患者滑膜及滑膜液中檢測到天然存在的調節(jié)性T 細胞（T regulatory cell，Treg），它們起著監(jiān)管功能受損的作用。B 細胞除產生自身抗體和形成免疫復合物外，還通過產生細胞因子（如IL-6，IL-10等）和趨化因子促進疾病進展。B 細胞衍生的細胞因子調節(jié)濾泡DC 和淋巴活化，為T 細胞-巨噬細胞和T 細胞-B 細胞相互作用提供調節(jié)反饋環(huán)[11]。故T 細胞和B 細胞信號通路、通路相關的細胞因子是RA 關節(jié)炎藥物獲批和研發(fā)的熱點。

3.3 哮喘

哮喘是兒童和成人最常見的慢性病之一。哮喘病理表現(xiàn)為氣道狹窄，氣道壁出現(xiàn)慢性炎癥，伴有血漿外滲、水腫及炎性細胞如嗜酸性粒細胞、中性粒細胞、淋巴細胞、巨噬細胞和肥大細胞的流入。T 細胞在肺引流淋巴結中發(fā)展成濾泡輔助性T 細胞（Tfh），分泌IL-4 到B 細胞控制免疫球蛋白IgE 合成，IgE 與其受體結合引發(fā)炎癥反應，成為哮喘發(fā)作的重要病理機制。Th2 細胞產生誘導哮喘各種關鍵特征的細胞因子，如組織嗜酸性粒細胞增多有關的IL-5，杯狀細胞化生有關的IL-4 和IL-13，以及和支氣管高反應性有關的IL-13，加重哮喘的進展。一些關鍵粘附分子如血管細胞粘附分子-1（vascular cell adhesion molecule，VCAM-1）或細胞間黏附分子-1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）的表達，促使嗜酸性粒細胞外滲，加重哮喘的病理進程[12]。

此外，哮喘的全基因組關聯(lián)研究（GWAS）表明，IL-33 的多態(tài)性、IL-33Rα 基因與哮喘發(fā)展的易感性呈正相關。在哮喘患者支氣管活檢樣本和培養(yǎng)的支氣管上皮細胞中，呈現(xiàn)IL-33 mRNA 水平顯著升高，肺泡灌洗液中IL-33 蛋白顯著增加；循環(huán)纖維細胞中ST2 受體（suppression of tumorigenicity 2,ST2）水平升高。臨床研究均顯示IL-33 和ST2 受體與哮喘發(fā)病率、氣道誘導的永久性結構改變有關[13]。所以，IL-33 參與先天性和適應性免疫，同時作為炎癥的中樞細胞因子，調節(jié)固有淋巴細胞2（ILC2）、Th2 和M2 巨噬細胞反應，控制感染和組織修復中的過敏反應，是哮喘等適應癥開發(fā)的熱門靶點。

3.4 炎性腸?。↖BD）

IBD 是胃腸道的慢性炎性疾病，包括克羅恩?。–rohn's disease，CD）和潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）。胃腸道穩(wěn)態(tài)由單核吞噬細胞（mononuclear phagocytes，MNP）、Foxp3+Treg 細胞、B 細胞，以及腸上皮細胞（intestinal epithelial cells，IECs）和免疫細胞的細胞因子，互相作用而維持，一旦失衡即可誘導IBD[14]。STAT3 誘導的細胞因子，如IL-22、IL-6、IL-17，能促進IEC 細胞存活和抗微生物防御，微生物和代謝物誘導的IL-10、TGF-β1 通過MNP-Treg 細胞相互作用在耐受性中發(fā)揮作用。MNP 和IECs 產生的IL-1β、IL-18 和TNFα 是結腸炎進程開始的關鍵促炎因子，IL-23 驅動的CD4+T細胞應答是IBD 的關鍵病理特征，IL-23 特征性的T 細胞群通過產生效應細胞因子IFN-γ、IL-17 和GM-CSF 參與驅動腸道炎癥，并進一步刺激局部腸道中髓樣細胞反應[15]。中重度的UC 臨床治療包括免疫抑制劑及TNF-α 相關的生物抗體藥，其他尚在臨床研究中。

3.5 慢性阻塞性肺?。–OPD）

慢性阻塞性肺?。–OPD）的特征為不完全可逆的氣流受限[16]，主要由2 型免疫反應驅動，包括氣道嗜酸性粒細胞增加，Th2 細胞和II 型先天淋巴細胞（innate lymphoid cells，ILC2s）以及IL-4、IL-5 和IL-13 的分泌增加[17]。急性發(fā)作期COPD 患者痰液和血液中TNF-α 濃度增加，與疾病進展相關，有助于診斷COPD。IL-1β 和IL-32 的表達與疾病的嚴重程度相關[18]。當前COPD 的治療方法主要是支氣管擴張藥，尚無炎癥因子治療COPD 的相關藥物獲批。

3.6 鼻炎

過敏性鼻炎表現(xiàn)為打噴嚏，鼻瘙癢，氣流阻塞癥狀，主要由IgE 引起的對吸入過敏原產生反應而引起鼻涕，涉及Th2細胞驅動的黏膜炎癥。鼻黏膜處的抗原呈遞細胞（樹突細胞）攝取過敏原，導致抗原特異性T 細胞在引流淋巴結的活化。通過非抗原途徑（例如蛋白酶）激活上皮細胞，導致上皮細胞因子（IL-25，IL-33）釋放，產生Th2 細胞反應，釋放Th2-細胞因子（IL-13 和IL-4），進而驅動B 細胞成為漿細胞釋放IgE，IgE 與受體結合后，導致組胺的快速釋放，引起過敏反應的相關癥狀[19]。

3.7 結膜炎

過敏性眼病包括急性季節(jié)性/常年性過敏性結膜炎（seasonal/perennial allergic conjunctivitis，SAC/PAC）、慢性春季角膜結膜炎（vernal kerato conjunctivitis，VKC），以及特異性角膜結膜炎（atopic kerato conjunctivitis，AKC）。SAC 和PAC 由過敏原與肥大細胞上的IgE 結合引發(fā)I 型超敏反應。已過敏眼睛再次遇到過敏原時，過敏原附著并交聯(lián)形成IgE-FcRI復合物，肥大細胞分泌前列腺素、血栓素、白三烯、血小板活化因子和細胞因子，使結膜微血管通透性增加，且中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和其他炎癥細胞的活化導致晚期過敏反應[20]。VKC 的特征為多種角膜（如上瞼結膜和角膜緣）上皮和間質病變，免疫組織學和分子生物學研究表明，VKC 是Th2 淋巴細胞介導的疾病。除典型的Th2 型細胞因子IL-4、IL-5 和IL-13 外，其他細胞因子、趨化因子、生長因子和酶也在VKC患者結膜中過表達[21]。

除了上述免疫細胞等激活后產生炎癥因子外，JAKSTAT（the Janus kinase/signal transducer and activator and activator of tran-ions）通路的異常表達也會誘導產生IL-6、IL-2、IL-12，JAK-STAT 的研究也是免疫炎癥疾病的熱點。此外，IL-17 及其受體，構成反饋環(huán)維持慢性炎癥狀態(tài)，在多種慢性炎癥和自身免疫疾病中具有主要的致病作用，已有大分子藥物上市或在研發(fā)中。IL-1β 則是中樞神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、癌癥、以及退行性疾病的研究熱點[22]。

4 炎癥因子治療研究

重組細胞因子是利用基因工程技術生產的細胞因子產品作為藥物用于治療感染、免疫性疾病、腫瘤等，并已獲得了廣泛應用。I 類家族的抗IL-4 抗體、抗IL-5 抗體、IL-4R 抗體在臨床用于哮喘的防治。作用于IL-12 和23 亞基p40 的Ustekinumab 獲批用于銀屑病的治療。GM-CSF 和G-CSF 用于再生障礙性貧血的治療，EPO 可預防、治療由化療導致的貧血。II 類家族中的干擾素類，獲批生產的有IFN-α1b、IFNα2a、IFN-α2b、IFN-γ。IFNα1b 是我國首創(chuàng)的一種新型重組干擾素，對慢性活動性肝炎、白血病、尖銳濕疣、帶狀皰疹具有明顯的療效。IFN-γ 用于類風濕性關節(jié)炎的治療。PEG-IFNα2a 或PEG-IFN-α2b 聯(lián)合利巴韋林用于治療慢性丙型肝炎。IL-1家族的重組IL-1R 拮抗劑Anakinra 獲批用于RA的治療，多個IL-1β 抗體在臨床研究中。酪氨酸激酶受體（receptor protein tyrosine kinase,RPTKs）家族主要包括如下幾種類型：表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）受體、血小板生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）受體、巨噬細胞集落刺激生長因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）、胰島素和胰島素樣生長因子-1（insulin and insulin-like growth factor-1，IGF-1）受體、神經生長因子（nerve growth factor，NGF）受體、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）受體、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）受體等。相關獲批藥物，包括靶向細胞內酪氨酸激酶結構域（TKD）的ATP 結合位點的小分子抑制劑和抗體，如能與VEGF 特異性結合的貝伐單抗，可治療轉移性結直腸癌、非鱗狀非小細胞肺癌、宮頸癌等。結合PDGFR-α 的Olaratumab 用于軟組織肉瘤（STS）成年患者的治療[23]。其中TNF家族的TNF-α 靶點和I 類因子家族的IL-6 熱門靶點的尤為引人關注。

4.1 TNF

現(xiàn)已獲批的TNF-α 抑制劑有：用于治療RA 等炎癥免疫性疾病的阿達木單抗（人源TNF-α 單抗）、英夫利昔單抗（嵌合型單抗）、依那西普（人源性TNF-α 受體融合單抗）、戈利木單抗（人源TNF-α 單抗）、賽妥珠單抗（人源的PEG 化的TNF-α 單抗[24]。此外，他索爾明（重組TNF-α 激動劑）獲批用于治療肉瘤和部分實體瘤。貝利木單抗（人BAFF 特異性抗體）獲批治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡和類風濕性關節(jié)炎[25]。

4.2 白介素類

托珠單抗（IL-6 受體拮抗劑，tocillizumab）在臨床顯示很好的關節(jié)保護作用和關節(jié)炎疾病抑制作用，在日本獲批治療全身性幼年特發(fā)性關節(jié)炎。Castleman 病是一種淋巴組織增生性疾病，其特征是多發(fā)性良性增生淋巴結，即濾泡增生、毛細血管增生和血管增生。臨床試驗顯示，Castleman 患者使用托珠單抗治療淋巴結病，使所有炎癥參數(shù)顯著減少。因而托珠單抗于2005 年在日本獲得Castleman 病的孤兒藥資格。巨細胞動脈炎（giant cell arteritis，GCA）是一種系統(tǒng)性血管炎，涉及大中動脈。在臨床試驗中證實托珠單抗對GCA 具有良好的療效，所以托珠單抗在2017 年被歐盟、美國和日本批準為治療GCA 的第一種生物制劑。Takayasu 動脈炎（TAK）是一種大血管炎，主要影響年輕女性。在日本進行的一項雙盲安慰劑對照試驗中，托珠單抗顯示出比對照組顯著的療效，所以2017 年在日本獲批治療TAK[26]。

5 結語

細胞因子作為“雙刃劍”既可參加免疫應答，發(fā)揮抗感染、抗腫瘤、誘導凋亡等功能，又可在一定條件下參與上述多種免疫炎癥疾病的發(fā)生，同時采用現(xiàn)代生物技術開發(fā)的重組細胞因子、細胞因子抗體或拮抗劑又在臨床上得到廣泛應用。

在正常生理條件下，體液或組織中的細胞因子以極低的水平調控免疫細胞的發(fā)育、分化和功能，調控機體的免疫應答，在機體穩(wěn)態(tài)的維持中發(fā)揮著重要作用。當機體出現(xiàn)異常時，抑炎因子、致炎因子的平衡被打破，如炎癥因子“風暴”出現(xiàn)時，體液中迅速、大量產生多種促炎細胞因子，相應的細胞、細胞內信號通路也隨之改變，疾病的進程受到影響發(fā)生變化。炎癥因子不僅參與、影響著炎癥免疫類疾病的發(fā)生發(fā)展，在心血管疾病、代謝性疾病、CNS 疾病也發(fā)揮著作用。

現(xiàn)有研究表明，首先，細胞、細胞因子、細胞信號通路構建成了調節(jié)網(wǎng)絡，復雜而精細地發(fā)揮調節(jié)作用，維持機體的穩(wěn)態(tài)。其次，在“網(wǎng)絡平衡”打破時，不同的疾病組織，免疫細胞的種類、含量及其相應的細胞因子的種類、水平存在區(qū)別，可以并需要動態(tài)的監(jiān)測才能更好地評估疾病的進程。第三，已經可以通過現(xiàn)代生物學手段，較為快速、精準地測定細胞因子的水平，如C 反應蛋白（C-reaction Protein，CRP）測定，有助于疾病判斷及治療。第四，“爆發(fā)式”的炎癥反應如細胞因子“風暴”對機體的傷害大而劇烈，嚴重者可導致多器官障礙綜合癥，這更要精準地靶向對因、對癥治療或預防性干預。

雖然靶向炎癥因子藥物的開發(fā)取得了一定的進展，但也存在一些問題?，F(xiàn)在全身系統(tǒng)性疾病患者臨床獲益較多，如治療RA 的TNF-α、IL-6 獲批較多，治療銀屑病的IL-17 靶點藥物也被獲批。但疾病靶部位比較特殊的如炎性腸病的胃腸道、哮喘的支氣管、COPD 的肺部，這類疾病要在開發(fā)的同時特別注重靶向制劑的研發(fā)，這樣發(fā)揮藥效的同時減少系統(tǒng)的不良反應。其次，現(xiàn)已獲批的細胞因子治療藥物以大分子藥物為主，開發(fā)小分子抑制劑可以改善患者的順應性和可操作性。再者，細胞因子檢測的主要是循環(huán)系統(tǒng)中的含量，疾病部位比較特殊的存在取樣困難等問題，那么細胞因子不能作為biomarker 及時地反映疾病進程。

此外，炎癥因子在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉移中起著重要作用，介于這種“過渡”作用，關注與干預炎癥進程可能有助于預防腫瘤的發(fā)生及進展。