*讲座*细胞因子与感染
王爱霞
作者单位：100730 中国医学科学院、中国协和医科大学北京协和医院感染内科细胞因子是联系细胞间相互作用的一种化学物质，他们是蛋白或糖蛋白质，由一组细胞分泌，同类细胞或其他细胞通过特殊受体来识别之，从信号功能上看，细胞因子很像内分泌激素，但细胞因子大多数是释放在细胞周围短距离传递信号，而内分泌是分泌至血液远距离传递。这些分泌在局部的细胞因子常常不能在血中测出其浓度，其一是血中浓度低，另外因为酶联免疫法只能测游离的细胞因子，对结合至细胞或受体的不能测出。细胞因子最早是从淋巴细胞和单核细胞的产物中发现的，故曾被称为淋巴因子或单核因子。以后发现有一大群细胞，具有分泌这些蛋白，对本身或其他细胞有抑制或激活等特殊反应。细菌、病毒等微生物与物理或化学因素对机体的损伤都可以激发细胞因子的产生，而细胞因子又能杀灭细菌和抑制病毒，达到保护机体的目的。一个细胞因子被激活通过连锁反应带动很多其他细胞和细胞因子参与机体的防御反应。一种细胞因子可有多种不同功能，不同的细胞因子可以产生相同的作用。
目前细胞因子种类很多，有些至今还不清楚其作用机制。已知和感染有关的细胞因子可大体分为以下几类［1，2］：
一、干扰素(interferons，IFN)
干扰素可分为两型，Ⅰ型包括IFNα1、IFNα2和IFNβ，分别由白细胞和成纤维细胞产生；Ⅱ型为IFNγ，由T细胞产生。两者对感染的作用：(1)提高巨噬细胞的吞噬作用；(2)增强特异细胞毒性淋巴细胞对靶细胞的作用；(3)抑制细菌生长及病毒的复制。对肿瘤主要直接抑制瘤细胞增殖和调节机体免疫反应。应用干扰素后，有些病人会出现干扰素抗体而影响其效果。
临床常用干扰素治疗丙型病毒性肝炎和毛细胞白血病，亦有用于乙型病毒性肝炎与艾滋病合并卡波西肉瘤。
二、白细胞介素(interleukin，IL)
白细胞介素有多种，其中与感染有关的有［1］：
1.IL-1：有α和β两型，两者结构很相似，IL-1α是膜结合型，而IL-1β是分泌型，它们结合于同一型受体，单核细胞、B或T淋巴细胞、嗜酸性和中性粒细胞、纤维母细胞和星状细胞均有其受体，可被激活而参与反应。IL-1的作用是可引起发热，因为它和内生致热原很相似；它可诱导肝产生急性期蛋白；使中性粒细胞和内皮细胞粘连；增加单核和中性粒细胞趋向IL-1生成部位；总之可使急性炎症反应增加，随后组织修复。
1985年Arend等发现了一种分子量22 000～25 000的蛋白质，能特异性地与IL-1受体结合，阻断IL-1α和IL-1β的生物活性，此后其他实验室也证实有这种分子，并将其命名为IL-1受体拮抗剂(interleukin-1 receptor antagonist, IL-lra)。IL-1参与很多疾病的发生和发展，因而IL-lra有可能在未来的抗炎和抗休克的治疗中发挥作用。
2.IL-2：细菌或病毒等微生物进入单核细胞先产生IL-1，然后带微生物抗原的细胞与T淋巴细胞接触，前者再产生IL-1，这两次的IL-1在一定的条件下可使辅助性T细胞合成IL-2。IL-2的作用是动员和参与机体的免疫反应。
3.IL-6：大多数IL-6由单核细胞产生，在适合的条件下也可由纤维母细胞、上皮细胞、角质细胞或B、T淋巴细胞生成。IL-6在机体的作用基本和IL-1相似，可能有诱导抗病毒的作用，与粒-巨噬细胞集落刺激因子联合一起促使粒细胞和巨噬细胞增殖，诱导T淋巴细胞的祖细胞形成细胞毒性淋巴细胞，刺激浆细胞增生，活性B淋巴细胞产生免疫球蛋白也需要IL-6；而糖皮质激素可阻止IL-6的合成，IL-6的激活是通过IL-1。
三、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factors, TNF)［1］
TNF是一种重要的调节机体免疫功能和代谢过程的多功能细胞因子，可分两类，TNFα(又称恶液质素)是由致敏的单核/巨噬细胞产生的；另一种TNFβ主要由活化的T淋巴细胞产生，又称淋巴毒素。机体中TNFα水平要高于TNFβ很多，在体内具有双重作用，局部适量产生对机体有利，若大量产生则可导致严重病理损害，特别是TNF在各种疾病，如中毒性休克、器官移植排斥反应和自身免疫性疾病的病理生理中起着主要作用。由于体内产生过多的TNF对机体有害，可使中毒性休克加重而死亡，人们就设法抑制TNF在体内生成或阻断TNF与靶细胞结合，从而就有生物合成的小分子量TNF拮抗剂、抗TNF抗体、抗TNF受体抗体和可溶性TNF受体拮抗剂的研究。目前这些拮抗TNF的抗体尚在临床研究中，期望不久可用于临床，以期减少中毒性休克的进展和机体过度反应造成的损害，因为败血症一旦发展为中毒性休克，其来势凶猛，即使用抗生素，也不会终止已造成的连锁反应，目前无法阻止其发展，而抗人或鼠的TNF抗体可能会有帮助。我们［3］用抗TNF单克隆抗体对细菌感染小鼠的治疗效果来看，小鼠用抗TNF单抗治疗并不能完全阻止细菌感染引起的病理改变，但治疗组存活率提高且内脏损害程度较未治疗组轻，说明抗TNF单抗在实验动物中有一定的效果。
四、细胞集落刺激因子(colony stimulating factors, CSF)
CSF是能在体内外调节造血祖细胞存活、增殖、分化以及成熟的一组糖蛋白生长因子［4，5］，根据它们对多潜能干细胞作用后产生的子代细胞种类不同，可分为4个亚型：(1)多潜能集落刺激因子(multi-potential CSF, Multi-CSF)；(2)粒-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage CSF, GM-CSF)；(3)巨噬细胞集落刺激因子(macrophage CSF, M-CSF)；(4)粒细胞集落刺激因子(granulocyte CSF, G-CSF)。G-CSF的作用与其他CSF不同，主要限于中性粒细胞，小鼠的G-CSF和人的G-CSF分子量不同，但在生物活性上有完全交叉性，G-CSF为一糖蛋白单体，在正常情况下，骨髓基质产生的G-CSF与其他CSF共同将血白细胞维持在一个基础水平上［6］。而在应激情况下，G-CSF则主要由IL-1刺激后的成纤维细胞、淋巴细胞、被激活的巨噬细胞以及在单核吞噬细胞产物作用下的内皮细胞产生。目前已证实细菌及其产物包括内毒素等是刺激和调节CSF产生的主要物质。血中G-CSF水平升高促使中性粒细胞迅速从骨髓等储存池中得到补充。
将能产生G-CSF的细胞与细菌或其产物在体外共同孵育，可以增加CSF的产生和(或)释放。将内毒素注入动物体内后，血清G-CSF、GM-CSF和M-CSF的水平便迅速升高，可较正常高出1 000倍，同时组织中合成CSF也增加，这种现象发生在数分钟内，而在3～6小时内达高峰。另有试验表明，实验动物血清CSF水平与其感染细菌的数量以及细菌在动物肝脾内繁殖数量相关。目前已能用重组人G-CSF单克隆抗体检测血清中G-CSF浓度，从测得的浓度来判断是否存在细菌性感染，检测需约2小时，比细菌培养所需时间要短得多。
五、防御素(defensins)
当微生物入侵机体时，中性粒细胞在趋化因子的作用下迅速动员起来，聚集在感染部位，开始其吞噬与杀菌过程。目前已知中性粒细胞有两种杀菌机制和一种颗粒组分的杀菌作用［7］。
1.依氧的杀菌机制：通常认为中性粒细胞在吞噬异物开始时，就有摄氧明显增加，代谢猛增，产生大量的活性氧基团，如：超氧阴离子、过氧化氢、氢氧自由基及单线氧等，也即所谓中性粒细胞的爆发。
2.不依氧的杀菌机制：正常人的中性粒细胞在需氧与厌氧的实验条件下都具有杀灭微生物的能力，在厌氧条件下对大肠杆菌、鼠伤寒沙门菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、绿脓杆菌及粪链球菌有杀菌作用。在严格厌氧的条件下，中性粒细胞可以有效地杀伤一些专性厌氧菌，如脆弱拟杆菌，普通拟杆菌等。
3.颗粒组分的杀菌作用：中性粒细胞内存在着两种与杀菌作用有关的颗粒，内含许多具有杀菌作用的水解酶及蛋白质，一种为嗜天青颗粒，另一种为特殊颗粒(成熟的中性粒细胞内所含特殊颗粒是嗜天青颗粒的两倍)，后者具有杀菌作用的酶系统，及有直接杀伤能力的阳离子蛋白和溶酶体。1984年Selsted和Lehrer等提出防御素，并认为防御素是溶酶体和阳离子蛋白的重要活性组分，在机体对外界感染中起关键作用。防御素的作用机制是破坏靶细胞膜的渗透能力，对无细胞膜者没有杀伤能力。
以上是每个细胞因子的功能，细菌或其他微生物侵入体内［8］，首先被巨噬细胞吞噬，巨噬细胞就释放IL-1、IL-6、TNF和成纤维细胞生长因子，临床出现发热，G-CSF，GM-CSF由IL-1激活巨噬细胞、淋巴细胞、内皮细胞及成纤维细胞产生，促使中性粒细胞从骨髓释放，以致临床上有细菌感染后白细胞升高，IL-1和IL-6共同激活CD4与CD8淋巴细胞，并使之增殖分化，CD4细胞受IL-1刺激产生IL-2和IFNγ；IFNγ反过来再刺激巨噬细胞造成循环，IL-2又再刺激CD4淋巴细胞亦形成循环；CD4细胞使B淋巴细胞增生转化为浆细胞，分泌更多的抗体，抗体又可与中性粒细胞、NK细胞和巨噬细胞相结合加强杀伤细菌的作用。经微生物致敏的巨噬细胞产生TNF，如系少量则有利于免疫功能和机体恢复，大量则免疫反应加剧，组织损伤严重，临床病情危重，常出现休克、DIC等，即使积极抢救，病死率也很高。一次感染后对抗原的特异性能通过CD4和CD8细胞将信息传给记忆细胞永久存在，再次感染时它会将信息传给CD4和CD8细胞使抗体很快上升，免疫反应亦能增强。参考文献 1 Drews J. Immunopharmacology principles and perspectives. Basel: F. Hoffmann-La Roche Ltd, 1990.66-71,209-237.
2 Cohen MC, Cohen S. Cytokine function: a study in biologic diversity. Am J Clin Pathol, 1996,105：589-598.
3 郭小清，王爱霞，陈实平，等.抗TNF单克隆抗体对细菌感染的治疗效果.中国医学科学院学报，1997，19：312.
4 Metcalf D. The role of the colony-stimulating factors in resistance to acute infections. Immunol Cell Biol, 1987,65(Pt. 1)：35-43.
5 Metcalf D. The Wellcome Foundation lecture, 1986. The molecular control of normal and leukemic granulo-cytes and macrophages. Proc R Soc Lond ［Biol］, 1987,230：389-423.
6 李小依，王爱霞.粒细胞集落刺激因子.中华内科杂志，1990，29：689-691.
7 曲晓丹，王爱霞.中性粒细胞不依氧的杀菌机理.中华内科杂志，1992，31：371-373.
8 Bone RC, Grodzin CJ, Balk RA. Sepsis: a new hypothesis for pathogenesis of the disease process. Chest, 1997,112：235-243. (收稿：1997-07-18 修回：1998-03-12) (本文编辑：侯鉴君) |