《细胞和分子免疫学》(全本)

第一章　白细胞分化抗原

机体免疫系统是由中枢淋巴器官、外周淋巴器官、免疫细胞和免疫分子所组成。免疫应答过程有赖于免疫系统中细胞间的相互作用，包括细胞间直接接触和通过释放细胞因子或其它介质的相互作用。免疫细胞间或细胞与介质间相互识别的物质基础是免疫细胞膜分子，包括细胞表面的多种抗原、受体和其它分子。细胞膜分子通常也称为细胞表面标记（cell surface marker)。免疫细胞膜分子的研究对于深入了解免疫应答的本质以及临床某些疾病的诊断、预防和治疗都具有十分重要的意义。

免疫细胞膜分子的种类相当繁多，主要有T细胞受体，B细胞识别抗原的膜免疫球蛋白，主要组织相容性复合体抗原，白细胞分化抗原，粘附分子，结合促分裂素的分子，细胞因子受体，免疫球蛋白Fc段受体以及其它受体和分子。白细胞分化抗原是白细胞（还包括血小板、血管内皮细胞等）在分化成熟为不同谱系（lin-eage)和分化不同阶段以及活化过程中，出现或消失的细胞表面标记。它们大都是穿膜的蛋白或糖蛋白，含胞膜外区、穿膜区和胞浆区；有些白细胞分化抗原是以糖基磷脂酰肌醇（glyco-sylphosphatidylinositol,GPI）连接方式“锚”在细胞膜上。少数白细胞分化抗原是碳水化合物半抗原。白细胞分化抗原参与机体重要的生理和病理过程。假如：（1）免疫应答过程中免疫细胞的相互识别，免疫细胞抗原识别、活化、增殖和分化，免疫效应功能的发挥；（2）造血细胞的分化和造血过程的调控；（3）炎症发生；（4）细胞的迁移如肿瘤细胞的转移等。

第一节　白细胞分化抗原的分类

80年代初以来，由于单克隆抗体，分子克隆、基因转染细胞系等技术在白细胞分化抗原研究中得到广泛深入的应用，有关白细胞分化抗原的研究和应用进展相当迅速。在世界卫生组织（WHO）和国际免疫学会联合会（IUIS）的组织下，自1982年至1993年已先后举行了五次有关人类白细胞分化抗原的国际协作组会议（International workshop on human leukocyte differentiation antigens),并应用以单克隆抗体鉴定为主的聚类分析法，将识别同一分化抗原的来自不同实验室的单克隆抗体归为一个分化群，简称CD（cluster of differentiation)。在许多场合下，抗体及其识别的相应抗原都用同一个CD序号，因此在参阅教科书和文献时需加注意。

一、人白细胞分化抗原的分类

迄今为至，人CD的序号已从CD1命名至CDw130(见表1-2），可大致划分为T细胞、B细胞、髓系细胞、NK细胞、血小板、激活抗原、粘附分子、内皮细胞和细胞因子受体等九个组（表1-1）。

表1-1 CD单抗分组（1993）

注：（1）CD是流水编号，但CD110～CD114，CD118、CD123、CD125和CD129暂缺；CD67和CD66b是重复的。

（2）凡CD中带有w的抗原或抗体发CDw108、CDw109尚需继续进行全面鉴定。

（3）有些CD抗原又可进一步划分为不同的成员，一般用小写英文字母表示，但情况有所不同：1）如CD1可分为CD1a、CD1b和CD1c，这三种不同分子是分别由三个不同的、高度同源的基因所编码；2）CD45至少可分为CD45R、CD45RA、CD45RB和CD45RO，它们是同一基因的不同异型（isoform);3)CD2和CD2R是识别同一个分子上不同的表位；4）CD49已进一步划分为CD49a、CD49b、CD49c、CD49d、CD49e和CD49f，它们的基因定位于不同的染色体上，但具有较高的同源性。

（4）CD九个组划分的特异性是相对的，实际上，许多CD抗原的组织细胞分布较为广泛。此外，有的CD抗原可由不同的分类角度而归入不同的组，如IL-2受体a链CD25是活化T细胞的标记，也属于细胞因子受体；再如某些属于T细胞、B细胞、髓系细胞或NK细胞组的CD抗原实际上也是粘附分子。

表1-2　CD分子的主要特征

续表2

续表3

续表4

续表5

续表6.

续表7

续表8

注：Thy：胸腺细胞；DC：树突状细胞：FDC：滤泡树突状细胞；B：B细胞；Bsub:B亚群；Pre-B，前B细胞；Bm：成熟B细胞；Ba:活化B细胞；T：T细胞；Tsub：T亚群；Ta：活化T细胞；M：Ma：活化单核细胞；Mac：巨噬细胞；Mas：肥大细胞；PC：浆细胞；G：粒细胞；PMN：多形核细胞；My：髓样细胞；NK：自然杀伤细胞；NKsub:NK亚群；LHC：表皮郎罕氏细胞；RS：Reed-Srtenterg细胞；NEC：神经内分泌细胞；RBC：细细胞；Pt：血小板；Eo：嗜酸性粒细胞；BM：骨髓细胞；Meg:巨核细胞；Fb：成纤维细胞；En：内皮细胞；Leu：白细胞；gp：糖蛋白；p：蛋白质；VLA：很晚出现在抗原；CALLA：共同型急性淋巴母细胞白血病抗原；LAMP：溶酶体相关膜蛋白；MCP：膜辅蛋白；MAC：膜攻击单位；LFA：淋巴细胞功能相关抗原；CR：补体受体；3FAL：3-fucosyl-N-acetyl-lactosamine;PECAM:血小板内皮细胞粘附分子；ECMR：细胞外基质受体；LCA：淋巴细胞共同抗原；PTPase：磷酸酪氨酸磷酸酯酶；ICAM：细胞间粘附分子；N-CAM：神经细胞粘附分子；TAP：T细胞活化蛋白；Tyr-P：磷酸化酪氨酸；VCAM：血管细胞粘附分子；GPI：糖基磷脂酰肌醇；AIM：活化诱导分子；LIF：白血病抑制因子；OSM：抑瘤素-M；CNTF：睫状神经营养因子；CA：胶原蛋白；LM：层粘连蛋白；FN：纤粘连蛋白；FB：血纤维蛋白原；vWF：von Willbrand因子；TM-4：四次跨膜家族。

二、小鼠白细胞分化抗原

大多数白细胞分化抗原在生物进化过程中具有保守性，这是不同种的动物执行相同或相似生物学功能的需要。小鼠是免疫学常用的实验动物，而且对某些人白细胞分化抗原的结构和功能的了解首先是从小鼠或小鼠源性的细胞实验模型得知的，表1-3列举了部分与人CD抗原类同的小鼠造血细胞表面抗原，以供参考。

表1-3　与人CD抗原类同的小鼠造血细胞表面抗原

第二节　白细胞分化抗原的应用

CD抗原及其相应的单克隆抗体在基础和临床免疫学研究中已得到广泛的应用。在基础免疫学研究中，CD主要应用于：（1）CD抗原的基因克隆，新CD抗原及新配体的发现；（2）CD抗原结构与功能关系；（3）细胞激活途径和膜信号的传导；（4）细胞分化过程中的调控；（5）细胞亚群的功能。在临床免疫学研究中，CD单克隆抗体可用于：（1）机体免疫功能的检测；（2）白血病、淋巴瘤免疫分型；（3）免疫毒素用于肿瘤治疗、骨髓移植以及移植排斥反应的防治；（4）体内免疫调节治疗。有关与免疫功能相关的CD分子归纳于表1-4。有关与T细胞表面分子、B细胞表面分子以及NK细胞的表面标记参见第七章。与CD有关的Ig超家族、粘附分子、补体受体、细胞因子受体等分别在本书的有关章节中加以介绍。

表1-4　与免疫功能有关的CD

一、与T细胞识别、粘附、活化有关的CD分子

T细胞是一类重要的免疫活性细胞，除直接介导细胞免疫功能外，对机体免疫应答的调节起关键作用。T淋巴细胞本身的识别活化及效应功能的发挥，不仅与外来抗原、丝裂原和多种细胞因子密切相关，而且有赖于T细胞相互之间、T细胞与抗原提呈细胞（APC）之间以及T细胞与靶细胞之间的直接接触。T淋巴细胞识别抗原的受体是T细胞受体（t cell receptor,TCR)与CD3所组成的复合物（TCR/CD3）。在识别过程中还有赖于抗原非特异性的其它细胞表面分子的辅助，这些辅助分子（accessory molecules)主要包括CD4、CD8，MHC Ⅰ类分子、Ⅱ类分子，LFA-1（CD11a/CD18)、CD49d、e、f/CD29(VLA-4、VLA-5、VLA-6）、CD28、CD44、CD45、ICAM-1（CD54），LFA-2（CD2）和LFA-3（CD58）等。

有关MHCⅠ类、Ⅱ类分子的结构和功能在第六章“MHC及其临床应用”中讨论。VLA-4、VLA-5、LFA-6、LFA-1、ICAM-1、CD44见第二章“粘附分子”。有关CD45在第八章“免疫球蛋白超家族”中阐述。

图1-1 参与T细胞对靶细胞识别的分子（模式图）

T细胞表面的辅助分子有以下特点：

（1）存在于T细胞上的辅助分子可特异地与存在于APC或靶细胞上的某些分子（配体）相结合，如LFA-1和CD2可分别与ICAM-1和LFA-3结合。

（2）辅助分子本身不具有多态性，在一个物种所有个体的所有T细胞的某一种辅助分子的结构基本上是相同的。

（3）辅助分子可加强T细胞与APC或靶细胞结合的程度。

（4）许多辅助分子具有转导信号的功能，如CD2、CD4和CD8等分子。

（5）有些辅助分子如CD2、CD4、CD8、CD28、Thy-1等其编码的基因属于Ig基因超家族；有些辅助分子如LFA-1、VLA-4、VLA-5和VLA-6等编码的基因属于integrin 基因超家族。

（6）T细胞膜表面辅助分子作为膜表面重要的标记已被应用于临床的诊断和治疗。

（7）细胞因子可调节辅助分子的表达，从而改变细胞间粘附的能力，这是细胞因子免疫调节作用的一个重要方面。

（一）T细胞受体

T细胞受体（T cell receptor,TCR或Ti）是T淋巴细胞表面识别外来抗原与自身MHc Ⅰ类抗原（或Ⅱ类抗原）复合物的受体，在同种异体移植中TCR也识别单独的非已的MHC抗原。目前已经证实，TCR在细胞表面与CD3密切结合在一起组成TCR/CD3复合物，TCR识别抗原后刺激信号是通过CD3分子传递的。

1.T细胞受体的类型和结构　TCR中的多肽链是异质性的。根据抗原结构和编码基因不同，已发现有α、β、γ和δ四种多肽链。关于TCR多肽链的结构大多是从分析TCR多肽链cDNA或基因组克隆（genomicclones)而来，编码TCR多肽链的基因属于免疫球蛋白基因超家族成员。成熟TCR肽链分子量在40～60kDa之间。根据TCR中异源双体的组成的不同，TCR可分为以TCRαβ和TCRγδ两种类型。

（1）TCRαβ：CD阳性TCRαβT细胞可识别非已MHCⅡ类抗原（同种异体抗原）或自身MHCⅡ类抗原与加工后抗原的复合物CD8阳性TCr αβT细胞则可识非已MHCⅠ类抗原或自身MHC Ⅰ类抗原与加工后抗原的复合物TCRα链分子量40～50kDa的酸性糖蛋白，β链40～50kDa不带电或碱性糖蛋白。α和β链各由一个可变区（V区）和一个恒定区（C区）组成，与Ig的V区和C区大小相似，属于免疫球蛋白超家族成员。TCRα、β链的V区约含102到109个氨基酸，在V区部分由两个半胱氨酸形成链内二硫键，组成约含50～60氨基酸残基的环肽，这与IgV区结构和功能相似，是特异性识别外来抗原的结构域。TCRα、β链的C区约含138到179个氨基酸，每个C区形成由链内二硫键连接的环肽。α、β链在连接肽（connectingpeptide)形成链间二硫键。穿膜区约由20～24氨基酸组成,α链穿膜区含有带正电的1个赖氨酸和1个精氨酸残基,β链穿膜区含有1个带正电的赖氨酸残基,这些带正电的氨基酸与CD3γ、δ和ε链穿膜区带负电的谷氨酸和/或天冬氨酸形成盐桥，稳定TCR/CD3复合物结构，并与CD3传递信息有关。α、β链胞浆部分只有5～12氨基酸长的尾部（图1-2）。

图1-2 TCRαβ异源双体模

（2）TCR γδ：TCRγ和δ链各包括一个Ig样的V区和C区、连接肽、疏水的穿膜区以及一个短的胞浆区尾部，在连接肽区可形成链间的二硫键。γ和δ链的穿膜区各含有1个带正电的赖氨酸，此外δ链还有1个带正电的精氨酸，这些带正电的氨基酸与CD3γ、δ和ε链穿膜区带负电的天冬氨酸或谷氨酸形成盐桥。在氨基酸水平上分析，TCRγ链与β链同源性较高，而TCRδ链与α链同源性较高。在人类TCRγδ有二硫键相连和非共价相连两种形式，而在小鼠只发现二硫键相连的TCRγδ形式。人γ链分子量为36～55kKa，δ链为40～60kDa，γ、δ链的分子量大小取决于多肽骨架的长度和糖基化的程度。

有关TCRα、β、γ、δ链基因的结构和重排见第三章“免疫球蛋白超家族”

2.两种类型TCR T细胞的比较　TCRαβ与TCRγδ不仅组成受体多肽链的结构不同，而且具有这两种类型受体T细胞的分布、表型、发育以及功能也有差别（表1-5）。

表1-5　TCRαβ与TCRγδ细胞特性的比较

注：树突状表皮细胞dendriticepidermal cell, DEC

上皮内淋巴细胞intraepithelial lymphocyte　IEL

在正常外周血中，CD4-CD8+、CD4+CD8-、CD4+CD8+和CD4-CD8-四种表型不同的T细胞分别占T细胞总数的25%、70%、1%和4%左右，其中前三种表型TCR类型主要为TCRαβ，而CD4-CD8-T细胞主要为TCRγδ。以下疾病可见外周血或局部TCRγδ细胞数量或比率升高：（1）重症联合免疫缺陷、常见可变型免疫缺陷、Wiskott-Aldrich综合征、Di-George综合征、白血病患者骨髓移植等病人外周血中TCRγδ细胞百分率增加；（2）少数急性T细胞白血病、T细胞恶性淋巴瘤患者为TCRγδT细胞发生恶性变；（3）慢性淋巴细胞性白血病、大颗粒淋巴细胞（LGL）白血病病人PBMC中TCRγδT细胞百分率增加；（4）肾移植患者排异反应晚期外周血中TCRγδ细胞增加；（5）类风湿性关节炎患者关节腔滑液中TCRγδ阳性细胞比率要高于外周血中TCRγδ细胞比例，推测TCRγδ可能参与局部炎症的发生；（6）经结核杆菌免疫后的局部淋巴引流液中TCRγδT细胞比例增加，麻风结节病灶中有很高比例的TCRγδT细胞，提示TCRγδT细胞对分枝杆菌所致的感染免疫中起重要作用；（7）HIV、EBV感染时外周血TCRγδT细胞比例增加。

[超搞原]有的抗原不经过APC处理和递呈可直接激活CD4阳性T细胞称为超抗原（superantigen,SAg),具有类似致分裂原的作用。SAg对T细胞的激活采取一种独特的方式，即分子一端和TCRβ链上V基因产物结合，别一端和APC表面MHCⅡ类分子相结合。因此SAg发挥作用需有两类细胞：表达TCRβ链的CD4+T细胞和表达MHCⅡ类抗原的辅佐细胞。外源性的SAg主要是葡萄菌、链球菌、支原体等微生物产生的毒素，其中以葡萄球菌肠毒素A（Staphylococcus enterotoxin A,SEA）研究得最多，SEA往往取用特定TCR基因片段Vβ6.9及Vβ22，SEA另一侧与HLA-DR分子β1结构域的α螺旋相结合。

SAg激活CD4+T细胞使之释放IL-2，IFN、TNF等细胞因子，诱导CTL分化为效应细胞，可杀伤对NK、LAK高度抵抗的白血病细胞。

（二）CD3（T3、Leu4）

CD3分子分布于成熟T淋巴细胞表面，至少由γ、δ、ε、ζ、η5种多肽链组成，与T细胞抗原受体非共价连接（图1-3）。CD3单克隆抗体可诱导CD3多肽和TCR共帽形成（co-capping)，并诱导T淋巴细胞活化。TCR识别外来抗原与自身MHC分子形成的复合物，CD3对于信号的传递具有重要作用。

图1-3 TCR/CD3结构模式图

T细胞在胸腺发育过程中，CD3γ、δ和ε基因的表达要早于TCRα、β链基因的表达。CD3γ、δ和ε基因产物通过翻译后的修饰形成核心结构，在内织网处，此核心结构与TCRαβ异源双体形成复合物后转移到高尔基氏体，进行N连接的糖基化。ζ-ζ同源双体与TCRαβ/CD3γδεε结合后组成一个完整的复合物TCRαβ/CD3γδεεζζ（少娄分子为TCRαβ/CD3γδεεζη）。最近发现一个分子量为28kDa的ω连或T细胞受体相关蛋白（t cell receptor associated protein,TRAP),可能具有控制TCR/CD3复合物在内织网中装配和转移的功能，但确切的机理尚不明了。ω链不表达于细胞膜表面。

图1-4 TCR/CD3复合物模式图

1.CD3γ、δ和ε链　CD3γ、δ和ε链基因有高度的同源性，在人类位于第11号染色体，小鼠9号染色体，这三种链的基因可能从一个祖先基因通过基因复制而来。CD3γ、δ和ε链在细胞膜外都有一个Ig样结构域（C2），都属于免疫球蛋白超家族，但不存在多态性或可变性，因此不直接参与特异性识别抗原。γ、δ和ε链的穿膜部分含有带负电谷氨酸和/或天冬氨酸残基，这与TCRα、δ链穿膜区中带正电赖氨酸、精氨酸以及β、γ链穿膜区中的赖氨酸相互作用有重要作用。γ、δ和ε链胞浆部分含44到81氨基酸残基，提供了把信息传导到细胞内的条件。γ链分子量为25～28kKa，有2个糖基化点，氨基端89个氨基酸残基为亲水性，组成胞膜外区，穿膜区含27个氨基酸残基，胞浆内区44氨基酸残基，胞浆内113位丝氨酸残基可能是磷酸化位点。δ链分子量为20kDa，含有2个糖基化点，胞浆内126位丝氨酸可能是磷酸化位点。CD3δ链抗体能非特异性地活化T细胞，促进T细胞有丝分裂。ε链分子量为20kDa包括氨基端104亲水氨基酸的胞膜外区，穿膜区26个氨基酸残基，胞浆内区81个氨基酸残基。目前所制备的单克隆抗体中大部分是针对CD3ε链。

2.CD3ζ和η　ζ（zeta)和η（eta)链结构相似，而与CD3γ、δ和ε链无同源性。ζ和η链分子量分别为16kDa和21kDa，它们的胞膜外以及穿膜区和结构相似，但有胞浆区不同。胞膜外区很短，只有9个氨基酸残基，含有半胱氨酸，ζζ之间或ζη之间形成二硫键。ζ和η链穿膜部分各有一个带负电的天冬氨酸。ζ和η链胞浆内区分别有113个和155个氨基酸残基，具有多个酪氨酸磷酸化的位点。最近研究证实，CD3ζ链可能与NK细胞上Fcγ受体相连。此外，ζ链与FcεRⅠγ亚单位有很高的同源性。

CD3γ、δ和ε链是单链，而ζ则以ζ-ζ同源双体存在于80～90%T细胞中，有10～20%T细胞则以ζ-η异源双体存在。因此最常见的TCR/CD3复合物的组成形式是TCRαβ/CD3γδεεζζ。

在体外，抗CD3McAb可促进T细胞表达IL-2R，产生IL-2、TNF-α、TNE-β、IFN-γ和IL-4等多种细胞因子，诱导非MHC限制的细胞毒作用，增强T细胞、LAK和NK细胞的杀伤肿瘤作用。

1986年美国FDA已批准应用小鼠抗CD3 McAb治疗急性肾移植排斥反应。CD3McAb治疗心、肝移植排斥反应已完成Ⅲ期临床试验，正申请投放市场。

（三）CD4

CD4和CD8分子分别与MHCⅡ类和Ⅰ类抗原结合，不仅可增强T淋巴细胞与APC或靶细胞结合的程度，而且与刺激信号的传递有关。CD4阳性细胞是MHCⅡ类抗原限制的细胞群，CD8阳性细胞是MHCⅠ类抗原限制的细胞群。有关CD4和CD8抗原在胸腺细胞分化过程中的变化以及CD4、CD8T细胞亚群见第七章“淋巴细胞群及其亚群”。

1.CD4分子的结构　为细胞膜表面单链糖蛋白，人CD4分子由458个氨基酸残基组成，包括信号肽23氨基酸残基，胞膜外区374个氨基酸残基，含2个糖基化点，穿膜区21氨基酸残基，胞浆内区含有40氨基酸残基。胞膜外区具有4个IgV样结构域，属免疫球蛋白超家族成员。

图1-5 CD4分子结构模式图

第一个V样区与Igκ链的V区有很高同源性，有3个互补决定区（complementarity-determining region, CDR)。其余3个V样区功能区与Poly IgR的同源性最接近，其中第2和4个V样区中两个半胱氨酸的距离分别为28和42个氨基酸残基，第3个V样区无二硫键。CD4跨膜区与MHCⅡ类分子β链的跨膜区高度同源。编码人CD4基因位于第2号染色体，小鼠第6号染色体，小鼠CD4分子的分子量为55kDa，由457个氨基酸残基组成，信号肽有22个氨基酸残基，N端功能区110个，胞膜外还有一个长序列（long sequence)的区域，含262氨基酸残基，有4个糖基化点，穿膜区25氨基酸残基，胞浆内区含38个氨基酸残基。人和小鼠CD4分子约有55%序列相同，尤以胞浆内区为显。在胞浆部位有3个丝氨酸残基，可能作为PKC磷酸化的底物。CD4胞浆部分功能区高度的保守性表明这一区域的功能是重要的。

2.CD4分子的分布　分布于部分T淋巴细胞和胸腺细胞表面，也发现于某些B淋巴细胞、EBV转化和B细胞、单核吞噬细胞和脑细胞。在人类，OKT4和Leu3McAb可检测CD4抗原。小鼠L3T4是人OKT4的类同物。

3.CD4分子的功能　在成熟的胸腺细胞、外周血和周围淋巴器官中，CD4阳性细胞一般为辅助性T淋巴细胞诱导细胞/抑制性T淋巴细胞诱导细胞（helper inducer/suppressor inducer)。

(1)作为细胞与细胞之间的粘附分子：CD4第1、2功能区与MHCⅡ类分子的非多态部分结合以稳定MHCⅡ类分子限制的T细胞与带有MHCⅡ类分子与抗原复合物的APC细胞相互作用。抗CD4McAb可封闭T细胞的辅助活性。

（2）转导信号：CD4分子胞浆区与蛋白酪氨酸激酶p56^lck相联，对T细胞信号的转导起重要作用（详见第八章）。

CD4分子胞膜外第1个结构区域是HIV外壳蛋白gp120的识别部位，其中CDR2与gp120结合的亲合力最高，CDR3可能与HIV感染靶细胞膜融合有关。可溶性 gp120结合到CD4的反应可被下列试剂所阻断：（1）针对CD4V1区中CDR2、CDR3的McAb；（2）CDR2、CDR3肽段；（3）可溶性CD4 V1肽段；（4）抗gp120抗体。HIV感染机体可引起选择性CD4+细胞的数量减少和功能降低，主要通过以下不同的机理：（1）HIVgp120与T细胞表面CD4分子结合后通过病毒芽生破坏细胞膜，在感染细胞浆内产生大量非整合的病毒RNA直接损伤细胞膜、干扰细胞代谢，影响CD4分子在细胞膜上的表达以及形成短命的合胞体；（2）阻断CD4+T细胞与Mψ细胞表面MHCⅡ类抗原的结合，影响Th细胞对抗原的识别过程；（3）产生抗体损伤CD4细胞，机体产生抗gp120或其他HIV成份的抗体，通过激活补体或ADCC效应损伤CD4阳性细胞；（4）特异性CTL也可通过识别CD4细胞表面的gp120分子而杀伤CD4阳性细胞。最近发现，CD26可能是HIV的另一类受体。

应用基因工程生产的重组可溶性CD4（rsCD4）治疗ARC（AIDsrelated complexes)、艾滋病正在进行Ⅱ期临床试验；抗CD4McAb（Leu3a)也已开始治疗HIV感染的I期临床试验。此外，应用CD4-IgG、CD4-PE（绿脓杆菌外毒素）、CD4-RA（蓖麻毒毒A）等杂交分子杀伤HIV感染的T细胞，作为抗爱滋病的新药也已进入临床验证。1991年美国风湿病学年会上报道了用抗CD4McAb治疗类风湿性关节炎（RA），经治疗后临床症状明显改善，PBMC中CD4阳性细胞的比例和CD4抗原密度明显下降，血清可溶性CD4（sCD4）水平明显升高，血沉、CRP、RF、和总免疫球蛋白水平明显降低。抗CD4嵌合抗体（Centocor公司）治疗类风湿性关节炎、多发性硬化症也已进入Ⅱ期临床验证。抗CD4McAb（Ortho Biotech公司）预防器官移植排斥反应已开始临床验证。

（四）CD8

1.CD8分子的结构　CD8分子是由α、β两条多肽链组成的穿膜糖蛋白，α链分子量34kDa，相当于小鼠的Lyt-2;β链30kDa，相当于小鼠的Lyt-3。每条链各包括1个IgV样结构域、连接肽、穿膜区和胞浆区。α和β链在连接肽处有二硫键相连。部分CD8分子是由同源α链双体（α/α）组成，如在CD8阳性的TCRγδT细胞表面。有报道胸腺细胞上的CD8可能为四聚体。CD8α和β链IgV样区约含110氨基酸残基，与Igκ、λ轻链的V区有30～35%同源性，与V有20～22%同源性，与TCr Vα和Vβ有24%同源性。编码CD8α、β链的基因属Ig基因超家族成员，与编码Igκ链基因密切连锁，定位于第2号染色体，表达前不需要重排。编码小鼠Lyt-2和Lyt -3基因定位于第6号染色体，各有二个等位基Ly2a、Ly2b和Ly3a、Ly3b,分别编码Lyt-2.1、Lyt-2.2和Lyt-3.1和Lyt-3.2。

图1-6 CD8分子结构模式图

2.CD8分子的分布　分布于部分T淋巴细胞和胸腺细胞。在异基因骨髓移植病人中可出现TCRγδCD8α/α表型的T细胞。NK细胞表面的CD8分子为α/α二聚体。

最近发现，通过细胞分泌或/和胞膜外分子脱落的机制，在血清中存在着可溶性CD8分子（sCD8）。白血病、何杰金氏病、艾滋病、急性传染性单核细胞增多症、再生障碍性贫血、同种异体移植、类风湿性关节炎和全身性红斑狼疮等患者血清中sCD8水平增高，其升高的水平与疾病的严重程度、病情变化、治疗反应以及预后有较密切的关系。

3.CD8分子的功能

（1）作为细胞与细胞间的附粘分子MHCⅠ类抗原是CD8分子的配体。CD8分子与MHCⅠ类分子结合可以稳定MHCⅠ类分子限制的T细胞（主要是CTL）与带有MHCⅠ类分子与抗原复合物的靶细胞结合。CD8阳性细胞为抑制性T淋巴细胞/杀伤性T淋巴细胞（suppressor T lymphocyte/cytotoxic Tlymphocyte,Ts/Tc)。T8、Leu2 McAb识别CD8α链，可封闭Tc的活性。

（2）转导信号，目前发现CD8也与蛋白酪氨酸激酶p56^lck相关。在T细胞增殖和分化的信号转导中起重要作用。

抗CD8McAb可预防骨髓移植时移植物抗宿主反应，美国Becton-Dicknson公司生产Leu2已进入Ⅱ期临床验证。

（五）CD2

1.CD2分子的结构和分布　CD2分子又称T11、绵羊红细胞受体（ER）、淋巴细胞功能相关抗原2（LFA-2）和Leu5，是人T淋巴细胞表面的单链糖蛋白，分子量50kDa，CD2基因定位于第1号染色体，属免疫球蛋白基因超家族。编码351氨基酸残基，包括先导序列24氨基酸残基，2个胞外功能区（C2）共185氨基酸残基，有3个糖基化位点，穿膜区和胞浆部分分别为26和116个氨基酸残基，胞浆区富含肺氨酸和碱性氨基酸，胞浆区与活化信号的传递可能有关。在DNA水平上人和小鼠CD2有51%同源性。CD2分子分布于95%的T细胞、50～70%胸腺细胞和大颗粒淋巴细胞（LGL/NK）。

2.CD2分子的功能

（1）粘附功能：CD2分子的配体是LFA-3，后者分布于多种细胞表面。CD2阳性T细胞可结合含有纯化LFA-3的脂质体。CD2分子的功能主要是通过抗CD2McAb对淋巴细胞功能的影响和基因转染技术来研究的。用抗CD2McAb可（1）抑制lectin、同种异体抗原、可溶性抗原等诱导T细胞的增殖反应；（2）抑制T淋巴细胞IL-2合成和分泌；（3）抑制CTL效应相杀伤功能和NK细胞的杀伤活性。CTL与靶细胞之间的抗原非特异性粘附有多种途径，如CD2与LFA-３结合，LFA-1与ICAM-1结合。用抗CD2和抗LFA-1两种抗体，或抗LFA-1和抗LFA-3两种抗体可完全抑制抗原非特异性粘附作用，而抗CD2与抗LFA-3两种抗体只能部分抑制这种粘附作用。CD2与LFA-3之间的粘附功能对于T淋巴细胞TCR识别外来抗原与APC细胞表面MHC抗原复合物、肿瘤抗原、病毒感染靶细胞以及同种异体抗原均有重要的辅助作用。最近研究表明，CD48和CD59也是CD2的配体，参与T细胞的粘附和细胞间的相互作用。

（2）T细胞旁路激活途径（the alternative pathway of T cellactivation): Reinherz成功地制备了识别了CD2三个不同表位的McAbs：（1）T11₁与LFA-3（CD58）的结合有关，由于绵羊红细胞SRBC表达CD58的同源物，T11₁可与SRBC结合形成E花环，抗T11₁McAb可抑制E花环形成；（2）T11₂与CD58结合无关，抗T11₂McAb可诱导T11₃表位出现；（3）T11₃是活化T细胞表达的表位（已命名为CD2R），在诱导T11₃表位出现的过程中，加入蛋白质合成抑制剂T11₃仍能表达，表明T11₃出现并非是一种新合成的蛋白质，而是由于活化后构型变化暴露出来的表位。同时加入抗T11₂和T11₃McAbs可活化T淋巴细胞，促进MHCⅡ类抗原和IL-2受体的表达，并在IL-2受体的表达，并在IL-2存在条件下，活化的T细胞继续增殖，称为T细胞旁路激活途径。T113McAb与表达IL-3的SRBC同T细胞一起孵育，也能刺激T细胞增殖。CD3阴性的胸腺细胞和NK细胞可因CD2而活化，此外，CD2可以与其它膜分子如CD44、CD45的功能有关。

目前关于CD2活化的生理学意义还不十分清楚，CD2阳性胸腺细胞可与LFA-3阳性的胸腺上皮细胞结合，在胸腺微环境的调节下，可能为早期胸腺细胞的活化提供信号，并与胸腺细胞的增殖和分化有关。

（六）CD58（LFA-3）

1.LFA-3分子的结构　淋巴细胞功能相关抗原-3（lymphocyte functionassociated antigen-3,LFA-3)（CD58）是细胞表面糖蛋白，分子量55～70kDa，属免疫球蛋白超家族成员，与CD2分子高度同源，胞膜外区有2个Ig超家族C2样区。CD2和CD58基因都定位于1号染色体，并密切连锁，可能是从同一个基因复制而来。CD2和CD58的结合是属于嗜同种的相互作用（homophilic interaction)。

2.LFA-3分子的分布　分布于T细胞、B细胞、单核细胞、上皮细胞、内皮细胞、结缔组织、成纤维细胞、中性粒细胞和血小板表面。

3.LFA-3分子的功能　LFA-3分子的功能主要是通过应用相应的McAb而得知，抗LFA-3抗体可（1）抑制效应相CTL的活性，可能与抑制CTL与靶细胞之间的粘附有关；（2）抑制lectin、同种异体抗原诱导的T细胞增殖反应。在EB病毒感染的Burkitt氏淋巴瘤细胞株中，发现有的肿瘤细胞由于缺乏LFA-3的表达而抵抗CTL的杀伤作用，提示LFA-3缺损的肿瘤细胞可能与逃逸机体的免疫监视有关。发作性夜间血红素尿症（paroxysmalmocturnal hemoglobinuria,PNH）患者红细胞表面缺乏LFA-3、DAF和FcγRⅢ。

LFA-3以两种形式存在于细胞膜表面：（1）穿膜形式，胞膜外区、穿膜区和胞浆区分别为188、23和12个氨基酸；（2）GPI“锚”形式，如EBV转化的JYB细胞系细胞表面LFA-3分子具有穿膜和GPI“锚”两种形式。

[GPI“锚”]糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinsitol,GPI)是质膜的组成成分，GPI骨架上的乙醇胺通过酰胺键固定于蛋白质的羧基端，成为蛋白质定位于细胞膜上的锚，这种结合到GPI的蛋白质即称为GPI锚蛋白。去污剂溶解脂质双层可获得结合在GPI上的蛋白质，磷脂酶C（PLC）可从细胞表面将糖一肌醇磷脂锚连的蛋白质释放出来，磷脂酰肌醇经PLC降解后所产生的三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）是重要的第二信使。

（七）CD28

1.CD28分子的结构　1980年Hara等首先用单克隆抗体9.3发现了CD28。CD28由两条44kDa多肽借二硫键组成的同源二聚体，分子量为90kDa。成熟的人CD28分子单肽链有202个氨基酸，基中胞膜外区有134氨基酸，属免疫球蛋白超家族成员，有一个IgV样区。人与小鼠CD28分子的同源性为68%。CD28与CTLA-4分子有高度同源，后者主要表达于活化的CTL细胞表面。

2.CD28分子的分布　在外周血淋巴细胞，CD28+细胞占54～86%，其中90%CD4+T细胞和50%CD8+T细胞表达CD28。CD28在CD28+T细胞中表达与功能有一定的关系，CD8+CD28+T细胞表现出MHC限制的细胞毒功能，而CD8+CD28-细胞可抑制抗体产生以及同种异体抗原所诱导的细胞增殖效应。此外，浆细胞瘤及部分活化B细胞也可表达CD28。

图1-7 CD28与CD80分子相互作用示意图

3.CD28分子的功能

（1）T细胞活化的辅助信号：抗CD28可加强PHA、ConA、抗CD2McAb、抗CD3McAb等增殖、活化的效应，增加IL-2、IL-3、TNF-α、IFN-β、GM-γ、GM-CSF等细胞因子产生，激活CTL细胞。此外，抗CD28McAb可诱导T细胞IL-13mRNA的表达。

（2）CD28的天然配体是B细胞活化抗原B7/BB1（CD80），CD28与CD80的结合是T-B细胞相互协作的主要方式，并刺激B细胞活化。

二、与B细胞识别、粘附、活化有关的CD分子

（一）BCR复合物

B细胞抗原受体（B cellreceptor,BCR)复合物至少由四种不同的多肽链组成，抗原结合部位是由重链和轻链构成的膜表面Ig的四链结构，此外，在BCR中还含有Igα和Igβ两种多肽链，最近在白细胞分化抗原国际专题讨论会中分别命名为CD79a和CD79b。在人类B细胞，与mIgM相关的Igα和Igβ分别为47kDa和37kDa糖蛋白，属于免疫球蛋白超家族成员，编码Igα和Igβ的基因分别称为mb-1和B29。Igα和Igβ胞膜外区氨基端处均有一个Ig样结构域。Igα和Igβ均可作为蛋白酪氨酸激酶的底物，可能与BCR信号转导有关，因为mIgM和mIgD胞浆区只有3个氨基酸（KVK），不可能单独把胞膜外的刺激信号传递到细胞内。Igα和Igβ胞浆部分尾部有6个保守的氨基酸残基，可能以磷酸化形式与胞浆中不同酶中存在的SH2（src-homology2)结构域结合。

（二）CD19

CD19是一种属于Ig超家族成员、分子量为95kDa的穿膜糖蛋白，分布于B细胞表面，其相应的生理性配体尚不清楚。CD19与B细胞活化和信号的转导有关：（1）CD19单克隆抗体可诱导胞浆内多种底物迅速发生磷酸化；（2）CD19胞浆区可被一种丝氨酸激酶催化而发生磷酸化；（3）CD19胞浆区与src激酶家族Lyn稳定的结合。最近提出一个B细胞最佳信号放大的双重抗原结合模型，这个模式认为B淋巴细胞BCR/Igα、Igβ与抗原结合后，使CD19与CD21相互接近形成复合物，外来抗原及包裹抗原的C3dg分别被BCR和CD21所结合，后者激活CD19/CD21复合物中与CD19紧密结合的src家族Lyn，而使CD19分子胞浆内酪氨酸发生磷酸化，有关信号转导过程参见第八章“淋巴细胞活化过程中信号转导的分子基础”。

（三）CD21

CD21又称2型补体受体（complementreceptor type 2,CR2)和EB病毒受体，是补体激活调节剂家族的一员。

[补体激活调节剂]补体激活调节剂（regulatorsof complement activation,RCA)家族包括2个血浆蛋白H因子和C4bp以及4个膜蛋白CR1、CR2、DAF和MCP。RCA的特点是：（1）含有60～70个氨基酸组成的短同源重复顺序（short consensus repeat ,SCR);(2)结合补体活化裂解片段C3b和C4b；（3）基因定位于染色体1q32处，其基因以MCP-CR1-CR2-DAF-C4bp形式相连锁。

1.CD21分子的结构　为分子量140kDa的单链糖蛋白，N端在细胞外，胞膜外区1005个氨基酸，疏水跨膜区28个氨基酸，富含碱性氨基酸，胞浆区34个氨基酸。胞膜外区组成15个SCR，每个SCR含有60～70氨基酸，有一个含4个Cys的骨架结构，C1-C4、C2-C3间形成两个二硫键，构成一个SCR球状结构，SCR1-2与C3dg包裹的颗粒和EBV结合有关，胞膜外区有10个（或12个）N-糖键。胞浆区有10个可能磷酸化为位点。

2.CD21的分布　主要分布在成熟的B细胞、淋巴滤泡内树突状细胞、部分T细胞，此外，口咽、鼻咽以及宫颈上皮细胞表达与CD21相关的145kDa分子。

3.CD21的功能

（1）促进B细胞增殖：单独CD21交联并不引起B细胞的增殖，在T细胞或T细胞源性低分子量B细胞生长因子（LMW-BCGF）存在下，或抗μ链抗体激活B细胞增殖时，CD21交联具有强烈的促进作用；聚合的C3dg、UV-EBV、CD21单抗可加强TPA刺激的B细胞增殖；在LMW-BCGF存在下，CD21单抗可刺激B细胞增殖；C3dg包裹的颗粒可引起LPS激活的小鼠B细胞连续增殖；可溶性入C3dg诱导Raji细胞不信赖血清的增殖。上述结果提示外周血B细胞被某些刺激物刺激后，CD21介导增殖信号促进B细胞进入细胞周期。最近发现CD23是CD21的一个新的配体。sCD23在体外促进IgE生成，并有BCGF样作用，CD23分子能与CD21结合，推测CD21就是生长因子BCGF的受体。

（2）CD21介导EBV转化B细胞：EBV与CD21（CR2）结合后激活磷脂酶C，水解磷脂酰肌醇，胞浆内Ca²⁺和二酰基甘油水平增加，并活化钙调蛋白和PKC。转化性EBV（如B95-8）感染B细胞后，编码反式激活蛋白（transactivator)EBNA2、LMP激活CD21和CD23基因，导致B细胞持续高水平表达CD21和CD23，CD23脱落后形成sCD23是自分泌的BCGF，与CD21结合并活化CD21分子的酪氨酸蛋白激酶，不断激活PKC，从而导致B细胞的转化和增殖。

（3）CD21参与免疫记忆：病原微生物或蛋白质抗原上覆盖有C3dg时，可与淋巴滤泡内树突状细胞表面CD21结合，在诱导免疫记忆过程中起重要作用。

（4）参与补体的活化：CD21参与补体替代途径的启动以及C3b的固定，且在C3bi裂解为C3dg过程中为丝氨酸蛋白酶Ⅰ因子的辅因子。

（四）CD80（B7/BB1）

CD80cDNA已克隆成功，成熟的CD80分子由262氨斟酸组成，胞膜外区216个氨基酸，穿膜区27氨基酸，胞浆区19氨基酸。B7和BB1分子量分别为44kDa和46kDa，其分子量的差异是由同一核心多肽糖基化程度不同所造成。CD80属免疫球蛋白超家族成员，是B细胞活化抗原，IFN-γ活化的单核细胞也表达CD80。CD28是CD80的配体，CD28与CD80的结合可同时引起T细胞和B细胞的活化，在T、B细胞协作中发挥重要作用。

三、免疫球蛋白Fc段受体

Ig根据其重链抗原性的差异分为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE五类，各类Ig的不同功能主要与其结构有关。机体内许多细胞表面具有不同类Ig Fc的受体，通过Fc受体与Ig Fc的结合，参与Ig介导的生理功能或病理损伤过程。目前已鉴定明确属于CD抗原的Fc受体有FcγR、FcαR、FcεR。

（一）FcγR（CD64、CD32、CD16）

1.FcγR的结构和分布　FcγR可分为FcγRⅠ、FcγRⅡ和FcγRⅢ三类，它们的结构和分布有所不同。

（1）FcγRⅠ（CD64）：70kDa穿膜糖蛋白，属Ig超家族成员，胞膜外区有3个C2结构，基因染色体定位于1q23～24。识别CD64的代表性McAb有McAb22、McAb32.2、197和10.1等FcγRⅠ是高亲合力受体，Kd值为10^-8～10^-9M，主要与人的单体IgG1、IgG3以及小鼠IgG2a和IgG3结合。与人IgG4结合的亲合力明确降低，与IgG2则无结合能力。FcγRⅠ主要分布于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等，但表达水平各不相同。FcγRⅠ位点数：15000～40000/每个单核细胞，>50000/巨噬细胞，<1000/新鲜中性粒细胞。IFN-γ可刺激单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞表达FcγRⅠ水平增加5～10倍，G-CSF也有这种促进作用。

（2）FcγRⅡ（CD32）：40kDa穿膜糖蛋白，属于Ig超家族成员，胞膜外区有2个C2结构，基因染色体定位于1q23～24。识别CD32的代表性McAb有CIkM5、IV·3、KuFc79和41H16等。FcγRⅡ与单体人IgG1，IgG3、IgG4结合为低亲合力，Kd5×10^-7M。FcγRⅡ表达于除红细胞外的其它血细胞，分子数目：20000～40000/每个细胞。根据DNA序列和功能不同，FcγRⅡ可分为三种形式，不同形式FcγRⅡ的差别主要在于胞浆区的结构不同。

（3）FcγRⅢ（CD16）：50～70kDa糖蛋白，属Ig超家族成员，有2个C2结构，基因染色体位于1q23～24。识别CD16代表性的McAb有HUNK2、Leu11、3G8、Gran1和B73.1等。FcγRⅢ结合人IgG、IgG3，为低亲和力受体。FcγRⅢ有FcγRⅢA和FcγRⅢB两种异型：①FcγRⅢA，穿膜结构，主要分布于巨噬细胞、NK细胞和嗜酸性粒细胞，巨噬细胞表达高水平FcγRⅢA，而单核细胞表达水平较低。FcγRⅢA与二硫键连接的CD3ζ或FcεRⅠγ链双体相关，巨噬细胞上FcγRⅢA与CD3复合体γ链相关，NK/LGL上FcγRⅢA则与ζ链相关。TGF-β促进培养的单核细胞表达FcγRⅢA。②FcγRⅢB，通过GPI“锚”在中性粒细胞表面，每个人中性粒细胞表达10万～20万血液中可溶性的FcγRⅢ主要来自这种形式，中性粒细胞激活剂短时间处理后可明显降低FcγRⅢB的表达水平，可能与通过激活内源性蛋白酶切除GPI连接分子有关。

图1-8 FcγR、FcαR和FcεR结构示意图

2.FcγR的功能　FcγR的功能主要是通过髓样细胞和NK细胞来发挥的。

（1）单核-巨噬细胞：FcγRⅠ、Ⅱ和Ⅲ均可介导人单核细胞ADCC来杀伤肿瘤等靶细胞，这种ADCC效应为Mg²⁺依赖，并需LFA-1等粘附分子参与。IFN-γ可促进单核细胞FcγRⅠ介导的杀伤作用。单核-吞噬细胞可通过FcγRⅠ、Ⅱ、Ⅲ发挥调理吞噬和清除免疫复合物的作用。

（2）中性粒细胞：新鲜分离的中性粒细胞不能通过FcγR溶解靶细胞，但在IFN-γ刺激下可通过FcγRⅠ和FcγRⅡ介导杀伤作用，对于FcγRⅠ，IFN-γ主要是诱导其表达水平升高，而对FcγRⅡ表达水平并未见改变，可能是通过对杀伤机理的调节。GM-CSF也能通过FcγRⅡ明确增加中性粒细胞的杀伤水平。GPI连接的FcγRⅢB并不能介导中性粒细胞杀伤肿瘤的作用。活化中性粒细胞通过FcγRⅠ、Ⅱ发挥调理吞噬和清除免疫复合物的作用。

（3）嗜酸性粒细胞：未刺激的嗜酸性粒细胞没有杀伤作用，GM-CSF、TNF和IL-5等是嗜酸性粒细胞发挥ADCC效应的有效激活剂，在杀伤寄生虫和抗肿瘤中有重要作用。GM-CSF对嗜酸性粒细胞的激活作用主要是通过FcγRⅡ介导的。

（4）NK细胞：通过FcγRⅢA介导ADCC杀伤肿瘤细胞等靶细胞，IL-2和IFN-γ可明显提高NK细胞的杀伤活性，但并不明显改变FcγRⅢA的表达水平。

（二）FcαR（CD89）

FcαR（CD89）为分子量60kDa穿膜糖蛋白，胞膜外区206氨基酸，穿膜区19氨基酸，胞浆区为41氨基酸，属Ig超家族成员，胞膜外有2个C2结构域，为中亲和力受体，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等，介导吞噬、ADCC以及炎症介质的释放。中性粒细胞表面FcαR可结合血清型和分泌型IgA1和IgA2，亲和力约为Kd5×10^-7M。热或化学物质凝集的IgA可刺激中性粒细胞脱颗粒。

（三）FcεR（FcεRⅠ、FcεRⅡ）

1.FcεR的结构和分布 FcεR可分为FcεRⅠ和FcεRⅡ两类，其结构、分布及介导的生物学作用有所不同。

（1）FcεRⅠ：为高亲和力受体，Kd10^-9～10^-10M，由α、β、γ-γ四条链组成。其中α链含222个氨基酸残基，分子量为25kDa，胞膜外区属Ig超家族结构，2个C2区，与FcγRⅡ和FcγRⅢ高度同源，胞膜外区与IgECε2/Cε3结合；穿膜区20左右氨基酸中含有与FcγRⅢA相同的8个氨基酸残基；胞浆区的31个氨基酸结构较为独特。β链含243个氨基酸残基，分子量为33kDa，有四个穿膜部分，N端与C端都位于胞浆内，β链可能把α链和γ-γ链连在一起。两条γ链由二硫键连接组成同源二聚体，每条链62个氨基酸，分子量为8kDa，胞膜外区只有5个氨基酸残基，γ链与CD35高度同源，γ链与FcεRⅡ表达的稳定性和信号的转导有关。NK细胞表面FcγRⅢA（CD16）可能与CD3ζ或FcεRⅠγ链相连，提示FcεRⅠγ链与CD3复合物中ζ的结构和功能的相似性。FcεRⅠ主要分布于嗜碱性粒细胞和肥大细胞。

（2）FcεRⅡ（CD23）：低亲和力受体，分子量45kDa，单链穿膜糖蛋白，Ⅱ型跨膜蛋白，属C型植物血凝素家族成员。CD23含有321个氨基酸，N端在胞膜内，1～23位氨基酸组成胞浆尾，24～43位氨基酸为疏水跨膜区，靠C端胞膜外区由277个氨基酸组成，有一个糖基化点，82、102、125、150位氨基酸残基为蛋白水解酶敏感位点，凝集素同源区位于C端163Cys至282Cys之间，该同源区共含6个Cys。88至116位氨基酸之间有一个亮氨酸拉链结构，参与CD23分子同源二聚体的形成。CD23分子靠胞膜外C端裂解的不同片段14kDa、25kDa和33～37kDa片段均称为IgE结合因子（IgE-binding factor IgE-BF）。FcεRⅡ可在蛋白水解酶裂解后形成可溶性CD23分子（sCD23）即IgE-BF。CD23mRNA有FcεRⅡamRNA和FcεRⅡbmRNA两种，它们所翻译的CD23分子仅在胞浆区有7个氨基酸残基的差别（图1-9）。FcεRⅡa仅B细胞表达，并易降解为sCD23；FcεRⅡb表达于B细胞、T细胞、嗜酸性粒细胞、血小板、单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、朗罕氏细胞、含有EBV基因组的鼻咽癌细胞、髓样细胞系如U937等，主要以膜分子形式存在，IgECε3与FcεRⅡ结合有关。IL-4可诱导正常B细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞转录FcεRⅡbmRNA，促进CD23的合成与表达，EBV核蛋白EBNA2对CD23表达及sCD23的释放也有促进作用。而IFN-γ、TGF-β、PGE2、糖皮质激素等对B细胞表达CD23和释放sCD23则起抑制作用。

2.FcεR的功能

（1）FcεRⅠ：嗜碱性粒细胞和肥大细胞具有高亲和力FcεRⅠ，每个细胞表面约有10万个，当相应变应原与啫碱性粒细胞、肥大细胞表面IgE/FcεRⅠ复合物结合后通过交联使磷酸肌醇水解，胞浆Ca²⁺浓度增加，使细胞脱颗粒，合成和释放组织胺、LT、PAF等多种介质，介导Ⅰ型速发型超敏反应。

图1-9 CD23分子结构模式图

（2）FcεRⅡ：FcεRⅡ为B细胞发化激活抗原，变态反应性疾病患者PBMC中CD23密度明显增加，血清IgE-BP(sCD23）升高。sCD23具有B细胞生长因子（bcell growth. factor, BCGF)活性，故又称B细胞来源的B细胞生长因子（B-BCGF）。sCD23的这种生长因子作用可能是作为配体与受体CD21（CR2）结合后介导的，CD23分子通过可结合碳水化合物的凝集素同源区与CD21糖链结合。此外，sCD23通过亮氨酸拉链结构，引起B细胞膜CD21分子交联，促进B细胞生长。sCD23对膜CD23有正反馈作用，促进B细胞的分化和IgE的产生，并与IL-4有协同作用，此外，FcεRⅡ还可介导IgE依赖的ADCC和吞噬作用。CD23与B淋巴细胞的转化及恶变有关，EBV转化B细胞后只有B细胞表达CD23才能建立永生化的细胞系，可能与EBV核蛋白的EBNA2有关，EBNA2结合于FcεRⅡa基因起始部位-275～-89的一个189bp DNA片段结合，反式作用于FcεRⅡa基因启动子，并诱导B细胞高表达CD23，sCD23引起膜CD21分子交联，形成一种自分泌生长机制。慢性B淋巴细胞白血病（B-CLL）患者B细胞表达CD23增加，患者血清中sCD23水平明显升高。

关于IgM受体、IgD受体也有报道，前者主要表达于B细胞，后者表达于成熟B细胞。这两种Ig Fc受体尚未归入CD的编号，故在本节从略。此外与多聚IgA和IgM跨膜转运至胞外分泌液中有关的多聚Ig受体（Poly-IgR),通过与多聚Ig中的J链结合而介导Ig转运功能，PolyIgR属免疫球蛋白超家族成员。

（金伯泉）

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26.陈璋，沈德诚，汤美华，第五届国际人类白细胞分化抗原会议简介.单克隆抗体通讯，1994;10(3):70

第二章　粘附分子

粘附分子（adhesionmolecules)是指由细胞产生、存在于细胞表面、介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子。粘附分子大多为糖蛋白，少数为糖脂，分布于细胞表面或细胞外基质（extracellular matrix,ECM)中。粘附分子以配体一受体相对应的形式发挥作用，导致细胞与细胞间、细胞与基质间或细胞-基质-细胞之间的粘附，参与细胞的信号转导与活化、细胞的伸展和移动、细胞的生长及分化、炎症、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈合等一系列重要生理和病理过程。

对于细胞间相互接触、粘附的现象人们早有认识。80年代以后，由于单克隆抗体技术和分子生物学技术的发展和应用，极大地推动了对粘附分子的研究，使人们得以从分子水平上提出粘附分子的概念，并逐渐认识其作用机理。目前已基因克隆成功的粘附分子有几十种，形成一个庞大的粘附分子大家族。由于粘附分子所具有广泛、重要的生物学功能功能，目前在细胞生物学、分子生物学、免疫学、病理生理学、肿瘤学以及其它生命科学领域里已受到人们普遍的关注，1993年第五届人白细胞分化抗原国际专题讨论会上，已将粘附分子单独列为一组新抗原。本章主要介绍粘粘附分子的种类和结构、粘附分子表达的调节、粘附分子的功能以及可溶性粘附分子等内容。

第一节　粘附分子的种类和结构

目前按粘附分子的结构特点可将其分为以下四类：（1）粘合素家族（integrin family)的粘附分子；（2）免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily,IGSF)的粘附分子；（3）凝集素家族（selectin family);(4)钙离子依赖的细胞粘附素家庭（Ca²⁺-dependent cell adhesion molecule family)的粘附分子或称Cadherin。此外还有一些其它未归类的粘附分子。

一、粘合素超家族

国内将integrin译为粘合素、整合素等，本书暂命名为粘合素。integrin是最初在1986年提出的概念，描述一个膜受体家族，此家族的粘附分子主要介导细胞与细胞外基质的粘附，使细胞得以附着而形成整体（integration），故得名。此外，粘合素家族的粘附分子还介导白细胞与血管内皮细胞的粘附。

图2-1 integrin分子的结构（示意图）

注：a .integrin分子电镜下所见（模式图），黑区部分显示integrin分子α、β亚单位所　组成的球部，为配体结合域；

b.integrin分子的结构模式图，显示出α亚单位的二价阳离子（Mg²⁺）结合区和α、　β亚单位的重复序列。

（一）粘合素分子的基本结构

粘合素家族的粘附分子都是由α、β两条链由非共价键连接组成的异源双体（heterodimer)，α、β链均为Ⅰ类穿膜蛋白。α链的分子量为120～210kKa，β链的分子量为90～130kDa，个别β链（如β4）分子量为220kDa。不同的α链（或称α亚单位）或β链（或称β亚单位）氨基酸序列有不同程度的同源性，在结构上有其共同的特点。α和β亚单位均由胞膜外区、胞浆区、穿膜区三部分组成。胞浆区一般较短，可能和细胞骨架相联。空膜区富含疏水氨基酸。β亚单位的胞膜外区含有4个富含半胱氨酸的重复序列，靠近外侧N端的40～50kDa的氨基酸残基通过链内二硫键紧密折叠在一起；α亚单位的胞膜外部分有7个同源重复序列，靠近外侧N端的3个或4个重复序列中含有Asp-X-Asp-X-Asp-Gly-X-X-Asp或类似结构，与integrin分子结合二价阳离子（Mg²⁺）有关，并与β亚单位共同构成粘合素分子的配体结合部位，其中α亚单位的二价阳离子结合区与 integrin分子配体结合的特异性和亲和力有关。某些integrin分子的α亚单位在转录后被剪接为两段，一段为劳作膜部分，较小，约20～30kDa；另一段为胞膜外部分，较大，两者通过二硫键连接起来（图2-1）。电镜下可见integrin分子有一个球状头部，向下伸展有两条杆状结构穿过细胞膜的磷脂双层。

（二）粘合素超家族的组成

目前已知至少有14种α亚单位和8种β亚单位，除α7和αIEL外，其它粘合素分子亚单位均已基因克隆成功。α亚单位和β亚单位组合构成粘合素分子并不是随机的，多数α亚单位只能与一种β亚单位结合构成异源双体，但也有的α亚单位可与几种不同的β亚单位组合，如αV（CD51）可分别同β1、β3、β5、β6和β8亚单位组成integrin分子，而大部分β单位则可以结合数种不同的α亚单位。目前按β亚单位的不同可将粘合素家族分为8个不同的组，在同一组中的粘合素分子不同成员β链相同，α链不同。已知α链和β链有20种组合形式（表2-1），β1、β3、β4、α3和α6等亚单位的mRNA分子可有不同的剪接形式，更增加了粘合素分子的多样性。

（三）粘合素分子的分布

粘合素分子的体内分布很广泛，多数粘合素分子可以表达于多种组织细胞，如VLA组的粘合素分子在体内广泛分布于各种细胞细胞；而多数细胞可同时表达数种不同的粘合素分子，对体外哺乳动物来源的细胞系粘合素分子表达研究发现，每一种细胞系可同时一有达2～10种不同的粘合素分子，但不同类型的细胞表达粘合素分子的种类是不同的。某些粘合素分子的表达则具有明显的细胞类型特性，如gpⅡb/Ⅲa(Ⅱb/β3）主要表在宾巨核细胞和血小板；LAF-1、Mac-1、P150/95只表达在白细胞表面；α6β4特异性表达在上皮细胞。每一种细胞粘合素分子的表达可随其分化与生长状态的改变而变化。

（四）粘合素分子识别配体的短肽序列

粘合素分子在与配体结合时所识别的只是配体分子中由数个氨基酸组成的短肽序列。不同的粘合素分子可能识别相同的短肽序列或同一个配体中不同的短肽序列。由于同一短肽序列可以存在于几种不同的配体中，因此，每一种粘合素分子可能有几种细胞外间质成分做为配体，而每一种细胞外间质中的配体也可能被几种不同的粘合素分子所识别。

1.识别RGD序列的粘合素分子　α5β1、αvβ1、αⅡbβ3、αvβ3、αvβ5、αvβ6都可以识别配体分子中的RGD序列，多种细胞外间质成分（包括FN、VN、FB、vWF）都含有RGD序列，它们在体内的分布极为广泛。含有RGD序列的人工合成肽可以抑制上述粘合素分子与配体的结合。

2.识别非RGD序列的粘合素分子　α2β1、α4β1、αxβ2、αⅡbβ3、α4β7可分别识别其配体分子中DGEA、EILDV、GPRP、KQAGDV、EILDV等短肽序列，其中KQAGDV具有与RGD类似的结构。上述短肽序列可以与RGD序列在于同一个配体分子中，如FN分子中同时存在RGD和EILDN序列。

表2 -1 integrin家族及其相应配体

注:FN(fibronectin,纤粘连蛋白）

LM(lamnin,层粘连蛋白）

Thr(thrombospondin,血栓海绵蛋白）

VLA（very alte appearingantigen,很晚出现的抗原）

CA(collagen,胶原蛋白）

VN(vitronectin,玻璃粘连蛋白）

FB（fibronogen,血纤维蛋白）

vWF(von Willebrand factor,von Willebrand 因子）

RGD：Arg-Gly-Asp(精-甘-天冬）

KQAGDV:Lys-Gln-Ala-Gsp-Val(赖-谷氨酰胺-丙-甘-天冬-缬）

DGEA:Asp-Gly-Glu-Ala(天冬-甘-谷-丙）

GPRP:Gly-Pro-Arg-Pro(甘-脯-精-脯）

EILDV:Glu-Ile-Leu-Asp-Val(谷-异亮-亮-天冬-缬）

ICAM-1:intercellular adhesion molecule-1,细胞间粘附分子-1

ICAM-2:intercellular adhesion molecule-2,细胞间粘附分子-2

ICAM-3:intercellular adhesion molecule-3,细胞间粘附分子-3

VCAM-1:vasccular cell adhesion molecule-1,血管细胞粘附分子-1

IEL:intraepithelial lymphocyte, 上皮内淋巴细胞

LPAM-1:leukocyte platelet adhesion molecule-1,白细胞血小板粘附分子-1

3.识别序列尚未明确的粘合素分子 包括α1β1、α6β1、α7β1、α8β1、αLβ2、αMβ2、α6β4、αIELβ7、αvβ8等。

（五）纤维粘连蛋白

integrin分子的配体包括多种细胞外基质成份，其中纤粘连蛋白（fibronectin,FN)与β1、β3、β5、β6和β7等多组integrin分子受体结合，对细胞的生长、分化、活化、移动等过程具有重要的调节作用。

FN的分子量约为550kDa，由α、β两条多肽链构成，两条链在羧基端以二硫键相连。α链和β链的氨基酸组成和结构相似，α链略长。FN由成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞等合成和分泌，通常以两种形式存在：（1）血浆FN，以二聚体形式存在，含量可高达300μg/ml；（2）存在于结缔组织有关的基底膜及多种细胞表面，为多聚体。两种形式的FN结构有所差异。不同种属的FN具有高度同源性，分子中均含有三类同源重复序列，每类重复序列有其特定的肽链折叠方式。①Ⅰ型重复序列（type I repeat):由约45个氨基酸残基构成，分布于FN分子的氨基端和羧基端；②Ⅱ型重复序列（type Ⅱ repeat):由约60个氨基酸组成，插入氨基端Ⅰ型重复序列之间；③Ⅲ型重复序列（type Ⅲ repeat):由约90个氨基酸构成，分布于肽链的中间部分（图2-2）。

不同细胞来源的FN分子结构亦略有差异，这是由于mRNA水平上不同的剪接方式造成的，表现为（1）分子中两个特定位置上Ⅲ型重复序列的存在或缺如；（2）位于FN分子羧基端的可变片段，全长为120个氨基酸残基；不同细胞来源的FN分子多肽链中具有此片段的全部或其中某一部分（图2-2）。在人体内其它分子中也可发现FN分子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型重复序列的同源序列，如凝血因子Ⅻ分子中有Ⅰ型同源重复序列，凝血酶原中有Ⅱ型同源重复序列，IL-6受体胞外部分含有Ⅲ型同源重复序列。

图2-2 纤粘连蛋白分子结构模式图

纤维粘连蛋白分子可以结合多种分子，如胶原蛋白、肝素、血纤维蛋白及细胞表面受体，其中与细胞表面受体的结合主要是通过纤粘连蛋白分子中的RGD序列。

二、免疫球蛋白超家族

在参与细胞间相互识别、相互作用的粘附分子中，有许多分子具有与IgV区或C区相似的折叠结构，其氨基酸组成也有一定的同源性，属于免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily, IGSF)的成员。有关免疫球蛋白超家族分子的结构特点和基因结构参见第三章。免疫球蛋白超家族粘附分子的种类、分布及其配体见表2-2。免疫球蛋白超家族粘附分子的配体多为免疫球蛋白超家族的粘附分子或粘合素家族的分子。

有关CD2、CD4、CD8、CD28和CD58分子的结构和功能参见第一章“人白细胞分化抗原”，MHCⅠ类抗原和Ⅱ类抗原参见第六章“主要组织相容性复合体”。本节将简要介绍ICAM和VCAM-1分子的结构。

1.ICAM-1（intercellular adhesion molecule-1) ICAM-1是最早发现的免疫蛋白超家族粘附分子之一，以后又相继发殃了ICAM-2和ICAM-3，它们的免疫球蛋白结构域氨基酸序列具有同源性，且都可以结合LFA-1分子。不同的ICAM分子在体内的分布范围有较大差异，ICAM-1分子分布广泛，如淋巴结和扁桃体血管内皮细胞，胸腺树突状细胞，扁桃体和肾小球上皮细胞，白细胞，巨噬细胞和成纤维细胞等，IL-1、TNF-α、IFN和LPS可促进ICAM-1分子的表达；ICAM-2则分布较局限，主要表达的血管内皮细胞；而ICAM-3只表达在血细胞。ICAM-1分子为单链跨膜糖蛋白，核心多肽为55kDa，由于不同种类细胞上ICAM-1分子所含寡糖分子数有所差别，ICAM-1分子量可在80～11kDa范围。ICAM-1分子胞膜外部分具有5个免疫球蛋白样结构域，第2和第3结构域之间有一段连接序列，富含脯氨酸，类似免疫球蛋白的绞链区，可发生扭曲。以此连接区为界，氨基端的D1和D2结构域可结合LFA－1分子和鼻病毒，而羧基端侧的D3结构域可以结合Mac-1分子（图2-3）。ICAM-2和ICAM-3胞膜外部分分别有2个和5个免疫球蛋白结构域，ICAM-2分子2个结构域与ICAM-1N端2个结构域有34%同源性，ICAM-1D1结构域中结合LFA-1分子具有关键作用。

图2-3　ICAM-1分子的结构（模式图）

表2-2 免疫球蛋白超家族（IGSF）粘附分子的种类、分布和识别配体

注：LFA：淋巴细胞功能相关抗原

VCAM：血管细胞粘附分子

NCAM：神经细胞粘附分子

ICAM：细胞间粘附分子

PECAM：血小板内皮细胞粘附分子

的氨基酸序列，并同样具有结合LFA-1分子的功能。

其它部分免疫球蛋白超家族粘附分子的结构将在本书有关章节中介绍。

2.VCAM-1（vascular cell adhesion molecule-1)血管细胞粘附分子，又称诱导性细胞粘附分子（vascular cell adhesion ,INCAM),意指在IL-1、TNF-α等细胞因子活化的血管内皮细胞上表达，分子量100kDa或110kDa，最近命名为CD106，VCAM-1的配体是分布在白细胞表面的VLA-4分子。

三、selectin家族

selectin家族最初被称为外源凝集素细胞粘附分子家族（lectin cell adhesion moleculefamily,LEC-CAM family).selectin是由select和lectin两词合并而来，目前国内尚无统一译法，选择凝集素一词似较为妥当。

（一）selectin分子的基本结构

selectin分子为Ⅰ型穿膜的糖蛋白，可分为胞膜外区、穿膜区和胞浆区。selectin家族各成员胞膜外部分有较高的同源性，结构类似，均由三个结构域构成。（1）其外侧氨基端（约120个氨基酸残基）为钙离子依赖的C型外源凝集素结构域(calcium dependent lectin domain),可以结合碳水化合物基团，是selectin分子的配体结合部位；（2）紧邻外源凝集素结构域是表皮生长因子样结构域（epidermal growth factor-like domain),约含35个氨基酸残基，EGF样结构域虽不直接参加配体的结合，但对维持selectin分子的构型是必需的；（3）近胞膜部分是数个由约60个氨基酸残基构成的补体调节蛋白（complement regulatory protein)重复序列或称为补体结合蛋白（complementbinding protein)重复序列，它们与补体受体（如CR1、CR2等）和C4结合蛋白（C4bp)等结构同源。各种selectin分子的穿膜区和胞浆区没有同源性（见图2-4）。selectin分子的胞浆区与细胞内骨架相联，去除胞浆部分的selectin分子虽仍可结合相应配体，却失去其介导细胞间粘附的作用。

（二）selectin家族的组成

目前已发现selectin家族中有三个成员：L-selectin、P-selectin和E-selectin，L、P和E分别表示leukocyte,platelet和endothelium,是最初发现相应selectin分子的三种细胞，故得名。selectin家族成员的细胞分布和相应配体见表2-3。

图2-4 selectin分子的结构模式图

表2-3 selectin 家族的组成、分布及其相应配体

^注：LECAM:leukocyteendothelial cell adhesion molecule,白细胞内皮细胞粘附分子

PNAd:peripheral lymphonode vascular addressin,外周淋巴结血管地址素

LAM:leukocyte adhesion molecule,白细胞粘附分子

GMP-140：granule　membrane protein-140,颗粒膜蛋白-140

PADGEM：plateletactivation-dependent granule external membrane,血小板活化　依赖性颗粒外膜

ELAM-1：endothelial leukocyteadhesion molecule-1,内皮细胞白细胞粘附分子-1

CLA:cutaneous lymphocyte associated antigen,皮肤淋巴细胞相关抗原

（三）selectin分子识别的配体

与其它粘附分子不同，selectin分子识别的配体都是一些寡糖基团。目前对于这种特殊的受体一配体结合的研究主要采用以下几种方法：（1）抗寡糖决定簇特异性单克隆抗体阻断试验；（2）外源性寡糖分子阻断试验；（3）纯化的内源性寡糖结合试验；（4）特异糖基转移酶改变相应寡糖结构后其结合能力的改变。在研究中可同时采用不同的实验方法从不同的角度分析以期获得正确的结论。迄今为止发现的selectin分子的配体都是具有唾液酸化的路易斯寡糖（Sialyl-Lewis)或类似结构的分子（图2-5）。与蛋白质分子抗原不同，直接决定细胞表面某种寡糖表达的因素是与某些特定的糖基转移酶或碳水化合物修饰酶的作用有关，这些酶的作用可能与细胞的生长与代谢状态有着密切的关联。一种寡糖基团可以存在于多种糖蛋白或糖脂分子上，并分布于多种细胞表面，因此selectin分子的配体在体内的分布较为广泛。如CD15分子可存在于LFA-1、Mac-1 、CR1等不同的糖蛋白分子上，白细胞、血管内皮细胞、某些肿瘤细胞表面及血清中某些糖蛋白分子上都存在有selectin分子识别的碳水化合物基团。

图2-5 路易斯寡糖的结构

注：Gal：半乳糖　Fuc：岩藻糖　Glc：葡萄糖　NAc：N乙酰基　NeuAc：唾液酸

selectin分子对寡糖结构识别的特异性是相对的，它往往可以结合与其特异配体结构类似的寡糖，只是结合的亲和力较低。如P-selectin不仅可以结合CD15分子（lacto-N-fucopen-taose,LNFⅢ的一种异构体LNFⅡ。

四、Cadherin家族

Takeichi最早发现一种介导细胞间相互聚集的粘附分子，在有Ca²⁺存在时可以抵抗蛋白酶的水解作用，以后又发现两种作用和特性均与其类似的粘附分子，它们的氨基酸序列也有同源性，遂将其命名为Cadherin(Ca²⁺dependent cell adhesion molecules family)家族。Cadherin家族的粘附分了对于生长发育过程中细胞的选择性聚集具有至关重要的作用。

（一）Cadherin分子的结构

Cadherin分子均为单链糖蛋白，约由723～748个氨基酸构成，不同的Cadherin分子在氨基酸水平上有43～58%的同源性。Cadherin分子为Ⅰ型膜蛋白，由胞膜外区、穿膜区和胞浆区三部分组成。胞膜外区有数个重复结构域，并含有由4～5个氨基酸残基组成的重复序列，近膜部位另有4个保守的半胱氨酸残基，分子外侧N端的113个氨基酸残基构成Cadherin分子的配体结合部位。此外胞膜外部分具有结合钙离子的作用（图2-6）。Cadherin分子的胞浆区高度保守，并与细胞内骨架相连，靠近C端的一半对于Cadherin分子介导的细胞粘附可能具有重要作用，去除此部分的Cadherin分子虽可与配体结合却丧失介导细胞间粘附的作用。推测是由于Cadherin分子与细胞内骨架相连，当Cadherin分子胞膜外区与相应配体结合后，向胞浆内部分传递信号，导致胞浆区与细胞骨架相接，稳定胞膜外区与配体的结合，发挥细胞粘附功能。

图2-6 Cadherin分子的结构模式图

注：图中黑区部分显示Cadherin分子内重复结构域；LDRE及DXNDN为重复序列。

（二）Cadherin家族的组成和分布

目前已知Cadherin家族共有3个成员：E-Cadherin、N-Cadherin和P-Cadherin。E-Cadherin也被称作Uvomorulin、L-CAM或Cell-CAM120/80。不同的Cadherin分子在体内有其独特的组织分布，它们的表达随细胞生长、发育状态不同而改变。

表2-4 Cadherin家族的组成、分布及其配体

（三）Cadherin分子识别的配体

Cadherin分子以其独特的方式相互作用，其配体是与自身相同Cadherin分子（图2-7）。以这种方式相互作用的粘附分子除Cadherin家族的粘附分子外，还有属于免疫球蛋白超家族的CD31（PECAM）和CD56（NCAM）。

图2-7 Cadherin分子相互作用的模式图

五、其它未归类的粘附分子

除了上述四类粘附分子外，还有一些粘附分子目前尚未归类，包括一组做为selectin分子配体的寡糖决定簇或载有这类寡糖决定簇的糖蛋白，如CD15、S-Lewis^x、S-Lewis^a;此外还有CD44、MAd、MLA等粘附分子。

（一）selectin分子结合的配体

1.CD15 CD15主要分布在粒细胞表面，是Lewis寡糖的异构体。在第五届白细胞分化抗原国际会议上，将唾液酸化的CD15命名为CD15s。S-Lewis^x和S-Lewis^a是唾液酸化的路易斯寡糖，两者互为异构体，S-Lewis^x主要分布在白细胞、血管内皮细胞及某些肿瘤表面，S-Lewis^a主要表达的某些肿瘤细胞。上述寡糖决定簇与多肽连接形成多种糖蛋白存在于某些细胞表面。

2.PNAd和CLA selectin分子的配体还包括有另外一些细胞表面的糖蛋白，包括PNAd和CLA。PNAd（peripheral lymphonode addressin)是表达在外周淋巴结高静脉内皮细胞表面的一组糖蛋白，可与特异性抗L-selectin分子配体的单克隆抗体MECA-79发生反应，分子量在50～200kDa之间，分子上载有唾液酸化的寡糖决定簇。CLA（cutaneous lymphocyte associated antigen)是表达在定向归位于皮肤炎症部位的记忆T细胞表面的一种糖蛋白，分子上存在类似S-Lewis^x结构的寡糖决定簇，可与血管内皮细胞表达的E-selectin分子相结合。唾液酸酶处理可以去除PNAd、CLA与selectin分子的结合活性。

（二）CD44

1.CD44分子的结构和分布CD44是一种细胞表面糖蛋白，又称Pgp-1、Ly-24、细胞外基质受体Ⅲ（ECM-RⅢ）和Hermes。CD44分子的基因在转录时可取用不同的外显子使在mRNA水平上有不同的拼接方式，翻译后糖基化的方式和程度也可以不同，导致成熟的CD44分子有多种变异体，按其分子量的不同可大致分为80～90kDa、110～160kDa和180～215kDa三类，每种变异体有其相应的组织分布。仅由组成性外显子编码的氨基酸序列组成的CD44分子称为标准CD44分子（CD44S），有314个氨基酸，其中胞膜外区248个氨基酸，跨膜区21个氨基酸，胞浆区72个氨基酸，核心蛋白分子量为37.2kDa，经糖基化后为80～90kDa，与硫酸软骨素结合后分子量可达180～200kDa。CD44分子胞膜外区靠近N端约100氨基酸范围内有6个Cys，组成三个二硫键，形成一个球形结构，能被Hermes-1、KM-201单抗所识别，可能具有与透明质酸结合的功能。胞膜外有6个N-连接糖基化位点和7个O连接糖基化位点，此外还有4个硫酸软骨素连接位点。Hermes-3McAb识别CD44152～235间的84氨基酸肽段，此区域含有许多亲水氨基酸，折叠后暴露于分子的外侧，Hermes-3McAb能阻断CD44（淋巴细胞）与粘膜HEV上的地址素结合。CD44分子上的硫酸软骨素介导CD44与纤维连蛋白结合。CD44还可与细胞外基质胶原蛋白Ⅰ和Ⅳ及层粘蛋白结合。

CD44分子分布十分广泛，如T细胞、胸腺细胞、B细胞、粒细胞、神经胶质细胞、成纤维细胞和上皮细胞等。

图2-8　CD44分子的结构

注：●-　N-连接的糖基化位点

○-　○-连接的糖基化位点

*　硫酸软骨素连接位点

2.CD44分子的变异体CD44多种变异体主要是由于CD44分子基因的不同拼接方式和翻译后不同修饰所造成的。

（1）CD44分子基因的不同拼接方式：人CD44基因定位于11号染色体短臂上，CD44基因有20个高度保守的外显子，每个外显子的长度从70bp到210bp不等，被长短不一的内含子所分隔。CD44基因的外显子按表达方式不同可分为以下两类：①10个组成型外显子（C1～C10），转录片段存在于所有CD44转录产物中。仅由组成型外显子编码的氨基酸序列组成的CD44分子称为标准CD44分子（CD44S）。体内造血细胞（haemopoietic cell)主要表达糖基化的CD44S，称为标准CD44H。②10个变异性拼接外显子（V区外显子，V1～V10），总长为1245bp。这10个V区外显子介于第5和第6个组成型外显子之间（图2-9），其转录产物位于CD44S分子第222个密码子的第一和第二个核苷酸之间。V区外显子可以多种不同的方式进行拼接。参加拼接的V区外显子可多可少，从而产生了不同大小的转录产物。人CD44基因中只有V2～V10外显子，不含V1外显子。含有V区外显子编码的氨基酸序列的CD44分子称为CD44V，目前发现的CD44V有10余种，如CD44V（V2～V10）、CD（V8～V10）、CD44V（V4～V7）、CD44V（V6、V7）、CD44V（V6）等。

（2）CD44分子的翻译后修饰：CD44分子是一种高度糖基化的蛋白，其翻译后修饰包括N-糖基化、O-糖基化和硫酸软骨素侧链的连接。CD44分子中组成性外显子和V区处显子的编码序列均含有糖基化位点和硫酸软骨素侧链的连接位点。CD44分子的胞膜外区N端部分有5个N-糖基化位点，另有一个N-糖基化位点位于近胞膜部位。CD44分子胞膜外区近胞膜部位富含丝氨酸和苏氨酸，是O-连接糖基化位点，在此区域内还存在有丝氨酸-甘氨酸二聚肽结构，被认为是硫酸软骨素连接位点（图2-8）。含V区外显子编码序列的CD44分子经糖基化后分子量可达110～160kDa，而CD44分子与硫酸软骨素分子的连接可使其分子量达180～215kDa。

图2-9　CD44分子的基因结构

3.CD44分子的主要功能CD44是细胞表面的粘附分子，主要参与细胞-细胞，细胞-基质之间的粘附。

（1）CD44分子的配体为细胞外基质，主要有透明质酸、层粘连蛋白、纤粘连蛋白和胶原蛋白等多种配体，不同的CD44分子识别的配体有所差别。如85kDa的CD44分子可结合透明质酸分子的硫酸软骨素侧链可与纤粘连蛋白羧基末端的肝素结合区结合。因此连接有硫酸软骨素侧链的CD44分子可以结合纤粘连蛋白。

（2）CD44分子作为淋巴细胞“归巢”受体（lymphocyte homing receptor)与高内皮静脉（HEV）结合，参与淋巴细胞归位到淋巴组织。

（30）参与T细胞的活化，抗CD44抗体可促进T细胞对抗CD2和CD3抗体的应答，某些抗CD44抗体可提高CD2/LFA-3依赖的T细胞与单核细胞的粘附作用。

（4）与细胞骨架蛋白结合，参与细胞伪足形成和迁移运动。CD44分子胞浆区丝氨酸和苏氨酸磷酸化后，与细胞膜内侧的锚蛋白（ankyrin)结合的亲和力增加，通过锚蛋白与细胞骨架发生连接。

粘膜型地址素（Med）和外周淋巴结型地址素（PNAd）将在本章第三节中加以介绍。

第二节　粘附分子的表达的调节

如前所述，细胞粘附分子不仅具有多种生理功能，在一定条件下也与病理过程的发生密切相关。在细胞因子、炎症介质以及其它因素的作用下，细胞表面粘附分子表达的水平和构型可以发生改变，导致细胞粘附能力的变化。体内某些粘附分子的表达是组成性（constitutive)的，即通常状态下细胞表面就有一定水平的表达，如CD11/CD18、ICAM-1、ICAM-2和L-selectin等粘附分子在相应细胞的静止状态下有一定水平的表达，在某些因素的作用下，这些粘附分子的表达也可发生上调或下调（up-regulation ordown-regulation)。另外一些粘附分子的表达可以是非组成性（non-consititutive)的，即通常状态下这些粘附分子在细胞表面表达很少或不表达，但在某些因素的作用下可诱导表达，如E-selectin、VCAM-1在内皮细胞的表达即属此类。对粘附分子表达的调节有构型调节和表达数量调节两种方式，目前关于粘附分子表达调节的资料大多来自于对白细胞与内皮细胞粘附作用的研究。

一、粘附分子构型改变影响细胞的粘附作用

除了通过增加或降低粘附分子表达水平来调节细胞粘附能力外，某些因素还可以通过改变粘附分子的构型影响其与配体结合的亲和力，从而调节细胞的粘附能力，这使得对细胞粘附作用的调节更为精细和复杂。

（一）LFA-1分子构型改变对其粘附作用的影响

淋巴细胞在受到外来抗原，PMA，抗CD2、CD3、CD44、CD43或抗MACⅡ类分子单克隆抗体的刺激作用活化后，可发生相互凝集，这种凝集作用依赖于LFA-1/ICAM-1的相互作用，而这两种粘附分子在活化淋巴细胞的表达水平并没有显着增加。静止淋巴细胞即表达一定水平的LFA-1和ICAM-1，NK细胞和某些CTL细胞系更是表达较高水平的LFA-1/ICAM-1分子，但它们并不发生凝集作用。上述事实提示在淋巴细胞活化后，粘附分子可能通过构型变化的方式，提高LFA-1/ICAM相互作用的亲和力，从而提高活化淋巴细胞的粘附能力。

1.NKI-L16和活化状态的LFA-1分子 NKI-L16是一种抗LFA-1的单克隆抗体，其识别的表位在静止淋巴细胞暴露的水平很低。当NKI-L16McAb与淋巴细胞表面的LFA-1作用后，不仅不阻断LFA-1介导的粘附作用，反而可以诱导静止淋巴细胞的相互粘附而使细胞发生凝集。这种诱导粘附作用的机理部分是由NKI-L16McAb改变了LFA-1分子的构型，诱导了NKI-L16识别的表位在静止淋巴细胞的表达。NKI-L16识别表位的表达是粘附作用发生的重要条件，但并不是唯一的，因为CTL细胞虽表达高水平的NKI-L16表位却并不发生自发凝集。目前研究认为，LFA-1分子至少以三种形式存在：（1）静止淋巴细胞表达的LFA-1分子，暴露很少的NKI-L16表位，与ICAM-1分子结合的亲和力（affinity)低；（2）中间状态的LFA-1分子，暴露出大量的NKI-L16表位，但与ICAM-1结合的亲和力仍较低；（3）活化状态的LFA-1分子，暴露出大量高亲和力的NKI-L16表位。不同状态的LFA-1分子在淋巴细胞表面的分布方式是不同的，静止淋巴细胞的LFA-1分子分布分散，而活化的外周血淋巴细胞、CTL克隆、效应T淋巴细胞以及活化的CTL克隆细胞的LFA-1分子呈集中分布，在局部形成高密度的LFA-1分子区域，这可能与NKI-L16表位的暴露有关（图2-10，表2-5）。LFA-1分子在局部形成高密度状态可以提高其与配体结合时的亲合力（avidity)。

在integrin家族中，这种精细的构型调节作用并不仅限于LFA-1分子，已发现VLA-4分子同样存在着静止、部分活化和活化三种要构型，活化的VLA-4分子可与VCAM-1和纤粘连蛋白相结合，部分活化的VLA-4分子仅结合VCAM-1分子，而静止状态的VLA-4分子则失去结合任何配体的能力。

图2-10 淋巴细胞活化后LFA-1分子分布状态的改变

注：静止外周血淋巴细胞（PBL）向活化PBL分化过程中需要Ca²⁺存在；活化PBL向效应PBL分化以及CTL克隆向活化的CTL克隆分化过程中需要有Cg²⁺存在。活化的和效应的PBL或CTL表面LFA分子呈集中分布。

表2-5　三种状态LFA-1分子特性的比较

2.Ca²⁺、Mg²⁺与LFA-1分子活化状态的关系Ca²⁺和Mg²⁺的存在对LFA-1分子与配体的结合是必需的，在粘附试验系统中加入金属离子螯合剂（EDTA或EGTA）去除反应系统中的Ca²⁺和Mg²⁺可以完全抑制LFA-1与其配体的结合。采用单克隆抗体对LFA-1分子表位的表达进行检测，发现Ca²⁺与Mg²⁺与LFA-1分子某些表位的表达有关，而这些表位的表达是LFA-1分子活化构型的标志。如上述NKI-L16识别表位的表达需要有Ca²⁺存在；另外一株单克隆抗体24（McAb24)识别的表位在LFA-1、Mac-1和gp150、90均有表达，但依赖Mg²⁺的存在。PMA或抗细胞表面分子的单克隆抗体作用引起的细胞凝集有一过性持续性两种，一过性的作用在半小时之内消失，而持续性的作用可维持2小时以上。这种现象与离子依赖种类有一定的关系，PMA、NKI-L16、抗CD2和CD44单克隆抗体可以引起持续性的LFA-1分子的活化，它们的作用只依赖Mg²⁺的存在；而抗CD3、CD43和MHC-Ⅱ类分子的单克隆抗体所引起的凝集是一过性的，它们的作用则依赖Ca²⁺与Mg²⁺的同时存在。

图2-11　LFA-1介导细胞粘附调节的模式图

注：抗原与TCR/CD3复合物结合后激活磷脂酶c，催化PIP2水解为IP3和DAG，引起LFA-1分子β链的磷酸化，使LFA-1分子构型发生变化，提高与配体结合的亲和力。CD3分子的磷酸化引起TCR/CD3复合物的调变，导致PKC水平下降，使LFA-1分子β链去磷酸化转变为非活化状态而产生去粘附作用。

3.LFA-1分子构型改变的机理 目前对于淋巴细胞活化后导致LFA-1分子构型改变的机制还不十分明了。实验表明，PMA作用于淋巴细胞后，通过激活蛋白激酶C（PKC）使LFA-1分子β链发生磷酸化，很可能与LFA-1分子构型的改变有关。抗CD2或CD3单克隆抗体可以通过影响磷酸肌磷酸肌醇代谢途径导致PKC的激活，但两种McAb影响淋巴细胞粘附分子活化的过程是不同的，抗CD2单克隆抗体诱导持久的LFA-1分子活化，而抗CD3单克隆抗体只能诱导短暂的、一过性的LFA-1分子的活化（图2-11）。这种对粘附分子表达的负反馈调节机制，对于体细胞粘附作用的调节过程可能有重要的意义。体内对粘附作用的负调节意味着细胞可以与相互作用的靶细胞脱离，再作用于其它靶细胞，从而最大限度地发挥作用。前面曾提到McAb24识别的表位表达在活化状态的LFA-1分子，McAb24并不阻断LFA-1分子和Mac-1分子与配体的结合，但却可以明显抑制单核细胞向T细胞的抗原提呈作用、LAK细胞对靶细胞的杀伤作用以及中性粒细胞的趋化移动，这些过程均依赖LFA-1和Mac-1分子与其配体的相互作用。单独CD3单克隆抗体只引起一过性的LFA-1分子的活化，而同时加入McAb24则造成持续性LFA-1分子的活化，提示McAb24可能阻止LFA-1分子由活化状态转变为非活化状态。

（二）其它粘附分子构型的改变对粘附作用的影响

除LFA-1分子外，在integrin家族中其它一些粘附分子构型的改变也可以影响细胞的粘附能力。PMA、抗CD2或CD3单抗可以诱导或增强淋巴细胞的VLA-4（CD49d/CD29)、VLA-5（CD49e/CD29）和VLA-6（CD49f/CD29)与其配体（层粘连蛋白或纤粘连蛋白）的粘附作用，提示上述粘附分子可能通过与LFA-1相类似的机制发生构型变化，导致与配体结合的亲和力升高。Mac-1分子（CD11b/CD18）及血小板糖蛋白GPⅡbⅢa（CD41/CD61）分子在细胞活化后可以暴露新的表位，是其分子构型发生改变的直接证据，但其发生机制目前还不清楚。

尽管目前尚未获得selectin家族粘附分子构型变化影响粘附能力的直接证据，但某些抗L-seletin或抗E-selectin分子EGF结构域的单抗非但不阻断L-selectin分子或E-selecti分子与相应配体的结合，反而具有促进作用，提示selectin家族粘附分子中同样存在着分子构型变化对粘附能力调节的可能性。

二、细胞粘附分子表达数量改变对粘附作用的调节

粘附分子表达数量的改变是粘附作用调节的另一个重要方面。粘附分子构型改变与表达数量的增减并不是截然分开的两个过程，两者可能同时存在，共同完成对粘附作用的调节。如淋巴细胞活化后不仅粘附分子构型改变导致亲和力增加，同时也伴有粘附分子数量的增加。

1.调节细胞表面粘附分子表达数量的方式　细胞表面粘附分子表达数量的调节方式主要有诱导贮存在细胞内的粘附分子转移到细胞表面和诱导粘附分子的重新合成两种方式。转移形式的过程发生迅速，只需数秒钟，但维持时间短暂。如凝血酶和组胺作用于内皮细胞可以诱导内皮细胞内贮存在CD62分子迅速转移到细胞表面，然后又很快被内吞而消失；又如CD11b/CD18、CD11c/CD18贮存在中性粒细胞的胞浆颗粒内，在PMA、TNF、IL-1刺激后迅速转移到细胞表面。重新合成过程发生较为迟缓，一般需数小时，但维持时间较长。IL-1、TNF-α作用于血管内皮细胞则可以诱导E-selectin、VCAM-1分子的重新合成与表达，诱导后4小时达到高峰，并可维持24小时以上。

2.细胞因子、炎症介质对粘附分子表达的调节　细胞因子IL-1、IL-3、IL-4、IL-8、PAF、GM-CSF、TNF-α、TNF-β和IFN-γ以及炎症介质白三烯、组胺和凝血酶等可作用于白细胞或/和血管内皮细胞，调节白细胞与血管内皮细胞的粘附作用（表2-6）。在体内可能有多种调节因素同时存在，相互影响，并可能有更多的目前未知的因素参与细胞间粘附的调节过程。

3.细胞的生长、发育状态对粘附分子表达的影响　除了上述细胞因子、炎症介质可以调节细胞粘附分子的表达外，细胞本身的生长、发育、分化及代谢状态也可以影响粘附分子的表达。在胚胎发育过程中，组织细胞粘附分子的表达接一定的规律发生改变，使得不同细胞得以按一定的规律组合在一起，形成不同的组织或器官。肿瘤细胞与其起源的正常组织细胞相比其表达的粘附分子可有很大差异，这可能是某些肿瘤细胞易发生浸润、转移等现象的分子基础。此外，处于不同分化和发育状态的淋巴细胞表达粘附分子也有明显改变，如与未经抗原刺激的T细胞（naive T cell)相比，记忆性T细胞（memory T cell)表达更多的CD2、LFA-1、CD44、VLA-4等粘附分子，而L-selectin在naive T细胞表达水平要明显高于记忆T细胞。

表2-6　细胞因子、炎症介质对细胞粘附分子表达的调节作用

注：↑表示上调（up-regulation)

↓表示下调(down-regulation)

第三节　粘附分子的功能

在体内，一种细胞可能同时表达多种粘附分子，一种粘附分子也可以表达于多种不同的组织细胞，而细胞间的相互粘附作用又可能由多对粘附分子受体/配体共同参与，单从某一对粘附分子的作用难于了解细胞粘附作用的全过程。本节着重从粘附分子参与的体内某些生理或病理过程来介绍粘附分子的功能，并简述其分子基础。

一、炎症过程中白细胞与血管内皮细胞的粘附

炎症过程的一个重要特征就是白细胞粘附、穿越血管内皮细胞，向炎症部位渗出。这一过程一个重要的分子基础是白细胞与血管内皮细胞粘附分子的相互作用，表2-7例举了参与这一过程的粘附分子。不同白细胞的渗出过程或渗出过程的不同阶段所涉及的粘附分子不尽相同。

1.不同粘附分子在粘附过程不同阶段所起的作用　在体内由于血液处于不断流动状态，白细胞与血管内皮细胞的粘附作用是在血液流动产生的切力作用下进行的，因此白细胞与血管内皮细胞的相互粘附作用有其特殊性。体内白细胞与血管内皮细胞的粘附作用包括白细胞沿血管壁流动的最初粘附作用，以及随后的加强粘附和穿越内皮细胞的过程。为了模拟体内血液流动状态，在体外研究白细胞与血管内皮细胞的粘附作用时，采用了特殊的实验装置，使培养液中的中性粒细胞不断流动通过培养状态的单层内皮细胞。实验表明，在流体产生的切力作用下，CD11/CD18与其配体ICAM-1对于中性粒细胞与血管内皮细胞的最初粘附几乎不起作用。相比之下，L-seletin分子与其配体E-selectin的结合则发挥重要的作用，抗L-selectin分子的单克隆抗体可明显阻断这种最初的粘附作用。在随后发生的中性粒细胞与血管内皮细胞加强粘附并穿越血管内皮细胞的过程中，L-selectin分子与其配体的结合则几乎不起任何作用，而CD11/CD18与其配体的相互作用上升到关键地位。已经粘附于血管内皮细胞的中性粒细胞L-selcetin分子表达水平显著下降，在趋化因子（如膜结合IL-8）的诱导下，CD11/CD18表达水平则明显升高。事实上，L-selectin分子表达下降可减少对已粘附中性粒细胞的牵拉作用，有利于CD11/CD18介导的中性粒细胞的穿越血管内皮细胞过程。

表2-7　参与白细胞与血管内皮细胞粘附的粘附分子

注：N：中性粒细胞 L：淋巴细胞 M：单核细胞

2.膜结合细胞因子在白细胞与血管内皮细胞粘附过程中所起的作用　调节上述白细胞粘附分子表达的细胞因子有血管内皮细胞膜表面结合的IL-8、GM-CSF、PAF等对中性粒细胞具有趋化作用的细胞因子，血管内皮细胞所合成的上述细胞因子主要以膜结合（membrane-bound)的形成表达于血管内皮细胞表面。中性粒细胞与血管内皮细胞的粘附过程是在血管内皮细胞膜结合细胞因子调节作用下多种粘附分子按顺序协调作用的复杂过程（图2-12）。

在中性粒细胞粘附、穿越血管内皮细胞的过程中，IL-8、GM-CSF和PAF等细胞因子发挥着关键的调节作用，没有上述细胞因子的作用，最初粘附到血管内皮细胞的中性粒细胞可能重新回到血流中去。膜结合细胞因子的存在作用其特殊意义，它可以使细胞因子的作用局限化，促进白细胞的粘附、渗出、游离的细胞因子（IL-8等）作用于白细胞减少其L-selectin分子的表达，反而抑制白细胞的粘附、渗出。血管内皮细胞表面不同的膜结合细胞因子不同白细胞粘附作用的选择性激活可能是选择白细胞粘附、渗出过程的因素之一。

图2-12　中性粒细胞粘附、穿越血管内皮细胞过程的模式图

淋巴细胞的粘附、渗出过程可能采取相似的方式，只是所涉及的粘附分子及粘附激活机制有所不同。即最初是由seectin分子介导的淋巴细胞与血管内皮细胞的不稳定的粘附，随后血管内皮细胞的膜结合细胞因子作用于淋巴细胞激活其integrin分子，导致加强粘附及穿越血管内皮细胞的过程。

粘附分子在白细胞渗出过程中的重要作用在先天性白细胞粘附缺陷症（leukocyte adhesion deficiency，LAD）发病机理中得到了证实。该病的临床特征是反复发生难以治愈的感染。LAD可分为LAD-1和LAD-2两型。LAD-1型患者白细胞CD11/CD18分子表达缺陷，因此不能与FN和C3bi结合，丧失非特异的调理作用；此外，虽然白细胞可以沿血管壁流动，由于不能与血管内皮细胞表面粘附分子ICAM-1结合，白细胞不能渗出到炎症部位。LAD-2型患者白细胞S-Lewis^x(CD15s）表达缺陷，不能有效的与E-selectin分子结合，白细胞沿血管壁的流动能力显著低于正常人，同样也不能向炎症部位渗出。因此阻断白细胞与血管内皮细胞的粘附和白细胞的渗出有可能成为预防和治疗性疾病的一种新的手段。

3.细胞因子在白细胞选择性渗出过程中的作用　不同炎症具有不同类型的炎细胞浸泣，如急性炎症以中性粒细胞渗出和浸润为主，慢性炎症往往以淋巴细胞浸润为主，Ⅰ型超敏反应的变态反应性炎症以嗜碱性粒细胞的选择性渗出为主，迟发型超敏反应性炎症则以单核细胞、T细胞浸润为特征。虽然目前对白细胞选择性渗出的机理还不完全明了，但已有的证据显示粘附分子在不同类型白细胞表达的差异以及细胞因子对粘附分子表达的不同调节作用可能是重要的因素。如IL-4和IFN-γ作用于血管内皮细胞可以选择性地诱导粘附性粒细胞表达，在中性粒细胞不表达，因此IL-4和IL-4和IFN-γ可以选择性的促进除中性粒细胞以外的白细胞的粘附作用。IL-4和IFN-γ是由活化T淋巴细胞产生的细胞因子，炎症局部活化T淋巴细胞可能通过产生IL-4和IFN-γ等细胞因子作用于局部血管内皮细胞，促进白细胞的渗出，因此IL-4和IFN-γ可能在免疫介导的炎症性疾病中发挥重要作用。此外，IL-8、GM-CSF和PAF等膜结合细胞因子也可能是导致白细胞选择性渗出的重要因素。

二、粘附分子与淋巴细胞的归巢

淋巴细胞在中枢淋巴器官发育成熟后，经血流定居在外周淋巴器官，并在全身和器官、组织以及炎症部位发挥多种生物学功能。淋巴细胞归巢（homing)是淋巴细胞迁移的一种特殊形式，包括：（1）淋巴干细胞向中枢淋巴器官的归巢（2）淋巴细胞向外周淋巴器官的归巢；（3）淋巴细胞再循环，即外周淋巴器官的淋巴细胞通过毛细血管后静脉进入淋巴循环，以利于免疫细胞接触外来抗原，然后再回到血循环；（4）淋巴细胞向炎症部位的渗出。淋巴细胞是一个不均一的群体，可以分为不同的群或亚群。淋巴细胞归巢过程的一个显着特点是不同群或亚群的淋巴细胞在上述移行过程中具有相对的选择性，即某一特定的淋巴细胞群或亚群定向归巢到相应的组织或器官。淋巴细胞归巢过程的分子基础是淋巴细胞与各组织、器官血管内皮细胞粘附分子的相互作用。一般将淋巴细胞的粘附分子称为淋巴细胞归巢受体（lymphocyte homing receptor,LHR),而将其对应的血管内皮细胞的粘附分子称为地址素（addressin)。多种粘附分子与淋巴细胞的归巢有关（表2-8），但参与不同群或亚群淋巴细胞归巢过程的粘附分子是不同的，成为淋巴细胞选择性归巢的分子基础。

（一）T细胞前体向胸腺的归巢

对于骨髓产生的T细胞前体（Pro-T cell）向胸腺归位的机理尚缺乏深入的研究。目前已知T细胞祖细胞表达CD44与L-selectin分子，它们可能与T细胞祖细胞的归巢有关。此外，胸腺血管内皮细胞表达一种被称为EA1的分子，可能起到地址素的作用参与T细胞的归巢过程。最近认为integrin中α6β1、α6β4对T细胞前体的粘附起重要作用。

（二）淋巴细胞向外周淋巴器官的归巢

淋巴细胞向外周淋巴器官的归巢主要有淋巴细胞向外周淋巴结、派伊尔小结（Peyre's Patch)及脾脏的选择性归巢等几种不同的途径。

1.淋巴细胞向外周淋巴结的归巢　L-selectin是决定淋巴细胞向外周淋巴结选择性归巢的归巢受体，其相应配体为特异性表达于外周淋巴结血管地址素（perpheral lymphonode vascular addressin,PNAd)。L-selectin分子与PNAd相结合介导了淋巴细胞与外周淋巴结血管内皮细胞最初的粘附，随后参与粘附与穿越过程的粘附分子主要有LFA-1/ICAM-1、ICAM-2及CD44/MAd分子。

2.淋巴细胞向派伊尔小结的归巢　integrinα4β7分子是淋巴细胞向派伊尔小结定向归巢的特异归巢受体，抗α4β7的抗体可特异性地阻断淋巴细胞向派伊尔小结的归巢过程，而对淋巴细胞向外周淋巴结的归巢过程无明显影响。integrin α4亚单位可与β1、β2、βρ等β亚单位结合，分别组成α4β1、α4β7和α4βρ，并表达在不同的淋巴细胞表面，可能与特定淋巴细胞群或亚群的定向归巢有关。派伊尔小结的静脉高内皮细胞专一的、高水平表达粘膜血管地址素（mucosal vascular addressin,MAd).MAd是一种分子量为60kDa的糖蛋白，其对应的淋巴细胞归巢受体是integrin　α4β7，两者的相互作用构成了特定淋巴细胞群向派伊尔小结定向归巢的基础。CD44及LFA-1分子作为淋巴细胞归巢受体与其配体MAd和ICAM-1、ICAM-2的相互作用也参与淋巴细胞向派伊尔小结的归巢过程，但它们与α4β不同，除参与淋巴细胞向派伊尔小结归巢外，还参加向其它外周淋巴器官的归巢。

表2-8　参与淋巴细胞归巢的粘附分子

淋巴细胞向脾脏的归巢过程也是特定淋巴细胞群的定向归巢过程，但其归巢机理与分子基础尚不清楚。

（三）淋巴细胞向非淋巴组织的归巢

正常的非淋巴组织没有或只有少量淋巴细胞，但在炎症状态下，淋巴细胞可以大量浸润。淋巴细胞向非淋巴组织的归巢可以区分为以下两种情况：（1）正常的皮肤及消化、生殖道粘膜组织中有特定表达γδ型T细胞受体（TCRγδ）的淋巴细胞群存在，它们可能直接来自中枢淋巴器官，这些淋巴细胞的归巢过程所涉及的粘附分子还不清楚。此外，正常皮肤或粘膜等组织中经常存在有少量记忆淋巴细胞，可能是少量抗原持续刺激的结果。（2）淋巴细胞向炎症状态下的非淋巴组织的归巢。在炎症组织中浸润的淋巴细胞多为记忆性T细胞，这些T细胞表达较高水平的CD45RO，此外，LFA-1、ICAM-1，α4-integrin、LFA-3，CD44等粘附分子的表达也明显高于天然（naive)T淋巴细胞。上述粘附分子相对高表达可能与记忆T细胞向炎症部位的选择性渗出有关。

淋巴细胞向非淋巴组织的归巢过程除了具有记忆T细胞的选择性外，还有组织特异性，也就是就特定的淋巴细胞群选择性的定向归巢到皮肤、粘膜或滑膜等组织。

1.淋巴细胞向皮肤炎症部位的归巢　皮肤炎症部位的血管内皮细胞表达高水平的E-selectin分子，而向皮肤炎症部位定位归巢的记忆T细胞则表达皮肤淋巴细胞相关抗原（cutaneouslymphocyte-associated antigen,CLA),E-selectin与CLA的相互作用是CLA阳性记忆T细胞向皮肤炎症部位定向归巢的分子基础。此外，VLA-4与VCAM-1，LFA-1与ICAM-1/ICAM-2的相互作用也与淋巴细胞向皮肤炎症部位的归巢过程有关（参见表2-8）。

2.淋巴细胞向肠道粘膜炎症部位的归巢　目前关于这一过种的研究资料还不多。粘膜组织中的淋巴细胞表达一种称为MLA（mucosal lymphocyte antigen）的表面抗原，由integrin分子β7链与另一条不同于α4链的多肽链组成，可能与淋巴细胞向肠道粘膜的归巢过程有关。

3.淋巴细胞向滑膜炎症部位的归巢　目前已知LFA-1/ICAN-1、VLA-4/VCAM-1及CD44/MAd都参与淋巴细胞向滑膜组织的归巢过程，但还不能解释淋巴细胞向滑膜组织归巢过程的选择性。推测可能还有未被发现的决定淋巴细胞向滑膜组织定向归巢的粘附分子。

（四）淋巴细胞归巢过程中激活粘附作用的分子

前已述及，淋巴细胞的归巢与中性粒细胞渗出的过程是相似的。同样，淋巴细胞归巢过程中最初粘附后粘附作用的激活机制也与中性粒细胞的渗出过程类似。

1.具有趋化作用的多肽　巨噬细胞炎症蛋白-1（macrophageinflammatory protein-1,MIP-1)可以膜结合的形式存在于淋巴结或炎症组织血管内皮细胞表面，通过作用于CD8+T细胞使其与血管内皮细胞粘附作用增强，这种粘附作用的增强是由T细胞VLA-4与血管内皮细胞VCAM-1分子相互作用介导的。此外，趋化因子家族的RANTES对记忆T细胞具有选择趋化作用。不同的趋化多肽对特定淋巴细胞群粘附作用的激活可能与淋巴细胞的选择性归巢有关。

2.粘附分子介导的粘附激活作用　抗CD2和抗CD3单克隆抗体作用于T淋巴细胞可使T细胞表面integrin分子构型改变而使其与配体结合的亲和力增加。此外，淋巴细胞其它表面分子在与配体结合后可能通过相同或不同的机制影响粘附分子间相互结合的亲和力。可能具有上述作用的粘附分子有CD15、CD31和VLA-4。（1）抗CD15单克隆抗体与结合于LFA-1分子的CD15结合后，通过LFA-1分子构型的改变使其与ICAM-1粘附作用增强。血管内皮细胞表达的E-selectin分子可能模拟抗CD15单克隆抗体的作用，与CD15结合后导致淋巴细胞LEA-1与其配体ICAM-1粘附作用的激活。（2）抗CD31的单克隆抗体作用于CD8+T细胞可激活VLA-4/VCAM-1介导的粘附作用，淋巴细胞CD31分子与其血管内皮细胞配体的作用可能导致相同结果。（3）VLA-4与其配体VCAM-1结合对其自身的粘附具有正反馈调节作用。由于表达CD31的细胞多为天然T细胞，VLA-4的表达局限于部分T细胞，因此CD31和VLA-4对粘附作用的激活可能与不同的淋巴细胞群的定向归巢有关。

淋巴细胞的归巢是一个多种粘附分子参与并受各种因素调节的复杂过程，对于这一过程还缺乏系统的、确切的认识。随着免疫生物学和分子免疫学研究的进展，必将推动这一重要领域的深入研究，并为某些疾病的诊断、预防和治疗提供一条崭新的途径。

三、粘附分子参与免疫细胞的识别作用

免疫细胞的相互作用及杀伤细胞识别靶细胞的过程中，除了需要对特异性抗原的识别作用外，还需要粘附分子的相互作用。某些粘附分子的抗体可以阻断免疫细胞的相互作用及杀伤细胞对靶细胞的杀伤作用（图2-13）。辅助性T细胞与抗原提呈细胞的相互作用过程中，T细胞受体（TCR/CD3）识别抗原提呈细胞表面的特异性抗原与MHC分子的复合体，而CD4/MHC-Ⅱ类分子（非多态部分）、LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/CD80的相互作用则可以使两者紧密接触，提供了相互作用的重要条件，并参与T细胞的活化过程和细胞因子的分泌调节。杀伤性T细胞杀伤靶细胞（如病毒感染靶细胞）时，其CTL特异受体识别靶细胞抗原与MHC-Ⅰ类分子的复合物，CD8/MHC-Ⅰ类分子（非多态部分）、LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3的相互作用导致效一靶紧密接触，杀伤细胞的细胞毒介质得以有效地发挥作用。值得注意的是无论是免疫细胞的相互作用或效-靶细胞的相互作用，最终相互接触的细胞仍然要分开，显然细胞内存在着对粘附作用的负反馈调节机制，尽管这种调节机制目前还不完全清楚，但已知CD3分子的表达下调可以激活PLC，可能导致LFA-1分子的去磷酸化而使其失去活性，降低LFA-1分子介导的粘附作用。

图2-13　粘附分子与免疫细胞的识别作用

四、粘附分子参与细胞发育、分化、附着及移动

在胚胎发育过程中，不同类型的细胞按着既定的规律形成细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质的附着，有序地组合在一起构成不同的组织和器官。在这一过程中，粘附分子发挥着重要作用。

（一）粘附分子参与细胞间的附着

参与细胞与细胞间附着的粘附分子主要是Cadherin家族的粘附分子，以及属于免疫球蛋白超家族的粘附分子NCAM及CD31。已经发现，Cadherin分子是组织学上在细胞连接中起重要作用的粘着小带（zonula adherence)的重要跨膜万分。参与细胞与细胞间附着粘附分子的共同特点是以自身识别的方式相互作用，即相同的粘附分子之间的相互作用。如将转染了不同Cadherin cDNA的L细胞混合在一起后，表达相同Cadherin分子的L细胞可以重新聚集在一起。这种特殊的自身相互识别的作用方式保证了相同细胞的聚集。在胚胎发育过程中，细胞粘附分子的表达有规律的发生改变，支配不同细胞的有序组合形成组织和器官。当一群细胞失去其原来表达的Cadherin分子或获得表达一种新的Cadherin分子时，它可以离开原有的细胞群。而如果不同的细胞群的发育过程中的某一阶段表达某一种相同Cadherin分子，它们可以相互联系起来。如肺的间叶细胞表达N-Cadherin分子，而上皮细胞表达E-Cadherin和P-Cadherin分子，将肺组织胰酶消化后加入E-Cadherin cDNA转染的L细胞，则L细胞与上皮细胞聚集在一起。上述实验表明，Cadherin分子在胚胎发育、分化过程中可能起着重要的作用。

图2-14　介导活化CD4+细胞与活化B细胞相互作用的粘附分子

(二）粘附分子参与细胞与基质的附着

细胞与细胞间基质的附着是细胞生存与增殖所必需的，这种附着主要由integrinpe 家族的粘附分子来介导。除β2组外，integrin分子识别的配体大都是细胞外基质的成分，包括FN（fibronectin，纤粘连蛋白）、LM(lamnin,层粘连蛋白）、VN(Vitronecin，玻璃粘连蛋白）、CA(collagen,胶原蛋白）等。integrin分子广泛表达于各种组织细胞，而其配体广泛存在于细胞外基质中。细胞与基质的附着主要有以下两种情况：（1）间叶细胞，以成纤维细胞为代表，细胞的周围均与细胞外基质附着；（2）上皮细胞，细胞的周围部分与细胞外基质附着，而细胞侧面则是细胞之间的附着，在这种情况下细胞粘附分子的分布存在着极性，细胞癌变过程往往伴随着这种极性的丧失。

（三）粘附分子参与细胞的移动

在细胞发育、分化以及创伤修复过程中都需要细胞的移动，迄今为止对这一过程的确切机制还没有明确的认识，但可以肯定的是细胞粘附分子是这一过程的重要参与者，而且这些粘附分子的表达得到精细的调控。已经发现E-Cadherin、N-Cadherin、NCAM,CD31及FN和FN受体都与细胞移动有关。（1）在胚胎发育过程中，视神经轴突要沿着视束生长到达中脑顶盖建立突触联系，处于生长状态的轴突在神经表皮细胞表面移动，两者均表达N-Cadherin分子。如将胚胎的视网膜组织种植在单层不表达N-Cadherin的Neuro 2a细胞上，神经轴突不能生长；如果将Neuro 2a细胞转染N-Cadherin分子，则可以看到神经轴突的生长；抗N-Cadherin分子的抗体可以抑制轴突的生长。（2）FN及其受体的相互作用同样参与了胚胎发育中细胞的移动过程，含有RGD序列的多肽可以干扰胚胎发育中器官的发生。此外，FN及其受体还参与创伤修复过程中细胞的移动，FN可促进创面的愈合。（3）CD31则对细胞的移动具有抑制作用。

细胞粘附分子对细胞的移动具有促进与抑制两种作用，粘附分子在细胞表面分布的极性可能与其作用的差异有关。如CD31和E-Cadherin都分布在细胞的侧面与邻近细胞接触的部位，它们对细胞的移动具有抑制作用。

五、粘附分子与肿瘤

粘附分子与肿瘤的的关系主要包括对肿瘤浸润和转移的影响，对杀伤细胞杀伤肿瘤的影响，以及辅助肿瘤的诊断。

（一）粘附分子与肿瘤的浸润与转移

恶性肿瘤一个重要生物学特征是其对邻近正常组织的浸润及远处转移。目前已知肿瘤的浸润与转移与其粘附分子表达的改变有关。一方面肿瘤细胞某些粘附分子表达的减少可以使细胞间的附着减弱，肿瘤细胞脱离与周围细胞的附着，这是肿瘤浸润及转移的第一步；另一方面，肿瘤细胞表达的某些粘附分子使已入血的肿瘤细胞得以粘附血管内皮细胞，造成血行转移。

1.E-Cadherin与肿瘤浸润的关系　包括大肠癌、乳腺癌等在内的多种肿瘤细胞E-Cadherin分子表达明显减少或缺失，E-Cadherin分子表达水平降低与肿瘤细胞恶性程度显著相关。E-Cadherin分子在恶性程度低的乳腺癌细胞的表达水平明显高于恶性程度高的肿瘤细胞，而且其表达水平与腺小管形成成正比。体外实验更明确地证实了E-Cadherin分子与肿瘤浸润能力的关系。在培养状态下表达E-Cadherin分子的肿瘤细胞不侵入基附着的基质，但如加入抗E-Cadherin分子的抗体，则肿瘤细胞获得浸润能力；不表达E-Cadherin分子的肿瘤细胞在培养时表现浸润能力，但如将E-Cadherin分子的cD-NA转染肿瘤细胞使其表达E-Cadherin分子后，则肿瘤细胞丧失其浸润能力。

肿瘤细胞除粘附分子表达水平改变外，粘附分子在其表面的分布往往也有改变。E-Cadherin分子在正常的上皮组织中只分布于细胞相邻的侧面。而在某些上皮组织起源的肿瘤细胞E-Cadherin分子可以表达在细胞顶部。尽管某些肿瘤细胞可以表达一定水平的E-Cadherin分子，但分布的异常使其难以发挥细胞间附着的作用，这也可能与肿瘤的浸润与转移有关。

2.integrin家族与肿瘤浸润和转移的关系　integrin家族粘附分子在肿瘤细胞的表达水平也明显改变，既可表达数量减少或缺失，也可以表达升高，分布在极性亦可能不同于正常细胞。integrin分子在肿瘤细胞表达变化的不一致性可能与integrin分子的不同作用有关。同一种粘附分子可以在转移和附着两个不同的过程中发挥作用，因此integrin分子表达的增加或减少都可能与肿瘤细胞浸润及转移有关。

3.CD44和其它粘附分子对肿瘤转移的影响　与E-Cadherin分子对肿瘤浸润与转移的抑制作用相反，肿瘤细胞表达的某些粘附分子作为血管内皮细胞表面粘附分子、细胞外基质的相应受体可使已进入血流的肿瘤细胞粘附血管内皮细胞或基质，促进肿瘤细胞的转移。对肿瘤血行转移的研究多采用小鼠尾静脉注射黑素瘤细胞造成肺转移的模型，已知黑素瘤细胞表达的CD44分子、层粘连蛋白受体等都可以促进黑素瘤细胞有肺部形成转移灶，用相应粘附分子的抗体或可溶性配体则可减少黑素瘤的肺部形成转移灶。此外体内慢性炎症部位往往是肿瘤转移灶的好发部位，可能与炎症产物、细胞因子作用于局部血管内皮细胞促进其粘附分子表达而有利于肿瘤细胞的粘附有关。

不同的CD44分子在肿瘤浸润与转移过程中的作用可能是不同的，正常组织细胞或非转移的癌细胞主要表达CD44S，而具有转移能力的癌细胞主要表达CD44V。

（二）粘附分子对杀伤细胞杀伤肿瘤细胞的影响

杀伤细胞与肿瘤细胞的接触由两种细胞表面粘附分子的相互作用来介导，LFA-1/ICAM-1的相互作用具有重要地位。多种肿瘤细胞表达ICAM-1分子，肿瘤细胞ICAM-1分子的表达可能与肿瘤组织内淋巴细胞的浸润有关。细胞因子如IFN-γ、IFN-α、IL-4、TNF-α可促进某些肿瘤细胞ICAM-1分子的表达，从而增加其对杀伤细胞作用的敏感性。毛细胞白血病细胞不表达LFA-1和ICAM-1分子，使其对CTL的杀伤作用更为敏感。肿瘤患者血清中可溶性ICAM-1水平往往高于正常人，可能抑制NK对肿瘤细胞的杀伤作用。

（三）粘附分子与肿瘤的诊断

不同integrin分子在不同的组织、细胞有其特定的分布方式，虽然在肿瘤组织integrin分子的表达不同于正常组织，但仍在一定程度上保留了这种特定的分布方式，从而可以作为肿瘤分型诊断的参考依据。由于分化程度低的恶性肿瘤细胞在组织学上难以区分其组织来源，因此对其integrin分子表达的检测可以作为肿瘤诊断的一个有效的辅助手段。

正常的肝细胞表达VLA-α1和VLA-β1，而胆管上皮细胞表达VLA-α2、VLA-α3、VLA-α6和VLA-β4。肝癌包括肝细胞癌和胆管癌两种组织类型，分化良好的肝细胞癌和胆管癌表达integrin分子与其来源组织基本相似，但低分化的肝细胞癌可以表达VLA-α2、VLA-α3、VLA-α6。低分化的胆管癌细胞表达integrin分子的种类虽然与正常胆管相同，但表达数量明显减少。由于肝细胞癌不表达VLA-β4，而胆管癌细胞不表达VLA-α1，因此上述两种integrin分子可以作为区分两型肝癌的标志。

六、　粘附分子与凝血

凝血过程中血小板聚集的分子基础是血小板表面的粘附分子。在动脉和静脉中血小板聚集的机理有所差别，所涉及到的粘附分子也不尽相同。

（一）粘附分子与动脉凝血

动脉中形成的血栓主要由血小板组成，称为白血栓。动脉中血栓的形成过程包括最初血小板与血管壁损伤部位的接触、粘附及随后的活化、伸展和聚集。血小板与血管壁损伤部位的接触由血小板表面糖蛋白复合物GPIb-IX与管壁上的vWF因子（vonWillebrand facfor)的结合介导。GPIb-IX或vWF的遗传缺陷都可以导致病人凝血机能的障碍，在临床上分别被称为Bernard-Soulier综合征（Bernard-Soulier syndrome,BSs）和von Willebrand病（von Willebrand's disease,vWd)。

GPIb由一两条多肽链通过二硫键连接所组成，两条链分别称为GPIba（135kDa，CD42b)和GPIbβ（22kDa,CD42c),GPIb与另一个糖蛋白分子GPIX（23kDa，CD42a）按1：1的比例通过非共价键结合构成GPIb-IX复合物。GPIbα、GPIbβ和GPIX的共同特点是都含有不同数目的由24个氨a基酸构成的富含亮氨酸糖蛋白的重复序列段（leucine-rech glycoprotein,LRG)。BSs病人的血小板除缺乏GPIbα、GPIbβ、GPIX三种分子外，同时还缺乏另一条称为GPV的肽链。GPV同样含有LRG序列，其功能还不清楚。GPIb-IX复合物与vWF结合的部位在GPIbα链上，位于其N端的第7个LRG重复序列及近膜部分的富含碳水化合物区域之间（图2-15）。vWF可由血管内皮细胞和血小板合成，单体分子量为220kDa。血管内皮细胞可向其附着面分泌vWF，结合于基底膜的胶原纤维。

图2-15 GPIb-IX复合物的结构模式图

GPIb-IX与vWF结合的显著特点是切力依赖性（sheardependence)，即GPIb-IX与vWF的结合只有动脉中血液快速流动状态下才会发生，在静脉血液流动缓慢或静止时GPIb-IX与vWF并不结合，目前对于这种切力依赖性结合发生的机理仍不清楚。

GPIb-IX与vWF的结合导致血小板的活化，使血小板糖蛋白GPⅡb-Ⅲa（αⅡbβ3）的构型发生改变，得以与血浆中vWF、FB、FN等配体结合，构成后续血小板的结合部位，触发血小板的聚集过程。另一种血小板糖蛋白GPⅠaⅡa(α2β1）可能也参与此过程。

（二）粘附分子与静脉凝血

静脉血栓形成过程中血小板起着较为次要的作用，血栓主要含有红细胞和纤维蛋白，称为红血栓，此过程与GPIb-IX和vWF的相互作用无关。血小板与血管壁的粘附可能由GPIaⅡa(α2β1）、GPIcⅡa(α5β1)αvβ3、GPⅡbⅢa(αⅡbβ3）等粘附分子共同介导，上述粘附分子的作用是切力非依赖性的。

七、粘附分子与细胞内信号传导

细胞间或细胞－基质间粘附分子相互作用并不仅限于细胞的粘附和附着，对参与粘附细胞的活化、分化、生长和分泌等也有显着的影响，并有赖于粘附分子将胞外粘附分子相互作用的信号向细胞内的传导。粘附分子所传导的信号可能作为一种辅助因素，协同其它刺激因素的作用，如α3β1、α4β1、α5β1、α6β1和αLβ2与配体的作用可以协同TCR/CD3介导的淋巴细胞增殖和细胞因子产生，提示淋巴细胞与胞外基质的作用可能影响其活化状态。此外单核细胞及中性粒细胞表面integrin分子与配体的作用也参与诱导细胞产生炎症因子的过程。

(一）粘附分子与细胞内酪氨酸磷酸化

酪氨酸磷酸化是细胞内信号传导的一个重要途径，而integrin分子与某些细胞内的酪氨酸磷酸化发生有关。血小板活化过程伴随着广泛的细胞内蛋白酪氨酸磷酸化，integrin分子αⅡbβ3的表达是血小板内酪氨酸磷酸化过程发生的必要条件，αⅡbβ3不表达或其与配体的作用被阻断均可阻碍血小板内的酪氨酸磷酸化过程。但αⅡbβ3单独作用并不足以引起酪氨酸磷酸化，而只是作为其它刺激活化因素的必要辅助条件。对其它细胞进行的研究结果同样提示integrin分子参与细胞内酪氨酸磷酸化的过程，如使KB细胞（一种癌细胞系）表达的α3β1分子发生交联后可以发现细胞内一种分子量为115～130kDa的分子发生酪氨酸磷酸化；NIH3T3细胞粘附干纤粘蛋白分子或用抗integrin抗体刺激，可以导致细胞内一种蛋白发生酪氨磷酸化。

某些细胞（如成纤维细胞、内皮细胞）粘附于纤粘连蛋白后胞浆的pH值升高。胞浆中pH值升高是integin分子与配体作用后向细胞内传导信号的结果，与细胞的伸展和生长有关。

（二）粘附分子与细胞膜磷脂酰肌醇代谢

吞噬细胞表达的integrin分子与纤粘连蛋白或层粘连蛋白等配体作用后可以导致细胞吞噬作用的增强，近年来研究表明这一现象与integin分子结合配体后影响细胞膜磷脂酰肌醇代谢过程有关。

一种称之为白细胞应答整合素的integrin分子（leukocyte response integrin,LRI），与integrinβ3存在交叉反应，但不同于已知的任何一种integrin分子。LRI介导的吞噬增强作用可被蛋白激酶C抑制剂H7和Staruosporin所阻断，也可被百日咳毒素、钙离子螯合剂MAPTAM及结合磷脂酰肌醇的新霉素所抑制，因此推测LPI与配体的作用可能引起G-蛋白依赖的磷脂酶C的活化，导致细胞内PKC的活化和Ca²⁺浓度升高。此外还发现一种与LPI共沉淀的被称作整合素相关蛋白（integrin associated protein IAP）的5kDa分子，可能属于一种多次跨膜细胞表面分子家族。抗IAP的抗体可以抑制LRI介导的吞噬增强作用，推测IAP可能与LRI结合配体的亲和力有关或参与LPI的信号传导过程。

第四节　可溶性粘附分子

白细胞、血管内皮细胞或其它细胞表面的粘附分子可以被内吞进入细胞，也可以脱落下来，进入血液成为可溶性粘附分子（soluble adhesion molecules，sAM）。此外，某些粘附分子的mRNA存在着不同的剪接形式，其中有的mRNA翻译后的产物可能不表达在细胞表面，而是直接分泌进入血液，成为可溶性粘附分子的另一个重要来源。除血清外，某些可溶性粘附分子还可在脑脊液、肺胞灌洗液、尿、滑膜液及腹水中出现，反映了局部粘附分子的表达和代谢状况。在结构上，可溶性粘附分子一般缺少其对应膜结合粘附分子的穿膜和胞浆部分，其分子量也比相应膜结合粘附分子为小。由于可溶性粘附分子通常具有粘附分子的结合活性，因此可能作为机体调节细胞粘附作用的一个途径发挥作用。此外某些疾病状态下，粘附分子的表达或脱落增加，可致血清中可溶性粘附分子的水平显著升高，因此要检测可溶性粘附分子的水平可能成为监测某些疾病状态的指征。

很多粘附分子都有其对应的可溶性粘附分子存在，目前已发现的可溶性粘附分子有可溶性E-selectin、p-selectin、L-selectin、VCAM-1、ICAM-1、CD44和NCAM分子等，本节只就其中一部分要中溶性粘附分子加以介绍。

（一）可溶性L-selectin、（sL-selectin）

血清中的sL-selectin分子有62kDa和75～100kDa两种，分子量的不同是由糖基化程度的差异造成的，它们分别来自淋巴细胞和中性粒细胞，较其对应的L-selectin分子小3～5kDa。除血清中外，在脑脊液和尿中也发现有sL-selectin的存在。L-selectin分子mRNA尚未发现在不同的剪接形式，因此sL-selectin的来源主要是细胞表面L-selectin分子的脱落。体外致有丝分裂原、PMA活化的淋巴细胞或中性粒细胞受到L-8、LPS、fMLP、GM-CSF刺激后，都可释放sL-selectin分子，中性粒细胞上L-selectin可能是通过蛋白水解酶的作用使其脱落下来。sL-selectin分子具有结合活性，与膜结合L-selectin分子相比，sL-selectin分子与配体结合的亲和力烄低，可能sL-selectin分子的EGF样结构域构型改变有关。体外生理浓度下的sL-selectin分子对淋巴细胞与内皮细胞的粘附的抑制率约为15～20%，在败血症和HIV感染患者血清中，sL-selectin水平比正常人分别高2倍和3倍，反映了体内白细胞的活化。

（二）可溶性P-selectin（sP-selectin）

sP-selectin分子较P-selectin分子小3kDa，在血中以单体形式存在，而膜结合的P-selectin是以寡聚体存在。巨核细胞和血管内皮细胞内P-selectin分子的mRNA存在着不同的剪接形式，其中一种缺少胞浆区mRNA编码的蛋白质被分泌到血液中，是血浆中sP-selectin的主要来源。血红蛋白尿综合征（haemolytic uremicsyndrome)和血栓性血小板减少性紫癜病人血清中sP-selectin水平可显著升高。

（三）可溶性E-selectin(sE-selectin)

E-selectin分子在体内的分布非常局限，只表达在活化血管内皮细胞。体外细胞因子活化的培养内皮细胞上清中可以检测到sE-selectin分子，内皮细胞在IL-1、TNF-α和LT等细胞因子活化后，2～3小时即表达E-selectin，24小时内即从胞膜上量脱落下来，成为sE-selectin，因此血清中sE-selectin水平反映了体内血管内皮细胞的活化状态。E-selectin分子的mRNA尚未发现有不同的剪接形式，因此sE-selectin的来源是内皮细胞表面E-selectin分子的脱落。在肺间质疾病和过敏病人肺泡灌洗液中也可检出sE-selectin分子。sE-selectin分子具有结合活性，在体外可以抑制膜结合E-selectin分子介导的白细胞与内皮细胞粘附作用。体内生理状态下sE-selectin分子浓度虽未达到可以抑制白细胞与内皮细胞粘附作用的程度，但不能排除体内炎症局部sE-selectin分子达到高浓度的可能性。感染、肿瘤、糖尿病等多种疾病患者血液中sE-selectin水平高于正常人，其中以脓毒败血症病人最高，可达正常人23倍，并与疾病的严重程度和预后相关，sE-selectini水平持续升高的患者往往死亡率高。

（四）可溶性ICAM-1(sICAM-1)

血浆中的sICAM-1分子具有膜结合ICAM-1分子胞膜外区的大部分序列，可结合LFA-1分子。由于ICAM-1分子在体内广泛存在，sICAM-1的来源也相对较广泛，包括血管内皮细胞、某些肿瘤细胞等。在体外，黑素瘤细胞培养上清中sICAM-1水平明显升高，可抑制NK细胞的细胞毒效应，在体内sICAM-1水平升高与黑素瘤病情的发展及其它肿瘤的肝脏转移相平行。在神经系统炎症性疾病患者脑脊液、类风湿关节炎的滑膜积液、卵巢癌病人的腹水、间质性肺疾患病人肺泡灌洗液中都可检测到sICAM-1分子。目前尚未发现有可溶性ICAM-2和ICAM-3分子。

（五）可溶性VCAM-1（sVCAM-1）

关于sVCAM-1分子的报道较少，已知培养的活化内皮细胞可以释放sVCAM-1分子。sVCAM-1分子在80kDa和50kDa两种形式，其中80kDa分子的N端与膜结合VCAM-1是相同的。在脑脊液及滑膜液中也可有sVCAM-1分子存在。肿瘤与炎症患者血清中sVCAM-1可高于正常水平，在肾脏移植患者血清中sVCAM-1与肌酸酐小平变化趋势一致，全身性红斑狼疮病人血清中sVCAM-1与其病情活动程度相吻合。

表2-9 血浆中可溶性粘附分子水平及其与疾病的关系

目前对于血清中可溶性粘附分子的检测多采用ELISA试剂盒，表2-9列举了上述5种可溶性粘附分子在正常人血浆中浓度的变化范围及某些疾病状态下的变化。不同来源的试剂盒由采用抗体特异性和亲和力的差别、以及标准品不同，所得出的正常值范围有较大差异，因此有必要对这种检测手段加以标准化。值得注意的采用这种方法检测得到的浓度值未必能够准确反映可溶性粘附分子的实际水平，因为可溶性粘附分子除以游离状态存在外，还可以与细胞表面游离的配体结合，用常规的ELISA法无法检测结合状态的可溶性粘附分子。此外，对所测得的可溶性粘附分子水平应从粘附分子产生和清除两方面进行分析，产生的增加和清除的减少都可造成可溶性粘附分子血中水平的升高，是两个不同原因所导致的相同结果。

（刘峜 金伯泉）

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第三章　免疫球蛋白超家族

免疫球蛋白基因的研究近年来获得重大突破。日本学者利根川进（Tonegawa)因在免疫球蛋白基因结构研究有突出贡献而获得1987年诺贝尔医学和生理学奖。应用X结晶衍射分析、DNA序列分析和园双色等技术研究表明，许多细胞膜表面分子和机体某些蛋白分子多肽折叠方式与Lg相似，在氨基酸组成上与免疫球蛋白可变区（V区）或/和恒定区（C区）有较高的同源性，它们可能从同一祖先基因（primordial ancestral gene)进化而来。编码这些多肽链的基因称为免疫球蛋白基因超家族（immunoglobulin gene superfamily),这一基因超家族所编码的产物称为免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily,IGSF)。

Ig超家族中某些成员如FascilinNeuroglian和Amalgam等分子存在于昆虫中，这表明Ig超家族结构域的多样化（diversification)在后生动物（Metazoon)进化早期即开始发生，通过基因的复制（duplication)和随后发生的偏离（divergence)产生了具有不同功能的多功能域结构。

第一节　免疫球蛋白超家族的组成和特点

一、Ig超家族的组成

由于细胞表面标志、单克隆抗体以及基因工程技术的应用，发现越来越多的膜表面分子和蛋白分子属于Ig超家族，主要包括T细胞、B细胞识别抗原受体及其信号转导分子，免疫球蛋白重链和轻链，MHC抗原及相关分子，免疫球蛋白Fc段受体，某些细胞因子受体，与神经系统功能和粘附有关的分子，某些粘附分子和分化抗原等（表3-1）。

表3-1 免疫球蛋白超家族的组成（举例）

续表1

续表2

从表3-1中可以看出，不同组Ig结构域的类型和数目有以下特点：

（1）识别抗原和信号转导组中，Igμ、γ、δ、ε和α重链各含1个V区，3～4个C1区；Igκ、λ轻链各含1个V区和1个C1区；TCRα、β、γ和δ链各含1个V区和1个C1区；CD3γ、δ和ε链只含1个C2区（CD3ξ和η链结构与IGSF无同源性）。

（2）MHC抗原及相关分子只含1个C1区，Qa/TL或CD1与β2m组成异源二聚体与MHCⅠ类抗原结构相似，MHCⅠ类分子α1、α2结构域，MHCⅡ类分子α1、β1结构域具有多态性，但其结构不属于IGSF。

（3）免疫球蛋白Fc受体基因均定位于1号染色体，除polyIgR外，其余IgFc受体的Ig结构域为2～3个C2区。

（4）IL-6Rα链、gp130和G-CSFR的胞膜外结构除N端各含有1个C2样区外，靠近胞膜侧各有一个红细胞生成素受体超家族结构域，此外，还有2～4个纤粘连素结构域。

（5）与神经组织细胞粘附有关的粘附分子中绝大多数含有5个或6个C2区。

二、Ig超家族的特点

（一）Ig超家族的结构特点

Ig超家族成员均含有1～7个Ig样结构域，每个Ig样结构域约含70～110个氨基酸残基。其二级结构是两个各含3～5个反平行β折叠股所形成的β片层（anti-parallel β-pleated sheet)平面，每个反平行β折叠股由5～10个氨基酸残基组成，β片层内侧的疏水性氨基酸起到稳定Ig折叠的作用。大多类结构域内有一个垂直连接两个β片层的二硫键，组成二硫键的两个半胱氨酸之间约含55～75个氨基酸。少数Ig结构域如CD2、LFA-3第1个结构域，PDGFR第4个结构域，CD4第3个结构域等缺乏二硫键。肽链这种球形结构的折叠方式称为免疫球蛋白折叠（Ig fold)。

图3-1　人Igλ轻链多肽的折叠（示意图）

不同IGSF分子穿膜区结构差异较大，Thy-1缺乏胞浆部分，通过一个GPI锚连接在细胞膜上，而PDGFR胞浆区含有543个氨基酸残基，并具有酪氨酸激酶的结构。除CD4第一个结构域和N-CAM分子外，Ig超家族中的一个结构域通常由一个外显子所编码。有些Ig超家族成员的基因连锁在一起，如Thy-1，N-CAM，CD3γ、δ、ε链的基因在11q23。Ig Fc段受体FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ和FcεRⅠα链基因在1q23-q24。

根据IGSF结构域中Ig折叠方式、两个半胱氨酸之间氨基酸残基的数目以及IgV区或C区同源性的程度，IGSF结构域可分为V组、C1组和C2组。

图3-2　免疫球蛋白超家族V组、C1组和C2组（举例）

1.V组　V组结构域的两个半胱氨酸之间含有氨基酸数量较多，约65～75个氨基酸残基，2个β片层区共有9个反平行β折叠股，比C1、C2组多一对β折叠股。许多IGSF分子具有V组结构，如IgH链和L链V区，TCRα、β、γ、δ链V区，CD4V区，CD8α、β链V区，CD28、CTLA-4、CD7、Thy-1、pIgR和分泌型IgA中分泌成分N端四个结构域，CEaN端第一个结构域，M-CSFR、SCFR和PDGFR靠近胞膜的结构域等。

2.C1组　又称C组。C1组结构域中二个半胱氨酸之间约含50～60个氨基酸残基，有7个β折叠股，如IgH链和L链C区（γ、δ和α链的C_H1～C_H3或μ和ε链的C_H1～C_H4），TCRα、β、γ、δ链C区，MHCⅠ类分子重链α3结构域，β2m、MHCⅡ类分子α2和β2结构域，CD1、Qa 和TL分子靠近胞膜结构域等。

3.C2组　又称H组。C2组结构域的氨基酸排列类似V组，但形成二硫键的两个半胱氨酸之间所含氨基酸残基数约为50～60，有7个β折叠股，这种结构介于V组和C1组之间，如CD3γ、δ和ε链，CD2和LFA-3（CD58），pIgR靠近胞膜结构域，FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ、FcεRⅠα链、FcαR、ICAM-1，CEA第2至7个结构域，IL-6R、M-CSFR、G-CSFR、M-MAG、SCFR、PDGFR第1至4个结构域，与神经系统相关的分子N-CAM、N-CAM-L1、MAG、Po、F3、NILE、TAG1等以及CD22、CD48、α1-BgP分子等。某此IgH链中C_H2和C_H3可有8个β折叠，在这种情况下，其中一个β折叠股只有3个氨基酸残基。

在V、C1和C2三组中，有些Ig超家族成员之间的同源性要大于该组中平均的类似程度，如在V组中IgV、TCR-V、和CD8V结构域；C1组中IgC、TCR-C、MHC-C结构域；C2组中CD2和LFA-3，NCAM、NCAM-L1和MAG，PDGFR、M-CSFR和SCFR，这些同源性较高的成员它们的功能往往也很相似。

（二）Ig超家族的功能特点

Ig超家族的功能是以识别为基础，因此又称为识别球蛋白超家族（cognoglobulin superfamily)。Ig折叠形成一个紧密的球状结构，提供了与不同球状结构多肽或化学基团粘附的部位，使之获得不同的生物学功能。IGSF很可能最早起源于原始的具有粘附功能的基因，通过复制和突变衍生形成了识别抗原、细胞因子受体、IgFc段受体、细胞间粘附分子以及病毒受体等不同的结构域。IGSF识别的基本方式有以下几种。

1.IGSF和IGSF相互识别　IGSF分子相互识别中有嗜同种的相互作用和异嗜性相互作用两种形式。（1）嗜同种的相互作用（homophilic interaction)：如相同神经细胞粘附分子（NCAM）之间的相互识别，血小板内皮细胞粘附分子-1（PECAM-1，CD31）的相互识别。（2）异嗜性相互作用（heterophilic interaction)，如CD2与LFA-3，CD4与MHC Ⅱ类分子的单态部分（α2和β2），CD8与MHCⅠ类分子的单态部分（α3），PolyIgR与多聚Ig，FcγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ(CD32)、FcγRⅢ（CD16）与Ig Fc段，FcεRⅠ与IgE Fc段，FcαR（CD89）与IgA Fc段，CD28与B7/BB1（CD80）等之间的相互识别。

2.IGSF和integrin相互识别　如ICAM-1（CD54）、ICAM-2（CD102）、ICAM-3（CD50）与LFA-1（CD11a/CD18），VCAM-1（CD106）与VLA-4（CD49d/CD29)之间的相互作用。

3.IGSF和其它分子的相互识别　包括TCR识别MHCⅠ类或Ⅱ类分子与抗原复全物，细胞因子受体识别细胞因子等。

三、CD、粘附分子与Ig超家族的关系

免疫分子的命名根据不同的角度往往有不同的归类和命名，图3-3归纳了人白细胞分化抗原（CD）、粘附分子（AM）、免疫球蛋白超家族（IGSF）、细胞因子受体（CKR）、补体受体（CR）以及主要组织兼容性复合体抗原（MHC）等免疫分子命名的相互关系。

（1）A表示CD命名范围中的粘附分子，如CD49a/CD29、CD49b/CD29、CD49c/CD29、CD49d/CD29、CD49e/CD29、CD49f/CD29、CD51/CD29、CD11a/CD18、CD11b/CD18、CD11c/CD18、CD41/CD61、CD51/CD61、CD49f/CD104、CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106、CD62L、CD62P、CD62E、CD15、CD15s、CD44等。

（2）B表示CD命名范围中属IGSF结构的分子，如CD79a、CD79b、CD1、CD64、CD32、CD16、CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、CD2、CD4、CD7、CD8、CD19、CD28、CD31、CD48、CD50、CD54、CD58、CD66e、CD80、CDw90、CD96、CD102、CD106、CD56等。

（3）C表示粘附分子中属IGSF结构的分子，无CD编号，如MHCⅠ类和Ⅱ类分子。

（4）D表示CD命名范围中，具有粘附功能且属于IGSF结构的分子，如CD2、CD4、CD8、CD28、CD31、CD50、CD54、CD56、CD58、CD80、CD102、CD106等。

（5）有CD命名的CR有CR1（CD35）、CR2（CD21）、CR3（CD11b/CD18）、CR4（CD11c/CD18）和C5aR(CD88)，其中CR3和CR4属于粘附分子中整合素超家族成员。

（6）有CD编号的CKR有CD115～CDw130；属于IGSF结构的CKR有CD115、CD117、CDw121a、CDw121b、CD126、CDw130、G-CSFR、PDGFR和VEGFR等。

图3-3 免疫分子命名的相互关系

第二节　免疫球蛋白基因的结构和多样性

表3-2　免疫球蛋白基因定位

免疫球蛋白（Ig）的分子由IGK、IGL和IGH基因编码。IGK、IGL和IGH基因定位于不同的染色体（表3-2）。编码一条Ig多肽链的基因是由胚系中数个分隔开的DNA片段（基因片段）经重排而形成。1965年Dreyer和Bennet首先提出假说，认为Ig的V区和C区由分隔存在的基因所编码，在淋巴细胞发育过程中这两个基因发生易位而重排在一起。1976年Hozumi和Tonegawa应用DNA重组技术证实了这一假说。

一、　Ig重链基因的结构和重排

Ig重链基因是由V、D、J和C四种不同基因片段所组成。

（一）Ig重链可变区（V区）基因

重链可变区基因是由V、D、J三种基因片段经重排后所形成。

1.重链V区基因的组成　编码重链V区基因长约1000～2000kb，包括V、D、J三组基因片段。

（1）重链V基因片段：小鼠V_H基因片段数目为250～1000个。根据V_H基因片段核酸序列的相似性（>80%同源性），至少可分为11个家族（family).人V基因片段约为100个，至少可分为6个家族，每个家族含有2～60个成员不等。V基因片段由2个编码区（codingregions)组成：第一个编码区编码大部分信号序列；第二个编码区编码信号序列羧基端侧的4个氨基酸残基和可变区约98个氨基酸残基，包括互补决定区1和2（complementarity determining region 1和2，CDR1和CDR2）。

（2）重链D基因片段：D（diversity)是指多样性。D_H基因片段仅存在于重链基因中而不存在于轻链基因。D基因片段编码重链V区大部分CDR3。小鼠D_H共有12个片段，位于V_H和J_H基因片段之间，大部分D_H片段较为集中，约占60～80kb，但靠上游的D_H可能位于V_H区域内，最后一个D_H片段与J_H基因5'端相距约0.7kb。人类D_H片段可能有10～20个左右。

（3）重链的J基因片段：J（joining)指连接，是连接V和C基因片段。J_H编码约15～17个氨基酸残基，包括重链V区CDR3除D_H编码外的其余部分和第4骨架区。小鼠J_H基因片段有4个，与Cμ相距约6.5kb。人有9个J_H，其中6个是有功能的J_H基因片段。

V、D、J基因片段经重组连接在一起，组成2个外显子，一个外显子编码信号序列的大部分，另一个外显子编码信号序列的其余部分和重链可变区。

小鼠和人在胚系中Ig基因的结构见图3-4和图3-5。

2.重链可变区基因的移位　在重链基因重排开始时，二条染色体上都发生D基因片段移位到J基因片段而发生D-J基因连接。在此以后，只有其中一条染色体上的V基因片段与D-J基因片段连接。V_H基因片段5'端含有启动子（promoter)，J_H和C_μ基因片段之间的内含子中含有转录增强子（transcriptinalenhancer)。如果一条染色体V_H基因与D-J基因重排无效（non-productive），另一条染色体的V_H基因片段开始发生移位，与D-J基因片段连接。

某些与Ig基因片段重排有关的特殊序列称为识别序列（recognition sequences)，位于V基因片段的3'端与J基因片段的5'端之间以及D基因片段的两侧。V基因片段3'端、J基因片段5'端以及D基因片段的两侧也是DNA重排识别信号所在区域，这些识别信号包括三部分：（1）高度保守的回文结构的七聚体（palindromic heptamer);(2)较少保守、富含A/T的九聚体(nonamer);（3）七聚体和九聚体之间不保守的间隔序列（spacer sequence)，含有12±1碱基对或23±1碱基对。根据12/23碱基对间隔规则（或称1圈/2圈定律），两个基因片段的重组仅发生在两个基因片段之间：各有一个12个碱基对片段和一个23个碱基对片段的结构（图3-6）。

图3-4 小鼠Ig基因结构

注：（1）L：先导序列基因片段　V：可变区基因片段　D：D基因片段

J：J基因片段　C：恒定区基因片段　E：转录增强子

S：转换区　*：假基因

（2）内含子区域所标数字表示DNA长度（kb)。

（3）每个C_H基因用一个方框表示，实际上包括几个外显子，如C_μ含有6个外显子。

（4）λ基因增强子位于Cλ4和Cλ1基因片段的下游。

图3-5 人Ig基因结构

注：（1）L：先导序列基因片段　V：可变区基因片段　D：D基因片段

J：J基因片段　C：恒定区基因片　*：假基因

（2）内含子区域所标数字表示DNA长度（kb)

（3）每个C_H基因用一个方框表示，实际上包括几个外显子

参与V/（D）/J基因重组过程的酶称为V/（D）/J重组酶（recombinase),有关于执行识别、切割和重新连接基因片段重组酶的纯化和鉴定工作还刚开始。重组酶实际上包括重组过程中多种酶的活性。最近在前B细胞（pre-b cell)中已经鉴定出两种刺激Ig基因重排的基因，称为重组激活基因1（recombinationactivating gene 1,RAG-1）和重组激活基因2（RAG-2），其确切的作用机理还不太清楚。重组酶作用的特点是：（1）淋巴细胞特异性的，非淋巴样细胞如成纤维细胞无重组酶活性，这可能解释了Ig基因的重排仅见于B淋巴细胞。目前一般认为T细胞TCR基因重排中的重组酶与B细胞中重组酶相同或相似。（2）重组酶发挥其功能仅限于B细胞发育早期，未成熟B细胞如前B细胞（pre-b cell)细胞系重组酶活性很高，但抗体生成细胞或骨髓瘤细胞无明显重组酶活性，因此时B细胞已经分泌某一特异性抗体，不再发生重排其它的Ig基因，因此也不会改变原先所产生抗体的特异性。转换重组酶（switch recom-binase)可能与VDJ重组酶（VDJ recombinase)相似，但缺乏七聚体/九聚体（heptamer/nonamer）识别蛋白。重组酶功能异常可导致机体不能产生Ig和TCR，很可能与重症联合免疫缺陷(severe combinedimmunodeficiency,SCID)的发生有关。例如SCID小鼠16号染色体着丝点末端存在一个scid基因，为单基因常染色体遗传基因。scid基因纯合将影响DNA重组酶的识别功能，在TCR或BCR基因片段重排时不能识别正确的位点，使T细胞、B细胞在淋巴干细胞发育早期即夭折，导致重症联合免疫缺陷。

图3-6　参与Ig基因重排组酶识别的DNA序列

（二）Ig重链恒定区（C区）基因

1.重链C基因片段　重链恒定区基因由多个外显子组成，位于J基因片段的下游，至少相隔1.3kb。每1个外显子编码1个结构域（domain)，铰链区（hinge region)是由单独的外显子所编码，但α重链的铰链区是由C_H2外显子的5'端所编码。大多分泌的Ig重链羧基端片段或称尾端“tail piece”是由最后一个C_H外显子的3'端所编码，而δ链的“tailpiece”是由一个单独的外显子所编码。小鼠C_H基因约占2000kb，其外显子从5'端到3'排列的顺序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cγ2b-Cγ2a-Cε-Cα。人C_H基因外显子排列的顺序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cε2（pseudo基因）Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2。其中基因片段Cγ3-Cγ1-Cε2-Cα1和基因片段Cγ2-Cγ4-Cε1-Cα2可能是一个片段经过一次复制而得，为研究C_H基因的起源和进化提供有用的依据。

2.免疫球蛋白类型转换　1964年Nossal等发现B淋巴细胞存在着类型的转换。Ig类型转换（class switch)或称同种型转换（isotype switch)是指一个B淋巴细胞克隆在分化过程中V_H基因片段保持不变，而发生C_H基因节段的重排、比较C_H基因片段重排后基因编码的产物，V区相同而C区不同，即识别抗原特异性不变，而类或亚类发生改变。这种类型转换在无明显诱因下可自发产生。

局部微环境和细胞因子可影响和调节免疫球蛋白类型的转换，如在肠道派伊尔氏结的B细胞V基因片段优先转换到Cα1进行重排，因此主要合成和分泌IgA。在体外向经LPS刺激的小鼠B细胞中加入IL-4，可促进B细胞产生IgG1和IgE，抑制IgG2b产生；低浓度的IL-4主要诱导产生IgG1，高浓度IL-4主要诱导产生IgE。面IFN-γ则诱导小鼠B细胞合成IgG2a，抑制IgE的产生。TGF-β、IL-5和IL-6对IgA的产生具有促进作用（表3-3）。细胞因子调节B细胞Ig类别转换的机理可能是：（1）刺激某些细胞的克隆选择性的增殖，使分泌某特定类、亚类抗体的克隆细胞增加，如IL-5、IL-6促进IgA。产生除通过同种型转换进行调节外，还可选择性促进IgA定向细胞分化增殖为IgA分泌细胞。（2）通过诱导特定位置上两个转换区的重组，诱导B细胞由分泌IgM向某一同种型Ig转换。如高浓度IL-4促进LPS诱导小鼠B细胞产生IgE，主要是使Cε转换区与重组酶的接近（accessibility),通过同种型转换促进IgE的产生。

表3-3　细胞因子对LPS诱导的Ig类和

亚类转换的调节作用（占总Ig%）

注：（1）纯化的小鼠IgM+IgD+B细胞体外培养时，加入不同的细胞因子和LPS，然后检　LPS，然后检测不同类或亚类免疫球蛋白的百分比。

（2）由于未检测所有类和亚类Ig，所以每组Ig总百分比不到或接近100%。

Ig类型转换可能通过以下两种机理。

（1）缺失模型（deletion model):又称linear orderly deletiom ofH chain genes。以小鼠C_H基因为例，如Cμ和Cδ基因片段被缺失，那么先前重排的VDJ就会按照顺序与下一个C_H基因即Cγ3发生重排，经转录和翻译后，编码γ3重链；如缺失所有的γ链亚类基因，依次会产生ε链。上述模型在被刺激后小鼠B细胞在体外培养中产生Ig类别的顺序得到证实，即先产生IgM，然后依次产生IgG3和IgG1等。但这个模型不能解释免疫动物或抗原刺激B细胞培养中单个B细胞可同时表达几种不同类或亚类的重链。

（2）RNA的不同剪接：除DNA水平的Ig类型转换形成外，RNA水平的不同剪接（alternative RNA splicing）也可产生不同的Ig类型。 Cμ和Cδ基因片段之间无S区，IgM和IgD共表达的B细胞系DNA分析表明，Cμ和Cδ基因片段没有发生重排，相同的V_H出现在μ或δ链的mRNA上，表明它们可能有一个共同的mRNA前体，通过不同的或差异剪接（differential splicing)分别形成μ链和δ链mRNA。初级RNA转录本（primary RNa transcript)是由VDJ复合体连接Cμ和Cδ基因片段经转录后形成。如果在剪接过程中切除初级RNA转录本中的Cδ部分，经加工后形成μmRNA；如去除初级RNA转录本中的Cμ部分，则加工后形成δmRNA。这两种mRNA分别被翻译，使单个B细胞同时产生μ和δ链，同时表达IgM和IgD。同样的机理可从一条长的primary RNA转录本中加工为 μmRNA和εmRNA（或其它重链mRNA），同时表达IgM、IgE或其它类Ig。

图3-7　Ig类型转换缺失模型

（三）膜表面Ig重链基因

膜表面Ig（mIg)重链基因的外显子结构与分泌性Ig重链的基因外显子结构基本相同，但在基因组的3'端有所不同。作为识别抗原受体的mIg，其重链羧基端有一段疏水性氨基酸插入到胞膜双层脂质中，mIg重链的转录本要比分泌性重链转录本多1～2个外显子，与分泌性重链基因最后一个外显子至少相隔1.4kb,这1～2个外显子编码重链的羧基端部分，这部分氨基酸残基的数目视重链不同而有所差异，如鼠或人mIgμ链的这一部分约为41个氨基酸残基，而鼠mIgε链这部分却有72个氨基酸残基。这个区域可分为三个部分：（1）一个酸性间隔子，靠氨基端侧，与最后一个C_H结构域相连，位于细胞膜外侧；（2）跨膜部分，由26个不带电荷的疏水氨基酸形成一个α螺旋，穿过胞膜的脂质双层；（3）胞浆内羧基端部分，3～28个氨基酸残基不等，可能与信号传递有关。

图3-8　RNA的差异拼接与IgM和IgD共同表达在一个B细胞上

分泌形式的μ、α和δ重链最后一个结构域后有一段额外延长的由带电荷氨基酸组成的序列，称为尾片（tail pieces)，约含20个氨基酸，在IgM和IgA分子中，单体Ig尾片通过二硫键相互连接或与J链形成二聚体或多聚体。分泌形式μ链的mRNA含有V、D、J、C_μ1、C_μ2、C_μ3、C_μ4和C_μ43'端一个小的外显子转录区。

Ig重链基因除L、V、D、J和C基因片段外，在内含子中还有一些与mRNA转录和免疫球蛋白类的转换有关的结构。

（1）插入顺序（intervening sepuence,IS)：有IS1、IS2、IS3……等。

（2）转换区序列：即S区（switch region)。除Cδ外，各个恒定区基因片段上游都有一个同源重复序列的S区，约占2～10kb，分别命名为Sμ、Sγ、Sα和Sε等，与Ig类和亚类的转换有关。S区含有众多串联的高度保守的DNA重复序列，每个重复序列可长到52bp，其确切的功能还不清楚。如Sμ的结构为[（GAGCT）nGGGGT]m，n一般为2～5，但有时可达17，m可达150。目前关于H链转换区的研究主要以小鼠为模型，如4个Sγ是由49bp长的基序的重复序列所组成。Sα至少由长为80pb的15个重复序列，Sε的重复序列长为60bp。在小鼠，B淋巴细胞经T细胞非依赖性活化后常发生Sμ/Sγ3和Sμ/Sγ2b的重组，因此在无T细胞存在条件下，LPS活化小鼠B细胞成为淋巴母细胞，主要转换Ig的亚类为IgG3和IgG2b。

（3）启动子：靠近每个V基因转录位点的上游，含有TATA盒，控制RNA多聚酶Ⅱ作用下的转录过程。大多数Ig的启动子含有许多DNA序列，包括一个保守的8个核苷酸序列，可能是核DNA结合蛋白（nuclear DNA-binding proteins)结合部位，在转录过程中起着重要作用。由于核DNA结合蛋白是由其它基因所编码，因此这种作用方式被称为反式作用（transacting).

图3-9　膜表面和分泌的Igμ基因及μ链羧基端结构的比较

注：（a）初级RNA转录本通过不同的剪接加工，分别形成分泌型μmRNA和膜型μmRNA。

（b）苏氨酸（T）为Cμ4第556位氨基酸。膜表面μ重链的556氨基酸后还有41个氨基酸，其中富含带负电氨基酸胞膜外区12个氨基酸，26个疏水性氨基酸组成的穿膜区以及胞浆区3个氨基酸；分泌型μ重链在556位氨基酸后有20个氨基酸组成的尾片，C末端倒数第二个为半胱氨酸。

（4）增强子（E）：在人和小鼠和重链和κ轻链中发现有增强子，其核苷酸序列为TGGTAAG。在H链基因中，增强子位于J_H3'端侧。当H链VDJ或κ链VJ重排后，V基因上游的启动子靠近增强子，使V（D）JC基因重排后开始更为有效的转录。增强子作用方式与启动子不同，呈方向非依赖方式（orientation-independent manner),即增强子可作用于被转录基因的上游或下游。此外，增强子的作用是细胞特异性。

已重排Ig基因的转录起始于TATA盒下游约20核苷酸处，转录至C基因后，产生初级RNA（primary RNA)转录本，在3'端切断后进行多聚腺苷酸化（polyadenylation),剪接掉不编码的内容含子，如J区与C区之间的不编码序列是在RNA水平上被剪接掉。

图3-10 小鼠μ链的基因重排顺序、转录和合成

（四）重链基因重排、转录和多肽链的合成。

以μ链基因的重排顺序、转录和μ链合成为例，见图3-10。

二、Ig轻链基因的结构和重排

在Ig重链基因重排后，轻链的可变区基因片段随之发生重排，V与J基因片段并列在一起。κ轻链基因先发生重排，如果κ基因重排无效，随即发生λ基因的重排。

（一）κ链基因的结构和重排

在小鼠，Vκ基因片段约有250个，间隔距离平均为10～12kb；Jκ有5个，其中4个有功能：Cκ只有1个。在人类，Vκ基因片段约有85～100个，编码V区氨基端的1～95位氨基酸，包括CDR1、CDR2和部分CDR3。根据DNA相似性程度，Vκ可分为16个组。在胚系DNA水平上，Vκ基因片段分散约占2000kb之长，占人2号染色体长度的百分之一左右。Jκ基因片段有5个，编码第96～108氨基酸。Jκ与最后一个Vκ基因片段的3′端相距为23kb，但与Cκ外显子靠得较近。Cκ也只有1个，编码C区（109～214氨基酸），所有κ轻链具有同一结构的C区。人和鼠Cκ距最后一个Jκ基因片段约2.5kb。Vκ与Cκ之间以随机的方式发生重组连接。人κ轻链V基因的排列多样性约为100Vκ×5Jκ=500。

（二）λ链基因的结构和重排

小鼠Igλ轻链基因结构见表3-4。在大多数近交系小鼠中，有4个J_λ和4个C_λ，根据其在胚系DNA上的分布位置可分为两组（cluster):J_λ2C_λ2J_λ4C_λ4(C2-C4组)和J_λ3C_λ3J_λ1C_λ1（C3-C1组），每组基因片段长约为5kb。

表3-4　λ链基因结构和编码的氨基酸

λ基因组中共含有V_λ1、V_λ2和V_λx3个V_λ基因片段，V_λ2与“C2-C4组”（J_λ2C_λ2J_λ4C_λ4）的5′端相距73kb；V_λ1与“C3-C1组”（J_λ3C_λ3J_λ1C_λ1）相距19kb；V_λX与V_λ23′端相距19kb；V_λ重因片段与J_λ、C_λ基因片段的连接并不完全随机，V_λ1与J_λ3或J1重排，组成V_λ1J_λ3C_λ3基因或V_λ1J_λ1C_λ1基因，而V_λ2似乎只与J_λ2重排组成V_λ2J_λ2C_λ2基因，偶尔可见V_λ2与J_λ3或J_λ1重排，分别组成V_λ2J_λ3C_λ3基因和V_λ2J_λ1C_λ1基因。J_λ4、C_λ4不具备功能。目前尚未发现V_λ1与J_λ2重排。V_λX只发现与J_λ2重排。

在人类，λ基因位于第22号染色体，V_λ约有100个，不同亚型含C_λ数量在6～9个之间，每个C_λ与各自的J_λ基因片段相邻。λ轻链的转录过程是某一个V_λ基因片段与某一个J_λ片段连接成V_λ/J_λ外显子，然后与邻近C_λ基因片段重组转录为初级mRNA，再通过mRNA的剪接、翻译及修饰，成为成熟的λ轻链。

图3-11　小鼠κ轻链基因重排顺序、转录和合成

三、免疫球蛋白基因表达的调节

（一）核因子对Ig基因转录的调节作用

Ig基因转录活性是由两个顺式作用组件（cis-acting elements)即启动子（promoter,P）和增强子（enhancer,E)来调节。而启动子和增强子的功能又由反式作用的核因子（trans-acting nuclear factor)所控制。这些核因子也称为DNA结合蛋白（DNA-binding proteins,DBP)，结合到启动子或增强子内特异的核苷酸序列，从而抑制或刺激启动子和增强子的活性。许多种类细胞受到某些刺激后可诱导或活化特定的DBP。

1.ATGCAAAT序列及其核因子　Ig重链启动子含有8个保守的核苷酸序列ATGCAAAT，这个序列也存在于κ轻链的启动子、重链增强子以及许多非Ig的启动子中。B细胞Ig基因的转录依赖于启动子中这一完整的ATGCAAAT序列的存在。哺乳动物细胞中至少存在三种特异性结合ATGCAAAT的蛋白质，即Oct1、Oct2(OTF2A)和OTF2B。Oct1又称OTF1(octamer transcription factor 1),广泛存在于哺乳动物的细胞中；OTF2A和OTF2B为淋巴细胞特异性，活化Ig基因的转录。

2.GGGACTTTCC序列和NF-κB　小鼠κ链增强子含有GGGACTTTCC10bp 的序列，是一种称之为NF-κB(nuclearfactor of kappa B)DNA结合蛋白结合的靶序列。

（1）NF-κB结合靶序列的分布：NF-κB结合的DNA序列也存在于许多其它淋巴细胞、非淋巴细胞、病毒基因增强子和启动子以及HIV-1的长未端重复序列中，如某些MHCⅠ类基因，IL-2Rα链,TCRβ链,IL-2、IL-3、IL-6、IFN-α、IFN-β、IFN调节因子、GM-CSF、SV40基因等。在不转录κ基因的前B细胞（pre-b cell)系中无NF-κB活性，这些细胞用LPS处理后可诱导出有功能的NF-κB，随之也刺激κ链基因的转录。

（2）NF-κB结构及作用特点：NF-κB是一个异源四聚体复合物，包含两个与DNA结合的50kDa多肽和两个不与DNA直接结合的65kDa多肽链NF-κB解离常数在10^-12～10^-13M之间，这种高亲和力是它发挥功能所必需的。在大多数细胞系中由于抑制因子IκB与p65的偶联作用，使整个NF-κB分子以无活性的形式存在于细胞质内。IκB由于磷酸化（如PKC作用）或其它的修饰作用丧失功能，从NF-κB/IκB复合物上解离下来，洲离的NF-κB随即进入细胞核，结合靶基因的特定序列，从而激活这一基因的转录反应。如抗原结合到B细胞mIg后刺激B细胞内PKC活化。LPS也可活化PKC。NF-κB在有效合成κ链的骨髓瘤细胞中是无活性或是缺乏的，提示NF-κB和κ链基因的增强子在B细胞分化早期对于起始κ基因转录是需要的，但对于分化后期维持转录过程中并不是必需的。

图3-12　免疫球蛋白基因转录的调节

注：VDJ重排使启动子（P）靠近位于Jκ和Cκ之间的增强子，增加了已重排V2基因的转录水平，DNA结合蛋白NF-κB结合到增强子内靶序列，Oct1、Oct2可结合到启动子上。

（二）等位基因排斥现象

免疫球蛋白基因表达中一个重要的发现是等位基因排斥现象（allelic exclusion)。编码人Ig重链基因位于第14对染色体上，在B细胞发育过程中，这一对同源染色体中仅有一条染色体Ig基因得到表达。例如一个人B细胞内来自母本的染色体上的Ig重链基因得到表达，则来自父本的第14号染色体的Ig重链基因受到抑制而不表达。这可能是通过已发生有效重排的染色体产生反馈抑制（feedbackinhibition)信号抑制另一条同源染色体上的Ig重链基因发生重排。一条染色体上Ig重链基因的有效重排，一方面抑制了另一条同源染色体重链基因的重排，另一方面可发出信号使第2号染色体上Igκ轻链基因发生重排，如果一对同源染色体上的κ轻链基因重排均无效，才发生22号染色体λ轻链基因重排，这种现象称为轻链同种型排斥现象（light chain isotype exclusion)。

四、免疫球蛋白的多样性

机体对外界环境中众多抗原刺激可产生相应的特异性抗体，有人推算抗体的多样性在10⁷以上，这种抗体多样性主要是由遗传控制的。引起免疫球蛋白多样性的原因主要有以下几个方面。

1.胚系中众多的V、D、J基因片段　胚系（germ line)中未重排的（unrearranged) DNA有众多的V基因片段以及一定数量的D、J基因片段。以小鼠为例。V_H、D_H和J_H基因片段分别为1000、12和4，单独重链重组的多样性可达4.8×10⁴左右；Vκ和Jκ分别约为250和4，κ轻链V-J重排的多样性为1.0×10³。经重链与κ轻链随机配对后推算的多样性为（4.8×10⁴）×（1.0×10³）=4.8×10⁷。

表3-5　小鼠Ig胚系基因片段和重链、κ轻链配对的多样性

注：多样性数目不包括VDJ连接多样性、N区插入和体细胞突变所增加的多样性数目。

2.VDJ连接的多样性　轻链基因重排过程中，V_J连接点以及重链基因重排过程中D-J以及V-D-J连接点有一定的变异范围。例如轻链V_L因片段3′端5个核苷酸CCTCC和J_L基因片段5′端4个核苷酸GTGG连接时，9个核苷酸中只有6个核苷酸编码轻链第95、96位氨基酸，可产生8种不同的连接方式（图3-13）。

3.体细胞突变（somatic mutation)　体细胞在发育过程中可发生基因的突变。以长期体外培养的B细胞前体为例，每个细胞每个碱基对的突变率为1～3×10^-5，这种类型突变主要发生在V基因。体细胞突变扩展了原有胚系众多基因片段的多样性。

4.N区的插入（insert of N region)　在Ig重链基因片段重排过程中，有时可通过无模板指导的机理（non-temple directed mechanism)在重组后D基因片段的两侧即V_H-D_H或D_H-J_H连接处插入称之为N区的几个核苷酸。N区不是由胚系基因所编码。在N区插入前，先通过外切酶切除V_H-D_H或D_H-J_H连接处的儿个碱基对，然后通过末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT）连接上N区。由于额外插入了N区，可发生移码突变（frameshift mutation),使插入部位以及下游密码子发生改变，从而编码不同的氨基酸，增加了抗体的多样性。

图3-13　轻链基因V-J连接多样性举例

图3-14　N区插入D-J连的接处（示意图）

5.轻链重链相互随机配对　如表3-5所示，小鼠重链与κ轻链随机配对后推算的多样性可达4.8×10⁷，如果再加上重链与λ轻链的随机配对其多样性就更多了。

第三节　T细胞受体基因

编码T细胞受体（T cell receptor,TCR)α、β、γ和δ链的基因定位于不同的染色体（表3-6）。人和小鼠δ基因都位于α基因的复合体中，均位于14号染色体；人TCRβ和γ链基因分别位于第7对染色体的长臂和短臂，小鼠β和γ链基因则分别位于第6和13号染色体。

表3-6　TCR多肽链基因定位

一、TCR基因的结构

TCR基因的结构和重排与Ig基因有许多相似之处。在胚系中，编码TCR多肽链的DNA是由几个分隔开的DNA片段组成，在胸腺细胞中重排后，形成编码一条完整多肽的基因。TCR多肽链可变区基因是由2～4个基因片段通过重排连接在一起。V基因片段编码信号序列和可变区氨基端95～100个氨基酸残基；J基因片段编码可变区羧基端13～23个氨基酸残基。TCRβ、δ链V区基因除V、J基因片段外，还有1～2个D基因片段，编码V与J之间数个氨基酸残基。TCR不同多肽链可变区基因的重排可有V-J、V-D-J或V-D-D-J等几种方式。TCR多肽链C基因片段通常由3～4个外显子所组成，位于J基因片段的下游。与IgC基因片段不同，TCrC基因片段是由数个外显子编码一个结构域，如β链的连接肽（connectingpeptide)是由3个分隔的外显子所编码。

（一）TCRα链基因

TCRα链基因与TCRβ链和Ig基因结构有很大差别。小鼠α链V基因约100个，至少可分为12个家族。人Vα大约在100个左右，长约数百个kb。TCRα基因没有Dα基因片段。人和小鼠α链基因都含有J基因片段（Jα），小鼠约有60个，相互间隔至少500bp。VαJα连接具有多样性。TCRα链基因只有1个Cα基因片段，含有4个外显子。在TCRα链基因座中有TCRδ链基因。TCRα链基因重组信号中长的间隔序列（23bp)3′端靠近Vα，短的间隔序列（12bp)的5′端靠近Jα，这种重组信号的排列方式类似Ig轻链V区的基因，允许Vα基因直接与Jα基因重排，而不需要V_D基因片段。

（二）TCRβ链基因

小鼠胚系中未重排的β链基因结构已经搞清，长约数百kb。Vβ基因数目约30个，大多数Vβ基因片段位于Cβ1的上游，至少有1个Vβ（Vβ14）在Cβ2基因3′下游10kb处，与转录的方向相反。人Vβ基因片段约有100个。小鼠和人都有2个Dβ基因片段，12～14bp长，分别位于Jβ1和Jβ2基因片段组上游约500～600bp处。小鼠和人都有2组（cluster)Jβ基因片段，称为Jβ1和Jβ2，与相应的Cβ1和Cβ2基因片段间隔2～3kb。小鼠Jβ1和Jβ2各含7个Jβ基因片段，其中6个有功能，Jβ基因片段相互间隔36～421bp。人Jβ1和Jβ2各含7个有功能的Jβ基因片段。人和鼠TCRβ基因都有2个基本相同的Cβ基因片段，各含4个外显子。Cβ1和Cβ2高度同源，2个Cβ基因片段的编码产物中只有4个氨基酸残基（小鼠）或5个氨基酸（人）不同。

TCRα和β链V基因编码区域包括了相当于Ig的CDR1和CDR2，主要是识别MHC分子和抗原的复合物。CDR3主要是由于V-D-J或V-D-D-J连接的多样性（junctionaldiversity)和广泛分布的N核苷酸插入（Nnucleotide insertion)所造成，其有高度的多样性，可识别众多种类的抗原。

图3-15　小鼠TCR基因的结构

（三）TCRγ链基因

Vγ基因片段数较少，在Balb/c小鼠Vγ基因片段有7个，分为5个家族，其中4个家族各只含1个Vγ，另一家族有3个Vγ。人Vγ有14个，其中8个是有功能的。人和小鼠TCRγ链基因均不含D基因片段。在小鼠，有4个Jγ基因片段，基中Jγ1、Jγ3和Jγ4分别位于3个Cγ基因片段的上游，Jγ3为假基因。在人类共有5个Jγ基因片段，可分为Jγ1和Jγ2两组，其中Jγ1的3个片段位于Cγ1上游，Jγ2的2个片段位于Cγ2基因片段的上游。不鼠有4个Cγ基因片段，其中Cγ3是假基因。人有2个Cγ基因片段，相距约10kb，其中1个Cγ有3个外显子，另一个Cγ含有4个或5个外显子。编码γ链连接肽部分的两个Cγ基因外显子组成存在着差异，有一个Cγ基因片段不编码半胱氨酸，因此造成了TCRγ链在分子量、N-连接糖基化的形式以及是否与TCRδ链之间形成二硫键有所不同。

图3-16　人TCR基因的结构

（四）TCRδ链基因

人和小鼠TCr δ链基因结构十分相似，均位于α链基因座内。在Balb/c小鼠，Vδ基因片段数约为8个。在小鼠δ链基因中有2个Dδ、2个Jδ和1个Cδ基因。在胸腺细胞分化过程中，δ链先于α链表达。Vα与Jα重排可导致δ基因复合物中D、J和C基因片段的缺失。在人δ链基因中有8个Vδ基因片段，2个Dδ、3个Jδ和1个Cδ。某些Vδ基因片段是与TCRα链Vα基因共用的。

TCRδ链基因连接信号的排列方式是：每个Vδ基因片段的3′端紧靠着“七聚体-长间隔序列-九聚体”（7-23-9）结构；Dδ基因片段5′端是“九聚体-短间隔序列-七聚体（9-12-7）结构，3′端是“7-23-9”结构；2个Jδ基因片段的5′端是“9-12-7”结构。这种TCRδ链基因重组信号排列的方式使得V、D、J链接可有以下几种不同方式：（1）V-D-J连接，在小鼠胚胎TCRγδ胸腺细胞最常见到Vδ-Dδ2-Jδ的连接，人胚胎胸腺细胞最常见到Vδ-Dδ3-Jδ；（2）V-J的直接连接；（3）大多数成年小鼠TCRγδ胸腺细胞以Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ连接，人妊娠后期胎儿TCRγδ胸腺细胞也存在着Vδ-Dδ1-Dδ2-Jδ的排列方式。Vδ基因位于Vα基因之中，同一个V基因片段可用作Vδ或Vα，如果V基因片段是用作Vδ，多发生V-D（-D）-J重排。

小鼠TCRγδ T细胞γ和δ链配对的，Vδ1几乎总是和Vγ5或Vγ6配对。小鼠TCRγδ阳性树突状表皮细胞（DEC）几乎都是Vγ5与Vδ1配对。在人Vδ2几乎总是与Vγ9配对。

图3-17　小鼠TCRβ基因重排顺序、转录和合成

二、TCR基因的重排

T细胞在胸腺中发育成熟过程中，TCR基因按照一定的顺序发生重排。TCR基因的重排顺序和表达与免疫球蛋白基因的重排和表达十分相似。在基因组中的识别序列包括了一个保守的七聚体和九聚体，七聚体与九聚体之间含有一个不保守的12碱基对或23碱基对间隔序列（spacer sequence)。

TCRβ链基因座的重排要先于α链。首先是一个Dβ片段与一个Jβ片段连接，然后D-J与一个Vβ片段相连，完成了VDJ基因的重组。TCRβ链初级的RNA转录本在重组的VDJ和C基因之间含有内含子。VDJ与Cβ1或Cβ2的重排是随机的，目前尚未发现Cβ类似Ig重链类别转换那样从一个Cβ基因转换到另一个Cβ基因上。在小鼠Cβ2基因的3′端推测有一个增强子。

TCRβ链基因的功能性重排和表达，诱导了TCRα基因的重排。α链基因的重排与β链相似，由于α链基因不存在D片段，故α链基因只有V-J的连接。小鼠Vα转录起始点的5′端有一个启动子，Cα基因的3′端也有一个增强子。此外，靠近α链增强子处有“静息顺序”（silencersequences），这些顺序可抑制非T细胞或者是TCRγδT细胞中α链的转录。由于α链只有一个Cα基因，因此一旦初始的转录本形成后，经过RNA加工只能产生一种完整的α链mRNA。

如同Ig基因的重排和表达，TCRα和β链基因的重排和表达也有等位基因排斥现象（al-lelicexclusion),如果在一条染色体上TCR基因的重排是有效的，那末就可以抑制另一条染色体相应等位基因座的重排。当一条染色体上α链或β链基因座的重排、转录或翻译无效时，则另一条染色体上相应α或β链相应的等位基因座开始发生重排。如果两条染色体上TCRα或β链基因重排都无效，则未成熟的T细胞死亡。

三、T细胞库的多样性

推测T细胞库（T cell repertoire)中多样性在10¹⁰以上，其多样性的原因与Ig相似，主要有以下几方面。

1.胚系中有众多的V、D和J基因片段　尽管TCRα和β基因中V基因片段数比Ig基因少，但J基因片段明显比Ig基因为多，如小鼠中约50～100个Jα和至少12个Jβ基因片段，而IgH和κ链基因座中J基因片段各只有4个。

2.连接处连接的多样性　与IgVDJ连接的多样性相似。

3.N区的插入　N区插入在Ig基因重排中只发生在重链基因，而TCRα和β链基因均可发生N区的插入。此外，在TCRα和β链基因中都发现一种称之为“易变性”（flexibility)的现象，如有一个以上Vα基因3′端可以连接到Jα片段。

4.TCRα与β链的随机配对　人TCRαβ库多样性可推算为：α链（Vα（100）×Jα（100））×β链（Vβ（100）×Dβ（2）×Jβ（14））=2.8×10⁷，这种多样性尚未包括N区插入所扩展的多样性。

（金伯泉）

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第四章　细胞因子及其受体

细胞因子（cytokine)是指主要由免疫细胞分泌的、能调节细胞功能的小分子多肽。在免疫应答过程中，细胞因子对于细胞间相互作用、细胞的生长和分化有重要调节作用。80年代以来，由于基因工程、细胞工程研究的飞速发展，不仅克隆了早先发现的生物活性肽的cDNA，而且发现了许多新的细胞因子，并对各种细胞因子产生来源、分了子结构和基因、相应的受体、生物学功能以及与临床的关系等进行了大量的研究，成为当今基础免疫学和临床免疫学研究中一个活跃的领域。

第一节　细胞因子的概念和作用特点

一、细胞因子的命名

细胞因子是多种细胞所分泌的能调节细胞生长分化、调节免疫功能、参与炎症发生和创伤愈合等小分子多肽的统称。免疫球蛋白、补体不包括在细胞因子之列。

（一）根据产生细胞因子的细胞种类不同分类

1.淋巴因子（lymphokine)　于60年代开始命名，主要由淋巴细胞产生，包括T淋巴细胞、B淋巴细胞和NK细胞等。重要的淋巴因子有IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10、IL-12、IL-13、IL-14、IFN-γ、TNF-β、GM-CSF和神经白细胞素等。

2.单核因子（monokine）　主要由单核细胞或巨噬细胞产生，如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、G-CSF和M-CSF等。

3.非淋巴细胞、非单核-巨噬细胞产生的细胞因子　主要由骨髓和胸腺中的基质细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等细胞产生，如EPO、IL-7、IL-11、SCF、内皮细胞源性IL-8和IFN-β等。

（二）根据细胞因子主要的功能不同分类

1.白细胞介素（interleukin,IL)　1979年开始命名。由淋巴细胞、单核细胞或其它非单个核细胞产生的细胞因子，在细胞间相互作用、免疫调节、造血以及炎症过程中起重要调节作用，凡命名的白细胞介素的cDNA基因克隆和表达均已成功，目前已报道IL-1～IL-15。

2.集落刺激因子（colonystimulating factor,CSF)　根据不同细胞因子刺激造血干细胞或分化不同阶段的造血细胞在半固体培养基中形成不同的细胞集落，分别命名为G（粒细胞）-CSF、M（巨噬细胞）-CSF、GM（粒细胞、巨噬细胞）-CSF、Multi（多重）-CSF（IL-3）、SCF、EPO等。不同CSF不仅可刺激不同发育阶段的造血干细胞和祖细胞增殖的分化，还可促进成熟细胞的功能。

3.干扰素（interferon,IFN)　1957年发现的细胞因子，最初发现某一种病毒感染的细胞能产生一种物质可干扰另一种病毒的感染和复制，因此而得名。根据干扰素产生的来源和结构不同，可分为IFN-α、INN-β和IFN-γ，他们分别由白细胞、成纤维细胞和活化T细胞所产生。各种不同的IFN生物学活性基本相同，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等作用。

4.肿瘤环死因子（tumor necrosisfactor,TNF)　最初发现这种物质能造成肿瘤组织坏死而得名。根据其产生来源和结构不同，可分为TNF-α和TNF-β两类，前者由单核-巨噬细胞产生，后者由活化T细胞产生，又名淋巴毒素（lymphotoxin,LT)。两类TNF基本的生物学活性相似，除具有杀伤肿瘤细胞外，还有免疫调节、参与发热和炎症的发生。大剂量TNF-α可引起恶液质，因而TNF-α又称恶液质素（cachectin)。

5.转化生长因子-β家族（transforminggrowth factor-β family,TGF-β family)　由多种细胞产生，主要包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGFβ1β2以及骨形成蛋白（BMP）等。

6.趋化因子家族（chemokinefamily)　包括两个亚族：（1）C-X-C/α亚族，主要趋化中性粒细胞，主要的成员有IL-8、黑素瘤细胞生长刺激活性(GRO/MGSA）、血小板因子-4（PF-4）、血小板碱性蛋白、蛋白水解来源的产物CTAP-Ⅲ和β-thromboglobulin、炎症蛋白10（IP-10）、ENA-78；（2）C-C/β亚族，主要趋化单核细胞，这个亚族的成员包括巨噬细胞炎症蛋白1α（MIP-1α）、MIP-1β、RANTES、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1/MCAF）、MCP-2、MCP-3和I-309。

7.其它细胞因子　如表皮生长因子（EGF）、血小板衍生的生长因子（PDGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、肝细胞生长因子（HGF）、胰岛素样生长因子-I（IGF-1）、IGF-Ⅱ、白血病抑制因子（LIF）、神经生长因子（NGF）、抑瘤素M（OSM）、血小板衍生的内皮细胞生长因子（PDECGF）、转化生长因子-α（TGF-α）、血管内皮细胞生长因子（VEGF）等。

二、细胞因子的作用特点

众多的细胞因子有以下共同的作用特点。

（1）绝大多数细胞因子为分子量小于25kDa的糖蛋白，分子量低者如IL-8仅8kDa。多数细胞因子以单体形式存在，少数细胞因子如IL-5、IL-12、M-CSF和TGF-β等以双体形式发挥生物学作用。大多数编码细胞因子的基因为单拷贝基因（IFN-α除外），并由4～5个外显子和3～4个内含子组成。

（2）主要与调节机体的免疫应答、造血功能和炎症反应有关。

（3）通常以旁分泌（paracrine)或自分泌（autocrine)形式作用于附近细胞或细胞因子产生细胞本身。在生理状态下，绝大多数细胞因子只有产生的局部起作用。

（4）高效能作用，一般在pM(10^-12M）水平即有明显的生物学作用。

（5）存在于细胞表面的相应高亲和性受体数量不多，在10～10000/每个细胞。近年来，细胞因子受体的研究进展相当迅速，根据细胞因子受体基因DNA序列以及受体胞膜外区氨基酸序列、同源性和结构，可分为四个类型：免疫球蛋白超家族、造血因子受体超家族、神经生长因子受体超家族和趋化因子受体。

（6）多种细胞产生，一种IL可由许多种不同的细胞在不同条件下产生，如IL-1除单核细胞、巨噬细胞或巨噬细胞系产生外，B细胞、NK细胞、成纤维细胞、内皮细胞、表皮细胞等在某些条件下均可合成和分泌IL-1。

（7）多重的调节作用（multiple regulatory action),细胞因子不同的调节作用与其本身浓度、作用靶细胞的类型以及同时存在的其它细胞因子种类有关。有时动物种属不一，相同的细胞因子的生物学作用可有较大的差异，如人IL-5主要作用于嗜酸性粒细胞，而鼠IL-5还可作用于B细胞。

（8）重叠的免疫调节作用（overlapping regulatory action),如 IL-2、IL-4、IL-9和IL-12都能维持和促进T淋巴细胞的增殖。

（9）以网络形式发挥作用，细胞因子的网络作用主要是通过以下三种方式：（1）一种细胞因子诱导或抑制另一种细胞因子的产生，如IL-1和TGF-β分别促进或抑制T细胞IL-2的产生；（2）调节同一种细胞因子受体的表达，如高剂量IL-2可诱导NK细胞表达高亲和力IL-2受体；（3）诱导或抑制其它细胞因子受体的表达，如TGF-β可降低T细胞IL-2受体的数量，而IL-6和IFN-γ可促进T细胞IL-2受体的表达。

（10）与激素、神经肽、神经递质共同组成了细胞间信号分子系统。

第二节　细胞因子的结构和生物学特征

由于基因工程技术的迅速发展，许多细胞因子的cDNA克隆获得成功，并获得了高活性基因表达产物，这给细胞因子的细胞生物学和分子生物学的研究提供了必要的前提。目前已有IL-2、EPO、G-CSF、GM-CSF、IFN-γ和IFN-α等细胞因子投放市场，有更多的细胞因子正在进行不同期的临床验证。细胞因子在正式投入市场成为商品前，必须经过临床前筛选实验、临床Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期试用等几个阶段的验证。

一、白细胞介素（IL）

在1979年第二届国际淋巴因子专题讨论会上，将来自单核-巨噬细胞、T淋巴细胞所分泌的某些非特异性发挥免疫调节和在炎症反应中起作用的因子称为白细胞介素（interleukin，IL）。目前已知许多IL是来自单核-巨噬细胞和淋巴细胞以外的其它细胞。已正式命名的白细胞介素有IL-1～IL-15。

（一）IL-1

IL-1是一种单核因子。1972年Gery等发现人白细胞培养的上清中含有一种可溶性物质，这种物质可促进小鼠胸腺细胞对植物血凝素（PHA）的有丝分裂反应。起初命名为淋巴细胞激活因子（lymphocyte-activatingfactor,LAF)或内源性热原质（endogenous pyrogen)、破骨细胞激活因子（osteoclast activating factor)、黑素瘤细胞生长抑制因子（melanomagrowth inhibitory factor)等，1979年国际统一命名为IL-1。

1.IL-1的产生　IL-1可由多种细胞合成和分泌。

（1）单核细胞、巨噬细胞（如腹腔粘连细胞peritoneal cell,PC)、树突状细胞等在摄取抗原抗体复合物后或在抗原提呈过程中可产生IL-1。在大多数刺激剂刺激外周血单个核细胞（PBMC)条件下，IL-1βmRNA水平要高于IL-1αmRNa 20～25倍。

（2）小鼠巨噬细胞细胞系P388D1、J774、PU5-1.8、WEHI-3以及人前单核细胞株U937等在脂多糖（LPS）刺激后都能分泌大量的IL-1。

（3）表皮细胞、NK细胞、B细胞、成纤维细胞、内皮细胞、脑胶质星状细胞、肾小球系膜细胞（mesangial cell）、滑膜衬里细胞（synovial lining cell）、平滑肌细胞、上皮细胞、胎盘细胞、白血病细胞、PMN等在某些条件下亦可产生IL-1。

许多因素可以直接影响单核-巨噬细胞IL-1的分泌：①细胞因子如巨噬细胞激活因子（MAF）、集落刺激因子（CSF）、IFN-α、IFN-γ对IL-1产生具有增强作用。②LPS、PPD、BCG和李斯特菌，葡萄球菌、链球菌外毒素，活病毒等也是IL-1产生的刺激剂。在外周血中20pg/ml内毒素刺激单核细胞即可产生IL-1，因此在一般培养条件下，由于微量内毒素的污染可刺激单核细胞分泌IL-1。10ng/mlLPS可使单核细胞合成IL-1增加100倍。③蛋白激酶C（PKC）的激活剂乙酸肉豆蔻佛波醇（phorbol myristateacetate,PMA)以及钙离子载体（calcium ionophore)如A23187均具有强烈的刺激作用。④皮质类固醇和前列腺素则对IL-1的产生有抑制作用。

2.IL-1的分子结构和基因　完整的人IL-1α和IL-1β基因组分别为10.5kb和7.8kb。人和小鼠IL-1基因定位于2号染色体，均含7个外显子。IL-1前体(ProIL-1)为31kDa，通过蛋白水解酶裂解形成成熟的IL-1分子。IL-1在不同种属中有较高同源性。在氨基酸水平上，IL-1α和IL-1β在不同种属同源性分别为60%～70%和75%～78%；但在同一种属中IL-1α与IL-1β同源性只有25%。人IL-1α（PI5.0）和IL-1β（P17.0）分别由159和153个氨基酸残基组成，分子量约17.5kDa，同源性为28%。IL-1对糜蛋白酶敏感。不同细胞所产生IL-1的等电点可有所差异。

3.IL-1的受体　T细胞、成纤维细胞表面IL-1受体为80kDa，而B细胞则为68kDa。编码这两种IL-1受体是不同基因产物。P80IL-1R称为IL-1RtI（CDw121a),P68IL-IR称为IL-1RtⅡ（CDw121b)。

表4-1　IL-1 Rt Ⅰ和IL-1RtⅡ的比较

（1）IL-1RtⅠ：IL-1RtⅠ cDNA克隆在人和鼠均已获得成功。IL-1RtⅠ为穿膜蛋白，胞膜外区有3个结构域属免疫球蛋白超家族，穿膜区有20个氨基酸残基，胞浆区含有丝氨酸和苏氨酸残基，当IL-1与IL-1RtⅠ结合后丝氨酸和苏氨酸很快被磷酸化。通过基因转染Hela细胞实验证明，IL-1RtⅠN端2个结构域与配体结合有关。针对N端17个氨基酸片段的McAb能阻断IL-1RtⅠ与IL-1结合。IL-1与IL-RtⅠ结合后即发生内化（internalization)。成纤维细胞、平滑肌细胞主要表达IL-1RtⅠ。一般来说，IL-1RtⅠ可与IL-1α和IL-1β相结合，但IL-1α与Ⅰ型受体结合能力较高，而IL-1β与Ⅱ型受体结合较高。IL-1与不同种属不同细胞结合后的生物学效应有所差别，如人和鼠IL-1α结合到人内皮细胞上的亲和力相同，但产生的生物学效应不完全相同。抗IL-1RtⅠMcAb在体内和体外均可抑制IL-1在生物学效应。

（2）IL-1RtⅡ：主要分布于EBV转化的B细胞、Raji细胞、巨噬细胞、胎盘、Th2克隆、活化T细胞、PMN和骨髓细胞等。胞膜外区有3个结构域属免疫球蛋白超家族，与IL-1RtⅠ之间有28%氨基酸同源性，穿膜区有更高的同源性，但胞浆区要比Ⅰ型受体短，可能在介导信号传递上有差别。IL-1与IL-1RtⅡ结合后易发生降解而不象IL-1RtⅠ那样发生内化。IL-1RtⅡ经蛋白水解酶水解后可形成可溶性的IL-1结合蛋白（soluble IL-1 binding protein,sIL-1BP)，46kDa，与IL-1β有较高亲和力，在自然情况下sIL-1BP是IL-1β的抑制剂。可溶性IL-1R（solubleIL-1 receptor,sIL-1R)可有效防止小鼠心脏移植排斥反应，减轻Lewis大鼠的实验性关节炎和过敏性大脑炎。

在T细胞中，CD4阳性细胞亚群IL-1受体表达要高于CD8阳性T细胞亚群。以小鼠胸腺瘤细胞系EL-4为模型，发现IL-1α和IL-1β可结合到相同的高亲和力受体。现已发现联合免疫缺陷病人的T细胞表达IL-1R缺陷，对抗原刺激不发生增殖反应，也不产生IL-2，病人易患机会致病菌感染。

4.IL-1受体拮抗物　在某些白血病患者血清和尿中以及单核细胞培养上清中发现一种多肽性质的IL-1特异性抑制因子，称为IL-1受体拮抗物（interleukin 1 receptorantagonist,IL-1ra),又称IL-1受体拮抗蛋白（IL-1 receptor antagonist protein, IRAP)。

（1）IL-1ra的产生：IL-1ra体外可由LPS刺激的单核细胞，PMA、PHA、CSF刺激的单核细胞系产生。

（2）IL-1ra分子的结构和基因：IL-ra基因克隆1990年获得成功，编码人IL-1α、IL-1β和IL-1ra基因都定位于2号染色体。IL-1racDNA编码的多肽为17kDa，糖基化后分子量为25kDa，但糖基对IL-1ra活性并非必需。未成熟的IL-1ra分子为177个氨基酸残基的肽链，N端25个氨基酸多为疏水性氨基酸，构成典型的信号肽顺序。成熟分子由152个氨基酸残基组成。在65、68、116及122位上有4个保守的半胱氨酸残基，Cys65-116，Cys68-122间形成链内二硫键。从cDNA推算的氨基酸序列IL-1ra与IL-1α和IL-1β分别有19%和26%的同源性，人和小鼠的IL-1ra有77%同源性。

（3）IL-1ra的生物学作用：IL-1ra能特异性地抑制T细胞表面IL-1R与IL-1结合，但不抑制TNF或IL-2与相应受体的结合。IL-1ra不与IL-1直接结合，而是一种IL-1与IL-1R相互结合的竞争性抑制物。rIL-1ra与Ⅰ型和Ⅱ型IL-1R都能结合，但与IL-1RtⅠ结合的亲和力要高于与IL-1RtⅡ结合的亲和力。rIL-1ra、rIL-1α、rIL-1β与IL-1RtⅠ结合的亲和力比较相近，但rIL-1ra、rIL-1α与IL-1RtⅡ结合的亲和力要低于rIL-1β与IL-1RtⅡ结合的亲和力。IL-1ra能抑制IL-1刺激滑膜细胞PGE2的产生和软骨细胞胶原酶合成，抑制胸腺细胞的增殖以及中性粒细胞、嗜酸性粒细胞与内皮细胞的粘附。在体内可抑制IL-1引起的发热。IL-1ra可结合T细胞和成纤维细胞表面IL-1RtⅠ,也能抑制IL-1与PMN、B细胞、髓样单核细胞白血病细胞IL-1RtⅡ的结合。IL-1ra可抑制PBMC、骨髓细胞衍生的髓样淋巴细胞白血病细胞自发增殖和自发产生IL-1、IL-6和GM-CSF。在体内，IL-1ra可阻止LPS引起的家兔死亡，减轻免疫复合物所诱导的炎症，抑制小鼠骨髓移植后GVHR的发生，提高存活率，此外，还可防治动物实验性溃疡性结肠炎。

（4）IL-1ra与临床：正常人血清IL-1ra水平在200pg/ml以下，感染、炎症以及内毒素血症病人血清中IL-1ra水平可升高到8ng/ml。应用IL-1ra治疗败血症已进入Ⅲ期临床验证，死亡率明显下降。此外IL-1ra治疗类风湿性关节炎也已开始在临床验证。IL-1ra在体内的副作用很小，但应用剂量较大，阻断IL－1　50%生物学效应时所用IL-1ra的用量是IL-1用量的10～500倍。

5.IL-1的生物学作用　IL-1具有广泛的免疫调节作用，并有致热和介导炎症的作用，它的生物学功能是通过与相应高亲和力受体结合而介导的，IL-1生理条件下的浓度仅在10^-12～10^-14M之间。IL-1作用无明显的种属特异性，人IL-1可作用于小鼠源性的细胞。主要表达IL-1RtⅡ的细胞似乎比表达IL-1RtⅠ细胞相对有种属特异性。

（1）促进胸腺细胞、T细胞的活化、增殖和分化：T细胞经抗原、有丝分裂原或抗TCR/CD3刺激后表达IL-1受体，在IL-1作用下T细胞被活化，由G期进入G₁期。活化后的T细胞分泌IL-2、IFN-γ、GM-CSF、IL-4等细胞因子，并表达IL-2受体进而T发生增殖和分化。IL-1还可增加T细胞表面MHCⅡ类抗原的表达。IL-1能诱导杀伤性T淋巴细胞（CTL）的分化，在混合淋巴细胞培养（MLC）中，IL-1诱导CTL的产生可能是通过促进T细胞分泌IL-2和IFN-γ。IL-6可协同IL-1活化T细胞和刺激IL-2的产生。

（2）促进B细胞功能：协同IL-4等细胞因子刺激B细胞的增殖和分化，促进免疫球蛋白的合成和分泌，这种作用可能是通过IL-1诱导PBMC产生IL-6而介导的。

（3）刺激骨髓多能干细胞的增殖：现已证实IL-1与Stanley(1986)报道的血细胞生成素-1（hemopoietin-1)是同一种分子。IL-1刺激造血细胞和成纤维细胞产生CSF，增加造血细胞CSF受体的数量，并协同IL-3、IL-6、G-CSF、M-CSF、GM-CSF、SCF等因子刺激造血功能，对粒单系祖细胞和巨核系祖细胞均有刺激作用。此外，IL-1可刺激干细胞产生SCF，IL-1本身可作用早期干细胞，激活干细胞从Go期进入增殖周期。IL-1能预防化疗造成的骨髓抑制已进入临床Ⅱ期验证。

（4）增强NK细胞的杀伤活性：通过提高NK细胞对IL-2等细胞因子的敏感性增强其杀伤活性，IL-1与IL-2或IFN有协同刺激NK细胞活性的作用。

（5）促进多种免疫分子的基因表达：如IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、TNF-α、TNF-β、INF-β、G-CSF、GM-CSF、GM-CSF，IL-2Rα链（Tac)，补体C2、Bf，粘附分子以及c-fos、c-myc和c-jun等原癌基因的表达。C-fos和C-jun组成活化蛋白-1（AP-1），活化IL-2基因的启动子，诱导B细胞κ链核因子（NF-κB）活化免疫球蛋白κ链基因，诱导NF-IL-6转录因子活化IL-6启动子。

（6）刺激单核细胞和巨噬细胞产生IL-6和TNF，并通过单核细胞和巨噬细胞产生IL-8介导对中性粒细胞的趋化作用。此外，IL-1诱导内皮细胞活化，刺激中性粒细胞释放炎症蛋白和炎症介质，直接参与炎症发生过程。

IL-1与TNF生物学性质，尤其在非免疫性作用方面较为相似（见表4-8）。抗TNF-α中和抗体可预防内毒素引起的休克，同时降低了IL-1和IL-6水平，表明在某些条件下，IL-1水平受到TNF的调控。

6.IL-1与临床

（1）发热：IL-1是一种内源性热原质（endogenous pyrogen), IL-1引起发热作用与内毒素不同，IL-1对热敏感，反复注射不产生耐受。IL-1引起发热的机理之一可能是IL-1促进单核-巨噬细胞释放PGE2，刺激下丘脑体温调节中枢，引起发热。阿斯匹林、消炎痛等抑制PGE2的合成，可作为解热剂。PGE2对IL-1产生有负反馈作用。老龄人或癌症患者PBMC中单核细胞产生IL-1能力低于正常人，可能与感染后不易出现明显发热等临床症状有关。

（2）促进肝细胞合成急性期蛋白（acute phase protein)：如C-反应蛋白、血清淀粉样A蛋白（serum amyloid a protein,SAA)和α酸性糖蛋白（α-acid glycoprotein，αAGP）以及某些补体的组分，有利于机体抵抗病原微生物等，是机体非特异性防御因素之一。低剂量IL-1可提高动物对脑型和恶性疟疾的抵抗力。

（3）对间质细胞和其它细胞的作用：类风湿关节炎关节囊内巨噬细胞受到刺激和活化后可分泌IL-1，刺激滑膜细胞、软骨细胞、成纤维细胞分泌大量PGE2、胶原酶和中性蛋白酶等，从而使关节中的胶原组织降解，骨质吸收，局部血管通透性增加，直接参与关节的病理损伤。多种关节炎的关节液中可测出高水平IL-1。IL-1还可刺激脑组织神经胶质细胞增生，形成瘢痕，与癫痫发作可能有关。此外，IL-1刺激肾小球系膜细胞增生，导致肾实质纤维化和慢性肾功衷竭。

（4）抗肿瘤作用：由于IL-1能协同IL-2、IFN-γ诱导CTL和NK细胞的杀伤活性，促进杀伤细胞IL-2受体的表达以及成纤维细胞分泌IL-6，因此具有抗肿瘤作用。临床已试用IL-1治疗肿瘤。

（5）抗放射作用（radioprotective)：小鼠注射IL-1100ng在950R照射条件下可提高白细胞水平，延长存活时间，能预防放疗造成的骨髓抑制。临床上已试用IL-1治疗骨髓移植。最近在动物实验中发现IL-1能降低血糖水平，有可能成为治疗糖尿病的新药。

（二）IL-2

1976年Morgan等发现小鼠脾细胞培养上清中含有一种刺激胸腺细胞生长的因子，由于这种因子能促进和维持T细胞长期培养，称为T细胞生长因子（tcell growth factor,TCGF），1979年统一命名为白细胞介素2（interleukin 2,IL-2)。

1.IL-2的产生　IL-2主要由T细胞或T细胞系产生。

（1）CD4阳性或CD8阳性T细胞：有丝分裂原刺激CD4阳性或CD8阳性T细胞亚群均可产生IL-2；同种异体抗原主要刺激CD4阳性T细胞分泌IL-2。PBMC、脾脏、淋巴结和扁桃腺中的T细胞受到刺激后都能产生IL-2。在小鼠Th细胞中，只有Th1亚群可产生IL-2。

（2）T细胞肿瘤细胞系或白血病细胞系：人和动物某些T细胞白血病细胞系或肿瘤细胞在有丝分裂原、钙离子载体（如A23187）或PMA刺激下可产生高水平的IL-2。如长臂猿T细胞系MLA144可自发产生IL-2，小鼠胸腺瘤细胞系EL-4和人Jurkat细胞静止状态不合成和分泌IL-2，刺激后可分泌高水平的IL-2。

（3）T淋巴细胞杂交瘤：T淋巴细胞杂交瘤123，FS6-14.13，HT-24A等在ConA刺激下产生IL-2。

（4）应用基因工程技术制备：1983年Taniguchi等从ConA刺激的Jurkat白血病T细胞中克隆成功IL-2cDNA，并在大肠杆菌中得到高水平的表达。目前应用基因工程技术所制备和纯化的IL-2已用于临床治疗某些肿瘤和其它疾病。

2.IL-2的分子结构和基因　人IL-2含有133氨基酸残基，分子量为15.5kDa。天然IL-2在N端含有糖基，但糖基对IL-2的生物学活性无明显影响，等电点在6.6～8.2。IL-2分子含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105和125位氨基酸，其中58位与105位半胱氨酸之间所形成的链内二硫键对于保持IL-2生物学活性起重要作用。在IL-2基因产物的提纯和复性过程中，如二硫键配错或分子间形成二硫键都会降低IL-2的活性。现已有应用点突变，将第125号位半胱氨酸突变为亮氨酸或丝氨基，使只能形成一种二硫键，保证了在IL-2复性过程的活性。还有报道用蛋白工程技术生产新型rIL-2，将IL-2分子第125位半胱氨酸改为丙氨酸，改构后IL-2比活性比天然IL-2明显增加。人IL-2基因定位于第4号染色体，长约5kb，由4个外显子和3个内含子组成。人和小鼠IL-2基因DNA序列有63%同源性。

3.IL-2的受体　IL-2R是由α、β和γ三条链组成。

（1）IL-2Rα链：Uchiyama(1981)首次制备了抗活化T细胞抗原Tac的McAb，与IL-2相互竞争结合到Tac阳性细胞。Tac的分子量为55kDa。1984年Leonard将Tac分子的cDNA克隆成功。Tac分子为糖蛋白，由272个氨基残基组成，包括21个氨基酸残基信号肽，成熟分子含251个氨基酸，含有多个半胱氨酸，2个N-糖基化位点，穿膜区和胞浆区分别含19和13个氨基酸残基。人Tac的基因定位于第10号染色体，包括8个外显子和7个内含子，长约25kb。Tac（p55）即为IL-2受体α链（或亚单位），又称CD25，是活化T淋巴细胞的标志。在骨髓移植中如除去Tac阳性供体细胞可以降低移植物抗宿主反应（GVHR），现已进入Ⅱ期临床验证。也可用抗IL-2r McAb选择性地封闭、消除活化的效应细胞，从而治疗同种异体移植物排斥反应及某些自身免疫性疾病。

（2）IL-2Rβ链：分子量70kDa，故又称p70，在人白细胞分化抗原中编号为CD122。人IL-2Rβ链基因定位于22号染色体。成熟IL-2Rβ链有525个氨基酸，5个N糖基化位点，包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区。胞膜外区由214个氨基酸组成，有8个Cys，其结构上有1个红细胞生成素（EPO）受体超家族特征性的结构域，还有1个Ⅲ型纤维粘连蛋白结构域。跨膜区25个氨基酸。胞浆区有286个氨基酸，与EPO受体胞浆区有一定的同源性。IL-2Rβ链本身无酪氨酸激酶区，但胞浆区中有两个结构域：一个是靠近膜端的丝氨酸富含区，在IL-2诱导的增殖信号传递中起重要作用；另一个是与酪氨酸激酶相联的酸性区域。缺乏酸性区域的IL-2Rβ链突变体能传导增殖信号，并诱导转录c-myc,不能介导诱导转录因子Fos的作用；缺乏丝氨酸富含区的IL-2Rβ链突变体不能诱导细胞增殖及c-myc的转录。因此，酪氨酸激酶途径似乎与c-fos 基因的诱导有关，而非激酶依赖的途径与c-myc基因的诱导有关。IL-2Rβ链主要分布于T细胞、大颗粒淋巴细胞（LGL）、B细胞、pre-T细胞。

（3）IL-2Rγ：糖蛋白，含347个氨基酸，分子量64kDa。胞膜结构特征属于红细胞生成素家族成员，胞浆区含86个氨基酸，从288～321位氨基酸序列似乎同源于src同源区2（SH2)，此区能与一些磷酸化蛋白中磷酸化酪氨酸残基相连，参与信号的转导。IL-2Rγ链表达于多种淋巴样细胞表面，如Molt-β、Molt-4、Jurkat、MT-1、MT-2以及EB病毒感染的Raji细胞。

（4）IL-2R的组成与亲和力的关系：单独IL-2Rγ链不能结合IL-2，但对于中亲和力IL-2R（βγ链）、高亲和力IL-2R（αβγ链）的组成、IL-2的内化以及信号转导是必需的。X-性联重症联合免疫缺陷症病人的IL-2Rγ基因发生突变而丧失IL-2R功能。

表4-2 三种亲和力IL-2R的组成

（5）可溶性IL-2R：可溶性IL-2R（solubleIL－2　receptor,sIL-2R）是膜结合形式IL-2Rα链的脱落物，分子量45kDa。在人类T细胞白血病Ⅰ型病毒（HTLV-I）感染的HUT102B2细胞培养上清中含有大量sIL-2R。PBMC经丝裂原、CD3McAb和同种异体抗原刺激后可释放sIL-2R。正常人血清和尿液中亦可检出少量sIL-2R。sIL-2R可能与膜表面IL-2R（mIL-2R）竞争结合IL-2，从而成为一种免疫抑制物质。sIL-2R增高可见于某些恶性肿瘤、自身免疫病、病毒感染性疾病以及移植排斥等（见本章第三节）。

4.IL-2的生物学作用　IL-2的作用具有沿种系谱向上有约束性，向下无约束性的特点，如人的IL-2能促进小鼠T细胞的增殖，而小鼠的IL-2不能维持人T细胞的生长。IL-2体内的半衰期只有6.9分钟。有报道用PEG对IL-2加以修饰，对生物学活性无影响，半衰期可延长7倍左右。目前关于IL-2的生物学作用大都是体外实验的结果。具有中和活性的抗IL-2抗体可抑制IL-2的生物学活性。

（1）Th、Tc和Ts细胞都是IL-2　的反应细胞：IL-2对静止T细胞作用较弱。胸腺细胞和T细胞经抗原、有丝分裂原或同种异体抗原刺激活化后有在IL-2存在的条件下进入S期，维持细胞的增殖。IL-2可刺激T细胞转铁蛋白受体（TfR，CD71）、胰岛素受体、MHCⅡ类抗原的表达，并产生多种淋巴因子如IFN-γ、IL-4、IL-5、IL-6、TNF-β及CSF等。

（2）诱导CTL、NK和LAK等多种杀伤细胞的分化和效应功能，并诱导杀伤细胞产生IFN-γ、TNF-α等细胞因子。IL-2可增强CTL细胞穿孔素（perforin)基因的表达。

（3）直接作用于B细胞，促进其增殖、分化和Ig分泌。已发现活化的B细胞也可具有IL-2R，IL-2对B细胞的调节作用除通过刺激T细胞分泌B细胞增殖和分化因子外，还可能有直接的调节作用。

（4）活化巨噬细胞。

5.IL-2的临床应用　目前重组IL-2已用于临床治疗肿瘤以及感染性疾病等。

（1）抗肿瘤：IL-2在体外可诱导PBMC或肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）成为淋巴因子激活的杀伤细胞（LAK）。LAK/IL-2对肾细胞癌、黑素瘤、非何杰金氏淋巴瘤、结肠直肠癌有较明显疗效，对肝癌、卵巢癌、头颈部鳞癌、膀胱癌、肺癌等有不同程度的疗效。近年来已开始采用IL-2基因治疗对黑素瘤、肾细胞癌以及神经母细胞瘤等肿瘤等进行临床验证。

（2）治疗感染性疾病：动物实验结果表明，IL-2对某些因细胞免疫功能低下而受病毒感染，需增强细胞免疫功能的病人有一定疗效。IL-2本身无直接抗病毒活性，它是通过增强CTL、NK活性以及诱导IFN-γ产生而介导抗病毒感染的。目前用IL-2治疗活动性肝炎已显示出可喜的苗头，对于单纯疱疹病毒感染、AIDS病（已进入Ⅱ期临床验证）、结节性麻风、结核杆菌感染等也有一定疗效。如rIL-2明显延长结核杆菌H37RV株感染小鼠和豚鼠的半数死亡时间，降低死亡率，减少感染动物脾、肺组织内的结核杆菌数。

（3）免疫佐剂作用（adjuvanticity):应用IL-2作为佐剂与免疫原性弱的亚单位疫苗联合应用，可提高机体保护性免疫应答的水平。此外，最近发现IL-2具有降低血压作用，IL-2治疗高血压已进入Ⅰ期临床验证。

（4）采用IL-2白喉毒素融合蛋白治疗类风湿性关节炎进入Ⅰ/Ⅱ期临床验证，约有74%患者病情得到改善，IL-2融合毒素主要作用于CD4阳性淋巴细胞，有较好的选择性。

rIL-2体内大剂量使用毒性作用较大，可引起毛细血管渗漏综合征（capillary leak syndrome，CLS）。此外，IL-2半衰期短，有时还可在体内诱导产生一定抗体。

美国Immunex应用抗IL-2Rα链McAb预防骨髓移植后GVHR进入Ⅱ期临床试验。

（三）IL-3

见本节集落刺激因子。

（四）IL-4

1982年Howard发现T细胞培养上清中有一种促进B细胞增殖的因子，起初命名为B细胞生长因子-1（b cell growth factor-1,BCGF-1)。有的实验室称为B细胞刺激因子-1（b cell stimulatingfactor-1,BSF-1)、T细胞生长因子-2（T cell growth factor-2,TCGF-2）。1986年基因克隆成功，国际统一命名为白细胞介素4（interleukin 4,IL-4)。

1.IL-4的产生　在人类IL-4主要由活化T细胞产生。在小鼠由Th2亚群产生。此外，肥大细胞、IL-2刺激小鼠T细胞系2.19、ConA刺激人Th克隆2F1、小鼠胸腺瘤EL-4细胞以及B细胞系CH12均能分泌IL-4。

2.IL-4的分子结构和基因　小鼠IL-4基因长约6kb，成熟IL-4分子由120氨基酸残基组成，裸肽分子量为14kDa，有3个糖基化点，经糖基化后IL-4分子量为30kDa。人IL-4基因定位于第5号染色体，由4个外显子和3个内含子组成，约10kb，是现知淋巴因子基因中较大的一个。成熟人IL-4分子由129氨基酸残基组成，15kDa，有2个糖基化点，含有6个半胱氨酸，参与分子内二硫键的组成。人与鼠IL-4DNA水平上有70%同源性，IL-4前体蛋白从N端到91位氨基酸以及C端到128位氨基酸人小鼠之间在氨基酸水平上有70%同源性，前体蛋白91至128位氨基酸之间很少有同源性，这可能与IL-4种属作用特异性有关，如人、鼠IL-4生物学作用上没有交叉反应。

3.IL-4的受体人　IL-4受体（IL-4R）由800氨基酸残基组成，分子量为140kDa，胞膜外区207氨基酸，跨膜区24氨基酸，胞浆区569氨基酸，与小鼠IL-4R有53%同源性，属于红细胞生成素受体超家族成员，最近命名为CDw124。在小鼠，T细胞、B细胞、胸腺细胞、骨髓细胞、巨噬细胞和肥大细胞表面都有IL-4R，每个细胞受体数目在100～2000左右，其亲和力Kd在10^-10～10^-11M，1～5×10^-12M浓度的IL-4可使B细胞增殖（³H-TdR掺入率）达到最大值的50%。LPS对B细胞IL-4R表达有正调节作用，受体数量可增加5～10倍。IL-4与相应受体结合后细胞内传递信号的途径尚不清楚，IL-4R胞浆区富含苏氨酸和丝氨酸，PTK和PKC可能参与受体介导的信号传递，IP3和Ca²⁺浓度升高。在小鼠发现有不同剪接形式mRNA所翻译的分泌型（可溶性）IL-4R(sIL-4R）。sIL-4R与膜型IL-4R（mIL-4R）同配体IL-4结合时具有相同的亲和力。sIL-4R可能是IL-4保护性载体，或调节IL-4的生物学活性。

4.IL-4的生物学活性　IL-4对于B细胞、T细胞、肥大细胞、巨噬细胞和造细胞都有免疫调节作用。

（1）B细胞：促进SAC或抗IgM预先刺激B细胞的增殖，这一生物学功能已被用来作为检测IL-4的生物学活性。IL-4促进B细胞MHCⅡ类抗原、FcεRⅡ/CD23和CD40的表达，并增强B细胞提呈抗原能力，使免疫系统对小量抗原刺激发生免疫应答。增加FcεRⅡ/CD23（Ige Fc段低亲和力受体）的表达，并释放可溶性CD23（sCD23）/IgE结合因子（IgE-BF），与mIgE阳性细胞结合并诱导其分化，可能与促进B细胞IgE的产生有关。IL-4提高LPS刺激小鼠B细胞IgG1、IgE产生水平分别为8～10倍和10～100倍，但对IgG3分泌降低6～10倍，IgG2a、IgG2b和IgM有不同程度下降，对IgA产生无明显影响。IL-4增强IgG1和IgE水平的机理可能是：①使选择性刺激定向产生IgG1或IgE的B细胞的增殖和分化；②增加特异的重链稳定区（C_H）Ig类的转换区Sμ-Sγ1结合，促进IgG1合成和分泌。IFN-γ对IL-4上述生物学功能有明显抑制作用。而IL-4则可抑制IFN-γmRNA的转录和抑制IFN-γ诱导B细胞产生IgG2a。寄生虫感染时血清IgG1和IgE水平升高。此外，IL-4还可促进休止期B细胞的早期活化，从G_o期进入G₁期，细胞体积增大，并表达CD25。

（2）T细胞：IL-4是T细胞自身分泌的生长因子，如HT-2细胞系是一种IL-2依赖细胞系，IL-4可单独维持TH-2的增殖，抗IL-2和抗IL-4McAb（11B11）可分别抑制IL-2和IL-4刺激IL-2细胞的增殖作用，但相互之间无交叉抑制作用。纯化后的T细胞（CD4阳性或CD8阳性亚群）对IL-4的增殖反应还需要IL-1（或PMA）的协同作用；而IL-2单独可维持活化T细胞的增殖。表明IL-4生长信号的传递过程与IL-2有所不同。高剂量IL-4能诱导CD4-CD8+或CD4+CD8-或CD4-CD8-胸腺细胞的增殖。IL-4增强PHA刺激T细胞释放GM-CSF和G-CSF。在小鼠实验系统中，多数情况下IL-4对CTL和LAK细胞的分化有正调节作用；而对人的杀伤细胞则有时表现为负调节作用，如在人MLC中IL-4选择性地促进Th增殖，同时伴有CTL、NK和LAK功能的降低。此外IL-4还能抑制IL-2所诱导的NK白血病细胞LAK活性。最近发现，用IL-4与T细胞或B细胞温育，可降低高亲和力IL-2R位点数，但不影响低亲和力IL-2R的数量。IL-4还可刺激CD3阴性NK细胞克隆和生长。

（3）刺激肥大细胞增殖，并与IL-3有协同作用，尤其对于粘膜和结缔组织型肥大细胞体外生长是必需的。

（4）促进巨噬细胞提呈抗原和杀伤肿瘤细胞的功能，可能与调节MHCⅡ类抗原和FcR表达有关。IL-4与GM-CSF、IL-3和LPS有协同作用。IL-4可诱导外周血单核细胞分泌G-CSF和M-CSF，增强中性粒细胞介导的吞噬、杀伤活性和ADCC作用。IL-4是小鼠巨噬细胞趋化因子，并促进IL-1ra产生，但抑制单核细胞IL-1、TNF和IL-6的产生。

（5）协同CSF刺激造血细胞的增殖，与G-CSF协同增强粒细胞集落形成，协同红细胞生成素（EPO）增强BFU-E的形成。

IL-4作为肿瘤免疫调节剂已进入Ⅱ期临床试验。此外，还开始进行治疗免疫缺陷症的临床试验。由于体内、体外均证实IL-4可以抑制IL-1、IL-6和TNF分泌，并促进IL-1ra 产生，因此应用IL-4可能为治疗败血症休克提供一种新的方法。

（五）IL-5

1980年Takatsu等发现在T细胞条件培养液中，含有一种因子能替代T细胞在体外协同胸腺依赖抗原的抗体应答，称为T细胞替代因子（t cell replacing factor,TRF)。由于这种因子对B细胞和啫酸性粒细胞增殖、分化有重要调节作用，又名B细胞生长因了了-Ⅱ（b cellgrowth factor-Ⅱ,BCGF-Ⅱ),IgA增强因子（IgA-enhancingfactor,IgA-EF），嗜酸性粒细胞集落刺激因子（eosinophilcolony-stimulating factor,Eo-CSF）和嗜酸性粒细胞分化因子（eosinophildifferentiation factor,EDF)。1986年统一命名为白细胞介素-5（interleukin 5,IL-5)。

1.IL-5的产生　在人类IL-5主要由活化T细胞产生，在小鼠则由Th2亚群细胞产生。

2.IL-5的分子结构和基因　1986年Kinashi获得IL-5cDNA克隆。小鼠IL-5由133氨基酸残基组成，含21氨基酸的信号肽，成熟IL-5分子含有112氨基酸残基，裸肽分子量12～15kDa，有3个糖基化位点，糖基化后分子量为18kDa，糖基化对于IL-5活性表达以及与相应受体的结合起重要作用。小鼠IL-5通常以二硫键连接的二聚体形式存在，分子量为45kDa。人的IL-5由134氨基酸残基组成，含22氨基酸残基信号肽，2个糖基化点，人和小鼠IL-5基因分别定位于第5号和第11号染色体，与IL-3、IL-4、GM-CSF等造血因子的基因密切连锁。人和鼠IL-5在氨基酸水平上有70%的同源性，生物学作用有交叉反应。

3.IL-5受体　小鼠IL-5由α和β两条链组成。α链，p60，含415个氨基酸，糖蛋白，先导序列17个氨基酸，胞膜外区322氨基酸残基，空膜区22个，胞浆区仅54个氨基酸残基。α链单独结合IL-5为低亲和力，参与信号的转导；β链，p130，单独不结合IL-5，与α链共同组成高亲和力受体。小鼠IL-5Rβ与IL-3R的β链（AIC2B基因产物）相同，人IL-5Rβ链是与IL-3Rβ链、GM-CSFRβ是共同的。由于mRNA剪接的不同，已发现有二种可溶性小鼠IL-5Rα链，其中一种可抑制IL-5与膜结合IL-5R的结合。人和鼠IL-5Rα链有79%的同源性。

4.IL-5的生物学活性　与其它IL相比，IL-5生物学活性作用谱相对较窄。

（1）小鼠IL-5促进抗原刺激的B细胞分化为抗体合成细胞，主要作用于进入细胞增殖后期的B细胞，并增加活化B细胞IL-2R的表达，IL-5的这种刺激作用与人IL-6功能相似，人IL-5只作用于B细胞刺激后很窄的时相内。

（2）促进IgA合成，其机理可能是：①作为IgA特异性启动因子，使mIgM 阳性B细胞分化为mIgA阳性B细胞；②作用于IgA型B细胞，促进其增殖和分化，成为分泌IgA的浆细胞。IL-4有协同IL-5促进IgA合成的作用。IL-5对IgM的分泌也有促进作用。

（3）协同ConA或IL-2诱导胸腺中杀伤性T细胞前体（CTPp）分化为CTL。

（4）趋化人嗜酸性粒细胞，延长成熟嗜酸性粒细胞的存活时间，刺激人和小鼠嗜酸性粒细胞的功能，诱导嗜酸性粒细胞的分化。

（六）IL-6

1980年发现成纤维细胞经Poly I-C刺激后能产生一种抑制病毒复制的细胞因子，称为β2干扰素（IFN-β2）。以后的研究结果未能证实这种因子的直接抗病毒作用，但具有其它多方面的生物学功能，根据实验系统和功能的不同，不被命名为杂交瘤/浆细胞瘤生长因子（hybri-doma/plasmacytoma growthfactor,HPGF),B细胞分化因子（B cell differentiationfactor,BCDF),B细胞刺激因子-2（b cellstimulatory factor 2,BSF-2),26kDa,溶细胞性T细胞分化因子（cytolytic T cell differentiation factor,CDF)和肝细胞刺激因子（hepatocyte stimu-lating factor,HSF)等。1986年统一命名白细胞介素6（interleukin 6,IL-6)。

1.IL-6的产生　淋巴样和某些非淋巴样细胞均可产生IL-6。

（1）T细胞：T细胞产生IL-6依赖于巨噬细胞或PMA。抗原提呈细胞刺激相应的T细胞克隆，以及HTLV-I感染的T细胞系等均可分泌IL-6。

（2）B细胞：如SAC刺激而活化的B细胞。

（3）单核细胞：LPS刺激单核细胞产生IL-6，某些单核细胞系如P388D1也可分泌IL-6。

（4）成纤维细胞：可自发产生IL-6，其它因子或刺激物如IL-1、TNF、PDGF、IFN-β、PolyI-C、A23187、PMA等可促进IL-6的产生。

（5）肾小球系膜细胞、角朊细胞、内皮细胞等在一定培养条件下均可产生IL-6。此外，肿瘤细胞或细胞系如MG63成骨肉瘤，T24膀胱癌、A549肺癌、7860肾癌、SK-MG-4神经胶质母细胞瘤、U373星状细胞瘤、心脏粘液瘤细胞和骨髓瘤细胞等也能分泌IL-6。最近发现垂体前叶中的滤泡—星状细胞（folliculostellate)可产生IL-6，可能与败血症时LPS刺激导致GH、ACTH等激素水平升高有关。

IL-1、TNF、IFN-β、PDGF、LPS、Poly Ⅰ-C、A23187和PMA等对IL-6的产生具有正调节作用。

2.IL-6的分子结构和基因　1985年Kishimoto等从人T细胞中首先获得IL-6cDNA克隆成功，人IL-6基因与小鼠有65%同源性。人IL-6基因位于第7号染色体，长约5kb,有5个外显子和4个内含子。

图4-1　IL-6基因的功能调节区

在IL-6基因功能调节区基因中存在着儿种转录控制元件（transcriptional control element)，如糖皮质激素反应元件（glucocorticoidresponsive elements,GRE)、AP-1结合位点、c-fos血清反应元件同源物（c-fos serum responsiveelement homology,c-fos SRE homology)，cAMP反应元件（cycli AMp responsive element,CRE)和NF-κB结合位点。IL-1、TNF等细胞因子可使IL-6启动子很快发生一过性的活化。IL-1反应的元件在IL-6启动基中-180/-123；IL-6核因子（NF-IL-6）识别一段特殊的14bp,ACATTGCACAATCT。多反应元件（multi-responseelement,MRE）位于c-fos SRE同源区内，这个区域对IL-1、TNF、forskolin和PMA诱导IL-6产生有关；与IL-1、TNF刺激IL-6产生有关的NF-κB位于TATA盒的上游。

人IL-6分子由212个氨基酸残基组成，包括28个氨基酸残基的信号序列，成熟IL-6为184氨基酸残基，分子量26kDa。IL-6分子由4个α螺旋和C端（175～181位氨基酸）受体结合点所组成，其中179位精氨酸残基对于与受体的结合非常重要。分子中糖基对生物学活性功能并非必需，N端23个氨基酸残基虽不直接与IL-6生物学活性有关，但对整个IL-6分子组成起稳定作用。人IL-6氨基酸序列与小鼠IL-6有42%同源性，人的IL-6对小鼠某些细胞有刺激作用。IL-6与G-CSF和IFN-β有较高同源性，对骨髓造血细胞和髓样白血病细胞的某些作用也有相似之处。

3.IL-6的受体　目前已知，IL-6R至少由称之为IL-6结合受体蛋白（IL-6binding receptor protein）和称为信号转导蛋白（signal-transducingprotein）的gp130所组成，习惯上前者称之IL-6R。

（1）IL-6R（CD126）：人IL-6R由468个氨基酸组成，切除N端19个氨基酸残基后的成熟分子有449氨基酸，胞膜外区、穿膜区和胞浆区分别为339、28和82个氨基酸，分子量为80kDa，6个N糖基化位点。胞膜外由一个Ig样区（C2，约100氨基酸）、2个Ⅲ型纤维结合蛋白结构（各含100氨基酸）及1个细胞因子受体的同源区所组成，后者含4个保守的Cys和一个WSXWS结构。单独IL-6R与IL-6结合为低亲和力。IL-6R分布于淋巴样细胞和非淋巴样细胞，如活化B细胞、EBV转化B细胞、急性淋巴母细胞白血病细胞、骨髓瘤细胞、静止T细胞、肝细胞、单核细胞、急性髓样白血病（AML）细胞、嗜铬细胞瘤细胞等。

（2）gp130(CDw130）：分子量为130kDa的糖蛋白，共有14个潜在N-糖基化位点，胞膜外区、穿膜区和胞浆区分别有597、22和277个氨基酸。胞膜外区有1个IgC2区，6个Ⅲ型纤维结合蛋白的结构，其中第二个和第三个结构区之间有4个保守的Cys和WSXWS结构的区域，形成1个细胞因子受体家族结构特征的结构域。gp130不能直接与配基IL-6结合，在生理情况下，IL-6与IL-6受体结合后使IL-6R的构象发生变化并迅速与两个gp130分子结合，形成高亲和力的结合位点，并通过gp130亚单位传递信号。人和小鼠gp130在氨基酸水平上有77%的同源性。转染gp130cDNA小鼠pro-B细胞在IL-6/sIL-6R复合物刺激下可传递增殖信号。小鼠体内注射IL-6可增加gp130mRNA的表达。目前已证实，gp130除组成IL-6高亲和力受体外，也是白血病抑制因子（LIF）、抑瘤素M（OSM）、睫状神经营养因子（CNTF）和IL-11等受体所共用的亚单位。

（3）信号转导：gp130与IL-6/IL-6R复合物结合后，刺激gp130胞内部分发生酪氨酸磷酸化，目前关于参与此过程的酪氨酸蛋白激酶的作用还不清楚。酷氨酸激酶被激活后继而引起丝氨酸/苏氨酸激酶如丝裂原活化的蛋白激酶（mitogen activated proteinkinase,MAPK)的激活，使NF-IL-6中丝氨酸和苏氨酸磷酸化而被激活，从而促进相应基因的活化。

（4）sIL-6R：存在于正常人尿、骨髓瘤细胞系U266培养上清，PHA活化人PBMC以及HTLV-I阳性细胞也能分泌sIL-6R，分子量为50kDa。用反转录PCR从正常人细胞和骨髓瘤细胞中均分离出编码sIL-6r mRNA,序列分析表明与膜结合受体相应区域序列一致。sIL-6也可从膜结合的sIL-6R（mIL-6)脱落而来。sIL-6R与IL-12p40亚基具有高度同源性，而IL-6与IL-12的p35亚基序列高度同源。因此可以推测类似于IL-6/sIL-6R复合物的IL-12分子可能也通过类似于pg130分子作用于细胞。与其它可溶性细胞因子受体不同，sIL-6R结合IL-6后可与细胞膜表面gp130结合，增强IL-6的刺激活性。而可溶性gp130（sgp130）可抑制sIL-6R/IL-6复合物的活性。sIL-6R水平的升高与某些自身免疫性疾病有关。

4.IL-6的生物学活性

（1）刺激细胞生长：IL-6可促进多种细胞的增殖，如B淋巴细胞杂交瘤、浆细胞瘤、EBV转化的B细胞、T细胞、PMA和IL-4刺激的胸腺细胞、造血干细胞、角朊细胞和肾小球系膜细胞。

（2）促进细胞分化：如B细胞分化和Ig的分泌，CTL分化，协同IL-2增强CTL中穿孔素基因的表达，并增加T细胞IL-2产生和IL-2R表达，诱导异巨噬细胞、神经细胞和NK细胞分化。协同IL-3促进干细胞分化和巨核细胞的成熟。明显促进小鼠骨髓移植后免疫功能的重建。

图4-2 IL-6受体信号传递的模式图

（3）加速肝细胞急性期蛋白（acute phase protein)的合成。

（4）抑制M1髓样白血病细胞系的生长，促进其成熟和分化；抑制黑素瘤、乳腺癌细胞生长。

5.IL-6与临床　IL-6与临床上多种疾病的发生有一定的关系。

（1）IL-6与自身免疫性疾病

①心脏粘液廇：患者往往表现为高丙球蛋白血症，有多种血身抗体以及急性期蛋白升高。培养的粘液瘤细胞含有IL-6和IL-6mRNA，患者血清中IL-6明显升高，骨髓中可见有IL-6依赖的多克隆浆细胞增殖。手术后上述症状和体症可见逐渐消退。

②Castleman氏病：患者表现为高丙球蛋白血症，急性期蛋白和血小板升高，增生的淋巴结生发中心中B淋巴样细胞产生IL-6，其中某些患者可发展成为多发性骨髓瘤。

③类风湿性关节炎：表现为多克隆性浆细胞增多症，自身抗体、C反应蛋白（CRP）和血小板升高。急性期血清以及关节的滑液中能测到IL-6，滑液中IL-6与IgG以及血清中IL-6与C反应蛋白之间有明显的相关性。患者的T细胞、B细胞、滑膜细胞以及软骨细胞均可产生IL-6。

④艾滋病：与艾滋病患者多克隆B细胞活化有关，HIV感染诱导单核细胞产生IL-6可能引起血清中IL-6水平的升高。此外，IL-6可能是Koposi氏肉瘤的主要生长因子之一，反义IL-6基因在体内可抑制Koposi氏肉瘤细胞的生长。

（2）IL-6与肿瘤

①浆细胞瘤形成：慢性炎症诱导IL-6生物合成增加与浆细胞瘤的发生有关。如用石腊或降植烷腹腔刺激小鼠，诱导炎症，可诱导出较高比例的浆细胞瘤。在患者也可见到类似情况，如早先发生的类风湿性关节炎可能与浆细胞瘤形成有关。在体外，IL-6可促进浆细胞瘤和骨髓瘤细胞的生长，某些浆细胞瘤细胞生长依赖于IL-6的存在。

②可能通过自分泌机理与非Hodgkin氏淋巴瘤、慢性淋巴细胞白血病和急性髓样白血病的发病有关。血清中IL-6水平与多发性骨髓瘤如浆细胞白血病病情严重程度有关。多发性骨髓瘤患者不仅骨髓细胞表面IL-6R表达增加，而且血浆中sIL-6R水平明显升高。

（3）IL-6与膜增生性肾小球肾炎（mesangial proliferativeglomerulonephritis,MPG):MPG患者尿中可测出IL-6，而且其水平与疾病的发展有关。体外培养的患者肾小球膜细胞可产生IL-6，提示MPG发生与IL-6的自分泌有关。

IL-6转基因小鼠可出现某些与临床上相似的变化，如血清中高浓度的IL-6和IgG1，浆细胞增多症，MPG的发生以及骨髓中巨核细胞的成熟。

（4）烧伤和术后伴有血清IL-6水平增加。

（5）病毒性脑膜炎和脊髓膜炎小鼠的胶质细胞可分泌大量IL-6，IL-6又可促进脑胶质细胞分泌其它神经营养因子和神经生长因子。

（6）IL-6作用于下丘脑-垂体-肾上腺轴，刺激ACTH和皮质激素的释放以及星状细胞合成内啡肽。

IL-1和TNF-α对IL-6引起的病理损伤可能有协同作用。

应用IL-6治疗放疗、化疗所致血小板减少症、癌症以及作为疫苗佐剂已进入临床试验。

（七）IL-7

1982年Whitlock建立了骨髓长期培养系统（LTBMC)，使得人们有可能对B细胞前体的增殖和分化进行深入的研究。由于B细胞前体的生长对于基质细胞有严格的依赖性，推测骨髓基质细胞可能分泌一种B细胞前体细胞的生长刺激因子。1988年Namen等应用LTBMC获得一株SV40病毒转染的骨髓基质细胞株（bone marrow stromal cell line)IXN/A6，能分泌一种前B细胞刺激因子，起初命名为淋巴细胞生长素（lymphopoietin-1，LP-1），或小鼠前B细胞生长因子（murine pre-B cell growth factor)，1988年统一命名为IL-7。

1.IL-7的产生　由骨髓基质细胞和胸腺基质细胞产生，以IL-7 cDNA为探针，在小鼠胸腺、脾、肾、肝等细胞中均测得有IL-7mRNA存在，但大小不一。

2.IL-7的分子结构和基因　天然IL-7分子量约为25kDa，在69和90位氨基酸残基有N糖基化点，分子内有6个半胱氨酸，可能参与链内二硫键的形成，对IL-7的生物学活性起重要作用。1988年Namen等用IXN/A6细胞株建立cDNA文库，筛选出IL-7的cDNA，经克隆后COS-7细胞中表达出有活性IL-7。小鼠IL-7前体有154氨基酸残基，25氨基酸残基的信号肽，成熟的IL-7由129氨基酸残基组成，推算裸肽分子量为14.9kDa，小于天然IL-7，但活性类似。1989年Goodwin以小鼠IL-7cDNA为探针，从人肝癌细胞系cDNA文中，获得与小鼠IL-7 cDNA高度同源的人IL-7cDNA克隆，并在COS细胞中得到表达。人IL-7基因定位于第8号染色体。rHuIL-7分子有177个氨基酸，包括25个氨基酸先导序列，成熟IL-7分子有152个氨基酸，裸肽分子量17.4kDa，与小鼠IL-7有60%同源性。IL-7对pH改变（pH2.1～8)、SDS、热等理化因素均有一定的抵抗。

3.IL-7受体　IL-7依赖的小鼠IXN/2b基质细胞表面存在高亲和力（Kd～1×10^-10M）和低亲和力（Kd～4×10^-8M)两种类型受体。每个细胞约有2000～2500个受体，其中15～20%为高亲和力型。在Pre-B、胸腺细胞、部分T细胞株上和某些巨噬细胞肿瘤细胞株上有IL-7R，成熟B细胞上无IL-7R表达。不成熟B细胞前体所表达的IL-7R与酪氨酸激酶信号转导途径密切相关，酪氨酸磷酸化是IL-7R介导的跨膜信号产生和传递过程中必不可少的步骤。现已发现一种由于mRNA的不同剪接所产生的可溶性IL-7R，可有效地结合IL-7，可能是IL-7是一种抑制物。最近研究表明，IL-7R属于红细胞生成素受本超家族成员，并有1个Ⅲ型纤维粘连蛋白结构域。

4.IL-7的生物学活性　人IL-7可作用于小鼠的前B细胞，小鼠IL-7对人前B细胞则无刺激作用。目前所知IL-7的主要生物学活性有以下几方面。

（1）B细胞：刺激Pre～B细胞（B220+）的生长，TGF-β对此有抑制作用，但不被抗IL-4、抗IL-6McAb以及抗IL-2R、IL-3R和IL-5R的McAbs所抑制。对骨髓中淋巴干细胞的分化可能也有刺激作用。纯化IL-7在10^-13M即可刺激IXN/2b细胞增殖。

（2）胸腺细胞：促进胸腺中CD4-CD8-和CD4+CD8+细胞亚群的增殖。

（3）T细胞：促进混合淋巴细胞培养（MLC）或PMA刺激T细胞的增殖，协同ConA刺激T细胞产生IL-2以及IL-2R和ICAM-1的表达。IL-7诱导T细胞增殖可通过IL-2依赖和不依赖两种途径。

（4）诱导人PBMC产生LAK活性，加入IL-2抗血清对LAK活性无显著变化，表明IL-7这种诱导LAK活性作用不依赖IL-2，IL-7诱导LAK的前体细胞主要来血PBMC中的NK。IL-4对这种诱导作用有抑制效应，抗IL-4抗血清可使IL-7诱导LAK活性提高4～10倍。

（八）IL-8

见本节趋化因子。

（九）IL-9

1988年Uyttenhove等报道了一种来自小鼠T细胞的细胞因子，能支持某些Th细胞克隆的生长，分子量在30～40kDa，又称T细胞生长因子-Ⅲ（t cellgrowth factor Ⅲ,TCGF-Ⅲ)或P40。人IL-9最初是从HTLV-Ⅰ感染的T细胞系培养上清中发现的，能刺激人巨核细胞白血病细胞株Mo7e的增殖。1990年命名为IL-9。

1 .IL-9的产生　IL-9由活化T细胞（主要是CD4+T细胞）产生，PHA或抗CD3McAb、Ca²⁺载体可诱导T细胞分泌IL-9，PMA有协同作用。PMA和Ca²⁺载体刺激人PBMC可转录大量IL-9mRNA。此外，HTLV-I转化的T细胞株C5MJ2细胞、肥大细胞也可产生IL-9。目前还没有检测到静止T细胞或活化B细胞中有IL-9mRNA的表达。

2.IL-9的分子结构和基因　人和小鼠IL-9基因结构相似，在DNA水平上有67%同源性。人IL-9基因由5个外显子和4个内含子组成，基因长约4kb，与IL-3、IL-4、IL-5、M-CSF、GM-CSF、c-fms、PDGFR基因位于第5号染色体中，在小鼠位于13号染色体。IL-9基因5′非翻译区（UTR）含有TATA盒以及活化蛋白（activator protein,AP)1、2和3，NF-κB,specificity protein-1（SP-1）位点和糖皮质激素反应元件（GRE）等识别位点。小鼠IL-9分子的前体由144个氨基酸残基组成，含18个氨基酸残基的信号肽。人成熟IL-9由126个氨基酸残基组成，分子量为14.2kDa。人和小鼠IL-9在氨基酸水平的56%同源性。均含有10个保守的半胱氨酸，在生理情况下可能形成复杂的二硫键。IL-9为碱性蛋白，有多个N糖基化点。

3.IL-9受体　IL-9R结构上属于红细胞生成素受体超家族（ERS），与配体结合为高亲和力。小鼠IL-9R含468个氨基酸，人IL-9R为553个氨基酸，两者有53%同源性。在小鼠已发现有缺乏空膜区和胞浆区的可溶性IL-9受体（sIL-9R)。

4.IL-9的生物学功能　与其他的细胞因子不同，小鼠IL-9可作用于人的细胞，而人的IL-9却对小鼠细胞无刺激活性。

（1）维持T细胞生长，为一种自分泌生长因子，因此又称为T细胞生长因子-Ⅲ（TCGF-Ⅲ）。由于抗CD3McAb能诱导IL-9产生，故推测IL-9对T细胞抗原刺激后启动的免疫应答有重要调节作用。

（2）IL-9对于IL-4诱导PBL中正常B细胞IgG、IgE和IgM的产生有促进作用。

（3）小鼠IL-9协同IL-3或IL-4刺激骨髓来源肥大细胞的增殖，并诱导其产生IL-6。

（4）刺激巨核母细胞白血病细胞的生长。此外，人和鼠IL-9均可与EPO协同，支持体外骨髓细胞红细胞系的爆发形成单位（erythroid burst forming units,BFU-E）的产生。IL-9单独能支持BFU-E的短期存活。

IL-9可能与Hodgkin氏病的发生有关。原代或传代培养的Hodgkin氏瘤和Reed-Sternberg细胞表达IL-9和IL-9R。

（十）IL-10

1989年美国DNAX研究所Fiorentino等发现小鼠Th2细胞株D10.G4.1产生一种新的细胞因子，能抑制Th1细胞株细胞因子mRNA的转录，称为细胞因子合成抑制因子（cytokine synthesis inhibitory factor,CSIF）,同年命名为白细胞介素10（interlenkin 10,IL-10）。

1.IL-10的产生　抗原或丝裂原刺激小鼠Th2细胞株D10.G4.1以及CDC25、CDC35、D9、MB2-1等细胞可分泌IL-10。在小鼠，活化胸腺细胞、巨噬细胞、角朊细胞、Ly1+（CD5+）和正常B细胞也可产生IL-10；在人类，某些CD4+T细胞克隆、来自AIDS病人B细胞系、EBV感染的淋巴母细胞、Burkitt氏淋巴瘤、活化单核细胞、外周血T细胞（包括CD8+细胞，CD4+CD45RA+naive T细胞、CD4+CD45RO+记忆T细胞）均可产生IL-10。

2.IL-10的分子结构和基因　小鼠和人IL-10基因都定位于第1号染色体，其基因组包括5个外显子和4个内含子，并可能有NF-κB和AP-1的结合位置。人和小鼠IL-10在DNA和氨基酸水平上分别有81%和73%的同源性。DNA序列分析表明，IL-10与EB病毒基因组中开放读框区I（BCRF-I）有70%左右的同源性。有人把BCRF-I的基因产物称为病毒IL-10（vIL-10），提示EBV可能摄取了哺乳动物IL-10的基因，以求自身的生存。如EBV感染过程中通过产生vIL-10抑制宿主细胞IFN-γ产生，保持EBV在宿主细胞内生存和繁殖。Moore等已克隆成功IL-10cDNA，并在COS7细胞中得到表达。人和小鼠IL-10均含178个氨基酸残基，内有18氨基酸信号肽系列，裸肽分子量18.7kDa,PI8.1。成熟IL-10分子为160氨基酸残基，小鼠和人IL-10分子中分别含5个和4个半胱氨酸残基，由于不同糖基化可使分子量有所差别，在35～40kDa之间，酸性条件下不稳定，在溶液中呈非共价连接的同源双体。人IL-10可作用于小鼠源性细胞，而小鼠IL-10对人的细胞则无作用。

3.IL-10的生物学功能

(1)抑制小鼠Th1细胞的增殖以及IL-2、IL-3、IFN-γ、TNF以及GM-CSF等细胞因子合成。其作用机理可能是IL-10作用于APC细胞，降低其MHCⅡ类抗原的表达，或诱导APC细胞产生另一种细胞因子，改变细胞内信号的传递途径，从而选择性抑制某些细胞因子mRNA转录。IL-10可抑制人TH0、TH-1、TH-2样T细胞克隆的增殖。

（2）促进肥大细胞和胸腺细胞增殖，IL-10也是淋巴结、脾脏细胞生长的复合因子（cofac-tor)。

（3）协同IL-2诱导ConA活化脾细胞中CTL前体细胞（CTLp)分化为成熟的CTL。

（4）提高B细胞的存活率，促进B细胞的增殖、MHCⅡ类抗原表达以及Ig的分泌，并与Th2所产生的IL-4、IL-5有协同作用。

（5）抑制NK细胞因子的产生。

IL-10的拮抗剂可能具有抗EB病毒的作用；而IL-10通过促进单核细胞表达IL-1ra而可能成为抗炎症的治疗手段，动物实验表明，IL-10可有效地避免LPS诱导小鼠休克而造成的死亡。

（十一）IL-11

IL-11最初由Paul等在灵长类动物骨髓基质细胞株Pu-34培养上清发现的。这种生长因子可刺激IL-6依赖的小鼠浆细胞瘤细胞系T1165.85.2.1的生长，即使在有中和活性抗IL-6McAb的存在，仍有这种刺激作用，以后证实这种因子与脂肪形成抑制因子（adipogenesisinhibitory factor,AGIF)是同一物质。1990年命名为白细胞介素11（interleukin 11,IL-11)。

1.IL-11的产生　主要由间充质来源的粘附细胞（mesenchymal-derived adherent cell)产生，如骨髓基质细胞、基质成纤维细胞、人胚肺成纤维细胞和滋养层细胞。IL-1刺激Pu-34细胞后IL-11明显升高。

2.IL-11的分子结构和基因　杨育中等首先发现并克隆人IL-11基因，至今小鼠IL-11基因尚未克隆成功。人IL-11基因定位于19号染色体，含有5个外显子和4个内含子。在5′UTR含有与RNA多聚酶Ⅱ结合的TATA盒；3′UTR含有多个ATTTA重复序列，可能与降低mRNA的稳定性有关；此外，还有一些序列可能与干扰素诱导元件（或因子）（interferon-inducible elements或interferon-induciblefactors)如SP-1（specificityprotein 1 或promotor-specific factor)和AP-1（activator protein 1)相结合。成熟的人IL-11分子含178个氨基酸残基，分子量23kDa，不含半胱氨酸残基，亦无潜在的糖基化位点。

3.IL-11受体　迄今为至特异性结合IL-11的人IL-11受体α链尚未基因克隆成功。PU34细胞每个细胞有138个IL-11结合位点，亲和力Kd为1.2×10^-10M。目前已经证实，gp130是IL-11受体的信号转导亚单位，gp130是IL-11R以及IL-6R、LIFR、OSMR、CNTFR所共有的。IL-11可诱导靶细胞的酷氨酸磷酸化，gp130中和活性抗体可抑制IL-11诱导的酷氨酸磷酸化。有关gp130的基因的分子的结构参见本节IL-6受体和本章第三节。1994年Hilton等从成年小鼠肝cDNA文库中克隆成功小鼠IL-11Rα链cDNA，与IL-6Rα链有24%同源，属于造血因子受体家族。

4.IL-11的生物学活性　IL-11的功能与IL-1、IL-6、G-CSF和SCF的功能相近。

（1）促进B细胞抗体的生成，这一作用依赖于CD4T细胞的存在。体内实验证明，IL-11可使小鼠脾脏抗原特异性PFC水平和血清中特异性抗体升高。

（2）促进某些IL-6依赖细胞株如TF-1的生长，IL-11与IL-6可诱导靶细胞产生相似的蛋白酪氨酸磷酸化以及原癌基因jun-B的表达。

（3）与IL-3、IL-4协同作用于骨髓造血干细胞，缩短干细胞Go期。

（4）与IL-3等协同促进骨髓巨核细胞体外集落形成、生长和成熟，并增加细胞体积，增加外周血血小板的数量。

（5）IL-11对小鼠骨髓和胎儿肝脏来源的不同分化阶段红系祖细胞具有刺激作用，在早期阶段需要与IL-3或SCF协同，而在分化晚期，IL-11单独可促进CFU-E的成熟。

（6）诱导肝细胞急性期蛋白合成。

（7）抑制脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase,LPL)活性和脂肪细胞的分化，因此，又称为脂肪形成抑制因子（AGIF）。

小鼠体内应用IL-11可诱导抗体产生细胞的产生，血小板升高，增加骨髓来源CFU-GM、BFU-E、CFU-GEMM祖细胞细胞周期的速率。在骨髓抑制的小鼠中，IL-11可促进外周血中血小板、红细胞和粒细胞的数量。在骨髓移植小鼠中，IL-11可明显促进外周血中性粒细胞和血小板水平的恢复。

（十二）IL-12

1982年Wagner等发现在丝裂原刺激小鼠淋巴细胞的条件培养液中存在一种不同于IL-2的细胞因子，这种细胞因子在体外能与IL-2协同促进鼠CTL应答。1986年在人混合淋巴细胞培养（MLC）或PHA活化的PBMC培养上清中也发现了与此类似的因子，称为CTL成熟因子（cytotoxic lymphocyte maturationfactor,CLMF;或Tc maturation factor TcMF)。1991年Gubler等将CLMfcDNA克隆并表达成功，表明是一种新的细胞因子，遂将CLMF命名为白细胞介素12（interleukin 12,IL-12)。

1.IL-12的产生　主要由B淋巴细胞产生。

（1）MLC或丝裂原活化的PBMC培养上清。

（2）PMA与钙离子载体A23187联合刺激EBV转化的B淋巴样母细胞RPMI8866可产生较高水平的IL-12。

2.IL-12的分子结构和基因　IL-12是由二硫键联接的异源双体，两个亚单位的分子量分别为35kDa和40kDa，等电点在pH4.5～5.5。从高产IL-12的人B淋巴样母细胞亚克隆NC37.98基因文库中克隆了IL-12cDNA，转染COS细胞获得高表达。人IL-12P35亚单位有197个氨基酸残基，含7个半胱氨酸和3个N糖基化位点，P40亚单位306个氨基酸残基，有10个半胱氨酸，4个N-糖基化位点。小鼠IL-12P35有193个氨基酸残基，与人IL-12P35有66%同源性，P40有313个氨基酸残基与人P40有70%同源性。在生理情况下，亚单位中的半胱氨酸残基之间可能形成复杂的分子间二硫键结构。两个亚单位是由不同的基因所编码，基因转染试验结果表明，只有将编码两个亚单位cDNA同时转染才能获得有生物学活性的IL-12。P35与IL-6和G-CSF有同源性，P40与IL-6受体、睫状神经营养因子（CNTF）受体、G-CSF受体有同源性，具有细胞因子受体家族的特征。提示IL-12分子可能是一种细胞因子/可溶性细胞因子受体复合物。在RPMI8866细胞系中纯化到的自然杀伤细胞刺激因子（natural killer cell stimulating factor,NKSF)的结构和功能与IL-12相同。

3.IL-12受体　IL-12R亚单位的基因最近克隆成功，推算有662个氨基酸，裸肽分子量70kDa，糖基化后约为100kDa。IL-12R亚单位为Ⅰ型穿膜蛋白，胞膜外区含516个氨基酸残基，与gp130、G-CSFR、LIFR高度同源。单体IL-12R不结合IL-12，双体或寡聚体IL-12R亚单位与IL-12（p40亚单位为与受体结合部位）结合为低亲和力，Kd为2～6nM，PBMC表面有IL-12高亲和力受体，Kd约100pM，目前与IL-12R亚单位组成高亲和力的另一个亚单位尚未确定。IL-12P35亚单位、P40亚单位和IL-12R亚单位分别与IL-6、IL-6R和gp130有很高的同源性，而且相互结合的模式也十分相似，即IL-12P35同P40形成异源双体后可同双体或寡聚体的IL-12R亚单位结合，而IL-6同IL-6R受体结合后可同gp130二聚体结合。IL-12受体分布于PHA活化的CD4+、CD8+T细胞亚群以及IL-2活化的CD56+NK细胞，1000～9000IL-12结合点/细胞。

4.IL-12的生物学功能　人IL-12作用有种属特异性，人IL-12对小鼠细胞作用甚微。

（1）与IL-2协同诱导CTL的分化，促进同种异体CTL反应。

（2）刺激PHA活化CD3+T细胞（包括CD4+和CD8+）增殖。IL-12诱导T细胞最大增殖水平低于IL-2的增殖刺激作用，但刺激50%最大增殖所需细胞因子浓度远低于IL-2。IL-12这种增殖作用所经途径与IL-2、IL-4和IL-7的刺激作用不同，因为针对IL-2、IL-2R、IL-4和IL-7的单克隆抗体不能阻断IL-12的增殖作用；IL-12单克隆抗体对IL-2、IL-4和IL-7诱导增殖亦无阻断作用。IL-12对静止PBMC不具有增殖作用，这一性质与IL-4相似。但IL-12与亚适剂量IL-2可协同诱导静止PBMC增殖。其机理可能是：①IL-12促进IL-2诱导T细胞IL-2r P55的表达，提高PBMC对IL-2的反应性；②IL-2促进PBMC某些亚群IL-12R表达；③在IL-2存在的条件下，IL-12可提高IFN-γmRNA转录水平，增加其稳定性，促进分泌IFN-γ，如小鼠IL-12可诱导Th1细胞产生IFN-γ。此外，IL-12通过诱导产生的IFN-γ激活巨噬细胞，诱导其TNF-α的分泌。IL-12可诱导Th1亚群的形成，此作用可能通过两种途径：①IL-12直接作用于Th1亚群；②IL-12刺激T细胞、NK细胞产生IFN-γ诱导Th1亚群形成。

（3）协同IL-2诱导CD56+NK细胞增殖以及LAK细胞产生，促进ADCC功能，NKSF释放，诱导CD56、CD2、CD11a、IL-2R、TNFR（CD120b）、LFA-1和ICAM-1等分子的表达。

（4）促进B细胞Ig产生和Ig类型转换，由IgM转为IgG，抑制IL-4诱导B细胞IgE合成。这种抑制作用是T细胞依赖的，其作用机理与IFN-γ、TGF-β和IL-8抑制IgE产生的机理可能有所不同。

IL-12发挥生物学效应所需的细胞因子浓度很低（≤pM），与亚适剂量IL-2联合应用可降低IL-2用量，同时提高CTL、NK、LAK的杀伤活性，因此IL-12可能成为一种新的抗肿瘤生物制剂。

（十三）IL-13

1993年Minty等报道了白细胞介素12（interleukin 13，IL-13）cDNA克隆获得成功。IL-13主要由活化T细胞产生，抗CD28抗体可诱导IL-13mRNA表达；在小鼠IL-13由Th2亚群产生。

1.IL-13的分子结构和基因　人IL-13基因定位于5号染色体，由4个外显子和3个内含子组成。人和小鼠IL-13在基因水平上有66%同源性。人IL-13分子有132个氨基酸，切除18个氨基酸的信号肽后，成熟IL-13分子为114个氨基酸，非糖基化IL-13分子量为12.4kDa，糖基化后为17kDa，与小鼠IL-13有58%同源性。IL-13基因与IL-4基因连锁，在氨基酸水平上有20%～25%同源性。

2.IL-13的生物学活性

（1）趋化单核细胞，延长单核细胞在体外存活时间，抑制LPS诱导单核细胞、巨噬细胞IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α等炎症因子产生。

（2）协同抗IgM活化B细胞的增殖，诱导和上调B细胞MHCⅡ类抗原、CD23和CD72的表达，诱导B细胞产生IgM、IgG和IgE。

（3）诱导大颗粒淋巴细胞（LGL）产生IFN-γ，并可与IL-2协同刺激LGL产生IFN-γ，因而在诱导LAK活性以及Th1型细胞免疫中可能有重要作用。

（十四）IL-14

白细胞介素14（interleukin 14，IL-14）又称高分子量B细胞生长因子（high molecular-weight B cell growthfactor,HMW-BCGF)。成熟IL-14有468个氨基酸，单体形式，主要由T细胞产生，可诱导活化B细胞的增殖，但对静止B细胞无刺激作用，抑制有丝分裂原刺激的B细胞Ig的分泌。

（十五）IL-15

Grabstein等首先在猴肾表皮细胞系CV-1/EBVA上清中发现一种能维持CTLL增殖的因子，随后基因克隆获得成功并命名为白细胞介素15（interleukin 15,IL-15)。以猴IL-15 cDNA为探针克隆人IL-15 cDNA获得成功，人和猴IL-15基因编码区序列有97%同源。人体多种组织和细胞表达IL-15mRNA，如心、肺、肝、肾，尤以胎盘和骨骼肌以及PBMC最为丰富，但活化的外周血T细胞却检测不到IL-15mRNA。IL-15前体分子由162氨基酸组成，先导序列较长为48个氨基酸残基，成熟分子114个氨基酸残基，分子量14～15kDa。IL-15具有类似IL-2的结构和功能，刺激CTLL细胞和PHA活化T细胞（CD4+CD8+亚群）的增殖，诱导CTL和LAK细胞的产生。IL-15的刺激作用需要有靶细胞的IL-2受体β和γ链的参与，但不需要IL-2受体的α链。

表4-3　白细胞介素（IL）种类和主要生物学活性

二、集落刺激因子（CSF)

骨髓造血干细胞体外半固体培养技术的建立和重组集落刺激因子（colony-stimulating factor,CSF)的问世给集落刺激因子的研究提供了前提。根据细胞因子刺激不同造血细胞系或不同分化阶段的细胞在半固体培养基中形成不同细胞集落，分别命名为粒细胞CSF（G-CSF）、巨噬细胞CSF（M-CSF）、粒细胞和巨噬细胞CSF（GM-CSF）、多重集落刺激因子（multi-CSF,又称IL-3）、干细胞因子（SCF）、红细胞生成素（EPO）。有人将IL-5称为嗜酸性粒细胞集落刺激因子（Eo-CSF)。此外，IL-1、IL-6和IL-11在骨髓多能干细胞早期的分化中也有重要的作用。

（一）IL-3

1981年Ihle等发现ConA刺激小鼠脾细胞的培养上清中含有一种因子，能提高裸鼠脾脏淋巴细胞成熟淋巴细胞标志20-α-羟固醇脱氢酸（20-α-hydroxysterioddehydrogenase,20αSDH）的阳性率，命名为白细胞介素3（interleukin-3,IL-3)。由于IL-3可刺激多能干细胞和多种祖细胞的增殖与分化，又称为多重集落刺激因子（multi-colony stimulating　factor,multi-CSF)。

1.IL-3的产生　主要由活化T细胞或T细胞克隆产生。小鼠髓样单核细系（myelomonocytic cell line) WEHI-3B细胞系可自发产生一定水平的IL-3。此外，胸腺上皮细胞、活化小鼠肥大细胞等也可表达IL-3。

2.IL-3的分子结构和基因　1984年美国和澳大利亚分别从ConA刺激小鼠T细胞和WEHI-3B细胞中提取高活性部分mRNA，逆转录成cDNA，进行克隆化和DNA序列分析。编码小鼠IL-3和GM-CSF的基因都定位于第11号染色体。IL-3的基因组由5个外显子和4个内含子组成。cDNA编码166氨基酸残基，N端26氨基酸残基为信号肽，此外N端另有数个氨基酸残基可能被血清蛋白酶所切除。成熟小鼠IL-3由131氨基酸残基组成，含有糖基，分子量为25～28kDa。

1986年美籍华人杨育中从长臂猿T白血病细胞株MLA144中提取IL-3mRNA，成功地获得长臂猿IL-3cDNA(gIL-3cDNA),后又用gIL-3cDNA作为探针筛选人IL-3基因组DNA，并克隆成功。人IL-3基因结构与小鼠相似，由5个显子和4个内含子组成，人与鼠IL-3DNA约有45%同源性，氨基酸有29%同源性，但人鼠间IL-3生物学作用无交叉反应。人和长臂猿IL-3有高度同源性，成熟的IL-3分子都由133个氨基酸残基组成，仅11个氨基酸残基不同，在第16位和84位上2个半胱氨酸残基在分子内形成二硫键，此外还有2个N糖基化点 。在体外糖基不影响IL-3的生物学活性。hIL-3启动子上游调控区含有多个转录调控子同源位点，其中AP-1（TGAGTCA）位于-301处，CREB（TTACGTCT）位于-147处，NFAT-1（GATGAATAAT）位于-156处，CK-1（GAAGGTTCCA）位于-126处，CK-2（TCAGATAA）位于-115处。hIL-3转录调控主要受上游两个顺式调控区的调控。第一个位于-121到-161之间，它对于hIL-3转录激活最为重要，其间除含有CREB、NFAT-1外，新发现了对hIL-3表达起决定作用的转录调控蛋白结合位点，该位点被命名为NF-IL-3-A（ATGAATAA）。第二个调控区位于-301处的AP-1位点，AP-1位点能强有力地增强hIL-3基因的转录。此外，最近还发现了hIL-3转录抑制调控区，位于-250和-271之间，称为NIP位点。目前认为位于其上游-301处AP-1对hIL-3的转录增强作用是通过消除NIP对hIL-3基因转录的抑制来实现的。

人IL-3以及IL-4、IL-5、IL-13、GM-CSF、M-CSF、M-CSF受体（c-fms编码产物）、PDGFR（血小板衍生的生长因子受体）、β₂-肾上腺素能受体（β₂AR）、内皮细胞生长因子（ECGF）和CD14的基因都定位于第5号染色体。这种在一定区域内连锁的现象可能与协同调节造血过程有关，并可能与骨髓发育异常综合征（myelodysplastic syndrome,MDS)、原发性急性非淋巴细胞白血病（acutenonlymphocytic leukemia,ANLL)、顽固性巨幼红细胞贫血等疾病的发病有关。

3.IL-3受体　分子量为140kDa，属于红细胞生成素受体超家族成员，而且具有2个该家族的结构域，IL-3R胞浆区是酪氨酸激酶的底物。有关IL-3Rβ链参见本节GM-CSF受体和本章第三节。

4.IL-3的生物学活性　IL-3与其它集落刺激因子的生物学作用见表4-4。除具有多重集落刺激作用外，最近发现IL-3可刺激皮肤上皮细胞、CD4-CD8-TCRαβ细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞的增殖，阻止肥大细胞发生程序性细胞死亡。

（二）GM-CSF

1977年Burgess等从小鼠肺条件培养液中发现一种能刺激粒细胞和巨噬细胞形成集落的因子，命名为粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colonystimulating factor,GM-CSF)。1984年和1985年小鼠和人GM-CSF的cDNA分别克隆成功。

1.GM-CSF的产生　T细胞、B细胞、巨噬细胞、肥大细胞、内皮细胞、成纤维细胞等均可产生GM-CSF。其中T细胞和巨噬细胞一般在免疫应答或炎症介质刺激过程中直接产生；而内皮细胞、成纤维细胞可能通过IL-1和TNF的诱导而产生。

表4-4　CSF的生物学功能及临床应用

Mo:单核细胞；Mφ：巨噬细胞；Eo：嗜酸性粒细胞；En：内皮细胞；Fb：成纤维细胞；Tact:活化T细胞

表4-5　产生GM-CSF的细胞和刺激物

注：PTH：甲状旁腺激素

2.GM-CSF的分子结构和基因　人和鼠GM-CSF基因DNA序列有高度同源性，基因组约2.5kb长，包括4个外显子和3个内含子。小鼠GM-CSF基因位于11号染色体。在人则位于第5号染色体长臂，在IL-3基因下游9kb处，此外，人的IL-4、IL-5、M-CSF、M-CSF受体（C-fms)和早期生长应答基因-1（early growth response gene-1,EGR-1)也位于第5号染色体的长臂（表4-6）。

表4-6　人第5号染色体上某些生长因子、受体和CD抗原的基因

人和小鼠GM-CSF基因以及其它某些淋巴因子基因上游区TATA盒上游330bp有较高的同源性，包括一个富含GC的区域和一个10个核苷酸同一的序列（decanucleotideconsensus sequence)，这一序列也见于人或小鼠IL-2和IL-3基因的promoter中。此外，CK-1（cytokine consensus-1)或称保守的淋巴因子元件1（conserved lymphokine element 1,CLE-1)在小鼠或人G-CSF、GM-CSF、IL-2和IL-3的基因组中均可见到；而CK-2仅见于人或小鼠GM-CSF和IL-3的基因组中。

人和小鼠GM-CSF分别由144和141氨基酸残基组成，均包含17氨基酸的先导序列。成熟的人和小鼠GM-CSF分子分别由127和124个氨基酸残基组成，在氨基酸水平上有54%同源性，但生物学作用具有种属特异性。GM-CSF含有高度保守结构的2个链内二硫键，其中51个与93位之间形成的二硫键对该因子的生物学活性有重要作用。人GM-CSF分子中第21～31和78～94氨基酸残基对刺激造血功能极为重要，而糖基无论在体内或体外对GM-CSF的生物效应似乎无影响。

用GM-CSF转基因小鼠造血细胞为研究模型，发现这类小鼠有高水平的GM-CSF，同时伴有许多细胞组织的损伤。自分泌GM-CSF的造血细胞同时转录IL-1α、TNF和FGF（成纤维细胞生长因子）mRNA。

13.GM-CSF的生物学活性　GM-CSF有多种生物学活性（表4-4和4-7）。

表4-7　GM-CSF的生物学活性

有报导GM-CSF和IL-3的融合蛋白可明显增强造血功能，如融合蛋白PIXY321与同时表达GM-CSFR和IL-3R细胞株结合，亲和力增加5～10倍，促进细胞增殖作用是GM-CSF加IL-3作用的10倍，刺激BFU-E、CFU-E、CFU-GM、CFU-GEMM造血细胞集落作用比单独使用IL-3、GM-CSF或两者联合应用要高10～20倍。

4.GM-CSF受体　人和小鼠 GM-CSFR均由α、β两条链组成，单独α链与配体的结合为低亲合力，β链单独不结合配体，但与α链共同组成高亲和力受体，在信号转导中起主要作用。GM-CSFR。α、β两条链胞膜外结构均属于造血因子受体超家族（或称红细胞生成素受体超家族）成员。已证实GM-CSFRβ链为IL-3、IL-5受体所共用，但在人和小鼠β链的共同情况有所差异。

（1）小鼠GM-CSFR：α链又称STH分子，由包括信号肽在内的396个氨基酸组成，成熟分子约70kDa，与IL-3结合为低亲和力，Kd值4×10^-8M。小鼠GM-CSFr β链有AIC2A和AIC2B两种分子，其中AIC2A为GM-CSFR所特有，AIC2B则为GM-CSFR、IL-3R、IL-5R所共有。β链与GM-CSFRα链组成高亲和力受体，Kd为3×10^-10M。AIC2A由包括信号肽在内878个氨基酸组成，成熟分子120kDa，糖蛋白，胞浆部分413个氨基酸，不含激酶结构，但可被酪氨酸激酶磷酸化，在信号转导过程中发挥重要作用。

（2）人GM-CSFR：α链为低亲和力受体。人β链又称KH97分子，与小鼠GM-CSFr β链AIC2B有56%同源性，人GM-CSFR β链cDNA编码897个氨基酸，成熟分子120kDa，有16个氨基酸的先导序列，胞膜外区422个氨基酸，穿膜区26个氨基酸，胞浆区433个氨基酸，β链为IL-3、IL-5、GM-CSF受体所共用，其信号转导与酪氨酸磷酸化有关，有关信号转导机理参见本章第三节。

（3）GM-CSFR的分布：GM-CSFR主要分布于髓系细胞，但分布的方式有所不同。在中性粒细胞表面仅有GM-CSFR的α和β链，而无IL-5R和IL-3R的α链，因而IL-3、IL-5对GM-CSF与中性粒细胞表面GM-CSFR结合不发生竞争，由于α链数目少于或等于β链的数目，所以中性粒细胞表面仅有高亲和力GM-CSFR，而无低亲和力受体。IL-3、GM-CSF两种细胞因子均可作用于单核细胞，而且可以相互竞争结合。单核细胞可同时表达IL-3、GM-CSF的高亲和力受体，也表达这两种低亲和力受体，提示在单核细胞表面这两种细胞因子受体α链表达的数目多于β链。在嗜酸性粒细胞表面同时表达IL-3、IL-5和GM-CSF三种受体，而且IL-3、IL-5和GM-CSF三种配体均可相互竞争抑制。嗜碱性粒细胞亦具有这三种受体，但结合相应配体的能力依次是GM-CSF>IL-3>IL-5。

（三）G-CSF

1.G-CSF的产生　内毒素、TNF-α和IFN-γ可活化单核细胞和巨噬细胞产生粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor,G-CSF)。此外，成纤维细胞、内皮细胞、星状细胞和骨髓基质细胞等在LPS、IL-1或TNF-α刺激活化后也可分泌G-CSF。某些白血病细胞以及CHu-2人口腔癌细胞、5637人膀胱癌细胞、MIAPa Ca-2胰腺癌细胞可组成性地表达G-CSF。

2.G-CSF的分子结构和基因　1986年G-CSF cDNA克隆成功，G-CSF基因全长2.5kb，包括5个外显子和4个内含子，人G-CSF基因位于17号染色体，与小鼠G-CSF基因约有73%同源性，与IL-6无论在基因水平以及氨基酸水平上都有很高同源性，包括外显子、内含子组成，Cys数目，两对二硫键位置以及分子的三级结构等。小鼠G-CSF分子共含有208个氨基酸，30个氨基酸先导序列，成熟蛋白为178个氨基酸。人类有两种不同的G-CSf cDNA，分别编码含207和204氨基酸的前体蛋白，均有30个氨基酸的先导序列，成熟蛋白分子分别为177和174个氨基酸，前者除了在成熟分子N端35位处插入了3个氨基酸外，其余的序列与174氨基酸分子相同。人G-CSF分子量为19.6kDa，PI6.1，O-糖基化，对酸碱（pH2～10）、热以及变性剂等相对较稳定。G-CSF有5个半胱氨酸，Cys 36与Cys42，Cys74与Cys64之间形成两对二硫健，Cys17为不配对半胱氨酸，二硫键对于维持G-CSF生物学功能是必须的因素。人和小鼠G-CSF在氨基酸水平有73%同源性，并具有相互交叉的生物学活性。

3.G-CSF受体　1990年G-CSF受体cDNA克隆成功，基因组16.5kb长，有17个外显子。G-CSFR为高亲和力受体，表达在造血祖细胞和中性粒细胞、胎盘细胞、内皮细胞和髓样白血病细胞株如HL-60细胞等，每个中性粒细胞有300～1000个G-CSFR，Kd为100pM。小鼠G-CSFR是高度糖基化的，含812个氨基酸。膜型G-CSFR包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区。胞膜外区含有3个区域：（1）N端1个Ig样区；（2）1个红细胞生成素受体超家族结构域，这是识别G-CSF配体的部位；（3）三个串连的Ⅲ型纤维粘连素（fibronectin)结构区。人G-CSF R含813氨基酸，与小鼠G-CSFR有62%同源性。此外，人G-CSFR还有一种759氨基酸的异型（isoform)，这种异型G-CSFR除C端序列不同外，其它部分与前者相同。G-CSFR还可以可溶性形式（sG-CSFR）存在于体液中。

4.G-CSF的生物学作用　G-CSF主要作用于中性粒细胞系（lineage）造血细胞的增殖、分化和活化。在体外G-CSF刺激骨髓造血祖细胞中中性粒细胞集落的形成，延长成熟中性粒细胞的存活时间，活化中性粒细胞，促进其ADCC，超氧阴离子的产生和碱性磷酸酶的合成。最近研究表明，单独G-CSF或与SCF协同可促进多能造血干细胞的增殖、干细胞母细胞集落形成以及体内CFU-S的形成。G-CSF还具有对人粒细胞、单核细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞以及成肌纤维细胞的趋化作用。肿瘤患者注射G-CSF后可提高血循环中中性粒细胞的水平，这种作用可能与缩短某些骨髓细胞进入S期的时间以及增加生成粒细胞的祖细胞数量有关。

（四）M-CSF

巨噬细胞集落刺激因子（macrophagecolony stimulating factor,M-CSF)又称CSF-1，最初发现其存在于血清、尿或其它体液中，能刺激骨髓造血祖细胞巨噬细胞集落的形成。

1.M-CSF的产生　多种细胞均可产生M-CSF，包括：成纤维细胞、子宫内膜中分泌型上皮细胞、骨髓基质细胞、脑星状细胞、成骨细胞；LPS等激活的巨噬细胞、B细胞、T细胞和内皮细胞等；此外，多种肿瘤细胞如原粒细胞性白血病、淋巴母细胞性白血病、肺腺癌细胞、乳腺癌和卵巢癌等。

2.M-CSF分子的结构和基因　人和小鼠天然M-CSF为糖蛋白，由二硫键连接的同源双体，分子量40～90kDa。人M-CSF前体长度554～256个氨基酸不等，均有32个氨基酸的信号肽和23个氨基酸的穿膜部分。膜结合型M-CSF表达在单层培养的成纤维细胞，可刺激表达M-CSF受体的巨噬细胞的粘附和增殖。成熟M-CSF分子靠近N端150氨基酸在与M-CSF受体结合中起关键作用，人和小鼠M-CSF分子这个区域结构高度保守，其同源性达80%。

3.M-CSF受体　M-CSFR由c-fms原癌基因所编码。人和小鼠M-CSF和M-CSF受体基因分别定位于第5和第11对染色体，与GM-CSF、IL-3、IL-4、IL-5、IL-13和酸性FGF基因密切连锁。M-CSF受体为高亲和力，表达于循环的单核细胞和组织巨噬细胞以及胎盘滋养层细胞。人M-CSFR为穿膜糖蛋白，胞膜外区512个氨基酸，组成5个免疫球蛋白样区，穿膜区25个氨基酸，胞浆区435个氨基酸，并具有蛋白酪氨酸激酶区。通常M-CSFR是以同源二聚体形式存在。

4.M-CSF的生物学作用　M-CSF主要的生物学作用是促进单核-吞噬细胞包括破骨细胞在内的存活、增殖和活化。妊娠妇女尿中M-CSF水平明显增加，可能与胎盘的形成有关。M-CSF是炎症反应中的介质，并可提高巨噬细胞杀伤肿瘤细胞和微生物的能力。人M-CSF可作用于小鼠，而小鼠的M-CSF生物学作用则具有种属的特异性。

图4-3　细胞因子与造血细胞分化

合理应用重组人M-CSF有助于提高机体免疫应答水平，现已用于治疗某些肿瘤，提高化疗后总白细胞和粒细胞水平，还可治疗小儿慢性中性粒细胞减少症。

M-CSF可能与某些癌症、全身性红斑狼疮和骨质疏松症等疾病发生有关。白血病、淋巴细胞恶性增生、骨髓及外骨髓增殖性疾病、卵巢癌、子宫内膜癌、全身性红斑狼疮以及免疫性血小板减少性紫瘢病人血清或血浆中M-CSF的水平可升高。

（五）SCF

干细胞因子（stem cellfactor,SCF)又称肥大细胞生长因子（mast cell growth factor,MGF)，最初是从Buffalo大鼠肝细胞系中cDNA克隆成功，在小鼠MGF基因位于第10号染色体SL基因，是C-kit的配体（C-kit ligand,KL)，因此也称之造血生长因子KL。

1.SCF的产生　主要由肝细胞产生。

2.SCF的分子结构　人和小鼠SCF分别由248和220个氨基酸组成，约有80%同源性。SCF可以可溶性和膜结合两种形式存在，可能与SCf mRNA剪接或蛋白酶切割位点不同有关。在体内SCF以非共价相连同源二聚体形式存在，单体分子量约31kDa，单体中含有4个半胱氨酸残基，形成分子内二硫键。糖基对SCF生物学活性并非必需。

3.SCF受体　SCF受体即是C-kit，成熟SCF受体分子由953个氨基酸组成，其中胞膜外区497个氨基酸，属免疫球蛋白超家族成员，组成5个Ig样的结构域，与M-CSFR、PDGFR有较高的同源性；穿膜区由23个疏水性氨酸组成；胞浆区433个氨基酸，含有酪氨酸激酶和自身磷酸化的结构域。SCFR表达于多种干细胞、集落形成细胞和肥大细胞等。

4.SCF的生物学作用

（1）促进IL-3依赖的早期造血前体细胞的增殖和分化，可以IL-3、G-CSF、GM-CSF和EPO等细胞因子协同促进髓样、淋巴样和红细胞样细胞的产生。

（2）促进肥大细胞增殖。

（3）促进黑素母细胞（melanoblasts)的增殖。

SCF在骨髓移植、造血功能障碍以及干细胞基因治疗中有潜在的应用价值。目前SCF已进入临床Ⅰ期试验，主要治疗乳腺癌和淋巴瘤病人。

（六）EPO

红细胞生成素（erythropoietin,EPO)是一种刺激红细胞产生的糖蛋白。

1.EPO的产生

（1）肾脏是EPO产生的主要来源，产生EPO细胞为肾小管基底膜外侧的肾小管周围间质细胞（peritubular interstitial cell)，由于这些细胞释放第Ⅷ因子，因此这种EPO产生细胞可能是一种肾小管周围毛细血管的内皮细胞。组织氧利用率下降所引起组织缺氧是诱导EPO产生的主要刺激因素。

（2）肝脏中枯否氏细胞

（3）骨髓中巨噬细胞

2.EPO的分子结构和基因　人和小鼠EPO基因分别定位于第7和第5号染色体。人EPO基因组为单拷贝，5.4kb长，有5个外显子和4个内含子。EPO基因上游有TATA盒，5′UTR处有AP-1、SP-1、NF-IL-6、GRE和NF-κB的结合序列。EPo cDNA编码193个氨基酸，包括27个氨基酸先导序列，成熟EPO分子由166个氨基酸组成，分子量为18kDa，在CHO细胞中表达rEPO为30kDa ，糖占39%，在人尿中的EPO为34kDa糖蛋白。

3.EPO受体　1989年从MEL细胞745表达文库中EPORcDNA克隆成功。人EPOR基因位于19号染色体，裸肽分子量为55kDa，糖基化后为66kDa，由508个氨基酸残基组成，包括24氨基酸残基的先导序列，成熟EPOR为484个氨基酸残基，其中，胞膜外区226，穿膜区22，胞浆区236个氨基酸残基，胞膜外结构属红细胞生成素/细胞因子受体超家族。还可能存在着66kDa与其它膜分子的复合物。EPOR有高亲和力和低亲和力两种，至今对EPOR组成的确切结构和信号转导还不清楚。目前至少已发现3种在自然状态下由于膜受体裂解脱落的可溶性EPO受体（sEPOR)。

4.EPO的生物学作用　EPO特异地作用于红细胞样前体，对其它细胞系几乎没有作用。EPO刺激骨髓中红细胞样前体细胞产生红细胞样集落形成单位（colony-formingunit-erthroid,CFU-E)和红细胞样爆发形成单位（burst-formingunit-erythroid,BFU-E)。CFU-E为迅速分裂的红细胞样前体细胞，对低浓度EPO即有反应；BFU-E则为更不成熟的红细胞样前体细胞，对EPO反应后，其分裂速度较慢。

EPO水平过高见于：（1）原发性红细胞增多症；（2）继发性红细胞增多症，如高原居住者，慢性阻塞性肺疾患，紫绀性心脏病，高亲和力血红蛋白病，吸烟，局限性肾脏缺氧，恶性或良性肾脏肿瘤，肝细胞瘤，肝癌，肾上腺肿瘤等。EPO水平过低主要见于肾功衰竭或晚期肾病引起的贫血，慢性感染、类风湿性关节炎、AIDS、肿瘤引起的贫血，其他原因引起的贫血等。患上述疾病机体可能产生IL-1、TNF-α，这些细胞因子是EPO活性的抑制剂。再生障碍性贫血、缺铁性贫血、地中海性贫血、巨幼细胞性贫血等病人EPO水平反而升高，表明上述贫血症原因并非由EPO缺乏所引起。

EPO主要用于肾功衰竭引起的贫血，还可用于类风湿性关节炎、多分性骨髓瘤、非Hodg-kin氏淋巴瘤、AIDS、化疗等原因引起的贫血。1989年美国FDA批准Amgen公司首先将rEPO投放市场。

（七）CSF的临床应用

如前所述，多种CSF已广泛应用于临床治疗多种疾病，体内应用CSF可提高循环血液中的血细胞，纠正贫血，减少感染等并发症，可明显改善症状，降低病死率。其主要适应症是下列原因引起的血液细胞减少（参见表4-15和表4-16）。

（1）肿瘤化疗引起的血液细胞减少；

（2）肿瘤放疗引起的血液细胞减少；

（3）骨髓移植后重建造血功能；

（4）再生障碍性贫血以及慢性肾衰、肿瘤及血引起的贫血；

（5）艾滋病、骨髓发育异常综合征（MDS）患者血细胞减少；

（6）烧伤等。

三、肿瘤坏死因子

1975年Carswell等发现接种BCG的小鼠注射LPS后，血清中含有一种能杀伤某些肿瘤细胞或使体内肿瘤组织发生血坏死的因子，称为肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF)。1985年Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α，把T淋巴细胞产生的淋巴毒素（lymphotoxin,LT)命名为TNF-β。TNF-α又称恶质素。

1.TNF的产生

（1）TNF-α是一种单核因子，主要由单核细胞和巨噬细胞产生，LPS是较强的刺激剂。IFN-γ、M-CSF、GM-CSF对单核细胞/巨噬细胞产生TNF-α有刺激作用，而PGE则有抑制作用。前单核细胞系U937、前髓细胞系HL-60在PMA刺激下可产生较高水平的TNF-α。T淋巴细胞、T细胞杂交瘤、T淋巴样细胞系以NK细胞等在PMA刺激下也可分泌TNF-α。SAC、PMA、抗IgM可刺激正常B细胞产生TNF-α。此外，中性粒细胞、LAK、星状细胞、内皮细胞、平滑肌细胞亦可产生TNF-α。

（2）TNF-β是一种淋巴因子，抗原和丝裂原均可刺激T淋巴细胞分泌TNF-β。PMA刺激RPMI1788B淋巴母细胞可分泌高水平TNF-β。

2.TNF的分子结构和基因

（1）人的TNF-α基因长约2.76kb，小鼠为2.78kb，结构非常相似，均由4个外显子和3个内含子组成，与MHC基因群密切连锁，分别定位于第6对和第17对染色体上。1984年从HL-60、U937等细胞中克隆成功rHuTNF-α cDNA，并在大肠杆菌中获得高表达。 人TNF-α前体由233个氨基酸残基组成，含76个氨基酸残基的信号肽，切除信号肽后成熟型TNF-α为157氨基酸残基，非糖基化，第69位和101位两个半胱氨酸形成分子内二硫键。rHu TNF-α分子量为17kDa。小鼠TNF-α前体为235氨基酸残基，信号肽79氨基酸残基，成熟的小鼠TNF-α（rMuTNF-α）分子量为17kDa，由156个氨基酸残基组成，第69位和100位两个半胱氨酸形成分子内二硫键，有一个糖基化点，但糖基化不影响其生物学功能。rHu TNF-α与rMu TNF-α有79%氨基酸组成同源性，TNF-α的生物学作用似无明显的种属特异性。最近有人报道通过基因工程技术表达了N端少2个氨基酸（Val、Arg）的155氨基酸人TNF-α，具有更好的生物学活性和抗肿瘤效应。此外，还有用基因工程方法，将TNF-α分子氨基端7个氨基酸残基缺失，再将8Pro、9Ser和10Asp改为8Arg、9Lys和10Arg，或者再同时将157Leu改为157Phe，改构后的TNF-α比天比天然TNF体外杀伤L929细胞的活性增加1000倍左右，在体内肿瘤出血坏死效应也明显增加。TNF-α和β发挥生物学效应的天然形式是同源的三聚体。

（2）人 和小鼠TNF-β基因分别定位于第6和第17号染色体。HuTNF-β分子由205个氨基酸残基组成，含34氨基酸残基的信号肽，成熟型Hu TNF-β分子为171个氨基酸残基，分子量25kDa。rHuTNF-β分子由202氨基酸残基组成，包括33个氨基酸残基的信号肽，成熟分子169个氨基酸残基，与Hu TNF-β有79%的同源性。Hu TNF-β与Hu TNF-αDNA同源序列达56%，氨基酸水平上同源性为36%。

3.TNF的受体

（1）TNF-R的分型：TNF-R可分为两型：Ⅰ型TNF-R，55kDa，CD120a，439氨基酸残基，此型受体可能在溶细胞活性上起主要作用；Ⅱ型TNF-R，75kDa CD120b，426氨基酸残基，此型受体可能与信号传递和T细胞增殖有关。两型TNF-R均包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区三个部分，胞膜外区有28%的同源，但在有包浆区无同源性，可能与介导不同的信号转导途径有关。TNF-R属于神经生长因子受体（NGFR）超家族。TNF-α和TNF-β的受体可能是同一的。TNF-R存在于多种正常及肿瘤细胞表面，一般每个细胞受体数目有10³～10⁴，如ME-180肿瘤细胞系TNF-αR约2000/个细胞，Kd为2*10^-10M。不同细胞表面TNF-αR的数目和亲和力似乎与细胞对TNF-α的敏感性并不平行。TNF-α与相应受体结合后信号传递的机理尚不清楚，可能与活化蛋白激酶C（PKC），催化受体蛋白磷酸化有关。

（2）可溶性TNFR：TNF结合蛋白（TNF-BP）是TNFR的可溶性形式，有sTNf RⅠ（TNF-BPI）和sTNFRⅡ（TNF-BPⅡ）两种。一般认为sTNFR具有局限TNF活性，或稳定TNF的作用，在细胞因子网络中有重要的调节作用。Seckiner 1988年发现发热患者尿中有TNF抑制物，分子量为33kDa。Olsson 1989年在慢性肾功不全患者血和尿中也发现有TNF-BP。TNF-BP可与TNF特异结合，抑制TNF活性，如抑制其细胞毒活性和诱导IL-1产生，可促进皮下接种Meth A肉毒的生长，可见于正常妊娠尿中。炎症、内毒素血症、脑膜炎双球菌感染、SLE、HIV感染、肾功不全时以及肿瘤时可升高。可溶性TNFR可有效地减轻佐剂性关节炎的病理改变以及败血症休克。

4.TNF的生物学活性　TNF-α与TNF-β的生物学作用极为相似，这可能与分子结构的相似性和受体的同一性有关。但有某些生物学作用方面也有不同之处。

（1）杀伤或抑制肿瘤细胞：TNF在体内、体外均能杀死某些肿瘤细胞（cytolytic action)，或抑制增殖作用（cytostatic action）。肿瘤细胞株对TNF-α敏感性有很大的差异，TNF-α对极少数肿瘤细胞甚至有刺激作用。用放线菌素D、丝裂霉素C、放线菌酮等处理肿瘤细胞（如小鼠成纤维细胞株L929）可明显增强TNF-α杀伤肿瘤细胞活性。体内肿瘤对TNF-α的反应也有很大的差异，与其体外细胞株对TNF-α的敏感性并不平行。同一细胞系可能有敏感株和抵抗株如L929-S和L929-R。此外，靶细胞内源性TNF的表达可能会使细胞抵抗外源性TNF的细胞毒作用，因此，通过诱导或抑制内源性TNF的表达可改变细胞对外源性TNF的敏感性。巨噬细胞膜结合型TNF可能参与对靶细胞的杀伤作用。

TNF杀伤肿瘤的机理还不十分清楚，与补体或穿孔素（perforin)杀伤细胞相比，TNF杀伤细胞没有穿孔现象，而且杀伤过程相对比较缓慢。TNF杀伤肿瘤组织细胞可能与以下机理有关。

①直接杀伤或抑制作用：TNF与相应受体结合后向细胞内移，被靶细胞溶酶体摄取导致溶酶体稳定性降低，各种酶外泄，引起细胞溶解。也有认为TNFN激活磷脂酶A2，释放超氧化物而引起DNA断裂，磷脂酶A2抑制剂可降低TNF的抗病效应。TNF可或改变靶细胞糖代谢，使细胞内pH降低，导致细胞死亡。

②通过TNF对机体免疫功能的调节作用，促进T细胞及其它杀伤细胞对肿瘤细胞的杀伤。

③TNF作用于血管内皮细胞，损伤内皮细胞或导致血管功能紊乱，使血管损伤和血栓形成，造成肿瘤组织的局部血流阻断而发生出血、缺氧坏死。

（2）提高中性粒细胞的吞噬能力，增加过氧化物阴离子产生，增强ADCC功能，刺激细胞脱颗粒和分泌髓过氧化物酶。TNF预先与内皮细胞培养可使其增加MHCⅠ类抗原、ICAM-1的表达，IL-1、GM-CSF和IL-8的分泌，并促进中性粒细胞粘附到内皮细胞上，从而刺激机体局部炎症反应，TNF-α的这种诱导作用要比TNF-β为强。TNF刺激单核细胞和巨噬细胞分泌IL-1，并调节NHCⅡ类抗原的表达。

（3）抗感染：如抑制疟原虫生长，抑制病毒复制（如腺病毒Ⅱ型、疱疹病毒Ⅱ型），抑制病毒蛋白合成、病毒颗粒的产生和感染性，并可杀伤病毒感染细胞。TNF抗病毒机理不十分清楚。

（4）TNF是一种内源性热原质，引起发热，并诱导肝细胞急性期蛋白的合成。TNF引起发热可能是通过直接刺激下丘脑体温调节中枢和刺激巨噬细胞释放IL-1而引起，还可通过IL-1、TNF-α刺激其它细胞产生IL-6。

（5）促进髓样白血病细胞向巨噬细胞分化，如促进髓样白血病细胞ML-1、单核细胞白血病细胞U937、早幼粒白血病细胞HL60的分化，机理不清楚。TGF-β可抑制TNF-α多种生物学活性，但不抑制TNF-α对髓样白血病细胞分化的诱导作用，甚至还有协同效应。

（6）促进细胞增殖和分化：TNF促进T细胞NHCⅠ类抗原表达，增强IL-2依赖的胸腺细胞、T细胞增殖能力，促进IL-2、CSF和IFN-γ等淋巴因子产生，增强有丝分裂原或外来抗原刺激B细胞的增殖和Ig分泌。TNF-α对某些肿瘤细胞具有生长因子样作用，并协同EGF、PDGF和胰岛素的促增殖作用，促进EGF受体表达。TNF也可促进c-myc和c-fos等与细胞增殖密切相关原癌基因的表达，引起细胞周期由Go期向G1期转变。最近报道INF-β（LT）是EB病毒转化淋巴母细胞的自分泌生长因子，抗LT抗体、sTNf R以及TNF-α能抑制EB病毒转化淋巴细胞的增殖。

IL-1、IFN-γ和GM-CSF对TNF的生物学作用有明显的增强作用，可能与增加细胞TNF受体的表达有关。已报道一种抗TNF-α单克隆抗体，可模拟TNF-α的某些生物学作用，这种现象在其它因子中还尚未见到。

5.TNF与临床

应用TNF在治疗肿瘤等方面开始临床Ⅱ期试验，也可与IL-2联人事治疗肿瘤，目前认为全身用药的疗效不及局部用药，后者如病灶内注射，局部浓度高且副作用也较轻。近年来已采用TNF基因治疗开始对黑素瘤等肿瘤进行临床验证。值得重视的TNF又与临床某些疾病的发生有关。

TNF与IL-1和IL-6的生物学性质有许多相似之处（表4-8）。

表4-8　IL-1、IL-6和TNF的生物学性质比较

（1）感染性休克：目前认为革兰氏阴性杆菌或脑膜炎球菌引起的弥漫性血管内凝血、中毒性休克是由于细菌内毒素刺激机体产生过量TNF-α，引起发热，心脏、肾上腺严重损害，呼吸循环衰竭，甚至引起死亡，其TNF水平与病死率正相关。其发病机理可能是TNF刺激内皮细胞，导致炎症、组织损伤和凝血。TNF也是急性肝坏死的重要因素。病毒性暴发型肝衰竭外周血细胞诱生TNF，IL-1活性升高，且与病情程度相关。目前有关TNF介导内毒素性休克的机理还不很清楚。有认为TNF能促进前凝血酶原活性物质生成，抑制内皮细胞凝血酶调节毒素休克。TNF抗体（抗血清或单克隆抗体）在小鼠、家兔和狒狒体内均有效地阻止致死性内毒素体克的发生。应用抗TNf McAb治疗脓毒症和化脓性休克已进入Ⅲ期临床试验，抗TNF嵌合抗体治疗细菌性感染也已开始Ⅰ期临床试验。

（2）恶液质：TNF-α又称恶液素（cachectin)，可诱发机体发生恶液质。

（3）TNF与病毒复制的关系：TNF还具有类似IFN抗病毒作用，阻止病毒早期蛋白质的合成，从而抑制病毒的复制，并与TNF-α和TNF-γ协同抗病毒作用。另一方面，TNF诱导HIV-Ⅰ基因在T细胞中表达。TNF和HIV感染的CD4+细胞中活化或诱导NF-κB，NF-κB结合于HIV的长末端重复序列（LTR）的增强子部位，活化HIV基因，可能与艾滋病发病有关。艾滋病患者单核细胞TNF-α产生增加，血清中TNF-α水平升高。

四、干扰素（IFN）

1957年Isaacs和Lindenmann首先发现了病毒干扰现象，即病毒感染的细胞能产生一种因子，作用于其他细胞干扰病毒的复制，因而命名为干扰素。目前已知干扰素并不能直接杀伤病毒，而是诱导宿主细胞产生数种酶，干扰病毒的基因转录或病毒蛋白组分的翻译。根据产生干扰素细胞来源不同、理化性质和生物学活性的差异，可分为α-干扰素（interferon α,IFN-α)、β-干扰素（interferon β,IFN-β)和γ-干扰素（interferon γ,IFN-γ)。

（一）IFN-α和IFN-β

IFN-α和IFN-β有许多相似之处，如：（1）两种IFN基因来自同一个祖先基因（common ancester gene)；（2）由相同的细胞在相同的刺激物诱导下产生；（3）结合相同的受体，并发挥相似的生物学效应。

1.IFN-α/β的产生　IFN-α/β以往称为Ⅰ型IFN，主要由白细胞、成纤维细胞等在细菌、DNA或RNA病毒、多聚肌苷酸多聚胞苷酸（Poly I-C)、多核苷酸等刺激物诱导下产生。IFN-α/β在pH2或pH11以及热（56℃）条件下仍稳定，而IFN-γ则很易丧失活性。

2.IFN-α/β的分子结构和基因　IFN-α和IFN-β基因均位于人9号染色体和小鼠4号染色体，并连锁在一起。IFN-α基因至少有20个，成串排列在一个区域，无内含子，同一种属IFN-α不同基因产物其氨基酸同原性≥80%。人和小鼠IFN-β基因只有一个，无内含子，与IFN-α基因连锁在一起。IFN-β与IFN-α氨基酸组成有26～30%同源性。IFN-α由2个亚族（subfamily)组成，分别称为IFN-α1和IFN-α2，其中IFN-α1至少由20个有功能的基因组成，彼此间有90%左右的同源性；IFN-α2亚族有5～6个基因成员，目前只发现1个有功能的基因，其余是假基因。

IFN-α分子不同亚型由166/165个的氨基酸组成，无糖基，分子量约19kDa左右，不同种属之间同源性70%左右。IFN-α分子含有4个Cys1-99,Cys29-139之间形成两个分子内二硫键。IFN-α的生物学作用有一定的种属特异性。

人IFN-β分子含166个氨基酸，有糖基，分子量为23kDa，含有3个半胱氨酸，分别在17、31和141位氨基酸。31与141位半胱氨酸之间形成的分子内二硫键对于IFN-β生物学活性非常很重，141Cys被Tyr替代后则完全丧失抗病毒作用，而Cys17被Ser替代后不仅不影响生物学活性，反而是使IFN-β分子稳定性更好。糖基对生物学活性无影响。小鼠IFN-β分子只有一个Cys17，分子内无二硫键。IFN-β的生物学作用有较强的种属特异性。

3.IFN-α/β体受　一般认为，IFN-α和IFN-β结合相同的受体，IFT-α/βR基因定位于21号染色体，受体的亲和力Kd在10-9～10-10M之间，受体胞膜外结构属细胞因子受体中干扰素受体家族。IFN-α/β受体分布相当广泛，包括单核细胞、巨噬细胞、多形核白细胞、B细胞、T细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等。

4.IFN-α/β的生物学作用

（1）抗病毒作用：IFN-α/β具有广谱的抗病毒作用，其作用机理是：①通过抑制某些病毒的吸附（如VSV）、脱衣壳和最初的病毒核酸转录（如SV-40、HSV-1、流感病毒和VSV）、病毒蛋白合成（如SVS、SV-40）以及成熟病毒的释放（如逆转录病毒、HSV-1）等不同环节；②通过NK、巨噬细胞和CTL杀伤病毒感染靶细胞。

（2）抑制某些细胞的生长(cytostatic)，如抑制成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞和造血细胞的增殖，其机理可能通过使细胞停留在Go/G1期，降低DNA合成，下调c-myc、c-fos等细胞原癌基因转录水平，下调某些生长因子受体表达，如EGf R、胰岛素-I R和M-CSFR等。

（3）免疫调节作用：促进大多数细胞MHCⅠ类抗原的表达，活化NK细胞和CTL。

（4）抑制和杀伤肿瘤细胞：IFN-α/β杀伤肿瘤细胞主要是通过促进机体免疫功能，提高巨噬细胞、NK和CTL的杀伤水平。

不同的INF-α亚型的诱生、抗病毒和免疫调节活性可有所不同，例如①同一病毒在不同细胞中诱生IFN-α亚型种类有很大差别，如仙台病毒在人白细胞中以诱生IFN-α1为主，其次为IFN-α2，少量IFN-α14；而在类淋巴母细胞中却以诱生IFN-α2为主，IFN-α1为次，无IFN-α14；在单核细胞中则主要诱导IFN-α8。②INF-α的不同亚型对于不同靶细胞表现出不同的抗病毒活性，如Hu IFN-α1在MDBK细胞上的抗病毒活性比Wish细胞高20～30倍，而HuIFN-α2a在这两种细胞中抗病毒活性无明显差别。③不同IFN-α亚型对不同病毒的抗病毒作用有很大差异，如HuIFN-α1抑制肾综合征出血热病毒的繁殖能力比IFN-α2a高15倍。④不同IFN-α亚型对MHC抗原表达、NK活性以及细胞因子产生的调节作用也有较大的差异，如Hu IFN-α1可促进单核细胞MHCⅡ类抗原的表达，而Hu IFN-α2则无这种诱导作用。

（二）IFN-γ

1965年Wheelock等首先在PHA刺激的白细胞培养上清中发现具有IFN样抗病毒物质，但在pH2条件下即失去抗病毒的活性。1973年Youngert和Salvin发现来自淋巴细胞培养上清中存在一种IFN，但抗原性不同于以往发现的IFN，遂命名为Ⅱ型IFN，1980年统一命名为IFN-γ。1981年Goeddle等将IFN-γ基因克隆成功。

1.IFN-γ的产生　主要由活化T细胞产生，在小鼠，由Th1亚群产生。当抗原、PHA或ConA刺激后T细胞分泌IFN-γ，通常与IL-2的产生相一致。目前认为巨噬细胞活化因子（MAF）的主要活性存在于IFN-γ中。此外，活化NK细胞也可产生IFN-γ。

2.IFN的分子结构和基因　人和小鼠IFN-γ基因分别定位于12号和10号染色体，在DNA水平上IFN-γ基因与IFN-α/β基因无同源性。人和小鼠IFN-γ在DNA水平上有65%左右同源性，在氨基酸水平的同源性只有40%左右。小鼠成熟IFN-γ分子由133个氨基酸残基组成。人IFN-γ成熟分子由143个氨基酸组成，糖蛋白，以同源双体形式存在，分子量为40kDa，其生物学作用有严格的种属特异性。

3.IFN-γ受体　人IFN-γR基因定位于第6号染色体，小鼠在第10号染色体。IFN-γ受体分布广泛，受体阳性细胞每个细胞约表达100～1000个受体，亲和力kD10-9～5*10-11M。裸肽分子量50kDa，糖基化后90kDa，其N末端与IFNα/β受体有一定的同源性，具有种属特异性。目前认为人IFN-γR可能存在着第二条链。

IFN-γR为穿膜糖蛋白，胞膜外区、穿膜外区、穿膜区和胞浆区分别有228、21和223个氨基酸残基，从胞膜外区结构特征来看，属于细胞因子受体干扰素受体家族，最近命名为CDw119。

IFN-γ配体诱导IFN-γR二聚体化在信号转导中可能起重要作用，并与受人本的磷酸化有关。IFN-γ与受体结合后可活化多种IFN-γ调节的基因。目前已知，IFN-γ刺激后至少有20种蛋白被表达，其中12种是IFN刺激后所特有的。这种表达是由于活化特异的DNA结合蛋白使其从胞浆移位到胞核，如干扰素刺激的基因因子2（interferon-stimulated gene fac-tor 2,ISGF2)和γ-干扰素激活因子（gamma-interferon activation factor,GAF或STAT91）结合到IFN基因启动子中两个称之为γ干扰素活化点（gamma-interferon activation site,GAS)和干扰素刺激的反应元件（interferon-stimulated response element,ISRE)的位置上。IFN-γ可促进HLA-B、HLA-DR、IP-10、P1激酶和2-5A合成酶的全成，其中P1激酶可抑制病毒蛋白的翻译，而2-5A合成酶则可裂解病毒RNA。

4.IFN-γ的生物学活性　IFN-γ生物学作用有较严格的种属特异性，人IFN-γ只作用于人或灵长类动物的细胞。

（1）诱导单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、皮肤成纤维细胞、血管内皮细胞、星状细胞等MHCⅡ类抗原的表达，使其参与抗原提呈和特异性免疫的识别过程。此外，IFN-γ可上调内皮细胞ICAM-1（CD54）表达，促进巨噬细胞FcγR表达，协同诱导TNF并促进巨噬细胞杀伤病原微生物。

（2）促进LPS体外刺激小鼠B细胞分泌和IgG2a，降低IgG1、IgG2b、IgG3和IgE的产生；抑制由IL-4诱导小鼠B细胞增殖，IgG1和IgE产生以及FcεRⅡ表达；促进SAC诱导的人B细胞的增殖。

（3）协同IL-2诱导LAK活性，促进T细胞IL-2R表达。

（4）诱导急性期蛋白合成，诱导髓样细胞分化。

（三）IFN的临床应用

IFN是第一个应用于临床的基因工程产品，目前IFN-α、IFN-β、IFN-γ都有基因工程产物，40多个国家使用干扰素制剂，治疗30多种疾病，但主要用于临床肿瘤、病毒性感染等治疗（表4-9）。

（1）治疗病毒性感染：IFN对慢性活动性乙型肝炎、慢性活动性丙型肝炎、单纯疱疹病毒性角膜炎、带状疱疹、慢性宫颈炎、新生儿巨细胞病毒性脑炎以及鼻病毒和冠状毒引起的普通感冒有一定疗效。

（2）抗肿瘤：IFN对多种肿瘤近期有良好疗效，如毛细胞白血病（hairy cell leukemia)、慢性髓样白血病、淋巴瘤、Kaposi氏肉瘤、黑素瘤、皮肤瘤、肾肉瘤、神经胶质瘤和骨髓瘤等。IFN抗肿瘤的机理是：①抑制肿瘤细胞增殖；②诱导NK、CTL等杀伤细胞，并协同IL-2增强LAK活性；③诱导肿瘤细胞表达NHCⅠ类抗原，增加对杀伤细胞的敏感性。

表4-9 干扰素治疗肿瘤、病毒性感染及其他疾病的疗效（1992）

续表1

注：HBV hepatitisB virus,乙型肝炎病毒

HCV hepatitis C virus丙型肝炎病毒

HIV human immunodeficiency virus,人类免疫缺陷病毒

HSV herpes simplex virus,单纯疱疹病毒

VZV varicella-zoster virus,水痘-带状疱疹病毒

HPV human papilloma virus,人乳头状瘤病毒

HCMV human cytomegalouirus,人巨细胞病毒

HRV human rhinovirus,人鼻病毒

RSV respiratory syncytial virus,呼吸道合胞体病毒

IFN治疗一般无严重毒副反应，少数病例可有发热、疲劳不适、食欲不佳、白细胞减少以及血压波动等，停药后很快消失，IFN-a1b的副作用要明显低于IFN-a2a和a2b。重组IFN-a在治疗过程中有时可产生抗体，如发现抗体产生，应改用其他亚型的IFN-a。据报道，使用INF-a2a约有20.9%患者产生抗体，而使用IFN-a2b仅有6.9%使用者产生

五、转化生长因子-β（TGF-β）

转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β)是属于一组新近发现的调节细胞生长和分化的TGF-β超家族。这一家族除TGF-β外，还有活化素（activins)、抑制素（inhibins)、缪勒氏管抑制质（Mullerian inhibitor substance,MIS)和骨形成蛋白（bonemorpho-genetic proteins,BMPs）。TGF-β的命名是根据这种细胞因子能使正常的成纤维细胞的表型发生转化，即在表皮生长因子（EGF）同时存在的条件下，改变成纤维细胞巾壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力，并失去生长中密度信赖的抑制作用。TGF-β与早先报道的从非洲绿猴肾上皮细胞BSC-1所分泌的生长抑制因子是同一物。

1.TGF-β的产生

（1）机体多种细胞均可分泌非活性状态的TGF-β。在体外，非活性状态的TGF-β又称为latency associated peptide（LAP），通过酸外一时可被活化。在体内，酸性环境可存在于骨折附近和正在愈合的伤口。蛋白本科的裂解作用可使TGF-β复合体变为活化TGF-β。一般在细胞分化活跃的组织常含有较高水平的TGF-β，如成骨细胞、肾脏、骨髓和胎肝的造血细胞。TGF-β1在人血小板和哺乳动物骨中含量最高；TGF-β2在猪血小板和哺乳动物骨中含量最高；TGF-β3以间充质起源的细胞产生为主。

（2）活化后T细胞或B细胞产生TGF-β水平比静止细胞明显为高。

（3）几科所有肿瘤细胞内可检测到TGF-βmRNA。神经胶质细胞瘤在体内可分泌较高水平的TGF-β。

2.TGF-β的分子结构和基因1985年TGF-β的基因克隆成功，并在大肠杆菌内得到表达。在哺乳动物至少发现有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2四个亚型。在鸟类和两栖类动物还分别存在着TGF-β4和TGF-β5，对后两者的生物学作用所知甚少。

TGF-β是由两个结构相同或相近的、分子量的12.5kDa亚单位借二硫键连接的双体。人TGF-βcDNA序列研究表明，单体的TGF-β112氨基酸残基是由含400氨基酸残基的前体份子（per-pro-TGF-β)从羧基端裂解而来。pre-pro-TGF-βN端含有一个信号肽，在分泌前被裂解掉，成为非活性状态的多肽链前体（pro-TGF-β)，通过改变离子强度、酸化或蛋白酶水解切除掉，成为非活性状态的多肽链前体（pro-TGF-β)，通过改变离子强度、酸化或蛋白酶水解切除N端部分氨基酸残基，所剩余的羧基端部分形成有活性的TGF-β。TGF-β1与TGF-β2有71%氨基酸同源性，TGF-β1与TGF-β3有77%同源性，TGF-β2与TGF-β3有80%同源性。TGF-β与TGF-β超家族其化成员有30～40%同源性。

人TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3的基因分别定位于染色体19q3、1q41和14q24，均含有7个外显子，核苷酸序列有高度同源性，所编码的前体分子C端者有9个保守的Cys，提示TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3基因可能来自一个共同的祖先基因。人和小鼠TGF-β1的同源性高达99%，表明在不同种属中TGF-β都具有重要的生物学功能。对其人TGF-β1基因调控区进行了研究，发现该基因5`端序列包含5个明显的调控区：一个类增强子（enhancer-like)活性区，二个负调控区和二个启动子区。

3.TGF-β受体许多细胞表面都有TGF-β受体。大鼠成纤维细胞系NRK-49F和BALB/c 3T3细胞表面TGF-β受体亲和力Kd值为5.6～14*10^-11M，每个细胞TGF-β结合点约1.6～1.9*104。在淋巴细胞表面，TGF-βRKd值1～5.1*10-12M。T细胞、B细胞每个细胞TGF-βR数约250，活化后受体数量可增加5～6倍，但Kd值无明显变化。造血细胞表面TGF-βR对TGF-β1亲和力要比TGF-β2明显为高，这可能解释了造血细胞对TGF-β1反应要比TGF-β2更为敏感。TGF-β1、β2和β3结合细胞表面相同的受体。

最近发现TGF-βR存在着Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种形式，分子量分别为53kDa、70～85kDa和250～350kDa，。Ⅰ、Ⅱ型TGF-βR均为糖蛋白，它们和TGF-β1的亲和力要比和TGF-β2的亲和力大10～80倍；Ⅲ型受体是一种蛋白聚糖（proteoglycan)，它与TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3的亲和力近似，是为TGF-β主要的受体，可能在TGF-β发挥生物学功能中起着主要作用。TGF-βRⅢ又名Endoglin，CD105，TGF-β1和TGF-β3为其主要配体。

Ⅱ型TGF-βR胞浆区具有丝氨酸/苏氨酸激酶区。这种结构也见于活化受体Ⅱ（ActRⅡ）和ActRⅡB。Ⅲ型TGF-β受体本身缺乏蛋白激酶活性，对于其如何参与信号的传递还不清楚。当TGF-β诱导增殖时G蛋白可能参与诱导过程，此外，TGF-β促进Ca2+内流和胞内IP3水平的升高，激活PKC。

4.TGF-β的生物学作用起初对TGF-β的生物学功能研究主要在炎症、组织修复和胚胎发育等方面，近年来发现TGF-β对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。TGF-β1、β2和β3功能相似，一般来说，TGF-β对间充质起源的细胞超刺激作用，而对上皮或神经外胚层来源的细胞起抑制作用。

（1）抑制免疫活性细胞的增殖：①抑制IL-3、GM-CSF、M-CSF所诱导小鼠造血前体细胞和LTBMC的集落形成，并降低巨核细胞对IL-3T和CSF的反应性。②抑制ConA诱导或ConA与IL-2、IL-6联合诱导的胸腺细胞增殖。③抑制丝裂原、同种异体抗原刺激的T细胞增殖或IL-2依赖的T细胞生长。④抑制SAC刺激后IL-2依赖的B细胞增殖。

（2）对细胞表型的调节：①抑制IL-2诱导的T细胞IL-2R、TfR和TLiSA1活化抗原的表达，对CD3表达未见有影响。②抑制IFN-γ诱导黑素瘤细胞MHCⅡ类抗原表达。

（3）抑制淋巴细胞的分化：①抑制IL-2和BCDF依赖的B细胞分泌IgM，促进B细胞分泌Ig类型转换为IgA和IgE。②抑制混合淋巴细胞培养（MLC）中CTL、NK和LAK功能，这种抑制作用可被TNF-α（小鼠MIC）或IL-2（人MLC）所逆转。③抑制PBMC中NK活性以及NK细胞对TNF-α的的以应性。④抑制ConA和IL-2、IL-6协同诱导小鼠胸腺MHC非限制杀伤性细胞的活性。

（4）抑制细胞因子产生：如抑制PBMC中IFN-γ和TNF-α的产生。

（5）其它调节作用：①促进成纤维细胞、成骨细胞和雪旺氏细胞的生长。TGF-β1、TGF-β2促进人成纤维细胞IL-6的产生，其机理可能是通过对IL-6基因转录的调节。②抑制上皮细胞、破骨细胞、内皮细胞生长和脂肪、心肌、骨骼肌的形成。TGF-β可拮抗EGF的某些生物学功能。③促进细胞外基质（ECM）如胶原蛋白、纤粘连蛋白的表达和抑制ECM的降解，对细胞的形态发生、增殖和分化过程起着重要作用，有利于胚胎发育和细胞修复。动物体内实验表明，局部注射TGF-β可以促进伤口愈合和典型肉芽组织形成。④单核细胞和成纤维细胞的趋化剂，但不引起胶颗粒和氧化物的产生。⑤抑制淋巴细胞与内皮细胞的粘附。⑥促进嗜碱性粒细胞释放组织胺。

（6）TGF-β1与原癌基因表达：TGF-β1能诱导c-sis的表达，但抑制c-myc的表达，这种诱导或抑制作用与作用细胞种类及TGF-β的不同功能有关。如TGF-β诱导成纤维细胞中c-sis基因表达，与促进其在软琼脂中生长有关；而对上皮角朊细胞生长的抑制则与抑制c-myc基因表达有关。TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3在大多数生物学作用方面非常相似，但在有些作用方面可有很大差异，如TGF-β2对血管内皮细胞和造血祖细胞的生长抑制作用仅为TGF-β1和TGF-β3的1%。

TGF-β在治疗伤口愈合，促进软骨和骨修复以及通过免疫抑制治疗自身免疫性疾病和移植排斥等方面有潜在的应用前景。

[α2-巨球蛋白的细胞因子载体效应]α2-巨球蛋白（α2M）是由4个相同多肽亚单位靠链同二硫键和非共价键结合形成具有交叉结构的四聚体。每个亚单位内由半胱氨酸的巯基与邻近的谷氨酰胺残基的羧基形成硫酸键。这种硫酯键易受蛋白水解酶裂解从而使α2M构型变化增加其电泳迁移率，称为快型α2M（Fα2M）硫酯键裂解可与含有巯基的细胞因子结合成复合物，出现细胞因子载体效应。

（1）IL-1β：IL-1β与α2M结合的最佳条件为pH9.0～9.3，这种结合是可逆的，与α2M结合的IL-1β呈“隐蔽”状态，如果IL-1β从复合物中释放出来，仍恢复自然的IL-1β活性。

（2）IL-6：α2M与IL-6结合可保护IL-6，不易被胰蛋白酶、糜蛋白酶以及组织蛋白酶G的作用，从而处长血浆中IL-6的半衰期。呈结合状态的IL-6并不改变基生物学活性。

（3）THF-β：α2M可降低血浆中THF-β的生物学活性，其机理除抑制THF-β与其相应受体结合外，α2M与THF-β复合物可能被具有α2M受体的吞噬细胞所清除。

(4)其它：α2M还可作为巨噬细胞活化因子（MAF）、血小板衍生的生长因子（PDGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF)的载体，对它们的生物学活性产生不同的影响。

胎牛血清中含有较高水平的α₂M，因此体外培养测定条件培养液中某引起细胞因子时应加注意。

表4-10　α₂M对所结合细胞因子活性的影响

六、趋化因子

由组织细胞和微生物产生的趋化剂（chemoattractants)对白细胞的趋化作用（chemotaxis)是炎症发生过程中重要的起始步骤，也是机体防御和清除入侵病原体等异物先天性免疫功能的一个重要方面。1986年以前，“经典”的（classical)白细胞趋化物质主要有补体片段C5a、白三烯B4（leukotrinin B4,LTB4)、血小板激活因子（platelet-activating factor,PAF)和fMLP（N-formylmethionyl-leucyl-phenyl-alanine,N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸），这些趋化物质的受体同属于G蛋白偶联受体（Gprotein-coupled receptor)。

（一）趋化因子的种类

1.趋化因子的命名　1986年以来，陆续发一现了一类主要由免疫细胞产生的、具有趋化白细胞作用的细胞因子（chemoattractant cytokines或chemotacticcytokines)。在1992年第3届国际趋化因子研讨会上，绝大多数学者建议把chemoattractant(chemotactic)cytokine简称为chemokines,本书暂译名为趋化因子。趋化因子又称可诱导的小分子蛋白（small-inducible protein,SIP）、间分泌（intercrine)、细胞因子PE-4超家族（PF-4superfamily of common an-cestralcytokines)或PF-4样细胞因子（PF-4 likecytokine)等。

2.趋化因子亚族及其成员 通过基因克隆和cDNA、氨基酸序列分析，人的趋化因子超家族目前至少发现有19个成员，它们具有以下共同的特点。（1）来自同一个祖先基因（com-mon ancestral gene)。（2）成熟分子为分子量8～10kDa的小分子多肽。（3）可诱导性（inducible)。（4）不同成员在氨基酸水平上有21%～90%的同源性，其中不同亚族成员间同源性，其中不同亚族成员间同源性为21%～31%，同一亚族不同成员间同源性为25%～90%。所有趋化因子均含有4个Cys的保守基序（motif)，组成特征性的两个二硫键。第一个Cys前的N端肽段较短，约4～12氨基酸，第4个Cys后C端肽段较长，为18～24氨基酸。（5）其相应的受体属于G蛋白偶联受体，这类受体有7个跨膜区（seven predicated transmembranedomains,STR)，在胞浆内与三个亚单位所组成的G-蛋白（heterotrimeric G protein)相偶联。

根据多肽键一级结构中第1、2两上Cys排列的方式，可将趋化因子超家族分为两个亚族（subfamily)：（1）C-X-C亚族（或α亚族），除NAP-4以外，这个亚族其余成员分子中N端两个Cys之间被另一个氨基酸残基所分隔；（2）C-C亚族（或β亚族），第1、2两个Cys是相连的。两个亚族所包括的成员见表4-11。

表4-11　两个趋化因子亚族所包括的成员

续表1

注：（1）NAP-2/CTAPⅢ/βTG是由血小板碱性蛋白（platelet basicprotein,PBP)N端加工后形成。

（2）LD78和Act-2分别是人的MIP-1α和NIP-1β，与小鼠源性MIP-1α和NIP-1β有很高同源性。

（3）GROα、GROβ和GROγ指基因产物。

3.趋化因子作用特点　趋化因子C-X-C和C-C亚族的生物学活性有明显的差别。C-X-C亚族中，除γIP-10、Nig和PF-4外，其余成员均具有趋化和激活中性粒细胞的活性。编码这个亚族成员的基因定位于第4号染色体长臂，氨基酸水平上的同源性在25%～90%。γIP-10主要趋化单核细胞和T细胞。C-C亚族主要趋化和激活单核细胞和某些T细胞亚群，基因定位于第17号染色体长臂，而且各成员的基因密切连锁，氨基酸水平上同源性在25%～70%。两个亚族之间同源性为21%～31%。

趋化因子除趋化和激活中性粒细胞、单核细胞或某些T细胞亚群外，有些成员还可趋化嗜酸性粒细胞，或趋化嗜碱性粒细胞并刺激其释放组织胺。某些趋化因子还具有刺激造血细胞、成纤维细胞、角化细胞或黑素瘤细胞的生长。趋化因子除了以游离形式发挥作用外，还可结合到细胞外基质(ECM)或内皮细胞表面，从而趋化白细胞到相应的组成或血管内皮处，聚集并激活中性粒细胞或单核细胞。下面仅就C-X-C亚族中的IL-8和GRO以及C-C亚族中MCP-1/MCAF、MIP-1α、MIP-1β和RANTES作一介绍。

（二）IL-8

1986年Kownatzki等首先证实了单核细胞可产生一种中性粒细胞趋化因子。嗣后，不同实验室根据这种因子不同的生物学活性有不同的命名，如中性粒细胞激活蛋白-1（neu-trophil-activating protein-1,NAP-1），单核细胞来源的中性粒细胞趋化因子（monocyte-derived neutrophil chemotactic factor,MDNCF)，单核细胞来源的中性粒细胞激活肽（monocyte-derived neutrophil-activating peptide,MDNAP),中性粒细胞激活因子（neu-trophil-ac-tivating factor,NAF),中收粒细胞激活肽（neutrophil-activating peptide,NAP)，T淋巴细胞趋化因子（t lymphocyte chemotactic factor,TCF)和内皮细胞来源的中性粒细胞激活肽（endothelial-derived neutrophil-activating peptide,EDNAP)。1988年基因克隆成功，属于C-X-C亚族（α亚族）成员，目前文献中多采用名称是IL-8（interleukin-8)/NAP-1。

1.IL-8的产生

（1）IL-1、TNF、LPS和PMA均能诱导单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞和表皮细胞等合成分泌IL-8。

（2）PHA等丝裂原活的T细胞也可产生IL-8。

（3）人类多种肿瘤细胞均可高表达 IL-8。其中甲状腺癌、鳞状细胞癌、黑素瘤等可组成性产生IL-8，而星状细胞瘤、肝癌、肾细胞癌等则需要IL-1β或TNF-α等刺激下才合成和分泌IL-8。

2.IL-8的分子结构　IL-8分子量8.3kDa，不成熟的IL-8为99个氨基酸，单核细胞产生的成熟IL-8分子主要形式为72个氨基酸，而内皮细胞产生的成熟IL-8分子主要为77个氨基酸。在α亚族中，α与GROα、GROβ、GROγ、ENA-78和NAP-2相对有较高源性。IL-8分子含4个Cys，无N糖基化位上噗，IP8.0～8.5，耐热、耐碱，但对巯基化合物敏感。1988年Matsushima首次获得IL-8cDNA克隆，并在大肠杆菌和中国仓鼠卵母细胞中表达成功。人IL-8基因定位于第4号染色体，基因组有7个外显子和3个内含子。5`端上游有典型的“CAT”和“TATA”盒以及AP-1结合序列和糖皮质反应元件（GRE）等结构。IL-8基因与CXC亚族中PF-4、GROα、γIP-10基因相连锁成熟的IL-8分子的N端，是由蛋白酶水解的不同所致。在体外，凝血酶或血纤维蛋白溶酶可将77氨基酸形式裂解为72氨基酸形式的IL-8，后者较前者的生物学活性要高2～10倍。

3.IL-8受体　IL-8受体有两型：IL-8R A型（或IL-8RⅠ）和IL-8r B型（或IL-8RⅡ），两型受体在氨基酸水平上有77%同源性，最近命名为CDw128。IL-8rA特异性结合IL-8，为高亲和力，受体主要分布于中性粒细胞（每个细胞20000受体，Dd为8*10^-10M）、单核细胞、T细胞和黑素瘤细胞。IL-8B除IL-8结合外，还可结合GROβ、GROγ和NAP-2，与IL-8、GROα、GROβ和GROγ结合为高亲和力。与IL-8r B结合的这5种配体分子近N端均具有一个Glu-Leu-Arg(ELR)序列，可能是与IL-8r B结合的一个重要结构。此型受体主要分布于中性粒细胞和髓样细胞前体细胞系，如HL60细胞系。IL-8R属于G蛋白偶联受体，与fMLP受体和C5a受体有29%～34%同源性。IL-8与相应受体结合后可使细胞内Ca²⁺浓度短暂升高，百日咳杆菌毒素（IAP）可抑制IL-8的这种刺激作用，表明IAP敏感的G蛋白与IL-8受体的信号转导有关。此外，细胞膜磷酸肌醇脂代谢和PKC也与IL-8R的信号转导有关。最近证实人红细胞膜表面Duffy抗原（gpD）可结合包括IL-8在内的多种趋化因子，这种受体还分布在肾脏和大脑，可能具有清除循环中IL-8等趋化因子的功能，在炎症发生过程中具有重要的调节作用。

4.IL-8的生物学活性

（1）趋化和激活中性粒细胞：IL-8的这种效应无明显种属特性。动物腹腔或静脉注射IL-8可引起外周血中性粒细胞数量的增加。IL-8可使中性粒细胞外形改变，促进其脱颗粒，激活中性粒细胞并使其产生呼吸爆发（respiratoryburst)、释放超氧化物（O2-、H2O2）和溶酶体酶。局部注射IL-8可趋化中性粒细胞，并刺激中性粒细胞产生白三烯B4（LTB4）而使皮下血浆渗出，IL-8还能诱导中性粒细胞上调Macl抗原（CD11b/CD18)的表达，促进中性粒细胞粘附到内皮细胞和内皮细胞下的基质蛋白。

（2）趋化嗜碱性粒细胞，并刺激其释放组织胺，可能与速发型超敏反应的发生有关。此外，还可刺激GM-CSF或IL-5预先处理的嗜酸性粒细胞的脱颗粒作用。

（3）趋化T淋巴细胞：可趋化部分静止的CD4+或CD8+T细胞，这种趋化作用需要单核细胞的同时存在。局部注射IL-8可使局部和引流区淋巴结T细胞明显增多。IL-8还可明显趋化IL-2活化和NK细胞。

（4）IL-8是角化细胞的复合促有丝分裂原（co-mitogen)，也是黑素瘤细胞的自分泌生长因子。

5.IL-8与临床　目前关于IL-8与疾病的关系的研究仅仅开始。已发现牛皮癣皮屑中和类风湿性关节炎关节滑液中含有IL-8，IL-8可诱导中性粒细胞产生软骨降解酶，引起关节组织损伤，皮质激素能抑制非特异性炎症可能与抑制IL-8的产生有关。此外，某些与中性粒细胞积聚有关的炎症和呼吸系统疾病局部或血清中IL-8水平往往升高，如胃炎、炎症性结肠炎、肺纤维化或成人呼吸窘迫综合征、支气管肺泡灌洗液、慢性支气管炎、支气管扩张、败血症休克、急性脑膜炎球菌感染、酒精性肝炎等。IL-8水平升高往往与局部浸润的单核细胞和中性粒细胞数量相平行。

IL-8与 IL-1、TNF-α、G-CSF、GM-CSF或IFN等联合应用有可能治疗中性粒细胞减少症以及HIV所致的免疫缺陷症等。肿瘤局部注射IL-8可趋化中性粒细胞、T细胞和NK细胞，在治疗肿瘤中可能有应用前景。

（三）GRO

GRO（growth related gene,生长相关基因）可分为GROα、GROβ和GROγ三种，此处指基因产物，属于C-X-C亚族。GROα又称为黑素瘤生长刺激活性（melanoma growth-stimulating activity,MGSA),常以GROα/MGSA表示。GROα与GROβ和GROγ分别有90%和86%的同源性。GROα、GROβ和GROγ与ENA-78和NAP-2也有较高的同源性。此外，在DNA和氨基酸水平上人GRO与细胞因子诱导的大鼠中性粒细胞趋化剂（CINC)、小鼠巨噬细胞炎症蛋白-2（murinemacrophage inflammatory protein 2,MIP-2)也有较高的同源性。

GPOα前体长107氨基酸，切除N端34氨基酸先导序列后形成73氨基酸的成熟分子。单核细胞、成纤维细胞、黑素瘤细胞、上皮细胞和脐带静脉内皮细胞等经血清、PDGF或IL-1、TNF等炎症介质刺激下均可表达GPOα，在某些肿瘤细胞GPOα的表达是组成性的（con-stitutive）。GPOα趋化人中性粒细胞的能力约为IL-8的10倍，但在激活中性粒细胞并刺激其脱颗粒的作用则弱于IL-8。体内试验表明，GPOα与急性炎症的发生密切相关，使炎症局部有大量中性粒细胞浸润。GPOα对单核细胞则无趋化作用。GPOα对人Hs294T黑素瘤细胞的生长有一定的刺激活性，对滑膜来源的成纤维细胞Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的表达有下调作用。GPOα与IL-8RB有高亲和力的结合，还可与人红细胞膜Duffy抗原（gpD)结合。

（四）MCP-1/MCAF

单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)又称单核细胞趋化和激活因子（monoctye chemotactic and activating factor,MCAF)，属于C-C亚族（β亚族）成员。MCP-1/MCAF起初是从人髓样单核细胞系THP-1、神经胶质瘤细胞系以及LPS或PHA刺激的人PBMC培养上清中发现。目前已知，单核细胞、巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞、B细胞、平滑肌细胞等在PHA、LPS、Poly I-C、IL-1、IFN-γ、PDGF、EGF或某些病毒刺激下均可被诱导分泌MCP-1。某些肿瘤细胞系则可组成性产MCP-1。

人MCP-1/MCAF基因定位于第17对染色体。人MCP-1前体长99个氨基酸，切除23个氨基酸先导序列后形成76氨基酸的成熟分子，为碱性蛋白。非糖基化的MCP-1分子量8.7kDa，经不同糖基化后MCP-1分子量有13kDa两种。MCP-1分子中11与36Cys和12与52Cys之间所形成两个链内二硫键以及Try28和Arg30，对于MCP-1的生物学活性是必需的。在氨基酸水平上，MCP-1与另外两种单核细胞趋化蛋白MCP-2（HC14）和MCP-3（NC28）分别有62%和72%同源性，与C-X-C亚族中IL-8有24%同源性。

体内和体外实验均证实了MCP-1对单核细胞具有趋化活性，激活单核细胞和巨噬细胞，使其胞浆内Ca2+浓度升高，超氧阴离子的产生和释放，并释放溶菌酶，上调单核细胞和巨噬细胞粘附分子如integrin家族β2组和α4分子的表达和细胞因子IL-1、IL-6的产生，活化的巨噬细胞可抑制肿瘤细胞的生长。MCP是嗜碱性粒细胞的趋化剂和激活剂，尤其是刺激嗜碱性粒细胞脱颗粒和组胺释放的作用较为强烈。MCP-1与MCP-1R发生特异性的结合，此受体主要分布于单核细胞、髓样前体细胞系和嗜碱性粒细胞，属于IL-8R家族。分布于人红细胞表面的Duffy抗原也可结合MCP-1。

风湿性关节炎病人的滑液和血清中MCP-1水平明显升高，滑液组织巨噬细胞组成性地产生MCP-1，提示MCP-1与风湿性关节炎的病理损伤有关。高胆固醇血症时，动脉内侧平滑肌细胞产生高水平MCP-1，单核细胞粘附于血管壁并浸润动脉壁。肾脏炎症时，IL-1诱导肾小球细胞产生MCP-1。高血脂症时，LDL与肾小球细胞结合，刺激其产生MCP-1，趋化单核细胞在局部浸润。

（五）MIP-1α和MIP-1β

巨噬细胞炎症蛋白1（macrophage inflammatory protein 1,MIP-1)最初从LPS刺激小鼠巨噬细胞上清中发现。根据MIP-1分子结构的差异，可分为小鼠MIP-1α和MIP-1β，人的MIP-1α又称LD78，人的MIP-1β又称Act-2。在同一种属中，MIP-1α和MIP-1β间约有70%同源性。不同种属MIP-1之间也有较高的同源性，如人和小鼠MIP-1β有间约有70%同源性。不同和中属MIP-1之间也有较高的同源性，如人和小鼠MIP-1β有77%同源性，并且人和小鼠MIP-1α和MIP-1β均有种属交叉反应性。成熟的人和小鼠MIP-1β分子均为69个氨基酸，MIP属于C-C亚族（β亚族）的成员。

表4-12　MIP-1α和MIP-1β生和的学活性比较

注：（a）MIP-1β对某些生物学功能的调节作用尚未见有报道。

（b）T细胞需MIP-1预处理；内皮细胞需经MIP-1等因子的刺激，使之表达VCAM-1分子。

活化后的T细胞、B细胞、单核细胞和肥大细胞均表达MIP-1α和MIP-1β。MIP-1α和MIP-1β均可趋化单核细胞，但对其它细胞的调节作用则有所差别（表4-14）。

MIP-1α与MIP-1α/RANTES受体结合，MIP-1α/RANTES受体正如命名所示，除与MIP-1α配体结合外，还可与RANTES结合，此型受体主要分布于单核细胞、T细胞、髓样细胞前体细胞系、B细胞以及嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等。

（六）RANTES

RANTES是reduced upon activation,nornal T cell expressed andsecreted的略写词，国内尚未见翻译的专业术语，从产生条件角度一为试译，似为此种趋化因子在正常T细胞表达和分泌，活化时其产生水平则降低。RANTES最初认为是只是T细胞产生的，以后发现，RANTES与凝血酶刺激人血小板所释放的嗜酸性粒细胞趋化物质是同一种分子。除T细胞（CD4+和CD8+）和血小板外，肾小和官上皮细胞、肾小球膜细胞、肾脏、肝脏等也可表达RANTES。人RANTES的前体是高度碱性的蛋白，91个氨基酸，切除23个氨基酸先导序列后成熟分子含68氨基酸，与MIP-1α和MIP-1β有较高同源性。作小鼠RANTES在氨基酸水平上同源性有90%以上。RANTES属于C-C亚族（β亚族）成员。

RANTES对多种白细胞具有趋化或/和刺激作用：（1）趋化单核细胞；（2）趋化未刺激的CD4+CD45RO+记忆T细胞以及活化后的CD4+和CD8+T细胞；（3）趋化嗜酸性粒细胞并刺激其脱颗粒和呼吸爆发；（4）是嗜碱性粒细胞较强的趋化剂，但刺激其组织胺等介质释放的作用较弱；（5）RANTES预外理T细胞可增加其与IL-1α刺激内皮细胞的粘附能力。

百日咳杆菌外毒素可抑制RANTES的生和的学活性，提示其受体跨膜信号的转导与IL-8R相似。RANTES与MIP-1α/RANTES受体相结合，些型受体主要分布于单核细胞、T细胞、髓样细胞前体细胞系、B细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等，如人单核细胞性白血病细胞系THP-1上与MIP-1α/RANTES结合位点每个细胞约700个，Kd值700pM。

七、其它细胞因子

（一）LIF

60年代末人们就发现一种能诱导M1白血病细胞系分化为正常细胞的因子，后称之为白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor,LIF)。小鼠和LIF cDNA分别于1987年和1988年克隆成功。

1.LIF的产生　已在活化的T细胞、单核细胞、神经胶质细胞、肝成纤维细胞、骨髓基质细胞、胚胎干细胞、胸腺上皮细胞等多种细胞中发现有LIF的表达。

2.LIF的分子结构和基因 人和小鼠LIF基因分别定位于第22号和第11号染色体，基因长度分别人6.0kb和6.3kb，均含有3个外显子和2个内含子，基因编码区域具有高度的保守序列，其同源性在78～94%。ILF为180个氨基酸，核心蛋白分子量为20kDa，有7个糖基化位点，6个Cys，分子内部二硫键对于维持LIF分子的结构和生物学活性可能起重要作用。由于糖基化程度的不同，LIF分子量和电荷有所差别，分子量38～64kDa，IP8.6～9.2。LIF体外生物学功能似乎与糖基化程度无关，但糖基化是否影响LIF在体内稳定性和功能尚待确定。人和小鼠LIF在氨基酸水平上有78%同源性，人LIF对鼠源性细胞有相似的活性，而小鼠LIF对人的细胞则作用很弱。在氨基酸水平上，LIF与抑瘤素-M（oncostatin M，OSM）和睫状神经营养因子（CNTF)有一事实上的同源性，而且在蛋白质分子二级结构上也有相似之处。

3.LIF的受体　ILF受体α链为低亲和力受体，其结构属于红细胞生成素受体家族成员，含有2个该家族特征性结构域。gp130是LIF受体的另一个亚单位，与LIF受体α链共同组成高亲和力受体。LIF受体分布较广泛，如脂肪细胞、成骨细胞、神经细胞、胚胎癌细胞、胚胎干细胞、M1白血病细胞以及活化的巨噬细胞等。

4.LIF的生物学活性

（1）调节细胞的增殖、分化和表型：LIF抑制小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES)的分化。对于造血系统中的肿瘤细胞，LIF常显示出抑制效应，同时诱导这些肿瘤细胞的分化，例如LIF可抑制小鼠白血病M1细胞的增殖，诱导其转变为巨噬细胞表型，如表达Fc受体，并获得吞噬能力等。对单核细胞的分化也超诱导作用。LIF与GM-CSF、G-CSF或IL-6协同抑制HL-60和U937细胞的生长，并诱导其分化。LIF增强IL-3对巨核细胞前体的造血干细胞的致有丝分裂作用，提高体内巨核细胞和血小板的数量。LIF还可促进成肌细胞的增殖。在一定条件下，LIF可促进新生大鼠背根神经节中的神经元表型从肾上腺素能型转变为胆碱能型，因此LIF又称为胆硷能神经元分化因子（cholinergic neuronaldifferentia-tion factor,CNF)。此外，LIF还可促进移植神经嵴分化的胚胎性神经元的存活。

（2）抑制脂蛋白脂酶活性，降低3T3-L1脂肪细胞对游离脂肪酸的摄取。

（3）促进骨的重吸收，这种作用可能是通过LIF刺激成骨细胞合成前列腺素所介导的。

（4）诱导肝脏急性期蛋白的产生。

（二）OSM

1.OSM的产生　1986年Zarling等首次从PMA活化U937细胞培养上清中分离纯化到一种因子，这种因子有明显抑制A375人黑素瘤细胞生长而命名为抑瘤素-M（oncostatin M,OSM)。以后从PHA活化的T细胞、单核细胞或HTLV-Ⅱ感染的人T细胞培养上清中也发现OSM。

2.OSM的分子结构和基因　人OSM基因定位于22号染色体，基因组由3个外显子和2个内含子组成，与LIF基因结构相似。OSM前体有252个氨基酸，切除25个氨基酸的先导序列后称之原OSM，含227个氨基酸，在类胰蛋酶作用位点（RSRR）切除原OSm C端31个氨基酸后，形成196个氨基酸成熟分子，含有N-和O-糖基化位点，为28kDa糖蛋白。OSM分子中有5个Cys,Cys31-Cys152和Cys74-Cys192形成两个分子内二硫键，其中Cys74-Cys192二硫键对于维持OSM生物学活性非常重要。OSM对热和酸稳定。OSM与LIF、G-CSF、IL-6及CNTF分子之间有一定的同源性和相似的二级结构。

3.OSM的受体　gp130是OSM受体的一个亚单位，是识别OSM的低亲和力受体，在组成OSM高亲和力受体中，除gp130亚单位外，还有LIFR的参与。此外，另一个特异性的组成高亲和力受体的亚单位（OSMR）还有待证实。OSM受体广泛分布于多种肿瘤细胞、内皮细胞和上皮细胞。

4.OSM的生物学活性

（1）调节细胞的生长和分化：这方面的活性与LIF相似。OSM可抑制多种肿瘤细胞的生长，如低剂量OSM即可抑制大多数肺癌及乳腺癌细胞的生长。诱导某些肿瘤细胞的分化，如诱导小鼠髓样白血病细胞系M1分化为巨噬细胞样细胞，协同GM-CSF促进人U937细胞的分化。抑制骨髓干细胞的分化。促进Kaposi氏肉瘤的生长并分泌IL-6。诱导多种成纤维细胞和人红白血病细胞株TF-1的增殖。

（2）诱导肝癌HepG2细胞等产生急性期蛋白，增加LDL受体，增加肝脏对胆固醇的摄取。

细胞因子种类繁多，作用复杂，新的细胞因子不断涌现。除前述的细胞因子外，还有核糖核酸酶超家族中血管生成素，表皮生长因子家族中表皮生长因子、转化生长因子-α、肝素结合EGF样生长因子，成纤维细胞生长因子家族的碱性成纤维细胞生长因了和酸性成纤维细胞胞生长因子，胰岛素样生长因子家族中胰钪素样生长因子，血小板衍生的生长因子家族中血小板衍生的生长因子和血管内皮细胞生长因子，以及肝细胞生长因子、神经生长因子和多效素等，现归纳为“部分细胞因子-览表”供参考。

表4-13　部分细胞因子-览表

续表1

续表2

八、细胞因子的临床应用

目前，细胞因子已广泛应用于临床多种疾病的治疗，其中以干扰素、各种集落刺激因子最为常用。部分细胞因子已获美国FDA批准投放市场，有的细胞因子已进行不同阶段的临床试验或正在申请获准准投放市场。有关细胞因子临床应用的情况参见表4-14和表4-15。

表4-14　美国FDA批准投放市场的重组细胞因子

表4-15 美国尚未投入市场的重组细胞因子开发状况（1991 年）

续表1

第三节　细胞因子受体

细胞因子是由多种细胞产生的，具有广泛调节细胞功能作用的多肽分子，细胞因子不仅作用于免疫系统和造血系统，还广泛作用于神经、内分泌系统，对细胞间相互作用、细胞的增殖分化和效应功能有重要的调节作用。细胞因子发挥广泛多样的生物学功能是通过与靶细胞膜表面的受体相结合并将信号传递到细胞内部。因此，了解细胞因子受体的结构和功能对于深入研究细胞因子的生物学功能是必不可少的。随着对细胞因子受体的深入研究，发现了细胞因子受体不同亚单位中有共享链现象，这对阐明众多细胞因子生物学活性的相似性和差异性从受体水平上提供了依据。绝大多数细胞因子受体存在着可溶性形式，掌握可溶性细胞因子受体产生的规律及其生理和病理意义，必将扩展人们对细胞因子网络作用的认识。检测细胞因子及其受体的水平已成为基础和临床免疫学研究中的一个重要的方面。

一、细胞因子受体的结构和分类

根据细胞因子受体cDNA序列以及受体胞膜外区氨基酸序列的同源性和结构征，可将细胞因子受体主要分为四种类型：免疫球蛋白超家族（IGSF）、造血细胞因子受体超家族、神经生长因子受体超家族和趋化因子受体。此外，还有些细胞因子受体的结构尚未完全搞清，如IL-10R、IL-12R等；有的细胞因子受体结构虽已搞清，但尚未归类，如IL-2Rα链（CD25）。

（一）免疫球蛋白超家族

该家族成员胞膜外部分均具有一个或数个免疫球蛋白（Ig）样结构域，有关Ig超家族的结构特点参见第三章。目前已知，属于IGSF成员的细胞因子受体的IL-1Rt I（CD121a）、IL-1RtⅡ（CD121b）、IL-6Rα链（CD126）、gp130(CDw130)、G-CSFR、M-CSFR（CD115）、SCFR（CD117）和PDGFR，并可分为几种不同的结构类型，不同IGSF结构类型的受体其信号转导途径也有差别。

（1）M-CSFR、SCFR和PDGFR：胞膜外区均含有5个Ig样结构域，其中靠近胞膜区为1个V样结构，其余4个为C2样结构。受体通常以二聚体形式与相应的同源二聚体配体结合。受体胞浆区本身含有蛋白酷氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）结构。

（2）IL-1Rt I和IL-1RtⅡ：胞膜外区均含有3个C2样结构，受体胞浆区丝氨酸/苏氨酸磷酸化可能与受体介导的信号转导有关。

（3）IL-6Rα链、gp130以及G-CSFR：胞膜外区N端 均含1个C2样区，在靠近胞膜侧各有1个红细胞生成素受体超家族结构域，此外在胞有胞膜外区还含有2～4个纤粘连素结构域。gp130胞浆区酷氨酸磷酸化与信号转导有关。这种结构类型的受体其相应配体IL-6、OSM、LIF和G-CSF在氨基酸序列和分子结构上也有很大的相似性。

（二）造血细胞因子受体超家族

造血细胞因子受体超家族（haemopoieticcytokine receptor superfamily）又称细胞因子受体家族（cytokinereceptor family），可分为红细胞生成素受人本超家族（erythropoietinreceptor superfamily,ERS）和干扰素受体家族（interferon receptorfamily。

1.ERSERS所有成员胞膜外区与红细胞生成素（erythropoietin,EPO）受体胞膜外区体在氨基酸序列上有较高的同源性，分子结构上也有较大的相似性，故得名。

（1）ERS的成员：属于ERS的成员有EPOR、血小板生成素R、IL-2β链（CD122）、IL-2Rγ链、IL-3Rα链（CD123）、IL-3Rβ、IIL-4R（CDw124）、IL-5Rα链、IL-5βα链、IL-5Rβ链、IL-6Rα链（CD126）、gp130(CDw123)、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-1240kDa亚单位、G-CSFR、GM-CSFRα链、GM=CSFRβ链、LIFR、CNTFR等，此外，某些激素如生长激素受体（GRGR）和促乳素受体（PRLR）亦属于ERS。

（2）ERS的结构特征：红细胞生成素受体超家族成员在胞膜外与配体结合部位有一个约含210氨基酸残基的牲性同源区域，主要特点①同源区靠近N端有4个高并能保守的半胱氨酸残基Cysl、Cys2、Cys3、Cys4和1个保守的钯氨酸，Cys1与Cys2之间、Cys3与Cys4之间形成两个二硫键。②同源区靠近细胞膜处，约在细胞膜外18～22氨基酸基处有一个色氨酸一丝氨酸-X-色氨酸-丝氨酸基序，所谓Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser即WSXWS基序，其生物学功能尚不明了。IL-3α链、IL-3Rβ链、GM-CSFRβ链、LIFR办有两个ERS结构域，其中GM-CSFRβ链第一个ERS结构中有一个类似WSXWS基序，即为脯氨酸一丝氨酸-赖氨酸-色氨酸-丝氨酸（PSKWS）基序。1994年Hilton等合成WSXWS基序相应的寡核苷酸为探针，从成鼠肝cDNA文库中克隆小鼠IL-11受体α链cDNA获得成功。IL-6Rα链和gp130以及G-CSFrN端有一个IGSF结构。IL-7R靠近N端侧的部位只有Cys1和Cys3，与其它成员相比，缺乏Cys2和Cys4以及色氨酸残基。IL-1240kDa亚单位有ERS的同源结构，但为非膜结合的，而且与IL-12另一35kDa亚单位通过二硫键开成异源双体。GM-CSFr N端在ERS中可以看作由2个Ⅲ型纤维粘连素组成，每个Ⅲ型纤维粘连素结构域由7股反平行β折叠股形成一个桶状结构，两个桶状结构之间的槽是配体膜外保守区域有明显的进化同源性，这种同源性的程度与IGSF成员间相似。EPo R似科与其它家族成员有更高的同源性，在进化上可能处于主导的地位。ERS的胞浆区长度不一，从54个氨基酸残基到568个氨基酸残基，除IL-2Rβ链与EPOR之间胞浆区有一定同源性外，其它成员在胞浆区未见明显的同源性。ERS成员胞浆区本身均不具备PTK结构，其信号传递的途径和机理也有所不同。IL-2Rβ链胞浆区的本双重性区与胞浆中酪氨酸激酶相关联，富含丝氨酸区与非激酶信赖途径有关。IL-2Rγ链胞浆区具有SH2结构，参与信号传递。细胞浆中的PTK和PKC可能参与IL-4R介导的信号传递。gp130胞浆区丝氨酸富含区以及酷氨酸磷酸化与gp130介导的信号转导有关。此外，酪氨酸磷酸化与IL-7R、GM-CSFRβ链、IL-3Rβ链、IL-5Rβ链介导的信号转导有关。

注：根据ERS胞膜外结构特点，可分为以下四种类型：

（a）1个ERS结构域的穿膜受体，包括IL-2Rβ、IL-2Rγ、IL-4R、IL-5R、IL-7R、IL-9R、GM-CSFR、EPOR；

（b）2个ERS结构域的穿膜受体，包括LIFR、KH97、AIC2A、AIC2B；

（c）N端有1个IGSF结构域和1个ERS结构域的穿膜受体，包括IL-6R、IL-11R（？）、G-CSFR和gp130；

（d）N端1个IGSF结构域和1个ERS结构域GPI连接的受体，如CNTFR。

2.干扰素受体家族属于这一家族的成员有IFN-α/βR、IFN-γR和组织因子（TF）（为凝固白酶因子Ⅶ的细胞膜受体），其结构与红细胞生成素受体家族相似，但N端只含有两个保守性的Cys，两个Cys之间有7个氨基酸。近膜处也有两个保守的Cys，两个Cys之间间隔有20～22个氨基酸。IFN-α/βR由两个上述的结构域所组成。

（三）神经生长因子受体超家族

1.NGFR超家族的成员属于该家族成员除神经生长因子受体（nerve growth factor receptor,NGFR）外，不有 TNF-RⅠ（CD120a）、TNF-RⅡ（CD120b）、CD40、CD27、T细胞cDNA-41BB编码产物、大鼠T细胞抗原OX40和人髓样细胞表面活化抗原Fas（CD95）。各成员的主要功能参见表4-16。

表4-16NGFR超家族成员的功能

2.NGFR超家族的结构特点NGFR超家族成员其胞膜外由3～6个约40个氨基酸组成的富含Cys区域，如NGFR、TNF-RⅠ、TNF-RⅡ有4个结构域，CD95有3个结构域，CD30有6个结构域。所有成员N端第一个区域中均含6个保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr残基各一个，其它区域亦含4～6个Cys。TNF-RⅠ、CD95、CD40分子之间胞浆区约有40～50%同源性。

（四）趋化因子受体

1988年IL-8基因克隆成功以来，已形成了称之为趋化因子（chemokine）的一个家族。到目前为止，趋化因子家族的成员至少有19个。部分趋化因子的受体已基本搞清，它们都性属于G蛋白偶联受体（GTP-binding protein coupled receptor）,由于此类受体有7个穿膜区，又称7个穿膜区受体超家族（sevenpredicated transmembrane domain receptor superfamily,STR superfamily）。G蛋白偶联受体（或STR）包括的范围很广，除了趋化因子受体外，如某些氨基酸、乙酰胆硷、单胺受体，经典的趋化剂（C5a、fMLP、PAF）受体等都属于G蛋白偶联受体/STR。

图7-6

注：TNF-RⅠ和TNF-RⅡ胞膜外均有4个结构域，N端第一个区域均有6个Cys，TMF-RⅠ其它3个区域均含6个Cys，TNF-RⅡ第二个区域含6个Cys，第3、4区域各含4个Cys。

1.趋化因子受体的种类和结构

（1）趋化因子受体的种类：已发现的趋化因子受体种类有IL-8RA、IL-8RB、MIP-1α/RANTEsR、NCP-1R和细胞趋化因子受体（red bloodcell chemokine receptor,RBCCKR）。有人将能与IL-8结合的IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR（Duffy抗原）归为IL-8受体家族。趋化因子受体的种类和分布见表4-17。

表4-17 趋化因子受体的种类和分布

注 ：（a）趋化因子受体有功能基因目前已克隆成功4种。MCP-1R cDNA最近已分离成功，但尚未见有基因染色体定位的报道。

（b）受体分布主要根据功能试验和/或配体结合试验。

（c）α亚族中γIP-10、NAP-4、PE-4和ENA-78以及β亚族中CPP-2、MCP-3、MIP-1β和I-309相应受体尚未鉴定出。

（2）趋化因子受体的结构：所有趋化因子受体都属于G蛋白偶联受体/STR，N端在胞膜外，C端位于胞浆内。7个穿膜区（transmembranedomain,TMD）为α螺旋，在TMDⅡ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ由α螺旋内保守的肺腑氨酸所扭结（kinked）,胞膜外和胞浆内各有由亲水氨基酸所组成的三个一不，分别简称为e1～e3(e:extracellular connecting loops)和il～i3（i:intracellular connecting loops）。e1和e2之间由两个保守的Cys形成一个二硫键，有些受体在胞外N端和e3之间也形成二硫键，如IL-8Ra30Cys与277ys形成二硫键。在STR超家族中，趋化因子受体以及经典的趋化剂受体具有以下特点：（1）其长度在STR超家族中最短，约为350氨基酸，其主要原因是N端、C端较短，i3环只含16～22个氨基酸；（2）在氨基酸水平上同源性大于20%;（3）i3富含碱性氨基酸，带正电；（4）N端仿酸，带负是电；（5）胞浆区含有多个丝氨酸和苏氨酸，可能是磷酸化位点；（6）mRNAs多表达于白细胞。

图4-7 趋化因子受体结构模式图

2.IL-8受体家族IL-8R家族是趋化因子受体中能与IL-8结合的不同受体的总称，包括IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR。

（1）IL-8RA：IL-8RA cDNA1991年基因克隆成功，是Holmes等从中性粒细胞cDNA表达文库中分离得到，人IL-8RA基因定位于染色体2q35，与IL-8RB基因密切连锁和高度同源，可能是从同一祖先基因经复制而来。从cDNA推算出IL-8RA由350氨基酸组成，有5个N连接的糖基化位点。裸肽分子量为40kDa，糖基化后55～69kDa，在氨基酸水平上与IL-8RB的同源性为77%。IL-8RA只与配体IL-8（碱性，PI8.0～8.5）结合，这与IL-8RA的结构有关，IL-8Ra N端酸性氨基酸是与IL-8结合的位置，N端Asp11和e3中Gly275和Arg280对于与配体结合至关重要，由于Cys30与Cys277之间形成二硫键，Asp11、Glu275和Arg 280在空间置上十 分接近，共同参与同配体的结合。IL-8RA基因表达的细胞种类较为广泛，如中性粒细胞、单核细胞、PGA活化的T细胞、单核细胞样细胞系、黑素瘤细胞、滑液成纤维细胞、HL60细胞和前髓样细胞系THP-1等。

（2）IL-8RB：IL-8RB cDNA是首先从HL60细胞中克隆成功，推断的氨基酸残基数为335，有一个潜在的N连接糖基化位点。IL-8RB可与CXC亚族中IL-8、GROα、GROβ、GROγ和NAP-2结合。人IL-8RB主要表达于髓样细胞，如中性粒细胞、HL60、THP-1和AML193细胞。

（3）RBCCKR：这种受体结合配体的特异性较宽，又称multi-specificreceptor,可结合CXC亚族中的IL-8、NAP-2、GROα和CC亚族中的MCP-1和RANTES。人RBCCKRcDNA1993年克隆成功，基因定位于1q21-q25，成熟受体分子由338个氨基酸组成，分子量为39kDa，与IL-8RB和MIP-1α/RANTESR分别有27%和23%同源性。胞膜外区为66个氨基酸，含有2个潜在的N连接糖基化点，酸性。C端胞浆区长24个氨基酸残基，RBC-CKR似乎不G蛋白调节，可能是一种G蛋白的非偶联受体。最近研究表明，RBCCKR是人红细胞Duffy抗原（gpD），也是微小间日疟原虫（Plasmodium vivax）受体。Duffy血型阴性个体尽管存在着该血型的原因，但不表达Duffy抗原/RBCCKR。RBCCKR作为一种清除受体（clearance receptor)清除血液中趋化因子。这种受体与配体结合的亲和力Kd为5nM，正常血清中IL-8水平在pM水平。在成人呼吸窘迫综合征（ARDS）、脓毒症时，血清IL-8水平可升高至8nM，过高水平的IL-8结合到RBCCKR而得以清除。IL-8等趋化因子结合到红细胞上后即失去了对靶细胞作用。红细胞的这种清除作用的意义还在于维持一个合适的趋化因子浓度，保证中性粒细胞等敏感地从血液中向趋化因子浓度高的炎症部位动。RBCCKR除表达在红细胞上外，还表达在肾脏、大脑，基因表在这还见于脾、肺和胸腺等。

表4-18 IL-8R家族三个成员的特性比较

3.受体的信号转导 IL-8RA和IL-8RB中紧接第三个穿膜区（TMDⅢ）的第二个胞内环（i2）有一段高度保守的DRYLAIVHA序列，与受体信号的转导密切相关，其中DRY对于受体有效地偶联G蛋白是必要的，如用突变方法改变此序列，虽然不影响受体与配体的结合，但几乎完全丧失了配体刺激的生物学活性。IL-8R与配体结合后使与受体结合的异源三体G蛋白分解为α亚单位和βγ亚单位，α亚单位活化磷脂酶C（phospholipase C,PLC），导致胞浆内三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）增加，分别诱导胞浆内Ca库释放Ca²⁺和PKC的活化。

此外，IL-8RA和IL-8RB C端丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化可能与信号的转导有关。

4.趋化因子受体与病毒最近发现某些感染人或灵长类病毒的开放读框产物与某些趋化因子受体有较高的同源性，这可能与病毒的致病以及病毒所具有的某些生物学特性有关。

（1）人巨细胞病毒（human cytomegalovirus,HCMV）:是一种可感染人上皮细胞、髓样和淋巴样细胞的β疱疹病毒（βHerpesvirus)。HCMV3个开放读框US27、US28和UL33所推断的氨基酸序列在分子结构上均可模拟STR，其中US28产物与人MIP-1α/RANTEsR约有30%同源性，与该受体N端的同源性高达56%。US28产物可与趋化因子β亚族中MIP-1α、MIP-1β、MCP-1和RANTES相结合，但不能结合α亚族中的趋化因子。

（2）Saimiri疱疹病毒（Herpesvirus saimiri,HVS）:是一种感染灵长类动物嗜T细胞的γ疱疹病毒（γHerpesvirus)。HVS开放读框ECRF3产物与IL-8R有近30%的同源性，与IL-8Rb N端的同源性为44%。ECRF3产物与IL-8、GROα和NAP-2均可发生一定程度的结合。

HCMV-US28和HVS-ECRF3探针不能与人基因组DNA杂交，提示疱疹病毒不仅从宿主体内获得了趋化因子受体基因拷贝，而且进行了修饰。类似的现象见于嗜人B淋巴细胞的γ疱疹病毒-EB病毒(EBV),EBV开放读框BCRF1是从宿主体内获得的IL-10基因,BCRF1产物又称为病毒IL-10(vIL-10),可模拟哺乳动物IL-10的抗炎症和抗增殖效应。

二、细胞因子受体中的共享链

大多数细胞因子受体是由两个或两个以上的亚单位组成的异源二聚体或多聚体，通常包括一个特异性配体结合α链和一个参与信号的β链。α链构成低亲和力受体，β链一般单独不能与细胞因子结合，但参与高亲和力受体的形成和信号转导。应用配体竟争结合试验、功能相似性分析以及分子克隆技术发现在细胞因子受体中存在着不同细胞因子受体共享同一种链的现象。

（一）细胞因子受体共享链的种类

在众多的细胞因子中，某些细胞因子的作用十分相似，如IL-3、IL-5、GM-CSF都作用于造血系统，促进造血干细胞或定向干细胞的增殖。IL-6、IL-11、LIF、OSM都能作用于肝细胞、巨核细胞、浆细胞瘤，发挥相似的生物学作用。IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-13均具有刺激T细胞或和B细胞增殖的作用。上述细胞因子功能的相似性已部分在受体水平得到解释，在很大程度上是由细胞因子受体共享链所决定的。目前已知，细胞因子共享链主要有gp310、GM-CSFRβ链和IL-2Rγ链。

1.gp130/LIFR 为IL-6R、单抗MT18在骨髓瘤细胞系U266共沉淀中得到一种130kDa的糖蛋白，命名为gp130。1990年Hibi克隆成功，gp130，属于造血因子受体家族。IL-6、IL-11均能刺激IL-6信赖的小鼠浆细胞瘤系T1165的增殖，能在IL-3、GM-CSF的作用下缩短骨髓多能干细胞的Go期，增强IL-3依赖的人和小鼠的巨核细胞集落的形成，促进体内、体外的特异性抗体反应，诱导肝细胞急性期蛋白的产生。抗gp130能阴断IL-6、IL-11两种细胞因子分别诱导的TF1细胞的增殖，而抗IL-5R只能阴断IL-6诱导的TF1的增殖，表明IL-6、IL-11受体共用一个信号转导链。OSM受体存在着低亲和力及高亲和力两种受体，低亲和力受体即gp130，gp130与LIFR构成高亲和力受体。与在IL-6R、IL-11R中不同，gp130在OSMR中只形成低亲和力受体且不能单独转导细胞因子信号。高亲和力的LIF受体由LIFR和gp130组成，OSM与LIF能竞争结合高亲和力LIF受体，但不竞争结合低亲和力的LIF受体。

表4-19 gp130/LIFR共用链与高亲和力受体组成的关系

注：（1）LIF：leukaemia inhibitoryfactor;OSM:oncostatin M;CNTF:ciliary neurotrophic factor.

(2)IGSF:immunoglobulinsuperfamily;GCRF:hematopoietic cytokine receptor family.

(3)gp130转导IL-6、IL-11刺激信号，gp130与LIFR两种链转导LIF、OSM和CNTF刺激信号。

（4）IL-11Rα链（小鼠）与IL-6Rα链和CNTFRα链氨基酸同源性分别为24%和22%。

2.KH97/AIC2B为IL-3R、IL-5R、GM-CSFR所共用。在造血方面，IL-3与GM-CSF均能促进未成熟细胞、混合细胞及粒细胞-巨噬细胞集落的形成，激活单核细胞，促进嗜酸性粒细胞集落形成。IL-5除了促进B细胞分化和分泌抗体外，也具有刺激嗜酸性粒细胞分化作用。用GM-CSFRβ链分别与IL-3、IL-5、GM-CSFRα链共转染的试验证明，这三种细胞因子高亲和力受体中的β链在小鼠和人分别为AIC2B和KH97，它们有56%的同源性。

3.IL-2受体γ链 除IL-2R含有γ链外，IL-4R、IL-7R、IL-9R和IL-13R复合物中也共用IL-2Rγ链（γc）。这些受体的相应配体是一组主要作用于T细胞的生长因子。以IL-2γ链异常为主要特征的X联锁严重免疫缺陷综合症患者显示出T细胞发育异常，T细胞的缺乏或数量明显减少，提示IL-2γ链在T细胞的发育中起至关重要的作用。IL-4、IL-7均在T细胞的发育中起作用，它们共用一条信号转导链IL-2Rγ链来传递T细胞增殖的信号。在IL-2受体系统中，α链构成低亲和力受体，中亲和力受体由β、γ链组成，高亲和力受体由α、β、γ三条链组成，其中，γ链相当于其它细胞因子受体的β链，参参与信号传递，而αβ链则相当于α链，主要发挥识别和结合配体的作用。

（二）共享链与细胞因子受体信号转导

细胞因子信号转导首先需要配体与受体结合并诱导受体二聚体（或三聚体）的形成，使二聚体（或三聚体）胞浆部分的相互作用，由此引起不同途径的信号转导。在IL-2R系统中，受β、γ链的二聚作用对于信号的转导是必须的，缺乏β链胞浆区的IL-2R不能转导IL-2刺激所发生的信号。大多数的细胞因子对细胞的刺激及信号转导与酪氨酸激酶的活化及细胞内蛋白的酪氨酸磷酸化有关，细胞因子与受体结合可以引起受体成分的酪氨酸磷酸化。ERS胞浆区近膜端的60个氨基酸残基是高度保守的，这段同源序列对IL-6、G-CSF、EPO、IL-7的信号转导起着关键作用，提示这些受体可能利用相似的胞膜内信号转导机制。

1.gp130介导信号转导 在IL-6R、IL-11R、OSMR、LIFR、CNTFR的信号转导共用链gp130中，其胞浆区约277个氨基酸残基中包含丝氨酸富含区、核苷酸结合区及4个GTP结合模式区。其中的丝氨酸富含区也存在于G-CSFR、IL-2Rβ、IL-4R和EPOR，其它的ERS成员有着明显的同源性。其中一个片段在所有ERS成员中都是保守的，另一个片段存在于G-CSFR、EPOR、KH97中。这两个短的片段中，无论哪个发生突变都将使gp130不能发生酪氨酸磷酸化，丧失信号转导的能。LIFR/gp130异源双体也与酪氨酸磷gp130不能发生要酪氨酸磷酸化，丧失信号转导的功能。LIFR/gp130异源双体也与酪氨酸磷酸化有关。虽然大多数造血因子受体家族成员均不具有酪氨酸激酶结构域，但它们与酪氨酸激酶型生长因子受体相似，生长因子引起与之相关的受体酪氨酸激酶二聚体的形成和激活，而造血因子可能是诱导其受体的二聚体形成并导致相关酪氨酸激酶的活化。已发现在IL-6、IL-11刺激的TF1细胞中检测出分子量97/95kDa的蛋白发生了酪氨酸磷酸化，抗gp130的信号转导中很重要。在不同的细胞系3T3-L1、B细胞杂交瘤、髓样白血病系中发现有不同分子量蛋白的要酪氨酸磷酸化，提示在不同的细胞系中存在细胞特异的酪氨酸激酶及各自特异的底物，这可能是共用gp130的IL-6、IL-11、LIF、CNTF、OSM在不同细胞中生物学作用差异的原因一。JAK2是一种非受体型的酪氨酸激酶，可以被EPO、IL-3、G-CSF、IL-6等多种细胞因子刺激所激活，JAK2可能是这些不同的细胞因子受体信号转导途径中的一个共同因素，这种与受体相联的JAK2激酶可能因受体结构的不同而催化不同的底物，从而导致了JAK2介导了许多不同的生和的学功能。此外，gp130在IL-6、IL-11、CNTF、LIF的刺激后也发生了自身的酪氨酸磷酸抡。

2.KH97/AIC2B介导信号传导在IL-3、IL-5、GM-CSF的信号转导链KH97/AIC2B的胞浆区内也存在着两个产生不同信号所必需的区域：一个是Glu517上游近膜端的约60个氨基酸的区域，它是诱导c-myc和pim-1所必需的；另一个区域是Leu623至Ser763约140个氨基酸的胞浆区域，是Ras、Raf、MAP（丝裂原激活的蛋白激酶）的激活以c-fos、c-jun的诱导所必需的。hGM-CSFRα、β链无任何已知酶的催化区，共转染hGM-CSFα、β链的Ba/F3细胞的地冽同C-Myc、pim-1水平的延长增加相关联的。在小鼠淋巴细胞系转染GM-CSFα、β链后可以引韦胞内数种蛋白的酪氨酸磷酸化并引起增殖反应，α、β链共转染小鼠NIH3T3细胞表达GM-CSFR高亲和力受体，可引起表达的β链胞浆区和另外一个有包浆内40～45kDa蛋白的酪氨酸快速磷酸化。

三、可溶性细胞因子受体

在自然关态下，细胞因子受体（cytokinereceptor,CK-R）主要以膜结合细胞因子受体（membrane-bound cytokinereceptor,mCK-R）和存在于血清等体液中可溶性细胞因子受体（soluble cytokinereceptor,sCK-R）两种形式存在。细胞因子复杂的生物学活性主要是通过基与相应的mCK-R结合后所介导的，而sCK-R却具有独特的生物学意义。近年来，sCK-R水平变化与某些疾病的关系日益受到学者们的重视。部分重组sCK-R（rsCK-R）基因工程产品已进入临床验证，关于sCK-R的产生机理，结构特点及基免疫学功能等方面的基础研究也取得了长足的进展。

（一）sCK-R的产生机理及作用特点

人T细胞白血病病毒I型（HTLV-I）感染的HUT102B2、MT-2等细胞，髓样白血病细胞（HL-60，KG1）及某些人B细胞系（Raji）除了表达多种mCK-R外还可以通过不同方式产生sCK-R，如HUT102B2细胞培养丰清中也可检出高水平sCK-2R和sIL-6R。人PMC体外经PHA刺激培养后也产生大量sCK-2R和sCK-6R。

1.sCK-R的产生大多sCK-R主要来自膜受体的脱落，因此将膜受体阳笥细胞溶解是获得大量sCK-R的一种方法。大多数sCK-R氨基酸序列与mCK-R胞膜外区同源，只缺少跨膜区及胞浆区，但仍可与相应配体发生特异性结合所应。除了膜受体的裂解、脱落产生sCK-R形式外，另一种产生sCK-R的机理是通过受体mRNA不同剪接，产生分泌型mRNA，通过翻译后直接分泌到细胞外，已经证实，细胞内可含有同一种CK-R不同形式的cDNA。sIL-4R、sIL-5Rα链、sIL-6Rα链、sIL-7R以及sG-CSFR等可以这种形式产生（表4-20）。

表4-20 sCK-R的产生机理（举例）

注：IGSF：免疫球蛋白超家族ERS；红细胞生成素受体超家族NGFR：神经生长因子受体家族

2.sCK-R的生物学作用多数sCK-R与相应细胞因子结合的亲和力较与mCK-R为低，可能与sCK-R为单链结构或缺少某些结构区域有关。也有的sCK-R如sIL-4R同天然mIL-4R与相应配体结合的亲和力是相同的，即使低剂量sIL-4R也可特异地抑制IL-4诱导的细胞增殖反应。sCK-R以其多种方式发挥其独特的免疫学功能。

（1）做为细胞因子转运蛋白，将细胞因子运至机体有关产啊位，造成局部细胞因子高浓度区以充分发挥细胞因子的生物学效应。

（2）是膜受体正常代谢途径，有利于处于活化状态细胞恢复至正常水平。

（3）竟争性地结合mCK-R相应配体，抑制mCK-R所介导的生物学作用。

（二）sCK-R与临床

1.检测sCK-R水平在临床中的应用检测某些sCK-R水平辅助临床对某些疾病的早期诊断，了解病程的发展与转归，并可对患者免疫功能状态及预后进行评估，对临床治疗也有一定指导意义。

（1）sIL-2R的检测：近年来国内外学者对sIL-2R进行了大量研究，发现其在血清及其他体不认中水平的变化与临床多种疾病如器官移植排异反应、病毒性感染、恶性肿瘤、创伤及自身免疫性疾病等的病情、病程密切相关（表4-21）。

（2）其他sCK-R的检测：最近在尿中发现一种50kDa sIL-6R分子称为IL-6R-SUP，可以促进小剂量IL-6诱导的小鼠浆细胞瘤T1165的生长。多发性骨髓瘤病人血浆中sIL-6R水平明显升高。风湿性疾病患者血清sTNFR水平异常增设，关工了腔滑液中亦可检出高水平sTNF-R，且活动期水平明显高于非活动期。政党妇女尿中仅可检测到TNF-RⅡ类型的sTNFR,而妊娠妇女尿中TNF-r I和TNF-RⅡ两种类型sTNFR均可被检出，随胎龄增加sTNFR水平逐渐升高，分娩后随之降低，这可能是使胎儿免受TNF作用的一种防护机制。肝脏感染性腹水及癌性腹水中亦可检出高水平sTNFR。此外还发现，sTNFR水平的增设与患者肾功能的减退密切相关。

2.sCK-R在临床应用前景大多数sCK-R与细胞因子结合后阴断细胞因子与膜受体结合，从而抑制细胞因子的生物学活性，应用sCK-R减轻或防止炎症性细胞因子造成的病理损害提供了新的治疗途径。动物实验结果表明，局部注射sIL-1R可抑制IL-1介导的炎症反应。sIL-1R可降低小鼠同种异体心脏移植的排异反应以及大鼠实验性关节炎和过敏性大脑炎。在体外sIL-1R可明显抑制急性髓样白血病病人骨髓细胞的增殖。最近，应用IL-1R基因工程产品开始对治疗关节炎、糖尿病以及防治器官移植排斥等进入临床验证。动物体内注射sIL-4R可延长同种异人本移植物的存活，抑制GVHR，降低I型超敏反应。应用sTNFR可减轻TNF在自身免疫性疾病中所介导的病理损害，并可减轻败血症休克。

表4-21 血清sIL-2R水平升高与人类某些疾病的关系

恶性肿瘤

成人T细胞白血病（HTLV-I相关，CD4+T细胞）

毛细胞白血病（对IFN-α治疗有效者sIL-2R水平下降，复发时上升）

急性淋巴细胞白血病

慢性髓样细胞白血病blasticphase(sIL-2R升高先于临床发作)

Hodgkin氏淋巴瘤（与疗效和预后平行）

非Hodgkin氏淋巴瘤（所有T细胞淋巴瘤和大部分Ｂ细胞淋巴瘤，sIIL-2水平与判断预后密切　相关）

肝癌、乳腺癌、胃癌、食道癌、结肠癌、鼻咽癌等

自身免疫或炎症性疾病

类风湿性关工了炎（滑膜液中sIL-2R升高有助于与其他关节炎的鉴别诊断）

全身性红斑狼疮

进行性全身性硬皮病

多肌炎（sIL-2R，sCD8同时升高与急性肌肉炎症平行，常为临床复发前表现）

Kawasaki病、多发性硬化症、Ｉ型糖尿病

病毒感染与其它传染性疾病

甲型病毒性肝炎急性期

乙型病毒性肝炎急性期、慢性活动性肝炎、BHeAg阳性者（sIL-2R往往与病情发作、肝脏病　损平行）

丙型病毒性肝炎

艾滋病（与血清抗体和病期发展相关）

传染性单核细胞增多症

麻疹

呼吸道合胞病毒感染

肾综合征出血热急性期

乳头状瘤病毒引起的尖锐湿疣

麻风（与发热、皮肤组织坏死程度正相关，可的松等治疗后sIL-2R水平迅速下降）

结核病

疟疾

移植及移植排斥

肾脏移植（急性移植排斥、CD3McAb治疗后明显升高，有助于区别感染和药物中毒，环孢　霉素Ａ治疗后明显降低）

肝脏（胆汁中sIL-2R升高是早期肝脏排斥的敏感指标）

异基因骨髓移植后所发生的GVHD

其它

烧伤（往往与病情平等，可能与患者免疫抑制状态有关）

慢性肾功衰竭和肾透析

Wegener氏肉芽肿

评价对体内注射IL-2的免疫反应性

第四节　细胞因子及其受体的检测

细胞因子在机体免疫应答过程中起着十分重要的作用。在某些疾病时，体内细胞因子及其受体表达可发生异常，与机体免疫功能低下或发生病理损伤有关。因此，在临床免疫学中越来越重视对细胞因子及其受体的检测。在基础免疫研究中，常需检测不同条件培养液中细胞因子的活性，并探讨细胞因子产生水平与免疫细胞表型、增殖、杀伤及其它功能的关系。此外，原核细胞和真核细胞中表达的重组细胞因子或经过不同工艺纯化后的产品需测定其活性和含量。

从细胞因子及其受体检测的水平来说，可以分为基因组DNA、mRNA和蛋白三个不同的水平，后者又包括胞浆内、膜表面以及分泌到体液或培养上清等三种不同形式细胞因子。目前应用最多的是检测体液或培养丰清中的细胞因子以及膜表面的细胞因子受体。

一、生物活性检测法

细胞因子生物学活性检测法是根据某些细胞因子特定的生物学活性，应用相应的指示系统和标准品来反映待测标本中某种细胞因子的活性水平，一般以活性单位来表示。生物学检测法一般敏感性较高，直接表示待测标本中的活性水平。但实验周期较长，如集落形成法需10～14；易受细胞培养中某些因素的影响，如血清、pH、药物；易受生物学活性相同或相近的其它细胞因子的影响，如检测IL-2时可受IL-4的干扰，TNF-α和TNF-β（淋巴毒素）表现出极为相似的生物学作用；易受待栓样品中某些细胞因子抑制物的干扰，如IL-1活性可被IL-1受体拮抗物（IL-1ra）所抑制，TNF-α可被TNF-BP所阻断；不能区分某些细胞因子的型和亚型，如IFN-α、β和γ，以及IFN-α中不同的亚型显示相同的生物学活性；某些指示细胞长期培养易发生突变；不同指示细胞对同一种细胞因子的敏感性不同，所慕名而来结果难于标准化；此外，某些人源的细胞因子如hIL-2对小鼠细胞起作用，但鼠源性的IL-2对人的细胞则无刺激作用。

生物学检测的方法大致可分为增殖或增殖抑制、集落形成、直接杀伤靶细胞、保护靶细胞免受病毒攻击、趋化作用以及抗体形成法等几类。

（一）增殖或增殖抑制法

其基本原理是应用某一细胞因子能特异地刺激或抑制某些指示细胞的增殖，通过³H-TbR掺入或MTT法显色，反映待检细胞因子的活性水平。

（二）集落形成法

其基本原理是应用骨髓干细胞体外半固体培养系统，根据不同造血因子能诱导干细胞或定向造血祖细胞形成某一种或某些种类细胞的集落，通过对形成集落形态学、酶学鉴定，计算不同种类集落形成的数量和比例，反映待测标本中CSF的种类和活性水平。

（三）直接杀伤靶细胞

在细胞因子中TNF-α、TNF-β具有直接杀伤某些肿瘤细胞的作用，采用TNF敏感的细胞株如小鼠成纤维细胞株L929，以及WEHI164亚克隆13作为指示细胞，通过³H-TdR释放法或染料染色等可检测待检样品中TNF的活性水平。

（四）保护靶细胞免受病毒的攻击

靶细胞受某些病毒感染后可发生明显病变和死亡，干扰素可保护靶细胞免受病毒的攻击，常用的病毒是水疱性口炎病毒（vesicular stomatitis virus,VSV）,敏感的指示细胞为喉癌的上皮细胞株Hep2和羊膜的上皮细胞WISH，通过干扰素（IFN-α、IFN-β、IFN-γ）抑制病毒致病变的程度，计算出待测样品中IFN的活性单位。

（五）趋化作用

IL-8对多形核细胞、淋巴细胞具有趋化作用，可用小室法或软琼脂趋化法，PMN或淋巴细胞作为指示细胞，以细胞趋化的程度来反映样品中IL-8活性水平。

（六）抗体形成法

IL-6可在体外刺激某些B淋巴细胞系产生和分泌免疫球蛋白，常用的指示细胞有分泌IgG的ARH-77、CESS和分泌IgM的SKW6.CL-4。在一定的条件下，待检样品中IL-6水平与培养细胞上清IgG或IgM水平正相关，通过标准IL-6的对照可推算出待检样品中IL-6的活性。

表4-22　细胞因子生物学活性检测方法（举例）

续表1

续表2

二、免疫学检测法

免疫学检测法的基本原理是细胞因子（或受体）与相应的特异性抗体（单克隆抗体或多克隆抗体）结合，通过同位素、荧光或酶等标记技术加以放大和显示，从而定性或定量显示细胞因子（或受体）的水平。这类方法的优点是实验周期短，少受抑制物或相似生物池功能因子的干扰，如抗体的特异性高可区分不同型或亚型的细胞因子（如IFN），一次能检测大量标本，易标准化。与生物学活性检测方法相比，免疫学检测法在许多情况下敏感性低于前者，所得结果不表示生物学活性，有的McAb只能识别重组的细胞因子，在检测天然的细胞因子中受到限制。

免疫学检测的方法多采用ELISA和RIA法，可以分为平心法、竞争法和间接法。

（一）ELISA（或RIA）平心法

根据抗体性质和特异性不同可有以下几种不同的平心法ILISA。

1.PcAb与McAb夹心法　用纯化的多克隆抗体（PcAb）包被板子，加待检细胞因子（或可溶性受体）和标准品，上层加酶标记的McAb。有时为了增加敏感性，上层加McAb后再用酶标记第二抗体显色。

2.McAb与PcAb夹心法　用McAb包被板子，加待检样品，上层加酶标记的PcAb。有时为了增加敏感性，上层加PcAb后再用钊对PcAb的酶标记抗抗体。

3.双McAb夹心法 选择和应用识别同一个细胞因子（或受体）分子上不同表位的两种McAb，其中一种包被板子，另一种McAb标记酶。由于单克隆抗体亲和力识别表位地匀一，从质量控制角度来看，一般比上两种夹心法易控制。如目前已商品化检测细胞因子（或其受体）的检测盒大多采用双单克隆抗体夹心法。

4.细胞、McAb夹心法 用表达IL-2R的MT-1细胞包被板子，加入待检IL-2或标准品，上层加¹²⁵I标记的McAb，根据γ计数cpm值推算出待检IL-2含量。

（二）竞争法

有报道用况争法检测IL-2水平。用免抗IL-2PcAb包袱板子，同时加入¹²⁵I标记的IL-2和待测IL-2，根据γ计数cpm值得知待检IL-2对¹²⁵I-IL-2与PcAb竞争结合的程度，从而推算出待测标本IL-2的含量。这种方法检测IL-2的敏感性可达50pg/ml。

为了增加敏感性，在上述系统中可再连接上生物素，再用链霉亲和素（streptavidin）酶标记物进行放大。此外，还可用化学发光、改进显色底物等措施提高检测方法的敏感性。

表4-23 细胞因子生物学活性与免疫学检测方法的比较

三、胞浆或胞膜细胞因子（或受体）的检测

许多细胞因子产生过程中，有一个胞浆到胞膜，再释放到体液或培养上清中的动态变化。一般可采用免疫组织化学染色技术或免疫荧光技术检测细胞或组织切片中细胞因子（或受体）定位（胞浆、胞膜），产生细胞的频数，以及胞浆、胞膜、上清中浓度改变的动态变化。目前已报道IL-2、TNF-α、IFN-γ等细胞因子以及几科所有细胞因子的受体可用这类方法进行检测。流式细胞仪（FCM）与间接免疫荧光法相结合检测细胞膜表面细胞因子受体，可获得客观正确的结果。用同位素标记配体或标记抗细胞因子受体的抗体，进行竞争结合试验，可检测细胞因子受体表达的数量以及亲和力大小。

四、　核酸标记技术检测法

通过核酸标记技术可将细胞因子cDNA作为基因探钊检测细胞内细胞因子基因组DNA或mRNA。主要有以下几种方法：

1.应用同位素（或非同位素）标记的cDNA探针，检测经Northernblot后细胞因子mRNA水平或采用打点杂交法。

2.应用标记cDNA探钊与细胞或组织切片进行原位杂交，然后进行放射自显影。

3.细胞因子mRNA经反转录为cDNA，用特异性细胞因子引物经聚合酶链反应（PCR）扩增细胞因子cDNA,Southern blot后用标记探针检测特异细胞因子DNA水平。

（金伯泉）

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第五章　补体的分子生物学

补体系统由30多种蛋白分子所组成，是迄今所知机体中最复杂的一个限制性蛋白水解系统（limited proteolysis system）,根据各成分功能不同，将它们分为三组。第一组为补体系统的固有成分共14个蛋白分子。即C1（含三个亚组分：C1q、Clr和Cls）、C4、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C9、B因子、D因子和P因子。其中C1、C4和C2仅参与经典激活途径的活化；B因子、D因子和P因子仅参与替代途径的反应；C5-9则为上术两条激活途径共同的末端效应序列。第二组为调节与控制补体系统活化的分子，包括：C1抑制物（C1INH），C4结合蛋白（C4bp）、膜辅因子蛋白（MCP）、促衰变因子（DAF）、蛋白S（PS）、H因子、Ⅰ因子、血清羧肽酶N、S蛋白、CD59、SP40/40及同种限制因子（HAF），又称C8结合蛋白（C8bp）。第三组为补体的受体分子，有C1q受体（C1q-R）、I型补体受体（CR1）、Ⅱ型体受体（CR2）、Ⅲ型补体受体（CR3）、Ⅳ型补体受体（CR4）、Ⅴ型补受体（CR5）、H因子受体（fH-R）及C3a受体（C3a-R）和C5a受体（C5a-R）等。

在正常生理情况下，绝大多数补体固有分子均以非活化形式存在于血清中，当受到某种激活剂作用后，即出现一系列级联反应，各种补体固有分子依次活化，最终产生溶细胞性效应。补体分子在活化过程中，可不断形成具有酶活性的中间复合体（如C4b2a，C4b2a3b，C3bBb及C3（b）nBb等），裂解有关的补体分子产生多种活性肽和蛋白片段，发挥不同的生物学效应。但补体系统的级联活化反应，又受着各种调节分子的严格控制，借以限制补体活化的程度及维持体内补体水平的平衡。

补体系统的主要生理功能是促进吞噬和溶解靶细胞。因此，是机体免疫防御机制的重要组成部分，对消除外来抗原的侵害，维护机体内环境的平衡具有重要作用。但另一方面，在一些非免疫性因素的刺激下，补体系统的活化又可产生炎症反应，并影响凝血及纤溶系统，导致机体正常组织细胞的损伤。因此，补体既是生理性的防御物质，又是造成病理性损伤的介质。

80年代以来，由于分子生物学技术的进展，已对绝大多数补体分子的基因克隆成功，并揭示了它们的核苷酸和氨基酸序列，从而为研究补体系统各成分的结构及功能创造了有利的条件。本章将着重介绍各种补人本蛋白的结构及其功能。

第一节　补体固有成分的分子结构及功能

补体系统两条激活途径中，涉及到14个补体蛋白（C1-9，及B、D、P因子）的参与。近年来，由于分子遗传学和分子克隆技术的应用，已阐明许多补体分子的结构、功能、生物合成及遗传特征，从而大促进了人们对补体系统激活过程机理的认识和对各个补体分子功能的深入了解。

一、C1分子

C1是经典激活途径中的起始成分。它是由1个分子的C1q和2个分子的C1r及2个分子的Cls借Ca2+连接而成的大分子复合物。分子量约为750kDa。其中C1q为具有识别作用的亚单位，C1r和C1s为具有催化作用的亚单位。

（一）C1q

C1q为各种补体分子中分子量最大（410kDa）的γ球蛋白。其分子结构较特殊和复杂，由A、B、C三种不同类型的肽链所组成。其中A、B、C链各6条，共18条。A、B、C三种肽链的分子量不尽相同，分别为24、23和22kDa，各含有222-226个氨基酸残基，且彼此同源。每条肽链由含半胱氨酸残基的一个短的N末端区所组成，接着为一段81个氨基酸的胶原序列（即重复的三股序列Gly-X-Y,Y处通常为羟脯氨酸或赖氨酸残基）。该序列的其余部分为非胶原性的。A、B链间及两条C链间各有一个二硫键相连接。18条肽链中每三条不同的肽链组成一条三股螺旋，故共有6条这样的结构。每条螺旋的肽链均由丝状胶原样成分组成。在6条螺旋结构C端由于氨基酸序列的随机卷曲而形成6个花蕾状的球形头部，呈花朵形展开。在近N端约为1/2全长的螺旋结构呈束状并平行排列，其N末端为C1q的尾部。因此在电镜下观察，C1q分子的图像酷似一束盛开的郁金香花（图5-1）

图5-1　C1q的结构（模式图）

C1q的胶原样区有结合C1r和C1s的部位。并证实聚合的C1q刺激B细胞增强其产生Ig的作用，也是通过其尾部而完成的。C1q的关部含有能识别IgFc片段上补体结合部位的位点（C1q与C1q-R相互作用），且由于6个球形头部呈花朵形展开，更增加了其与Ig接触的机会。C1q同1个分子的IgM结合即可被活化，但至少需同两个IgG分子结合才能被活化，而且两个IgG分子在细胞膜上的距离不得少于700nm。C1q对人4种IgG亚类的结合亲和力依次为：IgG3>IgG1>IgG2>IgG4。

Reid等已对C1q分子的A、B链做了部分氨基酸分析，并完成了A、B链的cDNA克隆及序列分析。因此，C1q分子的大部分一级结构已经明确。编码C1qA、B、C三条肽链的基因均定位于人的第1号染色体的短臂34.1-36.1区。

（二）Clr和Cls

Clr和Cls均为单一多肽链分子，又都是丝氨酸蛋白酶（原）。Clr和Cls 多肽链均由接近700个氨基酸所组成。位于C末端的约250个氨基酸为丝氨酸蛋白酶区，与胰蛋白酶和糜蛋白酶同源。同大多数补体蛋白一样，它们都是镶嵌（mosaic）蛋白，即由不同氨基酸组成的固定基序组合而成，并且很可能代表独立的折叠功能区或结构功能域（module）。

电镜下观察表明，Clr和Cls的分子构型极为相似，均呈一端大一端稍小的哑铃状分子。

图5-2　Clr/Cls分子的结构

两个分子的Clr和同等分了的Cls借Ca2+连接成扭曲的“8”字形，盘架于C1q近头部的6条螺旋结构间（图5-3）。Clr和Cls的分子量条螺旋结构间（图5-3）。Clr和Cls的分子量均为85kDa。它们激活后，在分子内的精氨酸与亮氨酸残基间断裂，形成分子量分别为57kDa和28kDa的A、B两个片段，但链间仍以二硫键相连接，故整个分子并末分离。在B片段上含有丝氨酸蛋白酶活性点，为其催化英勇区（图5-2）。A片段上有Clr和Cls相互反应的的功能区。反应功能区朝向中心，催化功能区位于外侧。在一般C1INH与C1r结合着，而一旦有免疫复合物结合到Clq时，C1INH的抑制作用即行移除，并通过C1q的胶原性柄将其头部的移动传递到其核心区，并从此处再传递到与其相连接的C1r，诱导C1r构钟爱改变并裂解活化。活化的C1r（C1r），再作用于C1s使之成为活化型C1s（C1s）。

图5-3　C1分子（C1q、C1r和C1s）的结构（示意图）

目前C1r和C1s的cDNA克隆均已成功，并进行了全部序列分析。编码C1r的基因定位于人的第12号染色体短臂13-ter，与编码C1s的基因相连。

二、C4分子

C4是经典激活途径中第二个被活化的补体成分，分子量约为210kDa，由α（90kDa）、β（78kDa）及γ（33kDa）三条肽链借二硫键连接组成（图5-4）C4的分子结构较为特殊，其α链中含有一个在半胱氨酸和谷氨酸残其间形成的内硫酯键。α链的N端有C1s丝氨酸蛋白酶的作用点。当C1s将C4α链的精氨酸-丙氨酸键（76-77位）裂解后，形成大小不等的两个片段。小片段C4a（8.6kDa）释放入液相中，其为一弱的过敏毒素，具有激酞样作用，可诱导肥大细胞释放组胺，增加血管的通透性引起局部渗出性炎症，但其活性不到C3a或C5a的1%。大的片段C4b其α`链的内硫酯键被水解，并暴露出一个自由的硫氢基和一个谷氨酰胺残基的高度反应性酰基，通过转酯反应而将C4b固定到膜固相上。但C4b只能在其产生处或附近部位结合，因高度反应性的酰基能迅速与H₂O反应，生成稳定的无共价结合功能的羧基（详见图5-7）。

一个C1s丝氨酸蛋白酶可以裂解多个C4分子，但产生的C4b只有1/10能结合到膜固相上，而且其中也仅少数与C2结合。C4b的功能，除主要参与经典激活途径中C3转化酶（C4b2a）和C5转化酶（C4b2a3b）的形成进一步介导补体后续成分的级联反应外，还可通过与效应细胞膜上的CR1结合促进吞噬、调节补体活化，以及参与防止免疫复合物的沉积及中和病毒的作用。近年认为，C4可能与免疫识别及维持免疫自稳功能也有关。

编码人C4的基因定位于第6号染色体的HLA-DR和HLA-B位点间一段基因组DNA上。C4由两个基因C4A^*和C4B^*所编码，因此血清中的C4分子也有两种类型即C4A和C4B，但二者具有高度同源性（仅有少数氨基酸不同）目前C4A^*和C4B^*的cDNA克隆均已成功并进行了序列分析。C4A、C4B、B因子及C2均属于MHC的第Ⅲ类分子。

图5-4　C4分子其裂解片段（模式图）

三、C2分子

C2的序号似是补体的第2个成分，但在经典激活途径的激活顺序上却在C4以后被活化。C2分子的一级结构已全部搞清楚，它是由723个氨基酸残基组成的单肽链糖蛋白，分子量约110kDa（图5-5）。当C2与已固定于细胞膜固相上的C4b结合为复合物时，C1s丝氨酸蛋白酶可从C2肽链的精氨酸和赖氨酸（223-234）间，将C2裂解为两个片段，即C2a和C2b。C2b由N端223个氨基酸残基构成，分子量为35kDa，由细胞膜表面释放入液相中，其生物学活性至今不明。C2a由509个氨基酸残基组成，分子量为75kDa，它是构成经典激活途径中C3转化酶（C4b2a）和C5转化酶（C4b2a3b）的酶原部分。C2a的肽链上含有裂解C3和C5的蛋白酶活性点，C3转化酶与C5转化酶对C3和C5的裂解，均是由C2a的酶活性点起催化作用。

5-5 C2分子的结构（模式图）

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为3个SCR

通过对C2的cDNA序列和氨基酸序列分析发现，C2与B因子间具有结构上的同源性。其中C2a与Bb同源，均含有裂解C3和C5的酶活性点；C2b和Ba同源，均由3个约60个氨基酸残基的短同源重复序列（shortconsensus repeat,SCR）构成。编码C2的基因定位于人的第6号染色体短臂21区（基因长度8kb）。

四、C3分子

C3处于两条激活途径的汇合点，在补体系统活化过程中起着枢纽作用，并为替代途径激活的关键分子。C3的α、β两条肽链组成，之间以二硫键相连结，分子量为195kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa（图5-6）。其在血清中的含量高于其它补体分子，约为0.55-1.2mg/ml。同C4分子一样，C3分子的α链在半胱氨酸和谷氨酸残基之间也有一个内硫酯键（Cys-S-CO-Glu）。此环状结构水解后，可形成一个转移性结合点，认为这是C3b由液相结合到固相上的结构条件，也是C3以缓慢的速率水解导致其构象改变出现能与B因子具有亲和力的“变构”C3b的分子基础。当C3转化酶从C3α链N端一个精氨酸-丝氨酸键（第77-78位）外将C3裂解后，可产生一个9kDa的小片段C3a（释放到液相中去），其余部分为C3b。同时，新生的C3bα`链内距N端5kDa的硫酯键断裂，在谷氨酰胺基上出现一个具有转酯作用的高度或多糖等分子中的羟基（R-OH）共价结合，形成新的酯键。同样，也可与靶细胞上的氨基形成酰键（-CONH-）。这样，新生的C3b便可结合于靶细胞表面，而其半胱氨酸则通过接受1个质子形成硫氢基（-SH），从而获得转移性。需要提及的是，上述形成的反应性酰基极不稳定，若在60秒内未同碳水化物发生转酯反应，则反应性酰基即与水分子反应形成羧基，从而使C3b失去共价结合的能力（图5-7）。一般细胞表面都有足够的糖类（常以糖蛋白、糖脂或多糖形式存在）因此新生C3b得以通过上述转酯作用而固定于细胞上（外来的或自身的）。通过上述转酯反应而获得结合活性的C3b可与c

4b2a结合形成经典途径的C5转化酶（C4b2a3b），或与Bb结合形成替代途径的C3转化酶（C3bBb）和C5转化酶（C 3bnBbC3b也可在H因子和I因子的作用下，变为无活性的C3bi，并再I因子裂解为C3dg和C3c（图5-8）。C3d可能是C3裂解的最终产物，只有在细菌或炎灶分解产物的作用下，才能裂解为C3d和C3c。还报道有C3e片段，可能来源于C3c。

C3各个裂解片段的生物学活性不一。C3a为过敏毒素，能直接作用于肥大细胞和嗜性粒细胞，使之释放组胺，引起血管扩张，通透性增加，平滑肌收缩及局部水肿。但其作用远较C5a弱。此外，C3a还具有使吞噬细胞定向移动以促进吞噬的趋化作用，以及抑制特异抗体反应、非特异性多克隆反应和抑制白细胞移动抑制因子（LIF）产生的作用。C3b的生物学活性烄广，概括起来有以下几个方面：（1）参与替代途径中两种C3转化酶[起始C3转化酶（C3bB）和放大C3转化酶（C3bBb）]，以及两条途径中两种C5转化酶（C4b2a3b和C3bnBb）的形成；（2）启动替代激活途径中的正反馈放大回路；（3）调理促进吞噬及免疫粘连作用；（4）参与免疫调节，如作为B细胞活化的非特异性刺激信号，作为B细胞的致有丝分裂原促进B细胞增殖，与抗体协同增强ADCC作用和刺激单核细胞释放前列腺素E（PGE），嵌入抗原、抗体复合物的网格结构中，使二者的结合键断裂从而是产生对可溶性免疫复合物的溶解作用等。C3bi具有促进吞噬和与抗体协同增强ADCC反应的作用。C3c和C3dg可的抑制抗原、有丝分裂原或同种异型抗原诱导的T细胞增殖，C3e则可引起白细胞增多。

人的C3基因定位于第19号染色体，有两种常见的同种型C3S和C3F。此外还有十余种少见型及罕见型，其中C3F与肾小球毛细血管性肾炎和部分脂质性营养不良有关。C3遗传性缺陷少见，但如发生缺陷，则易引起反复化脓性和革兰氏阴性菌的感染。

图5-6　C3分子的结构（模式图）

五、C5分子

C5是形成膜攻击复合体（MAC）的第1个补体分子。C5由以二硫键相连接的α、β链组成，分子量190 kDa，其中α链为115kDa，β链为75kDa（图5-9）。C5与C3和C4的结构相类似，但没有链内硫酯键。靠近N端的第74-75位精氨酸一亮氨酸键为C5转化酶作用的部位。在C5转化酶的作用下，C5α链N末端裂解出一个分子量为11kDa的小片段C5a进入液相中，其余部分为110kDa的大片段C5b，仍结合在细胞膜表面。亲生的C5b在极短时间内能保持与C6结合的构象，可与C6非共价结合形成一牢固的C5b6复合物，并通过与C3b的可逆性结合而固定的细胞膜上。但C5b生成后其潜在的生物学活性存在时间非常短促，若无C6结合则迅速衰变为C5bi。

C5b只形成MAC参与细胞溶解效应，而C5a却具有广泛的生物学活性。概括起来有以下几方面：（1）过敏毒素作用：C5a是具有过敏毒素作用的补体裂解片段中作用最强的介质，较C3a强20倍，较C4a强2500倍。此外，C5a还可不依赖于肥大细胞释放组胺，即通过直接作用于血管内皮细胞而增加血管的通透性。（2）趋化作用：高浓度的C5a是中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞的趋化剂，可刺激这些细胞沿着浓度定向移动。值得注意的是，被血清羧肽酶N切C5a C端精氨酸残基而形成的去精C5a虽丧失了使肥大细胞分泌组胺的能力，但仍具有较强的趋化活性，是补体活化后产生趋化作用的主要因素。（3）促代谢作用：高浓度的C5a可刺激中性粒细胞和单核细胞的氧化代谢，提高其cGMP的水平，有利于促进溶酶体与细胞膜的融合，释放溶酶体酶。此外，C5a还可刺激中性粒细胞粘附及增强其产生超氧化物。（4）免疫调节作用：近年体外研究表明，C5a对免疫应答有明显增强作用，如可诱导单核细胞分泌IL-1、IL-6、IL-8及TNF-α等细胞因子，促进抗原及同种异体抗原诱导的T细胞增殖及B细胞产生抗体等。C5a的上述生物学活性的利于增强机体的防御机能，但由其导致的炎症反应也可造成对机体的损伤。编码入C5的基因定位于第9号染色体长臂32-34区。

图5-7　C3b的酯化反应（图解）

图5-8　C3各种裂解片段的产生（图解）

图5-9　C5分子的结构（模式图）

六、C6和C7

C6和C7有许多相似之处，均为单链糖蛋白，且分子量也相近分别为128kDa和121kDa。编码C6和C7分子的基因可能由共同的祖基因进化而来。C6和C7在氨基酸水平上有33.5%的同源性。近几年来，对C6的结构及功能进行了较深入的研究，由cDNA序列推导成熟C6的全部多肽链含有913个氨基残基，前面还有21个独特氨基酸残基组成的信号肽，其碳水化物的含量为4-6%。在肽链的第303位和834位氨基酸残基处，可能为两个天冬酰胺连接的糖基化部位。C6中还含有大量的半胱氨酸残基（总数为64个），集中在多肽链的氨基末端和羧基末端部分，其中氨基末端的位置由半胱氨酸残基所占据。

C6和C7中都含有低密度脂蛋白（LDL）受体结构功能域、EGF前体结构功能域、Ⅰ型凝血敏感蛋白（TSP-1）结构功能域和SCR结构功能域，且排列方式相同。应用滤纸结合的C6片段进行研究表明，C6与C5b的结合部位为由2个SCR和2个Ⅰ因子结构功能域（FIMs）所组成的大小为34kDa的羧基末端的片段。在C6和C7活化过程中，二者均无分子的裂解，推测可能是由于其分子构型的改变而成为具有结合活性的形式。C6和C5b以非共价形式结合形成的C5b6复合物仍疏松的与C3b呈可逆性结合，且具有亲水性不能插入膜内。而一经与C7结合，即出现亲水-疏水两性转换，同时产生亚稳态膜结合部位。这样，c

5b67便脱离C3b附着部位转移至膜表面，然后通过复合物中C7的疏水性紧紧固定在膜脂质双层中。疏水区的暴露系由于C5b67复合物的构象变化所致。但新生的亚稳态C5b67复合物仅有100毫秒的生存其，如不及时同膜结合，又可因复合物重排使疏小区折叠而失去膜结合活性。此外，无论液相或结合到膜上的C5b67复合物均可自行聚合而丧失其介导的溶细胞活性，但仍具有趋化作用。C6和C7可能还有触发淋巴细胞母细胞化的作用，因在单相混合淋巴细胞反应（MLR）中，加入抗C6及C7的抗体Fab能抑制淋巴细胞增殖。

编码C6和C7和的基因定位于人的第5号染色体上且相连锁。C6及C7均具有遗传多态性，编码C6的两个等位基因（C6A和C6B）已确定，东方人群中C6B的基因频率较高。C6及C7的cDNA已克隆成功，发现它们与C8和C9具有一定的同源性。

七、C8分子

C8是由α、β、γ三条肽链组成的三聚体糖蛋白，分子量为155kDa。其中α链和β链均为64kDa,γ链为22kDa。α链和γ链间以二硫键共价结合，而α链与β链间则为非共价键结合（图5-10）。C8分子中也含有TSP-1和LDL受体结构功能域。在C8α和C8β多肽链的中央（157-501个氨基酸残基间），几科不含半胱氨酸残基，为与细胞毒性T细胞及NK细胞产生的穿孔蛋白（perforin）有同源性的结构功能域。在α和β链中含有极高比使的疏水性氨基酸。β链分布在C8分子的表面，其与C5b的相互作用是极性的，并具有高度特异性。C8与C5b-7的结合部位为其β链。当C8与c 5b-7结合后，通过C8分子的构象变化，使其α链插入膜脂质双层的烃核中，形成直径约1.6nm的空膜孔道，可使细胞同的离子缓缓流出，但不会导致细胞溶解。C5b-8复合物能促使C9的聚合但机理尚不清楚，可能是降低了C9聚合的活化能所致。另外研究表明，C9是通过C8而同c 5b-8结合的，因C9不能同C5b-7相结合，而其同C5b-8的结合则可被抗C8的抗体所抑制。

图5-10　C8分子的结构（模式图）

C8的基因定位较复杂，其中编码α链和β链的基因C8A和C8B定位于人的第1号染色体，而编码γ链的基因C8G则定位于第9号染色体的长臂。目前已对C8β链的cDNA克隆成功，并做了序列分析，发现其与C9具有高度的同源性，而且二者均含有丰富的半胱氨酸的膜嵌入区。C8的α链和β链在遗传上也呈高度多态性，二者约有33%的氨基酸序列相同，而与C7和C9则约25%相同

八、C9分子

C9是形成膜攻击复合体（MAC）的最后个分子，为一单链糖蛋白，分子量79kDa。经对cDNA推导的氨基酸序列分析发现，C9为一两性分子。C端37kDa由疏水性氨基酸组成称C9b，N端34kDa由亲水性氨基酸组成称C9a因此C9以其羧基端部分嵌入细胞膜的脂质双层中。而N端则为与c 5b-8相结合的结构域。C9具有自发聚合的作用，但聚合很慢，在37℃下需3天才能完成，而在C >5b-8的催化下，10分钟内即可完成。由12-16个C9分子聚合形成的多聚体C9，可形成内径10nm、壁厚2nm的中空穿膜孔道嵌入膜内（图5-11）。孔道的内面由许多亲水性氨基酸残基和碳水化物组成，而与双层脂接触的管壁外面则是疏水性氨基酸残基。由于细胞内容物的外漏，最终可导致细胞溶解破坏。C9分子的多肽链与C8α和C8β结构上相类似，也含有TSP-1、LDL受体前体结构功能域及与穿孔蛋白同源的结构功能域。由于C9和穿孔蛋白在结构和功能上均非常相似，推测二者可能具有共同的祖基因。编码入C9的基因定位于第5号染色体上，末发现C9有多态性。

九、B因子

B因子（factor B,Bf）替代激活途径中的重要成分，由Blum于1959年首先发现。B因子为由733个氨基酸残基组成的单链糖蛋白（糖含量约7%），分子量93kDa。由于这些氨基酸的迂回折叠形成三个大小相近似的球形区。其中1个为Ba，其余两个呈哑铃状为Bb。Bb中靠近N端的一个球形区可同C3b结合，另一个球形区可能是催化区（图5-12）。在Mg²⁺存在的情况下，B因子可与C3b结合形成C3bB，被血清中的D因子裂解为分子量为33kDa的Ba和63kDa的Bb两个片段。后者3再与C3b结合形成替代途径的C3转化酶（c3bBb）和C5转化酶（C3bnBb）。两种酶中的Bb均具有丝氨酸蛋白酶活性，是裂解C3和C5的活性部位，但C 3bBb和C 3bnBb均不稳定，易衰变失去活性。

图5-11　膜攻击复合体（MAC）的结构（模式图）

图5-12　B因子的结构（模式图）

注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为3个SCR

近年研究发现，B因子的两个裂解片段还具有免疫调节作用。其中Bb能促进经金黄色葡萄球菌Cowan I株（SAC）刺激活化的B细胞增殖，而Ba则对B细胞生长因子（BCGF）诱导的进入活化状态的B细胞增殖有明显抑制作用，且呈浓度依赖关系。B因子和C2均属于补体超家族的成员，二者的编码基因紧密连锁。编码B因子的基因定位于人的第6号染色体短臂21区，基因长度6kb，含18个外显子。

十 、D因子

D因子是启动替代途径激活的重要成分，为由222个氨基酸残基组成的单链丝氨酸蛋白酶，分子量仅25kDa。D因子在血清中的浓度很低（1-2μg/ml），主要以活化形式而存在。但可能还有一种以酶原形式而存在的由239个氨基酸残基组成的D因子。具有活性的D因子（D）可能在第234-235位的精氨酸-赖氨酸键处将B因子裂解为Ba和Bb两个片段，从而启动替代途径的级联活化反应。D因子的部分cDNA已克隆成功，并进行了序列分析，发现其与其它几种丝氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶、糜蛋白酶、纤溶酶及弱性蛋白酶）具有同源性。

十一、P因子

P因子又称备解素（properdin），是替代途径中除C3以外最先发现的一种血浆蛋白。现已探明，P因子以聚合体形式而存在：即三聚体（54%）、二聚体（26%）和四聚体（20%）都有，但特异活性的顺序依次为：四聚体>三聚体>二聚体。P因子为由4条相同的肽链（分子量各55kDa）组成的四聚体分子，链间以非共价键相连接，分子量为220kDa。P因子的生物学活性是以高亲和力与c 3bBb和C 3bnBb相结合，结合后通过发生构象改变而加固C3b与Bb间的结合力，从而可使其半衰期由2分钟延长至26分钟。另外，P因子还可封闭H因子的抑制作用，更增加了上述两种酶的稳定性及活性，有利于促进替代途径级联反应的继续进行。因此，P因子实际上是替代途径中的一个重要的正调节分子。因其常成为c 3bBb和C3bnBb复合物中的组成成分之一，故将其作为补体系统的固有成分在此一并描述。此外，在膜增生性肾小球肾炎病人血清中发现有一种C3肾炎因子（C3nephritic factor,C3NeF）实际为C 3bBb的自身抗体，也可与C3bBb结合而增加c 3bnBb的稳定性，使其半衰期处长10-30倍。

关于上述14种补体固有蛋白的特性及其生物学活性见表5-1。

表5-1　补体固有成分的特性及生物学活性

注：CP：红典激活途径；AP：替代激活途径；MAC：膜攻击复合体

第二节　补体调节分子的结构及功

补体系统的激活为一种级联反应，但受到多种调节分子的严格控制，其反应的程度和单一成分的反应都是在生物反馈近代制下而进行的，从而限制了活化的扩大化，以维持补体水平的平衡。调节作用包括两个方面，即自身衷变失活及一些抑制物的灭活作用。前者指已活化的补体分子均不稳定，如不及时与靶细胞膜结合即迅速衰变失活；后者是通过抑制物的作用而使已活化的分子失去活性。这一节中仅涉及后一个方面。

一、C1抑制物

C1抑制物（C1INH）是血清中高度糖基化的一种蛋白质，含糖量高达35-49%。最初由Ranoff和lepow(1957)所发现，称其为C1酯酶抑制剂，与引同时Schultze等则将其称为α2神经氨酸糖蛋白。C1INH为一单链分子，由478个氨基酸残基组成，分子量为104kDa，由478个氨基酸残基组成，分子量为140kDa，链内有两对二硫键（图5-13）。C1INH调节的主要方式是，与活化的C1r或C1s结合形成稳定的复合物而导致C1丝氨酸蛋白酶失活。其作用机理是，C1INH通过提供一个酷似C1r或C1s的正常底物的序列为“锈铒”（“bait”），被c 1r或C1s裂解暴露出一个活性部位，然后再与C1r或C1s结合形成共价的酯键而发挥抑制作用。此外，C1INH还可防止在缺乏抗体时，C1以很低但仍有一定速率出现的自发激活。正常情况下，血液中的大多数C1可被7倍于其克分子浓度的C1INH所结合，以防止C1由于构象改变而引起的自发激活。但C1同抗原、抗体复合物的结合，可使C1从C1INH的抑制作用中而获释。除上述作用外，C1INH还可抑制凝血因子Ⅻa、Ⅺa、激肽释放酶及纤溶酶，因而其在凝血、激肽和纤溶系统中也有重要的调节作用。

经对C1INH cDNA序列的分析发现，C1INH与其它几种丝氨酸蛋白酶抑制物（serpin）超家族成员（α1抗胰蛋白酶、α1抗糜蛋白酶及抗凝血酶Ⅲ等）约有30%的氨基酸同源性，物别是在C端的120个氨基酸。C1INH的编码基因定位于第11号染色体的短臂11.2～长臂13亚区。C1INH先天性缺陷时，可导致遗传性血管神经性水肿（hereditary angioneurotic edema,HAE）。近年报道应用C1INH浓缩剂防治HAE效果良好，但尚未广泛用于临床。

图5-13　C1 INH分子的结构模式图

注：（a）为电镜观察模式图

（b）为中子散射模式图

（c）为园二色谱分析的二级结构模式图

二、C4结合蛋白

C4结合蛋白（C4bp）是一种含量丰富的可溶性血清糖蛋白，分子量为550kDa，1977年由Ferreira等所报道。其分子结构模式现多以Dahlback等（1983）描述的“蜘蛛样”（spiderlike）结构来分析其结构及功能。C4bp由8个亚单位组成，电镜下观察形似蜘蛛，其中有7条分子量相同（均为70kDa）的长链（α链），由549个氨基酸残基组成，链间以二硫键相连结，并共同氨基酸残基组成，链间以二硫键相连结，并共同连结于一中心体。α链含有8个SCR，其N端是其头部，为与C4b相结合的部位，可能位于第332-395位氨基本酸残基。第8条链（β链）较短（45kDa）由235个氨基酸残基组成，含有4个SCR为与蛋白S（PS）相结合的部位（图5-14）。C4bp以两种方式抑制补体的活化。第一种方式是，通过其与C2竞争C4b，而从c 4b2a中取代C2a，并通过其与C4b的结合而阴止剩余的C2同C4b结合，由此抑制C3转化酶的形成。C4bp与C4b的结合能力与细胞表面C4b分子的数成正比，且较C2同C4b的结合能力高27倍。第二种方式是，C4bp作为I因子的一种辅助因子，促进I因子对C4b的裂解。有C4bp存在时，I因子可将C4b的a`链完全裂解；无C4pb时，I因子的裂解作用不完全。其与I因子结合的活性部位位于第177-322位氨基酸残基区域。PS与C4pb的第8条链（β链）结合，不影响C4bp同C4b的结合，但可延长C4bp的半衷期，从而强化C4bp的抑制作用。

图15-14　C4bp的结构（模式图）

C4bp基因定位于人的第1号染色体长臂32区，同CR1、CR2、H因子、MCP及DAF等的基因相连锁，并均含有数目不同的SCR。

三、促衰变因子（CD55）

促衰变因子（decayaccelerating factor,DAF）是Nicholson-Weller等（1981）用正丁醇提取后，再以层析法从人和豚鼠红细胞基质中纯化的一种膜蛋白。因其具有促进C3转化酶衷变的活性故名。经在还原条件下做SDS-PAGE并以过碘酸-Schiff试剂染色表明，纯化的DAF为单链膜糖蛋白。人和豚鼠的DAF分了量不同分别为70kDa和60kDa。现已按白细胞分化抗原将其归为CD55。Davitz等（1986）通过用磷脂酰肌醇（PI）特异性的磷脂酶C（PI-PLC）处理人外周血细胞可释放DAF的事实探明，DAF是经糖磷脂酰肌醇（glycosylphodphatidylinositol,GPI）锚而固定于细胞膜中的。即糖蛋白的C末端共价结合于含PI的糖磷脂上，再经PI插入细胞膜脂质双层的外层小叶中。研究表明，膜DAF的迁移率接近于膜类脂的迁移率，比大多数膜蛋白迁移率高一个数量级。认为这有助于促进数目有限的膜DAF分子与细胞表面大量的C3b或C4b片段接触。另外DAF的糖磷脂酰肌醇结构还可能具有转导细胞信号的作用。

除Nicholson-Weller等证实的分子量为70kDa的膜DAF外，Kinoshita等（1987）用Western blotting在人红细胞表面还检出分子量为140kDa的一种膜DAF，称其为DAF-2。DAF-2在膜上的数目不足70kDa膜DAF的1/10，但也有促进C3b转化酶衰变的活性，也含有GPI锚结构。由于DAF-2的分子量较70kDa的膜DAF大一倍，提示其为膜DAF的二聚体，但用二巯基乙醇或以SDS使基变性，都不能将DAF-2裂解成两个成分，故DAF-2的精确结构仍有待进一步阐明。另外，近年应用两位点RIA测定法，在血浆、尿液、泪液、唾液、滑膜液和脑脊液，以及组织培养上清中均检出可溶性的DAF（sDAF），水平的40-400ng/ml范围。并发现尿液中的sDAF分子量略低于红细胞上膜DAF的分子量，疏水性也较膜DAF小，其抑制细胞表面C3转化酶内在装配的活性较膜DAF约低100倍，但仍具有促进已形成的C3转化酶衰变的作用，效能类似于C4bp。

膜DAF广泛分布于各种血细胞及其他各处的细胞上，包括红细胞、粒细胞、单核细胞、淋巴细胞（T、B）、血小板、骨髓单个核细胞、红细胞的始祖细胞，角膜、结合膜、消化道粘膜、外分泌腺、肾小管、膀胱、子宫粘膜、胞膜、心包及滑膜的上皮细胞，精子，以及培养的脐静脉内皮细胞上。但NK细胞上则缺如。阵发性血红蛋白尿（paroxysmal nocturnalhemohlobulinuria,PNH）病人的红细胞上也缺少DAF，并以缺乏程度将该病分为三个型。PNH病人的红细胞对补体介导的溶血作用高度敏感，就是由于红细胞上缺乏DAF及基它含GPI锚的分子而引起的。DAF带有Cromer抗原。极少数称之为Inaba或IFC缺乏的Cromer相关抗原的个体也缺乏DAF。

DAF生物学活性及生理功能已虱到充分证实。它可保护宿主细胞免遭补体介导的溶解破坏。其作用机理是，DAF不仅可阻止经典或替代途径C3和C5转化酶的装配，并且可通过诱导催化单位C2a或Bb的快速解离而使已形成的C4、C5转化酶失去稳定性，从而抑制补体攻击单位的活化（图5-15）。DAF的这种抑制作用仅限于直接结合在细胞上的C3、C5转化酶，也即DAF不抑制靶细胞上正常的补体激活剂如微生物和免疫复合物。但DAF不能作为I因子裂解C3b和C4b的辅因子而发挥作用。另外，DAF虽不能阻止C2和B因子（分别通过与C4b或C3b结合）与细胞的最初结合，但却可使C2a或Bb由它们结合的部位解离出来，以而阻止C3转化酶的装配。

图5-15　DAF抑制替代途径中C3转化酶形成的的机理

编码人DAF的基因位于第1号染色体的长臂上32区一个800kb片段内，与其它几种补体激活调节剂（RCA）的基因紧密连锁，排列顺序依次为：MCP-CR1-CR2-DAF-C4bp。其中DAF基因的长度约为C4bp。其中DAF基因的长度约为35kb，以限制性酶谱分析表明为一单拷贝基因。在DAF基因的非编码区还有3个限制性酶切片段长度多态性（RFLP）结构，两个为HindⅢ酶切位点，1个为Bamh Ⅰ酶切位点。DAF的cDNA已克隆成功，并进行了核苷酸和氨基酸序列分析。关于DAf cDNA和膜糖蛋白的结构见图5-16。DAF的cDNA结构从5`端开始依次为：信号肽区、四个SCR（长度1143bp）、富含丝氨酸与苏氨酸（S/T）的区（约70个氨基酸）及疏水区，最后终止于3`端的poly（A）。由cDNA推导的氨基酸序列得出DAF蛋白由381个氨基酸所组成，包括34个氨基酸的信号肽，富含S/T的区为DAF中大多数延伸的O-连接的糖基化部位。SCR中有1上N-连接的的糖基化部位。C末端的疏水区在翻译后被糖磷脂所取代，为DAF分子与细胞膜相结合的部位。

图5-16　DAF cDNA和其膜糖蛋白的结构

四、膜辅蛋白（CD46）

膜辅蛋白（membranecofactor protein,MCP）由Cole等（1985）应用C3b亲和层析在外周血淋巴细胞上发现的一种膜蛋白。由于其奇特的电泳特征，起初被命名为gp45-70，但进一步研究发现，它对I因子介导的对C3b和C4b的裂解有辅助活性，故更命为MCP。鉴于MCP的多克隆抗体与促衷变因子（DAF）、H因子或CR1均不起反应，从而认为它是补体系统的一种新的调节蛋白，在第四届国际白细胞分型讨论会上将其命名为CD46。

MCP为一单链穿膜糖蛋白，分子量45-70kDa，属于RCA基因簇的成员。也通过GPI锚固定于细胞上。MCP的细胞分布甚广，包括粒细胞、血小板、T细胞（Th、Ts、Tc）、B细胞、NK细胞、造血细胞系、成纤维细胞、表皮细胞、内皮细胞及星状胶质细胞等。但不同类型的细胞上表达的数量有所不同。外周血单个核细胞和粒细胞为1万个/细胞，造血细胞系为2-5万个/细胞，Hela和Hep-2细胞分别为10万个/细胞和25万个/细胞。这种表达数量的差异，可能反映了MCP在正常细胞和肿瘤细胞上不同的分化和活化状态。另外，由于不同细胞上表达的MCP不同，因此可调节两条激活途径的C3转化酶形成。这一点尤其重要，因为C3慢速运转（tickover）的机制，能够连续不断的产生C3b与C4b，有可能形成越来越多的C3转化酶。而由于大多数正常细胞上有高水平的MCP，因此可保护正常细胞免遭补体介导的损伤。相反，许多异物颗粒和致病微生物则缺乏MCP，这样沉积在它们表面的C3b便可得以保持其活化；且C3b与B因子结合的亲和力高于与H因子结合的亲和力，从而促进c 3bBb复合物的形成，导致在这些异物颗粒上补体有效地活化，最终将其破环清除。此外，细胞表面唾液酸的含量与其结合H因子和B因子的亲和力有关，唾液酸含量较高的细胞与H因子的结合亲和力超过与B因子的结合亲和力，唾液酸含量较低的细胞则与此相反。许多细菌表面涶液酸的含量低于哺乳类动物和人的细胞，因此侵入机体后易同B因子结合而导致补体替代途径的激活。

图5-17　MCP辅助I因子裂解C3b的机理

MCP作为一种补体调节蛋白具有重要的生物学功能。在低离子强度下，它可与C3b或C3bi结合，但较CR1的亲和力低。MCP的主要功能是其辅因子活性。即可与C3b或C4b结合而促进I因子对C3b和C4b的裂解灭活（图5-17），从而保护自身宿主细胞免遭补体介导的溶解破环。有人将MCP的这种作用称为内源性辅因子活性。Seya等还发现MCP具有增强C3转化酶的活性，尤其对替代途径的C3转化酶，但其生理意义尚不明了。CR1和H因子也是具有辅因子活性的补体调节蛋白，但H因子的这一活性仅为MCP的1/50。

人MCP的基因定位于第1号染色体长臂32区，基因长度至少为43kb，含有14个外显子和13个内含子。Seya等用从HSB-2T细胞纯化获得的MCP氨基末端设计了一个17mer的反义寡核苷酸探针，以此从U937的cDNA文库中筛选到一条长1.5kb的cDNA。经测序表明，该cDNA中含有一个43bp的5`端非编码区和一个编码384个氨基酸的开读框。其中前34个氨基酸为信号肽，后350个氨基酸为MCP的多肽链，分子量为39kDa。在多肽链的前250个氨基酸中，含有4个相邻的CSR。SCR后为一段富含丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸残基的29个氨基酸片段（可能是高度O-连接的 糖基化位点），再后依次为13个氨基酸的功能不明区、24个氨基酸的跨膜区、105个氨基酸的胞浆锚和23个氨基酸构成的胞浆尾部。大多数MCCP的变异局限在富含丝氨酸/苏氨酸（S/T）区和胞浆尾部。在核苷酸序列上MCP与DAF具有同源性。

五、H因子

H因子由Nilson等（1965）发现，根据电泳位将其命名为β₁H，而Whaley和Ruddy则将其命名为C3b灭活剂加速因子。现已确定其为由1213个氨基酸组成的单链糖蛋白，分子量155kDa，既有长杆状部分，也有球形区域。新近用透射电镜检查发现，H因子的影象为一长而柔顺的分子。伸长型分子长49.5nn，横截直径为3.4mm但大多数不呈线型而呈折叠状，因此分子的实际长度仅为伸展型的一半，但其构象则呈多样化。通过园二色谱分析表明，H因子既无α螺旋也无β折叠，借二硫键维持其功能活性的构象。H因子的功能包括以下几个方面：（1）为Ⅰ因子的辅助因子，可增加C4b对Ⅰ因子的敏感性。在无H因子时，Ⅰ因子与C3b的结合呈丝状；而在有H因子存在时，I因子与C3b的结合变为弯丝状，同时与C3b的结合亲和力增强（较无H因子时至少高15倍）。H因子强化I因子的机理，可能是H因子与C3b结合后，使C3b出现某些构象变化，增加了与I因子结合的亲和力。H因子与C3b结合的活性部位存在于其N端35kDa部分。（2）加速C3转化酶的衷变：H因子能将已同C3b结合的B因子或Bb从C3酶中逐出，而使之失去酶活性。（3）阻止替代途径中初始和放大C3转化酶的形成。已证实H因子和B因子在C3b上有同一结合部位，故H因子可同B因子或Bb竞争与C3b的结合。在有H因子存在时，B因子不易与C3（H₂C）及C3b结合，因此不易形成C3（H₂C）Bb或C 3bBb。但H因子对固相上和液相中的C3b作用在差别。对液相中或结合于非激活剂固相上裂解。而对于固定到激活剂（如酵母多糖等）表面的C3b，H因子则对C3b的亲和力与B因子相当，二者竞争的结果，可形成部分C3转化酶，以保证替代途径的活化。有研究报道，在细胞膜上能增强C3b对H因子亲和力的化学成分是涎酸和肝素氨基多糖。由于大多数细菌表面缺乏涎酸，因而这些细菌侵入机体后，可活化替代途径，有助于在早期对感染的控制。（4）对已与P因子或肾炎因子（NeF）结合形成稳定的c 3bBbP或C 3bBbNeF，H因子对它们也有一定的作用，但其效力要比CR1差得多。H因子对C5转化酶（c 3bnBb或C 3bBb3b）的活性也有抑制作用，并能与C5竞争结合C3b使C5不能裂解。此外，近年发现H因子还可诱导单核细胞分泌IL-1参与免疫应答的调节。

编码H因子的基因定位于人的第1号染色体的长臂32区，具有多态性。已发现其有5个变异型，即FH1-5。H因子的核苷酸序列已进行了鉴定，并推导出其全部氨基酸的一级结构，含有20个SCR借此与C3b结合。H因子与MCP、CR1、CR2、DAF及C4bp具有同源性，共同属于补体激活调节剂（RCA）基因家族的成员。

六、I因子

I因子（旧称C3bINA）为异源二聚体血清蛋白，呈双球状结构，分子全长13nm。其中小球（L链）4.9nm，具有丝氨酸蛋白酶活性；大球（H链）5.4nm可与C3b结合。I因子的分子量为88kDa，重链50kDa，轻链38kDa，链间以二硫键相连接。I因子的生物学活性是，在C4bp、MCP、H因子和CR1等辅助因子的协同下，将C4b裂解为C4d和C4c;使C3b裂解出C3f形成C3bi,后者再进一步裂解为C3dg和C3c，由此而控制补体系统的活化。

编码入I因子的基因定位于第4号染色体上。经对I因子的cDNA序列分析发现，其轻链为丝氨蛋白酶的活性区，与糜蛋白酶、胰蛋白酶及弹性蛋白酶等有同源性。而其重链是具有富含半胱氨酸的功能区，与C8、C9和低密度脂蛋白受体等具有同源性。I因子结构基因的突变，可导致先天性I因子缺陷，此类患C3的过度消耗面引起反复感染和血管性水肿。

七、过敏毒素灭活剂

过敏毒素灭活剂（AI）又称血清羧肽酶N，分子量310kDa，由8条相同的多肽链组成，每条分子量各36kDa。AI具有羧基肽酶的活性，可去除C4a、C3a、和C5a C末端的精氨酸残基，使这些片段丧失其过敏毒素活性。

八、S蛋白

S蛋白（CP或S）为血清中一种α单链糖蛋白，分子量83kDa。SP的主要调节作用是可与C5b～7的亚稳态结合部位竞争靶细胞膜脂质，通过形成亲水性的SPC5b～7（简写为S5b～7）复合物，而使C5b～7失去膜结合活性。这样，便可保护补体活化部位邻近的细胞免遭偶然的攻击。这种亲水性的SC5b～7还可集资与1个分子的C8和3个分子的C9结合，分别形成SC5b～8和C5b～（9）3复合物，并C9聚合形成孔道，从而可保护补体活化部位邻近的细胞免于遭受补体的攻击而损伤。SP与C8和C9的结合部位为这两种分子中富含半胱氨酸的功能功能区。电镜下观察，SC5b～（9）3复合物呈一楔形结构，SP位于楔形的宽部可掩盖补体蛋白的疏水区，从而封闭MAC的膜结合部位。此外，2～3个分子的SP与C5b～7与C5b～8复合物的结合，还可使这些复合物易溶，出现亲水向疏水转换。SP也参与凝血过程，通过干扰抗凝血酶Ⅲ对凝血酶的来活而保护凝血酶。

编码人SP基因定位于第17号染色体的长臂上，其cDNA已克隆成功。经过序列分析表明，其与具有细胞粘附作用的玻璃粘连蛋白（vitronectin）的序列完全相同，已证明二者属同一蛋白。

九、CD59

CD59是近年（1989）才发现的一种分子量只有18～20kDa的膜性调节蛋白。由Sugita等（1988年）首先描述，曾有不同的名称，如同种限制因子20（homologous restriction factor-20）,保护素（protectin）及膜反应性溶破抑制物（membraneinhibitor of reactive lysis,MIRL）等。CD59由103个氨基酸残基组成，含有单一的N端糖基化位点，其C端借GPI锚固定于细胞表面。CD59分布甚广泛，已证明皮肤、肝、肾、胰、肺、唾腺、神经系统、胎盘以及各种血细胞（红细胞、淋巴细胞、中性粒细胞及血小板）和精子上均有表达。C59的主要生理功能是，防止MAC对同种或自身细胞的溶解破坏，即同种限制作用（homologous species restriction,HSR)。作用机理为：通过其与C7、C8或C9的结合而阻止MAC组装。当其与C5b～7复合物结合后，可阻止其再与C8结合；当基与C8结合后，则可阻碍结合至MAC上的第1个C9分子的铺展，从而是阻止后继C9的结合；而当其与MAC中的C9结合后，又可阻止C9进一步分子的聚合。这样，在有CD59存在的情况下，在同种或自身细胞的表面便不能顺利地完成MAC的全部组装，或不能组装成C5b～（9）n复合物，从而限制了对同种或自身细胞的溶解作用。Rooney等（1991）的报道表明，CD59的这种同种限制作用的机理对保护子宫内的胎儿不被MAC的攻击也有作用。此外，CD59还促进T细胞粘附与激活，维持精子在女性生殖道内的稳定性与活性，以及参与PNH发病机理的作用。

CD59的cDNA已经克隆，并确定CD59的基因定位于人的第11号染色体短臂，其核苷酸序列与氨基酸序列相对应，并与小鼠的CD59有同源性。

十、SP40/40

自1982年起，生物科学技术文献中先后提出一批术语。后经鉴定它们都是蛋白质，且结构类同、功能相近，与补体的末端成分相关。这些成分有不同的名称：如Clusterin、SGP-2、SP40/40、TRRM-2、T64、GP111、SP80、CLI、apo-J和NA1/NA2等。Fritz等建议用Clusterin（暂译为群集素）来概括。

群集素的调节作用是在SP40/40这一同源体中发现的。SP40/40是于70年代末首先在人精浆中发现的，继后在肾小球沉积的IC、血液和MAC中也检出。并由于基常伴随末端补体复合物而存在，故认为其是末端补体复合物的成员之一。SP40/40为血浆中的α糖蛋白，分子量80kDa，由分子量均为40kDa的α和β亚单位所组成，所以称其为SP40/40。现知SP40/40由427个氨基酸残基所组成，α亚单位为222个氨基酸残基，β亚单位为205个氨基酸残基。α和β亚单位借3个二硫键相连接而构成一异二聚体。两个亚单位的氨基酸组成除甘氨酸外，其余均很相似，但氨基酸的序列则相差明显。人血浆中SP40/40的含量为35～105μg/ml（平均62μg/ml），但在人精浆中却可高达15mg/ml，认为这与保护精子的活性有关。

SP40/40是MAC组装的调节蛋白。它可与C5b～7、C5b～8或C5b～9结合，对MAC的组装起抑制作用，从而可防止MAC的溶细胞作用。此外SP40/40与S蛋白还具有协同作用，可使MAC变为可溶性的而失去溶细胞作用。现知C8与SP40/40的结合部位是C8β、C9与SP40/40的结合部位是C9b。

十一、同种限制因子

同种限制因子（homologousrestriction factor,HRF），又称C8结合蛋白（C8bp）。为Zalman等（1986）用C9-Sepharose亲和层析从人红细胞膜上分离的一个能与C8、C9结合并参与C9阶段同种限制性的膜蛋白，通过GPI锚固定于细胞膜表面。新鲜红细胞膜上的HRF分子量为65kDa，而在冷冻的陈旧性红细胞膜上则降解为38kDa。HRF存在于正常人的红细胞、中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞及血小板上。HRF对反应性溶血作用的严格的种属限制性。如经抗HPF抗体处理的人红细胞对人C8、C9的反应性溶血作用敏感性增高，而对8种动物来源的C8、C9的反应性溶血作用则不敏感。体外试验表明，HRF能抑制C9与C8的结合及C9聚合，从而阻止MAC插入自身细胞的膜脂质双层及细胞溶解。HRF可能还与淋巴细胞杀（C9RP）介导的人大颗粒淋巴对羊红细胞和PNH患者红细胞的ADCC作用。

关于上述11种补体调节分子的特性及生物学活性见表5-2

表5-2　补体调节分子的特性及生物学活性

第三节　补体受体的结构及功能

1930年Duke和Wallace发现，被补体调理的结合到灵长类红细胞膜上的锥虫可产生免疫粘附现象。其后Nelson(1953)报道，与红细胞或中性粒细胞的免疫粘附只需要激活C3，而不需要激活具有溶解活性的补体末端成分，并将红细胞和中性粒细胞上具有免疫粘附作用的结构称为CR1。以后又相继发现了另外4种C3受体，即CR2（1973）、CR3（1979）、CR4（1984）和CR5（1984）。另外，还有4种补体受体则是根据它们的补体配体特异性而命名的，即C1q受体（C1q-R.1975）.C5a的受体（C5a-R,1978）、C3a的受体（C3a-R，1979）和H因子的受体（fH-R,1980）等。

目前认为，补体受体是细胞表面的重要膜结构。补体系统激活的级联反应产生的多种生物学效应，诸如调理促吞噬作用、免疫调控作用、粘附作用、清除IC及炎症作用等，都是通过补受体而介导的。各种补体受体的细胞分布不尽相同，但其主要作用不外是识别配体、传导信号和诱导细胞应答等。

一、C1q受体

应用C1q-琼脂糖亲和层析由类淋巴母细胞和髓样细胞膜分离的C1q受体（C1q-R）为一种类似65kDa的糖蛋白，具有非共价结合的蛋白聚糖成分。也可能还有CD43参与，从而构成一个多单位的糖蛋白复合体。由于各种细胞上表达的C1q-R具有类似的结合亲和力和与抗游离C1q抗体有共同的反应性，表明不同细胞上表达的C1q-R结构类似。C1q-R的某些肽段含有与RO/SSA（一种核糖核蛋白自身抗原）、舒网素、小鼠B50黑素瘤抗原、大鼠425蛋白等相似的序列，表明它们属于同一蛋白超家族。表达C1q-R的细胞类型B细胞及其母细胞株、NK细胞、单核-巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、内皮细胞、成纤维细胞及血小板等。最近报道，外周血T细胞及Molt 4 T淋巴细胞株也表达C1q-R。C1q-R的天然配体为C1q，C1q与C1q-R的相互作用具有特异性、可饱和性、可逆性及亲和性等特点。由于单独的C1q分子对C1q-R的亲和力很低，因此C1q-R常优先与免疫复合物（IC）结合的C1q相结合。C1q-R的功能主要有两方面：（1）免疫调节作用：C1q-R具有多种免疫增进作用，如促进B细胞产生Ig，促进吞噬细胞的ADCC效应及对IgC或C3bn/C4b包被颗粒的吞噬作用。通过鲁米诺化学发光法和检测磷酸已糖旁路的活化表明，刺激中性粒细胞的C1q-R可激发呼吸爆发，刺激内皮细胞的氧化代谢，促进IC的沉积与清除等。（2）调节血小板的功能：已证明游离的C1q与血小板上C1q-R相互作用可抑制胶原诱导的血小板聚集与释放反应，而结合于IC上成簇的C1q则可模拟胶原的作用，诱导血小板聚集和释放5-HT。此外，C1q-R与其配体的相互作用，还可刺激成纤维细胞趋化、DNA合成导致其增生。因此认为，在损伤愈合和组织再生中，C1q-R也可能起着重要作用。C1q-R复合体中的CD43可能起传导信号的作用。在促进过氧化物产生、增强吞噬作用和对不易吞噬的微生物的细胞毒作用中，C1q与中性粒细胞、单核-巨噬细胞和嗜酸性粒细胞上的FcR也可协同而发挥作用。

二、I型补体受体（CD35）

I型补体受体（CR1、C3b/C受体，又称CD35）　为单链穿膜糖蛋白，分子量160-260kDa。CRI有四种同种异型，其分子量与基因频率分别为，A：190kDa（0.83）、B：220kDa(0.16)、C：160kDa（0.01）和D：260kDa（0.002），但它们的功能相同。CR1广泛分布于红细胞、粒细胞、单核细胞、肥大细胞、滤泡树突状细胞、肾小球足突细胞、B细胞及部分CD4⁺T细胞。CR1的配体为C3b/C4b（高亲和力）及C3bi/C3c（低亲和力）。其主要功能有：（1）作为调理素受体，增强吞噬细胞对C3b/C4b包被颗粒及微生物的吞噬作用，以及对较小IC的内吞；（2）为I因子的辅助因子之一，协同I因子裂解C3b和C4b，抑制C3转化酶与C5转化酶的活性并促使其降解；（3）通过红细胞的CR1运送IC至肝脏等处经I因子裂解C3b，使IC与红细胞解离，再被单核细胞所清除；（4）为B细胞激活的调节剂。当CR1被含多个配体的IC交联时可激活B细胞，反之则产生抑制效应。并发现C1q-R与CR1在激活B细胞产生Ig的过程中有协同作用。有人认为CR1可通过将带有C3b或C3bi的抗原附着于B细胞表面而促进对抗原的识别。此外，CR还有促进NK细胞杀伤结合CR1（sCR1），存在于血浆中，正常值为13-81ng/ml。关于sCR1的来源，发现体外培养的中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞上清中有sCR1；将人的外周血白细胞移入严重免疫缺陷（SCID）小鼠体内后在其血清中也可检出sCR1，表明转移的白细胞可以合成sCR1。另外，通过以sCR1cDNA转染的COS细胞既可表达膜CR1，也可分泌sCR1，且与膜sCR1的分子量相同，说明sCR1由细胞分泌产生。血液中sCR1的水平与某此疾病具有一定的关联。发现sCR1水平升高与机体重要脏器的功能损害相平行，如晚期肾功衰竭和肝硬化的病人血液中sCR1的水平明显高于正常人，但经肾移植或肝移植后sCR1的水平可明显下降，甚至可降至正常水平。因此测定血中sCR1的水平对了解某些疾病的病情和判定治疗反应可能具有一定的意义。

sCR1的基因位于人的第1号染色体长臂32区，属于RCA家族中的成员。经对CR1N端的cDNA分析表明，CR1多肽结构有3-5个连接的蛋白片段，它们的内部序列有高度的同源性，称为长同源重复序列（long homologous repeat,LHR）。每个CR1的LHR在数目上的同种异型变异性，说明不同个体的CR1在大小有很大差别。此外，每个LHR由7个SCR组成。CR1最常见的形式有32个SCR，其中28个排列成4个LHR。每一个LHR的第2个SCR内具有同C3b/C4b相结合的部位。

三、Ⅱ型补体受体（CD21）

Ⅱ型补体受体（CR2）按白细胞分化抗原归类为CD21。CD2为分子量140kDa的单链糖蛋白，主要分布于B细胞、单核细胞、某些T细胞、咽上皮细胞及淋巴结滤泡树突状细胞上。其配体C3bg、C3d和C3bi中的C3d部分。CR2也是EB病毒的受体，CR2与C3d结合的部位和同EB病毒结合的部位相距甚远。另外，最近报道CR2还可与IFN-α结合。CR2主要功能是对B细胞的分化、增殖、记忆和Ig产生起重要的调节作用。如B细胞表面交联的C3d为B细胞由G1其进入到S期提供了活化信号，可取代单核因子的作用，而可溶性C3d则可通过与CR2结合而阻止B细胞化分。带有C3片段的IC可经CR2定位于生发中心激活记忆性B细胞。另外，多克隆和单克隆CR2的F（ab`）₂片段、C3bg-琼脂糖和EB病毒都能通过与CR2结合而引起B细胞活化。应用抗IgM抗体刺激B细胞可导致CR2磷酸化。而EB病毒则可借CR2感染B细胞（感染性单核细胞增多）或使B细胞或上皮细胞恶性转化，引起伯基特淋巴瘤或鼻咽癌。

CR2的基因定位于人第1号染色体上的长臂32区，也属于RCA家族成员。以cDNA探针的分子杂交研究表明，CR2与CR1的cDNA顺序有高度的同源性（包括20个氨基酸的信号肽、954个氨基酸的胞膜外区，24个氨基酸的穿膜区和34个氨基酸的胞浆区），以致CR1的一些cDNA探针，也可同CR2基因杂交。氨基酸序列分析表明，CR2也具有与CR1同样类型的SCR（15～16个）。

四、Ⅲ型补体受体（CD11b/CD18）

Ⅲ型补体受体（CR3）为由α、β两条肽链以非共价键结合而构成的异二聚体糖蛋白，分子量分别为165kDa和95kDa。CR3属于粘附分子整合素（integrin）家族中的成员，与淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）和CR4的结构极为相似，三者的β链完全相同（命名为CD18），而α链则各不相同：LFA-1为CD11a、CR3为CD11b、CD4为CD11c，故CR3又称为CD11b/CD18分子。CR3作为整合素家族中的成员，在炎症反应中可介导中性粒细胞粘附于内皮细胞。在体外某些情况下，CR3还可表达能同胶原蛋白、ICAM-1和血纤维蛋白原相结合的部位。经C5a刺激的吞噬细胞表达CR3和CR4可轻度增多，这有助于中性粒细胞粘附于血管内皮成为有粘附性细胞，由血管中游出至炎症部位。感染部位的CR3可将吞噬细胞连接到带有C3bi和/或β葡聚糖或LPS的细菌或酵母菌上，促进吞噬作用和呼吸爆发。另外，由于CR3最初是通过用Mac-1单克隆抗体的白细胞上发现的，因而也称其为Mac-1抗原。CR3和CR4对固相的C3bi具有相似的结合特异性，二者均需要有二价的阳离子参与，并均可被EDTA所抑制。与CD4不同的是，CR3还具有能与细菌LPS和酵母菌细胞壁上β葡聚糖相结合的部位，也需2价阳离子参与。CR3分布于中性粒细胞、单核-巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、NK细胞及细胞毒性T细胞和B细胞，其配体为C3bi。CR3的主要生物学活性是细胞粘附作用。它可促使效应细胞与靶细胞之间的密切接触增强吞噬作用，因而在抗感染免疫中具有重要作用。CR3的缺陷可出现反复细菌性感染。另外，CR3可能还是HIV-1感染细胞的入口之一，并可与β葡聚糖结合、激活补体，以及与大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、LPS及脂质A等结合。因此，CR3似乎是一种可结合多种配体的分子。CR3的α链和β链由不同染色体上的基因所编码。合成后在细胞膜装配成完整的CR3。遗传性CR3和CR4缺陷的病人，是因为编码它们共同β链的基因有缺陷，但在细胞浆中仍可检出正常α链的前体。

五、Ⅳ型补体受体

Ⅳ型补体受体（CR4）、又称CD11c/CD18，或P150，95，也是由α、β两条肽链借非共价键而结合的异二聚体糖蛋白，α链的分子量为150kDa，β链与CD3的β甸相同为95kDa.CR4主要分布于中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和血小板上，其配体为C3bi和C3bg。CR4的功能是增强Fc受体介导的吞噬作用，但也可介导Fc受体非信赖性吞噬作用。在组织巨噬细胞上CR4呈优势表达，而只表达少量的CR1和CR3。吞噬细胞上表达的CR3和CR4分子，它们与细胞骨架的连接有别，这可调节两种受体介导颗粒附着与吞噬作用的能力。由于CR3受细胞骨架连接的限制较小，因此CR3的游动性较CR4大。这样便可使数量相对较少的CR3很快集聚在与C3bi包被颗粒相接触的部位，促使这些颗粒附着于巨噬细胞膜上。通过CR3将C3bi包被的颗粒捕获在吞噬细胞膜表面后，此时游动性较小但数量较多的CR4便可与C3bi包被的颗粒结合并促进吞噬作用。

编码CR4α链和β链基因分别定于第16号和第21号染色体上。经序列分析表明，CR4与CR3的α链有87%的同源性。

六、Ⅴ型补体受体

Ⅴ型补体受体受体（CR5）中C3bi中的C3d部分、C3dg和C3d片段的特性受体，但只能与液相中的上述片段起反应。CR5的生物学活性是通过¹²⁵I标记的液相C3dg二聚体而被确定的。未标记的C3bi、C3dg与C3d对¹²⁵I标记的C3dg二聚体的结合有竞争性抑制作用，而C3b则无此作用。曾认为中性粒细胞上的C3dg二聚体受体与该细胞上的红细胞-C3dg花环形成受体为同一受体，因此将其称为CR4。后来研究表明，能形成花环的受体活性在几种特性上与C3dg二聚体受体不同，如CR4与固定的C3bi的结合可被EDTA阻断，面EDTA对C3dg二聚体的摄取则无影响。因此将C3dg二聚体受体命名为CR5。除中性粒细胞外，在血小板上也已鉴定有CR5的活性。

七、H因子受体

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八、C3a、C4a和C5a受体

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第四节　补体的结构及遗传学特征

近年来，补体的分子生物学进展迅猛，对补体系统的活化机理和功能得到了分子水平的解释。各种补体分子的cDNA已克隆成功，绝大多数补体蛋白的基因在染色体上的定位已被确定，并通过对它们的核苷酸序列和氨基酸序列的分析，发现许多补体蛋白的基因在染色体上相连锁，在结构上具有共同性。

一、补体蛋白结构的共同性

通过对补体系统的蛋白结构进一步探查，表现了一些颇具特色的结构功能域（module），并根据它们在氨基酸序列上的同源性，将它们归为几个不同的蛋白家族。同一家族中的各个成员通常具有相类似的结构和功能。此外，根据不同补体蛋白基因间的同源性，提示每个家族的成员可能是由一个共同的祖基因复制而来，出现结构上的多样性，进而使各种补体蛋白又具有各自特定的功能。

(一)C1q与其相关的分子

C1q与其相关的分子：甘露糖结合蛋白（mannose-binding protein,MBP）、肺表面活性物质脱辅基蛋白A和D（surfactantprotein A and D,SP-A,SP-D）、类风湿因子（RF）和胶固素（conglutinin）等，为具有以胶原样蛋白和凝集素区结构为特征的一组蛋白。因此有人将collagen与lectin两字缩合，归纳称为“collectin”（可暂译为胶凝素）。这些相关分子均能以抗体依赖或非依赖的方式被激活，再激活补体系统，或具有结合C1q-R的能力，从而模拟和放大C1q的功能作用。

（二）丝氨酸蛋白酶补体分子

在补体固有成分和调节蛋白中，共有6个丝氨酸蛋白酶（原）。即：C1r、Cls、C2、B因子（Bf）、D因子和I因子。它们除彼此在氨基酸序列上有同源性外，还与非补体性丝氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶和糜蛋白酶）高度同源。但C2和Bf的催化部位比常见的丝氨酸蛋白酶约多210个氨基酸残基。在6个补体性丝氨酸蛋白酶中，C1r和C1s，C2和Bf又具有更大的相似性。

C1r和C1s均为单链长形结构，两端呈球形似哑铃状，分子量均为85kDa。二者除在C端有共同的丝氨酸蛋白酶结构功能域外，其N端有约450个氨基酸彼此同源。均含有2个拷贝的SCR和1个拷贝的EGF前体结构功能域（图5-18）。

图5-18　4种丝氨酸蛋白酶补体蛋白的结构功能域

C2和Bf均为单肽链糖蛋白，它们除在形成两条补体激活途径中和C3转化酶方面十分相似外，在合成部位、合成途径、分子大小、亚单位结构、半胱氨酸位置及数目，以及保守残基替代及活性部位等方面也有很大的相似性（表5-4）。C2和Bf分子中相同的结构功能域是均有3个CSR、1个与von Willebrand因子（vWF）共同的氨基酸序列和1个丝氨酸蛋白酶结构功能域。

表5-4　C2与Bf的特性比较

(三)末端补体分子

末端补体分子C6，C7，C8和C9是构成膜攻击复合体（MAC）引起靶细胞溶解破坏的重要组成成分。功能上的相似性反映了它们结构上的共同性。均具有420kDa的I型凝血敏感蛋白重复序列（thrombospondin type Irepeat,TSP-1），而且与TSP-1特有的β片层、和β螺旋结构的立体配体也是类似的。此种结构单位也存在于备解素（properdin）和疟原虫的羧箕末端。除TSP-1外，它们还具有1个拷贝的低密度脂蛋白受体结构功能域（low density lipoprotein receptor module,LDL-R），1个表皮生长因子前体结构功能域（EGf precusor module）。在肽链的中央还有1个半胱酸贫乏区与细胞毒性细胞和NK细胞释放的perforin的结构具有相似性（图5-19）。其中C6和C7具有更大的同源性。二者除上述的结构功能域外，在C端还存在着富含半胱氨酸的重复序列，即为2个CSR和2个与I因子重链中有一个区具有同源性的结构功能域（factor I module,FIM）。二者的分子量也相近似，分别为128kDa和121kDa。显著的差别仅仅是C6的N端多1个由59个氨基酸组成的TSP-1。

图5-19　末端补体分子的结构功能域

（四）具有SCR的6种补体调节蛋白

补体活化调节蛋白（requlatorof complement activation,RCA）包括：CR1、CR2、H因子、C4bp、DAF和MCP。它们共同的结构特征是均具有多个类似的短同源重复序列（SCR）。SCR也称Shushi单位。一个SCR约由60-70个氨基酸残基所组成，大小为4.5nm。SCR之间有20-40%的同源性。所有的SCR均具有固定的保守骨架序列（其中有4个半胱氨酸形成两个二硫键），并与脯氨酸、色氨酸、酪氨酸/丙氨酸、甘氨酸相维系而形成一独特的结构单位（图5-20）。这一结构单位在CR1中有32个，CR2中有15-16个，H因子中有20个，C4b中有12个，DAF和MCP中各有4个，而且是构成这些补体蛋白肽甸的主要结构。SCR在RCA中的功能是与C3、C4和C5结合，发挥其调节作用。在前述的C1r、Cls、C2、Bf、C6和C7中也含有几种非补体性蛋白如IL-2R、β2糖蛋白1（β2-1）、内皮细胞-白细胞粘附分子-1（ELAM-1）、淋巴细胞的归位受体和凝血因子Ⅻ的b亚单位中也含有SCR，但其意义不详。值得注意的是，牛痘病毒具有SCR的编码DNA，且与C4bp的SCR相类似，可逃避补体经典途径对其发挥作用。

图5-20　SCR的结构（模式图）

注：（A）SCR结构；有44%的SCR是保守的，

包括形成链内二硫键的4个半胱氨酸

（B）具有重迭链内二硫键（……）的SCR

此外，在补体的膜性调节分子中，DAF、MCP、C8bp和CD59四种分子者是以糖基磷酯酰肌醇锚（GPI）而固定在细胞膜上的。锚的核心结构是：protein-CO-NH-CH2-PO4-6-man-α1,2-man-α1,6-man-α1,4-G1CN--α1,6MYO-inositol-1-PO4-Lipid。此种结构还存在于多种非补体蛋白中，如碱性磷酸酶、乙酰胆碱酯酶、Thy-1及布氏锥虫的变异体表面糖蛋白等。补体蛋白DAF、MCP、CD59和C8bp（HRF）可借助于这样的结构而使补体对自身细胞的损伤减至最小。这就是近日逐渐阐明的补体同源限制性（homologous restriction）。阵发性血红蛋白尿（PNH）之所以对补体攻击敏感，正是由于其红细胞膜上缺乏含有GPI锚的分子，因而使机体的正常同源限制性作用失去效能所致。

二、补体的遗传学特征

补体的遗传学特征学特征表现为多种补体分子具有遗传的多态性在染色体上密切连锁的，形成不同的基因家族。

（一）补体的遗传多态性

补体的遗传多态性（geneticpolymorphism）是指在同一集团中，两个或两个以上非连续性突变体或基因型（称型态），以极小的频率有规律地同时发生的现象。补体成分的多态性是Alpert和Propp 1986年在人的C3中首次发现的。此后，已从基因型和表型水平获得有关不同种内补体缺陷与补体多态性的知识，并从四个水平研究了补体的多态性：①通过对血清中天然补体成分同种型的分析（表型水平）；②通过确定它们的亚单位组成（亚表型水平）；③通过建立群体遗传学和形式遗传学（即同种异型的频率和各个基因/等位基因的频率与分离）；④通过对它们DNA结构的定位和测序，提示限制性片段长度多态性（restriction fragment lenght polymorphism, RFLP）。已发现许多补体分子具有多态性，其中以C2、Bf、C4、C3和C6最为显著（表5-5）。

（二）定位于第1号染色体长臂32区的RCA基因簇

这一基因簇包括：CR1、CR2、H因子、C4bp、DAF和MCP的基因。由于这一紧密连锁的基因簇调控着补体系统的活性，因此可以得出下面的结论：基因的连锁是维持密切相关功能的进化的现象。变异体的罕见可能是进行选择的有利条件，或有时是一种致病的因子。例如，所有罕见等位基因CR1※C的携带者，均均患SLE。其他可能的关联尚待阐明。

（三）定位于第5号染色体上的MAC补体基因簇

最近确定在5号染色体的短臂存在着补本末端成分C6、C7和C9的基因簇，并发现C6和C7的基因通常是紧密连锁着的，证据主要来自一个C6/C7联合缺陷的病例。C6缺陷者与反复发作的脑膜炎奈瑟氏菌的感染有很强的相关性。某些C7缺陷的个体也易感染奈瑟氏菌。其余个体则是健康的。惊奇的是所有C9缺陷的个体（1便除外）似乎都健康。这些现象说明，在MAC补体分子中，包括定位于其他染色体的基因编码的C8在内，存在着某种程度的互补性。即一种补体分子的缺陷，可补其他末端补体分子的功能所补偿。C8的3个亚单位（α、β和γ）分别为第1号染色体上的C8A、CIB基因和定位于第9号染色体长臂的基因C8G的产物。

表5-5　补体成分的多态性与染色体定位

注：表中缺项者为尚末见报道。

（四）定位于第6号染色体短臂21.3区的MHC Ⅲ类基因

已有许多证据表明，C2、C4和Bf由位于MHC I、Ⅲ类基因间一段长80kb的DNA所编码。C2和Bf基因的500kb之中有一部分相重合。C4由2个紧密连锁的位点上的基因C4A（22kb）和C4B（16kb）所编码。纯合性的Bf缺陷尚末见报道，但偶可见一纯合性C4和C2的缺陷。并常与SLE或SLE样疾病相关联。约有2/3纯合性C2缺陷的个体是健康的，说明C2的缺陷至少有一部分可被无缺陷的C4所补偿。C2和Bf均具有多态性。人的C2主要由三个等位基因（C2A、C2B和C2C）所编码。在补体成分的缺陷中，C2的遗传性缺陷所占比使例较高，为常染色体共显性遗传。C2缺陷者发生免疫复合物病及SLE的危险性较大。Bf的遗传多态性最常见的表型为S（slow）和F（fast），另外还发现近20种罕见型，基因频率均<0.02-0.03。B因子的多态性与某些自身免疫病和感染性疾病有关。C4A和C4B则具有复杂的多态性，已发现有30多个同种异型，分别有15和14个等位基因。由C4A和C4B基因编码的两种蛋白有99%的序列同源性，但二者在功能上却有明显的差别。两种同型的差别只是1个决定簇的不同。如将1101位的亮氨酸置换为脯氨酸，在SDS-PAGE上即可出现2kDa的表观分子量的改变；若将1106位的天冬氨酸置换为组氨酸，可使基溶血活性出现3-4倍的变化。另有2个位点含有所谓的“Null”基因称为：“零基因”（C4quantitative zero,C4QO）或静息基因，检不出基因产物的频率为10-20%，系由于基因的缺失、基因转换或不表达所致。C4A和C4B在功能上的送别表现为：①溶血活性不同，C4B明显高于C4A，因C4B与羟因形成酯键的速度大于C4A的10倍，而C4A与氨基形成酰胺键的速度大于C4B的100倍。②C4A在抑制免疫沉淀中的作用较C4B大1.7倍，对腮腺炎病毒的中和作用较C4B大10倍；③抗原性上也有差别；几乎所有C4A分子中都含Rodgers血型抗原，而C4B则含有Chid O血型抗原。C4A缺陷与多种疾病的关联，如SLE、RA、全身性硬化、亚急性硬化性全脑炎（SSPE）、慢性多发性关节炎、重症肌无力、内脏利什曼病、普通变异型肾小球肾炎、麻风、巴西芽生菌病、IgA缺陷、胰岛素依赖的糖尿病（IDDS）、恰加氏病（非洲锥虫病）和艾滋病。

近几年来，已对大多数补体分子的结构和遗传学特征进行了较深入地研究，发现许多补体分子遗传上的异常与某些疾病的关联。但将体外功能上的改变就视为与体内的某一现象有关尚为时过早。今后研究的重要任务，在于阐明补体相关疾病发病机理中的致病因子来取代统计学上的相关性。

（李恩善）

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第六章　主要组织兼容性复合体

免疫遗传学是基础免疫学中的一个重要分枝，它是研究机体免疫应答遗传控制或基因控制的一门学科。1900年Landsteiner发现ABO血型系统开创了免疫遗传学，以后从输血发展到器官移植。随着免疫球蛋白分子水平的研究，在一段时期内，免疫遗传学又主要研究免疫球蛋白多肽链的遗传标记。目前机体免疫应答遗传控制的研究主要集中在以下几方面：一是与主要组织兼容性系统连锁的免疫应答基因，控制着机体对特定抗原产生免疫应答的能力，并通过编码细胞膜上与免疫应答有关的表面抗原分子或可溶性分子，控制免疫细胞之间相互作用。二是免疫球蛋白和T细胞受体（TCR）的基因结构和控制以及免疫球蛋白和TCR的多样性、同种异型、独特型的遗传控制。此外，免疫遗传学还涉及到免疫系统的进化，血型抗原的基因控制，补体、细胞因子、粘附分子基因表达，H-Y抗原与性别分化及某些遗传疾病的发病机制等。本章着重讨论主要组织相容性复合体（MHC）及其在临床的应用。

表6-1　免疫遗传学发展简史

*诺贝尔奖获得者，括号内为获奖年代

1980年诺贝尔医学和生理学奖授予在免疫遗传学上作出突出贡献的Snell、Dausset和Benacerraf三位学者。Murray和Thomas在肾脏、骨髓移植研究的成就又获得1990年诺贝尔医学和生理学奖。免疫遗传学发展简史参见表6-1。目前免疫遗传学的研究已深入到基因和分子的水平。WHO在上海设立了免疫遗传培训中心，我国从70年代初开始了对我国不同民族、地区HLA抗原频率调查，组织配型和脏器移植，HLA和疾病的相关性以及某些基础理论研究工作。

第一节　MHC基因图及其遗传特征

同种异体移植物（allograft）移植后常发生免疫排斥反应，引起这种排斥反应的抗原称为移植抗原或组织兼容性抗原。动物和人具有多种组织兼容性抗原，根据引起排斥反应的移植抗原的强度将组织兼容性抗原分为：（1）主要组织兼容性抗原系统，编码这一组抗原的是一组连锁基因，称为主要组织兼容性复合体（majorhistocompatibility complex,MHC），或主要组织兼容性系统（minorhistocompatibility complex）；（2）次要组织兼容性抗原，由次要组织兼容性复合体（minor histocompatibility comples）或次要组织相容性系统（minorhistocompatibility system）所编码。

MHC指某一物种的某一号染色体（如人HLA在第6号染色体，小鼠H-2在17号染色体）上一组密切连锁的基因，它在主要组织相容性抗原识别以及清除外来和内在抗原起重要作用。人的MHC称为HLA，在小鼠称为H-2。其余灵长类和某些非灵长类动物的MHC有了新的命名规定与建议，原MHC的后两个字母HC改为小写，即Mhc（表6-2和6-3）。

表6-2　灵长类动物主要组织相容性复合体的新、旧命名

表6-3 某些非灵长类动物主要组织相容性复合体的建议名称

各种动物MHC的作用基本相似，包括：（1）MHC编码的抗原广泛颁布于淋巴细胞和其它有核细胞的表面，与同种内移植排斥有关，也是刺激混合淋巴细胞反应（MLR）和移植物抗宿主反应（GVHR）的主要刺激抗原；（2）控制机体对抗原的免疫应答或免疫抑制，以及免疫活性细胞之间相互作用；（3）编码补体系统中的某些组分；（4）MHC中某些抗原出现的频率与对某些疾病的易感性有关。

一、小鼠H-2基因图

小鼠的组织兼容性抗原有几十种以上，由常染色体H-1、H-2、H-3……、H-30等基因编码（H表示组织兼容性histocompatibility）,此外，还受小鼠性染色体基因（雄性为XY，雌性为XX）控制。其中H-2抗原为小鼠主要组织相窜性抗原系统，而其他抗原均系次要组织兼容性抗原系统。MHC在小鼠即为H-2，目前对H-2系统研究得较为清楚，位于第17对染色体，长度约占0.5分摩。H-2抗原具有高度q多态性。用血清学方法检出H-2I类抗原特异性在100个以上，可分为入有抗原（private antigen）和公有抗原（public antigen）。私有抗原是某一近交系（inbred strain）小鼠特有的抗原标志，在某一特定近交系小鼠只能检出一个K区和一个D区的私有抗原。公有抗原是在不同品系小鼠中都可检出的一些交叉抗原，每一品系小鼠通常都可检出多个公有抗原特异性。根据血清学检定抗原的反应格局，可将近交系小鼠分为不同单体型的品系，用H-2右上方小写的英文字母表示，如H-2^x、H-2^d和H-2^b等。

H-2基因群中可分为K、I、S和D四个区，I区又可分为I-A、I-E等亚区。按其编码抗原结构和功能不同，又可将H-2复合体分为三类基因：（1）I类基因，位于K和D区，包括K、D基因座，最近又增加了K2、L和L2（？）新的基因座；（2）Ⅱ类基因，位于I区，包括Aα、Eβ和Eα等基因座；（3）Ⅲ类基因，包括补体C4、C2、Bf和编码雄性激素结合蛋白性限蛋白（sex limited protein Slp）基因座（图6-1）。由于小鼠H-2基因群含有I（罗马字）类基因，不同区中有I（因文大写）区，应注意鉴别，切勿混淆。此外，H-2中有些基因位于Qa和TL区，可能参与H-2多态性的形成以及TCRγδ T细胞识别抗原时的遗传限制。

二、人HLA基因图及其遗传特征

在人类MHC称为HLL（human leucocyte antigen），是迄今为止所知的人类最复杂的基因族。除成熟的红细胞外，HLA抗原几科分布于人体的各种有核细胞以及血小板。由于此组抗原首先在人外周血白细胞上发现，同时表达抗原水平较高，目前多采用外周血淋巴细胞来检测这类抗原的型别，故称为人类白细胞抗原（HLA）。

（一）HLA基因定位

HLA基因群定位于第6号染色体的短臂（图6-2）。

图6-2　人类第6对染色体上已知的基因（或基因群）

至1991年底，HLA基因座位已确定确定近60个，正式命名的等位基因278个。这些基因分类的方式主要有以下两种。（1）传统的分类法，即把HLA分为与小鼠H-2相似的I类、Ⅱ类和Ⅲ基因，（2）1991年Bodmer建议将它重划分的三类：第一类包括传统分类中的HLA-Ⅰ类和Ⅱ类，还包括一对DMA和DMB；第二类称为免疫功能相关基因，包括C4、Bf、C2、TNFA、TNFB、HSP70、TAP1、TAP2和TAP7等；第三类是一些与上述无关的基因。本章仍按传统分类法进行介绍。

HLA占第6号染色体很窄的一个区带，估计占人体整个基因组的1/3000，长约3500kb（图6-3、6-4）。

图6-3　人MHC基因图（根据WHO HLA命名委员会1991年修正）

图6-4　人HLA基因简图

图6-5　小鼠H-2和人HLA中基因座位排列的比较

利用交换率越大基因座位距离越远，交换率越小基因座位距离越近的原理，可以通过交换率的计算作基因图，经过家谱分析和交换率的计算作基因图，A-B座位的交换率为0.8分摩（centiMorgan,cM。是基因交换率在基因图上的图距单位，重组频率在1%的两个连锁基因之间的距离为1cM），A-C为0.6cM，B-C为0.2cM，B-D为0.8cM，HLA基因群全长距离约为4cM。

自1964年以来，每隔3-4年召开一次国际组织相容性工作讨论会（InternationalHistocompatibility Workshop,IHW）,最近一次于1991年11月在日本横滨召开，并预定于1995年在法国召开第12次IHW。经过这些会议陆续报告了HLA的许多基因及大量的行装位基因。现知在HLA-I类基因区中，除已知的HLA-A、-B、-C座位外，还发现了-E、-F、-G、-H和-J，新发现的这些I因基因座大多数伪基因。现A座位已发现等位基因41个，B座位61个，C座位18个，E座位4个。在HLA-A与-E之间可能存在着重组热点。在HLA-Ⅱ基因中，已发现了近30个基因座位，等位基因更多，其中DR、DQ、DP均由一条A链与一条B链组成异源二降体分子（参后述），而A链基因与B链基因及其等位基因为数甚多，后者如DRB1座位60个，DRB3座位4个，DRB5座位4个，DRB6座位3个；DQA1座位14个，DQB1座位19个；DPA1座位8个，DPB1座位38等等。DDRA编码DRα链；DRB1编码β1链，决定的特异性为DR1、DR2、DR3、DR4、DR5等；DRB2为伪基因；DRB3编码DRβ3链，决定DR52及Dw24、Dw25、Dw26等特异性；DRB4编码DRβ4链，决定DR53特异性；DRB5编码DRβ5链，决定DR51特异性；DRB6、B7、B8、B9均为伪基因。DQA1编码DQα链；DQB1编码DQβ链；DQA2、B2尚末得知其表达；DQB3为伪基因。DOB编码DOβ链DMA编码DMα链；DMB编码DMβ链。DNA编码DNα链、DPA1编码DPα链；DPB1编码DPβ链；DPA2和DPB2为伪基因。此外与肽运转至内质网有关的基因TAP1（transporter of antigen peptides）、TAP2和与抗原加工有关的基因称之为低分子量多肽或称大的多功能蛋白酶LMP2（low molecular weight polypeptides or large multifunctionalprotease-2）、LMP7也位于Ⅱ类基因区。Ⅲ类基因区包括补体C2、C4、B因子，此外，21羟化酶A与B、HSP70（heat shockprotein70,热休克蛋白70）和肿瘤坏死因子α、β基因也在这里。21A是假基因，21B具有编码21羟化酶功能。21羟化酶是肾上腺皮质合成皮质醇和醛固醇必不可少的酶，如酶缺乏，可导致先天性肾上腺皮质增生症。

HLA和H-2基因的比较见图6-5。小鼠H-2的 Tla为存在于胸腺细胞和某些胸腺白血病细胞上的抗原（thymus-leukemia antigen）;Tla与H-2D之间还有Qa区。Qa区中有17个Qa基因，还有12个Qa基因在Tla区，但大部分Qa基因是静息基因（silent gene）。目前已测得6个Q基因有表达，其中Qa2、Qa3、Qa4、Qa5由Qa区基因编码，Qa1和Qa6由Tla区编码。

（二）HLA血清学抗原的命名

目前已确定的HLA敌国清学抗原共有161个，其中A有27个，B有59个，C有10个，D有26个，DR有24个，DQ有9个，DP有6个。C座位上的抗原编号是公认的，为了避免与补体C相混淆特标以“W”。某些抗原数字后带有括号的抗原编号，表示括号前的抗原为括号内抗原的裂解产物，如A23和A24是A9抗原的裂解产物（表6-4）。

表6-4　HLA血清学抗原特异性总表（1991）

（三）HLA的家系遗传及多态性

1.HLA的家系遗传 HLA单体型可作为一个单位遗传给子代，其遗传示意图见图6-6。a、b、c、d是双亲或子代HLA单体型的代号；1、2、3是HLA-A抗原，?为末检出HLA-A抗原；5、7、8、12是HLA-B抗原。

基因频率和基因平衡定律基因频率指在群体中某一等位基因出现在机率与该群体全部等位基因可以世代维持不变。HLA基因频率亦符合这一定律。在群全中，一个抗原频率反映了控制这一抗原的基因频率。

HLA中的基因之间也有一定的交换和重组机率，一般取决于两个基因之间的距离。但HLA多基因座组成的单体型并非完全随机，有些基因比其它基因更多地连锁在一起，称为连锁不平衡（linkage disequilibrium）。换名话说，实际观察到睥两个或更多基因出现在同一条单倍体上的频率大于按照独立分配规律所预期的频率。如在白种人中A1的基因频率为0.12，B8的基因频率为0.17，A1和B8基因出现在同一条单倍体上的预期频率为0.12*0.17=0.02，但实际观察到的频率为0.09。HLA的连锁不平衡与对某些疾病的易感有关。

已被检出的众多的HLA抗原在不同人种甚至不同地区的人群中的分布存在着很大的差别。如白种人HLA-A1、A3、D8检出率较高；黄种人以A24、B46、B54的检出率较高，黑种人以HLA-A36、A43、B53检出率最高。在单体型的栓出率也同样有情况，如北欧人以HLA-A1、B8、HLA-A8、B7两个单体型最常见，黄种人以HLA-A9、B15HLA-A2、B空白抗原的单体型较常见，我国汉族人以HLA-A2、B46、HLA-111、B40和HLA-A2、B40单体型最常见。在研究HLA系统与疾病之间的关系时必须以所研究同一地区正常人群作为对照。

表6-5　MHC三类基因产物特征及其功能

2.HLA的多态性（polymorphism）现象多态性指在同一相互交配的群体中，同一基因座可编两种以上的基因产物。HLA的多态性主要是由于复等位基因和共显性所致：（1）复等位基因（multiple alleles）,位于一对同源染色体上对应位置的一对基因叫等位基因。由于群体的突变，同一基因座的基因系列称为复等位基因，对某一个体来说一个基因座只有一对等位基因，复等位基因是群体的概念。HLA存在为数众多的复等位基因。（2）共显性（codominant），共显性状态是杂合状态，这一对等位基因所控制的性状都表现出来，HLA每个基因座上的等位基因都是共显性。

图6-6　HLA单体型的家系遗传

第二节　MHC抗原的结构及检测

MHC编码的抗原为一类同种异体抗原(alloantigen)。其中Ⅰ类和Ⅱ类抗原主要以细胞膜镶嵌蛋白的形式存在，也可脱落成为可溶性的形式。Ⅲ类抗原为补体C2、C4和B因子， 主要分泌到血清等体液中去。

一、MHC抗原的结构

（一）Ⅰ类抗原的结构和分布

Ⅰ类抗原由非共价键连接的两条多肽链组成，其中重链由MHCⅠ类基因编码，轻链由另一条染色体(人第15对染色体，小鼠第２对染色体)β2m基因编码。 Ⅰ类抗原分布于几乎所有的有核细胞及血小板表面。HLA-A、B抗原在人类淋巴细胞表面浓度最高，每个细胞约有103～105个分子，占淋巴细胞表面蛋白的1％。

1. 重链 又称α链，其裸肽分子量为40kDa。人Ⅰ类抗原α链上有1个N-连接的寡糖， 成熟的α链为糖蛋白，分子量的44kDa；小鼠α链上有2个N-连接的寡糖，分子量略大于人α链，为47kDa。α链为穿膜结构，根据各结构域的功能以及与Ig同源性的比较， α链可分为肽结合区和免疫球蛋白样区组成的胞膜外区，穿膜区以及胞浆区(图6-7)。

(1)肽结合区(peptide-binding region):α链氨基端的两个结构域α1和α2，各含约90氨基酸残基,α1与α2有很高同源性,但不属于免疫球蛋白超家族成员。人α链有1个N-连接的寡糖，位于α1和α2连接处。小鼠α链则有2个N-连接的寡糖,分别位于α1与α2连接处和α2区的羧基端侧。α2区内有一个链内的二硫键，两个半胱氨酸间约含63个氨基酸残基。α1区第60～80位氨基酸残基和α2区第 95～120位氨基酸残基的组成和排列顺序变化最大,是Ⅰ类抗原多态性(同种异型)的分子基础。

图6-7 MHCⅠ类分子结构模式图

注: 表示糖，P为磷酸化位点

表示多态性存在部位

美国哈佛大学Strominger实验室用X射线晶体衍射图搞清了HLA-A2分子的立体结构(图6-8)。α3和β2m结构域靠近细胞膜,位于分子的底部;α1和α2结构域远离细胞膜位于分子的顶部，所组成的空间结构是与抗原结合部位和被T细胞受体(TCR)识别的部位。与抗原结合部位的构象呈深槽状,由α1和α2结构域各1条α螺旋和4条β折叠所组成。 两条α螺旋位于抗原结合部位上部形成两个侧面,8条β折叠位于下部形成底面。所构成的深槽大约长2.5nm，宽1.0nm,深1.1nm,可结合8～20个氨基酸残基,其大小和形状适合于已加工处理的抗原片段。MHC Ⅰ类抗原分子的多态性主要位于形成两侧面的α螺旋结构上,与Ⅰ类抗原递呈抗原的功能相关，形成深槽内部氨基酸的侧链主要通过盐键、氢键与抗原多肽结合；位于深槽外部和表面氨基酸是TCR识别的部位， 上述发现是近年来基础免疫学中分子免疫学领域中最杰出的成就之一，为TCR识别MHC与加工处理的抗原复合物的理论研究和某些自身免疫性疾病的发病机理提供了重要依据。

(2)免疫球蛋白样区(immunoglobulin-like region):α3约含90个氨基酸残基，氨基酸组成十分保守,与IgC区同源,在二级结构上，α3组成Ig样折叠(Ig fold)，即七个β折叠股形成两个平面，由二硫键相连，属免疫球蛋白超家族(IGSF)中C1结构。α3结构域是α重链的非多态部分(nonpolymorphic)，通过MHC分子突变分析证实,此区是与CD8分子相互作用的位置。

(3)穿膜区(transmembrane region): α3结构域的羧基端侧有一段较短的连接区(conn-ecting region)，穿膜区约由25个疏水性氨基酸残基所组成，可能形成α螺旋穿过双层脂质的细胞膜，并使α链锚在细胞膜上。

(4)胞浆区(cytoplasmic region):含约30个氨基酸残基，并具有数个cAMP依赖的蛋白激酶(蛋白激酶A,PKA)和PP60 Src酪氨酸激酶的磷酸化位点。此外，在羧基端含有一个谷氨酰胺残基，作为转谷氨酰胺酶转肽作用的底物。上述结构可能在MHCⅠ类分子与其它膜蛋白或细胞骨架成分相互作用中起作用，去除MHCⅠ类分子胞浆羧基端可抑制Ⅰ类分子的内化。

2.轻链 含99个氨基酸残基，分子量为12kDa，最早在一些镉中毒患者尿中发现,1968年Berggard 从肾小管病变的蛋白尿中分离出来，电泳位于β2区，称β2微球蛋白(β2-microglobulin,β2m)。A、B、C抗原所含轻链均一致。β2m氨基酸排列与IgGCH2约有30％序列同源，故β2m有游离免疫球蛋白结构域(free immunoglobulin domain)之称，属免疫球蛋白超家族C1结构。不同种动物之间β2m很少有区别。β2m本身与HLA-A、B、C抗原特异性无关，也不直接参与同抗原的结合，但对于α重链在细胞膜表面的表达以及执行其正常生理功能是必须的。如人B细胞系Daudi不能合成β2m， 虽然在Dandi细胞Ⅰ类基因能发生转录，并可翻译，但细胞翻译产物是不稳定的。当Daudi细胞转染了有功能的β2m的基因或与表达β2m的细胞融合，Daudi细胞即可在细胞表面表达Ⅰ类抗原。α重链与β2m的结合可能发生在内织网。有关β2m的免疫学功能近来受到重视。 用抗β2m的单克隆抗体NAMB1可抑制MLR中的反应细胞。抗原与淋巴细胞接触后18小时内，抗β2m血清可抑制其抗体应答。此外，β2m抗血清对PHA、ConA、PWM等对淋巴细胞的促有丝分裂作用都有明显的抑制作用。由于β2m分子在细胞表面的数量远远大于Ⅰ类抗原分子的数目，故β2m可能以作为HLAⅠ类抗原一部分和游离分子两种形式存在。在某些病理情况下，血清和尿中β2m可明显升高。

图6-8 人MHC Ⅰ类分子多肽的折叠

注: 左图侧面观，右图顶部观。白色箭头代表β叠股，白圈表示α螺旋，黑色线为二硫键

（二）Ⅱ类抗原的结构和分布

1. Ⅱ类分子的结构 MHC Ⅱ类分子是由α、β两条链通过结合紧密的非共价键连接组成的异源双体。α链分子量32～34kDa,有2个N连接寡糖，β链 29～32kDa，有一个N-连接糖基化点(图6-9)。Ⅱ类分子α、β链是由不同基因所碥码。α、β链各有2个结构域α1、α2及β1、β2。每个结构域约含90氨基酸残基，除α1区外，α2、β1、β2每个区各含一个二硫键。 α1和β1与Ig结构域无相似性,组成肽结合区。α2和β2区与Igγ3和Cμ4相似,属免疫球蛋白超家族C1型结构,非多态性。所有DR等位基因编码的DR分子α2区结构都相同, 但不同于DPα2或DQα2者。CD4分子与Ⅱ类分子非多态部分相结合。

图6-9 MHCⅡ类分子结构模式图

Ⅱ 类抗原的多态性主要与 DQα、DQβ、DRβ和DPβ链有关。在人类Ⅱ类抗原是HLA-D/DP、DQ、DR抗原,其中D和DP抗原在MLR中为刺激T细胞激活的抗原决定簇 (major lymphocyte activating determinants,Lads抗原),而DR和DQ则刺激抗体的产生， 这与下述的HLA抗原检测的方法有关。

α2和β2羧基端侧有一个短的连接区。穿膜区约含25个氨基酸残基。胞浆区可能与信号的转导有关。尽管尚未获得α和β链的X-线晶体衍射图，从MHCⅠ、Ⅱ类分子结构和功能的相似性以及最近结果提示MHCⅡ类分子肽结合的多肽折叠形式与MHC Ⅰ类分子十分相似，α1和β1各形成4条β折叠股和一条α螺旋。8条折叠股组成一个底层，支撑2个α螺旋，α、β链2个α螺旋形成肽结合区深槽的侧面(图6-10)。

最近在细胞内发现与MHCⅡ类分子相连的第三条链，称之γ链，约30kDa，属免疫球蛋白超家族成员，非MHC编码，γ链氨基端在胞浆内，而羧基端在细胞膜外。 在γ链到达细胞膜之前它是与MHCⅡ类分子分离的。γ链确切的生理功能还不清楚，可能是(1)改变MHCⅡ 类分子α、β链翻译后加工的性质；(2)参与Ⅱ类分子细胞内的运行；(3)与Ⅱ类分子将外来抗原提呈给辅助性T细胞的功能有关；(4)最近又认为γ链可防止机体自身合成的肽与Ⅱ类分子结合，以保证Ⅱ类分子肽结合点为外源性抗原结合之用。

图6-10 MHCⅡ类分子多肽的折叠(推测)

注: 本图为顶面观，白色剪头代表β折叠股，白圈表示α螺旋，黑

色线为二硫键，边缘的虚线方块表示尚未确定的多肽折叠。

2.I区相关抗关

(1)Ia抗原的概念: Klein、Shrefler(1974、1975年) 将小鼠I区基因所编码的抗原称为Ia抗原(I region associated antigen)，也有人将I区中的Ir基因的产物称为Ia抗原。目前一般把人类Ⅱ类抗原，尤其DR抗原也称为Ia抗原。

(2)Ia抗原的分布: 小鼠Ia抗原主要在B细胞、巨噬细胞、表皮细胞、精子、活化T细胞、郎罕氏细胞、树突状细胞等。Ia抗原的组织分布见表6-6。

表6-6 Ia抗原的组织细胞分布(细胞荧光染色阳性率％)

Ia抗原主要分布在脾脏、淋巴结的淋巴细胞、巨噬细胞、胚胎肝细胞、表皮细胞、活化内皮细胞、骨髓细胞和精子细胞上，某些肿瘤细胞也具有Ia抗原。而红细胞、血小板、脑组织、肾脏和成年肝细胞未见有Ia抗原。

无论是Th还是Tc/Ts被激活后一部分细胞表达Ia抗原。此外巨噬细胞、表皮郎罕氏细胞、树突状细胞也含有较高比例的Ia抗原，有人认为Ia抗原还与巨噬细胞亚群分类有关。

D抗原分布还缺乏系统资料。但从现有资料中看到，除B淋巴细胞外，T细胞、单核细胞、上皮细胞、内皮细胞和精子细胞也可以诱导淋巴母细胞反应，提示上述细胞存在D抗原，而血小板不存在D抗原。

(3)Ia抗原的功能: Ia抗原最主要的功能是作为Ir基因的产物，参与免疫应答的遗传控制及其应答过程中的遗传限制作用，这将在本章第五节中重点加以讨论。此外还有以下的生物学功能:

①与B细胞分化的关系: 分化发育尚未成熟的B细胞以及B细胞型白血病细胞均可检出Ia抗原，成熟的浆细胞表面不能检出Ia抗原。

②人类Ia抗原与MLR刺激: 在单向MLR中刺激同种异体T细胞增殖的刺激细胞除B细胞外，其它的Ia阳性细胞如建株B细胞、精子、巨噬细胞、郎罕氏细胞的刺激能力与表面Ia抗原有关,巨噬细胞和郎罕氏细胞较强，精子较弱。抗人Ia样抗血清或抗Ia样单克隆抗体对人类MLR均有非常明显的抑制效应。

③人类Ia样抗原与免疫辅佐细胞: 只有Ia阳性的单核-巨噬细胞、 表皮郎罕氏细胞和树突状细胞具有执行抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)的辅助免疫应答的功能。最近发现Ia阳性B细胞也是机体重要的抗原提呈细胞。

④人类Ia样与T淋巴细胞: T细胞经活化后(包括PHA、ConA、PWM，可溶性抗原， 同种异体抗原刺激)能合成并在细胞表面表达Ia抗原，其特异性与同一个体Ia抗原相一致。促有丝分裂原激活的Ia阳性T细胞以PWM刺激后比例最高，PHA次之，ConA最低。

⑤Ia抗体与免疫增强: 免疫增强(immunologicalenhancement) 主要是由Ia抗体介导的一种特异性免疫抑制作用。 有人认为移植前输血所引起移植物存活延长现象是由B细胞导致的主动免疫增强现象。免疫增强的机制还不十分明了，可能与Ia抗体与Ia抗原结合后，阻止了供体Ia抗原对Th的刺激作用，从而阻断移植排斥免疫应答的致敏过程；另一可能是Ia抗体的抗原结合位置可刺激受者产生抗独特型抗体， 这种抗独特型抗体可与Th细胞上Ia 抗原识别受体相结合，从而阻止了Th细胞对Ia抗原的识别，阻断移植后排斥反应的产生。

二、MHC　I类、Ⅱ类基因的结构

MHC I类、Ⅱ类基因外显子和内含子的组成相似（图6-11）。第一个外显子编码先导序列。MHc I类分子α1、α2和α3是由三个不同的外显子所编码，空膜区和胞浆区是由数个较小的外显子编码。MHc I类分子胞浆部分每一个保守的磷酸化位点是由不同的小外显子分别编码。有多个调节MHC基因的转录的顺式调节顺序（cis-regulatory sequences)位于MHC基因外显子的5`端，这些调节顺序是作为反式作用的转录调节蛋白的结合位点。此外，在MHc I类基因中也发现有启动子和增强子，并存在着对细胞因子特别是IFN-γ应答的核苷酸序列。在MHc Ⅱ类基因中含有对于Ⅱ类基因表达所必需的、称之为W（或H）、X和Y盒的三个保守的核甘酸序列。

图6-11　MHc Ⅰ、Ⅱ类基因外显子内含子结构

IFN-γ可调节MHC I类和Ⅱ类分子的表达。IFN-γ几乎对所有细胞MHc I类抗原的表达有促进作用，其他的细胞因子如IFN-α、INF-β、TNF和LT也能促进MHc I类分子的表达。IFN-γ等细胞因子促进I类分子表达水平升高的机理可能是细胞因子激活的转录因子（cytokine-activatedtranscription factors）结合到I类基因DNA的调节序列上。IFN-γ可促进单核-巨噬细胞、郎罕氏细胞NHc Ⅱ类分子的表达，诱导MHc Ⅱ类分子阴性的内皮细胞、上皮细胞和基质细胞（stromal cell）表达Ⅱ类分子；树突状细胞和活化人T细胞可表达Ⅱ类分子，但IFN-γ无明显调节作用；对于小鼠B细胞，IFN-γ作用后Ⅱ类分子表达反而降低，而IL-4有促进表达的作用。

第三节　MHC中的单体型

在11次IHW报告了36个人MHCⅢ类基因，其中发现最早、知之最祥、并与免疫应答关系最密切的是C4A、C4B、Bf和C2四个基因。

人C4A和C4B两个基因座，表现为复杂的多态现象，在每个C4A或C4B分子上的C4d区个别氨基酸的差别形成许多型别，目前已有40多种同种异型（allotype）。例如C4B与C4B2的区别在于C4d的1054位氨基酸组成，前者为甘氨酸，后者为天冬氨酸。由于基因缺失（genedeletion）、基因转换（gene conversion）等原因C4基因有时不能表达，称为零基因（C4 puantity zero,C4QO）或静息基因，常伴有旁侧的固醇21-羟化酶的缺乏。如纯合子C4零基因，伴有21羟化酶缺乏引起的耗盐型先天性肾上腺增生（congenital adrenal hyperplasia,CAH）。此外，C4QO还与SLE、IDDM等有关。

Bf具有遗传多态现象，最常见的表型是S（slow）和F（fast），而S1（slower thanS）及F1（faster than F）罗为少见。这四个等位基因属常染色体显性遗传，S与F的结构差别在Ba，而决定S1和F1的结构差异在Bb片段。除上述四型外，至今还发现了近20种罕见型，基因频率均小于0.02-0.03。现在研究资料表明，Bf的多态性与某些自身免疫性疾病和感染性疾病易感有关，如胰岛素依赖性糖尿病（IDDM）BfF1频率显著升高，BfF1还可能与麻风病有关。

C2有3个等位基因：C2A（basic）和C2C（common）。基因频率分别为<1%、2%和97%。遗传性C2缺乏是由于C2结构基因上存在零基因（nullgene）,也称静息基因，写为C2QO。补体各成分的遗传性缺乏中C2所占比例较高，为常染色体共显性遗传。异合子C2遗传性缺乏常表现C2浓度只有正常值的一半，而纯合子C2缺乏者全身性红斑狼疮样病患者发病率较高。C2QO等位基因常伴有HLA-A25、B18、DR2、BfS、C4A4、C4B2这组单体型出现。

在MHC（人 HLA）各基因座位间常紧密连锁，并有连锁不平衡情况，组成更大范围的型别。这种型别的检测常较单座位提供的遗传信息更多，因此在人类源流考察、法医知鉴定、疾病的遗传易感性研究、免疫调控等方面更为重要，近年受到人们特别的重视。从理论上讲，这些单体型组成形式应该是很多的，而目前提及的是C4单体型、补体型与HLA扩展单体型三种，于此简略加以介绍。

一、C4单体型

1978年O'Neill等发现C4存在两个基因座位，分别命名为C4A^*与C4B^*，继后证实血中确有两种C4同种型（isotype）C4A与C4B，这在补体研究中却属独一无二。接着探明，这两个基因在人均位于C6p，且中间仅隔10kb，两基因紧密连锁，构成单体型，即C4单型。1981年Brun-Petersen等人首先检出了北欧人12个C4单体型，嗣后白人、黑人、黄人的资料相继出现，并在9次IHW上进行了总结。我国也在1991年出现了第一篇报道。Mauff曾对世界范围内的资料进行过统计分析，提出高频率的C4单体型一般分布在A4B2到A2B1等11型中，占总频率的75%以上，A3B1、A3BO及AOB1三型占60-74%。我国情况亦同，似乎更为集中。但各人种间也存在着若干差别；如A4B2频率在日本人特别高，白人较低，黑人中末见；又如含A5、A6等C4A快泳带的C4单体型黄人中少见，黑人最多，白人居中；等等。

二、补体型

位于HLA-Ⅲ类中的补体基因，不仅两个C4基因紧密连锁，构成C4单体型，而且与另外两个补体基因BF^*与C2^*也紧密连锁，构成更大的单体型，Alper等命名其为补体型（complotype）。Alper等人提出，在不足100kb的DNA分段上居有4个补体基因，从理论上计算，基因间的随机交换率在10000到2000次减数分裂中还不到一次。事实上，在无数减数分裂中从未发现这些座位间的交换，总以一个配子单位进得遗传。此外还发现，如果将这4个补体座位上发现的所有等位基因按随机组合排列，预计将有千种厂的补体型，但就目前报道的数目来看，常见的不过10种上下，加上不常见的，也只有40余种。这表示在这些座位间存在着明显的连锁不平衡。

补体型的检测一般需要家系采血，至于4个基因型的排列顺序，在其遗传学顺序尚末弄清之前，Alper等是按Bf-C2-C4A-C4B编排的，但在获悉其染色体上排列顺序为C2-Bf-C4A-C4B(从端粒点到着丝点)后则多用后者顺序表示，且多用缩写形式，如C2C、BfS、C4A3、C4B1常写为CS31等等。最早报告的正常人补体型为美国白人，至今已积累到1945条染色体的数据，其中CS31频率最高，约占40%，其次是CS01、CF31、CS30、CS42等，频率超过0.005的约占半数；连罕见型在内，一共检出44种。继后加拿大人、德国人、法国人、西班牙人、黎巴嫩人、南非黑人、美国黑人、日本人及中国人的资料相断问世，对比这些资料发现，共同点不少，但也有不少分歧，对于这些分歧进行分析表明，有些极易理解（如黑人的CF31占首位，因为黑人BfF远较其他人种为高），有些尚难解释。

三、MHC扩展单体型

近年研究表明，在正常人以及某些疾病对HLA-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这三类基因还存在连锁不平衡现象，并构成一些具有分布特异性的大单体型，并先后提出不同的术语加以概括，如MHC扩展单体型（MHC-extended haplotype,EH)、MHC祖传单体型（MHCancestral heplotype,AH）、HLA-补体单体型（HLA-complement haplotype）超型、超单体型、优势等位基因组合等。在目前，EH与AH较常引用。一般目前认为以HLA-[B-（C2）-Bf-C4A-C4B-DR]等。6个或5个座位的同步检测应是最低要求，而且常用HLA-B型进行命名。不过HLA基因DNA分型技术的快速发展，有些在HLA-Ⅱ类血清学分型的基础上加上DNA分型，看来是当前发展的趋势。Alper与Awdeh等人测定过美国白人714条染色体上EH频率，其中以HLA-[B8-CS01-DR3]频率最高，频率超过0.01的EH共有12种。这些EH的组合频率约占检出总EH的30%。他们还提出HLA-EH固定在HLA-B与DR之间的距离约106bpDNA，相当于连锁图距1cM，或重组分数0.01。

Dawkins提出的MHC-AH系指无关个体间相同的保留单体型，或者说存在于无关个群体中单体型特异性的等位基因组合，这在HLA已知基因座位已有证明，但C6p的HLA区还是有不少DNA区尚末发现具体的基因，用HLA-B至TNF之间尚末发现具体基因的DNA探针进行检查发现，这些区也呈多态现象，各段DNA也组成单体型，而且这种单体型也与特定的已知AH有连锁关系。这一发现，无疑对HLA-AH的本质有了进一步的了解。

EH或AAH在人类学研究上具有意义。Fraser等在非洲源黑人中检出4种过去没有报告过的补体型CF（1，90）0、CF63、C（F1）17及CS（3，2，90）0，其中前两种分别与HLA-B42（52、53、58）-DR3和HLA-B70-DR5组成EH，而这两种EH在白人中极为罕见，国外认为非洲源黑人具有独特的HLA-EH。又如中国人与日本人多见的HA前半段为HLA-[A2-Cw11-B46-C2C-BfS-C4A4-C4B2]完全相同，只有DR前者为9，后者为8，DQ前者为9，后者为6，这表示，中日两个人群的AH具有极大的相似性，而在HLA-Ⅱ类外才有分化。撒丁岛人（Sardinian）HLA-EH很受人们的重视，在意大利的撒丁岛，15%的人的EH为HLA-[A30-Cw5-B18-BfF1-DR3-DR52-DQ2],远远超出至今所知的世界人群，而且其C4B与21A基因RELP缺失，即这一单体型为C4及21羟化酶基因重复的祖传单体型。

第四节　MHC的生物学功能

MHC具有重要的生物学功能，主要包括参与胸腺对胸腺细胞的选择作用，对机体免疫应答的遗传控制，参与免疫细胞相互识别，对免疫细胞相互作用的遗传限制等。有关Ⅲ类抗原C2、C4和B因子的功能请参见有关补体系统的内容。

一、MHC与胸腺对胸腺细胞的选择作用

成熟的、有功能的T细胞必须经过在胸腺中阳性选择和阴性选择，MHC在这两种选择中起关键作用。

（一）阳性选择过程（positive selection）

早期的胸腺细胞前体（prothymocyte）不足3%，为CD4-CD8-双阴性细胞（double negative cells），随后发CD4+CD8+双阳性细胞（double positive cells），并受一以严格的选择。假如一个双阳性细胞表面能与胸腺皮质上皮细胞表面MHc I类或Ⅱ类分子发生有效结合，就可被选择而继续发育，否则会发生程序性的细胞死亡（programmed cell death）。MHC I类分子选择CD8复合受体（coreceptor），而使双阳性细胞表面CD4复合受体减少；MHCⅡ类分子选择CD4复合受体，而使CD8复合受体减少。这种选择过程赋于成熟CD8+CD4-T细胞具有识别抗原与自身MHc I类分子复合物的能力，CD4+CD8-T细胞具有识别抗原与自身MHCⅡ类分子复合物的能力，成为T细胞MHC限制现象的基础。

(二)阴性选择过程（negativeselection）

经过阳性选择后的T细胞还必须经过一个阴性选择过程，才能成为成熟的、具有识别外来抗原能力的T细胞。位于皮质与髓质交界外的树突状细胞（DC）和巨噬细胞（Mφ）表达高水平的MHc I类抗原和Ⅱ类抗原，在胚胎发育过程中，机体自身抗原成分与DC或Mφ表面MHc I类、Ⅱ类抗原形成复合物。经过阳性选择后的胸腺细胞如能识别DC或Mφ细胞表面自身抗原与MHC抗原复合物，即发生自身耐受（self tolerance）而停止发育，而不发生结合的胸腺细胞才能继续发育为识别外来抗原CD4+CD8-或CD4-CD8+单阳性细胞，迁移到外周血液中去（图6-13）。

二、MHC对免疫应答的遗传控制

人们早已观察到各种不同品系动物的免疫应答是由遗传控制的，如豚鼠对白喉毒素结核菌素的易感性在不同品系间有很大差异人类变态反应性疾病的发生与遗传因素有关。但对这一问题的深入研究主要归功于60年代后免疫化学研究中合成多肽抗原的应用，对H-2的深入了解以及同类系和H-2内重组株小鼠的建立。

（一）MHC对免疫应答遗传控制研究的基本条件

1.人工合成多肽抗原 化学合成多肽抗原主要有以下两类：

（1）合成分枝多肽抗原：它是以线状的多聚赖氨酸（L）联上多聚丙氨酸（A）的侧链，形成A-L骨架结构，然后再在丙氨酸链上偶联不同的氨基酸，形成具有不同抗原特异性的分枝多肽抗原。最常用的是（T，G）-A-L，（H，G）-A-L和（φ，G）-A-L等（图6-14）。抗原特异性由末端氨基酸所决定，侧枝和主干起载体的作用。

图6-13　MHC与胸腺的选择作用

（2）线状多肽抗原：这是几种氨基酸按不同比例和数量结合而成的线状多肽，具有较强的抗原性，如GLφ等。单种氨基酸组成的均一多肽抗原性很弱，但偶联上半抗原后则是很好的免疫原，例如多聚赖氨酸（PLL）与DNP偶联形成的DNP-PLL被广泛用于豚鼠免疫应答遗传控制的研究。

2.同类系小鼠（congenic mice）是遗传北景完合相同，只是所需研究的那个基因不同的小鼠。建立同类系小鼠是诺贝尔获得者Snell对免疫遗传学作用出的突出贡献。有了同类系小鼠和人工合成多肽抗原，就可以深入研究免疫应答的基因控制以及与MHC的关系。同类系小鼠的培育的方法见图6-15。

首先近交系（inbredstrain）A品系小鼠与另一个近交系B品系小鼠进行交配，A品系MHC是a/a纯合（homozygous）的，B品系MHC是b/b纯合的。A与B品系杂交的子一代（F1）全部是a/b杂合状态的。然后将F1小鼠与亲本A品系进行回交（backcross），其子代一半为a/a，另一半为a/b,a/b杂合状态小鼠的皮片移植到A品系小鼠后迅速被排斥，而a/a子代小鼠的皮片移植到A品系小鼠后并不迅速被排斥。将通过皮片移植后发生迅速排所鉴定的a/b杂合小鼠又与A品系小鼠进行回交，其子代一半为a/a，另一半为a/b，再用上述皮片移植排斥反应的方法鉴定出a/a或a/b，将a/b杂合不再与A品系小鼠进行回交。如此继续20代后，a/b杂合小b等位基因仍然保留，但原来B品系小鼠中其它的遗传座位都消失了，正如连续稀释（serial dilution）一样，F1小鼠保留了B品系基因的50%，回交后第一代平均只保留了B品系基因的25%，这样经过20次回交后除了保留B品系的MHC等位基因（b）以外，其余B品系的基因（非MHC基因）都消失。也就是说，经过如此20代回交后a/b小鼠，除了第17号染色体上的MHC是a/b杂合以外，其余的遗传背景（除17号染色体MHC以外和其余39对染色体）均与A品系相同。将经过20代回交的a/b小鼠进行品种间杂交（interbreed）或称史妹交配，其子代的MHC基因25%是a/a纯合，25%是b/b纯合，50%是a/b杂合的。其中b/b纯合小鼠皮片移植的A品系小鼠后即发生迅速的排斥。用b/b纯合小鼠进行品种间杂交，培育出一个新的品系即MHC基因位点上与B品系相同，而其它所有的遗传背景与A品系相同，我们可称作这个品系小鼠与A品系是同类系（congenic to strain A）,或者叫做在A遗传背景的B MHC。常用同类系小鼠单体型见表6-7。

图6-14　合成分枝多肽抗原示意

注：（T，G）-A--L：（多聚酪氨酸，多聚谷氨酸）-多聚丙氨酸-多聚赖氨酸

（H，G）-A--L：（多聚酪氨酸，多聚谷氨酸）-多聚丙氨酸-多聚赖氨酸

（φ，G）-A--L：（多聚酪氨酸，多聚谷氨酸）-多聚丙氨酸-多聚赖氨酸

L：L型，D：D型

3.H-2内重组株　通过不同的同类系杂交，根据交换重组定律，在杂交后代中选择新的H-2内重组体（interH-2recombinants）。不同的重组株在H-2内的一些基因位点具有不同的等位基因，即H-2单体型（haplotype）不同。

例如品系A，B10.A单体型为a，它是由H-2k和H-2d两个双亲单体型的I-E亚区和S区之间发生交换重组而产生（表6-8）。H-2内重组株（举例）参见表6-9。

表6-7　常用同类系小鼠的单体型（标准品系，type strains）

图6-15　同类系小鼠培育的方法

表6-8　A.B10.AH-2内重组株的产生

表6-9 H-2内重组株（举例）