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细胞因子在自身免疫病中的应用价值
文章来源：中华检验医学杂志, 2023, 46(11): 1139-1144
细胞因子是免疫原、丝裂原或其他刺激剂诱导多种细胞产生的，能在细胞间传递信息、具有免疫调节和效应功能的低分子量可溶性蛋白质。目前常用的细胞因子检测方法包括生物活性检测法、免疫学检测法和分子生物学方法。细胞因子参与了众多自身免疫病的发生发展，不仅可以作为疾病重要的生物标志物，还能够用于不同自身免疫病的鉴别诊断，是疾病临床过程监测及预后的重要靶点。此外，针对细胞因子的抗体和小分子抑制剂被逐步应用于临床，也为自身免疫病提供了更安全有效的治疗策略。本文论述了不同细胞因子在自身免疫病中的作用。
细胞因子是由免疫细胞（单核-巨噬细胞、T细胞、B细胞、自然杀伤细胞等）和某些非免疫细胞（内皮细胞、表皮细胞、纤维母细胞等）经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，通过结合相应受体发挥调节固有免疫和适应性免疫、血细胞生成、细胞生长以及损伤组织修复等多种功能。细胞因子种类繁多，包括白细胞介素（interleukin，IL）、干扰素（interferon，IFN）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony-stimulating factor，CSF）、趋化因子、生长因子等，其生物学活性也复杂多样 ［ 1 , 2 , 3 , 4 ］ 。众多细胞因子在体内通过旁分泌、自分泌或内分泌等方式发挥作用，具有多效性、重叠性、拮抗性、协同性等多种生理特性，形成了十分复杂的细胞因子调节网络。
随着对细胞因子研究的增多，出现了许多新的细胞因子检测方法，目前常用的主要有生物活性检测法、免疫学检测法和分子生物学方法。生物活性检测法的原理基于细胞因子能够以相对低的浓度结合特定的细胞膜受体并对细胞起生物活性作用。根据细胞因子发挥的生物活性作用的不同，生物活性检测法又可分为细胞增殖和增殖抑制测定法、靶细胞杀伤法、抗病毒活性测定法、趋化活性测定法和细胞因子诱导产物分析法。由于生物活性检测法的特异性较低，免疫学检测法逐渐被开发出来用于量化特定的细胞因子。免疫学检测法的原理是基于抗原与抗体的特异性结合，再联合酶、同位素、荧光标记等技术，实现对细胞因子定性或定量的测定。目前常用的免疫学检测方法包括酶联免疫吸附实验、放射免疫分析及免疫放射分析等。分子生物学检测法是目前检测细胞因子的重要方法，其被测物并不是细胞因子本身，而是特定细胞因子的基因表达，通常是信使核糖核酸，检测方法主要有Northern印迹、逆转录-聚合酶链反应、原位杂交及核糖核酸酶保护分析等。生物活性检测法的灵敏度较高，但特异性较低，且测定的均是具有生物活性的细胞因子，因此不能测定细胞因子前体或其降解产物、与可溶性受体结合的细胞因子、细胞因子聚合物等。免疫学检测法操作简单快速、重复性好、特异性高、敏感性高、易于标准化。但所测定的结果只代表细胞因子的量，不能区分细胞因子的活性和非活性状态。分子生物学检测法是目前检测细胞因子灵敏度最高的方法，但也存在一定的局限性。由于该法灵敏度较高等原因极易出现假阳性结果，因此每次实验都应设立阴性对照。此外，有的细胞因子可表达信使核糖核酸，但并不翻译，使分子生物学检测法的结果与生物活性或免疫学检测法检测的结果并不一致。因此在实际应用中各种检测方法不能随意地互相替代，联合应用较好。
自身免疫性疾病是指机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病，许多疾病相继被列为自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）、类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、硬皮病、混合型结缔组织病等 ［ 5 , 6 , 7 , 8 ］ 。众多研究表明，细胞因子在自身免疫性疾病中的作用是多方面的，这体现在不同的细胞因子参与着不同的自身免疫性疾病过程，同一种细胞因子在不同的自身免疫性疾病中的作用也不尽相同。因此，本综述对几种常见的细胞因子与自身免疫性疾病关系的研究进展作一介绍，从而为自身免疫性疾病寻找更加有效的诊断和治疗靶点提供参考。
一、IL在自身免疫病中的作用
IL是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子，功能复杂、成网络，目前至少发现了38个IL，分别命名为IL-1~IL-38，在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥重要作用，此外它们还参与机体的多种生理及病理反应。
IL-17是一种促炎细胞因子，参与多种自身免疫性疾病的发生发展，例如，SLE ［ 9 ］ 、RA ［ 10 ］ 、银屑病 ［ 11 ］ 、克罗恩病 ［ 12 ］ 等。研究表明，在 SLE患者的外周血和炎症器官中产生 IL-17的T 细胞数量增加 ［ 13 ］ 。与非活动性疾病患者相比，新发患者和 SLE发作期间的血浆 IL-17浓度也有所增加 ［ 13 ］ ，且与疾病的严重程度相关 ［ 14 ］ 。已证实 IL-17可导致 RA 患者关节发炎，并可在发炎的滑膜中局部产生，且在关节内发现细胞因子环境能够促进辅助性T细胞17（T helper cell 17，Th17）的分化 ［ 15 ］ 。此外，与成年RA患者相似，幼年特发性关节炎患者的关节微环境也促进了Th17的分化 ［ 16 ］ 。这些研究都证明了Th17和IL-17在疾病发病机制中的关键作用。因此，自身免疫性疾病的活动性或严重程度与患者外周血或其他体液中IL-17浓度以及Th17细胞和Th1/Th17百分比之间的相关性可能成为自身免疫性疾病临床过程监测、治疗及预后判断的重要靶点。
IL-2是一种分泌型单体糖蛋白，由149个氨基酸组成，含有20个氨基酸的信号肽，被归类为Ⅰ型细胞因子家族的成员 ［ 17 ］ 。IL-2具有许多生物学作用，包括诱导自然杀伤细胞增殖、增加细胞溶解活性、促进抗体生成和B细胞的增殖等。在最近几年的研究中，IL-2作为自身免疫性疾病的治疗药物引起了人们的兴趣。目前，多项研究已经证实了IL-2在1型糖尿病、SLE和移植物抗宿主病等自身免疫性疾病中的治疗作用 ［ 18 , 19 , 20 ］ 。虽然IL-2具有相当大的治疗价值，然而，确定合适的IL-2剂量以优化临床疗效仍然是一个难题。为此，开发影响IL-2对特定细胞类型活性的方法非常重要，已经使用的方法包括使用IL-2/抗IL-2复合物和IL-2结合物。从发现和鉴定到现在，IL-2在自身免疫性疾病过程中显示出广泛的参与和相关性，因此，它有潜力成为治疗自身免疫性疾病的关键分子。然而，仍需要新的策略来克服目前IL-2的局限性，例如高剂量IL-2的高不良反应发生率，对新型IL-2嵌合体或结合物的研究可能会带来更先进的治疗方法。
二、TNF-α在自身免疫病中的作用
TNF-α是正常免疫反应的关键成分，能激活免疫系统进行调节。然而，TNF-α信号的不当或过度激活与慢性炎症相关，并最终导致病理并发症，如自身免疫性疾病的发生。
TNF-α被认为是RA发病机制中的主要炎症细胞因子，在RA患者中发现频率很高。在RA中，Th1细胞和巨噬细胞分泌的TNF-α激活滑膜成纤维细胞，促进表皮增生，并招募炎症细胞 ［ 21 ］ 。在各种细胞因子（包括IL-1、IL-6和TNF-α）激活后，滑膜成纤维细胞过度表达组织蛋白酶和基质金属蛋白酶，随后胶原和蛋白多糖分解，最终导致软骨和骨骼遭到破坏，并发生关节侵蚀 ［ 22 ］ 。炎症性肠病是一组局限于胃肠道的自身免疫性疾病，克罗恩病和溃疡性结肠炎是炎症性肠病的主要类型。在炎症性肠病中，TNF-α与IL-1、IL-6和IL-17等其他细胞因子由Th1细胞分泌 ［ 23 ］ 。这些细胞因子能够在肠道内积聚肠成纤维细胞、中性粒细胞和巨噬细胞。累积的肠成纤维细胞导致肠纤维化，从而导致肠狭窄的形成。肠内积聚的中性粒细胞分泌弹性蛋白酶，诱导基质降解。最后，肠内累积的巨噬细胞产生TNF-α、IL-1和IL-6，最终导致肠基质降解、上皮损伤、内皮激活和血管破坏 ［ 24 ］ 。此外，银屑病关节炎、牛皮癣和非感染性葡萄膜炎（non-infectious uveitis，NIU）等自身免疫病也与TNF-α的过度产生有关 ［ 25 , 26 , 27 ］ 。
由于TNF-α参与了自身免疫性疾病的发病机制，TNF-α抑制剂已成功开发并应用于克罗恩病和RA等自身免疫病的临床治疗 ［ 28 , 29 ］ 。治疗药物通过阻断TNF-α与TNFR1/2的相互作用起到拮抗剂的作用，或者在某些情况下，通过刺激反向信号传导作为激动剂，导致产生TNF-β的免疫细胞凋亡 ［ 30 ］ 。目前，越来越多的TNF-α抑制剂已被批准用于临床，例如依那西普、英夫利昔单抗、阿达木单抗、戈利单抗和培塞利珠单抗等。甚至许多研究机构和公司正在开发治疗药物的生物仿制药，因此TNF-α抑制剂的市场前景广阔。可以预测，在不久的将来，人们将更加重视对TNF-α细胞因子的理解和深入研究，以开发治疗自身免疫性疾病的有效工具。
三、IFN-Ⅰs在自身免疫病中的作用
IFN-Ⅰs是一组非常重要的细胞因子，参与先天免疫和适应性免疫系统，尤其在抗病毒活性和癌症免疫监测中发挥重要作用 ［ 31 , 32 ］ ，也与自身免疫性疾病的发生和维持有关。研究表明，自身免疫性疾病患者血清或组织中异常表达的IFN-Ⅰs和/或Ⅰ型IFN诱导基因特征与其发病机制、临床表现和疾病活动有关。
研究发现，丙型肝炎或恶性肿瘤患者接受IFN-α治疗后可能会出现自身免疫性疾病，如自身免疫性甲状腺疾病和SLE样综合征 ［ 33 , 34 ］ 。RA和皮肌炎患者的IFN-Ⅰs信号也增加，且在RA患者的外周血中也可以检测到IFN-Ⅰs ［ 35 ］ 。临床试验数据表明，高IFN-Ⅰs信号可以作为预测RA高危个体的生物标志物 ［ 36 ］ 。系统性硬化症也称为硬皮病，其特征是皮肤、内脏器官的纤维化和功能障碍以及血管病 ［ 37 ］ 。研究表明，IFN-Ⅰs的水平与系统性硬化症患者的皮肤、肺和骨骼肌的严重症状有关 ［ 38 ］ 。
随着对IFN-Ⅰs信号通路在自身免疫性疾病中的意义的关注，抗体和小分子抑制剂被设计为靶向IFN-Ⅰs信号通路以治疗自身免疫性疾病，例如靶向IFN-α或IFNAR、pDC、Toll样受体及其下游通路的治疗，使用这些治疗的临床试验已经产生了积极的结果。几种阻断IFN-Ⅰs信号通路中特定分子的抑制剂，如用于治疗RA的托法西尼和巴里西尼，已获得FDA/EMA的许可，目前正在进行临床试验 ［ 39 ］ 。此外，许多靶向抑制剂已经完成或进入了Ⅲ期临床试验，包括用于SLE治疗的抗IFNAR1单抗阿尼鲁 ［ 40 , 41 ］ 、JAK1/JAK2抑制剂巴瑞克替尼 ［ 42 ］ ，以及用于RA治疗的JAK1抑制剂乌帕替尼和非洛替尼 ［ 43 , 44 ］ 。
总之，IFN-Ⅰs在自身免疫性疾病的发病机制和治疗中具有重要意义。许多靶向IFN-Ⅰs信号通路的抑制剂在治疗自身免疫性疾病的临床试验中显示出积极的成果。因此，进一步探讨IFN-Ⅰs在自身免疫性疾病中的作用以开发更有效和安全的治疗方法是非常重要的。
四、趋化因子在自身免疫病中的作用
趋化因子是一类由细胞分泌的，具有诱导附近反应细胞定向趋化能力的小细胞因子或信号蛋白，在机体的防御和炎症反应等方面起着重要的调节作用。在趋化因子的分子中通常有4个保守的半胱氨酸（C），这些半胱氨酸通过二硫键形成特殊的三级结构。根据靠近分子氨基酸（N端）的前两个C间是否插入其他氨基酸，将它们分成4个亚类：CXC类（插入1个氨基酸残基）；CC类（不插入其他氨基酸残基）；CX3C类（插入3个其他氨基酸）；C类（N端仅1个C），所有这些蛋白都通过与G蛋白连接的跨膜受体（称为趋化因子受体）相互作用来发挥其生物学效应。由于其广泛的细胞来源和生物学效应，趋化因子及其受体可能在多种疾病，特别是自身免疫病的发生和发展中起着重要的作用。
多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）是年轻人继创伤性损伤之后的第二常见的致残疾病 ［ 45 ］ ，被归类为中枢神经系统的慢性脱髓鞘炎症性疾病，是一种常见的自身免疫病。MS患者的病程差异很大，从长期良性病程到迅速恶化的高度活跃状态 ［ 46 ］ 。快速、准确的诊断以及对较差预后的危险因素的识别对于建立及时有效的治疗方法至关重要，从而可以显著改变病程。Lucchini等 ［ 47 ］ 的研究表明，MS患者脑脊液中CXCL13是非常好的预后生物标志物，CXCL13浓度较高的患者在临床和放射学活动中有更高的风险，因此可以辅助初步治疗选择。另外，Puthenparampil等 ［ 48 ］ 的研究还发现，在MS患者的脑脊液中，ccl-2尤其是ccl-3的表达显著增加，这些细胞因子与MS诊断和白质WM病变体积相关，是疾病活动的预测因素。除此之外，还有许多趋化因子与MS的发生发展密切相关，例如，在MS活动性和静止性病变周围的少突胶质细胞上检测到CXCL8受体，而肥大性星形胶质细胞在活动性MS病变中对CXCL8染色强烈 ［ 49 ］ ；在MS活动性脱髓鞘病变中，CXCL10主要由巨噬细胞（存在于斑块内）和周围实质中的反应性星形胶质细胞表达 ［ 50 ］ ；CXCL12在正常成人中枢神经系统中广泛且低水平表达。在活动性人类 MS斑块中的反应性星形胶质细胞和内皮细胞中，CXCL12的表达水平显著增加 ［ 51 ］ 。除了可以作为MS的生物标志物外，趋化因子还可用于自身免疫病的鉴别诊断。皮肌炎和抗合成酶综合征是2种不同的系统性自身免疫疾病，有着不同的预后和对治疗的反应 ［ 52 , 53 , 54 ］ 。然而在临床和病理表现上却很难区分这2种疾病，因此，正确的鉴别诊断十分重要。Wang等 ［ 55 ］ 研究并比较了皮肌炎和抗合成酶综合征患者的血清细胞因子/生化因子谱，结果显示，cxc13是用于鉴别皮肌炎和抗合成酶综合征最准确的标记物。
五、其他细胞因子在自身免疫病中的应用
除上述提到的4类外，细胞因子还包括集落刺激因子（colony-stimulating factor，CSF）、生长因子、转化生长因子-β家族等。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）是祖细胞发育成粒细胞和巨噬细胞的诱导剂，作用于骨髓不同发育阶段的造血干细胞、急性髓样白血病细胞、内皮细胞、单核巨噬细胞、多形核白细胞和嗜酸性粒细胞等，是促进骨髓粒细胞系、单核细胞系、巨核细胞系的发育和成熟及增强外周血成熟的粒细胞、单核细胞功能的主要造血调节因子 ［ 56 ］ 。近年来，不断的实验证据证实了GM-CSF在炎症反应与自身免疫疾病中有重要作用 ［ 57 ］ 。GM-CSF缺失/耗尽方法已出现重要的临床前数据，表明GM-CSF是许多炎症/自身免疫性疾病的潜在靶点 ［ 58 ］ 。针对GM-CSF或其受体的临床试验显示出较好的疗效和安全性，特别是在类风湿性关节炎方面 ［ 10 ］ 。
生长/分化因子-15（growth differentiation factor，GDF-15），也称为巨噬细胞抑制细胞因子-1，是转化生长因子-β超家族的一个成员。GDF-15水平高度升高主要与病理状况有关，包括炎症、心肌缺血、癌症、自身免疫病等。研究表明，RA患者经常表现出 GDF-15水平升高，这与红细胞沉降率水平、晨僵、关节压痛计数和颈动脉内膜中层厚度等症状相关 ［ 59 ］ 。此外，在1型糖尿病中，β细胞中GDF-15活性升高，并且GDF-15被提议作为1型糖尿病的生物标志物 ［ 60 ］ 。然而，在MS中却显示出完全不同的结果。在一个由48例MS患者组成的纵向随访队列中，GDF-15仅在一小部分患者中升高，这些患者的病程稳定，与平均观察值相比没有复发或进一步的病情恶化 ［ 61 ］ 。因此，在MS中，GDF-15似乎是疾病稳定病程而非严重程度的生物标志物，可能的因果关系或功能关系仍有待研究。
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