《細(xì)胞和分子免疫學(xué)》 （一）IL-1

IL-1是一種單核因子。1972年Gery等發(fā)現(xiàn)人白細(xì)胞培養(yǎng)的上清中含有一種可溶性物質(zhì)，這種物質(zhì)可促進(jìn)小鼠胸腺細(xì)胞對(duì)植物血凝素（PHA）的有絲分裂反應(yīng)。起初命名為淋巴細(xì)胞激活因子（lymphocyte-activatingfactor,LAF)或內(nèi)源性熱原質(zhì)（endogenous pyrogen)、破骨細(xì)胞激活因子（osteoclast activating factor)、黑素瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制因子（melanomagrowth inhibitory factor)等，1979年國(guó)際統(tǒng)一命名為IL-1。

1.IL-1的產(chǎn)生　IL-1可由多種細(xì)胞合成和分泌。

（1）單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞（如腹腔粘連細(xì)胞peritoneal cell,PC)、樹突狀細(xì)胞等在攝取抗原抗體復(fù)合物后或在抗原提呈過程中可產(chǎn)生IL-1。在大多數(shù)刺激劑刺激外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMC)條件下，IL-1βmRNA水平要高于IL-1αmRNa 20～25倍。

（2）小鼠巨噬細(xì)胞細(xì)胞系P388D1、J774、PU5-1.8、WEHI-3以及人前單核細(xì)胞株U937等在脂多糖（LPS）刺激后都能分泌大量的IL-1。

（3）表皮細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、腦膠質(zhì)星狀細(xì)胞、腎小球系膜細(xì)胞（mesangial cell）、滑膜襯里細(xì)胞（synovial lining cell）、平滑肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、胎盤細(xì)胞、白血病細(xì)胞、PMN等在某些條件下亦可產(chǎn)生IL-1。

許多因素可以直接影響單核-巨噬細(xì)胞IL-1的分泌：①細(xì)胞因子如巨噬細(xì)胞激活因子（MAF）、集落刺激因子（CSF）、IFN-α、IFN-γ對(duì)IL-1產(chǎn)生具有增強(qiáng)作用。②LPS、PPD、BCG和李斯特菌，葡萄球菌、鏈球菌外毒素，活病毒等也是IL-1產(chǎn)生的刺激劑。在外周血中20pg/ml內(nèi)毒素刺激單核細(xì)胞即可產(chǎn)生IL-1，因此在一般培養(yǎng)條件下，由于微量?jī)?nèi)毒素的污染可刺激單核細(xì)胞分泌IL-1。10ng/mlLPS可使單核細(xì)胞合成IL-1增加100倍。③蛋白激酶C（PKC）的激活劑乙酸肉豆蔻佛波醇（phorbol myristateacetate,PMA)以及鈣離子載體（calcium ionophore)如A23187均具有強(qiáng)烈的刺激作用。④皮質(zhì)類固醇和前列腺素則對(duì)IL-1的產(chǎn)生有抑制作用。

2.IL-1的分子結(jié)構(gòu)和基因　完整的人IL-1α和IL-1β基因組分別為10.5kb和7.8kb。人和小鼠IL-1基因定位于2號(hào)染色體，均含7個(gè)外顯子。IL-1前體(ProIL-1)為31kDa，通過蛋白水解酶裂解形成成熟的IL-1分子。IL-1在不同種屬中有較高同源性。在氨基酸水平上，IL-1α和IL-1β在不同種屬同源性分別為60%～70%和75%～78%；但在同一種屬中IL-1α與IL-1β同源性只有25%。人IL-1α（PI5.0）和IL-1β（P17.0）分別由159和153個(gè)氨基酸殘基組成，分子量約17.5kDa，同源性為28%。IL-1對(duì)糜蛋白酶敏感。不同細(xì)胞所產(chǎn)生IL-1的等電點(diǎn)可有所差異。

3.IL-1的受體　T細(xì)胞、成纖維細(xì)胞表面IL-1受體為80kDa，而B細(xì)胞則為68kDa。編碼這兩種IL-1受體是不同基因產(chǎn)物。P80IL-1R稱為IL-1RtI（CDw121a),P68IL-IR稱為IL-1RtⅡ（CDw121b)。

表4-1　IL-1 Rt Ⅰ和IL-1RtⅡ的比較

IL-1 RtⅠIL-1RtⅡ結(jié)構(gòu)同源性Ig超家族（3個(gè)C2區(qū)）Ig超家族（3個(gè)C2區(qū)）分子量（kDa)8068氨基酸數(shù)目549384胞膜外319329穿膜2026胞漿內(nèi)21329主要分布細(xì)胞廣泛，T細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等EBV轉(zhuǎn)化B細(xì)胞、Raji、PMN、骨髓細(xì)胞等與配體結(jié)合結(jié)合能力IL-1α>IL-1βIL-1β>IL-1α絲氨酸/蘇氨酸+（信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)）（功能尚不清）殘基磷酸化配體受體結(jié)合后變化易內(nèi)化易降解

（1）IL-1RtⅠ：IL-1RtⅠ cDNA克隆在人和鼠均已獲得成功。IL-1RtⅠ為穿膜蛋白，胞膜外區(qū)有3個(gè)結(jié)構(gòu)域?qū)倜庖咔虻鞍壮易?，穿膜區(qū)有20個(gè)氨基酸殘基，胞漿區(qū)含有絲氨酸和蘇氨酸殘基，當(dāng)IL-1與IL-1RtⅠ結(jié)合后絲氨酸和蘇氨酸很快被磷酸化。通過基因轉(zhuǎn)染Hela細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，IL-1RtⅠN端2個(gè)結(jié)構(gòu)域與配體結(jié)合有關(guān)。針對(duì)N端17個(gè)氨基酸片段的McAb能阻斷IL-1RtⅠ與IL-1結(jié)合。IL-1與IL-RtⅠ結(jié)合后即發(fā)生內(nèi)化（internalization)。成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞主要表達(dá)IL-1RtⅠ。一般來(lái)說(shuō)，IL-1RtⅠ可與IL-1α和IL-1β相結(jié)合，但I(xiàn)L-1α與Ⅰ型受體結(jié)合能力較高，而IL-1β與Ⅱ型受體結(jié)合較高。IL-1與不同種屬不同細(xì)胞結(jié)合后的生物學(xué)效應(yīng)有所差別，如人和鼠IL-1α結(jié)合到人內(nèi)皮細(xì)胞上的親和力相同，但產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)不完全相同?？笽L-1RtⅠMcAb在體內(nèi)和體外均可抑制IL-1在生物學(xué)效應(yīng)。

（2）IL-1RtⅡ：主要分布于EBV轉(zhuǎn)化的B細(xì)胞、Raji細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、胎盤、Th2克隆、活化T細(xì)胞、PMN和骨髓細(xì)胞等。胞膜外區(qū)有3個(gè)結(jié)構(gòu)域?qū)倜庖咔虻鞍壮易澹cIL-1RtⅠ之間有28%氨基酸同源性，穿膜區(qū)有更高的同源性，但胞漿區(qū)要比Ⅰ型受體短，可能在介導(dǎo)信號(hào)傳遞上有差別。IL-1與IL-1RtⅡ結(jié)合后易發(fā)生降解而不象IL-1RtⅠ那樣發(fā)生內(nèi)化。IL-1RtⅡ經(jīng)蛋白水解酶水解后可形成可溶性的IL-1結(jié)合蛋白（soluble IL-1 binding protein,sIL-1BP)，46kDa，與IL-1β有較高親和力，在自然情況下sIL-1BP是IL-1β的抑制劑?？扇苄訧L-1R（solubleIL-1 receptor,sIL-1R)可有效防止小鼠心臟移植排斥反應(yīng)，減輕Lewis大鼠的實(shí)驗(yàn)性關(guān)節(jié)炎和過敏性大腦炎。

在T細(xì)胞中，CD4陽(yáng)性細(xì)胞亞群IL-1受體表達(dá)要高于CD8陽(yáng)性T細(xì)胞亞群。以小鼠胸腺瘤細(xì)胞系EL-4為模型，發(fā)現(xiàn)IL-1α和IL-1β可結(jié)合到相同的高親和力受體。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)聯(lián)合免疫缺陷病人的T細(xì)胞表達(dá)IL-1R缺陷，對(duì)抗原刺激不發(fā)生增殖反應(yīng)，也不產(chǎn)生IL-2，病人易患機(jī)會(huì)致病菌感染。

4.IL-1受體拮抗物　在某些白血病患者血清和尿中以及單核細(xì)胞培養(yǎng)上清中發(fā)現(xiàn)一種多肽性質(zhì)的IL-1特異性抑制因子，稱為IL-1受體拮抗物（interleukin 1 receptorantagonist,IL-1ra),又稱IL-1受體拮抗蛋白（IL-1 receptor antagonist protein, IRAP)。

（1）IL-1ra的產(chǎn)生：IL-1ra體外可由LPS刺激的單核細(xì)胞，PMA、PHA、CSF刺激的單核細(xì)胞系產(chǎn)生。

（2）IL-1ra分子的結(jié)構(gòu)和基因：IL-ra基因克隆1990年獲得成功，編碼人IL-1α、IL-1β和IL-1ra基因都定位于2號(hào)染色體。IL-1racDNA編碼的多肽為17kDa，糖基化后分子量為25kDa，但糖基對(duì)IL-1ra活性并非必需。未成熟的IL-1ra分子為177個(gè)氨基酸殘基的肽鏈，N端25個(gè)氨基酸多為疏水性氨基酸，構(gòu)成典型的信號(hào)肽順序。成熟分子由152個(gè)氨基酸殘基組成。在65、68、116及122位上有4個(gè)保守的半胱氨酸殘基，Cys65-116，Cys68-122間形成鏈內(nèi)二硫鍵。從cDNA推算的氨基酸序列IL-1ra與IL-1α和IL-1β分別有19%和26%的同源性，人和小鼠的IL-1ra有77%同源性。

（3）IL-1ra的生物學(xué)作用：IL-1ra能特異性地抑制T細(xì)胞表面IL-1R與IL-1結(jié)合，但不抑制TNF或IL-2與相應(yīng)受體的結(jié)合。IL-1ra不與IL-1直接結(jié)合，而是一種IL-1與IL-1R相互結(jié)合的競(jìng)爭(zhēng)性抑制物。rIL-1ra與Ⅰ型和Ⅱ型IL-1R都能結(jié)合，但與IL-1RtⅠ結(jié)合的親和力要高于與IL-1RtⅡ結(jié)合的親和力。rIL-1ra、rIL-1α、rIL-1β與IL-1RtⅠ結(jié)合的親和力比較相近，但rIL-1ra、rIL-1α與IL-1RtⅡ結(jié)合的親和力要低于rIL-1β與IL-1RtⅡ結(jié)合的親和力。IL-1ra能抑制IL-1刺激滑膜細(xì)胞PGE2的產(chǎn)生和軟骨細(xì)胞膠原酶合成，抑制胸腺細(xì)胞的增殖以及中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附。在體內(nèi)可抑制IL-1引起的發(fā)熱。IL-1ra可結(jié)合T細(xì)胞和成纖維細(xì)胞表面IL-1RtⅠ,也能抑制IL-1與PMN、B細(xì)胞、髓樣單核細(xì)胞白血病細(xì)胞IL-1RtⅡ的結(jié)合。IL-1ra可抑制PBMC、骨髓細(xì)胞衍生的髓樣淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞自發(fā)增殖和自發(fā)產(chǎn)生IL-1、IL-6和GM-CSF。在體內(nèi)，IL-1ra可阻止LPS引起的家兔死亡，減輕免疫復(fù)合物所誘導(dǎo)的炎癥，抑制小鼠骨髓移植后GVHR的發(fā)生，提高存活率，此外，還可防治動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性潰瘍性結(jié)腸炎。

（4）IL-1ra與臨床：正常人血清IL-1ra水平在200pg/ml以下，感染、炎癥以及內(nèi)毒素血癥病人血清中IL-1ra水平可升高到8ng/ml。應(yīng)用IL-1ra治療敗血癥已進(jìn)入Ⅲ期臨床驗(yàn)證，死亡率明顯下降。此外IL-1ra治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎也已開始在臨床驗(yàn)證。IL-1ra在體內(nèi)的副作用很小，但應(yīng)用劑量較大，阻斷IL－1　50%生物學(xué)效應(yīng)時(shí)所用IL-1ra的用量是IL-1用量的10～500倍。

5.IL-1的生物學(xué)作用　IL-1具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用，并有致熱和介導(dǎo)炎癥的作用，它的生物學(xué)功能是通過與相應(yīng)高親和力受體結(jié)合而介導(dǎo)的，IL-1生理?xiàng)l件下的濃度僅在10-12～10-14M之間。IL-1作用無(wú)明顯的種屬特異性，人IL-1可作用于小鼠源性的細(xì)胞。主要表達(dá)IL-1RtⅡ的細(xì)胞似乎比表達(dá)IL-1RtⅠ細(xì)胞相對(duì)有種屬特異性。

（1）促進(jìn)胸腺細(xì)胞、T細(xì)胞的活化、增殖和分化：T細(xì)胞經(jīng)抗原、有絲分裂原或抗TCR/CD3刺激后表達(dá)IL-1受體，在IL-1作用下T細(xì)胞被活化，由G期進(jìn)入G1期?；罨蟮腡細(xì)胞分泌IL-2、IFN-γ、GM-CSF、IL-4等細(xì)胞因子，并表達(dá)IL-2受體進(jìn)而T發(fā)生增殖和分化。IL-1還可增加T細(xì)胞表面MHCⅡ類抗原的表達(dá)。IL-1能誘導(dǎo)殺傷性T淋巴細(xì)胞（CTL）的分化，在混合淋巴細(xì)胞培養(yǎng)（MLC）中，IL-1誘導(dǎo)CTL的產(chǎn)生可能是通過促進(jìn)T細(xì)胞分泌IL-2和IFN-γ。IL-6可協(xié)同IL-1活化T細(xì)胞和刺激IL-2的產(chǎn)生。

（2）促進(jìn)B細(xì)胞功能：協(xié)同IL-4等細(xì)胞因子刺激B細(xì)胞的增殖和分化，促進(jìn)免疫球蛋白的合成和分泌，這種作用可能是通過IL-1誘導(dǎo)PBMC產(chǎn)生IL-6而介導(dǎo)的。

（3）刺激骨髓多能干細(xì)胞的增殖：現(xiàn)已證實(shí)IL-1與Stanley(1986)報(bào)道的血細(xì)胞生成素-1（hemopoietin-1)是同一種分子。IL-1刺激造血細(xì)胞和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生CSF，增加造血細(xì)胞CSF受體的數(shù)量，并協(xié)同IL-3、IL-6、G-CSF、M-CSF、GM-CSF、SCF等因子刺激造血功能，對(duì)粒單系祖細(xì)胞和巨核系祖細(xì)胞均有刺激作用。此外，IL-1可刺激干細(xì)胞產(chǎn)生SCF，IL-1本身可作用早期干細(xì)胞，激活干細(xì)胞從Go期進(jìn)入增殖周期。IL-1能預(yù)防化療造成的骨髓抑制已進(jìn)入臨床Ⅱ期驗(yàn)證。

（4）增強(qiáng)NK細(xì)胞的殺傷活性：通過提高NK細(xì)胞對(duì)IL-2等細(xì)胞因子的敏感性增強(qiáng)其殺傷活性，IL-1與IL-2或IFN有協(xié)同刺激NK細(xì)胞活性的作用。

（5）促進(jìn)多種免疫分子的基因表達(dá)：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鏈（Tac)，補(bǔ)體C2、Bf，粘附分子以及c-fos、c-myc和c-jun等原癌基因的表達(dá)。C-fos和C-jun組成活化蛋白-1（AP-1），活化IL-2基因的啟動(dòng)子，誘導(dǎo)B細(xì)胞κ鏈核因子（NF-κB）活化免疫球蛋白κ鏈基因，誘導(dǎo)NF-IL-6轉(zhuǎn)錄因子活化IL-6啟動(dòng)子。

（6）刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-6和TNF，并通過單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-8介導(dǎo)對(duì)中性粒細(xì)胞的趨化作用。此外，IL-1誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活化，刺激中性粒細(xì)胞釋放炎癥蛋白和炎癥介質(zhì)，直接參與炎癥發(fā)生過程。

IL-1與TNF生物學(xué)性質(zhì)，尤其在非免疫性作用方面較為相似（見表4-8）?？筎NF-α中和抗體可預(yù)防內(nèi)毒素引起的休克，同時(shí)降低了IL-1和IL-6水平，表明在某些條件下，IL-1水平受到TNF的調(diào)控。

6.IL-1與臨床

（1）發(fā)熱：IL-1是一種內(nèi)源性熱原質(zhì)（endogenous pyrogen), IL-1引起發(fā)熱作用與內(nèi)毒素不同，IL-1對(duì)熱敏感，反復(fù)注射不產(chǎn)生耐受。IL-1引起發(fā)熱的機(jī)理之一可能是IL-1促進(jìn)單核-巨噬細(xì)胞釋放PGE2，刺激下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞，引起發(fā)熱。阿斯匹林、消炎痛等抑制PGE2的合成，可作為解熱劑。PGE2對(duì)IL-1產(chǎn)生有負(fù)反饋?zhàn)饔?。老齡人或癌癥患者PBMC中單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-1能力低于正常人，可能與感染后不易出現(xiàn)明顯發(fā)熱等臨床癥狀有關(guān)。

（2）促進(jìn)肝細(xì)胞合成急性期蛋白（acute phase protein)：如C-反應(yīng)蛋白、血清淀粉樣A蛋白（serum amyloid a protein,SAA)和α酸性糖蛋白（α-acid glycoprotein，αAGP）以及某些補(bǔ)體的組分，有利于機(jī)體抵抗病原微生物等，是機(jī)體非特異性防御因素之一。低劑量IL-1可提高動(dòng)物對(duì)腦型和惡性瘧疾的抵抗力。

（3）對(duì)間質(zhì)細(xì)胞和其它細(xì)胞的作用：類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)囊內(nèi)巨噬細(xì)胞受到刺激和活化后可分泌IL-1，刺激滑膜細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞分泌大量PGE2、膠原酶和中性蛋白酶等，從而使關(guān)節(jié)中的膠原組織降解，骨質(zhì)吸收，局部血管通透性增加，直接參與關(guān)節(jié)的病理?yè)p傷。多種關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)液中可測(cè)出高水平IL-1。IL-1還可刺激腦組織神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生，形成瘢痕，與癲癇發(fā)作可能有關(guān)。此外，IL-1刺激腎小球系膜細(xì)胞增生，導(dǎo)致腎實(shí)質(zhì)纖維化和慢性腎功衷竭。

（4）抗腫瘤作用：由于IL-1能協(xié)同IL-2、IFN-γ誘導(dǎo)CTL和NK細(xì)胞的殺傷活性，促進(jìn)殺傷細(xì)胞IL-2受體的表達(dá)以及成纖維細(xì)胞分泌IL-6，因此具有抗腫瘤作用。臨床已試用IL-1治療腫瘤。

（5）抗放射作用（radioprotective)：小鼠注射IL-1100ng在950R照射條件下可提高白細(xì)胞水平，延長(zhǎng)存活時(shí)間，能預(yù)防放療造成的骨髓抑制。臨床上已試用IL-1治療骨髓移植。最近在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)IL-1能降低血糖水平，有可能成為治療糖尿病的新藥。