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对于细胞因子,你了解多少?

“细胞因子风暴”这个词越来越火,也有越来越多的人对细胞因子感兴趣,临床上也开始通过监测细胞因子,来辅助疾病诊断、指导用药等。随着细胞因子在感染病、肿瘤、自身免疫性疾病等疾病中的研究越来越多。


细胞因子


细胞因子是由免疫细胞(如单核、巨噬细胞、T细胞、B细胞、NK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。具有调节固有免疫和适应性免疫、血细胞生成、细胞生长、APSC多能细胞以及损伤组织修复等多种功能。


细胞因子可被分为白细胞介素(IL)、干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、集落刺激因子(CSF)、趋化因子、生长因子(GF)等。

细胞因子作用方式

 
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细胞因子的作用特点

多效性:一种细胞因子可以对不同细胞发挥作用
 
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重叠性:两种或两种以上的细胞因子具有同样或类似的生物学作用;
协同性:一种细胞因子可增强另一种细胞因子的功能;
 
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拮抗性:一种细胞因子可抑制另一种细胞因子的功能;
 
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细胞因子是信号分子

细胞因子通过结合细胞表面相应的细胞因子受体而发挥生物学作用。细胞因子与其受体集合后启动复杂的细胞内分子间的相互作用。细胞因子被细胞释放到血液中,可以招募更多的免疫细胞清除病原体,吞噬遭到损伤的细胞,甚至穿透血管壁,细胞因子还可以引发炎症,令被破坏的机体肿胀、发热以及疼痛。

什么是细胞因子风暴?

细胞因子风暴指机体感染微生物后引起体液中多种细胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、MCP-1和IL-8等迅速大量产生的现象,是引起急性呼吸窘迫综合征和多脏器衰竭的重要原因。
 
细胞因子风暴会产生什么影响?
 
细胞因子风暴一旦出现,由于细胞因子的过度分泌,病变部位血管通透性会增大。这一方面会导致病变部位的病原体更易进入血管,另一方面也会加速血管中液体的外渗,从而破坏组织。最终导致身体出现多器官系统的损伤和一系列病理过程,如高热、肺炎、休克和呼吸衰竭等,如果救治不及时,常会造成病人死亡。COVID-19发病过程中会出现的许多症状和相关病理过程,都是细胞因子和细胞因子风暴引发的。
 
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SARS-CoV-2 介导的细胞因子风暴
图片来自参考文献:SARS-CoV-2, an Underestimated Pathogen of the Nervous System
 

细胞因子常用检测项目

 

白介素-1β:IL-1β

可溶性白介素-2受体:sIL-2R

白介素-6:IL-6

白介素-8:IL-8

肿瘤坏死因子-α:TNF-α

 

细胞因子的专家共识/指南

 

01

噬血细胞综合征诊断指南(2004)
02

中国急诊感染性休克临床实践指南(2016)
03

感染相关生物标志物临床意义解读专家共识(2017)
04

噬血细胞综合征诊治中国专家共识(2018)
05

新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第八版修订版)(2020)

06

中国脓毒症早期预防与阻断急诊专家共识(2020)



细胞因子的应用领域

细胞因子在细胞培养中的应用
随着细胞研究的深入,对培养细胞各方面的要求也越来越高。但是由于血清的成分复杂,会对一些高要求的基础研究的结果产生较大的影响,尤其是药物分析、新药研发等方面。而血清中含有一定的细胞毒性物质和抑制物,对细胞分化产生作用,影响某些功能的表达。利用无血清培养基想要使细胞生长状态良好,必须添加一定量的合适的细胞因子,如EPO、NGF、PDGF、EGF、M-CSF等。培养基补充剂如IL-15、IL-7以及IL-21等细胞因子是T\NK免疫细胞增殖分化的主要试剂。因此重组细胞因子也被广泛应用于干细胞分化、类器官培养、细胞凋亡、细胞增值和生长。

细胞因子在感染疾病中的应用

(1)辅助炎症诊断


当机体受到病原微生物(如细菌、病毒等)感染时,免疫细胞会分泌细胞因子来发挥抗炎作用。感染生物标志物专家共识指出,IL-6比降钙素原(PCT)、C-反应蛋白(CRP)要更早升高,且2小时就到达高峰,因此可以使用IL-6来辅助急性感染的早期诊断。IL-6也可用来评价感染严重程度和判断预后,当IL-6>1000μg/L时提示预后不良。


(2)噬血细胞综合征辅助诊断


指南和专家共识皆指出,sIL-2R可以作为噬血细胞综合征(HLH)的辅助诊断标准之一


(3)评估病毒感染患者的病情严重程度


研究发现,乙型肝炎病毒携带者(ASC)组、慢性乙型肝炎(CHB)组、乙型肝炎肝硬化(LC)组和原发性肝癌(HCC)组IL-1β、IL-6及TNF-α水平均显著高于正常对照组。HCC组IL-1β、IL-6水平显著低于ASC组、CHB组、LC组,ASC组TNF-α水平显著低于LC组。


提示,血清IL-1β、IL-6和TNF-α水平或可用于评估慢性乙型肝炎病毒(HBV)感染患者病情的严重程度


细胞因子在新冠肺炎中的应用


中国新冠诊疗方案将细胞因子列入实验室一般检查项目中,并指出IL-6可以作为重症/危重症的早期预警指标




细胞因子在ICU中的应用


(1)脓毒症的快速筛查


脓毒症专家共识(2020)指出:

  • 对于脓毒症高危感染患者,应当定期进行细胞因子监测(2~4 h重复),及时发现可疑脓毒症患者

  • 对严重肺部感染、腹腔感染及泌尿系统感染的患者,应当及时进行细胞因子的筛查,并将细胞因子筛查列入快速确定感染的指标。

图:急诊脓毒症预防流程图


(2)呼吸机相关性肺炎的筛查


呼吸机相关性肺炎(VAP)是最常见的ICU获得性感染之一,现在已有研究证实,支气管肺泡灌洗液中低浓度的IL-1β和IL-8是排除VAP的有效标志物。

IL-1β联合IL-8可以很好地排除VAP,在最佳临界点为1.7616时,其敏感度为100%,特异度为44.3%。这表明,简单地联合IL-1β以及IL-8的水平即可以准确排除 VAP

图:IL-1β 和 IL-8 逻辑回归的线性预测因子的 ROC 曲线


细胞因子在肿瘤中的应用

(1)辅助肿瘤诊断
对可疑卵巢肿块的女性进行两步分诊建模,将 IL-6 > 3.75 pg/ml 作为主要分诊,然后进行常规测试(CA125 或 RMI 评分),以 4.54-3.03% 的错误分类率确定患者的卵巢癌,优于单独使用 CA125 或 RMI(9.09 至 10.60)。提示,在对疑似恶性卵巢肿块的患者分类时,IL-6 与常规检测相结合可能是一种有用的临床生物标志物
表:IL-6 < 3.75 pg/ml与常规测试结合,以区分恶性和非恶性卵巢肿块的诊断性能。


(2)免疫治疗疗效预测


研究人员在四个3期临床研究中测量了1344例接受过nivolumab(PD-1单抗)单药治疗或nivolumab联合ipilimumab(CTLA-4单抗)治疗的患者样本中的血清IL-8水平,这四项临床涵盖了黑色素瘤、鳞状非小细胞肺癌、非鳞状非小细胞肺癌和肾细胞四类肿瘤。

分析结果表明,IL-8的高水平表达与晚期癌症患者的不良预后相关,且会降低免疫检查点抑制剂的临床疗效。因此,血清IL-8水平可以作为接受免疫检查点抑制剂治疗的患者的独立生物标志物。

图:在接受免疫检查点抑制剂治疗的患者中,基线血清IL-8水平与生存率和基线PD-L1水平之间的关联


(3) 化疗预后预测


收集58 名参与前瞻性 2 期一线贝伐珠单抗化疗试验的转移性乳腺癌患者的血液样本,在治疗前、治疗 6 周和 6 个月后以及最后一次研究随访时对样品进行分析。


研究结果发现,当IL-8水平低于16.6pg/ml 中位总体存活 47.5月,大于16.6 pg/ml,则降至20.5月


图:乳腺癌患者的无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)分析

红线表示基线、第 6 周、第 6 个月和研究终止时的血浆 IL-8 水平低于16.6pg/mL。蓝线表示在化疗之前或期间血浆 IL-8 水平的一项或多项测量值高于 16.6 pg/mL。


(4) 手术预后预测


研究分析了54 名接受动脉化疗栓塞 (TACE)治疗的患者IL-6和IL-8 水平。


研究发现,TACE治疗前高IL-6、IL-8水平的肝癌患者,不仅治疗应答情况较差,而且OS获益显著下降。提示,IL-6<13.51 pg/mL和IL-8<36.36 pg/mL的治疗前血清水平可作为 TACE 治疗后客观反应的预测指标

图:治疗前血清 IL-8 和 IL-6 水平可预测 TACE 后的客观反应


细胞因子在自身免疫性疾病中的应用


研究发现,自身免疫性肝炎 (AIH)患者与缓解后和对照组相比,其IL-6、IL-8以及TNF-α水平显著升高。提示,IL-6、IL-8 和 TNF-α可能是AIH活性的生物标志物

图:促炎细胞因子 IL-6、IL-8 和 TNF-α 与自身免疫性肝炎活动期的关系


参考文献:

[1]中国医药教育协会感染疾病专业委员会. 感染相关生物标志物临床意义解读专家共识 [J] . 中华结核和呼吸杂志,2017,40 (4): 243-257. 

[2]胡群, 张小玲. 噬血细胞综合征诊断指南(2004)[J].实用儿科临床杂志,2008,23(3):235-236.

[3]噬血细胞综合征中国专家联盟, 中华医学会儿科学分会血液学组. 噬血细胞综合征诊治中国专家共识 [J] . 中华医学杂志,2018,98 (2): 91-95.

[4]中国医疗保健国际交流促进会急诊医学分会, 中华医学会急诊医学分会, 中国医师协会急诊医师分会, 等.  中国脓毒症早期预防与阻断急诊专家共识 [J] . 中华急诊医学杂志,2020,29 (07): 885-895. 

[5]李彩东, 张旭强, 雷志萍,等. IL-1β,IL-6,TNF-α在慢性HBV感染不同临床病程中的临床意义[J]. 检验医学, 2021, 36(8):790-794.

[6]Hellyer TP, Morris AC,et al.Diagnostic accuracy of pulmonary host inflammatory mediators in the exclusion of ventilator-acquired pneumonia[J].Thorax.2015,70(1):41-7. 

[7]Kampan NC, Madondo MT,et al.Pre-operative sera interleukin-6 in the diagnosis of high-grade serous ovarian cancer[J].Sci Rep.2020,10(1):2213. 

[8]Schalper K A , Carleton M , Zhou M , et al. Elevated serum interleukin-8 is associated with enhanced intratumor neutrophils and reduced clinical benefit of immune-checkpoint inhibitors[J]. Nature medicine, 2020, 26(5):688-692.

[9]Tiainen, L.,et al.Low plasma IL-8 levels during chemotherapy are predictive of excellent Long-term survival in metastatic breast Cancer[J].Clin Breast Cancer.2019,19(4):e522-e533. 

[10]Sven H L, MaximilianInt SH.IL-6 and IL-8 Serum Levels Predict Tumor Response and Overall Survival after TACE for Primary and Secondary Hepatic Malignancies[J].J Mol Sci.2018,19(6):1766. 

[11]Maroua C,MounaBen A,et al.High levels of proinflammatory cytokines IL-6, IL-8, TNF-Α, IL-23, and IFN- in Tunisian patients with type 1 autoimmune hepatitis[J].Eur Cytokine Netw.2020.




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