IL-12及其免疫调节作用*

孙 敬,洪杰华,郑世民

(东北农业大学动物医学学院,黑龙江哈尔滨150030)

白细胞介素12(interleukin-12,IL-12)又名细胞毒淋巴细胞成熟因子(cy totoxic lymphocy te maturation factor,CLM F),也称为自然杀伤细胞刺激因子(natural killer cell stimulation factor,NKSF),是白细胞介素家族的新成员[1]。IL-12是一种异源二聚体细胞因子,主要由树突状细胞(DC)、巨噬细胞、B淋巴细胞以及其他抗原递呈细胞(APC)产生,能促进T辅助细胞1(Th1)的增殖;诱导NK细胞和T细胞产生γ干扰素;提高NK细胞的细胞毒作用;促进细胞毒性T细胞的形成等。IL-12在机体早期的非特异性免疫和随后的抗原特异性适应性免疫过程中均扮演了极为重要的角色。由此可见,IL-12是一个多功能免疫调节因子[2]。

1 IL-12的发现和分子结构

1.1 IL-12的发现

IL-12是由美国学者W istar从EB病毒转染人B淋巴母细胞系RPM I-8866的培养液中发现的,并将其命名为NKSF;随后Hoffman等从EB病毒转化的B细胞系NC37培养液中鉴定到,命名为CLM F。将两者完全纯化并克隆基因后发现,NKSF和CLM F是同一种物质,并定名为IL-12。

1.2 IL-12的分子结构

IL-12是由二硫键连接的IL-12p35和IL-12p40亚基组成的分子质量为7.5 ku的异源二聚体单核细胞因子(IL-12p70),很多细胞能合成p35,但只有激活的单核/巨噬细胞才能合成p40[3]。其重链(p40)由306个氨基酸组成,包含10个半胱氨酸残基和4个潜在的糖基化位点;轻链(p35)由197个氨基酸组成,包含7个半胱氨酸残基和3个潜在的糖基化位点。单独将p35或p40的cDNA转染Cos或CHO细胞后均只能得到对应的单条链,只有共转染才能得到生物活性的IL-12(p75异源二聚体)。p40亚基与IL-12的多种生物学活性有关。所以在IL-12产生生物学效应过程中,p40仅起着媒介作用;p35通过p40结合到细胞膜的受体上,完成信号转导,当p40亚基单独与受体结合后,则可竞争性抑制IL-12活性。

IL-12的p35与p40亚基之间无序列同源性,但P35亚基与IL-6、G-CSF以及鸡骨髓单核细胞生长因子有一定的同源性,并且与其他许多细胞因子一样,有丰富的α-螺旋。p40亚基与促红细胞生成素(hemopoietin)受体超家族的IL-6受体α-亚基和睫状神经营养因子(CNTF)受体有一定的同源性[4]。

2 IL-12对免疫细胞的调节作用

2.1 Thl/Th2活性的作用调节

IL-12是细胞介导免疫中非常重要的细胞因子。其主要免疫调节作用是诱导早期辅助性T母细胞(Th naive)分化为Th l细胞,并促进Th l细胞的发育和增殖。辅助性T细胞(helper T cell,Th)是细胞介导免疫应答和B淋巴细胞产生抗体所必需的,可分为Th l和Th2两个亚群。前者产生IL-2、IL-3、IFN-γ和淋巴毒素及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granu locy te-m acrophage co lony stimu lating factor,GM-CSF)等,参与细胞免疫;而后者则产生IL-4、IL-5、IL-10和IL-13等细胞因子,辅助B细胞产生抗体,参与体液免疫。

某些病原菌只能被Thl或Th2有效地抑制。研究表明,Th l细胞在防止疟疾传染中发挥着重要作用,其分泌的IFN-γ可刺激巨噬细胞产生大量的一氧化氮,直接杀死病原菌。IL-12是介导Th1细胞免疫应答关键的细胞因子;IL-12基因敲除小鼠不仅脾细胞分泌IFN-γ的能力下降,而且其巨噬细胞的吞噬调理作用也明显低下。NK细胞对恶性疟原虫感染红细胞的细胞毒性作用也明显依赖于IL-12的存在。疟原虫初次感染的不同结局明显取决其感染早期Th1细胞免疫应答的建立与否。IL-12则通过促进Thl细胞的分化和增殖而在阻止疟疾传染中发挥作用[5]。

IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrotic factor,TNF-α)以及转移生长因子-β(transfering grow th factor,TGF-β)都不能诱导Thl细胞,只有IL-12能独立诱导Thl细胞的分化与增殖。用李斯特菌侵染巨噬细胞,能刺激巨噬细胞分泌IL-12,从而促进Th l细胞的增殖和分化。若用抗IL-12血清耗尽IL-12,此时Thl细胞的分化与增殖受到抑制。同样,用单克隆抗体耗尽γ干扰素(interferon-γ,IFN-γ),也会抑制Thl细胞的分化和增殖。由此可见,IL-12促进Thl细胞的增殖,可能是通过IFN-γ而发挥作用的。

IL-4和IL-10均对IL-12促进Thl细胞分化和增殖能力有抑制作用。IL-4通过促进Th2的增殖对Th l细胞的增殖产生抑制。体内试验表明,除去IL-4,Th2细胞的增殖受抑制,而Thl细胞增殖加快。IL-10则通过抑制某些能促进Th l细胞分化的附属细胞,间接抑制Thl细胞的增殖。如抑制巨噬细胞产生IL-12的能力,进而抑制Thl细胞的分化与增殖[6]。

2.2 促进T细胞和NK细胞的增殖及杀伤作用

IL-12能促进T细胞和NK细胞的增殖。对外周血分离T细胞、培养T细胞克隆、CTL细胞系和TIL细胞都有启动生长增殖效应,IL-12还可刺激CD4+和CD8+的TCR-αβ+T细胞或TCR-γδ+淋巴母细胞的增殖,而IL-2抗体或受体不能抑制其增殖,因此这一效应不依赖于IL-2。说明IL-12效应独立于IL-2[7]。虽然IL-12诱导PHA激活的淋巴细胞增殖效应仅为IL-2的一半,但与IL-4、IL-7的作用相同,而所需IL-12的浓度远远低于IL-2、IL-4、IL-7。IL-12能直接刺激CD56+NK细胞的活化,IL-2和IL-7对NK细胞的刺激效应仅为IL-12的15%和50%,不过总的来说IL-12诱导NK细胞的增殖尚达不到T细胞的同等水平。IL-12能激活NK/LAK前体细胞使之成为具有细胞溶解功能的杀伤细胞,CD56+NK细胞与IL-12过夜孵育后能显著增强对NK敏感、NK抵抗、抗体包被的肿瘤靶细胞及病毒感染的纤维母细胞或T细胞的杀伤能力。IL-12的上述性质提示其作为一种免疫调节因子治疗恶性肿瘤的潜在价值。因此,IL-12作为肿瘤免疫基因治疗的候选基因受到越来越多的关注[8-11]。

IL-12除增加NK/LAK的杀伤活性外,还能诱导特异性CTL细胞的产生,后者被认为是杀瘤作用最有力的细胞。诱导CTL的产生需要IL-12和肿瘤抗原的共刺激作用,用IL-12和经放射照射的黑素瘤细胞同时诱导时,CD3+T细胞能特异溶解受MHC限制的靶细胞,IL-12也能增强抗-CD3单抗刺激的CD8+T细胞溶解靶细胞的能力[12-13]。有研究表明,应用肌醇磷脂特异性磷脂酶洗脱显示,IL-12是以锚定蛋白的形式嵌合在肿瘤细胞膜上[14],可以使IL-12在免疫反应的局部发挥作用,克服了可溶性IL-12的全身性不良反应和毒性作用及半衰期短等不足[15]。

3 IL-12对其他细胞因子产生的调节作用

IL-12可刺激NK细胞和T细胞产生IFN-γ[16-17]。但IL-12诱导静止状态的外周血淋巴细胞(PBL)及刺激新生儿CD4+T细胞产生IFN-γ时需要有H LA-DR+辅佐细胞(accessory cells)的参与,这类辅佐细胞表面既无B细胞标志,又缺乏单核细胞表面标志,树突状细胞(dendritic cell,DC)是其中的一种;而IL-12刺激激活的NK细胞和T细胞产生IFN-γ时则不需要辅佐细胞的协同。尽管IL-2也能刺激T和NK细胞产生IFN-γ,但IL-12诱导T细胞、NK细胞产生IFN-γ的主要信号途径与IL-2的不同,抗IL-2抗体只能略微降低IL-12诱导的IFN-γ产量(22%);而抗IL-12抗体不能抑制IL-2诱导的IFN-γ产量,IL-12和IL-2联合应用有协同刺激NK细胞、T细胞产生IFN-γ的作用。另有研究发现IL-4能增强IL-2和IL-12诱导的鼠NK细胞表达IFN-γ[18]。

IL-12除能诱导IFN-γ的表达外,还能刺激其他细胞因子的生成。如可诱导NK细胞表达微量TNF[19]。IL-12和IL-2联合应用在诱导TNF表达方面有叠加作用。在人类IL-12只能刺激新生儿CD4+T细胞表达TNF-β,却不能诱导其产生TNF-α;而小鼠IL-12则不能诱导SCID鼠脾细胞产生任何类型的TNF。但IL-12可使正常小鼠脾细胞mRNA的表达量增加5倍左右。此外,IL-12还可刺激NK细胞产生可溶性的p55和p75 TNF受体。

IL-12能使小鼠脾细胞的IL-10m RNA表达量增加46倍。由于IL-10可抑制IL-12的某些功能,因此IL-12诱导IL-10生成可能是体内的一种反馈调节。有研究报道,IL-12可诱导人PHA激活的胚胎淋巴细胞表达低水平的IL-2,但在NK细胞和新生儿CD4+T细胞中则未发现上述作用。IL-12可诱导NK细胞表达低水平的GM-CSF,并使IL-4和IL-3的表达水平降低。因此,IL-12除能明显地诱导IFN-γ产生外,对其他细胞因子(IL-10例外)IL-12是一个较弱的诱导剂。

4 结语

IL-12最初因能激活NK细胞而被人们所认识,后来大量试验不但证实了其最初的功能,而且还揭示了IL-12具备多种免疫调节功能,在细胞免疫应答过程中具有重要作用。它将NK细胞和巨噬细胞介导的非特异性免疫与Th细胞和细胞毒性T细胞介导的特异性免疫联系起来[20-21],进一步加深了人类对免疫本质的认识。但有关IL-12的功能、调控、受体、信号通路等许多问题目前仍不十分清楚,因此,应加强对IL-12的基础研究,弄清IL-12的基因调控,细胞因子网络等功能,为免疫治疗提供新途径。

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