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
组成 | 亲和力(Kd) | 细胞分布举例 |
α链(p55,CD25) | 低,10-8M | B淋巴细胞 |
β链(p70,CD122)+γ链 | 中,10-9M | YT(NK细胞株),MLA144 |
α链+β链+γ链 | 高,10-11M | PHA刺激母细胞,HUT102B2 |
(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。
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