引言炎症是机体对病原体感染、组织损伤产生的重要免疫应答过程适度的炎症反应可清除致病因子、促进组织修复而异常的炎症激活则会介导自身免疫性疾病、神经退行性疾病、肿瘤等多种病理过程的发生发展。细胞因子作为炎症反应的重要调控分子通过复杂的信号传导网络调控免疫细胞活化、增殖及炎症介质释放其中 TNF-α、IL-1β、IL-6 是炎症级联反应中的核心因子三者在信号通路调控上相互关联、协同作用共同构成炎症反应的核心调控体系。深入解析其作用机制并建立高效、准确的检测方法对炎症相关疾病的发病机制研究、诊断及靶向药物开发具有重要意义。一、 肿瘤坏死因子α TNF-α炎症与细胞命运的“双重开关”TNF-α 主要由巨噬细胞、淋巴细胞分泌同时多种免疫细胞与组织细胞也可产生该因子属于肿瘤坏死因子家族最初因被发现具有抗肿瘤活性而得名后续研究证实其在免疫调节、炎症反应、细胞凋亡与存活等生理病理过程中具有多效性调控作用。TNF-α 的生物学效应主要通过激活NF-κB 通路和MAPK 通路实现两条核心通路的交叉调控与平衡最终决定靶细胞的增殖、存活或凋亡命运。一NF-κB 通路炎症与细胞存活的核心调控NF-κB 是广泛存在于真核细胞中的转录因子静息状态下与抑制蛋白 IκB 结合形成无活性复合物定位于细胞质中。当 TNF-α 与细胞膜上的 TNFR1 结合后会招募 TRADD、TRAF2、RIP1 等蛋白形成信号复合物进而激活由 IKKα、IKKβ、IKKγ 组成的 IKK 复合物。活化的 IKKβ 会对细胞质中的 IκB 蛋白进行磷酸化修饰磷酸化的 IκB 会被泛素化并通过蛋白酶体降解使 NF-κB 从复合物中游离。游离的 NF-κB 进入细胞核后与炎症因子IL-1、IL-6、CCL2 等、抗凋亡蛋白Bcl-2、c-FLIP 等的靶基因启动子或增强子区域结合启动基因转录。该过程既会促进大量炎症因子释放放大炎症反应又能通过上调抗凋亡蛋白表达抑制细胞凋亡、维持细胞存活在感染免疫和组织损伤修复中发挥双重调控作用。二MAPK 通路细胞应激与命运的 “调节器”MAPK 通路是高度保守的细胞信号通路主要包括 ERK、JNK、p38 MAPK 三个亚家族在 TNF-α 介导的细胞应激、增殖及凋亡调控中发挥差异化作用。ERK 通路被激活后通过 TRAF2-Raf-MEK1/2-ERK1/2 的级联反应使磷酸化的 ERK1/2 进入细胞核调控 c-Fos、c-Myc 等细胞增殖相关基因表达进而促进细胞增殖该过程在组织修复及肿瘤发生发展中可能发挥作用JNK/p38 MAPK 通路主要被 TNF-α 等应激信号激活通过 TRAF2-ASK1-MKK4/7/MKK3/6 级联反应分别磷酸化 JNK 和 p38 MAPK活化后的二者入核后磷酸化 c-Jun、ATF2 等转录因子启动促凋亡蛋白Bax、FasL和炎症相关基因的表达。在不同细胞类型或微环境中JNK/p38 MAPK 通路的激活可诱导细胞凋亡如高浓度 TNF-α 可通过强激活 JNK 通路诱导肿瘤细胞凋亡也可参与炎症反应的放大是 TNF-α 调控细胞命运的重要 “开关”。二、 白细胞介素-1β IL-1β炎症小体依赖的“烈火干柴”IL-1β 主要由激活的巨噬细胞、树突状细胞及其他免疫细胞合成是重要的促炎细胞因子在炎症反应启动、免疫稳态维持、组织修复等过程中发挥关键作用其作用机制依赖于双重信号激活与经典炎症信号通路的传导且对炎症反应具有双向调控特征。一合成与激活双重信号介导的成熟过程IL-1β 并非以活性形式直接合成而是先以无活性的前体形式pro-IL-1β存在需经双重信号激活才能生成成熟的活性形式并分泌。第一信号由病原体相关分子模式PAMPs或损伤相关分子模式DAMPs通过模式识别受体如 Toll 样受体激活 NF-κB 通路诱导 IL-1β 基因转录产生 pro-IL-1β第二信号由 DAMPs 或 PAMPs 触发 NLRP3 炎症小体组装激活 Caspase-1通过蛋白切割作用使 pro-IL-1β 转化为有活性的成熟 IL-1β并分泌至细胞外发挥作用。二信号传导NF-κB 与 MAPK 通路的协同激活成熟的 IL-1β 与细胞膜上的 IL-1 受体 1IL-1R1结合后会募集衔接蛋白 MyD88进而激活 IRAK1/TRAFF6 蛋白复合体该复合体一方面驱动 NF-κB 通路的活化诱导促炎细胞因子、趋化因子等基因的转录放大炎症级联反应另一方面激活 MAPK 通路调控基质金属蛋白酶MMPs等参与组织重塑的因子表达实现炎症反应与组织修复的协同调控。三炎症生物学效应急性启动与慢性双向调控IL-1β 是急性炎症反应的重要启动因子可诱导血管内皮细胞表达粘附分子促进炎性细胞向炎症部位募集同时刺激基质细胞释放趋化因子进一步放大炎症反应在慢性炎症过程中IL-1β 表现出双向调控作用适度的 IL-1β 释放有助于清除病原体、促进组织损伤修复而过度产生则会介导炎症病理损伤参与自身免疫性疾病、神经退行性疾病等慢性炎症性疾病的发生发展。三、 白细胞介素-6 IL-6功能多效的“炎症信使”IL-6 是一种功能广泛的多效性促炎细胞因子为分子量 19~28 kDa 的小分子糖蛋白由 184 个氨基酸形成四个 α 螺旋结构通常以单体形式发挥作用。其细胞来源广泛成纤维细胞、单核 / 巨噬细胞、T/B 淋巴细胞、上皮细胞及多种肿瘤细胞均可分泌 IL-6该因子在免疫反应、炎症进程、造血过程及机体代谢等多种生理和病理过程中发挥关键调控作用。与 TNF-α、IL-1β 不同IL-6 通过经典信号传导、反式信号传导、反式呈递三种独特模式发挥作用核心信号传导依赖 JAK/STAT3 通路的激活同时存在负反馈调控机制维持免疫稳态。一经典信号传导细胞表面受体介导的正向调控IL-6 首先与细胞膜上的 IL-6 受体IL-6R结合形成 IL-6/IL-6R 复合物该复合物进一步与细胞膜上的信号转导蛋白 gp130 结合形成三聚体复合物。gp130 的胞内结构域因构象变化使与之结合的 Janus 激酶JAK相互靠近并发生磷酸化激活活化的 JAK 进而磷酸化 gp130 胞内结构域的酪氨酸残基招募并磷酸化信号转导子和转录激活子 3STAT3。磷酸化的 STAT3 形成二聚体后转移至细胞核内与靶基因的启动子区域结合调控相关基因转录介导细胞增殖、分化、存活及炎症反应等多种生物学效应。二反式信号传导扩大作用范围的旁分泌 / 自分泌调控细胞膜上的 IL-6R 可被金属蛋白酶切割为可溶性 IL-6 受体sIL-6RsIL-6R 在细胞外与 IL-6 结合形成 IL-6/sIL-6R 复合物该复合物可与不表达膜型 IL-6R 的细胞表面 gp130 蛋白结合进而激活胞内信号传导通路实现对这类细胞的调控。反式信号传导是 IL-6 发挥旁分泌、自分泌作用的重要方式大幅扩大了 IL-6 的作用范围在炎症微环境的调控中具有重要意义。三反式呈递抗原特异性的免疫细胞调控反式呈递主要发生在树突状细胞与 T 细胞的抗原特异性相互作用过程中树突状细胞内的 IL-6 与自身的 IL-6R 结合后复合物被运输至细胞膜表面通过 gp130 介导的机制使与之相互作用的 T 细胞内 STAT3 发生磷酸化进而启动 T 细胞内的信号传导过程调控 T 细胞的活化、分化参与机体适应性免疫反应的精准调控。四负反馈调控免疫稳态的维持IL-6 的信号传导存在精密的负反馈调控机制SOCS1、SOCS3 等蛋白可通过抑制 JAK/STAT3 通路的过度激活避免 IL-6 介导的炎症反应失控从而维持机体的免疫稳态防止过度炎症造成的组织损伤。