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在免疫細胞培養(yǎng)的世界里，細胞因子猶如一把神奇的鑰匙，能夠解鎖細胞潛能，定向引導(dǎo)細胞命運。掌握這些關(guān)鍵因子，精準調(diào)控，事半功倍！
Section.01
用于 T 細胞培養(yǎng)和
分化的細胞因子
T 細胞是適應(yīng)性免疫的核心，其功能與分化由細胞表面的特征性標記物決定，其中最核心的是 T 細胞受體 (TCR) 和分化群分子 (CD molecules)。根據(jù) TCR 類型，T 細胞可分為 αβ T 細胞和 γδ T 細胞兩大亞群。占主導(dǎo)地位的 αβ T 細胞通過抗原由細胞自身的 MHC (主要組織相容性復(fù)合體) 分子攜帶時識別，并進一步分化為兩個亞型： CD4+ T 細胞作為“輔助性” T 細胞，通過協(xié)調(diào)抗原呈遞細胞 (APCs) 來調(diào)控全局免疫應(yīng)答；而 CD8+ T 細胞作為“細胞毒性” T 細胞，則直接識別并殺傷異常靶細胞。與這些常規(guī) αβ T 細胞不同， γδ T 細胞是一種特殊的 T 細胞亞群，它僅占外周血的少部分 (0.5%-5%)，但其功能獨特。它無需 MHC 呈遞即可識別多種抗原，兼具先天免疫的快速應(yīng)答和適應(yīng)性免疫的記憶功能。這一特性使其在抗腫瘤免疫中具有巨大潛力[1][2]。
無論是常規(guī)的 αβ T 細胞還是特殊的 γδ T 細胞，其功能的充分發(fā)揮都離不開精細的調(diào)控機制。以 CD4+ T 細胞為例，初始 CD4+T 細胞在活化后，其分化高度依賴于局部微環(huán)境中的細胞因子信號。特定的細胞因子組合通過激活不同的轉(zhuǎn)錄因子(如 T-bet, GATA3, RORγt, FoxP3, Bcl-6 等)，驅(qū)動特定的分化程序[1]。
圖 1. CD4+ T 細胞亞群培養(yǎng)和分化所需的細胞因子[3]。
Section.02
用于 B 細胞培養(yǎng)和
分化的細胞因子
B 細胞表達 B 細胞受體 (BCR)，可以特異性地與抗原結(jié)合，產(chǎn)生抗體。在體外培養(yǎng)中，B 細胞在受到多種細胞因子刺激后，可以經(jīng)歷免疫球蛋白類別轉(zhuǎn)換 (class switching) 和分化等事件，最終成為免疫球蛋白分泌細胞，產(chǎn)生抗體和分泌調(diào)節(jié)細胞因子[4]。
該過程始于 CD40L 提供的關(guān)鍵共刺激信號，它模擬了 T 細胞的輔助作用，是 B 細胞活化和增殖的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，IL-4 是驅(qū)動 B 細胞增殖和誘導(dǎo)抗體類別轉(zhuǎn)換 (特別是向 IgE 和 IgG1) 的核心因子；IL-21 則強力促進其終末分化為漿細胞并調(diào)節(jié)抗體分泌。B 細胞的存活與穩(wěn)態(tài)則由 BAFF 和 APRIL 主導(dǎo)，它們是維持成熟 B 細胞和長壽命漿細胞存活的關(guān)鍵。此外，其他因子在特定情境下發(fā)揮重要作用： IFN-γ 誘導(dǎo)向 IgG2a (鼠) /IgG1 (人) 的類別轉(zhuǎn)換；IL-6 和 IL-10 支持漿細胞的分化與存活；而 IL-2、IL-7 和 IL-15 則主要提供增殖支持信號[5][6]。
圖 2. 細胞因子誘導(dǎo)的人類 B 細胞體外分化[6]。
Section.03
用于 NK 細胞培養(yǎng)和
分化的細胞因子
自然殺傷 (NK) 細胞與其他淋巴細胞 (包括 B 細胞、T 細胞和 NKT 細胞) 不同，NK 細胞不表達抗原特異性受體，例如 BCR 或 TCR。相反，NK 細胞以不依賴于抗原的方式發(fā)揮作用，具有內(nèi)在的細胞毒性潛力和細胞因子產(chǎn)生能力[7]。
NK 細胞的體外擴增、活化及功能維持依賴于一個精細的細胞因子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。其中，IL-15 是最核心的因子，它主導(dǎo)著 NK 細胞的發(fā)育、存活、增殖并增強其細胞毒性。為了獲得功能更強的 NK 細胞，常將 IL-15 與 IL-12、IL-18 聯(lián)用，后者能協(xié)同強烈誘導(dǎo) NK 細胞分泌 IFN-γ，極大增強其抗腫瘤和抗病毒能力[8]。IL-21 則能調(diào)節(jié) NK 細胞的分化狀態(tài)，增強其抗體依賴性細胞毒性 (ADCC)，常用于 CAR-NK 細胞的制備。此外，I 型干擾素 (IFN-α/β) 可直接激活 NK 細胞。而在從造血干細胞或祖細胞誘導(dǎo)生成 NK 細胞時，則需要 FLT3L 和 IL-3 來擴增和維持早期前體細胞池。需要注意的是，TGF-β 和 IL-10 是 NK 細胞功能的強效抑制因子，在腫瘤微環(huán)境中常見，在體外培養(yǎng)時需中和其活性以優(yōu)化 NK 細胞功能[9][10]11]。
圖 3. NK 細胞活化的調(diào)控機制[12]。
Section.04
用于單核細胞/巨噬細胞
培養(yǎng)和分化的細胞因子
單核細胞是血液中的“預(yù)備役”，它們從血液遷移到組織后，分化為執(zhí)行具體任務(wù)的“常駐軍”——巨噬細胞 (Macrophages, M0) 或樹突狀細胞。它們是先天免疫的核心，承擔(dān)三大職責(zé)：吞噬清除病原體、抗原呈遞以激活適應(yīng)性免疫、以及分泌細胞因子指揮全局免疫反應(yīng)。
在體外細胞培養(yǎng)中，需要各種細胞因子來維持單核細胞，激活其分化，并擴增為巨噬細胞及其亞型。例如，人源巨噬細胞源自純化的 CD14+ 單核細胞，使用 M-CSF 培養(yǎng)使其分化為未極化的 M0 巨噬細胞，更換特定極化因子組合進一步培養(yǎng)誘導(dǎo)為 M1 和 M2，LPS 結(jié)合 IFN-γ 可以驅(qū)動極化為 M1 表型 (促炎)，而 IL-4 和 IL-13 可以誘導(dǎo)極化為 M2 表型 (抗炎)。每個巨噬細胞極化狀態(tài)都表現(xiàn)出獨特的細胞因子譜和細胞表面標志譜，通常通過 ELISA 或流式細胞術(shù)進行驗證 (例如 M1 巨噬細胞上調(diào)表達 CD86、MHCⅡ 等)，可用于表征組織炎癥狀態(tài)下的巨噬細胞群體，從而進一步理解疾病的發(fā)病機制[13][14][15]。
圖 4. 巨噬細胞在不同環(huán)境因素作用下的分化方向[14]。
Section.05
用于樹突狀細胞培養(yǎng)和
分化的細胞因子
樹突狀細胞 (Dendritic Cells, DCs) 是一組不同類型的造血細胞，在先天免疫系統(tǒng)和后天免疫系統(tǒng)之間起著通道的作用。它最重要的功能是將抗原處理后呈遞給免疫系統(tǒng)的 T 細胞，是目前公-認的最-有-效的抗原呈遞細胞，已成為癌癥免疫治療的重要靶點[16]。目前，已有文獻描述了從各種樣本中對 DC 細胞的培養(yǎng)擴增方法，包括骨髓、循環(huán)單核細胞和誘導(dǎo)多能干細胞 (iPSC) 等。無論是什么來源，DC 細胞的體外培養(yǎng)、激活和成熟需要各種細胞因子協(xié)同作用。例如， FLT-3 Ligand、SCF 和 GM-CSF 對血液來源 DC 亞群 (經(jīng)典和漿細胞樣) 的發(fā)育中起著決定性作用。
表 1. DC 的體外來源與誘導(dǎo)策略[17-21]。
Section.06
用于粒細胞培養(yǎng)和
分化的細胞因子
粒細胞是一類細胞質(zhì)中包含顆粒體的白細胞，根據(jù)其在瑞氏染色下的染色特性主要分為三種類型：中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞[22]。體外培養(yǎng)和分化粒細胞 (尤其是原代中性粒細胞) 極-具挑戰(zhàn)性，因為它們是終末分化細胞，壽命短、體外增殖能力極低。目前主要依賴從外周血或骨髓中直接分離成熟粒細胞，或通過 CD34+ 造血干細胞定向分化來獲得。IL-3 作為一種有效的造血生長因子，參與骨髓祖細胞的分化和嗜堿性粒細胞的活化。IL-5 可以活化嗜酸性粒細胞，并與 IL-3 和 GM-CSF 協(xié)同作用，促進其發(fā)育成熟[23][24]。
重組細胞因子在免疫細胞培養(yǎng)具有多方面的優(yōu)勢：
1. 能夠維持免疫細胞的生存狀態(tài)，同時激活和分化免疫細胞，直至達到期望的表型。
2. 有助于優(yōu)化體外免疫細胞的功能。這些因子能夠提供必要的信號，促進免疫細胞的活化、增殖、分化和存活，從而增強其在體外環(huán)境中的適應(yīng)性和活性。
3. 實現(xiàn)細胞培養(yǎng)條件的標準化。重組細胞因子具有高純度、高生物活性、低內(nèi)毒素水平和批次間一致性等特點，使用它們可以創(chuàng)建一個標準化的細胞培養(yǎng)環(huán)境。這種標準化的環(huán)境有助于減少實驗結(jié)果的變異性，提高實驗的可重復(fù)性和可靠性。
產(chǎn)品推薦 |
IL-2 高劑量擴增效應(yīng) T 細胞 (CAR-T)；低劑量維持 Treg 功能。 |
TGF-β1 低濃度下誘導(dǎo) Treg 或 Th17 分化；高濃度抑制免疫反應(yīng)、促進纖維化；誘導(dǎo) B 細胞向 IgA 類別轉(zhuǎn)換。 |
IFN-γ 經(jīng)典激活 M1 型巨噬細胞；增強抗原提呈；促進 Th1 應(yīng)答。 |
GM-CSF 誘導(dǎo)單核細胞分化為巨噬細胞 (傾向 M1) 或樹突狀細胞 (DC)；與 IL-5 協(xié)同支持嗜酸性粒細胞生成。 |
TNF-α 誘導(dǎo) DC 成熟，上調(diào)共刺激分子 (CD80/86) 和 MHC-II 表達；促炎。 |
CD40L 提供 B 細胞活化的關(guān)鍵第二信號，驅(qū)動增殖、生發(fā)中心形成和類別轉(zhuǎn)換；促進 DC 成熟。 |
IL-1β 協(xié)同誘導(dǎo) Th17 分化；激活炎癥小體。 |
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