细胞因子是小型分泌蛋白，充当免疫系统的主要信使，介导细胞之间的通讯以协调炎症和免疫反应。趋化因子是细胞因子的一个特殊亚类，可引导白细胞迁移至感染和炎症部位。
细胞因子家族和分类
细胞因子可以根据结构、受体用途或功能进行分类。造血素家族包括白细胞介素，例如 IL-2、IL-4、IL-6、IL-7 和 IL-15，它们具有四螺旋束结构，并通过与共同伽马链相关的受体发出信号。肿瘤坏死因子 (TNF) 家族包括 TNF-α、淋巴毒素和 Fas 配体，它们是通过 TNFR 家族成员发出信号的三聚体跨膜蛋白。 IL-1 家族包括 IL-1α、IL-1β、IL-18 和 IL-33，它们是由炎性体激活的半胱天冬酶裂解产生的原体形式。 I 型和 II 型干扰素家族包括 IFN-α 亚型、IFN-β、IFN-γ 和 IFN-λ，它们是抗病毒防御的核心。转化生长因子-β (TGF-β) 家族包括 TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 和激活素，可调节细胞生长、分化和免疫抑制。
细胞因子受体和信号传导
细胞因子受体根据结构同源性分为几个家族。 I 型细胞因子受体（造血素受体）结合白细胞介素和集落刺激因子，并通过 JAK-STAT 途径发出信号，受体二聚化使 JAK 激酶接近磷酸化受体胞质尾部和 STAT 转录因子。 II 型细胞因子受体结合干扰素和 IL-10 家族成员，也通过 JAK-STAT 途径发出信号。 TNF 受体家族成员包含死亡结构域或 TRAF 相互作用结构域，并激活 NF-κB、MAP 激酶和 caspase 级联。 IL-1 受体家族成员通过 MyD88 和 IRAK 激酶发出信号来激活 NF-κB 和 AP-1。 IL-1Ra 等受体拮抗剂可竞争性阻断 IL-1 结合并提供自然调节。
促炎细胞因子
TNF-α 主要由活化的巨噬细胞产生，是炎症反应的主要调节因子，可诱导发热、激活内皮细胞表达粘附分子、促进中性粒细胞募集并在慢性炎症中引起恶病质。 IL-1β是巨噬细胞和上皮细胞炎症小体激活后产生的，作为内源性热原诱导发热，促进T细胞和B细胞活化，增强粘附分子表达。 IL-6 由巨噬细胞、T 细胞和成纤维细胞产生，具有多效作用，包括刺激肝脏中的急性期蛋白合成、B 细胞分化为浆细胞和 T 细胞激活。
抗炎和调节细胞因子
IL-10 是一种由调节性 T 细胞、巨噬细胞和 B 细胞产生的有效抗炎细胞因子，抑制促炎细胞因子（如 TNF-α、IL-1 和 IL-6）的产生，同时促进 B 细胞类别转换为 IgG4。 TGF-β由调节性T细胞、巨噬细胞和血小板产生，抑制T细胞增殖，抑制NK细胞活性，促进调节性T细胞分化，刺激伤口愈合和纤维化。 IL-4 和 IL-13 促进替代性巨噬细胞激活、B 细胞类别转换为 IgE 以及 Th2 分化，并且是过敏反应和蠕虫免疫的核心。
趋化因子和白细胞迁移
趋化因子是小型趋化细胞因子，根据保守的半胱氨酸残基的排列分为四个家族：CXC趋化因子、CC趋化因子、C趋化因子和CX3C趋化因子。 CXCL8 (IL-8) 和 CCL2 (MCP-1) 等炎症趋化因子由促炎刺激诱导，并将中性粒细胞、单核细胞和效应 T 细胞募集到感染部位。 CXCL12 (SDF-1) 和 CCL19/CCL21 等稳态趋化因子持续表达，并调节淋巴细胞通过淋巴器官的运输、骨髓归巢以及树突状细胞向淋巴结的迁移。趋化因子受体是七次跨膜 G 蛋白偶联受体，HIV 使用 CCR5 和 CXCR4 作为进入 CD4+ T 细胞的辅助受体。
T 辅助细胞极化中的细胞因子网络
CD4+ T 细胞分化为不同的亚群是由细胞因子环境引导的。 Th1 极化由 IL-12 和 IFN-γ 驱动，导致转录因子 T-bet 和 IFN-γ、TNF-α 和 IL-2 的产生，这些对于细胞内病原体的免疫至关重要。 Th2 极化由 IL-4 驱动，导致 GATA3 表达并产生 IL-4、IL-5 和 IL-13，介导针对蠕虫的免疫并促进过敏性炎症。 Th17 极化由 TGF-β 和 IL-6 驱动，导致 RORγt 表达并产生 IL-17A、IL-17F 和 IL-22，这些物质可招募中性粒细胞，对于抗真菌免疫至关重要。调节性 T 细胞分化由 TGF-β 驱动，导致 FoxP3 表达并产生 IL-10 和 TGF-β 以进行免疫抑制。
临床医学中的细胞因子
基于细胞因子的疗法广泛应用于临床医学。重组细胞因子包括治疗贫血的促红细胞生成素、治疗中性粒细胞减少症的粒细胞集落刺激因子、治疗丙型肝炎和多发性硬化症的 I 型干扰素以及治疗转移性肾细胞癌的 IL-2。细胞因子抑制剂是最成功的生物药物之一：TNF抑制剂，例如用于类风湿关节炎和炎症性肠病的英夫利昔单抗和阿达木单抗，用于类风湿关节炎的IL-1受体拮抗剂（阿那白滞素），用于类风湿关节炎和细胞因子释放综合征的抗IL-6受体（托珠单抗），以及用于治疗银屑病的抗IL-17（苏金单抗）。细胞因子释放综合征是一种严重的全身炎症反应，由 CAR-T 细胞治疗或某些感染后细胞因子过度释放引发，可通过托珠单抗和皮质类固醇进行治疗。
