细胞因子风暴：关键因子、信号通路、检测方法

免疫治疗是肿瘤治疗的第三次革命，区别于手术、放化疗直接作用于癌细胞，它通过调动免疫细胞杀灭肿瘤，现有近百款获批药物。但免疫激活是把 “双刃剑”，过度激活易引发致命的细胞因子风暴。

今天小优给大家带来2020年发表在《The New England Journal of Medicine》（新英格兰医学杂志，IF=78.5）、2025年发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》（Nature子刊，IF=52.7）的两篇综述解读，明确细胞因子风暴发生的具体细胞类型、细胞因子、信号通路及监测方法。

细胞因子风暴

细胞因子风暴，学名细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome，CRS），是免疫治疗或感染诱发的全身性炎症反应。免疫细胞被过度激活后，会短时间释放大量炎症细胞因子，最终引发失控的免疫应答。

细胞因子风暴引起人体多器官功能障碍

（图源：The New England journal of medicine，2020）

参与细胞因子风暴的细胞类型

先天免疫系统细胞

1.中性粒细胞：可形成中性粒细胞胞外陷阱（NETs），这种纤维网络不仅会促进血栓形成，还能在细胞因子风暴进程中进一步放大促炎因子的产生，加剧全身炎症反应。

2.巨噬细胞：作为组织驻留细胞，大多来源于循环单核细胞，不具备分裂能力。在多种类型的细胞因子风暴中，巨噬细胞会被异常激活，进而大量分泌细胞因子。

3.NK细胞：在部分细胞因子风暴发生时，其细胞毒功能会显著减弱，导致抗原刺激持续时间延长。

适应性免疫细胞

1.B细胞：临床中针对部分细胞因子风暴相关疾病的治疗，会采用B细胞耗竭疗法并取得一定效果，这证实了B细胞参与细胞因子风暴。

2.T细胞：T细胞可分化为多种具有不同效应功能的亚群。其中，Th1会产生大量的IFN-γ，Th17可能导致自身免疫性，参与细胞因子风暴。

参与细胞因子风暴的细胞类型

（图源：The New England journal of medicine，2020）

参与细胞因子风暴的关键因子

基于受体分类

I型细胞因子家族

IL-2亚家族

IL-2主要来源：T细胞

主要功能：自身免疫调节；T细胞增殖与分化；Teff细胞生成；Treg细胞维持

IL-4主要来源：肥大细胞、Th2细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞

主要功能：抗炎; IgE生成; Th2分化; M2巨噬细胞极化

IL-9主要来源：Th9细胞、Ⅱ型固有淋巴细胞、Tc9细胞、Vδ2 T细胞、肥大细胞

主要功能：多效性；抗肿瘤；T、B细胞调节；肥大细胞活化

IL-13主要来源：Th2细胞

主要功能：抗炎；B细胞增殖；嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和肥大细胞活化

IL-21主要来源：Tfh细胞

主要功能：促炎；B细胞活化；CD8+ T分化与活化

IL-6亚家族

IL-6主要来源：巨噬细胞、T细胞、成纤维细胞、内皮细胞

主要功能：促炎；急性期反应；致热；促血管生成；T细胞分化；抗体生成增强；血管通透性增加

IL-31主要来源：Th2细胞、巨噬细胞、树突状细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、成纤维细胞和角质形成细胞

主要功能：促炎反应；细胞介导免疫与瘙痒介质

IL-12亚家族

IL-12主要来源：树突状细胞、巨噬细胞

主要功能：Th1分化；T、NK细胞活化; 抑制免疫抑制细胞；诱导产生IFN-γ；与IL-18的协同作用

II型细胞因子家族

IFN亚家族

Type I IFN主要来源：几乎所有的人体细胞

主要功能：抗菌活性；固有免疫调节与适应性免疫激活

Type II IFN主要来源：NK细胞、Th1细胞、细胞毒性T细胞

主要功能：促炎反应；抗病毒免疫；固有免疫和适应性免疫应答调节

IL-10亚家族

IL-10主要来源：Th2细胞、Treg细胞、CD8+T细胞、B细胞

主要功能：抗炎；免疫抑制；抑制巨噬细胞激活；抑制Th1细胞; Treg应答

IL-22主要来源：Th1细胞、Th17细胞、Th22细胞、CD8+T细胞、γδT细胞、NK细胞、中性粒细胞

主要功能：宿主防御调节；上皮稳态维持；抗菌

TNF家族

TNF主要来源：T细胞、NK细胞、巨噬细胞、肥大细胞

主要功能：致热性与血管通透性增加

IL-1家族

IL-1主要来源：巨噬细胞、上皮细胞、焦亡细胞

主要功能：促炎；致热；巨噬细胞激活；Th17细胞分化

IL-18主要来源：巨噬细胞、树突状细胞

主要功能：促炎；Th1活化；与IL-12的协同作用

IL-33主要来源：内皮细胞、上皮细胞、巨噬细胞、树突状细胞、肥大细胞

主要功能：促炎；Th1, Th2, NK, CD8+ T细胞活化；过敏性炎症

IL-37主要来源：巨噬细胞、树突状细胞、上皮细胞、Treg细胞

主要功能：抗炎；抑制先天炎症和免疫反应

IL-17家族

IL-17主要来源：Th17细胞、Tc17细胞、NK细胞、γδT细胞、3型先天淋巴细胞

主要功能：促炎；细菌清除；细胞因子和趋化因子诱导；免疫细胞募集

趋化因子家族

MCP-1 (CCL2)主要来源：巨噬细胞、上皮细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞

主要功能：促炎；巨噬细胞、Th1、NK细胞招募；细胞因子诱导

MIP-1α (CCL3)主要来源：巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、NK细胞、上皮细胞、成纤维细胞

主要功能：免疫监视与耐受；巨噬细胞、Th1、NK、DC细胞招募

MIP-1β (CCL4)主要来源：巨噬细胞、CD8+T细胞、NK细胞、B细胞、中性粒细胞

主要功能：致癌性；巨噬细胞、淋巴细胞、NK、中性粒细胞招募

IL-8 (CXCL8)主要来源：巨噬细胞、上皮细胞、内皮细胞

主要功能：中性粒细胞趋化性

MIG (CXCL9)主要来源：单核细胞、内皮细胞、角质形成细胞

主要功能：IFN诱导型趋化因子与Th1、NK、pDCs细胞招募

IP-10 (CXCL10)主要来源：巨噬细胞、树突状细胞、T细胞、NK细胞

主要功能：自身免疫病的发病机制；Th1、巨噬细胞和NK细胞招募

BLC (CXCL13)主要来源：B细胞、树突状细胞

主要功能：B细胞、Th1、巨噬细胞和DC细胞招募

TGFβ家族

TGF-β主要来源：几乎每种组织和细胞类型

主要功能：免疫抑制；致癌性以及细胞增殖；胚胎发育；伤口愈合和免疫反应调节

按照受体分类细胞因子

图源网络

图源：Frontiers，2021

细胞因子风暴与信号通路

JAK-STAT信号通路：细胞因子通过激活该通路，触发多种促炎介质的分泌。

TLRs通路：Toll样受体（TLRs）是先天免疫的模式识别受体，主要识别病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs），激活两条信号通路经典TLRs-MyD88-MAPK通路和非经典TLRs-TRIF-IRF3通路，引发细胞因子风暴。此外，TLRs还能调控NF-κB的转录，促进细胞因子生成。

TCR/BCR/NF-κB通路：TCR/BCR分别是T、B细胞的抗原识别受体，NF-KB是调控促炎因子基因表达的关键转录因子。细胞因子与免疫细胞受体结合后，激活NF-κB通路，进而诱导多种细胞因子的活化。

NLRP3通路：NLRP3炎症小体是先天免疫中的多蛋白复合物，活化后可切割pro-IL-1β、pro-IL-18为成熟的促炎因子，并诱导细胞焦亡。

PANoptosome通路：PANoptosome 是整合了凋亡、焦亡、坏死性凋亡的多模式细胞死亡复合物，由多种传感器蛋白组成，可同时激活多种细胞死亡途径和促炎反应。免疫紊乱触发PANoptosome炎症小体复合物的组装与激活，驱动依赖caspase和MLKL的PANoptosis（泛凋亡）。

细胞因子风暴信号通路

（图源：Signal transduction and targeted therapy，2025）

细胞因子风暴检测方法

细胞因子检测依赖于抗原抗体的亲和力结合，最常用的两种方法是双抗体夹心法和直接法：

（A）双抗体夹心法：使用一对配对的捕获抗体和检测抗体。捕获抗体固定在如96孔板、微珠、玻璃或膜等固相载体上。检测抗体与酶、荧光标签或DNA标签偶联，通过机器检测其信号，实现对细胞因子的定量；

（B）直接法：将捕获抗体固定在载体上，对分析样本中的蛋白质进行荧光标记，与抗体孵育。

单指标检测——ELISA

常规ELISA

原理：通过酶促反应放大信号，以吸光度实现定量。

特点：

- 应用广泛：经典技术，多种实验中经过验证；

- 价格实惠：单价低，配合酶标仪使用，使用门槛低；

- 性能适中：灵敏度和检测范围满足常规单子检测需求。

适配场景：

- 单指标检测；

- 需要充足样本量；

- 适配中等丰度蛋白检测。

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One-step ELISA：一步法ELISA

原理：将传统Elisa中的“一抗孵育”和“二抗孵育”两个步骤合并为一步完成，仅需一次孵育就能完成抗原-抗体的结合。

特点：

- 极速省时：1块板仅需1h，5块板仅需1.5h；

- 节省样本：每孔仅需50μl；

- 高灵敏度：灵敏度低至0.13pg/ml；

- 操作极简：仅需1次孵育+1次洗板。

适配场景：

- 单指标检测；

- 追求实验效率。

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多指标检测——MSD

原理：石墨烯电极板通电后，标记物发生氧化还原反应循环释放光子，信号转化为电信号定量。

特点：

- 多因子检测：同时检测1-10个指标；

- 超高灵敏度：低至0.54fg/mL；

- 宽动力学范围：5-6个logs；

- 样本需求量少：仅需10-25μL样本量；

- 抗基质干扰强：无需复杂前处理即可检测多种类样本；

- 开放性平台：兼容多糖、类病毒等多种类生物分子。

适配场景：

- 待测蛋白丰度低；

- 检测蛋白丰度跨度大；

- 特殊珍贵样本；

- 需要单/多因子精准定量样本。

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细胞因子风暴检测文献案例

在各种类型的免疫治疗中，由于CAR T以病毒为载体，有更强的复制力和更高的识别为异物的风险，因此它对免疫系统的激活尤为明显，更有概率引起细胞因子风暴，所以在治疗过程中检测细胞因子水平至关重要。

应用方向一：在CAR T细胞治疗中监测细胞因子谱

在针对外周T细胞淋巴瘤的TRBC1-CAR T细胞的1/2期临床试验（Nature Medicine, 2024）中，MSD的V-PLEX Pro-Inflammatory Panel 1试剂盒用于监测IFN-γ、TNF-α和IL-2等细胞因子，为免疫激活和潜在毒性提供了重要见解。

应用方向二：新型细胞疗法的临床前和临床中的评估

在针对弥漫性内生型脑桥胶质瘤的B7-H3靶向CAR T细胞（Nature Medicine, 2025）的临床试验中，MSD的V-PLEX Plus Human Biomarker 54-Plex试剂盒用于监测脑脊液中的细胞因子表达谱，评估免疫激活和神经毒性。

在针对复发或难治性T细胞恶性肿瘤的CD70靶向CAR T细胞（The Lancet Oncology, 2024）的临床试验中，使用MSD评估细胞因子释放综合征（CRS），确保剂量递增期间的患者安全。

应用方向三：监控细胞治疗产品的生产和质量控制

在针对胃癌、胰腺癌和食管癌的“装甲型”CAR T细胞AZD6422的临床前评估（Clinical Cancer Research, 2024）中，MSD的V-PLEX试剂盒用于检测IFN-γ、TNF-α和IL-2，确保产品的一致性和效力。

在hTERT永生化间充质干细胞来源的细胞外囊泡（Cells, 2024）的研究中， EV 相关细胞因子检测利用 MSD的S-PLEX proinflammatory Panel 1 Kit 对 EV 样本中的炎症细胞因子进行检测。在未裂解的 EV 样本中，检测到 hTERT - immortalized MSC EV 样本中存在 IL - 6、TNFα 和 IL1β，而 PC3 EV 样本中仅检测到 TNFα。在裂解样本中，hTERT - immortalized MSC EV 样本中仅 IL-6 可检测到。此检测有助于了解 EVs 携带的细胞因子情况及其在细胞间通讯和功能调节中的作用，文中图 5e 展示了相关细胞因子的相对浓度。