细胞因子与趋化因子是介导细胞间信息交流的小分子分泌蛋白,广泛参与炎症应答、免疫细胞发育分化、肿瘤微环境重塑、细胞治疗药效评估等众多生物学过程。在机体受到病原体入侵、组织损伤、肿瘤发生时,多种细胞因子、趋化因子会协同释放,构成复杂的细胞信号网络。传统单靶点检测手段难以同时捕捉该网络的动态变化,高通量蛋白检测技术的发展,为系统解析细胞因子‑趋化因子调控网络提供了有力手段,在基础科研、药物研发、转化医学领域发挥关键作用。

一、细胞因子与趋化因子生物学背景
(1)细胞因子
细胞因子是各类免疫细胞、基质细胞、肿瘤细胞等分泌产生的小分子蛋白,通过结合靶细胞膜表面特异性受体,启动胞内信号通路,完成细胞与细胞之间的通讯。细胞因子家族包含白介素(IL)、干扰素(IFN)、集落刺激因子(CSF)、肿瘤坏死因子超家族(TNF)、转化生长因子(TGF‑β)等。它可以实现激活细胞、调节细胞活性、诱导细胞分化等多重生物学效应,参与免疫激活、炎症放大、免疫抑制、组织修复等生理病理过程。
(2)趋化因子
趋化因子属于一类特殊的细胞因子亚家族,核心功能是诱导免疫细胞定向迁移募集。根据半胱氨酸残基排布模式,可分为 CC、CXC、C、CX₃C 四大亚家族。例如 CCL2、CCL5 属于 CC 家族,CXCL8、CXCL10 属于 CXC 家族。趋化因子通过趋化免疫细胞向炎症部位、肿瘤病灶处募集,参与炎症浸润、肿瘤免疫微环境构建,同时也是细胞治疗药效评价的重要参考分子。

(3)主要应用领域与关键标志物
细胞因子与趋化因子贯穿炎症、免疫、肿瘤、细胞治疗多个研究方向,常用关键指标分类如下:
1、炎症相关指标
早期炎症启动指标:IL‑1β 触发急性炎症应答;IL‑6 放大炎症效应,参与机体急性期反应。 炎症细胞趋化指标:CCL2 招募单核、巨噬细胞浸润至炎症病灶;CXCL8 是急性炎症的核心趋化因子。
2、免疫调节相关指标
促免疫激活指标:IFN‑γ 介导抗病毒、抗肿瘤免疫应答;TNF‑α 激活免疫细胞,启动炎症反应。 抗炎调节指标:IL‑10 维持机体免疫稳态,抑制过度炎症反应。 免疫细胞趋化指标:CXCL10 招募 T 淋巴细胞、NK 细胞,介导抗肿瘤免疫。
3、肿瘤免疫相关指标
抗肿瘤免疫指标:IFN‑γ 抑制肿瘤增殖;IL‑2 增强 T 细胞杀伤能力。 肿瘤免疫抑制指标:IL‑17 塑造肿瘤促炎微环境;TGF‑β 介导肿瘤免疫逃逸。 趋化相关指标:CCL5,和免疫治疗药效显著相关。
4、细胞治疗评价指标
细胞活性评估指标:IL‑4 调控免疫细胞功能;GM‑CSF 促进造血细胞增殖,提升细胞治疗效果。 免疫安全性指标:TNF‑α 用于监控细胞因子风暴,评估过度炎症风险;IL‑10 用于评估机体是否产生免疫耐受。
科研实际研究中,炎症、肿瘤、细胞治疗模型往往同时出现数十种细胞因子、趋化因子的联动改变,单因子检测只能看到局部信息,高通量多因子检测可以一次性捕获整体细胞因子谱,更有利于完整解析免疫调控网络。

二、细胞因子 / 趋化因子主流检测技术介绍
细胞因子、趋化因子大多属于体液中的低丰度分泌蛋白,样本类型包含血清、血浆、细胞培养上清、组织匀浆、脑脊液等。目前科研常用技术包含 Western Blot、ELISA、Luminex 液相悬浮芯片、抗体芯片、MSD 电化学发光、Olink 高通量蛋白组,不同技术各有适用场景。
(1)Western Blot(蛋白免疫印迹) WB 多用于组织样本,检测细胞内细胞因子蛋白表达水平。
- 优势:操作普及,可观察蛋白剪切修饰形式,适合少数靶点后期验证。
- 局限:不适合体液样本(细胞上清、血清)的分泌型细胞因子检测;通量极低,一次只能检测少数蛋白;灵敏度有限,很难检测体液中低丰度的趋化因子,不适合多因子谱筛选。
(2)ELISA 酶联免疫吸附实验 单因子经典定量手段,血清、血浆、细胞上清都适用。
- 优势:定量结果稳定,灵敏度尚可,适合少数重点靶点的大样本验证。
- 局限:一次实验只能检测 1 个指标;如果需要检测几十种细胞趋化因子,需要消耗大量样本、时间、耗材,不适合高通量初筛。
(3)Luminex 液相悬浮芯片技术 基于荧光编码微球,在一份微量样本中同时检测多重细胞因子、趋化因子。
- 优势:样本消耗低,细胞上清、血清仅需几十微升;通量中等,适合已知靶点的批量样本定量,广泛用于动物模型、细胞给药后细胞因子谱检测。
- 局限:靶标固定,只能检测预设指标,无法发现全新差异蛋白。
(4)抗体芯片技术 也就是常说的 “升级版 WB”,将大量捕获抗体固定于固相载体,单份样本一次完成几十至上百种蛋白检测。
- 优势:高通量,可同时覆盖细胞因子、趋化因子、生长因子等上百个靶点,摆脱 WB 繁琐操作,适合样本的细胞因子全景谱初筛;兼容细胞上清、血清、组织裂解液多种样本类型,一天即可完成上百种指标检测。乐备实拥有人、小鼠、大鼠多套商业化抗体芯片 Panel。
- 局限:芯片筛选得到的差异蛋白,建议后续使用 Luminex、MSD、ELISA 进一步验证。
(5)MSD 电化学发光技术 电化学发光平台,针对低丰度蛋白实现高灵敏度检测。
- 优势:灵敏度高、动态范围宽,适合细胞因子风暴模型、细胞治疗样本中低丰度细胞因子精准定量,适合候选标志物的方法学验证。
- 局限:单块板靶标数量有限,更偏向验证阶段,不适合大规模无偏向筛选。
(6)Olink 高通量靶向蛋白组 邻近延伸技术,超微量样本实现上百种蛋白检测。
- 优势:样本需求量极低,适合珍贵临床样本,用于大规模挖掘全新细胞因子相关生物标志物。
- 局限:成本较高,多用于前期标志物挖掘。
细胞因子 / 趋化因子课题推荐研究路径:
Step1:抗体芯片 / Olink 高通量蛋白组,对疾病模型、给药处理样本开展高通量筛选,获得全部差异细胞因子、趋化因子;
Step2:Luminex 液相悬浮芯片,大批量样本对筛选得到的候选分子开展批量定量,解析各组样本细胞因子谱变化;
Step3:MSD 电化学发光 / ELISA,针对关键靶点开展高灵敏度精准验证,锁定功能分子或者生物标志物。
三、小结
细胞因子与趋化因子构成复杂的免疫信号网络,参与炎症、肿瘤免疫、细胞治疗等众多研究方向。该类蛋白多为分泌型低丰度蛋白,单一指标检测难以还原完整的免疫微环境特征。科研工作者需要结合研究阶段,合理搭配不同蛋白检测技术,完成从高通量筛选到大样本定量,再到精准验证的完整研究流程。很多实验室缺少全套高通量蛋白检测平台,可以将细胞因子、趋化因子定量检测委托专业第三方服务商完成。
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原文点击:细胞因子与趋化因子:生物学功能及高通量定量检测技术解析