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自20世纪70年代末期白细胞介素（interleukin，IL）被命名以来，众多的细胞因子不断被发现或重新命名，且各种细胞因子的结构和功能相继被阐明。细胞因子的生物学功能多样，且细胞因子间可形成十分复杂而又有序的网络，若其表达异常或网络调节异常则会引发各种临床疾病。随着前沿生物技术的发展，新的细胞因子及其生物学功能还将不断被发现和阐明。
按照主要功能分类，细胞因子可分为白细胞介素（interleukin，IL）、干扰素（interferon，IFN）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）、趋化因子（chemokine）和转化生长因子（transforming growth factor，TGF-β）等类型。
白细胞介素是最初发现由白细胞产生并在白细胞间发挥作用的一类细胞因子，于1979年第二届淋巴因子的国际会议上将其命名为白细胞介素。随后研究发现，机体内多种细胞均可产生白细胞介素，目前正式命名的白细胞介素有30余种（IL-1～IL-38）。白细胞介素有多种功能，如参与刺激造血、促进细胞的增殖和分化、参与机体的细胞免疫和体液免疫、参与炎症反应，是重要的促炎或抑炎分子。下面简要列举几种在免疫应答中具有重要作用的白细胞介素作为代表。
主要由单核/巨噬细胞产生，有两种存在形式，即IL-1α和IL-1β，其中IL-1α前体即具有生理学活性，通常为膜结合型，而IL-1β前体需经过加工成为可溶性分子才能发挥功能。炎症小体（inflammasome）复合体中的蛋白水解酶caspase-1负责剪切IL-1β前体，形成17kD的活性形式。IL-1β和IL-18都属于IL-1家族成员，是重要的促炎因子，caspase-1通过对炎症细胞因子的加工和释放从而调节炎症反应。此外，IL-33也属IL-1家族成员。
主要功能：①参与T细胞、巨噬细胞的活化；②参与局部或全身性的炎症反应，是一种内源性致热源，并且可诱发肝合成急性反应期蛋白，如C反应蛋白（c-reactive protein，CRP）、酸性蛋白酶（secreted acid proteases，SAP）和纤维蛋白原（fibrinogen，Fg）。
1983年Taniguchi等从ConA刺激的Jurkat白血病T细胞中成功克隆IL-2的cDNA。IL-2主要由Th1细胞产生，B细胞、单核/巨噬细胞、NK细胞亦可产生。IL-2主要以自分泌和旁分泌方式发挥效应。IL-2受体（IL-2R）由3条多肽链参与构成，分别为：①α链（CD25）单独构成低亲和力受体，其不能传导信号，但却是形成高亲和力受体的重要成分；②β链（CD122）和γ链（CD132）共同构成中等亲和力受体；③αβγ链三聚体构成高亲和力受体。IL-2R分布于活化的T、B和NK等细胞表面。
主要功能：①IL-2是重要的T细胞生长因子，能刺激所有T细胞进入分裂周期，发生增殖及分泌细胞因子；②IL-2可诱导B细胞活化增殖，促进抗体分泌；③促进NK细胞、单核巨噬细胞的杀伤活性，诱导淋巴因子激活的杀伤（lymphokine activated killer，LAK）细胞产生。
主要由Th2细胞产生，其他T细胞、双阳性胸腺细胞、激活的肥大细胞和嗜碱性粒细胞也能产生。IL-4的生物学效应是通过与其受体结合来介导的，IL-4R广泛分布于造血细胞、内皮细胞、滑膜细胞、肌肉细胞，一些肿瘤细胞也可表达IL-4R。
主要功能：①IL-4以自分泌方式促进Th0细胞向Th2细胞分化，而抑制Th1细胞分化；②刺激B细胞活化和增殖，诱导Ig重链基因类别转化，产生IgG1和IgE；③促进双阳性胸腺细胞增殖；④与IL-3协同作用可维持和促进肥大细胞增殖，在超敏性疾病中发挥重要作用。
主要由巨噬细胞、树突状细胞、B细胞、T细胞及非造血细胞（如上皮细胞、内皮细胞、星形细胞、成纤维细胞等）产生，是一种重要的炎性细胞因子，以自分泌、旁分泌或内分泌方式参与或介导免疫应答和炎症反应等。IL-6R由特异性受体结合链 IL-6Rα和信号传导链即 IL-6Rβ（gp130）组成，IL-6、白细胞抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、抑瘤素 M（oncostatin M，OSM）、睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）、IL-11和 IL-27均共用受体亚单位gp130，并依此向胞内传递信号。另外还存在一种可溶形式的IL-6R，即sIL-6R，可来源于膜型IL-6R的水解或mRNA的剪接。
主要功能：①IL-6可抑制Th1、Treg细胞分化，促进Th2细胞分化，而且可联合IL-23促进Th0细胞分化为Th17细胞；②刺激B细胞活化、增殖及产生抗体；③参与炎症反应，IL-6也是一种内源性致热源，促进肝合成急性反应期蛋白；④促进骨髓造血和破骨细胞活性；⑤IL-6可作用于下丘脑-垂体-肾上腺，促进糖皮质激素分泌；⑥IL-6与sIL-6表达异常增高与某些自身免疫病和肿瘤的发生和发展有关。
主要由胸腺细胞组成性表达，骨髓基质细胞、成纤维细胞、角质化细胞和肠上皮细胞也有表达。IL-7R包括两条链：α链和γ共有链，IL-7受体分布于T细胞、前B细胞和骨髓巨噬细胞表面。
主要功能：①IL-7对T细胞的分化发育有重要作用，包括影响胸腺发育过程中TCRβ链基因的重排；介导胸腺前体细胞向DC方向发育分化；②IL-7可单独诱导胸腺细胞活化和增殖，低剂量IL-2也能增强IL-7诱导的胸腺细胞增殖；③与IL-15联合作用维持记忆CD8 + T细胞的稳态扩增；④刺激LAK细胞活性；⑤促进早B和前B细胞增殖；⑥具有趋化功能，可介导单核细胞参与炎症反应。
最初发现是由Th2细胞分泌的一种抑制细胞因子合成的调节分子，后来发现IL-10可由多种细胞产生，包括树突状细胞、巨噬细胞、NK细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞等固有免疫细胞，以及Th1、Th2、Treg和Th17等适应性免疫细胞。此外，上皮细胞、角质形成细胞、肿瘤细胞等非免疫细胞也可产生IL-10。
主要功能：①IL-10可通过抑制抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC），特别是树突状细胞和巨噬细胞表面MHC-Ⅱ类分子、协同刺激分子CD80和CD86的表达，降低抗原呈递能力。IL-10可抑制APC分泌的IL-1、IL-6、IL-12和TNF-α等多种促炎因子，降低T细胞的活性及免疫应答能力；②IL-10可直接作用于初始CD4 + T细胞，抑制其分泌IFN-γ和IL-2，影响T细胞亚群分化和成熟；③肿瘤微环境中的肿瘤细胞、肿瘤相关巨噬细胞及中性粒细胞均可产生IL-10，参与免疫应答的负向调节作用。
由p35（IL-12α）和p40（IL-12β）两条肽链组成，其中p40也是IL-23的亚基。IL-12主要由树突状细胞、巨噬细胞、B细胞和T细胞产生。
主要功能：①刺激NK细胞产生IFN-γ，增强其杀伤能力；②促进Th0细胞向Th1细胞分化，在Th1介导的免疫反应及炎性疾病中发挥重要作用；③增强CTL的细胞毒作用；④与IL-2协同诱导LAK细胞。
IL-17家族包含IL-17A～F六个成员，其家族成员大多形成同源二聚体，而IL-17A和IL-17F结构相似，可形成异源二聚体，但生物学活性主要由IL-17A介导。IL-17A是该家族最早发现的细胞因子，主要由Th17细胞产生。除Th17细胞外，许多天然免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞、γδT细胞、NK细胞等也可以分泌IL-17，说明IL-17是联系固有免疫和适应性免疫的重要细胞因子。IL-17R主要表达在中性粒细胞、角质形成细胞和其他非淋巴细胞。
主要功能：①IL-17家族细胞因子表达主要与炎症密切相关，可协同刺激炎性细胞因子和趋化因子的分泌，但IL-17F可促进Th2型抗炎细胞因子的分泌，并进一步抑制Th17细胞免疫反应；②IL-17可诱导G-CSF、GM-CSF表达，促进中性粒细胞产生；③IL-17可诱导防御素产生。IL-17是宿主防御病原微生物，特别是胞外菌和真菌的重要细胞因子，但同时IL-17也参与许多自身免疫性疾病和炎症性疾病的病理过程。
主要表达在活化的T细胞如Th17、Th2和Tfh细胞，NKT细胞也可表达。
主要功能：①促进Tfh细胞表达趋化因子受体CXCR5和诱导性协同刺激分子（inducible costimulatorymolecule，ICOS），诱导Tfh细胞分化、向淋巴结生发中心迁移，与B细胞相互作用并在生发中心形成中发挥关键作用；②Tfh细胞产生的IL-21在B细胞对TD-Ag应答中发挥关键作用，可协同刺激B细胞增殖并分化为浆细胞；③通过自分泌促进Th17细胞的分化与扩增；④促进NK细胞和CD8 + T增殖和胞毒作用。
除 p19外，IL-23与 IL-12共用p40亚基，只有p19与p40结合形成复合物才具有活性。IL-23主要由活化的树突状细胞和巨噬细胞分泌。
主要功能：①维持Th17细胞活化及产生IL-17；②促进小鼠CD4 + CD45RB low 记忆T细胞增殖；③诱导T淋巴母细胞和记忆T细胞产生IFN-γ，并促进它们增殖。
与IL-12、IL-23、IL-27都属于IL-12细胞因子家族，是由IL-12α和IL-27β组成的异源二聚体。IL-12、IL-23和IL-27组成性表达于Treg细胞，发挥免疫抑制调节功能，可下调Th17细胞的功能，抑制炎症反应。
1957年Isaacs和Lindenmann发现受病毒感染的细胞能产生一种因子，具有限制病毒感染和复制的能力，因而命名为干扰素，它是最早发现的细胞因子。重组的IFN-α可用于病毒性肝炎、白血病、多发性骨髓瘤和肾癌等的治疗。根据来源和理化性质，可将干扰素分为3个亚类。
具有耐酸性环境的特点，即使在pH 2.0的环境下活性仍然稳定。Ⅰ型干扰素包括IFN-α、IFN-β、IFN-ε、IFN-ω和IFN-κ，主要由白细胞、成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生。Ⅰ型干扰素的主要生物学功能是抑制病毒复制；促进NK细胞的胞毒作用，促进Th1细胞分化；上调MHC-Ⅰ类分子表达，促进CTL细胞的识别和杀伤。
即IFN-γ，不耐酸，主要由活化T细胞和NK细胞产生。除抗病毒作用外，IFN-γ也参与免疫应答和免疫调节，如促进B细胞产生IgG；促进Th1细胞分化；刺激抗原呈递相关分子（如TAP、HLA-DM、CD80/86）的表达。
即IFN-λ，是一类新型干扰素，包括IL-29（IFN-λ1）、IL-28a（IFN-λ2）及IL-28b（IFN-λ3）三个成员，具有相似的组成和结构。IFN-λ同干扰素家族的其他成员一样也具有抑制病毒复制的功能。
1975年，Carswell等发现接种BCG的小鼠注射LPS后，血清中含有一种能使肿瘤组织发生出血坏死的因子。1985年，Shalaby把巨噬细胞产生的TNF命名为TNF-α，把T淋巴细胞产生的淋巴毒素（lymphotoxin，LT）命名为TNF-β。TNF-α和β是TNF家族主要成员，发挥生物学效应的天然形式是同源的三聚体。目前，已发现的TNF家族成员包括肿瘤坏死因子相关凋亡配体（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）、Fas配体（Fas ligand，FasL）、CD40L、LIGHT［homologous to LT，inducible expression，competes with herpes simplex virus（HSV）glycoprotein D for HSV entrymediator（HVEM），a receptor expressed on T lymphocyte］等30余种分子或膜分子，具有调节适应性免疫、杀伤靶细胞和诱导细胞凋亡等功能。
以非糖基化膜蛋白的形式合成跨膜型TNF-α，经TNF转化酶作用切除信号肽后，其膜形式可被水解为17kD的可溶性TNF-α，可通过自分泌和旁分泌形式发挥生物学作用，参与抗肿瘤、炎症反应和免疫应答。TNF-α是重要的炎性因子，具体表现为引起发热、诱导急性期蛋白合成，甚至介导内毒素性休克。TNF受体主要有TNFRⅠ和TNFRⅡ两类，分子量分别为55kD和75kD，TNFRⅠ可广泛表达于所有类型的细胞上，TNF-α结合受体TNFRⅠ是启动凋亡的经典途径之一。TNFRⅡ仅表达于免疫细胞和内皮细胞，与TNFRⅠ胞内结构区差异很大，与信号传递和T细胞增殖相关。
又称淋巴毒素，包括膜结合型和分泌型两种类型。TNF-α与TNF-β仅有约30%的同源性，但它们却拥有共同的受体，因此生物学作用相似，TNF-β也可趋化和激活中性粒细胞，促进黏附分子表达，但其不参与内毒素性休克等病理过程。
1977年Burgess等从小鼠肺条件培养液中发现一种能刺激粒细胞和巨噬细胞形成集落的细胞因子，命名为粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）。GM-CSF和单核细胞-巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）在刺激多能造血干细胞或不同发育分化阶段的造血祖细胞增殖分化中发挥作用。在慢性炎症过程中，集落刺激因子能招募新的前体细胞向造血细胞分化。此外，红细胞生成素（erythropoietin，EPO）、干细胞生长因子（stem cell factor，SCF）、血小板生成素（thrombopoietin，TPO）和IL-3也是重要的造血生长因子。
又称多系集落刺激因子（multi-CSF），主要由活化的T细胞产生，NK细胞和嗜酸性粒细胞也可产生。IL-3高亲和力受体由α和β两条链组成，其中β链为共用链（IL-3R、IL-5R和GM-CSFR共用），可分别与IL-5R和GM-CSFR的α链组成相应受体。IL-3的主要功能是：①促进多谱系造血干细胞的增殖、分化、成熟、并形成集落；②增强不同靶细胞的功能。
是一种单糖基化蛋白，主要由活化的T细胞、活化的巨噬细胞、成纤维细胞及内皮细胞产生。GM-CSFR由α链（CD116）及β共用链组成。GM-CSF主要功能是：①刺激骨髓细胞形成中性粒细胞集落和巨噬细胞集落；②刺激胚肝祖细胞形成嗜酸性粒细胞集落；③GM-CSF对成熟的淋巴细胞也有一定功能，包括增强粒细胞、单核细胞和嗜酸性粒细胞杀菌、抗寄生虫及抗肿瘤作用，增强粒细胞吞噬活性并上调黏附因子表达。
主要来源于成纤维细胞、内皮细胞、活化的单核细胞、骨髓基质细胞、成骨细胞、活化的T、B细胞及多种肿瘤细胞。M-CSF包括膜结合型和分泌型糖蛋白及蛋白多糖。M-CSF主要功能是：①促进骨髓前体细胞发育为单核/巨噬细胞；②激活成熟单核/巨噬细胞，促进其黏附和增殖；③通过促进单核/巨噬细胞增殖活化，诱生IL-1、TNF、G-CSF、IFN-γ并参与炎症反应。
主要由活化的单核/巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和骨髓基质细胞等产生。GCSF受体（CD114）含WSXWS结构，为高亲和力受体，分布于造血祖细胞、中性粒细胞、内皮细胞及髓样白血病细胞株等。G-CSF可进入循环，发挥全身性作用，如刺激骨髓内中性粒细胞前体细胞存活、增殖和分化，在外周促进成熟中性粒细胞的活化与功能。
机体大部分红细胞生成素（EPO）由肾小球基底膜外侧肾小管周围毛细血管内皮细胞产生。EPOR为EPO特异性高亲和力受体，与其他生长因子不发生交叉性结合，除表达于造血祖细胞外，生殖器官、心、肝、肾、脑、内皮细胞和平滑肌细胞也可以表达。EPO主要功能是：①刺激骨髓内红细胞样前体细胞产生红细胞样集落形成单位和红细胞样爆发形成单位，使红细胞样前体细胞增殖分化为成熟红细胞；②EPO还具有某些与造血功能无关的效应，例如阻止细胞死亡；③促进血管形成；④促进内皮细胞表达内皮性一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），并产生NO。
趋化因子是一类能诱导白细胞及其他类型的体细胞定向迁移和活化的蛋白质家族，目前已发现50余个成员，其受体为7次跨膜G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor）。根据其半胱氨酸的位置、排列方式和数量，趋化性细胞因子亚家族分为CXC趋化性细胞因子（属α亚家族）、CC趋化性细胞因子（属β亚家族）、C趋化性细胞因子（属γ亚家族）以及CX3C趋化性细胞因子，将在第四节中进行详细阐述。
转化生长因子β家族是由多种细胞产生，可调节细胞生长和分化的家族，主要包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2以及骨形成蛋白（bonemorphogenetic protein，BMP）等。其中TGF-β1为同源二聚体，主要由Treg细胞、活化的巨噬细胞等合成和分泌。
TGF-β可以通过自分泌或旁分泌的方式参与对细胞内环境稳定、伤口愈合、纤维化、血管生成及细胞分化等许多生物学行为的调控。在炎症和肿瘤的发生发展过程中，TGF-β可介导许多重要的病理过程，如作为Treg分泌的重要细胞因子抑制T细胞的增殖和效应，同时可参与Th17细胞的诱导和活化，刺激巨噬细胞和成纤维细胞产生基质金属蛋白酶，促进血管的生成。TGF-β在不同阶段所扮演的角色可能截然不同，在肿瘤发生早期主要通过对细胞周期的调控发挥抑制增殖的功能，而在晚期可通过诱导细胞上皮间质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）而促进肿瘤的恶性侵袭和转移。
包括白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）、神经生长因子（nerve growth factor，NGF）、抑瘤素M（oncostatin M，OSM）和脂肪因子（adipokine）等。
免疫效应细胞分泌的细胞因子具有参与免疫应答和免疫调节等多种生物学功能。如介导适应性免疫、刺激造血功能、促进凋亡和直接杀伤靶细胞、促进组织损伤修复和参与神经-内分泌-免疫网络调节等。
参与固有免疫应答的细胞主要有树突状细胞，单核/巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞、NKT细胞及γδT细胞等，而细胞因子可对这些细胞发挥多种调节作用。如IL-1β和TNF-α可诱导未成熟树突状细胞成熟分化；在抗原呈递时，IFN-γ可上调树突状细胞表面MHC-Ⅰ类和MHC-Ⅱ类分子的表达；在急性炎症反应时，IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α可上调血管内皮细胞的黏附分子的表达，趋化中性粒细胞到炎症部位，此外，IL-17、IL-23等也是参与炎症反应的重要细胞因子。
不同的细胞因子在参与介导适应性免疫，促进T细胞、B细胞的活化、增殖和分化。对其免疫效应功能的发挥重要作用。
IL-2、IL-7和IL-18等细胞因子可以活化T细胞并促进其增殖；IL-12和IFN-γ可诱导Th0向Th1亚群分化，而IL-4促进Th0向Th2亚群分化；小鼠中TGF-β和IL-6联合作用，促进Th0向Th17亚群分化，而IL-23可促进Th17细胞的扩增；TGF-β促进调节性T细胞的分化；IL-2、IL-6和IFN-γ明显促进CTL的分化并增强其杀伤功能。
IL-4、IL-5、IL-6、IL-13和肿瘤坏死因子超家族（tumor necrosis factor superfamily，TNFSF）的B细胞活化因子（B cell activating factor，BAFF）等可促进B细胞的活化、增殖及分化为抗体产生细胞；多种细胞因子调控Ig的类别转换，如IL-4可诱导B细胞成为产生IgG1和IgE的细胞，而TGF-β和IL-5可诱导B细胞分泌IgA。
多能造血干细胞在分化为成熟免疫细胞的每个阶段几乎都需要细胞因子的参与，骨髓和胸腺微环境中产生的集落刺激因子对调控造血细胞的增殖和分化起着至关重要的作用。如CSF和IL-3可刺激多能干细胞和多种祖细胞的增殖和分化。GM-CSF主要作用于髓样细胞因子前体以及多种髓样谱系细胞；G-CSF主要促进中性粒细胞的生成；M-CSF促进单核/巨噬细胞的分化和活化；红细胞生成素EPO促进红细胞生成；血小板生成素TPO、IL-6、IL-11促进巨核细胞分化和血小板生成；IL-15促进NK细胞的分化，由此构成了细胞因子对造血系统的庞大控制网络。某种细胞因子缺陷就可能导致相应细胞的缺陷，如肾性贫血患者的发病就是肾产生EPO的缺陷所致，而应用EPO治疗具有非常好的治疗效果。目前多种刺激造血的细胞因子已成功地应用于临床血液病，有非常好的发展前景。
在肿瘤坏死因子家族中，有多种细胞因子或膜分子可直接杀伤靶细胞或诱导细胞凋亡。如TNF-α可直接杀伤肿瘤细胞或病毒感染细胞，活化T细胞表达的FasL可通过膜型或可溶性形式与靶细胞上的Fas结合，诱导其发生凋亡。
多种细胞因子在组织损伤修复中发挥重要作用，如TGF-β可通过刺激成纤维细胞和成骨细胞促进损伤组织的修复。VEGF可促进血管和淋巴管的生成；FGF促进多种细胞的增殖，有利于慢性软组织溃疡的愈合；EGF促进上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞的增殖、促进皮肤溃疡和伤口的愈合。
机体的免疫系统并非孤立存在，也受神经和内分泌系统的调节，细胞因子作为免疫细胞的递质，与神经肽、神经递质和激素相互作用、相互影响，共同构成细胞间信号分子的调控网络。
神经、内分泌细胞膜上表达细胞因子受体，如下丘脑神经元上有IL-1特异的结合受体，IL-1可诱导下丘脑合成和释放促皮质素释放因子（corticotropin releasing factor，CRF），诱导促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）的分泌。
应激时交感神经兴奋，使儿茶酚胺和糖皮质激素分泌增多，进而抑制 IL-1、IL-6和 TNF-α等合成分泌。