細胞因子通過結合細胞表面相應的細胞因子受體而發揮生物學作用。細胞因子和其受體的結合是細胞因子介導的細胞信號轉導的啟動刺激。已知的細胞因子受體絕大多數是跨膜蛋白，由胞膜外區、跨膜區和胞漿區組成。細胞因子與其受體結合后啟動復雜的細胞內分子間的相互作用，zui終引起細胞基因轉錄的變化，這一過程稱為細胞的信號轉導。
細胞因子和其受體的結合是細胞因子介導的細胞信號轉導的啟動刺激。已知的細胞因子受體絕大多數是跨膜蛋白，由胞膜外區、跨膜區和胞漿區組成。胞膜外區為識別結合細胞因子的部位，胞漿區啟動受體激活后的信號轉導。細胞因子受體根據其結構和信號轉導途徑可分為I 型細胞因子受體、II 型細胞因子受體、腫瘤壞死因子受體和趨化性細胞因子受體等不同的家族或超家族。
細胞因子受體舉例說明：
I型細胞因子受體（class I cytokine receptor）家族包括IL-2，IL-3，IL-4，IL-5，IL-7、IL-9、IL-13、IL-15、GM-CSF 和促紅細胞生成素等細胞因子的受體。II 型細胞因子受體家族(class II cytokine receptor)包括IFNα，IFNβ，IFNγ和IL-10 的受體。腫瘤壞死因子受體超家族（TNF receptor super family， TNFSF）包括TNF受體、神經生長因子受體、CD40 分子和Fas 分子等。趨化性細胞因子受體家族（chemokine receptor family）是G-蛋白偶聯受體，為7 次跨膜的蛋白，和相應的配體結合后經偶聯GTP 結合蛋白而發揮生物學效應。
CCR5 是HIV 在巨噬細胞和T 淋巴細胞上的輔助受體，HIV 借助它進入細胞造成原發性感染。在體外實驗中，CCR5 的小分子拮抗劑可抑制HIV 感染巨噬細胞。CCR5 是多態性基因。攜帶一種CCR5 等位基因的純合子個體，由于缺失了32個堿基使編碼區發生了移碼突變僅表達無功能的CCR5，這種個體可在一定程度上抵抗HIV 的感染。
I 型細胞因子受體家族受體的多數成員屬多亞單位受體，其中一種亞單位是細胞因子結合亞單位，另一種是信號轉導單亞位。多種I 型細胞因子受體有共用的相同的信號傳遞亞單位。如人IL-3、IL-5 和GM-CSF 受體均由α和β亞單位組成，其中α亞單位是細胞因子特異性結合亞單位，結構各異，β亞單位是這三種細胞因子共用的信號轉導亞單位。因此，IL-3、IL-5 和GM-CSF 在功能上有很大的重疊性，如均可作用于造血干細胞。 IL-2、IL-4、IL-7、IL-9 和IL-15 受體都有相同的信號轉導亞單位(γ鏈)。
位于X-染色體上的γ鏈基因缺陷是X-性連鎖重癥聯合免疫缺陷病(SCID)的一種病因，這類患者由IL-2、IL-4、IL-7、IL-9 和IL-15 受體介導的細胞信號轉導發生嚴重的障礙,細胞免疫和體液免疫都出現嚴重的缺陷。許多細胞因子如IL-1、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、G-CSF、GM-CSF、IFN-γ和TNF 的受體有游離的形式即可溶型細胞因子受體(soluble cytokinereceptor)。可溶型的細胞因子受體可做為相應細胞因子的運載體,也可與相應的膜型受體競爭配體而起到抑制作用。此外，檢測某些可溶型細胞因子的水平有助于某些疾病的診斷及病程的發展和轉歸的監測。
Ⅱ型細胞因子受體是由同源的二分子形成的二聚體。一些細胞因子的受體存在天然拮抗劑，如IL-1 受體拮抗劑(IL-1Ra)是一種由單核巨噬細胞產生170kDa 的多肽，它可以結合IL-1 受體，從而抑制IL-1α和IL-1β的生物學活性。有些病毒產生細胞因子結合蛋白也是細胞因子的拮抗劑，如痘病毒產生的TNF 和 IL-1 結合蛋白可抑制或消除TNF 和 IL-1 的致炎癥作用。
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