细胞因子与其细胞膜上特异性细胞因子受体相结合，导致受体二聚化或成簇，引起相关激酶聚集并使临近受体的胞浆尾段磷酸化，进而触发胞内信号通路。胞内信号转导的终点通常为细胞核，在细胞核内激活转录因子，启动新基因的表达，合成新的蛋白，如细胞因子、趋化因子、黏附分子等；可以引起细胞的分裂和分化，促进细胞的扩增；或者在细胞完成免疫应答后诱导细胞的凋亡。

细胞因子根据结构可以分为造血因子家族、干扰素家族和肿瘤坏死因子（TNF^[注]）家族，其受体同样可以分为相应的家族，不同细胞因子家族受体具有特定的结构，信号通路具有不同的转导机制。

造血因子家族细胞因子受体包含至少两条链，其胞内结构域与JAK家族酪氨酸激酶（包含Jak1、Jak2、Jak3和Tyk2四个成员）非共价结合。当细胞因子与其受体相互作用，引起受体二聚化，同时引起JAK酪氨酸激酶的交互磷酸化，激活其激酶活性，进而磷酸化受体链上特异的酪氨酸残基。磷酸化的酪氨酸残基位点招募带有SH2结构域的信号转导及转录激活因子（STAT^[注]）。STAT被招募至活化受体使其接近活化的JAK，进而磷酸化其C-端保守的酪氨酸残基并引起构象变化。两个STAT形成一个二聚体，彼此之间的磷酸酪氨酸与SH2结构域相结合。STAT主要形成同源二聚体，并根据细胞因子类型的不同活化STAT的不同类型。如γ干扰素（IFN-γ^[注]）活化STAT1并形成STAT1同源二聚体，而白细胞介素-4（IL-4^[注]）活化STAT6形成STAT6同源二聚体。其他细胞因子受体也可以活化多种STAT，有时也可以形成异源二聚体。磷酸化的二聚体进入细胞核中，作为转录因子起始相关基因的表达。这些基因编码的蛋白能够促进特定淋巴细胞亚群的生长及分化。细胞因子一旦与其受体结合，通过这条信号通路就能迅速激活基因的转录，而且利用不同的JAK和STAT组合，可以实现不同细胞因子产生的信号转导通路的专一性。在T细胞对抗原产生应答的过程中，其释放的大多数细胞因子均采用这条信号转导通路（见图）。

JAK-STAT通路介导的细胞因子信号转导

干扰素是具有多种效应的细胞因子，它调控着细胞的增殖、凋亡，并在抵御病毒感染中发挥着重要的作用。干扰素家族成员被分成Ⅰ型干扰素、Ⅱ型干扰素和Ⅲ型干扰素三个亚家族。所有的干扰素信号通路均通过JAK-STAT进行信号转导，并最终导致干扰素诱导基因（ISGs^[注]）的表达。在没有刺激条件下，胞内干扰素受体结构域被无活性的JAK激酶所结合。一旦干扰素结合受体，JAK激酶磷酸化并活化，进而磷酸化IFN受体并使STAT蛋白重定位。与JAK激酶临近的STAT蛋白发生酪氨酸磷酸化，并从受体上释放。活化的STAT蛋白形成同源或异源二聚体并转运入核。STAT1-2异源二聚体并与干扰素调节因子9（IRF9）结合形成ISGF3复合体，而STAT同源二聚体直接可以形成转录激活子。Ⅰ型和Ⅲ型干扰素信号通路活化TYK2和JAK1，进而形成STAT1-2和ISGF3复合体，而Ⅱ型干扰素信号通路活化JAK1和JAK2，进而诱导形成STAT1同源二聚体。细胞通过表面及胞内的病原相关分子模式受体识别病原菌成分，进而诱导产生Ⅰ型干扰素，并可以介导不同的信号转导通路产生多种生物学效应。ISGF3复合体入核并结合到ISG基因启动子区ISREs起始ISG基因的表达。由于ISGs具有限制感染和增强适应性免疫应答的功能，因此Ⅰ型干扰素是抗感染免疫应答中重要的组成部分。

肿瘤坏死因子（TNF^[注]）家族细胞因子在炎症、天然免疫及适应性免疫、细胞死亡、肿瘤等过程中发挥着重要的作用。这些细胞因子结合它们的同源受体并诱导其三聚化，启动信号通路，引起募集多种胞内接头分子，活化多种信号转导通路。TNF受体1（TNF receptor 1，TNFR1）是TNF受体超家族（TNF receptor superfamily，TNFR-SF）的一个亚基，因其胞内具有死亡结构域而被称为死亡受体。除了诱导基因表达，这些受体还能够通过凋亡诱导细胞凋亡程序性死亡和细胞坏死性凋亡。TNF与其受体的结合导致TNFR1-SC信号复合体的形成，PIPK1激酶1和TRADD接头蛋白被招募到受体附近，接着依次募集TRAF2和TRAF5，进而招募E3泛素连接酶cIAP1/cIAP2。cIAP1/2泛素化多种复合体I的成分，尤其是RIPK1和cIAP1自身。复合体Ⅰ上的泛素链帮助募集线性泛素链装配复合体（LUBAC），它可以线性地泛素化TNFR1-SC的多种组分，包括RIPK1，NEMO，TRADD和TNFR1自身。修饰后的RIPK1可以募集两个蛋白复合体TAB/TAK复合体和IKK复合体，并引起下游基因的活化。在某些条件下，当从复合体I传出的促生存信号被扰乱，则会形成第二个胞浆复合体，叫作TNFR1信号的第二复合体。复合体Ⅱ包括TRADD，PIPK1，FADD，caspase-8/10，FLIP和RIPK3。复合体Ⅱ中的FLIP抑制具有活性的caspase-8的释放，因此抑制凋亡。Caspase-8/FLIP异源二聚体能够抑制RIPK1和RIPK3信号来阻止坏死性凋亡。当FLIP水平较低，caspase-8处于活化状态，进而诱导凋亡。而当caspase-8完全处于无活性状态时，RIPK1和RIPK3信号通路不再受到抑制，RIPK1和RIPK3募集并磷酸化MLKL，磷酸化的MLKL发生构象改变，发生寡聚化并募集到胞膜处引起胞膜破裂，诱导坏死性凋亡。

由于细胞因子有多种强大的效应功能，活化的信号通路需要被严格调控，一旦调控功能受损，将可能导致严重的病理效应。一系列细胞因子特异性的抑制机制保证了细胞因子信号通路可以被有效地终止。细胞因子受体信号转导依赖酪氨酸磷酸化，所以受体复合体的去磷酸化可以作为一个重要的终止信号方式。多种酪氨酸磷酸酶参与到细胞因子受体的去磷酸化过程中。

细胞因子信号通路也可以被特异性的抑制子所终止。三个家族蛋白分别抑制特定类型的细胞因子信号转导，包括具有SH2结构域的磷酸酶（SHP）、活化的STAT蛋白抑制子（PIAS）和细胞因子信号抑制子蛋白（SOCS）。其中，SOCS是一类能够终止多种细胞因子和激素受体信号的抑制子。SOCS蛋白由STAT活化诱导，因此在细胞因子发挥作用后行使其对受体信号通路的抑制性功能。SOCS蛋白包含SH2结构域，因而能够被招募到磷酸化的JAK激酶或受体附近，并且能够通过竞争结合受体、泛素化并降解JAK激酶和STAT，进而直接抑制JAK激酶活性。另一类抑制性蛋白由活化的STAT蛋白抑制子（PIAS）组成，它们参与促进受体和信号通路中组分降解的过程。

对于外源病原体的感染，不同种类的细胞因子信号转导赋予了免疫系统产生合适的免疫应答的能力，这些细胞因子信号受损将导致包括自身免疫病和免疫缺陷病等疾病的发生。许多细胞因子信号转导都具有相同点，如需要产生第二信使和活化丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸激酶。信号转导的起始阶段，受体蛋白被募集到胞膜并组装成多蛋白的信号转导复合体。在大多情况下，信号转导产生的效应是活化转录因子，进而直接或间接地促进活化的淋巴细胞增殖、分化和发挥效应功能。另一些情况下，细胞因子的信号转导介导了细胞骨架的改变，在细胞迁移和形变中发挥了重要的作用。