干擾素-的功能及應(yīng)用

干擾素-的功能及應(yīng)用

20世紀(jì)30年代，許多病毒科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了相同病毒的一般結(jié)構(gòu)。這兩種病毒之間存在相互排斥的現(xiàn)象，導(dǎo)致病毒間干擾的概念。1957年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞與病毒一起培養(yǎng)后能產(chǎn)生一種可溶性因子,該因子能“干擾”病毒感染新的細(xì)胞,此因子被稱為“干擾素”。此后證明干擾素(interferon,IFN)是由一族分泌蛋白質(zhì)組成,對(duì)同種病毒具有廣譜抗病毒活性,它存在于各種脊椎動(dòng)物體內(nèi),平時(shí)細(xì)胞內(nèi)含量很低,經(jīng)病毒或其它干擾素誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)后產(chǎn)量可以提高。IFN蛋白家族基于它們的基因序列、染色體定位和受體特異性分為3型,即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型干擾素。Ⅰ型包括IFN-α、β、ω、ε、κ、δ、τ、ζ等;Ⅱ型干擾素由單基因家族IFN-γ構(gòu)成,又稱為免疫干擾素;Ⅲ型干擾素是一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子,與Ⅰ型干擾素關(guān)系密切,稱為IFN-λ。1inf-的產(chǎn)生干擾素-γ主要是由抗原、有絲分裂素等刺激、活化的CD4+Th1、CD8+T細(xì)胞及NK細(xì)胞所分泌的一類可溶性糖蛋白。抗原、T細(xì)胞促分裂素(PHA、ConA)、細(xì)胞因子(IL-2、IL-12、IL-18、bFGF、PDGF、EGF)、葡萄球菌腸毒素B,均會(huì)誘導(dǎo)IFN-γ的合成。1,25-二羥基維生素D3、地塞米松、環(huán)胞霉素A、糖皮質(zhì)激素、IL-10等對(duì)INF-γ的產(chǎn)生具有抑制功能。除了人們所熟知的INF-γ產(chǎn)生細(xì)胞:CD4+Th1、CD8+T細(xì)胞及NK細(xì)胞外,NKT細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(DC)和巨噬細(xì)胞(MΥ)、B細(xì)胞也具有產(chǎn)生INF-γ的能力。NKT細(xì)胞是INF-γ產(chǎn)生細(xì)胞中的一個(gè)新的成員,它表面既具有NK細(xì)胞的激活和抑制受體,也具有T細(xì)胞的表面受體TCR。NKT細(xì)胞產(chǎn)生INF-γ非常短暫,反復(fù)刺激后INF-γ的分泌和產(chǎn)生并不增加,在特異性免疫應(yīng)答中可能同時(shí)起著激活和抑制的雙重作用。樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞都是抗原提呈細(xì)胞(antigenpresentingcell,APC),它們也能產(chǎn)生INF-γ。APC產(chǎn)生INF-γ的過(guò)程受到許多其它細(xì)胞因子的調(diào)控,IFN-α、IL-4、IL-10均能抑制APC產(chǎn)生INF-γ。IL-12和IL-18能促進(jìn)APC產(chǎn)生INF-γ。APC產(chǎn)生的INF-γ和NK細(xì)胞所產(chǎn)生的INF-γ一樣,在機(jī)體感染的最初階段特別是在特異性免疫建立之前起著重要的作用,在機(jī)體特異性免疫和非特異性免疫之間起著重要的聯(lián)系作用。研究發(fā)現(xiàn),B細(xì)胞也能產(chǎn)生INF-γ,其INF-γ的合成在許多已建立的人的B細(xì)胞系中可以觀察到。2xenopus基因組分析IFN-γ以二聚體的形式發(fā)揮功能(圖1)。IFN-γ由6個(gè)α螺旋組成(A-F),其中螺旋A-D處于二聚體的一側(cè),而另外兩個(gè)螺旋E和F參與二聚體的連接。在三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上,IFN-γ與IFN-α相似,都具有α螺旋組成的桶狀核心。IFN-α與IFN-γ在結(jié)構(gòu)上的主要不同在于IFN-γ的C末端螺旋(F螺旋)彎曲并與桶狀核心形成60°夾角,并且IFN-γ分子內(nèi)缺乏二硫鍵。哺乳動(dòng)物和鳥類的IFN-γ在進(jìn)化上存在相似性,即在基因組中只有一個(gè)拷貝而未發(fā)生基因的連續(xù)復(fù)制。兩棲類的基因組分析沒有發(fā)現(xiàn)IFN-γ的存在,但是在Xenopus基因組中發(fā)現(xiàn)了IFN-γRl和IFN-γR2的定位。在魚類中也發(fā)現(xiàn)了類似IFN-γ分子的定位,說(shuō)明IFN-γ起源于魚類或更早的物種。在鳥類和哺乳動(dòng)物中IFN-γ的編碼區(qū)是由4個(gè)外顯子組成。IFN-γ的基因結(jié)構(gòu)以及IFN-γ在魚類中基因組的定位都說(shuō)明它與IL-10家族存在更近的進(jìn)化關(guān)系。IFN-γ的分子中沒有形成二硫鍵的半胱氨酸,其活性形式是牢固的二聚體或四聚體,單體沒有活性,成熟蛋白含有兩個(gè)糖基化位點(diǎn),糖基化對(duì)IFN-γ的生物學(xué)活性并不是必須的,只是與IFN-γ在體內(nèi)的半衰期相關(guān)。天然IFN-γ是一種糖蛋白,在第25位和第97位Asn處有2個(gè)糖基化位點(diǎn)。雖然大腸桿菌表達(dá)的IFN-γ沒有進(jìn)行糖基化修飾,但研究證實(shí)仍具有生物學(xué)活性。各種動(dòng)物的IFN-γ的氨基酸同源性高低不等,但其基本的空間結(jié)構(gòu)類似,2個(gè)糖基化位點(diǎn)均位于A、Bα螺旋的連接處和Eα螺旋的末端,這些部位均位于二聚體的表面,且在A、Bα螺旋的連接處各種動(dòng)物的氨基酸序列變異較大,相對(duì)較保守的C和F則被埋在二聚體的中心,現(xiàn)已證實(shí)該部位與另一條鏈的C末端一起構(gòu)成與受體α鏈結(jié)合的部位,這種變異的序列可能與干擾素作用的種屬特異性有很大的關(guān)系。3ifn生物學(xué)效應(yīng)干擾素-γ是一種糖蛋白,其不能通過(guò)普通透析膜,但可通過(guò)濾菌器。干擾素-γ比病毒顆粒小,沉淀病毒的離心力不能沉降干擾素-γ。干擾素-γ對(duì)酸不穩(wěn)定,在pH2.0時(shí)極易破壞,在56℃,30min被破壞。干擾素-γ含17種以上的氨基酸,其中天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸的含量較高,不含核酸,所以不被DNA酶或RNA酶破壞,但易被胰蛋白酶、乙醚、氯仿和酮基等破壞。IFN-γ又被稱為免疫調(diào)節(jié)型干擾素,當(dāng)用特異性抗原或有絲分裂原刺激T淋巴細(xì)胞或NK細(xì)胞時(shí)會(huì)刺激IFN-γ的高量表達(dá)。IFN-γ作為免疫刺激因子可以促使CD4+Th細(xì)胞向Th1細(xì)胞的極化,并刺激IL-2、IL-12、TNF-α等細(xì)胞因子的上調(diào),起到免疫系統(tǒng)活化的效果。IFN-γ的生物學(xué)效應(yīng)具有高度的種屬特異性,即人IFN-γ對(duì)動(dòng)物沒有生物學(xué)活性,反之亦然。干擾素-γ的受體為IFN-γR1和IFN-γR2,IFN-γ與受體結(jié)合可以激活JAK1、JAK2和STAT1,進(jìn)而誘導(dǎo)在啟動(dòng)子區(qū)域包含γ-激活序列(GAS)的基因的表達(dá)。在某些情況下STAT3和STAT5也可以被IFN-γ激活磷酸化。在生理?xiàng)l件下,IFN-γR的兩個(gè)亞基在結(jié)合IFN-γ之前就已經(jīng)在細(xì)胞膜上發(fā)生二聚,當(dāng)IFN-γ與受體結(jié)合后,IFN-γR的兩個(gè)亞基分別二聚形成一個(gè)四聚體復(fù)合物。對(duì)干擾素細(xì)胞信號(hào)通路的研究中發(fā)現(xiàn),細(xì)胞因子信號(hào)阻抑物(SOCS)和活性STAT阻抑蛋白(PIAS)能夠?qū)FN-γ的信號(hào)起負(fù)調(diào)控作用。有數(shù)據(jù)表明泛素-蛋白酶體途徑也能對(duì)IFN-γ引起的STAT信號(hào)起到抑止作用。4抗菌活性和免疫調(diào)節(jié)干擾素-γ具抗病毒,影響細(xì)胞生長(zhǎng)分化、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等多種活性,與I型干擾素相比,干擾素-γ具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)活性,而抗病毒活性和抗腫瘤活性較弱。4.1ifn-的抗體作用干擾素-γ均有抗病毒作用,動(dòng)物試驗(yàn)證明干擾素-γ抗病毒活性遠(yuǎn)較I型低,干擾素-γ和干擾素-β有相互加強(qiáng)抗病毒作用。干擾素抗病毒具有廣譜性,但它對(duì)細(xì)胞抗病毒作用是間接的,而且是非特異性的。當(dāng)干擾素與細(xì)胞表面的干擾素受體結(jié)合后,可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生有酶活性的抗病毒蛋白(AVP)。已知的AVP至少有3種:蛋白激酶、磷酸二脂酶和2-5A合成酶,前兩種能破壞細(xì)胞核糖體轉(zhuǎn)譯病毒蛋白質(zhì),后一種降解mRNA,有的AVP還能抑制轉(zhuǎn)錄酶,阻止mRNA的形成,還有的能抑制病毒DNA和RNA的合成。因此,可以說(shuō)干擾素是通過(guò)AVP間接地抑制病毒復(fù)制而達(dá)到抗病毒作用的。IFN-γ的抗病毒作用有種屬特異性。IFN-γ引起的抗病毒作用主要是通過(guò)誘導(dǎo)一些目的基因的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,這些目的基因表達(dá)產(chǎn)物主要是一些參與病毒RNA降解和剪切的酶和蛋白質(zhì),這是IFN-γ抗病毒作用的主要機(jī)制,一些病毒感染過(guò)程中產(chǎn)生的抑制其信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程的蛋白也是通過(guò)抑制IFN-γ誘導(dǎo)這些酶類的產(chǎn)生而進(jìn)行的。IFN-γ誘導(dǎo)2-5A合成酶的能力低于IFN-α和IFN-β。不能誘導(dǎo)Mx蛋白表達(dá)。但是IFN-γ能夠誘導(dǎo)病毒感染細(xì)胞表達(dá)病毒抗原,增加免疫系統(tǒng)識(shí)別和殺傷感染細(xì)胞的作用。IFN-γ還能通過(guò)其他未知的途徑抗病毒繁殖。盡管IFN-γ的抗病毒效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于I型IFN,但在機(jī)體對(duì)病毒感染的長(zhǎng)期控制過(guò)程中起著非常重要的作用。4.2抑制劑a抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和癌基因表達(dá)與IFN-α和IFN-β相比,IFN-γ也能抑制前癌基因的表達(dá),阻止細(xì)胞株從G0期進(jìn)入G1期;IFN-γ同樣也能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞株分化。用IFN-γ處理人A431細(xì)胞后,細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變,繼而死亡,其機(jī)理可能是誘導(dǎo)了細(xì)胞的終末分化。IFN-γ能抑制許多腫瘤細(xì)胞株的生長(zhǎng),IL-1可抑制、協(xié)同或不影響IFN-γ對(duì)這些細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用。IFN-γ對(duì)另一些腫瘤細(xì)胞卻有促增殖作用,IFN-γ還能促進(jìn)其它細(xì)胞因子的抗腫瘤作用,使對(duì)IFN-α不敏感的細(xì)胞轉(zhuǎn)為敏感,兩者在亞適劑量合用時(shí)即可控制小鼠移植腫瘤的生長(zhǎng)。IFN-γ對(duì)癌基因轉(zhuǎn)化的細(xì)胞也有抑制生長(zhǎng)的作用,并且還能抑制癌基因的表達(dá)。IFN-γ的抗腫瘤作用是多方面的,包括多方面抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)多方面的免疫應(yīng)答。4.3細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞ifn-IFN-γ在機(jī)體腫瘤發(fā)生、腫瘤移植排斥和腫瘤免疫檢測(cè)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用,IFN抗腫瘤的作用機(jī)制是相當(dāng)復(fù)雜的,這些活性可能是上述各種生物學(xué)活性綜合作用的結(jié)果。IFN-γ可以通過(guò)激活機(jī)體參與先天免疫應(yīng)答的多種細(xì)胞,發(fā)揮其抗腫瘤作用,這些細(xì)胞主要包括巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和NKT細(xì)胞等。由于IFN-α、β對(duì)惡性腫瘤的治療不理想,人們對(duì)IFN-γ寄以厚望。IFN-γ抗腫瘤活性主要表現(xiàn)在:(1)直接的抗增生作用,可通過(guò)延長(zhǎng)細(xì)胞周期以延緩腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖;(2)通過(guò)抑制癌基因的表達(dá)來(lái)阻止或減慢腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過(guò)程;(3)激活巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞等以直接殺傷癌細(xì)胞或間接抑制癌基因;(4)誘導(dǎo)腫瘤壞死因子并促進(jìn)癌細(xì)胞對(duì)TNF受體、MHCⅡ類抗原的表達(dá),使其易被殺傷性T淋巴細(xì)胞識(shí)別而被殺傷。體外試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)IFN-γ在許多腫瘤細(xì)胞上均可表現(xiàn)出抗增殖和有絲分裂的作用,但在STAT1基因突變或缺失的腫瘤細(xì)胞上,這種活性消失,導(dǎo)入STAT1基因后活性恢復(fù),IFN-γ與受體結(jié)合后激活一些編碼參與細(xì)胞分裂周期的一些抑制因子,阻止了細(xì)胞的分裂增殖。4.4免疫效應(yīng)功能的調(diào)節(jié)功能IFN-γ的主要生理功能是調(diào)節(jié)MHCⅠ和MHCⅡ類分子在大多數(shù)免疫細(xì)胞(如單核巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞等)內(nèi)的表達(dá),但它卻抑制MHCⅡ類分子在B細(xì)胞中的表達(dá)。而I型干擾素(IFN-α與IFN-β)雖然能調(diào)節(jié)MHCⅠ類分子的表達(dá),但卻不能誘導(dǎo)MHCⅡ類分子的表達(dá)。研究表明,IFN-γ能將MHCⅠ類分子在組成型表達(dá)該類分子的細(xì)胞中的表達(dá)量增加2-4倍,而且還能誘導(dǎo)MHCⅡ類分子在MHC缺陷型細(xì)胞中的表達(dá)。IFN-γ誘導(dǎo)所生成的反式作用因子能結(jié)合于MHC基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件而調(diào)節(jié)MHC基因的轉(zhuǎn)錄,因而增強(qiáng)抗原遞呈細(xì)胞的抗原遞呈能力。IFN-γ還是激活并調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞分化和功能的重要細(xì)胞因子之一。IFN-γ能促使源自骨髓的單核細(xì)胞前體分化為成熟的單核細(xì)胞,它增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的抗原遞呈功能不僅是通過(guò)增加MHCII類分子的表達(dá),而且通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)很多與抗原遞呈有關(guān)酶的表達(dá)水平。另外,IFN-γ能增加巨噬細(xì)胞表面蛋白ICAM-I的表達(dá)水平從而增強(qiáng)其在抗原遞呈過(guò)程中與T細(xì)胞的相互作用。IFN-γ還能影響免疫系統(tǒng)的其它細(xì)胞,如調(diào)節(jié)B細(xì)胞的免疫球蛋白亞型轉(zhuǎn)換并阻止IL-4誘導(dǎo)MHCII類分子在B細(xì)胞中的表達(dá)。IFN-γ能間接調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞特異性亞型的分化。研究表明,IFN-γ對(duì)CD4+Th2細(xì)胞具有抗增殖效應(yīng)而對(duì)CD4+Th1細(xì)胞無(wú)影響,IFN-γ的這種調(diào)節(jié)功能確立了其在免疫應(yīng)答過(guò)程中決定免疫效應(yīng)功能類型的重要作用。Th2或Th1細(xì)胞是決定免疫類型的主要因素,Th1細(xì)胞的選擇性激活導(dǎo)致細(xì)胞免疫,而Th2細(xì)胞選擇性誘導(dǎo)體液免疫。雖然決定增殖的CD4+T細(xì)胞分化成Th1還是Th2細(xì)胞的因素還不甚明確,但是IFN-γ和IL-10交叉調(diào)節(jié)Th2和Th1細(xì)胞的效應(yīng)功能從而決定免疫應(yīng)答的方向。IL-10抑制CD4+Th1細(xì)胞和NK細(xì)胞合成IFN-γ而使免疫應(yīng)答朝體液免疫方向進(jìn)行,而IFN-γ通過(guò)抑制CD4+Th2細(xì)胞的增殖而抑制其分泌IL-10、IL-4、IL-5等激活B細(xì)胞的細(xì)胞因子,從而抑制體液免疫而使免疫應(yīng)答向細(xì)胞免疫應(yīng)答的方向進(jìn)行。IFN-γ是主要的巨噬細(xì)胞激活因子(MAF),直接誘導(dǎo)參與呼吸爆發(fā)(respiratoryburst)的酶的合成,導(dǎo)致巨噬細(xì)胞殺傷吞噬的微生物和腫瘤細(xì)胞。當(dāng)前,很多學(xué)者紛紛將目光集中在IFN-γ誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)一氧化氮(NO)的合成上。NO是細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS或NOS-2)催化L-精氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-瓜氨酸的產(chǎn)物,它在細(xì)胞清除胞內(nèi)微生物病原體過(guò)程中具有非常重要的作用。在IFN-γ和TNFα的誘導(dǎo)下,巨噬細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶迅速表達(dá),因而增強(qiáng)其吞噬活性。IFN-γ能增加高親和力Fc受體(FcγR)在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞表面的表達(dá),促進(jìn)這些細(xì)胞參與抗體依賴的細(xì)胞毒反應(yīng)。4.5弓形蟲的免疫調(diào)節(jié)作用IFN-γ是細(xì)胞介導(dǎo)免疫的重要免疫分子,具有比較強(qiáng)的抗球蟲作用,也是抗弓形蟲免疫中起主導(dǎo)作用的細(xì)胞因子。Michalski等報(bào)道雞干擾素-γ可以直接作用于寄生蟲,而不是作用于宿主細(xì)胞。Min在研究多種細(xì)胞因子對(duì)艾美爾球蟲DNA疫苗的佐劑效應(yīng)時(shí),發(fā)現(xiàn)IFN-γ基因可顯著抑制該寄生蟲的增殖。Lilehoj等提出在抗球蟲過(guò)程中雞干擾素-γ可以影響子孢子的發(fā)育,但不影響其侵入細(xì)胞。IFN-γ可誘導(dǎo)免疫細(xì)胞活化,介導(dǎo)機(jī)體免疫細(xì)胞抑制弓形蟲增殖,殺傷細(xì)胞內(nèi)弓形蟲。其抗蟲作用主要通過(guò)活化巨噬細(xì)胞產(chǎn)生超氧離子、啟動(dòng)精氨酸依賴的NO途徑活化巨噬細(xì)胞、誘導(dǎo)降解色氨酸等途徑,抑制了弓形蟲的增殖。由于動(dòng)物種類的不同,機(jī)體內(nèi)組織細(xì)胞不同,IFN-γ的這種針對(duì)不同細(xì)胞進(jìn)行的不同方式的調(diào)節(jié),正是它免疫調(diào)節(jié)作用的獨(dú)特性。然而,IFN-γ僅是機(jī)體對(duì)弓形蟲的免疫調(diào)節(jié)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要成分,各種細(xì)胞因子之間的相互協(xié)同,相互制約是免疫調(diào)節(jié)的基本操作方式,這種調(diào)節(jié)促成了機(jī)體最佳的免疫狀態(tài),同時(shí)防止機(jī)體自身免疫病理性損傷。不論是外源性IFN-γ,還是內(nèi)源性的IFN-γ,都表現(xiàn)了強(qiáng)大的抗蟲效應(yīng)。諸多的試驗(yàn)證實(shí)外源性的IFN-γ具有強(qiáng)大的抗感染效應(yīng),內(nèi)源性的IFN-γ在阻止弓形蟲增殖、促使休眠狀態(tài)弓形蟲包囊形成、防止包囊的活化突破等方面具有重要的作用。資料顯示IFN-γ可以降低IL-6對(duì)IFN-γ誘導(dǎo)抗弓形蟲效應(yīng)的逆轉(zhuǎn)作用,可對(duì)CD8+T細(xì)胞的分化成熟起促進(jìn)作用,進(jìn)而對(duì)弓形蟲速殖子感染的靶細(xì)胞產(chǎn)生較強(qiáng)的細(xì)胞殺傷作用,誘導(dǎo)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬殺滅蟲體的功能,激活巨噬細(xì)胞內(nèi)的呼吸爆發(fā),釋放出各種對(duì)蟲體具有毒性的含氧離子殺死蟲體等。用弓形蟲速殖子感染骨髓源巨噬細(xì)胞后,加入IFN-γ或LPS可導(dǎo)致特異性抗原的產(chǎn)生;加入外源性NO可強(qiáng)烈地抑制弓形蟲增殖,而內(nèi)源性產(chǎn)生NO足以使細(xì)胞內(nèi)弓形蟲處于靜止休眠狀態(tài)。SuzukiY等報(bào)