張義兵，桂建芳

中國科學院水生生物研究所 淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室，武漢 430072

魚類干擾素反應及分子調(diào)控

張義兵，桂建芳

中國科學院水生生物研究所 淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室，武漢 430072

干擾素反應在脊椎動物抵抗病毒感染過程中發(fā)揮重要作用。近年來，魚類干擾素抗病毒免疫反應的研究取得了重要進展，不僅克隆鑒定了一系列魚類干擾素系統(tǒng)基因，而且通過功能研究揭示了魚類具有類似于高等哺乳類的干擾素反應。但是，魚類干擾素反應及分子調(diào)控具有自身特點。以下綜述了最近這方面的研究結(jié)果。

魚類，干擾素反應，干擾素刺激基因，信號通路，分子調(diào)控

1 哺乳類IFN抗病毒反應分子機制簡介

IFN是人類發(fā)現(xiàn)的第一種細胞因子，一般在病毒等微生物感染時被誘導表達。IFN反應被認為是脊椎動物抵抗病毒入侵的第一道防線。哺乳類 IFN根據(jù)結(jié)合的受體不同分為I型IFN、II型IFN和III型IFN三類。在人基因組中，I型IFN由包括15個有活性的IFNα成員和14個假基因，1個IFNβ基因，1個有活性的 IFNω基因和 5個假基因，以及 1個IFNκ基因組成。所有的I型IFN基因串聯(lián)在第9號染色體短臂。II型IFN只包括1個基因IFNγ，包含3個內(nèi)含子，位于第12號染色體的長臂。III型IFN由 2個研究小組在 2003年同時鑒定，由 IFNλ1、IFNλ2和IFNλ3組成，位于第19號染色體[2]。其中I型IFN和III型IFN被認為具有共同的進化起源，抗病毒性質(zhì)相似，又被合稱為“病毒誘導的IFN”。

關(guān)于I型IFN的信號通路研究較多[3]。宿主細胞一旦受到病毒感染，就能通過至少兩類模式識別受體 (Pattern-recognition receptors，PPRs) 識別病毒核酸 DNA或病毒復制時產(chǎn)生的 dsRNA (Doublestranded RNA)：一類位于內(nèi)吞體膜上的Toll樣受體(Toll-like receptor) 如 TLR3，另一類存在于細胞質(zhì)中 的受體 RLR (Retinoic acid inducible gene I(RIG-I)-like receptor)，主要包括 RIG-I和 MDA5 (Melanoma differentiation-associated gene 5)。這兩類受體分別啟動不同的信號通路，但最后都需要磷酸化激活一個共同的轉(zhuǎn)錄因子 IRF3 (IFN regulatory factor 3)。激活后的IRF3從細胞質(zhì)進入到細胞核，結(jié)合到IFNβ基因啟動子PRDI和PRDIII (Positive regulatory domain I and III ) 上啟動IFNβ的轉(zhuǎn)錄。激活的IRF3還能直接結(jié)合在某些ISGs (IFN-stimulated gene) 如ISG56、ISG54基因啟動子的ISRE上直接啟動這些基因的表達。誘導產(chǎn)生的IFNβ分泌到細胞外，結(jié)合到鄰近細胞的IFN受體IFNAR1和IFNAR2導致 Janus kinase家族的Tyk2磷酸化，同時 Tyk2與 Janus kinase 家族的另外一個成員JAK1又通過相互磷酸化被進一步激活。激活后的JAK1與Tyk2又反過來磷酸化 Stat1 (Signal transducer and activator of transcription 1) 和 Stat2蛋白，導致Stat1:Stat2異源二聚體的形成，然后脫離 IFN受體與IRF9形成ISGF3 (Interferon-stimulated gene factor 3) 復合體，從細胞質(zhì)進入到細胞核結(jié)合到 ISGs基因啟動子的調(diào)控序列ISRE (IFN-stimulated response sequence) 上，最終啟動ISGs轉(zhuǎn)錄，其中包括IRF7的表達。新合成的IRF7被激活后參與誘導各種IFNα基因的表達。產(chǎn)生的IFNα蛋白又通過上述的Jak-Stat通路誘導 ISGs的表達，形成一個正反饋的放大過程。PDC細胞 (Plasmacytoid dendritic cells) 主要產(chǎn)生IFNα，其信號通路有其細胞特異性[4-5]。

因此，IFN本身沒有抗病毒作用，需要誘導一系列抗病毒蛋白的表達才能建立宿主細胞的抗病毒狀態(tài)[6]。目前已經(jīng)證實的由抗病毒蛋白介導的干擾素反應有：Mx (Myxovirus-resistant) 蛋白介導途徑，蛋白激酶 PKR (Double-stranded RNA-activated protein kinase) 介導途徑，2’,5’-寡聚核酸酶 (2’-5’-oligoadenylate synthetase) 介導途徑，以及由ADAR (Double-stranded RNA-specific adenosine deaminase)介導的RNA編輯 (RNA editing) 機制等等。此外，有報道表明ISG15、ISG56、Viperin (Virus inhibitory protein，endoplasmic reticulum-associated，interferoninducible) 等ISGs同樣能介導IFN誘導的抗病毒作用，但是其中機制還有待于闡明。如ISG15是一種類泛素蛋白，通過類似于泛素化的機制與靶分子共軛結(jié)合 (Conjugating)，稱之為 ISGylation。ISG15通過修飾靶分子使之免于降解 (如作用于 IRF3) 或促使活性的改變 (如增強EIF4E2與RNA的5′帽子結(jié)構(gòu)的結(jié)合，但是卻抑制PPM1B的酶活性從而增強NF-κB信號)。但不管怎樣，在IFN受體剔除小鼠中，感染致死量的辛德比斯病毒 (Sindbis virus)，過量表達ISG15卻能提高小鼠存活率。ISG56早期發(fā)現(xiàn)能夠抑制病毒蛋白的翻譯起始，但是最近的研究卻發(fā)現(xiàn)負調(diào)控IFN信號。

2 魚類具有干擾素抗病毒反應系統(tǒng)

1965年，在發(fā)現(xiàn)哺乳類IFN 8年后，Gravell和Malsberger首次在傳染性胰腺壞死病毒 (IPNV)誘導的魚類培養(yǎng)細胞FHM中檢測到魚類干擾素活性[7]。此后從人工病毒感染或如poly I:C等誘導劑誘導的多種魚類培養(yǎng)細胞和魚體血清中檢測到IFN活性。我國學者在研究草魚出血病病毒 GCRV感染草魚培養(yǎng)細胞時，也從培養(yǎng)上清中發(fā)現(xiàn)有抗病毒活性物質(zhì)產(chǎn)生[8-10]。我們實驗室利用紫外線滅活的GCRV在多種鯉科魚類細胞中也獲得了相似的結(jié)果[11-12]。這些研究雖然都未能成功分離純化魚類IFN蛋白，但是都表明魚類具有類似于哺乳類 IFN的抗病毒反應。

隨著分子生物學研究的深入，魚類IFN基因以及與 IFN反應相關(guān)的一些重要基因如 Stat家族成員、IRF家族成員、包括Mx等在內(nèi)的抗病毒效應基因相繼被鑒定，從分子水平證明魚類存在IFN系統(tǒng)[13-15]。2003年，病毒誘導的魚類IFN基因隨著模式動物基因組破譯的浪潮終于在斑馬魚、大西洋鮭、河豚率先獲得鑒定[16-18]。此后，IFN 基因在斑點叉尾 、虹鱒、鯽、鯉等多種魚類中也獲得鑒定。與病毒誘導哺乳類 IFN基因相似，病毒感染和利用poly I:C等誘導劑能誘導 IFN基因的表達并伴隨著細胞抗病毒狀態(tài)的建立；過量表達魚類IFN基因能誘導下游ISG基因的表達，同時抑制病毒的復制；原核表達的IFN純化蛋白也類同于轉(zhuǎn)染IFN基因相同的效果[19]。魚類IFN自身同樣沒有抗病毒作用，阻斷細胞Stat1通路能顯著抑制IFN抑制細胞中病毒的復制，其機制在于阻斷了IFN誘導抗病毒基因的表達[19]。作為抗病毒基因，IFN 誘導表達基因如PKR[20]和 Mx[21]不僅具有類似哺乳類同源基因的結(jié)構(gòu)，而且在細胞中過量表達能顯著抑制病毒感染。機制研究發(fā)現(xiàn)魚類PKR也通過磷酸化底物eIF2α阻斷蛋白翻譯，從而抑制病毒在細胞中的復制[20]。

3 病毒誘導的魚類IFN基因及其受體

目前已鑒定出兩類魚類IFN基因：一類與哺乳類II型IFN同源[22]。與哺乳類只具有一個IFNγ拷貝不同的是，很多種魚的基因組中至少有2個以上拷貝[23]。另外一類與哺乳類病毒誘導的IFN基因同源 (以下討論的都是這類IFN)。同源性分析發(fā)現(xiàn)魚類病毒誘導的IFN氨基酸組成與哺乳類I型IFN的同源性高于與哺乳類III型IFN的同源性。魚類病毒誘導的IFN基因也具有多拷貝，系統(tǒng)進化樹發(fā)現(xiàn)魚類IFN獨立于哺乳類和鳥類IFN而自成一個進化分枝，表明雖然所有脊椎動物IFN有共同的進化起源，但不支持單個魚類IFN基因與高等動物單個IFN基因間存在對應的直向進化關(guān)系 (Orthologous relationship)。有趣的是，不同于哺乳類IFNα/β基因不含有內(nèi)含子，鑒定的魚類IFN基因都具有5個外顯子和4個內(nèi)含子，與哺乳類III型IFN的基因結(jié)構(gòu)相似 (有內(nèi)含子)[13,17]。由于魚類 IFN 基因具有與IL10家族基因相似的外顯子和內(nèi)含子的特點，因此有學者認為，在進化上魚類IFN基因可能代表一類古老的 IFN[17]。另外，已經(jīng)鑒定的斑馬魚4個 IFN基因有3個串連在第3號染色體，而另外一個則位于第12號染色體[24]。相對于其他脊椎動物，魚類發(fā)生過特有的第3次基因組加倍事件。4個斑馬魚IFN基因位于不同染色體是否源于這次特有的基因組加倍事件還有待證實。

根據(jù)魚類IFN氨基酸組成中所含的半胱氨酸數(shù)量的不同，可以將所有已知的魚類IFN分為兩類：group I IFN含有2個半胱氨酸，而group II IFN含有4個半胱氨酸[25]。系統(tǒng)進化樹支持這個結(jié)論[19,24-27]。根據(jù)不同誘導劑在不同細胞中對大西洋鮭11種IFN基因的誘導表達特點以及對新發(fā)現(xiàn)的虹鱒IFN基因結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)這些IFN基因可以進一步細分成4類[26-27]。group I IFN和group II IFN的功能似乎也有顯著差別[24]。在斑馬魚中，注射group I IFN蛋白在病毒和細菌感染時都能發(fā)揮作用，而 group II IFN 僅在病毒感染時有效[28-29]。比較抗病毒效應基因的表達強度和時序時發(fā)現(xiàn)，group II IFN誘導快速和瞬時的基因表達，而group I IFN誘導基因表達的特點是強烈和持久。因此group II IFN可能在病毒感染早期發(fā)揮作用[28]。體外研究也表明 group II IFN誘導Mx 的表達要弱于group I IFN[25]。

值得一提的是目前利用斑馬魚胚胎和幼魚所作的開創(chuàng)性工作使魚類IFN系統(tǒng)基因的功能研究上了一個新臺階。由于斑馬魚在發(fā)育早期 (前4~6周) 只有非特異性免疫發(fā)揮作用，因此斑馬魚胚胎和幼魚就成為了一個非常好的研究模型，而且可以利用Morpholino在胚胎發(fā)育時期進行基因功能阻斷。運用這個模型系統(tǒng)，法國學者發(fā)現(xiàn)斑馬魚的兩類 IFN通過結(jié)合不同的IFN受體發(fā)揮抗病毒功能。同哺乳類IFN一樣，魚類IFN受體由2個亞基組成。兩類魚類IFN共同使用一個短鏈受體CRFB5，但卻用不同的長鏈受體：group I IFN為CRFB1，group II IFN為CRFB2[24,30]。很顯然，魚類病毒誘導的IFN受體與高等哺乳類I型和III型IFN受體相比是不保守的。

4 病毒誘導的魚類IFN反應及IFN介導的Stat1通路

魚類IFN和受體不同于哺乳類的結(jié)構(gòu)特點提出了一個基本問題：魚類IFN是否通過保守的Jak-Stat信號通路發(fā)揮作用？我們實驗室在病毒感染的魚類培養(yǎng)細胞中鑒定了一系列的IFN系統(tǒng)基因，包括特異識別dsRNA的基因TLR3、RIG-I和MDA5，IFN基因，干擾素信號通路基因STAT1、JAK1，干擾素表達調(diào)控基因 IRF1、IRF2、IRF3、IRF7、IRF9，抗病毒基因 Mx1、Mx2、IFI56、PKR-like、PKR、Viperin、ISG15-1、ISG15-2、ISG15-3等等[14-15,19]。在哺乳類，這些基因在IFN信號通路中的不同結(jié)點上發(fā)揮作用。在病毒感染的魚類培養(yǎng)細胞中，這些基因受病毒誘導后表達上調(diào)表明它們在魚類IFN抗病毒反應中也可能發(fā)揮相似作用。利用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，證實在培養(yǎng)細胞中過量表達鯽Stat1蛋白能促進IFN的抗病毒作用，而轉(zhuǎn)染顯性失活突變載體(Dominant negative mutant) 阻斷Stat1的功能則削減IFN對培養(yǎng)細胞的保護能力。基因表達分析證明IFN發(fā)揮抗病毒作用需要經(jīng)過 Stat1通路誘導下游ISGs的表達[19]。事實上，IFN處理可以誘導大西洋鮭Stat1的磷酸化[31]；在Stat1基因缺失的人細胞株中過量表達斑馬魚Stat1基因，可以恢復正常的IFN信號，表明在IFN反應中魚類Stat1功能的保守性[32]。但是，斑馬魚基因組有2個Stat1基因拷貝。這兩個拷貝的Stat1功能是否相同，或魚類基因組存在多個Stat1有何生物學意義仍不清楚[33]。

有關(guān)魚類 IFN反應的啟動研究最近也取得進展。目前在哺乳類研究較多的 dsRNA受體如TLR3、RIG-I和Mda5也存在于魚類基因組中。雖然沒有證實魚類 RIG-I和下游分子 MAVS (The mitochondrial anti-viral signaling protein，也稱為IPS-1，VISA和CARDIF) 之間的相互作用，但是分別過量表達大西洋鮭RIG-I或MAVS能誘導細胞的IFN反應，抑制病毒在細胞中的復制[34]。魚類TLR系統(tǒng)有與哺乳類 TLR成員完全同源的基因，也具有自身特有的基因。如河豚基因組發(fā)現(xiàn)有TLR3同源基因，也有哺乳類不存在的TLR22。功能揭示河豚TLR3位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，TLR22位于細胞膜上，兩者都能識別病毒信號通過 Trif (TIR-domaincontaining adapter-inducing interferon-β) 途徑啟動IFN 反應，表明魚類具有不同于哺乳類的TLR-Trif-IRF3-IFN信號通路[35-36]。在另外一篇關(guān)于斑馬魚Trif的研究中發(fā)現(xiàn)，魚類Trif與哺乳類Trif是直向同源的進化關(guān)系，但是序列出現(xiàn)了較大歧化。這些結(jié)構(gòu)上的差異可能是魚類 Trif不能與 Traf6 (Receptor associated factor 6) 結(jié)合行使類似哺乳類Trif功能的原因[37]。雖然如此，過量表達 Trif仍然能夠啟動IFN反應，但是作者認為由Trif啟動的IFN反應可能不經(jīng)過 IRF3/IRF7途徑[37]。我們實驗室最近在研究鯽 IRF3的功能時也探索了該蛋白在dsRNA (poly I:C) 激活的IFN反應中的作用，卻發(fā)現(xiàn)了不同于該研究的結(jié)果。在這個實驗中，阻斷IRF3幾乎能阻斷由胞外poly I:C啟動的魚類IFN反應，證明在TLR介導的魚類IFN反應中，魚類IRF3具有類同于哺乳類IRF3的作用[38]。

5 魚類IRF3對IFN反應的調(diào)控作用

如前所述，TLR和RLR途徑雖然啟動不同的信號通路介導IFN反應，但是最后都匯聚在一點，即都需要磷酸化激活轉(zhuǎn)錄因子IRF3[3]。哺乳類IRF家族共有 9個成員，鳥類還存在 IRF10。魚類基因組中存在所有發(fā)現(xiàn)的10個IRF成員，并且還有一個新成員IRF11，該基因與IRF1有非常近的親緣關(guān)系[32]。系統(tǒng)進化樹分析，魚類IRF1-IRF10與高等脊椎動物的 IRF家族成員具有直向同源關(guān)系[33,38-39]。魚類IRF1是最早獲得鑒定的IRF家族成員，有報道表明過量表達IRF1能夠誘導IFN反應[40]。哺乳類中IRF1同樣能夠調(diào)控IFN反應，但是大量的研究表明，在這個過程中只有IRF3和IRF7發(fā)揮重要作用。

哺乳類IRF3是一個遍在表達蛋白，在正常細胞中沒有活性，其表達在病毒感染和IFN處理時不發(fā)生變化。大多數(shù)細胞不表達IRF7或表達很弱，僅在某些細胞如PDC (Plasmacytoid dendritic cells) 中有組成型表達。IRF7的表達受病毒和IFN誘導上調(diào)。這就是為什么在大多數(shù)細胞如成纖維細胞和 CDC (Conventional dendritic cells) 中，無論是經(jīng)TLR3途徑還是經(jīng) RLR途徑識別病毒信號都可以誘導 IFNβ的產(chǎn)生，因為這些細胞都組成型表達IRF3。病毒感染激活的IRF3主要負責早期表達的IFNβ的表達；產(chǎn)生的 IFNβ可以誘導晚期表達的 IFN (大部分的IFNα) 的表達，在這個過程中IRF7發(fā)揮重要作用[3]。同時也可以理解為什么 PDC能高效表達IFNα而不是IFNβ[4]。PDC細胞啟動IFN信號有其細胞特異性，利用TLR途徑 (TLR7/8/9而不是TLR3) 識別病毒核酸，其信號通路也不同于 TLR3介導的Trif-IRF3-IFN，而需要MyD88 (Myeloid differentiation primary response gene 88) 和IRF7的相互作用[4]。因為PDC細胞中表達的核酸受體為TLR7/8/9，且高表達 IRF7，因此，該種細胞啟動 IFN信號的是TLR7/8/9途徑而不是RIG-I途徑[41]。事實上，過量表達 IRF7不能誘導 IFNβ基因啟動子活性，而經(jīng)TLR7/8/9激活的IRF7和MyD88、TRAF6形成復合物在PDC細胞中介導IFNα的產(chǎn)生[4]。另外，早期表達的 IFNβ雖能誘導晚期 IFNα的表達，但不能誘導自身表達[42]；IFNα也不能誘導自身表達[43]。

我們近期的研究發(fā)現(xiàn)，鯽IFN能通過Stat1途徑誘導自身基因的表達，因此在抗病毒免疫反應中形成一個正反饋循環(huán)以在病毒感染初期放大 IFN反應[19]。分析鯽IFN啟動子，發(fā)現(xiàn)2個典型的ISRE基序。突變分析證明這2個ISRE在鯽IFN基因的誘導表達中發(fā)揮重要作用，至少IRF3可能結(jié)合在該位點啟動鯽IFN的表達[38]。因此，鯽IFN基因?qū)嶋H上也是一個典型的ISG。鯽IFN基因的自我表達調(diào)控性質(zhì)與哺乳類III型IFN相似，因為人III型IFN不僅能被I型IFN誘導表達也能誘導自身表達[43-45]。在關(guān)于最初鑒定的3個斑馬魚IFN基因的研究中也有相同發(fā)現(xiàn)[46]。

魚類IRF3是否類似于哺乳類IRF3在調(diào)控IFN反應中具有重要作用呢？最近的研究發(fā)現(xiàn)魚類IRF3的表達調(diào)控機制不同于哺乳類 IRF3：它們不僅受IFN誘導表達，而且還受各種IFN誘導劑的誘導表達。通過制備鯽IRF3的多克隆抗體，Western blotting證明魚類IRF3蛋白是一個IFN誘導的蛋白。分析鯽IRF3基因啟動子發(fā)現(xiàn)含有ISRE基序。進一步對已知的魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類IRF3基因的啟動子進行分析，發(fā)現(xiàn)了有趣的結(jié)果：ISRE基序不僅存在于所有魚類 IRF3基因，而且在兩棲類IRF3基因的啟動子中也存在。但是在爬行類、鳥類和哺乳類等羊膜動物中不存在。在哺乳類，IRF3的組成型表達早有定論，因此可以斷定IRF3基因的表達調(diào)控機制在脊椎動物的演化中發(fā)生了歧化，這種差異直接表現(xiàn)為基因調(diào)控序列的變異。功能研究證實脊椎動物IRF3調(diào)控IFN反應的功能應該是一個古老的機制，因為在魚類培養(yǎng)細胞中過量表達IRF3可以誘導IFN及其下游ISG基因的表達，誘導ISG基因如Mx和Gig2表達需要細胞先產(chǎn)生IFN，這種調(diào)控結(jié)果與哺乳類類似[38]。

IRF3在調(diào)控IFN反應時是否承擔了一個轉(zhuǎn)錄因子的角色？在哺乳類，病毒感染細胞激活細胞質(zhì)激酶TBK1 (TANK-binding kinase 1)，該激酶然后磷酸化激活I(lǐng)RF3蛋白，激活的IRF3蛋白從細胞質(zhì)進入到細胞核然后啟動 IFNβ基因的表達。因此，IRF3蛋白的磷酸化和入核可以當作IRF3被激活的標志。序列分析所有脊椎動物IRF3蛋白的C末端具有一個保守的絲氨酸和蘇氨酸結(jié)構(gòu)域。將該結(jié)構(gòu)域中的絲氨酸和蘇氨酸替換成天冬氨酸制備組成型激活鯽IRF3蛋白，在培養(yǎng)細胞中過量表達該突變體比野生型蛋白有更強的誘導IFN反應的能力，證明磷酸化該結(jié)構(gòu)域在調(diào)控IFN反應中的重要性。事實上我們也檢測到poly I:C等誘導劑能誘導IRF3的磷酸化。有趣的是，鯽IRF3在IFN處理的細胞中也能被磷酸化，而且在poly I:C和IFN處理的細胞中觀察到隨著誘導時間的推移，越來越多的IRF3蛋白從細胞質(zhì)進入到細胞核。因此，魚類IRF3能被IFN誘導激活，從而通過誘導相關(guān)基因的表達調(diào)控IFN反應[38]。

魚類 IRF3不同于哺乳類的表達調(diào)控和功能特點有什么生物學意義？在哺乳類，IRF3蛋白有較高水平的組成型表達、僅受病毒感染激活、被激活后的IRF3蛋白將在幾小時內(nèi)迅速被降解。這3個方面的特點保證當細胞感染病毒時IFN反應能在第一時間啟動，但僅在病毒感染的細胞中發(fā)生，而且是適度發(fā)生。反觀在魚類中，IRF3有組成型表達，但是IFN能誘導IRF3表達和激活，表明當病毒誘導IFN反應后，誘導合成的IRF3蛋白能繼續(xù)被IFN激活參與IFN的級聯(lián)放大反應。同時也表明，IRF3啟動的IFN反應不僅在病毒感染的細胞中啟動，而且在IFN作用的細胞中，即使沒有感染病毒的情況下也能發(fā)生。因此，與哺乳類相比，魚類IRF3調(diào)控的IFN反應是一個相對粗放的機制。鑒于兩棲類IRF3基因具有與魚類IRF3相同的表達調(diào)控特點，在兩棲類中依賴 IRF3調(diào)控的 IFN反應可能也具有類似魚類的特點。這些結(jié)果表明，隨著物種的演化，依賴IRF3調(diào)控的IFN反應機制越來越趨于精確和完善[38]。

6 問題及展望

雖然魚類IFN系統(tǒng)基因的鑒定以及基因功能的研究最近取得重要進展，但是關(guān)于基因功能的研究還不多，主要原因可能在于功能基因研究體系和技術(shù)平臺還沒能有效建立起來。我們在研究中也發(fā)現(xiàn)IRF7能夠誘導魚類IFN的表達，但是與IRF3相比，作用較弱，是否與IRF3有協(xié)同作用還有待進一步解析[38]。目前許多魚類IFN反應研究還局限于基因鑒定和克隆，對基因功能的描述僅限于從蛋白同源性分析和表達特征比較上進行推論。如IRF2、IRF9等雖然在魚類獲得克隆并且推斷在魚類的IFN反應中發(fā)揮重要作用，但目前還缺乏嚴謹證據(jù)。而較為系統(tǒng)的功能研究或許能發(fā)現(xiàn)魚類IFN反應中特有的機制。TLR22和IRF3基因的功能研究從某種程度上就是一個例證。

目前，魚類IFN的結(jié)構(gòu)特點引發(fā)了對其分類定位的討論。有學者依據(jù)魚類病毒誘導的IFN具有內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特征以及其受體與III型IFN受體更為同源的事實，把它們歸為III型IFN[17]。另有學者從蛋白結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)魚類IFN與哺乳類I型IFN更為相近，而且具有I型IFN保守的CAWE基序，認為它們屬于古老的I型IFN[13,18,25,47]。高等動物I型IFN的出現(xiàn)是因為轉(zhuǎn)座事件取代了古老的I型IFN基因位點所致[25]。最近在兩棲類爪蟾基因組中發(fā)現(xiàn)了具有內(nèi)含子的I型IFN基因，為后一種觀點提供了更有利的證據(jù)[47]。在該研究中作者預測在魚類的基因組中可能存在目前仍沒被發(fā)現(xiàn)的具有內(nèi)含子的 III型IFN基因[47]。還有第3種觀點認為，魚類IFN既然與高等動物I型和III型IFN既有共同點又有不同點，因此不能以I型或III型來簡單分類，建議命名為IFNφ[24,33]。

此外，許多保守的魚類 IFN系統(tǒng)基因編碼蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生了歧化，如報道的Trif基因和IRF3基因[31,37]，而蛋白結(jié)構(gòu)差異可能導致與哺乳類同源蛋白的功能差異。還有如魚類 PKR在一些種類有不同的拷貝數(shù)，N端dsRBM結(jié)構(gòu)域數(shù)目各異等等[48]?；蛘{(diào)控序列的變異也將導致功能的差異，如魚類IRF3的表達調(diào)控機制差異揭示了魚類IFN反應的自身特點。

最后，魚類IFN系統(tǒng)還有自身特有的一些新基因，如魚類特有的PKZ基因[49-50]，僅發(fā)現(xiàn)在魚類和兩棲類基因組中存在的Gig2基因[51-52]，魚類特有的IRF11[33,47]等等。這些基因在魚類IFN反應中的角色還有待研究。眾所周知，魚類經(jīng)過了一次特定的基因組加倍，隨著二倍化的進程，許多基因在物種進化過程中丟失，但是仍有一些基因具有多拷貝，如斑馬魚基因組中有2個Stat1基因[33]。這些多拷貝基因在功能上是互補還是冗余，以至于是否發(fā)生了歧化都需要在今后的研究中逐一證實。

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Fish interferon response and its molecular regulation: a review

Yibing Zhang, and Jianfang Gui

State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China

Interferon response is the first line of host defense against virus infection. Recent years have witnessed tremendous progress in understanding of fish innate response to virus infection, especially in fish interferon antiviral response. A line of fish genes involved in interferon antiviral response have been identified and functional studies further reveal that fish possess an IFN antiviral system similar to mammals. However, fish virus-induced interferon genes contain introns similar to mammalian type III interferon genes although they encode proteins similar to type I interferons, which makes it hard to understand the evolution of vertebrate interferon genes directly resulting in a debate on nomenclature of fish interferon genes. Actually, fish display some unique mechanisms underlying interferon antiviral response. This review documents the recent progress on fish interferon response and its molecular mechanism.

fish, interferon response, interferon-stimulated genes, signaling pathway, molecular mechanism

1957年，英國學者Alick Isaacs和Jean Lindenmann在利用雞胚絨毛尿囊膜研究流感病毒的干擾現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)感染病毒的細胞能分泌一種抗病毒蛋白[1]。這種抗病毒蛋白能誘導鄰近細胞抗病毒狀態(tài)的產(chǎn)生、抑制多種同源和異源病毒的感染。他們把這種抗病毒蛋白命名為干擾素 (Interferon，IFN)，從此開始了脊椎動物IFN系統(tǒng)半個多世紀的探索和發(fā)現(xiàn)。

December 17, 2010; Accepted: March 21, 2011

Supported by: National Basic Research Program of China (973 Program) (No. 2010CB126303), National Natural Science Foundation of China (No. 30871922), FEBL Research Grant (No. 2009FBZ01).

Yibing Zhang. Tel: +86-27-68780663; Fax: +86-27-68780123; E-mail: ybzhang@ihb.ac.cn

Jianfang Gui. Tel: +86-27-68780707; Fax: +86-27-68780123; E-mail: jfgui@ihb.ac.cn

國家重點基礎研究發(fā)展計劃 (973計劃) (No. 2010CB126303)，國家自然科學基金 (No. 30871922)，淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室項目(No. 2009FBZ01) 資助。