楊俊青,劉西培,劉文青,趙寶華

(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北石家莊,050016)

1 干擾素

干擾素(Interferon,IFN)是指在特定誘導(dǎo)劑作用下,由細(xì)胞產(chǎn)生的一組具有高度生物學(xué)活性的糖蛋白。最先是由英國病毒學(xué)家Isaacs和瑞士研究人員 Linden-mann于 1957年在利用雞胚絨毛尿囊膜研究流感病毒的干擾現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)的[1]。1963年 Lampson等純化了這種因子,并證明該因子是一種蛋白質(zhì),其分子量為 20～34 ku[2]。對干擾素基因序列研究結(jié)果表明,該序列早在 5億～10億年前就存在于生命細(xì)胞的基因序列中,是生物體內(nèi)一種古老的保護(hù)因子。

近半個(gè)世紀(jì),干擾素一直是病毒學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),但主要是針對人類及哺乳動物干擾素作用機(jī)理及臨床實(shí)驗(yàn)的研究。與人類和哺乳動物相比,禽類干擾素的研究相對落后,尤其是在分子生物學(xué)方面的研究。由于禽類干擾素具有廣譜抗病毒、抗腫瘤活性及免疫調(diào)節(jié)作用,對禽類疾病的防控有良好作用,近年來得到了研究人員的重視,目前其基因結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、體外重組表達(dá)及其在細(xì)胞免疫中的功能等方面的研究都取得了很大進(jìn)展。研究表明,重組干擾素與天然干擾素具有同樣的抗病毒和免疫調(diào)節(jié)活性[3],因此重組干擾素的研究和應(yīng)用將成為禽類病毒性疾病防治的重要方向。

2 禽類干擾素

20世紀(jì) 80年代,人們按照 IFN與其受體結(jié)合不同的原則,將干擾素分為Ⅰ型與Ⅱ型,而Ⅰ型干擾素又按其與抗體的結(jié)合的抗原性不同分為二類,即 IFN-α和 IFN-β兩大類,Ⅱ型干擾素命名為 IFN-γ。后來,人們不只發(fā)現(xiàn) IFN-α存在亞型以及亞亞型,并且還發(fā)現(xiàn)了牛、羊懷孕時(shí)滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌的與胚胎植入發(fā)育和母體識別有關(guān)的 IFN-τ[4],豬懷孕時(shí)滋養(yǎng)層細(xì)胞分泌的 IFN-δ[5],與 IFN-α同源性極高的IFN-ω,人白細(xì)胞分泌的天然 IFN-ε,角質(zhì)層細(xì)胞分泌的 IFN-κ等也屬于Ⅰ型 IFN。

2003年有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在 Nature Immunology發(fā)表兩篇文章,他們發(fā)現(xiàn) IFN-λ1,λ2,λ3或 IL-28A,IL-28B或 IL-29都有干擾素活性,但它結(jié)合的受體與Ⅰ型干擾素受體不同[6]。

劉新恒指出,應(yīng)該將干擾素分為 TypeⅠ,TypeⅡ,TypeⅢ等 3大類型干擾素。其中 TypeⅠ目前分為α,β,κ,ω,ε等數(shù)種。IFN-β,κ,ω,ε等的抗原性均與 IFN-α不同,且本身只有 1種,沒有亞型或亞亞型,而 IFN-α則有 13種以上亞型,如 IFNα-1,2,3,……,還有亞亞型,如 IFNα-1a,1b,1c,1d及 IFNα-2a,2b,2c,……。TypeⅡ干擾素則只有 1種,即原來的 IFN-γ。TypeⅢ至今為止有 3種亞型,IFN-λ1,IFN-λ2,IFN-λ3即原來的 IL-28A,IL-28B和 IL-29[6]。研究表明,雞及其他禽類的 IFN系統(tǒng)與哺乳動物 IFN系統(tǒng)相類似。1995年,Lowenthal等[7]從有絲分裂原刺激的雞脾淋巴細(xì)胞中得到了對熱和 pH2敏感的 IFN,它能激活巨噬細(xì)胞產(chǎn)生 NO,這與哺乳動物 IFN-γ相似,從而證明在雞體內(nèi)同樣存在 IFN-γ。1996年,Sick等 進(jìn)行了 λ噬菌體基因文庫雜交分析,發(fā)現(xiàn)在雞體內(nèi)存在兩種血清型的Ⅰ型 IFN,進(jìn)一步確證為IFN-α和 IFN-β。到目前為止,雞體內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)其他的Ⅰ型 IFN。后來根據(jù)雞 IFN-γ設(shè)計(jì)多個(gè)引物,得到了 4種 Galliforms(日本鶴鶉、火雞、珠雞和雉)的 IFN-γ基因的全序列[9]。 2008年,Karpala等[10]對IL-28B的基因進(jìn)行了克隆表達(dá)及純化,這表明禽類體內(nèi)存在 TypeⅠ,TypeⅡ,TypeⅢ等 3大類型干擾素。目前,在禽類中尚未發(fā)現(xiàn) IFN-ω和 IFN-τ等。

3 禽類干擾素的生物學(xué)活性

禽類干擾素與哺乳動物干擾素的生物學(xué)活性也相類似,呈現(xiàn)多樣性,以網(wǎng)絡(luò)的形式參與多種生理活動,是一種重要的細(xì)胞因子,而且在作用機(jī)理和臨床應(yīng)用上的多種生物學(xué)活性之間是相互聯(lián)系、相互交叉的。

3.1 抗病毒作用

IFN并不直接作用于病毒,而是通過誘導(dǎo)正常細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白(Antiviral protein,AVP)間接地達(dá)到抗病毒的效果,是非特異的,但具有種屬特異性。家禽 IFN-Ⅰ,Ⅱ型均具有廣譜抗病毒作用,Ⅰ型IFN的抗病毒作用最強(qiáng)。首先,IFN與周圍細(xì)胞膜上的受體結(jié)合,起著第一信使的作用,活化細(xì)胞膜腺甘酸環(huán)化酶,促使 cAMP形成;然后 cAMP作為第二信使,激活細(xì)胞內(nèi)抗病毒作用機(jī)制,產(chǎn)生 AVP。AVP主要有 3種:蛋白激酶、磷酸二酯酶和 2-5A合成酶。前 2種能破壞細(xì)胞核糖體轉(zhuǎn)譯病毒蛋白質(zhì),后一種酶能降解 mRNA,有的能抑制轉(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 IFN是通過 AVP間接地抑制病毒復(fù)制而達(dá)到抗病毒作用的。禽類 IFN與這 3種酶究竟是如何相互作用,有待進(jìn)一步的探索[11]。

3.2 抗腫瘤作用

IFN-Ⅰ,Ⅱ型都具有抗腫瘤作用,但Ⅱ型效果更為顯著。干擾素抗腫瘤機(jī)制有以下幾種方式:①有些腫瘤的發(fā)生與病毒有關(guān),IFN通過抑制了病毒的增殖而抑制腫瘤的發(fā)生與成長;②IFN作用于細(xì)胞膜,刺激腺苷酸環(huán)化酶,使 cAMP增加,抑制了 DNA的合成及細(xì)胞分裂;③IFN能改變腫瘤細(xì)胞表面的性能,誘發(fā)新的抗原,從而易被免疫監(jiān)視細(xì)胞識別并加以排斥;④通過免疫調(diào)節(jié),增強(qiáng)機(jī)體抗腫瘤能力,主要是增強(qiáng)巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和細(xì)胞毒性 T淋巴細(xì)胞(CTL)的殺傷性。1999年,Plachy等[12]進(jìn)行了雞重組 IFN防治 RSV腫瘤的研究,結(jié)果表明,高劑量的重組 INF不僅可以抑制腫瘤,還可以使一些雞的RSV肉瘤完全消失。臨床上可用于治療雞馬立克氏疾病、雞白血病、網(wǎng)狀內(nèi)皮組織增殖病、火雞淋巴細(xì)胞增殖病等。

3.3 抗寄生蟲作用

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在宿主對寄生蟲感染的免疫應(yīng)答過程中,干擾素發(fā)揮著重要的免疫調(diào)節(jié)作用。其作用主要通過 3種途徑:①通過激活巨噬細(xì)胞,增強(qiáng)呼吸頻率,釋放氧自由基,通過氧自由基攻擊脂質(zhì)膜,使寄生蟲體被破壞,從而達(dá)到殺蟲目的。Mellors J.W.[13]通過對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)有組織特異性。②通過 L-精氨酸途徑發(fā)揮作用,由活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的 NO,從而抑制靶細(xì)胞的 DNA合成和線粒體的呼吸作用,導(dǎo)致靶細(xì)胞代謝功能障礙。③干擾素可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞合成產(chǎn)生吲哚胺-2,3-雙氧酶,使色氨酸大量分解,導(dǎo)致蟲體色氨酸缺乏,從而抑制蟲體在宿主體內(nèi)的繁殖。禽類干擾素在抗寄生蟲的作用方面,不同類型干擾素作用的途徑是不相同的,Ⅰ型干擾素主要是通過第 3種途徑而發(fā)生作用,其中 IFN-β抗弓形體的機(jī)制則更為復(fù)雜;Ⅱ型干擾素主要是通過以上 3種途徑發(fā)揮作用。雞INF-γ可激活感染艾美耳球蟲的動物的巨噬細(xì)胞,活化 MHCⅡ類分子,提高淋巴細(xì)胞水平,減少卵囊排出量,從而提高雞體重及對球蟲感染的抵抗力[14]。

3.4 免疫調(diào)節(jié)作用

IFN可增加 IgG的 Fc受體表達(dá),從而有利于巨噬細(xì)胞對抗原的吞噬,K細(xì)胞、NK細(xì)胞對靶細(xì)胞的殺傷,以及 T,B淋巴細(xì)胞的激活,增強(qiáng)機(jī)體免疫應(yīng)答能力[15]。Ⅰ型 IFN可增加 MHCⅠ類分子的表達(dá),從而增強(qiáng)細(xì)胞毒性 T細(xì)胞對這類靶細(xì)胞的殺傷效應(yīng),同時(shí)增加 NK細(xì)胞裂解潛能,使機(jī)體有效地發(fā)揮抗病毒感染和抗腫瘤免疫。禽類 IFN-γ可增加細(xì)胞表面 MHCⅡ類分子的表達(dá),調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞之間的關(guān)系,增強(qiáng)免疫應(yīng)答能力[16,17]。

3.5 免疫佐劑作用

細(xì)胞因子作為佐劑始于 20世紀(jì) 80年代初。許多實(shí)驗(yàn)證明,禽類 IFN具有較強(qiáng)的佐劑活性并且對降低副作用也有一定功效。早在 1991年,A.W.Heath等[18]就發(fā)現(xiàn),重組 IFN-γ與疫苗混合免疫可以明顯提高疫苗對供試小鼠的免疫保護(hù)效果,而單純使用 IFN-γ對病原菌無效。目前,IFN-γ已成為一種常規(guī)選用的免疫佐劑。研究還發(fā)現(xiàn),IFN必須與抗原置于同一位置才能發(fā)揮效應(yīng)。徐守振等[19]將雞柔嫩艾美耳球蟲 3-1E抗原基因與雞 IFN-γ基因進(jìn)行融合,構(gòu)建真核雙價(jià)融合表達(dá)質(zhì)粒,對肉雞進(jìn)行免疫,具有增強(qiáng)免疫保護(hù)作用,可顯著降低糞便中的卵囊排出量。

4 禽類干擾素應(yīng)用前景

隨著近年來全球畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展,我國養(yǎng)禽類已由農(nóng)村家庭副業(yè)發(fā)展成了社會一大產(chǎn)業(yè),無論是禽類的品種還是數(shù)量都位于世界前列。然而,養(yǎng)禽業(yè)還存在很多問題,禽流感、傳染性法氏囊病、傳染性支氣管炎、馬立克氏病、新城疫等疾病,每年都會在不同的季節(jié)暴發(fā),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前禽類傳染性疾病的防治主要采用疫苗免疫和藥物治療,由于疫苗免疫的血清型單一,而病毒的血清型復(fù)雜,毒株變異快,常導(dǎo)致疫苗免疫失敗。一些病毒病目前常無疫苗可用,有些病毒也可能直接危害到人類的健康。藥物治療主要采用抗生素進(jìn)行治療,但是近年來由于抗生素的廣泛和大量使用,導(dǎo)致一些抗藥型細(xì)菌的產(chǎn)生,并通過食物鏈傳染給人,給人類健康帶來更大的威脅?，F(xiàn)在一些國家己明令禁止一些抗生素和抗菌劑在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用。因此,人們迫切需要開發(fā)一種新的方法來控制畜禽疾病。

干擾素作為一種細(xì)胞因子,已在國內(nèi)外確證是機(jī)體抗病毒感染防御反應(yīng)中出現(xiàn)最早且對大多數(shù)病毒均有作用的廣譜抗病毒藥物。禽干擾素除了具有抗病毒、抗腫瘤活性外,更重要的是它具有諸多很重要的免疫調(diào)節(jié)活性,既可以和多種基因工程疫苗聯(lián)用,增強(qiáng)改善其免疫效果,也可以單獨(dú)作為生物制劑使用應(yīng)用于疾病的防治,在醫(yī)學(xué)已被廣泛應(yīng)用于病毒病和腫瘤性疾病的治療。近年來,利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)出重組禽類干擾素,開展禽病毒性疾病和腫瘤性疾病的防治越來越受到人們的重視。

雖然干擾素產(chǎn)品已應(yīng)用于預(yù)防與治療家禽的多種疾病,如在禽流感、新城疫等病毒感染病的防治中具有較好的效果,但是在干擾素研究中,還有一些理論與實(shí)踐方面的問題有待進(jìn)一步研究:(1)需要進(jìn)一步研究 IFN受體基因及其分子生物學(xué)結(jié)構(gòu);(2)需要深入研究干擾素與干擾素受體之間的相互作用以及受體在信號傳導(dǎo)中的作用;(3)需要進(jìn)一步研究不同來源干擾素的親和性及其生物學(xué)功能;(4)需要探索更有效的基因表達(dá)系統(tǒng),以提高干擾素基因的表達(dá)水平,降低其生產(chǎn)成本;(5)需進(jìn)一步改進(jìn)干擾素的純化和檢測技術(shù);(6)干擾素與干擾素受體在臨床上還有多大的開發(fā)空間。這些問題均有待進(jìn)一步深入的研究和探討。

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(責(zé)任編輯:朱寶昌)