干扰素的研究进展

干扰素的研究进展

摘要：干扰素是细胞和机体受到病毒感染, 或者受核酸、细菌内毒素和促细胞分裂素等作用后, 由受体细胞分泌的一种广谱抗病毒糖蛋白。它具有广谱抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等活性的细胞，能通过多种机制影响肿瘤细胞功能，促进免疫细胞的活性。近半个世纪以来, IFN 一直是病毒学、细胞学、分子生物学、临床医学、免疫学和肿瘤学等相关领域的研究热点。干扰素基因序列研究结果表明, 该序列早在5亿-10亿年前就存在于生命细胞的基因序列中, 是生物体内一种古老的保护因子。

关键词：干扰素；基本性质；作用机制

干扰素是在用灭活的病毒处理鸡胚以后发现的, 即灭活的病毒可以诱导干扰素的产生。能够诱生干扰素的物质很多, 一般称他们为干扰素诱生剂,主要包括:(1)活病毒、灭活的病毒及其产物, 如双链RNA；(2)其他病原微生物及其产物, 如细菌和细菌脂多糖；(3)有丝分裂原等；(4)特异性免疫诱导剂。第一类物质诱生干扰素最有效,后两种主要诱生II型干扰素,即IFN-γ。

IFN-α和IFN-ω主要由白细胞产生,IFN-B主要由成纤维细胞产生,尽管在适宜的诱导情况下,大部分的人类细胞都能够产生这几种干扰素。而IFN-γ主要由活化的T 细胞产生。α、β、ω和γ等几种干扰素主要由诱生剂诱导产生。IFN-κ在静息状态下表皮角化细胞和先天性免疫系统的细胞(如单核细胞和树突状细胞)中有表达, IFN-γ、IFN-β、病毒与双链RNA 诱导会使IFN-κ表达显著增强[1]。IFN-κ表达的这些特点是和角化细胞的防御功能相适应的。IFN-τ不能被病毒等诱生剂诱生, 仅仅在怀孕早期的一个特定时间由滋养层细胞表达, 它们的主

要功能是为怀孕的完成做准备[2,3]。Lin it in主要在骨髓、肾脏表达, 也不需要诱导, 主要活性是抑制淋巴系细胞的生成, 对骨髓系细胞和红细胞前体则没有抑制作用[4]。IFN-K在正常的血液、脑、胰腺等不同的组织中都有低水平的表达, 也可以被病毒或者干扰素等诱导表达[5,6]，。

1.IFN的分类和基本特性

根据来源、序列、活性等方面的区别,干扰素最初分为两族:I型干扰素和II 型干扰素。I型干扰素主要包括人体内发现的α、β、ω、κ以及在反刍动物中发现的τ,以及小鼠中发现的ς等几个亚族。II型干扰素只有一种,γ干扰素。最近发现的λ干扰素(IFN-λ)被认为是新的一族干扰素[7]。IFN-α主要由白细胞产生, IFN-β主要由成纤维细胞产生,它们具有相似的生物学活性,结合相同的细胞受体。IFN-主要γ由T细胞和NK细胞产生,其理化性质及生物学活性与I型干扰素明显不同。

干扰素是一种糖蛋白，分子量2万-10万，不能通过普通透析膜，可通过滤菌器，干扰素比病毒粒小，沉淀病毒的离心力不能沉降干扰素[8]。干扰素在温度稳定方面，一般56℃30分钟不被灭活，-20℃可长期保存。在PH稳定性方面，I型干扰素耐酸，在PH2.0-PH10.0中很稳定。II型干扰素对PH2.0不稳定，在56℃30分钟被破坏。干扰素一般由150-160个氨基酸组成，含17种以上的氨基酸，其中的天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸含量较高，不含核酸，所以不被DNA酶或RNA酶破坏，但易被胰蛋白酶、乙醚、氯仿、酮基等破坏。干扰素具有广谱性，即干扰素作用于机体有机组织细胞后，可使其获得抗多种病毒和微生物的能力。但干扰素仅作用于异常细胞，对正常细胞的作用很小，也就是说，干扰素对一个体细胞来说又有严格的选择性，而且有相对的种属特异性，即由某一种生物细胞产生的干扰素只作用于同种生物细胞，使其获得保护力。对其他种生物细胞则无作用，因而其应用受到限制。

2.基因工程干扰素的研究

随着基因工程技术的发展, 20 世纪70 年代科学家开始探索研究基因工程干扰素。1980 年Derynck,Taniguchi和Weissmann 等科学家克隆了人成纤维细胞IFN 基因之后, 许多哺乳动物的干扰素相继被克隆并进行了生物学功能的研究。如今,除人和猪、犬、牛、马等干扰素成功克隆外,一些野生动物,如大熊猫、白犀牛、鹿、狐、貉、雪貂IFN的基因序列也有成功报道, 这为广泛开发基因工程干扰素奠定了基础。

美国食品药品管理局( FDA) 1986 年首先批准IFN-α-2a和IFN-β-2b投放市

场, 基因工程IFN-β、IFN-γ也相继于1990, 1993 年获准投放市场。1982年,侯云德教授首先开始我国基因工程干扰素的研究工作，建立了无性繁殖系统, 于1985年成功表达出干扰素。随后我国学者于1989年又成功研制出中国人基因克隆和表达的基因工程药物—基因工程IFN-α-lb 型干扰素。IFN含有由特定的氨基酸残基组成的信号肽, 因此在大肠埃希菌中构建表达型重组质粒时, 必须去除相应的信号肽编码序列,才能将成熟结构蛋白基因与表达载体连接并转化大肠埃希菌诱导表达相应的融合蛋白。除了大肠埃希菌外, 各型IFN 基因已在枯草芽孢杆菌、链霉菌及酵母菌中获得高效表达。研究表明, 通过工程化大肠埃希菌、酵母和真核细胞( 如CH O细胞)表达的重组干扰素具有与天然干扰素高度相似的生物学活性, 且纯度更高、性能更稳定。IFN-α存在多种亚型, 其中大多数具有抗病毒活性, 是哺乳动物宿主防御病毒感染的重要调节剂。近期研究发现, 不同亚型干扰素作用于不同的细胞时表现出不同的生物活性。Tan X M等[9]克隆了大熊猫IFN-α的12个亚型基因。其中IFN-α8、IFN-α4、IFN-α10 在293 细胞中表现较高的生物学活性,而Am IFN-α11 的生物活性较低, IFNα-3、IFN-α4、IFN-α8在B6细胞中表现较高的生物活性, IFN-α3、IFN-α7、IFN-α10 在K562 细胞中有较高的活性。OS sam u T A IRA 等克隆了5个犬IFN-α基因亚型,并在大肠埃希菌中成功表达rCaIFN-α7 和rCaIFN-α8, 发现rCaIFN-α8具有更高的抗VSV的活性。在MDCK 细胞上, rCaIFN-α8 对CAV-1活性高出对VSV活性的33倍— 666倍, 但对于CHV—1 不表现任何抗病毒活性。Wonder ling R 等[10] 克隆了猫IFN-α的5种亚型的cDNA, 其氨基酸同源性在95%—99% 之间。通过Western blot分析, 5个feIFN-α亚型均能在CHO 细胞中表达, 多数产物都经过糖基化处理。当转化CHO 细胞时, feIFN-α亚型均具有明显抗病毒活性。在毕赤酵母中成功表达了feIFN-α6, 分泌的成熟肽具有明显的抗病毒作用。

以上这些事例说明, 干扰素在不同的动物细胞上表现的生物学活性具有明显差异, 通过研究找到这种差异, 对于开发具有抗病毒和抗肿瘤活性的基因工程干扰素具有重要意义。干扰素基因工程的发展不但为干扰素的大量生产提供了新方向, 而且大大丰富了对干扰素遗传结构和化学组成的认识, 使干扰素的人工合成有了可靠的理论基础, 并为阐明干扰素组成和功能的关系, 探索干扰素的特殊功能奠定了基础。