干扰素（IFN）
互联网
四、干扰素（IFN）
1957年Isaacs和Lindenmann首先发现了病毒干扰现象，即病毒感染的细胞能产生一种因子，作用于其他细胞干扰病毒的复制，因而命名为干扰素。目前已知干扰素并不能直接杀伤病毒，而是诱导宿主细胞产生数种酶，干扰病毒的基因转录或病毒蛋白组分的翻译。根据产生干扰素细胞来源不同、理化性质和生物学活性的差异，可分为α-干扰素（interferon α,IFN-α)、β-干扰素（interferon β,IFN-β)和γ-干扰素（interferon γ,IFN-γ)。
（一）IFN-α和IFN-β
IFN-α和IFN-β有许多相似之处，如：（1）两种IFN基因来自同一个祖先基因（common ancester gene)；（2）由相同的细胞在相同的刺激物诱导下产生；（3）结合相同的受体，并发挥相似的生物学效应。
1.IFN-α/β的产生 IFN-α/β以往称为Ⅰ型IFN，主要由白细胞、成纤维细胞等在细菌、DNA或RNA病毒、多聚肌苷酸多聚胞苷酸（Poly I-C)、多核苷酸等刺激物诱导下产生。IFN-α/β在pH2或pH11以及热（56℃）条件下仍稳定，而IFN-γ则很易丧失活性。
2.IFN-α/β的分子结构和基因 IFN-α和IFN-β基因均位于人9号染色体和小鼠4号染色体，并连锁在一起。IFN-α基因至少有20个，成串排列在一个区域，无内含子，同一种属IFN-α不同基因产物其氨基酸同原性≥80%。人和小鼠IFN-β基因只有一个，无内含子，与IFN-α基因连锁在一起。IFN-β与IFN-α氨基酸组成有26～30%同源性。IFN-α由2个亚族（subfamily)组成，分别称为IFN-α1和IFN-α2，其中IFN-α1至少由20个有功能的 基因组 成，彼此间有90%左右的同源性；IFN-α2亚族有5～6个基因成员，目前只发现1个有功能的基因，其余是假基因。
IFN-α分子不同亚型由166/165个的氨基酸组成，无糖基，分子量约19kDa左右，不同种属之间同源性70%左右。IFN-α分子含有4个Cys1-99,Cys29-139之间形成两个分子内二硫键。IFN-α的生物学作用有一定的种属特异性。
人IFN-β分子含166个氨基酸，有糖基，分子量为23kDa，含有3个半胱氨酸，分别在17、31和141位氨基酸。31与141位半胱氨酸之间形成的分子内二硫键对于IFN-β生物学活性非常很重，141Cys被Tyr替代后则完全丧失抗病毒作用，而Cys17被Ser替代后不仅不影响生物学活性，反而是使IFN-β分子稳定性更好。糖基对生物学活性无影响。小鼠IFN-β分子只有一个Cys17，分子内无二硫键。IFN-β的生物学作用有较强的种属特异性。
3.IFN-α/β体受 一般认为，IFN-α和IFN-β结合相同的受体，IFT-α/βR基因定位于21号染色体，受体的亲和力Kd在10-9～10-10M之间，受体胞膜外结构属细胞因子受体中干扰素受体家族。IFN-α/β受体分布相当广泛，包括单核细胞、巨噬细胞、多形核白细胞、B细胞、T细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等。
4.IFN-α/β的生物学作用
（1）抗病毒作用：IFN-α/β具有广谱的抗病毒作用，其作用机理是：①通过抑制某些病毒的吸附（如VSV）、脱衣壳和最初的病毒核酸转录（如SV-40、HSV-1、流感病毒和VSV）、病毒蛋白合成（如SVS、SV-40）以及成熟病毒的释放（如逆转录病毒、HSV-1）等不同环节；②通过NK、巨噬细胞和CTL杀伤病毒感染靶细胞。
（2）抑制某些细胞的生长(cytostatic)，如抑制成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞和造血细胞的增殖，其机理可能通过使细胞停留在Go/G1期，降低DNA合成，下调c-myc、c-fos等细胞原癌基因转录水平，下调某些生长因子受体表达，如EGf R、胰岛素-I R和M-CSFR等。
（3）免疫调节作用：促进大多数细胞MHCⅠ类抗原的表达，活化NK细胞和CTL。
（4）抑制和杀伤肿瘤细胞：IFN-α/β杀伤肿瘤细胞主要是通过促进机体免疫功能，提高巨噬细胞、NK和CTL的杀伤水平。
不同的INF-α亚型的诱生、抗病毒和免疫调节活性可有所不同，例如①同一病毒在不同细胞中诱生IFN-α亚型种类有很大差别，如仙台病毒在人白细胞中以诱生IFN-α1为主，其次为IFN-α2，少量IFN-α14；而在类淋巴母细胞中却以诱生IFN-α2为主，IFN-α1为次，无IFN-α14；在单核细胞中则主要诱导IFN-α8。②INF-α的不同亚型对于不同靶细胞表现出不同的抗病毒活性，如Hu IFN-α1在MDBK细胞上的抗病毒活性比Wish细胞高20～30倍，而HuIFN-α2a在这两种细胞中抗病毒活性无明显差别。③不同IFN-α亚型对不同病毒的抗病毒作用有很大差异，如HuIFN-α1抑制肾综合征出血热病毒的繁殖能力比IFN-α2a高15倍。④不同IFN-α亚型对MHC抗原表达、NK活性以及细胞因子产生的调节作用也有较大的差异，如Hu IFN-α1可促进单核细胞MHCⅡ类抗原的表达，而Hu IFN-α2则无这种诱导作用。
（二）IFN-γ
1965年Wheelock等首先在PHA刺激的白 细胞培养 上清中发现具有IFN样抗病毒物质，但在pH2条件下即失去抗病毒的活性。1973年Youngert和Salvin发现来自淋巴 细胞培养 上清中存在一种IFN，但抗原性不同于以往发现的IFN，遂命名为Ⅱ型IFN，1980年统一命名为IFN-γ。1981年Goeddle等将IFN-γ基因克隆成功。
1.IFN-γ的产生 主要由活化T细胞产生，在小鼠，由Th1亚群产生。当抗原、PHA或ConA刺激后T细胞分泌IFN-γ，通常与IL-2的产生相一致。目前认为巨噬细胞活化因子（MAF）的主要活性存在于IFN-γ中。此外，活化NK细胞也可产生IFN-γ。
2.IFN的分子结构和基因 人和小鼠IFN-γ基因分别定位于12号和10号染色体，在DNA水平上IFN-γ基因与IFN-α/β基因无同源性。人和小鼠IFN-γ在DNA水平上有65%左右同源性，在氨基酸水平的同源性只有40%左右。小鼠成熟IFN-γ分子由133个氨基酸残基组成。人IFN-γ成熟分子由143个氨基酸组成，糖蛋白，以同源双体形式存在，分子量为40kDa，其生物学作用有严格的种属特异性。
3.IFN-γ受体 人IFN-γR基因定位于第6号染色体，小鼠在第10号染色体。IFN-γ受体分布广泛，受体阳性细胞每个细胞约表达100～1000个受体，亲和力kD10-9～undefined10-11M。裸肽分子量50kDa，糖基化后90kDa，其N末端与IFNα/β受体有一定的同源性，具有种属特异性。目前认为人IFN-γR可能存在着第二条链。
IFN-γR为穿膜糖蛋白，胞膜外区、穿膜外区、穿膜区和胞浆区分别有228、21和223个氨基酸残基，从胞膜外区结构特征来看，属于细胞因子受体干扰素受体家族，最近命名为CDw119。
IFN-γ配体诱导IFN-γR二聚体化在信号转导中可能起重要作用，并与受人本的磷酸化有关。IFN-γ与受体结合后可活化多种IFN-γ调节的基因。目前已知，IFN-γ刺激后至少有20种蛋白被表达，其中12种是IFN刺激后所特有的。这种表达是由于活化特异的DNA结合蛋白使其从胞浆移位到胞核，如干扰素刺激的基因因子2（interferon-stimulated gene fac-tor 2,ISGF2)和γ-干扰素激活因子（gamma-interferon activation factor,GAF或STAT91）结合到IFN基因启动子中两个称之为γ干扰素活化点（gamma-interferon activation site,GAS)和干扰素刺激的反应元件（interferon-stimulated response element,ISRE)的位置上。IFN-γ可促进HLA-B、HLA-DR、IP-10、P1激酶和2-5A合成酶的全成，其中P1激酶可抑制病毒蛋白的翻译，而2-5A合成酶则可裂解病毒RNA。
4.IFN-γ的生物学活性 IFN-γ生物学作用有较严格的种属特异性，人IFN-γ只作用于人或灵长类动物的细胞。
（1）诱导单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、皮肤成纤维细胞、血管内皮细胞、星状细胞等MHCⅡ类抗原的表达，使其参与抗原提呈和特异性免疫的识别过程。此外，IFN-γ可上调内皮细胞ICAM-1（CD54）表达，促进巨噬细胞FcγR表达，协同诱导TNF并促进巨噬细胞杀伤病原微生物。
（2）促进LPS体外刺激小鼠B细胞分泌和IgG2a，降低IgG1、IgG2b、IgG3和IgE的产生；抑制由IL-4诱导小鼠B细胞增殖，IgG1和IgE产生以及FcεRⅡ表达；促进SAC诱导的人B细胞的增殖。
（3）协同IL-2诱导LAK活性，促进T细胞IL-2R表达。
（4）诱导急性期蛋白合成，诱导髓样细胞分化。
（三）IFN的临床应用
IFN是第一个应用于临床的基因工程产品，目前IFN-α、IFN-β、IFN-γ都有基因工程产物，40多个国家使用干扰素制剂，治疗30多种疾病，但主要用于临床肿瘤、病毒性感染等治疗（表4-9）。
（1）治疗病毒性感染：IFN对慢性活动性乙型肝炎、慢性活动性丙型肝炎、单纯疱疹病毒性角膜炎、带状疱疹、慢性宫颈炎、新生儿巨细胞病毒性脑炎以及鼻病毒和冠状毒引起的普通感冒有一定疗效。
（2）抗肿瘤：IFN对多种肿瘤近期有良好疗效，如毛细胞 白血病 （hairy cell leukemia)、慢性髓样白血病、淋巴瘤、Kaposi氏肉瘤、黑素瘤、皮肤瘤、肾肉瘤、神经胶质瘤和骨髓瘤等。IFN抗肿瘤的机理是：①抑制肿瘤细胞增殖；②诱导NK、CTL等杀伤细胞，并协同IL-2增强LAK活性；③诱导肿瘤细胞表达NHCⅠ类抗原，增加对杀伤细胞的敏感性。
表4-9 干扰素治疗肿瘤、病毒性感染及其他疾病的疗效（1992）
疾 病 病 原 疗 效 肿瘤 毛细胞白血病 60%～90%缓解 慢性白血病 50%部分缓解 淋巴瘤 37%部分或完全缓解 Kaposi氏肉瘤 26%部分缓解 急性白血病 24%部分缓解 多发性骨髓
