单位文秘网 2021-07-30 08:11:29 点击: 次
【摘要】 干扰素是人和动物细胞受到适宜刺激的条件下产生的-种微量的、具有高度生物学活性的糖蛋白。根据干扰素的理化性质和生物学特征的不同,可分为α、β、γ三种类型。本文阐述了干扰素的抗病毒活性、对裂殖细胞的抗增殖活性、对某些细胞的直接溶解活性、免疫调节活性、巨噬细胞的激活、自然杀伤细胞的细胞毒性增强、淋巴细胞的细胞毒性增强等生物活性及诱生活性的机理;干扰素的生物学活性及作用机理;干扰素的应用及其前景展望。
【关键词】 干扰素的产生和作用机理;干扰素的分类;干扰素基因结构;干扰素的生物活性;干扰素的应用
【中图分类号】 R282.74【文献标识码】 A【文章编号】 1005-1074(2008)04-0122-02
1957年Isaacs和Linbenmann两人,在细胞上清液和动物身上发现-种能阻止病毒复制的活性物质,他们就把它称为干扰素(Interferon,IFN)于1957年利用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感病毒干扰。它是人和动物细胞受到病毒感染,或者受核酸、细菌内毒素、促细胞分裂素等作用后,由受体细胞分泌的-种具有高度生物学活性的糖蛋白。干扰素被发现时,人们以为其抗病毒活性为其唯一特性,随着研究的不断深人,人们逐渐发现 IFN除了具有抗病毒活性外,还具有免疫调节、抗肿瘤等生物学功能。近几年来,随着干扰素在一些病毒性疾病、肿瘤性疾病的治疗方面取得良好疗效,科研工作者越来越重视干扰素的基因结构、作用机理、基因工程等方面的研究。
1 干扰素的产生和作用机理
1.1 干扰素是人和动物细胞受到适宜刺激的条件下产生的-种微量的、具有高度生物学活性的糖蛋白 IFN的产生受细胞基因组控制。由于细胞DNA中IFN基因抑制物(IFN suppressor)与干扰素基因结合,抑制复制酶系统,所以-般情况下IFN基因处于抑制状态。当诱生剂作用于细胞膜后,使IFN基因脱抑制,IFN操纵子开始转录,合成mRNA,mRNA迅速转移至细胞浆,在核糖体上转译成IFN前体,切除信号肽后,成熟的IFN分泌到细胞外。
1.2 干扰素诱导剂 凡能使细胞干扰素基因进行表达而诱生干扰素的物质,称为干扰素诱导剂(Inducer)或干扰素诱生剂。-般分为8类:
1.2.1 各种病毒:最常用的是仙台病毒和新城鸡瘟病毒(NDV)。
1.2.2 人工合成的聚核昔酸(Po1yI:C):系聚肌昔酸(Polyinosinicacid)和聚胞峻吮(Polycytidylicacid)共聚物的简称。Poly1:C诱生性很强。
1.2.3 胞内寄生菌:包括细菌、立克次体、支原体、衣原体等,以及原虫感染(如疟原虫)。
1.2.4 细菌产物:如细菌脂多糖(LPS)、葡萄球菌肠毒素A、真菌多糖。
1.2.5 多聚物:如多梭基聚合物(毗喃、聚丙烯酸)、聚硫酸盐、聚磷酸盐等。
1.2.6低分子物质:如环已亚胺、卡那霉素、梯洛龙(Tilorone)及其衍生物,二节吠喃、硷性染料等。
1.2.7致裂原(丝裂原):如植物血凝素(PHA),刀豆球蛋白A(Con-A)等。
1.2.8特异性免疫诱导
2 干扰素的分类
根据干扰素的理化性质和生物学特征的不同,可分为α、β、γ三种类型,它们分别来源于白细胞,成纤维细胞和T细胞,或由人工基因重组技术合成,由于它们在化学结构和生物学性质方面上的不同,具有各自的生物活性,是人体防御系统的重要组成部分
2.1 干扰素的分类与命名 各种IFN,首先根据生物的来源确定其分类。如人IFN(Hu IFN)、小鼠IFN(Mu IFN)、牛IFN(Bov IFN)等。然后再根据IFN的抗原特异性和分子结构分成不同的型别,并以αβγ表示。目前公认的人干扰素只有αβγ,三型。
2.1.1 -般临床分类:
2.1.2 型(传统)IFN:是指病毒或PolyI:C诱导人体白细胞所产生的IFN。
2.1.3 II型(免疫)IFN:是指特异性抗原(细菌、LPS),PHA和卡介苗(BCG)等刺激T细胞所产生的IFN。I型和II型IFN具有相似的抗病毒活性,亦具有相似的调节免疫反应的作用,但II型IFN的免疫调节作用比I型大。事实上,II型IFN就是T细胞进行免疫识别、形成细胞免疫而产生的淋巴因子之-,且常和移动抑制因子(MIF)同时出现。
2.2按其生物来源分类:
2.2.1人干扰素(HumanIFN, HuIFN):如人白细胞干扰素、人类淋巴母细胞干扰素和人纤维母细胞干扰素等。
2.2.2动物干扰素:如猴干扰素(RhesuIFN):牛干扰素(Bovine IFN,Bov IFN)、绵羊干扰素、豚鼠干扰素、小鼠干扰素(Mouse IFN,MuIFN)和鱼干扰素(Salmo IFN)等。
2.2.3植物干扰素:如蕃茄干扰素、丁香干扰素等。
2.2.4微生物干扰素:两种噬菌体能彼此干扰
2.3 按其抗原性分类 对人IFN,国际干扰素命名委员会(1980)按其抗原特异性分为三型。再根据氨基酸的顺序不同,又将干扰素分为若干亚型。至少有20个亚型,可能也有4个亚型。
2.4按其细胞来分类 由于干扰素具有相对的种属特异性,故临床上应用的必须是人干扰素。人干扰素目前有四种:
2.4.1白细胞干扰素:人白细胞α干扰素-HuIFN-α(Le),括号内Le系指人白细胞(Leucocytes)。-般认为,在人外周血液中产生细胞主要是单核巨噬细胞,中性白细胞不参与IFN的诱生,而单核细胞不仅能产生IFN,并能辅助T细胞产生大量的IFN[2]
2.4.2人类淋巴母细胞干扰素:也是-种混合干扰素,含80%干扰素,20%β干扰素。
2.4.3纤维母细胞(Fibroblast)干扰素:又称F型干扰素。目前常用胎儿纤维母细胞(二倍体纤维母细胞)。
2.4.4基因工程干扰素:采用DNA重组技术制备的。
3 干扰素基因结构
干扰素在生物体中普遍存在,而且同-生物体中存在着多种类型的干扰素。目前,-般将干扰素分为I型和II型两类,I型干扰素主要包括IFN—α和IFN—β,II型只包括IFN-γ。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-γ主要由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,如I型干扰素能够耐受pH2.0的酸处理,而II型干扰素在pH2.0的酸性条件下很快失活。IFN—α有多种亚型,各亚型均含165~166个氨基酸残基,结构相似。IFN—αl型分子中含有5个半胱氨酸的残基.形成2对二硫键,分别为Cysl-Cys98和Cys29-Cys138。第85位上半胱氨酸的巯基游离。IFN-α2型分子在第85位不是半胱氨酸而是酪氨酸,它所形成的二硫键与IFN-α1型完全相同。IFN-α活性形式为单体,尽管一些干扰素在翻译后进行N-糖苷键型和O-糖苷键型糖基化修饰,但大多数亚型都没有糖基化。目前已鉴定出的IFN-α非等位基因至少有15个;IFN-β由单基因编码,含166个氨基酸残基。IFN-β分子中含有3个半胱氨酸残基,其中能形成二硫键的是Cys31-Cysl41,它与IFNα的Cys29-Cys138结构同源。第17位的半胱氨酸巯基游离。IFNγ也是由单基因编码的,其天然活性形式是N-糖基化的同源二聚体。IFN-γ有不同于I型干扰素的细胞表面结合受体。IFN-γ不含半胱氨酸,在第25位和第97位的Asn处有两个N糖基化位点。
4 干扰素的生物活性
4.1 干扰素的生物活性 抗病毒活性;对裂殖细胞的抗增殖活性;对某些细胞的直接溶解活性;免疫调节活性;巨噬细胞的激活;自然杀伤细胞的细胞毒性增强;淋巴细胞的细胞毒性增强。
4.2 诱生活性的机理 为了诱生这些活性,干扰素必须先激活产生效应基因蛋白质的细胞。干扰素诱生物作用于细胞以释放出IFN基因,从而导致IFNmRNA的产生,mRNA转录成IFN蛋白质,该蛋白质分泌到细胞外液,继之,作用于细胞膜上的受体,IFN刺激细胞并释放基因(F),产生效应蛋白AVP,已证明AVP具有抗病毒和细胞的其他一些应变能力。激活的细胞也可以刺激临近细胞产生AVP,但机制尚不清。
4.3 干扰素的生物学活性及作用机理
4.3.1 干扰素抗病毒作用及机理干扰素首先作用于邻近未受感染的细胞膜上的干扰素受体系统,该系统由神经节苷脂组成的结合位点和-个可能由糖蛋白组成的激活位点所组成。现已知ⅰ型干扰素受体基因在人染色体g21长臂上,ⅱ型干扰素受体基因位于第6对染色体上,这就决定了IFN具有-定的程属特异性。当IFN与受体结合后,产生-种特殊的因子,使抗病毒蛋白(AVP)基因解除抑制,转录并翻译出AVP,主要是蛋白激酶、2ˊ-5ˊa合成酶、磷酸二酯酶,这些酶与发挥抗病毒活性有密切关系。其中二种酶须经双股rna及atp激活,-为蛋白激酶,激活后可使合成蛋白质的起动因子2(eif-2)同磷酸化而失活,抑制蛋白质合成;另-种为2ˊ-5ˊa合成酶,活化后催化合成2ˊ-5ˊ寡腺苷酸,再激活潜在的核酸内切酶,使病毒mrna降解,抑制病毒蛋白合成。此外,磷酸二酯酶能降解2ˊ-5ˊa,又能除去trna的cca末端,抑制蛋白合成。
4.3.2 干扰素免疫调节作用及机理干扰素具有很强的免疫调节作用。它可以调节T、B淋巴细胞的免疫功能,小剂量起促进作用,大剂量起抑制作用。
4.3.3 干扰素抗肿瘤作用及机理实验表明,在体内外干扰素都能够控制肿瘤生长,抑制肿瘤复发和转移。现已公认,IFN对肿瘤病毒同样具有抑制作用。由于IFN的抑制作用,感染病毒的量明显减少,这样就可防止新细胞受病毒侵犯而转化成肿瘤细胞。许多癌症的发生与癌基因的表达有关系,而IFN可对癌基因进行调控,如可抑制c.erhB-2癌基因蛋白产物和P185的正常表达,下调c.myc mRNA的转录,可使r0s癌基因转染的细胞下调p21蛋白产物表达,进而抑制细胞恶性转化。许多体内和体外试验都充分证明,IFN对肿瘤细胞和正常细胞的分裂均有明显的抑制作用。目前,对IFN抗细胞分裂活性的机制尚不十分明确。多数学者认为,IFN通过作用于靶细胞膜上的特殊受体,刺激腺苷酸环化酶,增加环磷腺苷(c AMP)水平,从而抑制DNA合成和细胞分裂,最终起到抑制肿瘤的作用;或诱导肿瘤细胞的分化,抑制肿瘤的增生;或通过调节免疫活性细胞功能,使T、B淋巴细胞功能增强,增强巨噬细胞的杀伤活性,导致肿瘤细胞迅速被破坏和减少。IFN也可调节机体体液免疫功能,使特异性和非特异性抗体产生速度加快,滴度增高,提前达到免疫保护水平,抑制或辅助杀伤肿瘤细胞。
5 干扰素的应用
5.1 干扰素在人医上的应用 由于干扰素具有较强的抗病毒、抗肿瘤和参与免疫调节作用,因此干扰素在人类临床医学中得到了广泛应用。临床证明,IFN是干扰素家族中抗乙型肝炎病毒(HBV)最强的成员,临床上广泛用于慢性乙型肝炎(CHB)的治疗;在临床上,干扰素一直是治疗丙型肝炎的首选药物;由于干扰素可以降低SARS病毒在肺部中的含量,干扰SARS病毒的增殖,也用于SARS的治疗。此外,干扰素还应用于表浅膀胱癌、生殖道衣原体感染、皮肤病、尖锐湿疣、血液系统疾病、艾滋病相关综合征等的治疗。目前,世界上已有许多国家批准生产使用重组干扰素制剂,用于治疗多种疾病。经过临床应用治疗表明,用干扰素治疗一般无严重副反应,少数病例可有发热、食欲不佳、疲劳不适、白细胞减少以及血压波动等症状,但停药后这些症状很快消失。
5.2 干扰素在畜牧兽医上的应用 干扰素是一种非特异性广谱抗病毒生物制剂,可用于治疗许多病毒性疾病。杨国师等研究发现用猪白细胞干扰素预防注射,能大大降低乳猪发病率,而且以7日龄乳猪开始进行预防注射效果最佳。郑永波等用猪白细胞干扰素作临床试验,结果表明如果直接用干扰素进行治疗,能提高对患病动物的治愈率,若用干扰素配合抗生素及抗病毒药物对患病动物进行治疗,更能显著提高对患病动物的治愈率;张泉军等通过实验和临床扩大试验发现,猪白细胞干扰素对哺乳仔猪和断奶仔猪某些病毒性腹泻、细菌性腹泻或病毒、细菌混合感染引发的腹泻,均有良好的预防和治疗作用。近年来,还发现干扰素具有较好的佐剂功能。此外,可以采用药物控释技术将干扰素制作成胶囊或者纳米粒子,与适宜载体结合,作为保健型饲料药物添加剂使用。
6 前景展望
随着人们对干扰素研究的不断深入,尤其是在其分子生物学方面的研究,干扰素的分子结构、理化特性、生物学特性、产生和作用机理不断得到阐明,各种动物干扰素基因现已得到克隆和表达。目前,虽然干扰素在兽医临床上的应用还局限于宠物疾病的治疗,但根据畜牧生产和疾病发展以及对干扰素的研究情况来看,价格低廉而疗效好的基因工程干扰素不久将会在临床兽医上得到广泛应用,将给防治严重危害畜牧业生产的疾病,特别是病毒性和肿瘤性疾病带来新的希望。
7 参考文献
1 侯云德,陈仁汇.免疫学基础[M].北京:人民卫生出版社.1982:33-39
2 韩 纯.干扰素系统进展与临床[C].重庆:全国免疫学诊断与传染病学学术研讨会大会交流,1987
3 韩 纯.干扰素免疫学基础微生物学与寄生虫学[M].合肥:安徽科技出版社,1994:2:87-88
4 胡其光.干扰素的命名及意义[J].大众医学,1984:8:37
5 孙志宏,陈正礼,范光丽.干扰素研究进展[J].延安大学学报,2003,19(3):76-79
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