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發(fā)表于 2008-11-16 12:10:40
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獸用干擾素的研究進(jìn)展
獸用干擾素的研究進(jìn)展
連京華,李玉峰,高廣堯,蔡 蕊,王愛(ài)琴
(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院家禽研究所,山東濟(jì)南,250023)
摘 要:干擾素是動(dòng)物機(jī)體最重要的細(xì)胞因子之一,自被發(fā)現(xiàn)以來(lái),由于其廣譜高效抗病毒、抗腫瘤活性及其強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)作用,而成為當(dāng)今免疫學(xué)、病毒學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文就獸用干擾素的基本特性、作用機(jī)理以及其臨床應(yīng)用等方面作一綜述。
關(guān)鍵詞:干擾素;作用機(jī)理;應(yīng)用;研究進(jìn)展
干擾素(Interferon,IFN)最早是1957年由英國(guó)科學(xué)家Alick Isaacs和Iean Lindenmann在利用雞胚絨毛尿囊膜研究流感病毒干擾現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn),一類能干擾和抑制病毒復(fù)制的可溶性細(xì)胞分泌物〔1〕?,F(xiàn)定義為:干擾素是在特定的誘導(dǎo)劑作用下,由細(xì)胞產(chǎn)生的一種具有高度生物學(xué)活性的糖蛋白,當(dāng)它再作用于其他細(xì)胞時(shí),使其它細(xì)胞立即獲得抗病毒和抗腫瘤等多方面的免疫力。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),干擾素一直是免疫學(xué)、病毒學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。特別是近幾年來(lái),隨著干擾素在一些畜禽病毒性疾病及腫瘤性疾病的治療方面取得良好療效,獸醫(yī)科研工作者越來(lái)越重視干擾素在動(dòng)物體內(nèi)的免疫特性及其臨床制品的研究。
1 干擾素的基本特性
1·1 干擾素的分類
目前,一般將干擾素分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,幾乎所有的脊椎動(dòng)物均可產(chǎn)生這兩類干擾素。Ⅰ型干擾素主要包括α干擾素(IFN-α)和β干擾素(IFN-β)等,α干擾素是單核細(xì)胞產(chǎn)生的相對(duì)分子量18000的多肽,β干擾素主要是由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的相對(duì)分子量20000的糖蛋白,兩者都具有抗酸性作用,主要參與抗病毒、抗腫瘤作用;Ⅱ型又稱免疫干擾素,只包括γ干擾素(IFN-γ),主要是由T細(xì)胞產(chǎn)生的相對(duì)分子量21000~24000的單體糖蛋白,其大小取決于糖醛化程度,共同具有18000的多肽成分,對(duì)酸性敏感,主要參與誘導(dǎo)組織相容性抗原(MHC)的表達(dá)和免疫調(diào)節(jié)效應(yīng),但其抗病毒作用比Ⅰ型干擾素弱。
1·2 干擾素的理化特性
IFN由多種氨基酸組成,不含核酸,所以不被DNA酶或RNA酶破壞,對(duì)蛋白酶(胰蛋白酶、糜蛋白酶和V-8蛋白酶)敏感。對(duì)熱比較穩(wěn)定,在4℃下其活性可保持幾個(gè)月,-70℃下可長(zhǎng)期保存。Ⅰ型IFN在pH 2~10時(shí)穩(wěn)定,但Ⅱ型IFN在pH 2時(shí)易被滅活〔2〕。
1·3 干擾素的生物學(xué)特性
1·3·1 高度的生物活性 干擾素具有很高的生物活性,1mg即具有10億個(gè)活性單位。IFN具有廣譜抗病毒活性,由一種誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生的IFN,既可抑制多種RNA病毒,又可抑制多種DNA病毒的復(fù)制。此外,IFN還有抑制病毒以外其他微生物的生長(zhǎng),抑制細(xì)胞分裂,抑制腫瘤細(xì)胞增殖和參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答等功能。
1·3·2 相對(duì)的種屬特異性 IFN的活力具有相對(duì)的種屬特異性,即某一種屬動(dòng)物(或組織細(xì)胞)產(chǎn)生的IFN只能對(duì)同種屬或種屬非常接近的動(dòng)物或細(xì)胞有保護(hù)力,如雞產(chǎn)生的干擾素只能保護(hù)雞而不能保護(hù)兔,但對(duì)于親緣關(guān)系較近的動(dòng)物卻有交叉保護(hù)現(xiàn)象,如猴與人之間,地鼠與小鼠之間等。
2 干擾素產(chǎn)生機(jī)理
干擾素是機(jī)體受到干擾素誘生劑誘導(dǎo)下產(chǎn)生的,如病毒、細(xì)菌、真菌以及原蟲(chóng)等,都能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生干擾素;細(xì)菌的內(nèi)毒素、外毒素、放線菌素D等也能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生干擾素;人工合成的物質(zhì)如聚次黃嘌呤核苷酸(聚肌苷酸)、聚胞嘧啶核苷酸(聚胞苷酸)、低分子物質(zhì)梯洛龍等也能誘導(dǎo)干擾素的產(chǎn)生。不管是天然的,還是合成的,凡是能誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生干擾素的物質(zhì)統(tǒng)稱為干擾素誘生劑。
干擾素的產(chǎn)生受細(xì)胞基因組控制,由于細(xì)胞DNA中干擾素基因抑制物(IFN surpressor)與干擾素基因結(jié)合,抑制復(fù)制酶系統(tǒng),所以一般情況下,干擾素基因處于被抑制狀態(tài)。當(dāng)病毒或其他誘生劑作用于細(xì)胞膜后,使干擾素基因脫抑制,干擾素操縱子開(kāi)始轉(zhuǎn)錄,合成mRNA,mRNA迅速轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì),在核糖體上轉(zhuǎn)譯成IFN前體,切除信號(hào)肽后,成熟的IFN就分泌到細(xì)胞外。
3 干擾素作用機(jī)理
3·1 抗病毒的作用機(jī)理
干擾素具有廣譜的抗病毒作用,但其抗病毒作用并非本身直接滅活病毒,而是抑制病毒的增殖。病毒感染細(xì)胞導(dǎo)致IFN的產(chǎn)生,并隨被感染細(xì)胞死亡、崩解而釋出。IFN分子向附近擴(kuò)散,隨血液循環(huán)至全身。IFN是由宿主細(xì)胞編碼的蛋白質(zhì),因作用于靶細(xì)胞,激活靶細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)揮作用,因而具有廣譜抗病毒作用。當(dāng)IFN進(jìn)入細(xì)胞后,誘導(dǎo)該細(xì)胞轉(zhuǎn)錄出一種AVP-mRNA,然后由它指導(dǎo)合成“翻譯抑制蛋白(TIP)”,TIP結(jié)合于核蛋白體,使病毒的mRNA與宿主細(xì)胞的核蛋白體的結(jié)合受到抑制,因而妨礙了病毒蛋白、病毒核酸以及復(fù)制病毒時(shí)所需酶的合成,從而使病毒的繁殖受到抑制。整個(gè)過(guò)程如下:病毒進(jìn)入細(xì)胞→病毒RNA附著于宿主細(xì)胞核糖體→使形成干擾素mRNA的宿主細(xì)胞DNA順?lè)醋尤ヒ种啤蓴_素mRNA刺激干擾素產(chǎn)生→干擾素進(jìn)入細(xì)胞→使形成翻譯抑制蛋白(TIP)mRNA的細(xì)胞DNA順?lè)醋尤ヒ种啤鶷IP形成并結(jié)合到核糖體→TIP阻止病毒RNA結(jié)合到核糖體。但干擾素并不影響宿主細(xì)胞本身的mRNA與核蛋白體的結(jié)合,所以不妨礙宿主細(xì)胞的生長(zhǎng),是無(wú)毒性的。
3·2 免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)理
干擾素具有很強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。它可以調(diào)節(jié)T、B淋巴細(xì)胞的免疫功能,小劑量起促進(jìn)作用,大劑量起抑制作用。IFN-γ的免疫調(diào)節(jié)作用比IFN-α和IFN-β強(qiáng)數(shù)百倍。IFN或IFN誘生劑處理后,可引起IFN敏感細(xì)胞表面抗原和某些受體的表達(dá)增加。IFN亦能影響抗原提呈作用,抗原提呈過(guò)程與MHC抗原有關(guān),而IFN-γ可誘導(dǎo)MHCⅡ類抗原增加,IFN-α和IFN-β可誘導(dǎo)MHCⅠ類抗原增加。
3·3 抗腫瘤作用機(jī)理
干擾素抗腫瘤作用以IFN-γ為最強(qiáng),其機(jī)理可能有以下幾種:①有些腫瘤的發(fā)生與病毒有關(guān),這些病毒的核酸往往需要整合到細(xì)胞的DNA中去,形成病毒基因,這些基因持續(xù)存在是腫瘤的發(fā)生原因之一。IFN抑制病毒繁殖,從而抑制腫瘤的形成與生長(zhǎng);②抑制腫瘤細(xì)胞分裂。IFN作用于細(xì)胞膜,刺激腺苷酸環(huán)化酶,使cAMP增加,抑制DNA的合成及細(xì)胞分裂,故有抗腫瘤作用;③調(diào)動(dòng)機(jī)體免疫系統(tǒng),提高機(jī)體抗腫瘤免疫力。IFN能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞及NK細(xì)胞的殺傷性,增加細(xì)胞表面抗原和受體的表達(dá),抑制B細(xì)胞的功能,從而降低腫瘤細(xì)胞表面封閉抗體的水平。
4 獸用干擾素在畜牧業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展
4·1 在治療畜禽疾病上的應(yīng)用
4·1·1 豬白細(xì)胞干擾素 豬白細(xì)胞干擾素是一種非特異性廣譜抗病毒生物制劑,在獸醫(yī)臨床上用于治療豬流行性腹瀉、豬輪狀病毒性腹瀉、溫和性豬瘟和牛病毒性腹瀉等疾病,效果較理想。劉萬(wàn)鈞等(1998)〔4〕用Vero傳代細(xì)胞對(duì)豬流行性腹瀉病毒(PEDV)進(jìn)行干擾試驗(yàn),證明豬白細(xì)胞干擾素能有效地抑制PEDV的繁殖活性,在IFN劑量為100U/ml時(shí)可明顯抑制, 1000U/ml可顯著抑制,2500U/ml幾乎可完全抑制。
4·1·2 抗新城疫病毒(NDV) 王玉東等(2003)〔5〕報(bào)道,某場(chǎng)有3棟雞舍前后發(fā)生新城疫,在相同飼養(yǎng)條件下,采取下述試驗(yàn)和對(duì)照治療方法:1棟雞舍使用干擾素、抗生素
和多維素治療,干擾素每次1~2倍量,每天1次,連續(xù)3天;另1棟雞舍緊急以二倍量Clone-30疫苗滴鼻點(diǎn)眼免疫,同時(shí)使用抗生素和多維素治療;第3棟雞舍用抗病毒藥和抗生素及多維素治療5天。結(jié)果,第1棟雞舍第6天停止死亡,死亡率為5·5%;第2棟雞舍第7天停止死亡,死亡率為6·2%;第3棟雞舍到第8天時(shí)基本停止死亡,死亡率為10·3%。
4·1·3 抗傳染性法氏囊病病毒(IBDV) 李風(fēng)華等(2004)〔6〕報(bào)道,某養(yǎng)雞戶飼養(yǎng)肉雞3065只,26日齡發(fā)生IBD,發(fā)病率60%,曾用囊病康、黃氏靈等中藥治療,效果不明顯,死亡率達(dá)12%,后來(lái)用干擾素注射,第2天死亡率降到2%,第3天停止死亡,治愈率98%。發(fā)生IBD后使用IFN的時(shí)間越早,效果越好;Mo等(2001)〔7〕報(bào)道,采用100LD50IBDV的超強(qiáng)毒株HK46感染38日齡的SPF雞8h后,再用0·2mg rGGIFN-α肌肉注射或分別用0·1mgrGGIFN-α進(jìn)行肌肉注射和口服治療, 7天后,使用rGGIFN-α的雞可成活30%~50%,而未使用干擾素的雞群僅能成活10%。
4·1·4 抗禽流感病毒(AIV) 夏春等(2001)〔8〕克隆和鑒定了我國(guó)三黃雞干擾素基因,并用QIAexpressIV原核表達(dá)系在M15工程菌中表達(dá)了N′端含6個(gè)組氨酸(6-His)的融合蛋白。在雞胚實(shí)驗(yàn)系中6His-rGGIFN-α抗禽流感病毒效果好。給予10000IU和100000IU 6His-rGGIFN-α組攻毒后48h仍無(wú)雞胚死亡。72h內(nèi)對(duì)照組雞胚全部死亡,而100000IU單位組和500IU組的雞胚死亡率為30%,與5000IU組和10000IU組差異明顯(P<0·05)。在1日齡雛雞實(shí)驗(yàn)系中6His-rGGIFN-α有較強(qiáng)抗禽流感病毒效果。各濃度6His-rGGIFN-α處理1日齡雛雞后,用AIV強(qiáng)毒攻擊后24h,僅10000IU組死亡1只,72h后,僅500IU組死亡1只,120h后給予6His-rGGIFN-α實(shí)驗(yàn)組均無(wú)死亡;而PBS對(duì)照組累積死亡率為40%。
4·1·5 治療馬立克氏病(MD) 李風(fēng)華等(2004)〔6〕報(bào)道,某戶飼養(yǎng)海蘭白蛋雞1·8萬(wàn)只,126日齡發(fā)現(xiàn)部分雞精神萎靡,冠有些萎縮,發(fā)白,部分雞瘦弱,呈現(xiàn)劈叉狀,解剖見(jiàn)坐骨神經(jīng)腫脹,為正常2倍左右,發(fā)黃,死亡率增加,臨床診斷為MD,用IFN按500只/瓶加白細(xì)胞介素-2(500只/瓶)肌肉注射,3天后雞群狀態(tài)好轉(zhuǎn),康復(fù)較好。
4·1·6 抗弓形蟲(chóng) 弓形蟲(chóng)是世界范圍內(nèi)分布的人畜共患寄生原蟲(chóng),其免疫機(jī)理以細(xì)胞介導(dǎo)免疫為主。IFN-γ是細(xì)胞介導(dǎo)免疫的重要免疫分子,不論是外源性IFN-γ,還是內(nèi)源性的IFN-γ,都表現(xiàn)了強(qiáng)大的抗蟲(chóng)效應(yīng)〔9〕。諸多試驗(yàn)證實(shí),外源性的IFN-γ具有強(qiáng)大的抗感染效應(yīng),內(nèi)源
性的IFN-γ在阻止弓形蟲(chóng)增殖、促使休眠狀態(tài)弓形蟲(chóng)包囊形成、防止包囊的活化突破等方面具有重要的作用。
4·2 干擾素基因工程研究進(jìn)展
2001年江國(guó)托等依據(jù)雞IFN的發(fā)表序列,通過(guò)RT-PCR從感染雞新城疫病毒的免疫雞脾淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)物及絲裂源刺激的雞脾淋巴細(xì)胞中獲得IFN cDNA。在pUC18質(zhì)粒上進(jìn)行分子克隆化之后,應(yīng)用克隆化IFN基因構(gòu)建原核表達(dá)質(zhì)粒pBV200-IFN,在大腸桿菌中表達(dá),獲得具有生物學(xué)活性的基因工程IFN〔6〕,在治療禽流感(AI)、雞新城疫(ND)、傳染性法氏囊病(IBD)、馬立克病(MD)、傳染性支氣管炎(IB)及傳染性喉炎(ILT)、雞痘(FP)等病毒病效果顯著,展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。萬(wàn)建青等(2002)〔10〕研究并應(yīng)用豬重組干擾素γ(rPoIFNγ)預(yù)防和治療病毒性疫病,并克隆了大白豬PoIFNγcDNA、構(gòu)建了畢赤酵母(因其具有原核表達(dá)系易發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn),又具有安全、能正確加工等特點(diǎn),廣泛用于人類重組蛋白的生產(chǎn))表達(dá)rPoIFNγ系統(tǒng);并且對(duì)表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行了Westernblot分析及進(jìn)行了rPoIFNγ抑制PRRSV增殖的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,用rPoIFNγ處理豬肺巨噬細(xì)胞系Marc-145后,經(jīng)細(xì)胞病變抑制法(CPE50)測(cè)定,rPoIFNγ可以抵抗藍(lán)耳病病毒(PRRSV)感染。即酵母表達(dá)的rPoIFNγ是有應(yīng)用價(jià)值的抗病毒生物工程制劑。汪明等(2000)〔11〕克隆和測(cè)序了肉雞IFN-α基因并在大腸桿菌中進(jìn)行了表達(dá),此項(xiàng)研究為重組干擾素用作新型廣譜抗病毒生物制劑和免疫增強(qiáng)劑的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。程堅(jiān)等(2000)〔12〕克隆和鑒定了雞IFNγ基因,并構(gòu)建了共表達(dá)H9亞型禽流感病毒血凝素基因和雞IFNγ基因的重組雞痘病毒。
5 前景與展望
干擾素是細(xì)胞因子的一種。近年來(lái),隨著對(duì)細(xì)胞因子研究的不斷深入和分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,大量的細(xì)胞因子得以克隆,許多細(xì)胞因子基因工程藥物面市,給治療畜禽疾病提供了新的手段,同時(shí)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。分子生物學(xué)的迅速發(fā)展,使干擾素的研究日益深入,特別是PCR技術(shù)的廣泛應(yīng)用,極大地推動(dòng)了獸用干擾素基因的研究。干擾素的進(jìn)一步研究對(duì)加強(qiáng)我國(guó)畜禽傳染病防控的技術(shù),推動(dòng)畜牧業(yè)發(fā)展有極大的作用,對(duì)構(gòu)建動(dòng)物干擾素基因重組疫苗,提高其免疫效力、降低病毒載體毒性等方面有著重要的意義。
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