天然dsRNA誘導干擾素生成研究進展

張 虎,梁啟超,杜新娜,朱金玲,羅佳斌

(1.佳木斯大學基礎醫學院,黑龍江佳木斯 154007;2.牡丹江醫學院,黑龍江 牡丹江 157011;3.佳木斯大學口腔醫學院,黑龍江 佳木斯154002)

干擾素(Interferon,IFN)是一類具有多種功能的免疫活性蛋白質,主要是糖蛋白。干擾素在抗病毒性疾病和增強機體免疫調節能力以及惡性腫瘤方面有明顯效果。近年來,干擾素一直是細胞學、病毒學、分子生物學、臨床醫學、細胞學、腫瘤學、免疫學等相關領域的研究熱點生[1,2]。干擾素臨床應用的突出問題是這些細胞因子在體內的半衰期都很短,若要達到治療水平,必須持續大劑量注射,由此會產生一系列副作用。常見的有肌痛、發熱、頭痛及低血壓和胃腸反應等,約有一半可出現骨髓抑制現象,表現為血小板、白細胞、網狀紅細胞減少等。特殊不良反應有甲狀腺異常、精神抑郁、嚴重顱內出血、代謝異常、間質性肺炎等。能誘導IFN產生的物質統稱為干擾素誘導劑。按干擾素的產生及來源,干擾素可分為內源性IFN和外源性IFN。用IFN誘導劑在體內誘導細胞產生的IFN稱之為內源性IFN。幾乎所有的脊椎動物細胞都可產生lFN,但無論在體內還是體外,必須由IFN誘導劑誘導產生。理想的能直接應用于人體內誘生IFN的IFN誘導劑目前首推多聚肌苷酸,這是一種人工合成的dsRNA分子,臨床上普遍使用。近來發現PIC在人體和其他靈長類體內易被血清核酸酶破壞,誘生IFN的效能較低,所以世界各國正在尋求新的dsRNA分子作為IFN誘導劑。

1 天然dsRNA誘導干擾素生成的機制研究

1969年日本東北大學石田博士成功地從香菇中分離出一種特殊的雙鏈核糖核酸,能刺激人體網狀組織細胞和白血球釋放干擾素,是一種內源性干擾素誘導劑。這種物質能阻抑流感病毒和兔口內炎病毒的增殖。1978年鈴木等分析發現在香菇的子實體、孢子和菌絲中都同樣存在雙鏈核糖核酸,但其抗病毒活性有一定差別,此外還發現雙孢蘑菇中的這種雙鏈核糖核酸,抗病毒能力比香菇更強,存在于香菇中的這種雙鏈核糖核酸不耐熱,加熱后易失效,而雙孢蘑菇中的這種物質耐熱性較好,加熱后仍有相當強的抗病毒能力。此外,還發現雙孢蘑菇的這種雙鏈核糖酸還可從深層發酵的菌絲中提取,為獲得這種具抗病毒活性的干擾素誘導劑的工業生產帶來希望[3]。

長雙鏈RNA(1ong double stranded RNA,dsRNA)是良好的干擾素誘生劑,其來源對誘導活性并不重要,從植物、微生物到不同種類的動物,其細胞內的dsRNA組份都具有干擾素誘導活性[4]。以天然長dsRNA為干擾素誘生劑直接用于機體,在體內誘生的自身干擾素是廣譜的,而且長dsRNA是免疫調節劑,已經證實長dsRNA還可誘生其他一些細胞因子[5],如白介素 1、2 和白介素 6(IL-l、Ll-2、IL-6)等。長dsRNA作用于機體以后的生物學活性遠遠超出了單純的干擾素誘生活性,自身干擾素在體內不會產生抗體,因此可表現出更好的治療效果。

長dsRNA不僅是良好的干擾素誘生劑,而且又具有廣譜免疫調節劑的功能,國內外的研究報告指出,當細胞同微量的長dsRNA接觸后,導致的一系列生物學活性的改變可歸納如下:誘生IFN、激活PKR、激活AS、抑制蛋白質合成、刺激前列腺素E的合成、促進白細胞的分化、促進巨噬細胞、NK細胞及特異性細胞毒T淋巴細胞的活性,誘導抗原呈遞細胞產生各種細胞因子,抑制化學致突變劑的作用,恢復細胞問的接觸抑制等[6]。這些功能同dsRNA的抗病毒、抗腫瘤以及增強免疫等生物學活性緊密相關。近些年來又證實dsRNA還有明顯的抗幅射、抗突變和抗同位素損傷的作用。所以長dsRNA可用于抗病毒、抗腫瘤、抗幅射或抗突變的臨床治療[7]。

由于提取的長dsRNA沒有種屬特異性,所以從酵母菌中提取的天然長dsRNA也能起到從動物組織中提取的長dsRNA的作用,而且屬于純天然制品,避免了外源性因子的干擾。他不但可以避免從動物組織中提取的核糖核酸制品中外源性因子感染疾病的危險,還沒有人源性因子的干擾。

2 天然dsRNA誘導干擾素生成的問題與展望

國內外有報道稱天然dsRNA可以誘導哺乳動物體細胞生成干擾素,達到抗病毒、抗腫瘤的效果。但是不同的dsRNA進入細胞,其作用效果完全不一致。最著名的就是2006年獲得諾貝爾生理學獎的RNAi(RNA interference,RNAi)技術,與特定基因互補的小片段dsRNA可以特異性地降低甚至關閉這一基因的表達,這一技術在基因組學和特定基因功能研究方面作用重大。

2006年RNAi技術獲得諾貝爾生理學獎,但隨著這一技術的火熱運用,其“缺陷”不得不受到重視,即dsRNA可以激活干擾素活化途徑。2003年Nature Cell Biol發現 dsRNA能夠激活體內干擾素反應基因,1998年Fire等將dsRNA(長度＞30bp)導入常用哺乳動物細胞培養株時卻不能觀察到特異的RNAi現象,而是出現誘生干擾素,活化核糖核酸酶L,細胞的基因表達全面受抑和細胞凋亡的現象。Elbashir等將體外合成的21nt的siRNA導入哺乳動物細胞培養株中也檢測到了特異的RNA干擾現象。

同樣是dsRNA卻可以一方面關閉基因的表達(RNAi),另一方面還可以誘導基因的表達(干擾素的生成),這就產生了一對“矛盾”。dsRNA誘導干擾素生成這一“缺陷”的發現也為祖國傳統醫藥的機制研究提供了新思路,有報道稱真菌類的dsRNA具有誘導干擾素生成、抗腫瘤、增強免疫系統功能的作用。所以dsRNA作用機制研究順應了RNA調控機制研究的大趨勢,是繼基因組學和蛋白組學之后又一研究熱點。

天然dsRNA的來源、長度、濃度、種屬特異性等對于哺乳動物不同組織、不同細胞的體內、體外誘導作用結果等都是有待解決的問題。天然dsRNA是如何進入細胞,是否進入細胞核,如何誘導基因表達的機制不得而知。中藥抗病毒、抗腫瘤、增強免疫力的理論基礎也將在dsRNA誘導干擾索生成機制的揭示過程中得到豐富。

目前中藥抗病毒機制研究較多的是多糖,但畢竟多糖仍然是混合物,不能得到一致認同。揭示dsRNA的作用機制不僅可以避免RNAi技術的“缺陷”,豐富RNA調控機制的網絡,更重要的是可以為中藥的作用機理提供一條新思路,為祖國醫藥國際化提供強有力的理論基礎。使用干擾素誘導劑可以避免干擾素應用過程中副作用的產生,并且為臨床應用提供前期的理論基礎。

[1]王曉麗,王永明,朱萬光,等.干擾素研究進展[J].動物醫學進展,2008,29(12):60-63

[2]王日榮,李焱,高賓,等.干擾素聯用拉米夫定治療慢性乙型肝炎的療效觀察[J].黑龍江醫藥科學,2006,29(1):63

[3]陳士瑜.動君多食菇[J].食用菌,2003,25(5):42-43

[4]Hiscott JD,Alper L,Cohen J,et al.Induction of human interferon gene expression is associated with a nuclear factor that interacts with the NF-KB site of the human immunodeficiency virus enhancer[J].Virol,1989,63:2557-2556

[5]Lenardo M J,CE,FanT.Maniatis,et al.The involvement of the NFKB interferon gene regulation reveals its role as wildely inducible mediator of signal transduction[J].Cell,1989,57:287-294

[6]Michael P,Gantier,Bryan RG.The response of mammalian cel1s to double-stranded RNA[J].Cytokine&Growth Factor Reviews,2007,18(8):363-371

[7]Bianca Dauber,Jana Schneider,T horsten Wolff.Double-Stranded binding of influenza B Vuirus Nonstructural NSI protein inhibits protein kinase R but is essential to antagonize production of alpha/beta interferon[J].Journal of Virology,2006,12:11667-11677