上呼吸道黏膜免疫效應分子λ干擾素的研究進展

晏雪梅,李 爽,肖 純,李秀芳

(云南中醫藥大學，昆明 650500)

干擾素(interferon,IFN)是一組具有良好抗病毒作用的細胞因子，在機體受到細菌或病毒等感染時被誘導和分泌，它在對抗病毒感染、抵抗腫瘤增殖和參與免疫調節方面起關鍵作用。當病毒入侵機體時，IFN可以被多種免疫細胞產生和釋放，并參與構筑第一道防線以防止病原體的入侵，其表達上調是抵制病毒的主要初始反應。目前已經發現了3種類型的IFN：Ⅰ型IFN，主要由IFN-α、IFN-β、IFN-κ、IFN-ω和IFN-ε組成；Ⅱ型IFN，即IFN-γ；Ⅲ型IFN，即IFN-λ，是IFN家族的新成員，是具有IFN樣功能的新型細胞因子家族，由IFN-λ1、IFN-λ2、IFN-λ3和IFN-λ4四種亞型組成，它是2003年Sheppard等[1]在檢測人類基因組序列時發現的一個IFN家族的新成員。Kotenko等[2]為這些新型IFN家族成員命名，IFN-λ1，即白細胞介素(interleukin,IL)-29；IFN-λ2，即IL-28A；IFN-λ3，即IL-28B。2013年，在一項清除肝病毒的研究中進行RNA測序時，科學家發現了一個可介導抗病毒作用的基因，將其命名為IFN-λ4[3-4]。目前的研究顯示，在小鼠體內只表達IFN-λ2和IFN-λ3[5]。近年來，由于IFN-λ獨特的組織分布特性及作用特點引起了廣泛關注?，F對IFN-λ的合成、作用方式和信號轉導通路及其在上呼吸道黏膜免疫中的生物學效應進行綜述。

1 IFN-λ的合成

流感病毒、副流感病毒、呼吸道合胞病毒等其他類型的呼吸道病毒以及細菌感染可導致IFN調節因子(interferon regulatory factor,IRF)3、 IRF7和核因子κB被激活，進而誘導IFN-λ的產生。當病毒感染機體時，細胞內雙鏈RNA上的模式識別受體，如RIG-I樣受體和Toll樣受體以及細胞質DNA上的傳感器Ku70可識別到病毒感染的信號，其中，RIG-I樣受體與傳遞病毒信號的過氧化酶體或線粒體等細胞器的銜接蛋白——線粒體抗病毒信號蛋白相結合，線粒體抗病毒信號蛋白的亞細胞定位決定產生IFN的類型。靶向于過氧化酶體的線粒體抗病毒信號蛋白能夠特異性地靶向IFN刺激基因的表達以控制病毒感染[6]，這對IFN-λ的產生是有利的；靶向于線粒體的線粒體抗病毒信號蛋白則誘導Ⅰ型IFN和IFN刺激基因的表達以控制病毒感染，過氧化酶體和線粒體的功能和豐度決定了IFN應答的質量，通過增加過氧化酶體的豐度或抑制線粒體的功能可促進IFN-λ表達，如黏膜組織內上皮細胞的極化可以增加過氧化酶體的豐度并增強IFN-λ對抗病毒感染的免疫應答，但對線粒體和Ⅰ型IFN表達的數量沒有明顯影響[7]。在模式識別受體的作用下，誘導了IFN調節因子和核因子κB的形成和表達，隨后與其相應的IFN基因啟動子結合并將其活化，進一步誘導IFN-λ在細胞內的表達[8]。研究顯示，IFN-λ基因在其啟動子區域與Ⅰ型IFN有類似的核因子κB、IRF3和IRF7的結合位點，其中IFN-λ1基因的啟動子類似于IFN-β，其轉錄調控受病毒活化的IRF3和IRF7影響；IFN-λ2和IFN-λ3基因的啟動子類似于IFN-α，其轉錄調控主要依賴病毒活化的IRF7[1-2,9]。

2 IFN-λ的作用方式

研究發現，IFN-λ的作用具有高度的組織和細胞類型特異性，其以組織依賴性的方式表達并作用于體內上皮細胞，主要是對位于呼吸道、胃腸道和生殖道等部位在內的上皮細胞產生生物學效應[5,10-14]。少數免疫細胞如鼻黏膜中的T細胞、樹突狀細胞及巨噬細胞對它們亦可做出反應[15]。有趣的是，雖然這些細胞廣泛響應模式識別受體的刺激，但IFN-λ的表達僅針對少量特定的細胞類型，其中最顯著的是上皮細胞和樹突狀細胞[11,16-18]。黏膜組織中鼻上皮細胞是第一個接觸呼吸道病毒的位點，也是呼吸道病毒的主要靶細胞和病毒入侵機體的端口，IFN-λ是呼吸道病毒誘導鼻上皮細胞分泌的主要IFN類型[19]。研究證實，IFN-λ是鼻上皮細胞響應上呼吸道急性甲型流感病毒或其他呼吸道病毒最早產生的主要IFN類型，能夠誘導抗病毒感染的天然免疫應答，這意味著IFN-λ在調節上呼吸道對抗病毒感染的免疫應答中起關鍵作用[19-24]。

既往研究認為，IFN-λ與IL-10家族共享結構同源性并與Ⅰ型IFN具有功能同源性[1]，然而近年來研究發現，IFN-λ的受體屬Ⅱ型細胞因子受體家族，其特異性的受體復合物是由特異性亞基IFN-λR1(IL-28Rα)和共有亞基IL-10Rβ兩個亞基聚集構成的異二聚體受體，其中，IL-28Rα鏈是IFN-λ所獨有的，是IL-29、IL-28A和IL-28B 3個受體的獨特亞基，在以上皮細胞為主的少數細胞內能夠檢測到IL-28Rα表達，而在其他細胞如內皮細胞和成纖維細胞等中不能檢測到其表達，由于IL-28Rα表達的細胞類型嚴格限制模式和精確調控，這決定了IFN-λ作用的組織獨特性；IL-10Rβ鏈則屬于IL-10、IL-22、IL-26三者受體的亞基，在體內大多數細胞和組織中普遍表達，因此其對IFN-λ的細胞應答并無組織特異性[1,2,5,25-26]。IFN-λ的兩條受體鏈IL-28Rα和IL-10Rβ是引起應答反應的必要條件，任意一條受體鏈被中和都將導致無應答。所以，其釋放后必須通過與其相應獨特的受體復合物IFN-λ受體相結合，形成IL-28Rα-IFN-λ-IL-10Rβ的“夾心”結構才能誘導受體兩個亞基胞質內的轉錄原件活化而啟動信號轉導發出信號，以進一步引導抗病毒作用[1-2,27-29]。因此，IL-28Rα與IL-10Rβ的協同作用對IFN-λ是否能夠通過激活信號級聯反應以發揮生物學效應發揮重要作用。

3 IFN-λ抗病毒作用的信號轉導通路

通過使用模式識別受體鑒別病原體相關分子模式，天然免疫系統誘導免疫應答，并建成了抵抗病原微生物入侵的第一道防線。病毒的入侵誘導IFN分泌，其通過細胞內受體，在幾乎所有類型的細胞中生成抗病毒蛋白因子，通過阻止受感染細胞內的病毒傳播以發揮抗病毒感染的作用。IFN-λ與Ⅰ型IFN具備類似的信號轉導通路和生物學效應，但也有其獨特的表達模式，IFN-λ與IFN-λ受體的結合啟動Janus激酶-信號轉導及轉錄激活因子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT)信號級聯反應， JAK-STAT信號轉導通路是將細胞因子刺激信號經細胞膜進入細胞核內部的重要途徑，其主要包括三個組成部分：JAK、STAT和酪氨酸激酶相關受體。與Ⅰ型IFN相比，能誘導IFN-λ表達的刺激因素更為廣泛，包括許多類型的病毒和各種Toll樣受體激動劑[30]。IFN-λ與其相應受體IL-28Rα和IL-10Rβ結合后引起受體分子二聚化，促進JAK家族成員的磷酸化，尤其是誘導IL-28Rα和IL-10Rβ相偶聯的JAK家族成員JAK1和TYK2被磷酸化，隨后磷酸化STAT家族成員(包括STAT1、2、3、4、5，主要為STAT1和STAT2)[8,31]，同時其他STAT家族成員也可在較小程度上磷酸化[32]。磷酸化的STAT1和STAT2形成異源二聚體，其結合IRF9并形成異源三聚體的IFN刺激基因因子3復合物，并將復合物易位至細胞核核內，與IFN刺激基因啟動子調控區域中的IFN激活反應元件相結合，激活免疫效應分子，并誘導抗病毒IFN刺激基因的表達；除構成IFN刺激基因因子3復合物外，磷酸化的STAT1也能形成同源二聚體，與IFN-γ激活位點相結合，誘導成百上千種IFN刺激基因的激活，產生的IFN刺激基因與其相應的IFN基因啟動子結合并被活化，隨后誘導IFN-λ在細胞內表達[8,33-34]。由此可見，自分泌或旁分泌的IFN-λ都可以參與JAK-STAT信號轉導通路。IFN刺激基因的激活在細胞內建立抗病毒狀態，促使抗病毒蛋白因子的釋放，如2′，5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-oligoadenylate synthetase, OAS)、核糖核酸依賴性蛋白酶(protein kinase RNA-dependent,PKR)和抗黏液病毒蛋白A(myxovirus resistance protein A,MxA)等抑制病毒復制，以發揮抗病毒感染的作用[35]。

此外，IFN-λ還能夠通過促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信號轉導途徑激活。MAPK信號轉導途徑存在于大多數細胞中，是將細胞因子刺激信號從細胞表面傳遞到細胞核內部的主要信使，它在誘導發揮生物學效應如細胞發生增殖分化以及轉化凋亡等過程中發揮重要作用。該激酶可分為3類：c-Jun氨基端激酶(也稱為應激的激活蛋白激酶)、細胞外信號調節激酶(又稱為p42/44 MAPK)以及p38 MAPK。研究表明，IFN-λ通過募集和激活MAPK進而與IFN刺激基因因子3復合物協同合作[36]，協助轉錄因子調控基因的轉錄，進而推動細胞內大量的效應蛋白因子整合，IFN-λ還可以通過這些效應蛋白因子發揮抗病毒和免疫調節的功能。

4 IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的生物學效應

研究表明，當呼吸道發生病原微生物感染時，IFN-λ可首先在呼吸道黏膜大量表達，其病毒負荷低于Ⅰ型IFN，可起到限制初始感染傳播的作用，是呼吸道發揮免疫防御和調節免疫穩態的前線監護者[21,37-38]。IFN-λ可使黏膜上皮細胞免受屢次的病毒攻擊，維持黏膜屏障的結構及功能完整性[39]。IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的生物學效應包括：①抗病毒作用，通過激活信號通路釋放大量的抗病毒蛋白以發揮抗病毒感染的作用；②參與免疫調節作用，通過調控相關細胞因子發揮免疫監視的作用。

4.1IFN-λ介導的抗病毒作用 呼吸道是體內表達IFN-λ最多的部位之一，呼吸道病原體(如流感病毒和鼻病毒)的主要靶標是上呼吸道的鼻上皮細胞，IFN-λ是病毒感染期間產生的最早和最主要的IFN類型，其生成增加增強了呼吸道黏膜抵抗病毒的能力，并可限制初始病毒的傳播[21]。研究證實，IFN-λ是天然免疫系統防止流感病毒感染的一個新焦點，在機體受到感染的早期和獲得性免疫系統被激活前，天然免疫系統形成完整的防衛機制是抵抗流感病毒的龐大屏障，IFN-λ的產生對防止病毒從上呼吸道擴散到肺部，較大限度地限制病毒的復制和傳播是必不可少的，其介導的天然免疫應答是病毒從呼吸道清除的關鍵步驟，IFN-λ的缺失將導致干擾素刺激基因轉錄失調和低效的天然免疫應答，進而加重體內的感染[8,39-42]。近年來對IFN-λ體內、外的抗病毒作用差異研究指出，IFN-λ在體內不僅能夠直接通過經典的抗病毒途徑發揮抗病毒作用，還可以與免疫系統相互作用，調控相關細胞因子以間接發揮抗病毒作用[43]。

IFN-λ通過激活JAK-STAT信號轉導通路啟動大量抗病毒蛋白因子的活化而起到抗病毒作用。研究指出，IFN-λ可誘導以下幾種抗病毒蛋白因子的表達[2,35，44-47]。①OAS：響應于雙鏈RNA結合，由IFN誘導的雙鏈RNA激活的酶，其合成獨特的第二信使分子2′-5′連接的寡聚苷酸，激活內切核糖核酸酶L，降解宿主和病毒RNA，有助于抑制IFN誘導的病毒蛋白的合并來限制病毒傳播。②PKR：由IFN或雙鏈RNA激活的依賴性蛋白酶，是IFN抗病毒作用中的效應因子，誘導核因子κB抑制蛋白激酶合成抗病毒的細胞因子，誘導PKR自身磷酸化，隨后磷酸化翻譯起始因子的α亞單位來阻止病毒蛋白翻譯，從而制止病毒蛋白質的形成，作為抵抗病毒的防衛機制。③MxA：屬于發動蛋白GTP酶家族，是IFN誘導的抗病毒反應的關鍵介質，是阻斷病毒復制的IFN刺激基因，特異性作用于某一類病毒的蛋白質，可阻斷某些正黏病毒(如流感病毒)的傳播，與病毒核衣殼蛋白結合后誘導自身磷酸化，其水解病毒核衣殼，隨后釋放到細胞質中的病毒核酸被核酸內切酶降解，以阻止病毒的傳播。研究證實，IFN-λ的產生有助于提高小鼠對甲型流感病毒的天然免疫力，呼吸道上皮細胞的高病毒載量與低MxA蛋白水平相關，表明MxA可用于評價病毒感染的嚴重程度，IFN-λ通過誘導Mx基因表達有助于保護呼吸道免受甲型流感病毒的感染[40]。IFN-λ的主要功能是保護上皮結構，在上呼吸道黏膜屏障中鼻上皮細胞的抗病毒作用，通過誘導MxA表達有助于保護上皮細胞免受病毒感染入侵，有利于保障黏膜屏障的完整性，在上呼吸道中提供了持久的抗病毒保護作用[11,19，37,40，48]。研究表明，IFN-λ是用于對抗人鼻上皮細胞中甲型流感病毒感染的，即早型IFN，隨后IFN相關的免疫反應被激活，其介導的IFN調節因子免疫應答和信號轉導基因的表達，如OAS、IRF7、IRF9和MxA等[20]，結果表明，機體受到甲型流感病毒感染后，IFN誘導的天然免疫反應在人鼻上皮細胞中被啟動。由此可知，IFN-λ的表達有助于人鼻上皮細胞成為甲型流感病毒感染的主要一線防御，它可能是治療上呼吸道急性甲型流感病毒感染的關鍵因素?？共《镜鞍滓蜃拥男纬?，如OAS、PKR和MxA，可用于評估IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的抗病毒作用。

4.2IFN-λ的免疫調節作用 IFN-λ是宿主免疫調節的靶點，但與Ⅰ型IFN形成鮮明對比，IFN-λ及其受體在免疫系統中無法普遍表達，因此其發揮選擇性的免疫調節作用，主要體現在主要活性是對先天免疫的調節；另一個主要活性是適應性免疫的調節。有報道，IFN-λ是介導抗病毒免疫和損傷控制的雙功能細胞因子，作為新型免疫調節細胞因子，在抗炎和損傷保護中具有特殊作用，其作用是維持免疫平衡，限制炎癥并預防宿主損傷[49]。因此，IFN-λ被認為可選擇性地上調抗病毒反應，同時限制宿主破壞性炎癥和癥狀，不損害其屏障功能消滅黏膜部位侵入的病原體，并限制病原體的傳播。

4.2.1IFN-λ的天然免疫調節 與Ⅰ型IFN相反，IFN-λ抑制先天性促炎反應并限制與炎癥相關的宿主破壞作用，這主要是由于對中性粒細胞的選擇性作用，阻止它們的促炎活化作用。其主要體現在：①在受病毒感染入侵呼吸道和胃腸道黏膜中，IFN-λ通過活性氧類、脫顆粒和中性粒細胞誘捕網的形成限制組織損傷來控制有害的中性粒細胞，或通過釋放細胞因子來控制炎癥反應；②作為天然免疫的效應分子，IFN-λ基因受Toll樣受體調控。研究指出，IFN-λ作為由細菌感知Toll樣受體上調的因子在黏膜免疫屏障中具有重要作用，且能夠激活天然免疫應答[50]。

4.2.2IFN-λ的獲得性免疫的調節 作為新型細胞因子，IFN-λ對免疫系統具有一定的調控能力。除天然免疫外，IFN-λ也可作用于調節獲得性免疫。其主要體現在：①通過增加對靶細胞膜上主要組織相容性復合體Ⅰ類分子的表達，促進細胞的處理和抗原呈遞，增強機體特異性抗病毒免疫反應[1-2]；②通過調節樹突狀細胞的功能參與免疫調節功能，樹突狀細胞作為一種抗原遞呈細胞能夠在天然免疫或獲得性免疫應答中起重要作用；IFN-λ調節樹突狀細胞以表達高水平的主要組織相容性復合體Ⅰ、主要組織相容性復合體Ⅱ類分子和低水平的共刺激因子、維持樹突狀細胞部分成熟狀態，在免疫防御和調控中起重要作用[16,51]，研究表明，IFN-λ影響漿細胞樣樹突狀細胞特異性功能，與IL-3協同作用，以過度活化漿細胞樣樹突狀細胞并誘導更高水平的炎癥細胞因子和共刺激因子CD80/CD86的上調，漿細胞樣樹突狀細胞的活化增強表明IFN-λ刺激漿細胞樣樹突狀細胞并增強其對抗病毒感染的能力[52-53]；③通過影響多種細胞因子的釋放調節免疫系統的功能。研究表明，IFN-λ1具有調控免疫細胞產生細胞因子的能力，可以調節外周血中單核細胞內細胞因子的表達，增強IL-6、 IL-8和IL-10的表達，以及使IL-10同系物IL-19 mRNA的基礎水平增強[54]。

5 小 結

近年來，對IFN-λ的研討較多，但大多數主要集中在IFN-λ相關病毒感染如乙肝病毒感染及腫瘤疾病的研究探討中。隨著對IFN-λ研究的深入，不斷認識到IFN-λ作為一種前線防御系統，其在機體前線抗病毒防御中的重要性，以及在黏膜系統參與抵御外來致病菌，產生免疫防御的作用。由上述研究可知，IFN-λ能誘導產生抗病毒作用，有效地預防呼吸道疾病的發生，在抵抗上呼吸道感染中發揮重要作用，但對其相關的作用及機制的研究還不夠深入和系統，尤其是對上呼吸道黏膜中鼻上皮細胞內的IFN-λ研究較少，加強對IFN-λ在機體對抗上呼吸道病毒感染的作用及機制進行研討，了解如何通過影響IFN-λ來改善鼻黏膜屏障功能將為尋找診治上呼吸道感染的策略提供新的研究思路和方向。