干擾素-ε研究進(jìn)展

張海玲，廉士珍，張東亮，白 雪，章沙沙，張 蕾，李 偉，劉方圓，王 菡，胡 博，盧士英*

(1.吉林大學(xué)人獸共患病研究所 人獸共患病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130062; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)部特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物疫病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130112；3.吉林特研生物技術(shù)有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130122)

干擾素(interferons，IFNs)是由脊椎動(dòng)物細(xì)胞產(chǎn)生的一類(lèi)分泌型糖蛋白[1-2]，是由Issacs和Lindenmann 1957年在雞胚絨毛尿囊膜培養(yǎng)物中檢測(cè)流感病毒多重復(fù)制的干擾現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)[3]。干擾素應(yīng)答是抵御病毒入侵的第一道防線(xiàn)[1,4-5]，機(jī)體通過(guò)天然免疫識(shí)別病毒感染激活I(lǐng)FNs應(yīng)答，IFNs與以自分泌和旁分泌方式表達(dá)而呈廣泛分布的干擾素受體(interferon receptor，IFNAR)結(jié)合，激活數(shù)百個(gè)干擾素刺激基因(interferon-stimulated genes，ISGs)參與的抗病毒防御程序，這些基因能夠干擾病毒復(fù)制的每一步[6-8]，使機(jī)體快速進(jìn)入一種抗病毒狀態(tài)，同時(shí)激活對(duì)病毒的適應(yīng)性免疫應(yīng)答[9-10]。干擾素的研究非常廣泛，在人及猴、小鼠、牛、羊、犬、豬、馬、大熊貓、兔、鼬等哺乳動(dòng)物，以及野生動(dòng)物禽類(lèi)、龜類(lèi)、魚(yú)類(lèi)等都發(fā)現(xiàn)干擾素物質(zhì)的存在[11-13]。根據(jù)干擾素的染色體定位、受體特異性和基因特征將其分為3種類(lèi)型，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型干擾素具有抗病毒、抗腫瘤作用[7, 14]；Ⅱ型由單基編碼的IFN-γ構(gòu)成，具有免疫調(diào)節(jié)作用[15-17]。Ⅲ型為IFN-λ，與Ⅰ型干擾素(IFN-α和IFN-β)的功能相似[18-20]，此外，IFN-λ在黏膜屏障的先天抗病毒、抗真菌和抗原蟲(chóng)感染中具有重要防御作用[20-22]。

Ⅰ型干擾素家族具有相同的受體類(lèi)型和基因位點(diǎn)，迄今為止已確認(rèn)有9類(lèi)，分別是IFN-α、IFN-β、IFN-ω、IFN-κ、IFN-ε、IFN-δ、IFN-τ、IFN-ν和IFN-ζ[4, 23]。由于IFN-ε發(fā)現(xiàn)較晚，相關(guān)研究和報(bào)道較少，其研究還停留在初步階段，其很多性質(zhì)和生物學(xué)作用尚不明確。IFN-ε作為Ⅰ型干擾素具有與IFN-α、IFN-β等其他Ⅰ型干擾素不同的、獨(dú)特的內(nèi)源性表達(dá)模式，不需要病毒刺激或者干擾素誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)，并在各個(gè)器官和組織黏膜上皮細(xì)胞中組成型表達(dá)，表達(dá)水平受雌激素調(diào)節(jié)[24-26]。其具有重要的抗病毒和黏膜免疫調(diào)節(jié)功能[27]，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的有利調(diào)節(jié)也優(yōu)于IFN-α/β[26]。盡管IFN-ε與IFN-α、IFN-β等其他Ⅰ型干擾素存在不同，但與其他類(lèi)型一樣，可與IFNAR結(jié)合，激活JAK/STAT信號(hào)，產(chǎn)生抗病毒、抗增殖和免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)[28-29]。研究發(fā)現(xiàn)，IFN-ε在人和其他動(dòng)物體內(nèi)器官和組織的分布規(guī)律不同，不同動(dòng)物基因序列差異顯著[30]。目前，研究?jī)H證實(shí)人、小鼠、牛、羊和犬IFN-ε具有明顯的抗病毒作用[31-32]，駱駝IFN-ε具有抗腫瘤作用[26]，其他生物學(xué)功能需要開(kāi)展進(jìn)一步研究。

1 IFN-ε的起源

早在1981年，美國(guó)的Allan和Jarvis[33]在專(zhuān)利中描述其發(fā)現(xiàn)了一種新的具有抗病毒活性的物質(zhì)——干擾素-ε，是將原代二倍體人上皮細(xì)胞接種病毒并分泌到培養(yǎng)液中產(chǎn)生，其分子量約20 ku，這種新物質(zhì)與IFN-α、β和γ具有抗原特異性和種屬特異性，在人上皮細(xì)胞中具有明顯的抗病毒特性，但在其他類(lèi)型的人細(xì)胞以及牛和小鼠細(xì)胞均未顯示抗病毒活性[32-33]。由此，發(fā)展了利用培養(yǎng)上皮細(xì)胞產(chǎn)生IFN-ε治療人上皮細(xì)胞病毒感染的方法。隨后，1984年由加拿大學(xué)者Roy和Pang[34]公開(kāi)了一種定量檢測(cè)IFN-ε的方法，該方法將IFN-ε與人角質(zhì)細(xì)胞和人成纖維細(xì)胞一起孵育，然后進(jìn)行病毒攻擊，同時(shí)設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)品，以此來(lái)確定抗病毒活性單位。直到1999年，由美國(guó)基因泰克公司首次公開(kāi)了人IFN-ε基因序列[35]。研究發(fā)現(xiàn)，人IFN-ε在不同器官組織表達(dá)水平不同，人IFN-ε基因在胎盤(pán)組織、支氣管上皮細(xì)胞、微血管內(nèi)皮細(xì)胞、動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞、卵巢、子宮、陰道、腦、小腸等組織中高表達(dá)[26, 36]，并受雌激素調(diào)控。

2 IFN-ε在動(dòng)物體內(nèi)的分布規(guī)律

IFN-ε具有種屬特異性，在不同物種中，IFN-ε基因在各個(gè)器官、組織中表達(dá)水平也不盡相同。IFN-ε可在大部分動(dòng)物生殖器官組織中高表達(dá)。包括獼猴、小鼠和雌性綿羊卵巢、子宮以及雄性睪丸組織中高水平表達(dá)，且隨著雌激素水平的升高，IFN-ε轉(zhuǎn)錄水平升高[28]。其次，在獼猴、豬和牛的胸腺、小腸、腸系膜淋巴結(jié)、骨髓和皮膚中也檢測(cè)到IFN-ε表達(dá)[31，37-38]。在獼猴和牛的腎，豬、牛和綿羊的肝也能檢測(cè)到表達(dá)[33]。由于IFN-ε處于研究的初步階段，研究人員選取檢測(cè)器官組織類(lèi)別不一致會(huì)導(dǎo)致IFN-ε在不同組織中的分布規(guī)律差異，特別是脾、淋巴結(jié)、骨髓、肌肉、膀胱和氣管檢測(cè)數(shù)據(jù)較少，想要明確IFN-ε的分布規(guī)律還需要開(kāi)展完善的試驗(yàn)檢測(cè)。

3 IFN-ε表達(dá)與黏膜免疫的關(guān)系

IFN-ε是一種獨(dú)特的Ⅰ型IFN，不受模式識(shí)別反應(yīng)元件的誘導(dǎo)。在女性體內(nèi)，IFN-ε基因在子宮、宮頸、陰道和卵巢組織高表達(dá)。在正常生理狀態(tài)下，IFN-ε可增強(qiáng)女性生殖道(female reproductive tract，F(xiàn)RT)黏膜免疫，具有保護(hù)女性生殖系統(tǒng)不受病毒和細(xì)菌感染的重要作用[24, 28-39]。推測(cè)IFN-ε從上皮細(xì)胞分泌到FRT管腔和間質(zhì)中，可作用于應(yīng)答細(xì)胞，但其分布的確切機(jī)制和模式尚待闡明。IFN-ε的表達(dá)受雌激素和孕激素調(diào)節(jié)，分別促進(jìn)或抑制IFN-ε的表達(dá)[24]。IFN-ε通過(guò)免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞表面的Ⅰ型干擾素受體(IFNAR)信號(hào)上調(diào)干擾素刺激基因(ISGs)(圖1)，激活細(xì)胞對(duì)IFN-ε的特異性應(yīng)答，增加免疫細(xì)胞的數(shù)量和活性，上調(diào)上皮細(xì)胞的抗病毒和抗菌免疫應(yīng)答。

左：IFN-ε由FRT上皮細(xì)胞組成型表達(dá)，在此部位有助于局部維持穩(wěn)態(tài)和黏膜免疫。右：在FRT上部，IFN-ε的表達(dá)受雌激素和孕激素的激素調(diào)節(jié)，分別促進(jìn)或抑制IFN-ε的表達(dá)

有研究顯示，IFN-ε也可能是女性新冠病毒患者死亡率低的原因之一。通過(guò)對(duì)COVID-19感染死亡人數(shù)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，男性死亡率高于女性[40-43]。土耳其巴爾基西爾大學(xué)醫(yī)學(xué)研究人員在COVID-19感染治療研究中發(fā)現(xiàn)，IFN-ε抗病毒效果降低了COVID-19女性感染者的致死率[44]。分析認(rèn)為，IFN-ε與其他類(lèi)型的Ⅰ型IFNs一樣，在抵抗病毒感染時(shí)具備基本自然免疫防御反應(yīng)，同時(shí)女性受雌激素水平影響又促進(jìn)了IFN-ε在體內(nèi)表達(dá)，這可能是降低女性新冠病毒患者死亡率的原因。另一份報(bào)告認(rèn)為，男性死亡率較高與冠狀病毒功能性受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)水平較高有關(guān)，ACE2受體在睪丸細(xì)胞中大量表達(dá)，且其能夠幫助SARS-CoV-2進(jìn)入宿主細(xì)胞，故較高的ACE2濃度可能導(dǎo)致患者對(duì)SARS-CoV-2的易感性增加[45-46]。其他IFNs，如IFN-λ可減輕病毒載量，改善患者臨床癥狀，是治療COVID-19的理想藥物，但對(duì)死亡率無(wú)影響[47]。此外，IFN-ε還保護(hù)女性生殖道免受細(xì)菌感染，在月經(jīng)周期、生殖和更年期受激素調(diào)節(jié)，并受外源性激素調(diào)節(jié)[24, 28]。

對(duì)穿山甲免疫系分析發(fā)現(xiàn)，IFN-ε具有相似的黏膜免疫保護(hù)作用。穿山甲被認(rèn)為是SARS-CoV-2樣冠狀病毒的天然蓄水池[45]，其免疫系統(tǒng)的進(jìn)化與其他哺乳動(dòng)物不同，非洲、亞洲穿山甲的皮膚和黏膜上皮細(xì)胞(肺、腸和生殖組織)高水平表達(dá)IFN-ε，對(duì)皮膚和黏膜免疫具有重要防御作用[28, 46]。這可能是穿山甲在冠狀病毒感中呈現(xiàn)輕微癥狀的原因之一。

4 IFN-ε對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用

IFN-α是一種多效性細(xì)胞因子，應(yīng)用于臨床治療已有30多年，許多干擾素治療的副作用也相繼被報(bào)道[48-49]，特別是對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的不良影響。IFN受體存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，臨床上使用的IFN與這些受體結(jié)合，可引起癡呆、抑郁、厭食、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)抑制等癥狀[49-53]。此外，IFN-α干擾神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)信號(hào)，阻礙神經(jīng)突起生長(zhǎng)、突觸可塑性、內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)元存活[54]。與其他干擾素不同，IFN-ε的一個(gè)特點(diǎn)是在腦內(nèi)呈組成型高表達(dá)，提示IFN-ε可能對(duì)大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)有特殊影響。對(duì)與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的IFN-ε調(diào)節(jié)基因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這些基因參與許多生理功能，如維持大腦結(jié)構(gòu)、神經(jīng)細(xì)胞的分化、興奮調(diào)節(jié)等。例如，rhIFN-ε可促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)鈣調(diào)蛋白結(jié)合蛋白striatin與細(xì)胞內(nèi)Ca2 +結(jié)合，調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮性突觸的功能，而IFN-α沒(méi)有此功能。rhIFN-ε也可調(diào)控與神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)的軸周蛋白(Periaxin，PRX)基因的的表達(dá)，影響神經(jīng)鞘磷脂的形成和神經(jīng)細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)的維持[26]。IFN-ε調(diào)控的透明質(zhì)酸介導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)受體被腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)，可能參與腦微血管的形成[55]。最后，IFN-ε激活了胰島淀粉樣多肽的表達(dá)，在非胰島素依賴(lài)型糖尿病和阿爾茨海默病神經(jīng)元損傷的病理過(guò)程中發(fā)揮作用[26]。IFN-ε由于其持續(xù)表達(dá)于血管細(xì)胞表面，抑制細(xì)胞增殖，有望用于動(dòng)脈粥樣硬化癥的治療。此外，經(jīng)IFN-ε作用后，細(xì)胞產(chǎn)生有利于神經(jīng)細(xì)胞的調(diào)節(jié)因子，可用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)的異常，包括焦慮、抑郁、神經(jīng)分裂癥、帕金森氏癥等疾病。由于目前臨床應(yīng)用治療的干擾素(IFN-α、IFN-β)普遍會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)抑郁的副反應(yīng)，因此，IFN-ε有望成為對(duì)干擾素治療產(chǎn)生不良反應(yīng)嚴(yán)重患者的替代藥品。

5 IFN-ε的抗病毒作用

近期的研究發(fā)現(xiàn)，利用基因工程技術(shù)體外表達(dá)的動(dòng)物IFN-ε具有明顯的抗病毒活性。在同源和異源動(dòng)物體外細(xì)胞上，IFN-ε顯示交叉保護(hù)抑制病毒復(fù)制的跨物種特性[56]。例如，應(yīng)用大腸桿菌表達(dá)重組牛IFN-ε能夠抑制水泡性口炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)在牛腎細(xì)胞(Madin-Darby bovine kidney，MDBK)、牛鼻甲細(xì)胞(bovine turbinate cells，BT)、胎牛腎細(xì)胞(embryonic bovine kidney cells，EBK)和豬腎細(xì)胞(porcine kidney 15 cell，PK-15)上的復(fù)制[56]。重組綿羊IFN-ε在體外可誘導(dǎo)ISG15、黏病毒抗性蛋白1(myxovirus resistanceproteinA，Mx1)和2’-5′寡聚腺苷酸合成酶(2’-5′ oligoadenylate synthetase，OAS)的轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生抗病毒蛋白抑制外周血淋巴細(xì)胞和MDBK、RK-13、F81、PK-15、BT細(xì)胞上的病毒復(fù)制，而在MDCK、BHK-21細(xì)胞無(wú)抗病毒活性[57]。

IFN-ε也可作用于HIV感染的早期階段，包括病毒進(jìn)入、反轉(zhuǎn)錄和核導(dǎo)入。在人巨噬細(xì)胞中誘導(dǎo)一種阻斷HIV-1復(fù)制的抗病毒狀態(tài)。IFN-ε刺激的免疫介質(zhì)和途徑具有Ⅰ型IFN的特征，但與巨噬細(xì)胞中的IFN-α不同。IFN-ε誘導(dǎo)了大量的吞噬和活性氧(reactive oxygen species，ROS)殺滅作用，從而阻礙了HIV的復(fù)制[58]。除此之外，IFN-ε具有抗增殖的作用，重組犬IFN-ε可激活JAK-STAT信號(hào)通路，具有顯著的抗增殖作用[59]。有學(xué)者通過(guò)噻唑藍(lán)(3-(4，5)-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyl tetrazolium bromide，MTT)細(xì)胞增殖檢測(cè)、形態(tài)學(xué)觀(guān)察和細(xì)胞凋亡試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，包涵體表達(dá)的重組駱駝IFN-ε以劑量依賴(lài)性抑制乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231和MCF-7生長(zhǎng)，與對(duì)照組相比，IFN-ε處理過(guò)的MDA-MB-231細(xì)胞Caspase-3的表達(dá)量明顯升高[60]。

Ⅰ型IFN都具有結(jié)構(gòu)上的同源性，并與由IFNAR1 和IFNAR2亞基構(gòu)成的異二聚體受體結(jié)合，該類(lèi)受體在大多數(shù)細(xì)胞表面均有表達(dá)[61]。IFN受體兩個(gè)亞基IFNAR1和IFNAR2存在兩個(gè)獨(dú)立的配體結(jié)合位點(diǎn)，這種雙重結(jié)構(gòu)保證了不同類(lèi)型IFN被識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)干擾素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[62]。IFN-ε與IFNAR結(jié)合，激活I(lǐng)SGs的表達(dá)，進(jìn)而激活多種抗病毒蛋白表達(dá)抑制病毒復(fù)制。但是，在體內(nèi)和體外試驗(yàn)中，病毒誘導(dǎo)不能產(chǎn)生IFN-ε[63]，而IFN-ε在生殖系統(tǒng)黏膜和支氣管黏膜上皮細(xì)胞組成型高表達(dá)，這些黏膜部位存在著不同的解剖結(jié)構(gòu)、生理作用和微生物的差異，因此，要明確IFN-ε對(duì)不同病原體在不同黏膜組織內(nèi)的保護(hù)作用需要進(jìn)一步深入研究其作用機(jī)理。在女性生殖系統(tǒng)中IFN-ε表達(dá)水平受雌激素和孕激素的調(diào)節(jié)，是否存在其它的特異性作用機(jī)制調(diào)節(jié)IFN-ε的表達(dá)也有待進(jìn)一步證實(shí)。

6 展 望

干擾素是國(guó)內(nèi)外第一個(gè)被批準(zhǔn)投放市場(chǎng)用于臨床抗病毒、抗腫瘤治療的基因工程藥物，其治療的適應(yīng)癥有數(shù)十種[64-65]，目前，也用于治療COVID-19感染的臨床試驗(yàn)[44, 66-67]。而IFN-ε作為Ⅰ型IFNs中新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)獨(dú)特家族成員，在多種細(xì)胞上具有明顯的抗病毒作用，其在黏膜免疫和對(duì)神經(jīng)調(diào)節(jié)的作用明顯優(yōu)于其它Ⅰ型IFNs。IFN-ε正在被研究用于由HPV感染引起的尖銳濕疣、尋常疣、喉乳頭狀瘤、宮頸癌等多種疾病，女性泌尿生殖系統(tǒng)感染以及部分腫瘤的輔助治療，有望成為其他治療用干擾素不良反應(yīng)的替代品。目前的研究表明，病毒感染不能誘導(dǎo)機(jī)體和體外細(xì)胞產(chǎn)生IFN-ε，盡管IFN-ε對(duì)生殖道、腸道和肺部氣管黏膜有預(yù)防微生物感染的保護(hù)作用，這種保護(hù)作用可能通過(guò)某種組織特異性的機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如在雌性生殖系統(tǒng)通過(guò)分泌雌激素和孕激素調(diào)節(jié)IFN-ε的表達(dá)。其他黏膜部位的IFN-ε表達(dá)是通過(guò)什么機(jī)制調(diào)節(jié)的？是否存在依賴(lài)于細(xì)胞或特定組織中表達(dá)的其他輔助因子？IFN-ε對(duì)不同病原體在不同黏膜組織內(nèi)保護(hù)作用的機(jī)制、廣度和潛力都需要進(jìn)一步探索。