|
|
从发现干扰素(IFN)开始,关于IFN作用机制的研究就没有停止过,由此指导的临床应用研究也随之展开。我们特邀重庆医科大学病毒性肝炎研究所、《中华肝脏病杂志》编辑部副主任金生教授撰文,本期节选其中部分内容,介绍IFN信号及调控机制、IFN抗病毒机制以及IFN在天然免疫中的作用。
IFN信号及调控机制
IFN作用机制研究的一个主要进展,是对IFN与受体相互作用后触发信号通路的认识。
1990年,有学者发现了IFN刺激基因因子(ISGF)-3,其DNA限制复合体对IFN激活基因(ISGs)的诱导作用参与了从细胞膜受体到细胞核的直接信号传导过程。在ISGF-3复合物中,由STAT1/STAT2酪氨酸磷酸化的蛋白质和DNA结合蛋白IFN调节因子(IRF)-9组成的形式,具有与Ⅰ型IFN反应的活性。ISGF-3可结合于IFN刺激反应元件(ISRE)并产生ISG活化信号。与Ⅱ型IFN发生反应的转录激活因子复合体称为IFNγ活化因子(GAF),结合于IFN的活性位点为丝氨酸-酪氨酸磷酸化STAT1的同型二聚体。Ⅲ型IFN在结构和遗传学上均不同于Ⅰ型IFN,但激活的信号通路与Ⅰ型IFN相同。
值得一提的是,上世纪九十年代初期Jak/STAT信号通路的发现在很大程度上归功于对IFN作用机制及其他信号细胞因子功能的认识。
目前,有研究证实3个负性调控子家族能够调节IFN信号以抑制某些细胞因子活性的过表达。这些负性调控因子作用于不同细胞因子激活的Jak/STAT信号通路,且对IFN的反应及反应强度有赖于IFN及其作用细胞的特性,以及外周环境中生长因子、化学因子、细胞因子的复合作用。
IFN抗病毒机制
在病毒复制周期中的一个或多个环节,IFN均可作用于靶细胞(而非病毒),通过阻滞病毒复制,或通过诱导一系列蛋白质干扰病毒复制,以抗病毒感染。病毒的进入细胞、转录、RNA定植、翻译、病毒成熟、装配及释放等多个环节,均可能成为IFN的作用靶点。IFN抗病毒感染是一个各类通路信号传导相互交错的过程。
双链RNA(dsRNA)为Ⅰ型IFN的强力诱导剂,可激活2条抗病毒活化信号通路,即dsRNA依赖的蛋白激活通路和2’-5’寡腺苷酸合成酶通路。在双链DNA刺激后,不同的2’-5’寡腺苷酸合成酶可诱导产生不同的寡聚腺苷酸,这些寡聚腺苷酸可激活RNA酶 L,并对病毒RNA降解产物产生反应。
1986年,Staeheli等发现Mx蛋白是具有三磷酸鸟嘌呤核苷(GTP)酶活性的GTP结合蛋白,具有内在的抗病毒活性。然而,在1999年证实,缺乏PKR、RNA酶L和Mx的基因敲除小鼠细胞对IFN诱导的抗病毒作用同样敏感,这提示可能还有其他信号通路存在。随后,其他具有抗病毒活性的蛋白质相继被发现,如20kDa的IFN诱导的基因产物ISG20,失活IFN诱导的恶变前髓细胞白血病蛋白。
近来,一些研究证实了P53基因与IFN的关系。IFNα/β可直接诱导P53表达,P53在Ⅰ型IFN诱导的细胞凋亡反应中,以及在水泡性口炎病毒和脊髓灰质炎病毒抗药性的产生中,起着关键作用。IFN与P53的主要作用有两个方面:① P53可直接被IFN诱导活化;② P53在某些IFN的诱导过程下产生,比如,PKR和前髓细胞白血病蛋白在一定环境中(如病毒感染)与P53作用,可使P53磷酸化,并激活靶基因,促使感染细胞凋亡。
IFN在天然免疫中作用
Ⅰ型IFN在天然免疫及适应性免疫中均具有重要作用。IFN产生细胞(NIPC)、未成熟的浆细胞样树突状细胞(pDC)、Ⅱ型DC前体细胞(成熟DC)是IFNα发生生理学反应的关键细胞。pDC分化为成熟并具有抗原提呈作用的DC,在T细胞和B细胞活化过程中起着重要作用。NIPC/pDC为主要的IFNα生成细胞,参与各种抗原,包括细菌及免疫刺激物的免疫反应。IFNα和NIPC/pDC在自身免疫功能紊乱中的核心作用也已得到重视。
虽然,IFNγ的产生受T细胞和NK细胞限制,但最近研究结果提示DC家族的其他一些细胞在肿瘤免疫防御反应中可产生IFNγ,并通过TRAIL诱导作用介导肿瘤细胞凋亡。
Ⅰ型和Ⅱ型IFN不仅在机体抗病毒中,在抗细胞内细菌和寄生虫的宿主防御中也起着关键作用。研究已证实,IFNγ受体缺乏或信号通路受阻是先天性抗分支杆菌免疫缺陷的原因。人类原发性Ⅰ型IFN免疫缺陷病在新近也得到证实,该病主要表现为Ⅰ型IFN的产生障碍或Ⅰ型IFN的免疫反应缺失,患者表现为对病毒高度易感。这也进一步证实了Ⅰ型IFN在宿主抗病毒的天然免疫中的关键作用。
表1 干扰素研究的里程碑
时间 重要进展
1957年 在对流感病毒感染鸡胚的研究中发现干扰素(IFN)
1962年 IFN抑制培养细胞的生长;IFN抑制细胞内细菌生长
1964年 细菌和内毒素感染的动物体内可诱生IFN
1965年 发现IFNγ(Ⅱ型IFN)
1967年 双链RNA可诱生IFN
1969年 IFN可抑制动物肿瘤生长
1972-1976年 IFN具有免疫调节作用
1974-1976年 IFN具有诱导蛋白介导的抗病毒作用
1975年 I型IFN具有不同亚型,即IFNα和IFNβ;系统性红斑狼疮患者体内具有高水平IFN状态
1975-1977年 IFN可引起动物的不良反应
1979年 对人IFNβ cDNA进行分离和测序
1980年 对人IFNα cDNA进行分离、测序及表达;对IFNα和IFNβ表达蛋白进行纯化和部分测序
1982年 对人IFNγ cDNA进行分离和测序;发现HIV感染者体内IFN浓度与疾病严重程度相关
1985年 证实IFN诱导基因上游的IFN刺激反应元件(ISRE)的识别成分
1988年 发现IFN调节因子(IRF)转录因子家族
1990年 证实IFN刺激基因因子(ISGF)-3介导的IFN诱导基因活性
1990-1996年 证实I型IFN受体成分及其特征
1992-1994年 证实JAK-STAT信号通路为IFN诱导基因表达的主要信号通路
1995-1998年 发现IRF-3、IRF-7在IFN诱生的过程中起关键作用
1999年 发现浆细胞样树突状细胞对I型IFN的产生具强诱导作用
2001年 发现Toll样受体3对双链RNA具有识别作用
2004-2005年 发现在机体对双链RNA或RNA病毒免疫应答中,细胞质内的解旋酶RIG-I和MDA5可靶向触发IFN的产生机制
人物链接
Robert M. Friedman
在Alick Isaacs和Jean Lindenmann发现干扰素10年后,美国学者Robert M. Friedman在1966-1971年间发表多篇论文,初步阐述干扰素的抗病毒机制。早年间,Friedman曾与Isaacs共同从事研究,后至美国马里兰州国立卫生研究院、国家癌症研究所从事干扰素机制的相关研究。
与之同期进行研究的还有一些科学家,他们共同揭示了干扰素抗病毒机制,拓展了干扰素广泛应用于抗乙肝病毒、抗丙肝病毒等领域,也为之奠定了理论基础。
2007年初,Friedman为一本杂志撰稿回忆干扰素发现和发展历程,他在开篇第一句谈到:“当我还是一个孩童,我就对生命科学着迷……”
IFN信号及调控机制
IFN作用机制研究的一个主要进展,是对IFN与受体相互作用后触发信号通路的认识。
1990年,有学者发现了IFN刺激基因因子(ISGF)-3,其DNA限制复合体对IFN激活基因(ISGs)的诱导作用参与了从细胞膜受体到细胞核的直接信号传导过程。在ISGF-3复合物中,由STAT1/STAT2酪氨酸磷酸化的蛋白质和DNA结合蛋白IFN调节因子(IRF)-9组成的形式,具有与Ⅰ型IFN反应的活性。ISGF-3可结合于IFN刺激反应元件(ISRE)并产生ISG活化信号。与Ⅱ型IFN发生反应的转录激活因子复合体称为IFNγ活化因子(GAF),结合于IFN的活性位点为丝氨酸-酪氨酸磷酸化STAT1的同型二聚体。Ⅲ型IFN在结构和遗传学上均不同于Ⅰ型IFN,但激活的信号通路与Ⅰ型IFN相同。
值得一提的是,上世纪九十年代初期Jak/STAT信号通路的发现在很大程度上归功于对IFN作用机制及其他信号细胞因子功能的认识。
目前,有研究证实3个负性调控子家族能够调节IFN信号以抑制某些细胞因子活性的过表达。这些负性调控因子作用于不同细胞因子激活的Jak/STAT信号通路,且对IFN的反应及反应强度有赖于IFN及其作用细胞的特性,以及外周环境中生长因子、化学因子、细胞因子的复合作用。
IFN抗病毒机制
在病毒复制周期中的一个或多个环节,IFN均可作用于靶细胞(而非病毒),通过阻滞病毒复制,或通过诱导一系列蛋白质干扰病毒复制,以抗病毒感染。病毒的进入细胞、转录、RNA定植、翻译、病毒成熟、装配及释放等多个环节,均可能成为IFN的作用靶点。IFN抗病毒感染是一个各类通路信号传导相互交错的过程。
双链RNA(dsRNA)为Ⅰ型IFN的强力诱导剂,可激活2条抗病毒活化信号通路,即dsRNA依赖的蛋白激活通路和2’-5’寡腺苷酸合成酶通路。在双链DNA刺激后,不同的2’-5’寡腺苷酸合成酶可诱导产生不同的寡聚腺苷酸,这些寡聚腺苷酸可激活RNA酶 L,并对病毒RNA降解产物产生反应。
1986年,Staeheli等发现Mx蛋白是具有三磷酸鸟嘌呤核苷(GTP)酶活性的GTP结合蛋白,具有内在的抗病毒活性。然而,在1999年证实,缺乏PKR、RNA酶L和Mx的基因敲除小鼠细胞对IFN诱导的抗病毒作用同样敏感,这提示可能还有其他信号通路存在。随后,其他具有抗病毒活性的蛋白质相继被发现,如20kDa的IFN诱导的基因产物ISG20,失活IFN诱导的恶变前髓细胞白血病蛋白。
近来,一些研究证实了P53基因与IFN的关系。IFNα/β可直接诱导P53表达,P53在Ⅰ型IFN诱导的细胞凋亡反应中,以及在水泡性口炎病毒和脊髓灰质炎病毒抗药性的产生中,起着关键作用。IFN与P53的主要作用有两个方面:① P53可直接被IFN诱导活化;② P53在某些IFN的诱导过程下产生,比如,PKR和前髓细胞白血病蛋白在一定环境中(如病毒感染)与P53作用,可使P53磷酸化,并激活靶基因,促使感染细胞凋亡。
IFN在天然免疫中作用
Ⅰ型IFN在天然免疫及适应性免疫中均具有重要作用。IFN产生细胞(NIPC)、未成熟的浆细胞样树突状细胞(pDC)、Ⅱ型DC前体细胞(成熟DC)是IFNα发生生理学反应的关键细胞。pDC分化为成熟并具有抗原提呈作用的DC,在T细胞和B细胞活化过程中起着重要作用。NIPC/pDC为主要的IFNα生成细胞,参与各种抗原,包括细菌及免疫刺激物的免疫反应。IFNα和NIPC/pDC在自身免疫功能紊乱中的核心作用也已得到重视。
虽然,IFNγ的产生受T细胞和NK细胞限制,但最近研究结果提示DC家族的其他一些细胞在肿瘤免疫防御反应中可产生IFNγ,并通过TRAIL诱导作用介导肿瘤细胞凋亡。
Ⅰ型和Ⅱ型IFN不仅在机体抗病毒中,在抗细胞内细菌和寄生虫的宿主防御中也起着关键作用。研究已证实,IFNγ受体缺乏或信号通路受阻是先天性抗分支杆菌免疫缺陷的原因。人类原发性Ⅰ型IFN免疫缺陷病在新近也得到证实,该病主要表现为Ⅰ型IFN的产生障碍或Ⅰ型IFN的免疫反应缺失,患者表现为对病毒高度易感。这也进一步证实了Ⅰ型IFN在宿主抗病毒的天然免疫中的关键作用。
表1 干扰素研究的里程碑
时间 重要进展
1957年 在对流感病毒感染鸡胚的研究中发现干扰素(IFN)
1962年 IFN抑制培养细胞的生长;IFN抑制细胞内细菌生长
1964年 细菌和内毒素感染的动物体内可诱生IFN
1965年 发现IFNγ(Ⅱ型IFN)
1967年 双链RNA可诱生IFN
1969年 IFN可抑制动物肿瘤生长
1972-1976年 IFN具有免疫调节作用
1974-1976年 IFN具有诱导蛋白介导的抗病毒作用
1975年 I型IFN具有不同亚型,即IFNα和IFNβ;系统性红斑狼疮患者体内具有高水平IFN状态
1975-1977年 IFN可引起动物的不良反应
1979年 对人IFNβ cDNA进行分离和测序
1980年 对人IFNα cDNA进行分离、测序及表达;对IFNα和IFNβ表达蛋白进行纯化和部分测序
1982年 对人IFNγ cDNA进行分离和测序;发现HIV感染者体内IFN浓度与疾病严重程度相关
1985年 证实IFN诱导基因上游的IFN刺激反应元件(ISRE)的识别成分
1988年 发现IFN调节因子(IRF)转录因子家族
1990年 证实IFN刺激基因因子(ISGF)-3介导的IFN诱导基因活性
1990-1996年 证实I型IFN受体成分及其特征
1992-1994年 证实JAK-STAT信号通路为IFN诱导基因表达的主要信号通路
1995-1998年 发现IRF-3、IRF-7在IFN诱生的过程中起关键作用
1999年 发现浆细胞样树突状细胞对I型IFN的产生具强诱导作用
2001年 发现Toll样受体3对双链RNA具有识别作用
2004-2005年 发现在机体对双链RNA或RNA病毒免疫应答中,细胞质内的解旋酶RIG-I和MDA5可靶向触发IFN的产生机制
人物链接
Robert M. Friedman
在Alick Isaacs和Jean Lindenmann发现干扰素10年后,美国学者Robert M. Friedman在1966-1971年间发表多篇论文,初步阐述干扰素的抗病毒机制。早年间,Friedman曾与Isaacs共同从事研究,后至美国马里兰州国立卫生研究院、国家癌症研究所从事干扰素机制的相关研究。
与之同期进行研究的还有一些科学家,他们共同揭示了干扰素抗病毒机制,拓展了干扰素广泛应用于抗乙肝病毒、抗丙肝病毒等领域,也为之奠定了理论基础。
2007年初,Friedman为一本杂志撰稿回忆干扰素发现和发展历程,他在开篇第一句谈到:“当我还是一个孩童,我就对生命科学着迷……”
|
|
发表于 2008-4-19 14:24:44