干擾素在豬病防治方面的研究進展

李 丹，史同瑞，王 巖，劉 宇

(黑龍江省獸醫(yī)科學(xué)研究所，齊齊哈爾，161006)

1957 年，英國科學(xué)家Isaacs 和Lindenmann 利用雞胚絨毛尿囊研究流感干擾現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)一種能夠干擾病毒繁殖的物質(zhì)，稱其為干擾素（IFN）。IFN 是細(xì)胞和機體受到病毒感染,或者受核酸、細(xì)菌內(nèi)毒素和促細(xì)胞分裂素等作用后,由受體細(xì)胞分泌的一種具有廣泛的抗病毒、抗細(xì)胞內(nèi)寄生菌及胞內(nèi)寄生蟲、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子，在機體免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。IFN 作為一種新型細(xì)胞活性因子,因?qū)膊碛辛己玫闹委煿δ埽揖哂性S多常規(guī)藥物無法比擬的優(yōu)點，所以越來越受到人們的廣泛關(guān)注。近半個世紀(jì)以來, IFN 一直是病毒學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、免疫學(xué)和腫瘤學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。本文主要對干擾素的產(chǎn)生及分類，基本特征，生物學(xué)活性及在豬病防治方面的應(yīng)用等幾方面進行概述。

1 干擾素的產(chǎn)生及分類

干擾素是一種誘生蛋白，是在干擾素誘生劑，如病毒，細(xì)菌及其產(chǎn)物等進入機體后，誘導(dǎo)宿主細(xì)胞產(chǎn)生的一類功能調(diào)節(jié)蛋白，其成分主要是糖蛋白。干擾素具有抑制病毒復(fù)制、抑制細(xì)胞分裂及免疫調(diào)節(jié)等功能。正常細(xì)胞一般不會自發(fā)產(chǎn)生干擾素，只存在合成干擾素的潛能，干擾素合成基因處于被抑制的靜止?fàn)顟B(tài)，在誘發(fā)劑的條件下，干擾素基因去抑制而獲得表達。

根據(jù)每種動物干擾素的氨基酸結(jié)構(gòu)、抗原性和細(xì)胞來源，可將其分為α、β、γ、κ、τ、δ、ω 七個型別。根據(jù)特定型內(nèi)氨基酸序列或組成的不同，又將之分為不同的亞型，IFN-α 是目前具有最多亞型的干擾素。目前，依據(jù)干擾素對酸的敏感性，通常分為I 型干擾素（耐酸型）和II 型干擾素（酸敏感型）2 類。I 型干擾素至今已發(fā)現(xiàn)IFN-α、β、κ、τ、δ、ω 等6 種類型，而II型干擾素僅發(fā)現(xiàn)IFN-γ 1 種。

目前，己知的豬干擾素被分為α、β、γ、δ、ω 等型。與人干擾素相似，豬干擾素也可分為I 型和II 型，I 型干擾素包括α、β、δ 和ω 等型，為無內(nèi)含子的多拷貝或單拷貝基因。II 型僅有γ 1 種，含3 個內(nèi)含子和4 個外顯子，為單拷貝基因。

豬α 干擾素主要由淋巴細(xì)胞產(chǎn)生，有多個亞型，至少有17 個基因拷貝，分布于豬1 號染色體上。目前，只有部分干擾素基因被測序和表達。豬β 干擾素主要由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生。豬γ 干擾素是由T 淋巴細(xì)胞和NK 細(xì)胞產(chǎn)生的。此外，Cencic A 等研究表明，豬胚胎滋養(yǎng)層γ 干擾素是由極化的上皮細(xì)胞產(chǎn)生的，具有特異的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)特性。豬δ 干擾素由豬的滋養(yǎng)層細(xì)胞表達，其基因目前只在豬身上發(fā)現(xiàn)。

2 干擾素的基本特征

干擾素是一種糖蛋白，分子量為20～100 ku，其不能通過普通透析膜，但可通過濾菌器。干擾素比病毒顆粒小，沉淀病毒的離心力不能沉降干擾素。在溫度穩(wěn)定方面，干擾素一般在56℃，30 min 不能被滅活，－20 ℃可長期保存。在pH 穩(wěn)定性方面，IFN-α、IFN-β 耐酸，在pH 值為2.0～10.0環(huán)境非常穩(wěn)定。IFN-γ 有嚴(yán)格的種屬特異性，對酸不穩(wěn)定，在pH2.0 時極易破壞，在56 ℃，30 min 被破壞。干擾素一般由15～160 個氨基酸組成，含17 種以上的氨基酸，其中天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸的含量較高。干擾素不含核酸，所以不能被DNA 酶或RNA酶破壞，但易被胰蛋白酶、乙醚、氯仿和酮基等破壞。

干擾素具有廣譜性，也就是說干擾素作用于機體有機組織細(xì)胞后，可使機體獲得抗多種病毒和微生物的能力。但干擾素僅作用于異常細(xì)胞，對正常細(xì)胞的作用很小，也就是說干擾素對體細(xì)胞具有嚴(yán)格的選擇性，而且有相對的種屬特異性，即由某一種生物細(xì)胞產(chǎn)生的干擾素只作用于同種生物細(xì)胞，使其獲得保護自身的能力。對他種生物細(xì)胞則無作用，因而其應(yīng)用受到了限制。

3 干擾素的生物學(xué)活性

3.1 抗病毒活性

干擾素可以誘導(dǎo)產(chǎn)生多種具有抑制病毒增殖功能的蛋白，這些蛋白在機體抗病毒過程中起到重要的作用，如2，5A-合成酶，可以使ATP 發(fā)生多聚化反應(yīng)，形成長度不定的寡聚核苷酸，它是內(nèi)源性核酸酶RNase L 的激活劑。RNase L 可以使多種小核糖核酸病毒的mRNA 降解，而達到抗病毒的目的。干擾素誘導(dǎo)的另外一種重要的抗病毒蛋白是蛋白激酶PKR，主要由I 型干擾素誘導(dǎo)，其作用是將病毒多核糖體翻譯過程中的起始因子磷酸化而使其失活，從而阻斷了病毒蛋白的合成。PKR 的抗病毒特性同樣可以在鼠科的腦心肌炎病毒感染的細(xì)胞中被激活，對呼腸孤病毒、棒狀病毒和皰疹病毒的抑制效果更為明顯。Mx 蛋白是由I 型干擾素誘導(dǎo)表達的G 蛋白酶，屬于激動蛋白超家族，但它可以特異性的抑制流感病毒的復(fù)制。

3.2 抗細(xì)胞增殖活性

研究表明，在體內(nèi)外干擾素都能夠控制腫瘤生長，抑制腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。某些病毒與腫瘤關(guān)系密切。已證實能引起腫瘤的病毒被稱為“腫瘤病毒”或“致瘤病毒”。腫瘤病毒在一定條件下能使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞，從而引起或誘導(dǎo)腫瘤。腫瘤病毒攜帶有特異性的致癌基因，當(dāng)腫瘤病毒感染宿主，即呈所謂的“溶原”狀態(tài)，病毒致癌基因由于某種原因而活化，開啟表達功能，正常細(xì)胞就逐漸轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞?，F(xiàn)己公認(rèn)，干擾素對腫瘤病毒同樣具有抑制作用。許多癌癥的發(fā)生與致癌基因的表達有關(guān)系，現(xiàn)已在人體中發(fā)現(xiàn)多種癌基因及致癌相關(guān)基因。干擾素可對癌基因進行調(diào)控，如可抑制c-erhB 2 癌基因蛋白產(chǎn)物和P185 的正常表達，下調(diào)c-myc mRNA 的轉(zhuǎn)錄，可使ras 癌基因轉(zhuǎn)染的細(xì)胞下調(diào)p21 蛋白產(chǎn)物表達，進而抑制細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。許多體內(nèi)和體外試驗都充分證明，干擾素對腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的分裂均有明顯的抑制作用。目前，對干擾素抗細(xì)胞分裂活性的督促具體機制尚不十分明確。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，干擾素通過作用于靶細(xì)胞膜上的特殊受體，刺激腺苷酸環(huán)化酶，增加環(huán)磷腺苷（cMAP）水平，從而抑制DNA 合成和細(xì)胞分裂，最終起到抑制腫瘤的作用；也可以通過調(diào)節(jié)免疫活性細(xì)胞功能，使T 淋巴細(xì)胞和B 淋巴細(xì)胞功能增強，增強巨噬細(xì)胞的殺傷活性，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞迅速破壞和減少，或調(diào)節(jié)機體體液免疫功能，使特異性和非特異性抗體產(chǎn)生速度加快，滴度增高，提前達到免疫保護水平，抑制或輔助殺傷腫瘤細(xì)胞?？傊?，干擾素是通過抑制腫瘤病毒的增殖，阻遏癌基因的表達，阻斷腫瘤細(xì)胞的分裂，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的分化及調(diào)動機體免疫系統(tǒng)殺傷腫瘤細(xì)胞等機制抗腫瘤的。

3.3 免疫調(diào)節(jié)作用

干擾素可以通過增加一系列與免疫有關(guān)的細(xì)胞膜表面分子的表達而提高機體對病毒的免疫反應(yīng)能力，這些細(xì)胞膜表面分子包括β2 微球蛋白、I 型MHC 抗原和IgG 的Fc 受體等。盡管途徑不同，I 型干擾素和II 型干擾素都可以刺激MHC-I 的表達增加，但只有II 型干擾素才刺激MHc-II 的合成，而且干擾素，特別是II 型干擾素參與調(diào)控許多與機體免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞黏附分子和其他細(xì)胞表面標(biāo)識分子的表達，如ICAM-l 和9-27/Leul3。

4 干擾素在豬病防治方面的應(yīng)用

干擾素是一種非特異性廣譜抗病毒生物制劑，可對多種疾病有治療作用。近年來許多學(xué)者對干擾素抗病毒功能及對疾病的治療作用進行了研究。Moore BR 等指出，干擾素作為一種廣譜抗病毒制劑具有巨大的應(yīng)用價值。陳國華等研究發(fā)現(xiàn)，干擾素對豬的流行性腹瀉及傳染性胃腸炎具有較好的防治作用，在3～6 h 內(nèi)就可及時控制豬的腹瀉。劉萬均等證實，用重組的豬白細(xì)胞干擾素能降低豬流行性腹瀉的發(fā)病率。

在抗病毒方面，Rowland 研究表明豬的IFN-γ 可以明顯抑制繁殖與呼吸綜合癥病毒（PRRSV）的增殖；Suradhat 證實豬的IFN-γ 在抗豬瘟病毒的細(xì)胞免疫中也發(fā)揮重要作用；吳丹指出豬IFN-α 在體外同樣具有抗豬瘟病毒的活性；2008 年王彥彬?qū)⒇iα-干擾素及γ-干擾素復(fù)合重組到一個表達載體中，重組得到一種復(fù)合型干擾素，研究表明這種復(fù)合型干擾素在Marc-145 細(xì)胞上具有較強的抗豬藍(lán)耳病病毒作用。

另外應(yīng)用基因工程的方法通過大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母和哺乳動物細(xì)胞表達系統(tǒng)等表達的重組豬干擾素，可以具有與天然干擾素高度相似甚至更高的抗病毒等生物學(xué)活性。曹瑞兵等克隆并改造了豬α 干擾素基因，實現(xiàn)了在原核系統(tǒng)中的高效表達。陳濤將克隆的豬α-干擾素基因進行了定點突變，第86 位的Cys 突變?yōu)門yr，同時將N端首位氨基酸（Cys）的密碼子TGT 同義突變?yōu)榇竽c桿菌偏愛的密碼子TGC，并在大腸桿菌BL21 中表達，獲得的重組蛋白比未突變的重組蛋白抗病毒能力有所提高。

近年來，還發(fā)現(xiàn)干擾素具有較好的佐劑功能。竇永喜證實原核表達的豬γ-干擾素做為豬囊蟲全蟲抗原佐劑，可有效提高機體產(chǎn)生抗體的滴度，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)使用的鋁鹽佐劑和206 佐劑。此外，也可以采用藥物控釋技術(shù)將干擾素制作成膠囊或者納米粒子，與適宜載體結(jié)合，作為保健型飼料藥物添加劑使用。

5 結(jié)語

干擾素以其廣譜的抗病毒活性、抑制細(xì)胞分化和增殖及廣泛的免疫調(diào)節(jié)能力決定了其具有巨大的應(yīng)用潛力，可用來預(yù)防和治療病毒性疾病、寄生蟲病等。隨著DNA 重組技術(shù)的發(fā)展，人工大量生產(chǎn)干擾素已成為可能，從而大大降低了干擾素生產(chǎn)成本，增加了利用干擾素治療豬病的可能性。