IFN-λ在抗病毒免疫中的作用

馬曉霞，常秋燕，馬 鵬，李林杰，張德榮，曹 欣，王悅瑩，趙永清，馬忠仁*

(1.甘肅省動物細胞工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730010)

免疫系統(tǒng)是機體抵抗病原體感染的第一道防線，它通過模式識別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)來識別不同類別病原體的保守分子結(jié)構(gòu)或在細菌與宿主細胞之間定位異常的分子。長期以來，人們普遍將I型干擾素(Interferon-I，IFN-I)或 IFN-α/β 的產(chǎn)生作為機體對抗病毒感染的關(guān)鍵天然免疫防御反應(yīng)。IFN-I主要通過抑制病毒復(fù)制來發(fā)揮直接的抗病毒活性，并且可以維持機體正常的天然免疫與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的細胞免疫功能，因此IFN-I在病毒感染早期發(fā)揮抗病毒作用并且可以發(fā)揮長期免疫功能[1]。而 IFN-λ的發(fā)現(xiàn)較晚，它是一類白介素(IL-28a、IL-28b及IL-29)的總稱，并且具有與IFN-I相似的生物學(xué)特點，如圖1所示。IFN-λ所產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)是需要IL-10R2鏈和IL-10超家族的其他一些成員以及IFN-λ特異性的IL-28R α鏈互作來實現(xiàn)的，并且眾多的異源二聚體組合形式使IFN-λ在介導(dǎo)信號通路上呈現(xiàn)出更強的可塑性[2]。目前的研究表明，細胞胞質(zhì)內(nèi)存在的可以感知菌體成分的 Toll樣受體(Bacteria-sensing TLRs)可以廣泛誘導(dǎo)IFN-λ的產(chǎn)生，并且IFN-λ可以有效增強上皮組織的完整性而抵抗病原微生物的侵染[3]。在研究丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus，HCV)感染所激發(fā)的免疫學(xué)事件的過程中，除了病毒自身基因組能夠在多能干細胞中激活不同種類IFN以及相關(guān)IFN刺激基因來實現(xiàn)抗病毒作用外[4]，還發(fā)現(xiàn)IFN-α和IFN-λ在肝癌細胞中所誘導(dǎo)活化的免疫相關(guān)基因的類別具有很高的重疊性，雖然IFN-λ誘導(dǎo)免疫相關(guān)基因活化的動力學(xué)低于 IFN-α，但 IFN-λ對這些基因活化后的產(chǎn)物具有更持久的抗病毒反應(yīng)。在對 IFN-α和IFN-λ在B細胞內(nèi)的反應(yīng)進行比較后發(fā)現(xiàn)，IFN-α誘導(dǎo)的反應(yīng)比IFN-λ更強烈，并且 IFN-λ可活化的基因同樣可以被IFN-α活化。由此推測 IFN-λ介導(dǎo)的信號通路與 IFN-I介導(dǎo)的通路在很大程度上是相似的。

圖1 IFN-λ激活 JAK1-STAT信號通路Fig.1 The signal pathway of type IFN-λ

1 IFN-I和IFN-λ的活化

多數(shù)病毒侵染細胞后可以同時誘導(dǎo)IFN-I與IFN-λ的表達，并且這兩種IFN的表達是通過轉(zhuǎn)錄機制來介導(dǎo)的。這一轉(zhuǎn)錄機制所涉及到的轉(zhuǎn)錄因子包括干擾素調(diào)節(jié)因子(IFN regulatory factors， IRFs)和 細 胞 核 因 子 κB(NF-κB)。當細胞內(nèi)受體感應(yīng)到病原體的存在后，IFN的表達才能活化。表明病毒的遺傳物質(zhì)是一類刺激機體產(chǎn)生IFN的“強心劑”。在胞質(zhì)中具有DEXD/H盒解旋酶結(jié)構(gòu)的RIG-I和MDA5能夠檢測到雙鏈RNA和 5'三磷酸RNA的存在，而 Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)3和 TLR7/8能夠感應(yīng)到雙鏈RNA和單鏈RNA在核內(nèi)的存在[5]。Du等的研究表明，HCV在自身基因組復(fù)制過程中所形成的雙鏈RNA結(jié)構(gòu)是IFN表達的一種強效誘導(dǎo)劑，這種雙鏈結(jié)構(gòu)被MDA5模式識別受體識別從而激活I(lǐng)FN-β以及IFN-λ的表達[6]。此外，DNA也是一種誘導(dǎo)IFN產(chǎn)生的潛在誘導(dǎo)劑，其激發(fā)過程是通過DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子激活物(DNA-dependent ctivator of IFN-regulatory factor，DAI)探測到細胞質(zhì)B型DNA的存在，從而誘導(dǎo)IFN的表達。人巨細胞病毒DNA被DAI偵測后可活化IRF3來誘導(dǎo)IFN的表達。進一步研究表明，Ku70雖然是DNA修復(fù)蛋白復(fù)合物的一個亞基，但是其具有胞內(nèi)DNA感受器的作用，可以有效誘導(dǎo)IL-29在人源細胞中的表達，并且被歸類為一種天然免疫適配因子(Innate immune adaptor，TING)，其活化后才能使IFN-λ具有抗擊DNA病毒侵染的能力[7]。水皰 -帶狀皰疹病毒(Varicella zoster virus)侵染真皮細胞后，STING介導(dǎo)的IFN-I和IFN-λ信號通路所發(fā)揮的抗病毒作用十分顯著[8]。有趣的是，由于某些DNA可作為RNA聚合酶III的擴增模板而產(chǎn)生帶有雙鏈結(jié)構(gòu)的5'-三磷酸的RNA，從而有效激活RIG-I，這也在一定程度上表明RNA與DNA在激活I(lǐng)FN相關(guān)系統(tǒng)過程中存在干擾現(xiàn)象。雖然病毒侵染激活I(lǐng)FN系統(tǒng)的信號通路多種多樣，但是在所有通路中NF-κB和 IRFs是誘發(fā) IFN-I和 IFN-λ表達的重要節(jié)點。此外，雖然可溶性IL-6受體與IL-27亞基p28蛋白復(fù)合物在介導(dǎo)IFN-I行使抗病毒功能方面具有很強的能力，但是這種復(fù)合物同樣可以作用于IFN-λ啟動子后激活I(lǐng)FN-λ的抗病毒活性[9]。

自從發(fā)現(xiàn)IFN-λ及其主要激活機制后，進一步研究與IFN-λ表達調(diào)控相關(guān)的免疫學(xué)機制將有助于解釋包括IFN-I和IFN-λ之間免疫效應(yīng)差異以及激活I(lǐng)FN系統(tǒng)在分子機制方面的必要條件。例如，IFN-α啟動子包含一個IRF結(jié)合位點決定簇，主要負責(zé)誘導(dǎo)基因的表達；而IFN-β啟動子的活化過程較為復(fù)雜，可通過一個由 IRFs、NF-κB、ATF2/c-Jun和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子組成的復(fù)合物來進行調(diào)控，并且發(fā)現(xiàn)隨機表達的IFN-β僅存在于病毒感染細胞的一個亞結(jié)構(gòu)中。相對于IFN-I啟動子而言，3種IFN-λ基因的啟動子含有 IRFs和NF-κB的結(jié)合位點，具有相同的激活機制。值得注意的是，與IFN-β類似，IL-29基因?qū)RF-3呈現(xiàn)出很強的依賴性；而IL-28a/b類似于IFN-α，主要由IRF-7誘導(dǎo)。更深入的研究顯示，IL-29啟動子存在NF-κB結(jié)合位點，并且這些結(jié)合位點不依賴IRF3和IRF7的作用可獨立激活 IL-29啟動子，表明IFN-I與IFN-λ的啟動子在進化上是獨立分開的[10]。雖然激活 IFN-I與IFN-λ的轉(zhuǎn)錄因子相同，但是IRF在IFN-I活化過程中的作用更加顯著，而NF-κB在IFN-λ活化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在一些 MicroRNA中，MicroRNA-21具有明顯的調(diào)節(jié) IFN-λ在漿細胞樣樹突狀細胞(DC)中活化表達的作用，同時MicroRNA-21也是促進IFN-I產(chǎn)生的效應(yīng)分子，這也從一定程度輔證了IFN-I與IFN-λ在一些生物學(xué)功能方面相近的理論推斷[11]。戊型肝炎病毒(Hepatitis E virus，HEV)在侵染人源肝癌細胞以及原代肝細胞后，IFN-I是免疫系統(tǒng)中的主要抗病毒防御與調(diào)節(jié)因子[12]，而 IFN-λ的表達卻是HEV穩(wěn)定感染的“助推劑”[13]，這也在一定程度上體現(xiàn)出 IFN-I與IFN-λ在抵抗病毒侵染機制中的“分工合作”，同時也反映出模式識別受體RIG-I、MDA5以及MAVS在介導(dǎo)與IFN活化相關(guān)信號通路中的多樣性和復(fù)雜性。

2 IFN-λ在天然免疫反應(yīng)中的抗病毒作用

與 IFN-I類似，IFN-λ具有抗病毒功能。重組人源IL-29和IL-28a可以有效減弱單純皰疹病毒(Herpes simplex virus，HSV)在 HePG2細胞中的復(fù)制和對細胞的毒性[14]。當流感病毒侵染肺臟后，外源IL-28a/b具有很強的抗病毒活性，這在一定程度上表明IFN-λ在黏膜免疫方面發(fā)揮重要作用[15]。HIV侵染人巨噬細胞后，IL-29和IL-28a可以有效抑制HIV在細胞中的活性，而IFN-λ甚至可以有效阻止耐藥性HIV侵入巨噬細胞[16]。這些實驗結(jié)果表明，IFN-λ在抗擊人類病毒侵染過程中其抗病毒功能與IFN-I極為相似，表明二者在一些生物學(xué)功能上具有相似性。但是 IFN-I與 IFN-λ作用的效應(yīng)靶細胞不同。IFN-I的受體IFNARs可在多種哺乳動物細胞中表達，而 IFN-λ受體IL-28Rα僅能在上皮細胞或者免疫細胞(DC和巨噬細胞)中表達。因此，IFN-λ的免疫功能在黏膜組織中的作用更加明顯。

隨著IFN-λ體外抗病毒活性的不斷被證實，研究者開始利用小鼠模型來研究IFN-λ在體內(nèi)的抗病毒功能。當皰疹類病毒感染小鼠后，利用外源重組IFN-λ可以有效抵抗如HSV和牛痘病毒在小鼠表皮中的增殖。Hashimoto等研究表明，腮腺炎病毒能夠借助RIG-I與MAVS模式識別受體途徑，在 IRF3的參與下，激活 IFN-λ與 IFN-β編碼基因，從而令機體進入抗病毒模式[17]。為了評估IFN-I與IFN-λ在抗病毒方面的權(quán)重，研究人員利用重組 IFN-λ治療被流感病毒侵染的缺失IFN-I受體的小鼠(IFNAR-/-基因鼠)后顯示，外源重組IFN-λ可以在患鼠肺部發(fā)揮有效的抗病毒效應(yīng)[18]。這些實驗進一步證實IFN-λ在抗擊病毒侵染過程中發(fā)揮著與IFN-I相似的功能。由此推測，在IFN-I存在的情況下，IFN-λ似乎是一個“雙保險”。這也給機體免疫系統(tǒng)提出了一個新的問題，病毒表現(xiàn)出來對IFN-I免疫逃避的功能對IFN-λ是否也有效？然而，當酪氨酸激酶 2(Tyrosine kinase 2，TYK2)這種在 IFN-I和 IFN-λ以及眾多IL相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中十分重要的信號分子活性受到抑制時，雖然IFN-I的抗病毒效果明顯降低，但是IFN-λ與自然殺傷細胞組成的抗病毒防線依舊抵抗著病毒侵染[19]。

一些DNA或者RNA病毒產(chǎn)生的病毒蛋白可以靶向作用于激活I(lǐng)FN-I和IFN-λ的調(diào)控元件，使這些病毒逾越IFN-I和IFN-λ在機體內(nèi)建立的免疫防線。利用乳鼠作為感染模型發(fā)現(xiàn)，輪狀病毒可以通過降解IFN-λ的受體來阻止STAT介導(dǎo)的IFN受體的激活，從而使IFN-λ對輪狀病毒的侵染“束手無策”[20]。埃博拉病毒VP24蛋白通過降低IRF3活性來降低IL-29基因的表達水平，從而實現(xiàn)對IFN-λ的抗病毒防線的逾越[21]。HSV-1可以借助 VP11/12蛋白來逃避干擾素基因激活因子(Stimulator of interferon genes，STING)介導(dǎo)的DNA傳感器對其DNA基因組的識別，避免IFN-λ活化表達而實現(xiàn)病毒的侵染[22]。

3 IFN-λ在適應(yīng)性免疫中的免疫調(diào)節(jié)

IFN-λ除了在天然免疫中發(fā)揮抗病毒功能[23]，在適應(yīng)性免疫反應(yīng)過程中也發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用。尤其是在局部免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)過程中，IFN-λ具有活化固有免疫細胞(Resident immune cell)的能力，實現(xiàn)對局部感染或者癌細胞轉(zhuǎn)移等疾病的局部免疫應(yīng)答反應(yīng)[24]。研究表明，在細胞分化過程中，DC可捕獲IFN-λ受體復(fù)合物，通過這個受體活化耐受性 CD4+、CD25+及 Foxp3+調(diào)節(jié) T細胞 (Treg)的增殖反應(yīng)。進一步研究顯示，與輔助性T細胞(Th細胞)調(diào)節(jié)IFN-I生發(fā)過程不同，IFN-λ可促使 DC成熟，誘導(dǎo) T細胞分化增殖并且降低Treg細胞的分化增殖能力[25]。對于外周血單核細胞而言，IL-29誘導(dǎo)由單核細胞靶向作用導(dǎo)致的促炎細胞因子(Proinflamatory cytokine)的表達。此外，IFN-λ可以在不影響其自身活性的基礎(chǔ)上特異性調(diào)節(jié)Th細胞的活性，從而下調(diào)IL-4和IL-13的表達，進而在Th1型和Th2型動態(tài)平衡中使Th細胞分化趨向于Th1型，這在一定程度上促進了IFN-I的產(chǎn)生。由于IFN-λ受體存在于人源CD4+T細胞和記憶CD4+T細胞表面，IFN-λ能夠抑制中樞記憶T細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樾?yīng)記憶T細胞。研究者利用IL-28b作為疫苗佐劑，結(jié)果顯示IL-28比IL-12更具有調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)的能力，并且能夠提高脾臟內(nèi)CD8+T細胞的數(shù)量，提高特異性抗原從CD8+T細胞的脫顆粒效果[26]。當病毒侵染機體后，機體誘導(dǎo)產(chǎn)生的IFN-λ可以有效阻止Th2型的分化增殖，促使 Th1型細胞分化增殖，使機體在抗病毒能力上達到最佳的T細胞環(huán)境。在HCV感染的急性期，一旦IL-28b基因被活化，其多態(tài)性將會間接調(diào)節(jié)自然殺傷細胞的生物學(xué)表型以及免疫學(xué)功能，使IFN-λ與自然殺傷細胞組成抗擊HCV侵染的免疫防線[27]。

4 IFN-λ在疾病治療中的應(yīng)用

黏膜免疫在人類免疫防御系統(tǒng)中占有重要的位置，IFN-λ在黏膜免疫反應(yīng)中通過抑制Th2型反應(yīng)而促進Th1型的分化增殖來實現(xiàn)抗病毒作用。除了IFN-λ突出的抗病毒功能，其在抗腫瘤、抗炎癥反應(yīng)以及維持機體生理動態(tài)平衡方面也發(fā)揮著突出作用[28]。實驗表明，IFN-λ能夠有效抑制鼻病毒在人支氣管上皮細胞中的復(fù)制并且阻止哮喘類過敏反應(yīng)的進程[29]。利用小鼠哮喘模型研究表明，外源表達的IL-28a對哮喘臨床癥狀有顯著的緩解作用[30]，并且IL-29在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療中也表現(xiàn)出明顯的治療效果[31]。這也為利用IFN-λ作為免疫調(diào)節(jié)劑及作為臨床候選藥物提供了參考依據(jù)。在利用小鼠感染模型來研究黃熱病毒致病機制的過程中，IFN-λ在維持小鼠血腦屏障完整性以及阻止病毒進入大腦組織的過程中發(fā)揮著重要的抗病毒作用[32]。目前，IFN-λ體內(nèi)抗病毒的相關(guān)研究結(jié)果還是基于小鼠模型獲得的，但是畢竟人類和嚙齒類動物在生理學(xué)基礎(chǔ)上存在一定的差異。可以肯定的是，IFN-λ在人類呼吸道抗擊病毒感染(如流感病毒)或者是哮喘等變態(tài)反應(yīng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用[33]。IFN-λ受體 IL-28Rα鏈在人肝細胞中存在，可以與人源IFN-λ互作，但是鼠肝臟細胞對鼠源 IFN-λ的敏感性較差[15,34]。研究表明，IL-28b基因中的單核苷酸多態(tài)性與HCV感染的自發(fā)清除頻率的升高/降低具有相關(guān)性[35]。在研究Zika病毒致病機制的過程中顯示缺乏IFN-λ信號通路的胎兒其胎盤和胎兒中病毒的復(fù)制水平增加，但當利用IL-28a進行干預(yù)性治療后，可以明顯降低胎兒體內(nèi)Zika病毒的滴度[36]。研究者評估了IFN-α、IFN-β及 IFN-λ在臨床治療 HCV感染的效果后顯示，IFN-β和IFN-λ在抵抗HCV侵染方面具有明顯的優(yōu)勢[37]。IFN-λ還是一大類腸道病毒(例如，呼腸孤病毒、諾如病毒以及輪狀病毒)潛在的治療性免疫調(diào)節(jié)劑[38]。在一些自身免疫性疾病例如系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Ssystemic lupus erythematosus)的臨床癥狀與IL-28b的表達水平相關(guān)[39]。在癌癥治療方面，β鏈蛋白介導(dǎo)的信號通路可以與IFN-λ介導(dǎo)的信號通路互動，使涉及到STAT3和DKK1模式的β鏈蛋白信號通路失活，導(dǎo)致IFN-λ誘導(dǎo)癌細胞發(fā)生凋亡[40]。這些研究成果為開發(fā)以IFN-λ為免疫調(diào)節(jié)型的藥物提供了令人鼓舞的參考依據(jù)。但是，由于IFN-λ在一些自身免疫性疾病(例如狼瘡腎炎)起著重要的免疫調(diào)節(jié)作用，在對癥治療后機體IFN-α在血液和病變組織中的表達水平明顯降低的前提下，IFN-λ在相應(yīng)組織中的表達水平依舊很高，并且在很大程度上干擾治療效果[41-42]。這也為以 IFN-λ為治療靶標開發(fā)一些緩解特定自身免疫疾病的藥物提供了可能。

5 小結(jié)與展望

自從2003年IFN-λ作為新型的IFN樣細胞因子被發(fā)現(xiàn)以來，研究者對其生物學(xué)功能進行了廣泛的探究?；贗FN-λ免疫學(xué)功能的研究報道，IFN-λ在天然免疫反應(yīng)的黏膜免疫中發(fā)揮著重要作用。由于IFN-λ具有的獨特受體，某些對 IFN-α/β逃逸的病毒可能對 IFN-λ敏感。同時，受體表達及其在細胞表面的豐度差異性分布顯示IFN-λ在一些上皮細胞及免疫細胞中發(fā)揮著相對獨立和特異性的抗病毒作用[43]。除此之外，IFN-λ在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中也具有重要的調(diào)節(jié)作用。由于IFN-λ在激活抗病毒免疫反應(yīng)的持久性，使其具有成為臨床上治療慢性病毒性感染的潛在“種子選手”。目前，在抗病毒治療領(lǐng)域急需要解決的問題是：進一步了解IFN-λ的基礎(chǔ)生物學(xué)與抗病毒分子機制。例如，IFN-λ基礎(chǔ)免疫學(xué)功能、IFN-λ與其受體互作的早期效應(yīng)機制、具體的IFN-λ介導(dǎo)的信號通路等。IFN-λ在天然免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)過程中的多能性促使研究者需要作出鑒別，即IFN-λ在兩種免疫反應(yīng)體系中處于拮抗效應(yīng)還是實現(xiàn)一種“雙贏”的效應(yīng)。這為開發(fā)IFN-λ成為類似于疫苗佐劑類的免疫調(diào)節(jié)劑提供指導(dǎo)建議。