IFN-γ研究進(jìn)展與臨床應(yīng)用

李 靖 ，董文學(xué) ，楊美盼 ，馬利鋒 ，康龍麗

（1.西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部高原相關(guān)疾病分子遺傳機(jī)制與干預(yù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712082；2.西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，陜西 咸陽 712082）

干擾素（Interferon）由英國病毒學(xué)家Alick Isaacs和瑞士研究者Jean Lindenmann在研究病毒的干擾現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們在雞胚絨毛膜尿囊膜的培養(yǎng)液中加入流感病毒，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了一類抗病毒物質(zhì)，并命名為干擾素[1]。干擾素是細(xì)胞被病毒感染時(shí)產(chǎn)生的一類細(xì)胞因子，調(diào)控感染后固有免疫和獲得性免疫反應(yīng)[2]。

國際干擾素命名委員會按干擾素的抗原特異性將其分為3型：IFN-α、IFN-β和IFN-γ，各型又因氨基酸序列的不同分為若干個(gè)亞型，IFN-γ可能有4個(gè)亞型[3]。IFN-α和IFN-β屬于Ⅰ型干擾素，為病毒或人工合成的聚核苷酸誘導(dǎo)白細(xì)胞產(chǎn)生，IFN-γ為特異性抗原（細(xì)菌、LPS）、PHA和卡介苗（BCG）等刺激T細(xì)胞產(chǎn)生。因此，干擾素γ（IFN-γ）作為干擾素家族的一員，也是一類多功能、活性高的細(xì)胞因子。

1 IFN-γ概述

1.1 IFN-γ的分子結(jié)構(gòu)

ISG（干擾素基因）為編碼IFN-γ的基因，位于人類12號染色體（12q24.1），長6 kb，基因中包含3個(gè)內(nèi)含子和4個(gè)外顯子。

IFN-γ由146個(gè)氨基酸組成，其活性形式為二聚體結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)完全相同的多肽鏈組合而成，多個(gè)內(nèi)部螺旋（螺旋E、螺旋F）將兩部分緊密地連在一起，保持其生物學(xué)活性，并確保Ⅱ型干擾素與Ⅰ型干擾素有最低程度的同源性。不同于Ⅰ型干擾素的穩(wěn)定性降低了其活性的特點(diǎn)，Ⅱ型干擾素二聚體的穩(wěn)定性對保持蛋白生物活性起主要作用。

IFN-γ由7個(gè)α螺旋結(jié)構(gòu)組成，沒有β折疊，且分子內(nèi)部缺乏二硫鍵。IFN-γ至少包含4個(gè)亞型，不同亞型的結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)為：蛋白的36位上均含有一個(gè)色氨酸和4個(gè)酪氨酸，其中色氨酸在各型IFN-γ中具有很高的特異性；B螺旋結(jié)構(gòu)末端位于隱藏的疏水區(qū)，由含有相同螺旋的29位苯丙氨酸、30位亮氨酸、32位異亮氨酸和34位亮氨酸構(gòu)成[4]；起連接作用的F螺旋位于IFN-γ的羧基末端，與IFN-γ中α螺旋的桶狀核心形成60度夾角，這是IFN-α與IFN-γ在結(jié)構(gòu)上的主要不同點(diǎn)之一。氨基端和羧基端的殘基起調(diào)節(jié)IFN-γ在各種免疫防御或監(jiān)控中應(yīng)答反應(yīng)的作用，其中氨基末端殘基直接參與IFN-γ受體的結(jié)合，而羧基末端的完整性也對IFN-γ的生物活性起到關(guān)鍵作用。

1.2 IFN-γ的理化特性

IFN-γ分子量比較小，均在10萬以下，且體積小于病毒顆粒，可用高效液相色譜分離純化。IFN-γ的溫度耐受性：56℃下30 min即可被破壞失去活性，4℃中可以暫時(shí)保存，-20℃環(huán)境下可以長期貯藏。pH穩(wěn)定性：IFN-γ在強(qiáng)酸下很不穩(wěn)定，pH＜2時(shí)可被破壞?；瘜W(xué)穩(wěn)定性以及對各種酶的反應(yīng)：因其不含核酸，所以不會被DNA酶或RNA酶破壞，但可以被各種蛋白酶（如胰蛋白酶）滅活。對有機(jī)化合物的穩(wěn)定性：可以被乙醚、氯仿、酮基等有機(jī)化學(xué)物質(zhì)破壞。IFN-γ不是球蛋白，雖然有免疫功能，但沒有特異性，因此是非特異免疫的重要組成部分[5]。

1.3 IFN-γ的來源

相比Ⅰ型干擾素，能夠產(chǎn)生IFN-γ的細(xì)胞類型較少。在獲得性免疫中，激活的T細(xì)胞（尤其是CD8+T細(xì)胞）是IFN-γ的主要來源，而NK細(xì)胞和NKT細(xì)胞是固有免疫中產(chǎn)生IFN-γ的主要細(xì)胞類型[6]。此外，近期的許多報(bào)道指出，巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等在特定環(huán)境中也可以產(chǎn)生IFN-γ[7]。

干擾素誘導(dǎo)劑是一類作用于人體后，可以激活干擾素基因，促使細(xì)胞產(chǎn)生干擾素的物質(zhì)的統(tǒng)稱。常見的干擾素誘導(dǎo)劑有：病毒、細(xì)菌及其產(chǎn)物、致裂原（絲裂原）、特異性免疫誘導(dǎo)。此外，多種細(xì)胞因子、胞內(nèi)致病原蟲等也可誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生干擾素。

1.4 IFN-γ的產(chǎn)生機(jī)制

各型干擾素產(chǎn)生的過程大致相同，均由上述誘導(dǎo)劑作用于免疫（或部分非免疫）細(xì)胞后，經(jīng)過多級信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活基因，并經(jīng)多種因素調(diào)節(jié)基因表達(dá)后產(chǎn)生。但不同于Ⅰ型干擾素由病毒等致病因素直接誘導(dǎo)產(chǎn)生，IFN-γ是抗原提呈細(xì)胞或早期反應(yīng)細(xì)胞因子激活細(xì)胞上的受體后產(chǎn)生的，屬于免疫反應(yīng)中第二批細(xì)胞因子。

多種細(xì)胞因子單獨(dú)作用或相互結(jié)合可以誘導(dǎo)T細(xì)胞、NK細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ。這些細(xì)胞因子均為病毒等因素誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生，在免疫早期就已合成，IL-1、IL-2、IL-12、IL-15、IL-18、IL-21、IL-23、IL-27、IFN-α/β 都可以誘導(dǎo) IFN-γ 表達(dá)。這些細(xì)胞因子大多由巨噬細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞產(chǎn)生，它們經(jīng)過各種轉(zhuǎn)運(yùn)途徑到達(dá)細(xì)胞膜，與細(xì)胞上的受體（包括TLR2受體等）結(jié)合，受體蛋白經(jīng)過變性等激活過程，激活下游Janus激酶（JAK）及STAT等信號通路[8]。不同細(xì)胞因子激活的信號通路有所不同，這些通路將信號傳導(dǎo)至IFN-γ的編碼區(qū)，位于IFN-γ基因編碼區(qū)5’端近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)均存在調(diào)控元件，它們上面結(jié)合的不同的轉(zhuǎn)錄因子（如 NF-κB、NFAT、Stat、T-bet、AP-1、CREB-ATF、GATA-3）被激活后，共同作用引發(fā)IFN-γ表達(dá)，并對轉(zhuǎn)錄和翻譯過程進(jìn)行調(diào)節(jié)[9]。IFN-γ的產(chǎn)生不僅受轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，同時(shí)還受轉(zhuǎn)錄后水平控制，使其表達(dá)更精確高效，但其合成過程可被l-α，25-二羥基維生素D3，地塞米松和環(huán)孢霉素（Cyclosporin A）抑制。

誘導(dǎo)IFN-γ產(chǎn)生的最主要的細(xì)胞因子為IL-12，它不僅可以誘導(dǎo)NK細(xì)胞和T細(xì)胞產(chǎn)生巨大數(shù)量的IFN-γ，還同時(shí)增強(qiáng)Th1細(xì)胞對胞內(nèi)原蟲和細(xì)菌感染的反應(yīng)[10]。IL-12與其他細(xì)胞因子相互作用可發(fā)揮強(qiáng)大的作用，當(dāng)其和IL-18共同作用于T細(xì)胞時(shí)，可以在沒有抗原刺激的情況下誘導(dǎo)IFN-γ表達(dá)，但其機(jī)制尚不明確[11]。IL-18激活了NF-κβ，而其他細(xì)胞因子大多激活Stat蛋白，Stat家族蛋白質(zhì)可以引起轉(zhuǎn)錄因子T-bet表達(dá)。在CD4+T細(xì)胞中，T細(xì)胞受體（TCR）與抗原提呈細(xì)胞產(chǎn)生的主要組織相容復(fù)合物Ⅱ/抗體的復(fù)合物結(jié)合，復(fù)合物激活受體后，在Stat4和T-bet的協(xié)同作用下激活NFAT，引發(fā)IFN-γ表達(dá)。在CD8+T細(xì)胞中，TCR與MHCⅠ/抗體復(fù)合物結(jié)合并被活化，而下游信號通路NFAT的激活不需要Stat4和T-bet輔助。

2 IFN-γ的生物學(xué)活性

干擾素是在某種因素誘導(dǎo)下，由干擾素刺激基因調(diào)節(jié)釋放的，有抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫功能等作用的糖蛋白。（1）廣譜抗病毒作用。干擾素家族均有抗病毒的作用，由干擾素作用于相應(yīng)細(xì)胞使其產(chǎn)生抗病毒蛋白，從而阻斷病毒基因復(fù)制，且一種病毒引起細(xì)胞產(chǎn)生的干擾素對多種病毒均可起到殺滅作用。IFN-γ抗病毒作用具有種屬特異性，當(dāng)其作用于產(chǎn)生干擾素的同種細(xì)胞時(shí)，可以產(chǎn)生較強(qiáng)的抗病毒效應(yīng)，比IFN-α和IFN-β的種屬屏障強(qiáng)。（2）抗腫瘤作用。IFN-γ可以抑制細(xì)胞分裂增殖，抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展。其對腫瘤細(xì)胞的親和力遠(yuǎn)大于與正常細(xì)胞間的活性，有一定的選擇性和特異性。IFN-γ延長腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期，主要作用于GI期，使其增殖時(shí)間延長，從而延緩病程。IFN-γ作用于細(xì)胞后，可抑制原癌基因的激活和表達(dá)，從而阻止正常細(xì)胞向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化，減少癌細(xì)胞產(chǎn)生；發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞等的免疫監(jiān)視功能，早期發(fā)現(xiàn)并清除癌變細(xì)胞；增強(qiáng)NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的作用，提高吞噬能力；對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行修飾，抑制抗體釋放，阻止其免疫逃逸，同時(shí)介導(dǎo)細(xì)胞表面表達(dá)特異性抗原，可被免疫細(xì)胞識別并與其上受體結(jié)合，介導(dǎo)殺滅腫瘤細(xì)胞；刺激細(xì)胞分化，從而阻止其分裂倍增，降低腫瘤的損害。與IFN-α相比，IFN-γ的抗腫瘤作用較弱。（3）免疫調(diào)節(jié)作用。干擾素家族中，IFN-γ具有強(qiáng)于IFN-α和IFN-β的調(diào)節(jié)免疫作用，可以提高機(jī)體免疫功能，但和某些細(xì)胞相互協(xié)同也可以起免疫抑制作用。在細(xì)胞免疫過程中，大劑量IFN-γ起抑制作用，而小劑量可以產(chǎn)生促進(jìn)作用。在體液免疫中，小劑量IFN-γ主要發(fā)揮抑制抗體產(chǎn)生的作用，對胸腺依賴性抗原（TD-Ag）和非胸腺依賴性抗原（TI-Ag）的抗體形成均可發(fā)揮抑制作用，且比IFN-α和IFN-β的作用強(qiáng)10～100倍。其調(diào)節(jié)免疫的功能主要通過激活巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞等來實(shí)現(xiàn)。（4）抗入侵微生物作用。介導(dǎo)巨噬細(xì)胞等特異和非特異性免疫細(xì)胞產(chǎn)生毒性物質(zhì)，如過氧化氫、一氧化氮等，殺滅侵入人體的細(xì)菌、真菌、原蟲等微生物，防止其進(jìn)入細(xì)胞或在細(xì)胞內(nèi)繁殖。此外，IFN-γ還有黏附和促生長分化等作用。

3 IFN-γ的作用機(jī)制

IFN-γ通過自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌的方式，到達(dá)相應(yīng)細(xì)胞，并與靶細(xì)胞上的IFN-γ受體結(jié)合，使受體的化學(xué)構(gòu)象發(fā)生改變，產(chǎn)生活化信號，此信號被傳遞給下游的一類起銜接作用的蛋白，經(jīng)特殊結(jié)構(gòu)域傳導(dǎo)，激活信號到達(dá)蛋白激酶，對轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行磷酸化或甲基化修飾，從而使轉(zhuǎn)錄因子具有活性，并從胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)移到胞核內(nèi)，與基因片段結(jié)合，激活I(lǐng)FN-γ效應(yīng)基因，調(diào)節(jié)干擾素產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄翻譯過程。產(chǎn)物合成后在胞內(nèi)或被排出胞外，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。

3.1 IFN-γ受體

與大多數(shù)細(xì)胞因子和生長因子相同，IFN-γ的活性依賴于特殊的細(xì)胞表面受體與JAKs和STATs相互作用。IFN-γ與直接受體結(jié)合，該過程與干擾素樣細(xì)胞因子IL-28A、IL-28B、IL-29相似。

IFN-γ的受體在人體內(nèi)廣泛存在，除成熟紅細(xì)胞外，人類細(xì)胞幾乎均存在IFN-γ受體。但在單核細(xì)胞中的分布更多，可證明其為IFN-γ的主要靶細(xì)胞。IFN-γ結(jié)合在由IFNGR1和IFNGR2兩個(gè)亞單位組成的糖基化的異質(zhì)二聚體受體上，該受體為跨膜結(jié)構(gòu)，胞外部分大致為229個(gè)氨基酸長度，跨膜部20個(gè)氨基酸，而胞內(nèi)長為222個(gè)氨基酸。受體的兩個(gè)亞單位在沒有配體結(jié)合的情況下是不相連的，其中IFNGR1直接與IFN-γ結(jié)合，IFNGR2為輔助亞基，而IFN-γ的作用起始于由受體的胞漿區(qū)觸發(fā)的活化信號。

3.2 下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

IFN-γ受體的胞內(nèi)段與JAKs和STATs結(jié)合后，Jak2發(fā)生自我磷酸化，將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給Jak1，同時(shí)募集較多STATs，使其聚集在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，并在Jak1磷酸化酪氨酸后形成的結(jié)合位點(diǎn)上進(jìn)行STAT1的磷酸化，而STAT1-STAT1同源二聚體可以直接結(jié)合IFN-γ啟動(dòng)子的γ干擾素激活序列，激活效應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄。許多IFN-γ的作用產(chǎn)物為轉(zhuǎn)錄因子，其被轉(zhuǎn)錄翻譯合成后，又啟動(dòng)了下一輪信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，引起更多轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。

STAT1抗病毒作用為由轉(zhuǎn)錄合成抗病毒蛋白AVP，同時(shí)使被病毒感染的細(xì)胞表達(dá)病毒抗原，促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)殺傷、清除病毒及其寄生細(xì)胞。AVP由蛋白激酶、2’-5’腺嘌呤核苷合成酶和磷酸二酯酶組成[12]，細(xì)胞受到病毒侵襲時(shí)，這些酶被激活，抑制病毒蛋白生物合成，即抑制病毒mRNA復(fù)制合成，從而減慢病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖速度。此外，IFN-γ還能阻止病毒和細(xì)胞結(jié)合，阻止病毒穿入胞內(nèi)、抑制病毒裝配與釋放。

4 IFN-γ的臨床應(yīng)用及前景

4.1 IFN-γ的臨床應(yīng)用

IFN-γ在慢性肉芽腫和惡性骨硬化病的治療中發(fā)揮重要作用。而IFN-γ在我國已獲批成為治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的藥物。IFN-γ通過抑制破骨細(xì)胞生成以及骨的再吸收，治療惡性骨硬化病。實(shí)驗(yàn)證明，每周注射一定量IFN-γ可以大幅度降低慢性肉芽腫病人的感染率。IFN-γ可在自身免疫性疾病中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，從而達(dá)到治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的目的。

此外，IFN-γ還可以應(yīng)用于先天性肺纖維化的治療，可能與其可以治療病理性瘢痕有關(guān)，在美國已開始臨床試用。IFN-γ也可以用于肝細(xì)胞癌（HCC）切除術(shù)后和消融術(shù)后，以預(yù)防復(fù)發(fā)。IFN-γ釋放試驗(yàn)對兒童結(jié)核病和結(jié)核潛伏期感染有幫助，可以彌補(bǔ)接種過卡介苗引起的PPD試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的缺陷[13]。

4.2 IFN-γ的副作用

大多數(shù)治療中，藥物的副作用限制了其用量和濃度，IFN-γ也不例外。雖然很多副作用在干擾素投入使用之初就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但其機(jī)制尚未明確。許多病人對控制腫瘤和治療病毒感染的必需劑量不能耐受。

干擾素共同的不良反應(yīng)為淋巴細(xì)胞減少和輕微的注射部位反應(yīng)。淋巴細(xì)胞減少是由于IFN-γ對細(xì)胞產(chǎn)生、循環(huán)、增殖過程的抑制作用，一旦停用癥狀即可消失。注射部位反應(yīng)表現(xiàn)為注射部位紅斑及疼痛。相關(guān)報(bào)道顯示，IFN-α的不良反應(yīng)，也可發(fā)生于IFN-β和IFN-γ的應(yīng)用過程中。在IFN-γ使用過程中，幾乎所有病人均會出現(xiàn)流感樣癥狀，即頭痛、發(fā)熱、心悸、疲乏、寒戰(zhàn)、惡心、肌痛、背部和關(guān)節(jié)疼痛，少數(shù)病人還會出現(xiàn)厭食、焦慮、抑郁等精神癥狀。有研究發(fā)現(xiàn)，將IFN-γ注射到腫瘤和病毒感染組織局部，可極大提高其利用效率。

4.3 IFN-γ的應(yīng)用前景

實(shí)驗(yàn)證明，IFN-γ可以協(xié)同間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮免疫抑制作用[14]，而間充質(zhì)細(xì)胞可以有效促進(jìn)造血干細(xì)胞移植，提高成功率，減少移植物抗宿主病。根據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以試用IFN-γ協(xié)同免疫抑制，提高治療效果。

IFN-γ基因組啟動(dòng)子的單核苷酸多態(tài)性可以證實(shí)IFN-γ可提高慢性粒細(xì)胞白血病對伊馬替尼的敏感性，因此 可以嘗試將IFN-γ協(xié)調(diào)伊馬替尼應(yīng)用于慢性粒細(xì)胞白血病的治療中，加強(qiáng)伊馬替尼的作用[15]。

許多研究證明，某些micro-RNA可以通過影響TIRs和TLR信號通路上NF-κB等的表達(dá)，直接影響疾病的發(fā)生，如非酒精性脂肪肝、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[16]，這些通路也是IFN-γ產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的重要通路，通過對IFN-γ等該通路上的關(guān)鍵物質(zhì)進(jìn)行限制或調(diào)節(jié)，為疾病的進(jìn)一步研究與治療提供更多可能。

在神經(jīng)母細(xì)胞瘤的治療過程中，IFN-γ可以明顯提高TRAIL（腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體）對神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞sH-SY5Y的敏感性，其發(fā)生機(jī)制可能是通過IFN-γ上調(diào)Caspase-8-mRNA的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)的[17]，IFN-γ同時(shí)增強(qiáng)細(xì)胞毒類藥物對神經(jīng)母細(xì)胞瘤的誘導(dǎo)凋亡作用[18]。在大腸癌、骨肉瘤、肝癌的治療過程中，IFN-γ能通過調(diào)節(jié)TRAIL及其受體的表達(dá)促使腫瘤細(xì)胞凋亡。卵巢癌治療過程中，IFN-γ可以在核酸和蛋白水平下調(diào)卵巢癌細(xì)胞分泌內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（VEGF），而卵巢癌高表達(dá)VEGF與其不良預(yù)后相關(guān)，所以IFN-γ可以改善疾病預(yù)后[19，20]。IFN-γ在喉癌治療過程中發(fā)揮的作用與卵巢癌相同，即抑制其分泌內(nèi)皮細(xì)胞生長因子[21]。

IFN-γ是一種生物活性強(qiáng)、作用范圍廣的細(xì)胞因子，在各種技術(shù)支持下，一定可以更廣泛地應(yīng)用于疾病的治療。