禽干擾素抗病毒機制及在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳曉雯，侯玉鳳，寧 揚，蔡巧利，宋 翔，謝全喜，谷 巍

（山東寶來利來生物工程股份有限公司山東省動物微生態(tài)制劑重點實驗室，山東 泰安 271000）

1957年，Isaacs等[1]在雞胚絨毛膜上研究流感病毒干擾現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，被病毒感染的細胞可以產(chǎn)生一種能夠抵抗病毒感染和干擾病毒復(fù)制的因子，并將其命名為干擾素（interferon，IFN）。干擾素是細胞因子的1個家族，是抗病毒感染非特異性免疫的重要因素[2]。在病毒感染的早期反應(yīng)中，干擾素上調(diào)數(shù)百個阻斷不同階段病毒復(fù)制的抗病毒基因，為適應(yīng)性免疫反應(yīng)提供足夠的發(fā)展時間[3-4]。

干擾素具有高度的動物種屬特異性。IFN的抗病毒活性在不同種屬之間可能存在著交叉，但差異較大[5-6]。禽干擾素（chicken interferon，ChIFN）是第1個被發(fā)現(xiàn)的干擾素[1]。隨著研究的不斷深入，IFN在豬[7-8]、犬[9-10]、魚[11]等動物中陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。然而，由于干擾素具有種屬特異性，許多用于哺乳動物IFN的研究方法不適用于ChIFN，導(dǎo)致ChIFN的研究相對滯后，尤其是在抗病毒機制及其在禽病毒性疾病防治中的應(yīng)用方面。因此，文章就ChIFN進行詳細的概述，為ChIFN在動物病毒性疾病中的研究提供參考。

1 禽干擾素產(chǎn)生及分類

干擾素是一種在細胞內(nèi)合成的分泌蛋白，分泌到細胞外發(fā)揮作用。與哺乳動物相同，根據(jù)序列同源性和受體特異性，ChIFN也可分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。3種類型的ChIFN在理化特性和生物學(xué)活性上存在明顯差異。

1.1 禽I型干擾素

ChIFN I可分為3種亞型，即ChIFN-α、ChIFN-β和ChIFN-κ。其中，對ChIFN-α和ChIFN-β兩種亞型的研究居多，其他亞型研究較少。ChIFNⅠ是在雞胚絨毛膜上研究流感病毒干擾現(xiàn)象試驗中首次發(fā)現(xiàn)的，最初被命名為IFN1和IFN2，之后根據(jù)哺乳動物干擾素的標(biāo)準(zhǔn)命名法改為IFN-α和IFN-β[1,4,12]。

ChIFN-α是多基因家族的成員，由雞Z染色體短臂上的無內(nèi)含子的多拷貝基因編碼，ChIFN-α的分子量為19 kDa，其成熟蛋白中含有162個氨基酸，與哺乳動物IFN-α的同源性只有24%，但某些高度保守區(qū)域的相似性高達80%[13-14]。體內(nèi)外試驗研究發(fā)現(xiàn)，ChIFN-α對多種禽病毒，如新城疫病毒（NDV）、傳染性法氏囊病病毒（IBDV）等具有顯著的抗病毒作用[15]。

與ChIFN-α不同，ChIFN-β是由無內(nèi)含子的單拷貝基因編碼，其成熟蛋白含有176個氨基酸，分子量約為20 kDa，與ChIFN-α同源性為57%，但二者是明顯不同的細胞因子，因為抗ChIFN-α抗體不能中和ChIFN-β的抗病毒活性。此外，由于ChIFN-α和ChIFN-β與各自受體的結(jié)合親和力不同，ChIFN-α的抗病毒活性比ChIFN-β強[4,13,16]。

ChIFN-κ是一種新報道的具有抗病毒活性的ChIFNⅠ，是由單核細胞和角化細胞產(chǎn)生，由184個氨基酸組成。ChIFN-κ在Z染色體上的編碼方向與IFN-α和IFN-β的相反，與ChIFN-β的同源性僅為25.8%，顯著低于ChIFN-κ與來自不同哺乳動物和鳥類的IFN-κ之間的同源性[17-18]。ChIFN-κ在禽流感等禽類疾病中表現(xiàn)出較好的抗病毒作用[18]。

1.2 禽Ⅱ型干擾素

ChIFNⅡ由活化的T淋巴細胞和NK細胞產(chǎn)生，僅有一種亞型，即IFN-γ，以單一基因的形式存在于研究過的哺乳動物和鳥類中[4]。ChIFN-γ通過分離的雞脾淋巴細胞首次克隆得到，對熱和酸不穩(wěn)定，而ChIFN I能夠耐受的酸處理[19-20]。ChIFN-γ的成熟蛋白中含有145個氨基酸，與哺乳動物IFN-γ的同源性≥30%，與ChIFNⅠ的同源性僅為15%[4,21]。IFN-γ的抗病毒活性比ChIFNⅠ弱，而在調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、抗增殖活性方面的活性較強[4,221]。

1.3 禽Ⅲ型干擾素

ChIFNⅢ是2003年發(fā)現(xiàn)的新型干擾素，包括IFN-λ1（IL-29）、IFN-λ2（IL-28A）和IFN-λ3（IL-28B）和IFN-λ4四種亞型[22-23]。而在禽類中只存在1種亞型，即ChIFN-λ，是由Karpala等[24]于2008年從雞體內(nèi)克隆首次鑒定發(fā)現(xiàn)的，推測其分子量為22 kDa。與Ⅰ和ChIFNⅡ不同，ChIFN-λ位于7號染色體上，由5個外顯子組成，通過與其他IFN-λ的同源性比較發(fā)現(xiàn)，ChIFN-λ與人IFN-λ2的同源性較高（81%）[4,25]。ChIFN-λ的抗病毒活性與Ⅰ型ChIFN相似，免疫調(diào)節(jié)功能與ChIFNⅡ相似，誘導(dǎo)機體產(chǎn)生多種趨化因子和調(diào)節(jié)因子[25]。

2 禽干擾素的作用機制

當(dāng)干擾素與其細胞表面特定的受體結(jié)合時，激活信號通路，刺激多種效應(yīng)蛋白質(zhì)分子在細胞內(nèi)合成，從而發(fā)揮抗病毒作用[4]。

2.1 禽干擾素的受體及信號通路

IFNⅠ與IFNAR1和IFNAR2結(jié)合，激活Janus激酶-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子（janus kinase-signal transducer and activator of transcriptions，JAK-STAT）信號通路，使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和轉(zhuǎn)錄激活因子家族成員（STAT1和STAT2）發(fā)生磷酸化，磷酸化的STAT分子進一步與干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon-regulatory factor 9，IRF9）結(jié)合形成刺激干擾素刺激基因因子3（ISGF3）復(fù)合體轉(zhuǎn)錄，入核與干擾素刺激應(yīng)答元件（interferon-stimulated response elements，ISREs）結(jié)合，誘導(dǎo)一系列干擾素激活基因（ISGs）表達，從而保護細胞免受病毒感染[14,26]。然而，即使IFNⅠ的幾種亞型均與相同的IFNR1/IFNR2受體結(jié)合，但仍觀察到ISGs的差異表達，可能是由于它們與各自受體的結(jié)合親和力不同。IFNⅠ可以通過直接或間接作用于自然殺傷細胞（NK）、CD8+細胞毒性T細胞（CTLs）、樹突狀細胞（DCs）和B細胞來調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)[27]。

IFNⅡ的受體復(fù)合體為IFNGR1和IFNGR2，主要通過激活JAK1與JAK2激酶，磷酸化STAT1，使其形成同源二聚體，入核并結(jié)合染色體上的IFN-γ活化位點（gammaactivated sequence，GAS）元件，從而激活相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。與哺乳動物IFN-γ相同，ChIFN-γ能夠激活巨噬細胞，增強TH1細胞的活性，增強MHCⅠ類和Ⅱ類基因表達增加，并誘導(dǎo)IL-12、一氧化氮和超氧物的產(chǎn)生，消除細胞內(nèi)病原體（如病毒）[22,28]。

IFNⅢ的信號通路與IFNⅠ相似，其受體為IFN-λR1與IL-10R2形成的異二聚體，激活JAK-STAT信號通路，使STAT1和STAT2發(fā)生磷酸化，磷酸化的STAT分子進一步與IRF9結(jié)合形成ISGF3復(fù)合體轉(zhuǎn)錄，入核與ISREs結(jié)合，誘導(dǎo)一系列ISGs表達；然而不同的是，由于IFN-λR1主要分布在消化道、表皮、胃腸道等上皮組織中，導(dǎo)致IFNⅢ的表達范圍較小，具有局限性[24,27,29]。ChIFN-λ主要在上皮組織中發(fā)揮抗病毒作用。有研究發(fā)現(xiàn)，ChIFN-λ也可產(chǎn)生一氧化氮，但與ChIFN-γ相比水平較低[4,24]。

2.2 干擾素激活基因

IFN I和IFNⅢ的抗病毒作用均與ISGs相關(guān)。研究表明，大部分ISGs顯示多種抗病毒作用，是由多個ISGs共同作用，以防止、抑制或定位入侵病原體。

黏病毒抗性蛋白（Mx）是雞中研究最多的ISGs之一，它嚴(yán)格依賴IFNⅠ和IFNⅢ表達，但其抗病毒活性仍存在一些爭議[4,30]。Schusser等[31]研究表明，由于IFN對流感的抗病毒作用不依賴于雞體內(nèi)的Mx，因此其他ISGs必須參與抗病毒反應(yīng)。

雙鏈RNA依賴性蛋白激酶（PKR）能夠抑制病毒蛋白質(zhì)合成。研究表明，雞PKR具有抗水泡性口炎病毒（VSV）感染的作用；除此之外，PKR還參與其他多種細胞過程，如細胞分化、代謝、增殖和凋亡[4,30,32]。

2,5腺苷酸合成酶（2,5-oligoadenylate synthetase，OAS）是1種IFN誘導(dǎo)酶，在雞體內(nèi)有OAS-A和OAS-B兩個等位基因，OAS-B活性明顯低于OAS-A。在抗病毒活性方面，在哺乳動物或雞胚成纖維細胞中表達的雞OAS分別對WNV和牛痘病毒具有直接抗病毒活性[33]。

3 禽干擾素在家禽中的應(yīng)用

3.1 抗病毒作用

研究表明，ChIFN對新城疫（NDV）、禽流感病毒（AIV）、傳染性法氏囊病病毒（IBDV）等表現(xiàn)出強大的抗病毒作用。研究顯示，ChIFN-α能夠使新城疫病毒（NDV）滴度下降，且口服給藥比肌肉注射的治療效果好[15]。Yang等[34]用ChIFN-γ誘導(dǎo)雞胚成纖維細胞在原代細胞中產(chǎn)生抗病毒環(huán)境，發(fā)現(xiàn)IFN-γ對NDV感染有顯著的抗病毒作用；此外，ChIFN-γ對IBDV感染有一定的抑制作用，且ChIFN-γ和ChIL-18聯(lián)合效果更好。王萌等[35]將ChIFN-α與滅活H9N2亞型流感病毒聯(lián)用，通過短期重復(fù)口服的方式免疫SPF雞，結(jié)果顯示，連續(xù)使用3~5 d ChIFN-α表現(xiàn)出較好的抗流感病毒能力。關(guān)于ChIFN-λ相對研究較少。有研究表明，ChIFN-λ能夠顯著抑制高致病性甲型流感病毒的復(fù)制[36]。

3.2 免疫調(diào)節(jié)作用

3種類型的ChIFN均具有免疫調(diào)節(jié)作用，其中ChIFN-γ的作用最強。ChIFN的免疫調(diào)節(jié)作用具有雙向性，少量ChIFN能發(fā)揮積極作用，而大量ChIFN則相反[37]。ChIFN-γ除了在抗流感病毒感染中發(fā)揮重要作用外，其誘導(dǎo)的前免疫狀態(tài)有助于減緩流感病毒的傳播[38]。Kwon等[39]研究發(fā)現(xiàn)，免疫功能低下的雞在感染AIV后vRNA表達水平升高，ChIFN-γ可以下調(diào)vRNA的表達水平。

4 展望

當(dāng)前我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)正處于從“高消耗、低產(chǎn)出”的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向“安全、生態(tài)、高效”的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的關(guān)鍵時期，隨著對禽流感等病毒感染的日益關(guān)注，干擾素等生物制品可以提供潛在的治療藥物，以保護禽類在最易受感染的時候免受病毒侵襲。