干擾素

干擾素

干擾素是一類具有廣譜抗病毒、抗增殖和免疫調節活性的多功能細胞因子家族,其化學成分是一種糖蛋白。

基本信息

簡介

干擾素是一類具有廣譜抗病毒、抗增殖和免疫調節活性的多功能細胞因子家族,其化學成分是一種糖蛋白。1957年英國人AlickIsaacs和JeanLindenmann在進行流感病毒試驗時發現雞胚中注射滅活流感病毒後發現出現雞胚細胞膜中生成了一種物質,這種物質具有“干擾”(英文:interfere)流感病毒感染的作用,當時Isaacs就將這種物質稱之為“interferon”,也就是我們說的干擾素。

根據結合受體不同,可以分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,是機體天然免疫系統的關鍵組成部分。其中,Ⅰ型干擾素(主要為α/β干擾素)在機體控制病毒感染方面是絕對不可缺少的,在自然情況下,α干擾素是人類應對病毒感染非常重要的免疫保護性細胞因子,它們可誘導同種細胞產生抗病毒蛋白,建立抗病毒狀態,限制病毒的進一步複製和擴散。但是,α干擾素(IFNα)是一個誘生蛋白,通常機體內並沒有IFNα的表達和存在,只有受到病毒感染後人體內才會被誘導分泌出α干擾素,所以,自然干擾素的抗病毒作用具有滯後性和暫時性的特點。針對IFNα短暫表達的特點,許多病毒已經進化出多種策略在感染的早期抑制人體內源性干擾素的產生,以有利於病毒的生存和繁殖。這一點在兒童和老人身上表現尤其明顯,由於兒童免疫功能尚不成熟,老人免疫功能減退,病毒更易抑制IFNα的產生,導致兒童和老人易發生病毒感染性疾病。

α干擾素種類及特點

α干擾素屬於Ⅰ型干擾素家族,人體內共有17個Ⅰ型干擾素,包括13個IFNα亞型、IFNβ、IFNω、IFNτ和IFNκ,所有Ⅰ型干擾素基因均位於人第9號染色體短臂(見圖1)。人白細胞誘導分泌產生的干擾素主要是IFNα,這些干擾素均帶有白細胞干擾素抗原(Le),以前也被稱為白細胞干擾素。根據國際干擾素命名委員會的建議,由非等位基因編碼的IFNα應歸為不同的亞型,並在後面加上阿拉伯數字1、2、3…表示,同一個IFNα亞型等位基因編碼的不同變種再附以小寫英文字母a、b、c…註明,如IFNα2b。

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圖1、人Ⅰ干擾素家族基因物理圖譜(9號染色體短臂)

人類基因組研究表面,人類總共有14種干擾素α非等位基因,分別為:IFN-α1,-2,-4,-5,-6,-7,-8,-10,-13,-14,-16,-17,-21和-22,共表達12種不同的人類IFN-α蛋白,IFN-α13和IFN-α1蛋白序列完全一致;IFN-α22基因屬於假基因,不表達相應的蛋白。目前,在我國批准上市的α干擾素有IFNα2a、IFNα2b和IFNα1b三種亞型。1995年Nancy等人檢測了28000個人群,其中包括16例中國人和32例日本人,99.9%的人類均攜帶IFNα2b基因,16例中國人和32例日本人僅攜帶IFNα2b基因(JournalofInterferon&CytokineResearch,1995,15:341-349.)。最近,有人檢測了100例中國人干擾素α1和干擾素α2的等位基因,結果發現100例中國人干擾素α1基因均為IFNα1,干擾素α2基因均為IFNα2b。在中國人體內未檢測出IFNα1b和IFNα2a基因。

有研究顯示:在人類13種干擾素α基因中,僅IFNα2含有165個胺基酸殘基,其它干擾素α基因均為166個胺基酸殘基。從干擾素α基因進化研究角度來看,IFNα2屬於靈長類動物特有的干擾素亞型,而IFNα1在整個有胎盤哺乳動物內均存在(Gene.2007August1;397(1-2):38–50.),也可以認為IFNα2b屬於人類特有的干擾素。從生物角度來看,IFNα2b在人類細胞上屬於高活性干擾素,可以誘導細胞產生較多的抗病毒蛋白,而IFNα1b和IFNα2a分別屬於低活性和中等活性的干擾素(Cytokine,2011,53(1):52-59.)。雖然在人的細胞上,IFNα2b的生物學活性是IFNα1b的20倍,但是在小鼠的細胞上,IFNα2b的活性很低,不能保護細胞免受病毒的感染,不過,IFNα1b在小鼠細胞上則較高,是IFNα2b活性的100倍。由於重組人干擾素α1b在人體細胞上的活性較低,只能用ug作為表示劑量單位,而IFNα2b生物學活性高採用國際單位(IU)為活性測量單位。

α干擾素的藥理作用

IFNα具有廣譜抗病毒和免疫調節作用。它的廣譜抗病毒作用並不是IFNα直接殺滅病毒,而是其通過與人體細胞表面的受體結合,刺激細胞表達多種抗病毒蛋白,影響細胞代謝的過程,包括降解病毒RNA並抑制病毒RNA和蛋白質的合成。由於抗病毒蛋白的作用不針對特異的病毒,因而,IFNα具有廣譜的抗病毒活性,可抑制細胞內DNA病毒複製並清除細胞內的RNA病毒。對於未受病毒感染的細胞,IFNα通過誘導細胞產生抗病毒蛋白而建立“抗病毒狀態”,可以避免細胞受到病毒的感染。

2.1、α干擾素抗病毒和免疫調節信號通路

IFNα與受體結合後啟動信號級聯反應誘導了抗病毒和免疫調節生物效應。所有IFNα亞型均與I型干擾素受體結合,I型干擾素受體包含IFNAR1和IFNAR2兩個亞基,其胞內部分各自偶聯有酪氨酸激酶2(TYK2)和Junas激酶(JAK1)。目前,人體內紅細胞、吞噬細胞和腎細胞表面尚沒有發現I型干擾素受體,除腦組織細胞含量較低外,其它組織和器官的細胞表面均分布豐富的I型干擾素受體。

當IFNα與其受體結合後,與受體偶聯的TYK2和JAK1被激活,導致STAT1(signaltransducerandactivatoroftranscription1,信號傳導與轉錄激活因子1)和STAT2的酪氨酸被雙磷酸化成異源二聚體,STAT1/STAT2異源二聚體與IRF9(IFN-regulatoryfactor9)形成複合物,也就是干擾素刺激基因因子3(ISGF3,IFN-stimulatedgenefactor3)複合物。ISGF3易位到細胞核內與干擾素刺激應答元件(IFN-stimulatedresponseelements,ISREs)結合,啟動相關抗病毒蛋白基因轉錄和表達,實現廣譜抗病毒生物學效應。IFNα與免疫細胞表面I型干擾素受體結合誘導形成STAT1/STAT1同源二聚體,易位到細胞核內與γ干擾素激活位點(IFN-γ-activatedsite,GAS)誘導某些ISGs表達與轉錄,發揮免疫調節的效應。

2.2、α干擾素誘導的抗病毒蛋白及其作用

α干擾素抗病毒和免疫調節信號通路α干擾素抗病毒和免疫調節信號通路
在α干擾素抗病毒作用中發揮主要作用的誘導蛋白有2,5-寡聚腺苷酸合成酶(2,5-oligoadenylatesynthetase,OAS)/核酸酶L(RNaseL)、RNA依賴的蛋白激酶(RNA-dependentproteinkinase,PKR)、RNA特異性的腺嘌呤脫氨酶(RNA-specificadenosinedeaminase,ADAR)、MxA蛋白和IFIT1蛋白,以上蛋白合成後以非活性的形式存在於胞漿內,在雙鏈RNA調節作用下蛋白質磷酸化而活化。2,5-OAS催化合成多聚腺苷酸ppp(A2p)nA,簡寫為2,5-A。2,5-A寡聚腺苷酸與RNaseL結合使其活化,降解胞漿內的RNA分子,包括病毒基因組RNA和mRNA。PKR催化真核蛋白合成起始因子(eIF-2)磷酸化,磷酸化位點位於51位絲氨酸殘基,磷酸化後eIF-2不能催化鳥嘌呤核苷酸交換反應而抑制病毒蛋白的合成。ADAR是一種非常重要的RNA編輯酶,可以編輯病毒RNA和mRNA前體,催化腺嘌呤脫氨成肌酐,改變了病毒蛋白編碼的能力和複製的RNA序列。MxA蛋白為一種GTPase,具有寡聚化作用,可以作用於病毒核衣殼蛋白並與其結合,阻斷細胞質中病毒核衣殼轉運到細胞核內,並阻斷細胞核內病毒的轉錄和複製。病毒RNA的5’-端帶有三磷酸基團(ppp-RNA),IFIT1(interferon-inducedproteinwithtetratricopeptiderepeats1)蛋白可以識別並結合到ppp-RNA分子上,阻斷病毒的複製。

2.3、α干擾素的免疫調節作用

IFNα可以提升MHCI抗原的表達水平,導致病毒抗原在感染細胞表面呈現提升,有利於機體免疫系統對感染病毒細胞的識別。IFNα作用於專職性抗原呈遞細胞(APCs),增強這些細胞MHCⅡ的表達和抗原呈遞功能。IFNα還可以增強適應性免疫細胞的抗病毒功能,包括B細胞、T細胞和自然殺傷細胞(NK)細胞,通過產生抗體(B細胞)、NK細胞和細胞毒T淋巴細胞反應來限制病毒感染。不過,α干擾素也可以誘導APC表達T細胞抑制受體(如PD1和PDL1),抑制T細胞攻擊感染病毒的細胞。在急性感染中,IFNα免疫增強功能會啟動炎性反應和組織損傷,有可能會加重病情進展;而在慢性感染中,T細胞功能的抑制會阻礙病毒的清除。

臨床套用

臨床上早期使用的干擾素是利用生物技術從來源於健康人血液白細胞提取的干擾素,因為純度和活性相對較低,不能大規模生產,後被基因工程技術生產的重組人干擾素所替代。1997年衛生部規定自當年10月停止生產從血液白細胞中提取的人干擾素。目前國內能利用基因工程技術生產重組人干擾素的廠家多達20~30家,被批准在我國臨床套用的國內外重組人干擾素也有幾十種。但不同的廠家,其生產的干擾素基因不同,工程菌不同,純化工藝等不盡相同,因而可造成干擾素產品性能、功效和質量的差異。安徽安科生物生產的安達芬申報了國家重大新藥創製項目,產品符合歐典標準,相關蛋白含量可以在控制5%以下,而很多企業生產的干擾素製劑的相關蛋白含量高達35%以上(藥物分析雜誌ChinJPharmAnal2014,34(7)。

水針劑和凍乾粉針劑是臨床最為常用的干擾素普通針劑劑型,主要用於病毒感染性疾病和腫瘤的治療。世界上最早的干擾素水針劑是瑞士羅氏公司研發生產的干擾素α-2a。我國最早獲得食品藥品監督管理局(SFDA)批准的干擾素α-1b注射液為三元基因生物工程公司生產,重組人干擾素α-2b注射液為安徽安科生物工程公司生產。干擾素水針劑和與粉針劑生產工藝有差異,它們的穩定性和效價上基本沒有區別,水針劑使用更方便,減少了二次污染的機會。近年來,重組人干擾素α-2b注射液已經廣泛通過霧化吸入治療兒童呼吸道感染,包括毛細支氣管炎、支氣管肺炎、病毒性肺炎、手足口病毒和皰疹性咽峽炎。目前,臨床資料顯示粉針劑不適合霧化,因為其攜帶的甘露醇霧化治療時遇冷形成晶體,附著於呼吸道細胞表面,導致細胞脫水,長期使用會導致氣道細胞損傷或病變(謝陶吟,許建平.藥學與臨床研究,2012年第4期)。不過,並不是每一種干擾素注射液都適合霧化,有資料顯示,含有吐溫-80(聚山梨酯80)的干擾素注射就不適合霧化,因為聚山梨酯80誘發類過敏反應,會增加皮疹、濕疹等不良反應且具有劑量依賴性(實用心腦肺血管病雜誌,2017,25(8):86-89.&中國新藥雜誌2016年第25卷第23期)。根據國家藥監局批准的說明書,不含聚山梨酯80僅安達芬(重組人干擾素α2b)和運德素(重組人干擾素α1b),適合霧化使用。

抗腫瘤藥物

抗腫瘤藥有化療藥物、生物製劑。這些藥物通過不同的功能來抑制或破壞腫瘤細胞。

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