家禽抗肿瘤和病毒感染制剂干扰素
家禽肿瘤和病毒感染性疾病的有效治疗一直是困惑禽病防制的难题之一,至今仍未有一类药物能特异性地有效杀灭家禽病毒性病原,干扰和抑制其病原的复制。据报道,中药制剂对某些病毒性禽病具有较好的治疗作用,但其作用机理不尽详细。细胞因子干扰素(Interferon,IFN)的出现及其临床试验证明,该类细胞因子在病毒性禽病和家禽肿瘤的治疗上极具临床应用前景。
1957年Isaacs和Lindcmnann首先发现了病毒干扰现象,即病毒感染的细胞能产生?种因子,作用于其它细胞干扰病毒的复制,因而命名为干扰素。日前已知干扰素并不能直接杀伤病毒,而是诱导宿主细胞产生数种酶,干扰病毒的基因转录或病毒蛋白组分的翻译。根据产生干扰素细胞的来源不同、理化性质和生物学活性的差异,可分为α-干扰素(Interferonct,IFN-ct)、β-干扰素(intefferonβ,IFN-β)、у-干扰素(Interferonу,IFN-у)。
家禽是否存在干扰素以及是否存在着类似于哺乳动物的各类干扰素,一直是近年来有争议的问题。 1994年,Sckellick等克隆到鸡胚成纤维细胞干扰素基因。该cDNA编码区全长579bp,编码162个氨基酸,前31个为信号肽。成熟的IFN含有131个氨基酸,分子量为145KU。其DNA与哺乳动物Ⅰ型IFN只有43%的序列同源性,与IFN-V的同源性为31%。1997年Lambmcht等根据Sckellick发表的干扰素序列设计引物,通过PCR扩增得到丝裂原刺激的鸡脾淋巴细胞产生的干扰素基因,在大肠杆菌及真核细胞内表达可产生具有生物活性的IFN。
1 干扰素的产生
IFN-α和IFN-β有许多相似之处:两种IFN基因来自同一个祖先基因(commonancester gene);由相同的细胞在相同的刺激物诱导下产生;结合相同的受体并发挥相似的生物学作用。IFN-α/β以往称为Ⅰ型IFN,主要由白细胞、成纤维细胞等在细菌、DNA或RNA病毒、多聚肌苷酸、多聚胞苷酸(po1yI-C)、多核苷酸等刺激物诱导下产生。IFN-у主要由活化的T细胞产生,在小鼠,由Thl亚群产生。当抗原、PHA或ConA刺激后,T细胞分泌IFN-у,通常与白细胞介素-2(1L-2)的产生相一致。 目前认为巨噬细胞活化因子(MAF)的主要活性存在于IFN-у中。此外,活化NK细胞亦可产生1FN-у。
2 干扰素的分子结构和基因
IFN-α和IFN-β基位于人9号染色体和小鼠的4号染色体,并连锁在一起。IFN-α不同基因产物,其氨基酸同源性≥80%。人和小鼠IFN-β基因只有一个,无内含子,与IFN-α基因连锁在一起。IFN-β与IFN-α氨基酸组成有26%~30%同源性。IFN-α由两个亚族组成,分别称为IFN-α1和1FN-α2,其中IFN-α1至少山20个有功能的基因成员。目前只有90%左右的同源性;IFN-α2亚族有5~6个基因成员,日前只发现1个有功能的基因,其余是假基因。人和小鼠IFN-у在DNA水平上有65%左右的同源性,在氨基酸水平的同源性只有40%左右。小鼠成熟的IFN-у分子山133个氨基酸组成。人工IFN-у成熟分子由143个氨基酸组成,糖蛋白以同源双体存在,分子量为40Kda,其化物学作用有严格的种属特异性。
3 干扰素的受体
一般认为:IFN-α和IFN-β结合相同的受体,IFT-βR基因定位:于21号染色体,受体的亲和力Kd在10-9-10-10M之间,受体膜外结构属细胞因子受体中干扰素受体家族。IFN-α/β受体分子分布相当广泛,包括单核细胞、巨噬细胞、多形核白细胞、B细胞、T细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等。lFN-уR基因定位刁:第6号染色体,小鼠在第10号染色体,IFN-у受体分布广泛,受体阳性细胞每个细胞约表达100~1000个受体,亲和力Kd在10-9-5X10-10M。裸肽分子量50Kda,糖基化后90Kda,其N末端与IFN-α/β受体有一定的同源性,具有种属特异性。 目前认为,IFN-уR可能存在着第2条链。
4 干扰素的生物学作用
4.1 IFN-α/β的生物学作用
4.1.1 抗病毒作用 IFN-α/β具有广谱抗病毒作用,其作用机理是:通过抑制某些病毒的吸附、脱壳和最初的病毒核酸转录,病毒蛋白合成以及成熟病毒的释放等不同环节;通过NK、巨噬细胞和CTL杀伤病毒感染靶细胞。
4.1.2 抑制某些细胞的生长(cytostatic)
如抑制成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞和造血细胞的增殖,其机制可能通过使细胞停留在GO/G1期,降低DNA合成,下调C-MYC、C-FOS等细胞原癌基因转录水平:下调某些生长因子受体表达,如EGFR、胰岛素-1R和M-CSFR等。
4.1.3 免疫调节作用
促进大多数细胞MHC的I类抗原的表达,活化NK细胞和CTL。
4.1.4 抑制和杀伤肿瘤细胞
IFN-α/β杀伤肿瘤细胞主要是通过促进机体免疫功能,提高巨噬细胞、NK和CTL的杀伤水平。
4.2 1FN-у的生物学作用
4.2.1 诱导单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、皮肤成纤维细胞、血管内皮细胞和星状细胞等MHCII类抗原的表达,使其参与抗原提逞和特异性免疫的识别过程。此外,IFN-у可上调内皮细胞ICAM-1CD5表达,促进巨噬细胞FcrR表达,协同诱导并促进巨噬细胞杀伤病原微生物。
4.2.2 促进LPS体外刺激小鼠B细胞分泌IgG2a,降低IgGl、IgG2b、IgG3和IgE产生以及FcER表达,促进SAC诱导人的B细胞的增殖。
4.2.3 协同lL-2诱导LAK活性,促进T细胞IL-2R表达。
4.2.4 诱导急性期蛋白合成,诱导髓样细胞分化。
5 干扰素抑制病毒复制的作用机理
有很多类型的细胞在被某些病毒感染几小时内就能产生干扰素,几天内就能达到高浓度,能在初次免疫反应尚未形成之前,发挥免疫作用。病毒感染细胞后,病毒遗传物质和宿主细胞核糖体作用,使靶细胞产生干扰素的编码基因去抑制,产生干扰素。干扰素从细胞内释放出来可保护与其接触后的其它细胞不受感染。干扰素对未感染细胞的作用是通过对它们的DNA去抑制作用而实现的。由于这种去抑制作用,未感染细胞产生一种称作翻译?抑制?蛋白质(TIP)у的物质,它可能阻止病毒RNA侵占细胞核糖体,因此抑制病毒的复制。
病毒进入细胞一病毒RNA附着于宿主细胞核糖体一使形成干扰素mRNA的宿主细胞DNA顺反子去抑制→干扰素mRNA刺激干扰素产生→干扰素进入细胞→使形成翻译抑制蛋白质mRNA的细胞DNA顺反子去抑制→TIP形成并结合到核糖体→TIP阻止病毒RNA结合到核糖体
6 干扰素的临床应用
IFN是第一个应用于临床的基因工程产品,目前IFN-α、IFN-β、IFN-у都有基因工程产物,40多个国家使用干扰素制剂,治疗30多种疾病,但主要是用于临床肿瘤和病毒性感染等治疗。与之相类似,IFN在家禽肿瘤和病毒性疾病的临床治疗上也有极其广泛的应用前景。
6.1 治疗病毒性感染
6.2 抗肿瘤
IFN抗肿瘤的机理是:
6.2.1 抑制肿瘤细胞增殖:
6.2.2 诱导CTL、NK等杀伤细胞,并协同lL-2增强 LAK活性;
6.2.3 诱导肿瘤细胞表达MHCI类抗原,增加对杀伤细胞的敏感性;
7 干扰素在家禽病毒感染及肿瘤疾病治疗上的应用
7.1 用于肿瘤性疾病、马立克氏病、白血病、网状内皮组织增殖病、火鸡淋巴细胞增殖病和病因不明的肿瘤病等。
7.2 用于病毒性疾病、喉气管炎、鸡新城疫、脑脊髓炎、流感、腺病毒感染、鸡痘、病毒性肠炎感、呼肠孤病毒感染、传染性法氏囊病、传染性支气管炎、鸡细小病毒感染、传染性贫血、病毒性肝炎。
8 家禽基因工程干扰素研究生产的一般过程
丝裂原刺激的鸡脾淋巴细胞→RT-PCR扩增IFN基因一构建1FN基因重组克隆质粒→PCR及Southern bloting鉴定一原核或真核表达系统表达IFN→ELISA、AGP或Westernbloting鉴定→纯化IFN表达产物→免疫学及生物活性检测→家禽抗肿瘤及抗病毒性疾病感染试验。
(作者单位:辽宁大连三仪生物工程研究所 崔丽)
信息来源:《吉林畜牧兽医》 (2004-09-23)