|
板凳

樓主 |
發表于 2008-11-16 12:10:40
|
只看該作者
獸用干擾素的研究進展
獸用干擾素的研究進展
連京華,李玉峰,高廣堯,蔡 蕊,王愛琴
(山東省農業科學院家禽研究所,山東濟南,250023)
摘 要:干擾素是動物機體最重要的細胞因子之一,自被發現以來,由于其廣譜高效抗病毒、抗腫瘤活性及其強大的免疫調節作用,而成為當今免疫學、病毒學、細胞學、分子生物學、臨床醫學、腫瘤學等相關領域的研究熱點。本文就獸用干擾素的基本特性、作用機理以及其臨床應用等方面作一綜述。
關鍵詞:干擾素;作用機理;應用;研究進展
干擾素(Interferon,IFN)最早是1957年由英國科學家Alick Isaacs和Iean Lindenmann在利用雞胚絨毛尿囊膜研究流感病毒干擾現象時發現,一類能干擾和抑制病毒復制的可溶性細胞分泌物〔1〕。現定義為:干擾素是在特定的誘導劑作用下,由細胞產生的一種具有高度生物學活性的糖蛋白,當它再作用于其他細胞時,使其它細胞立即獲得抗病毒和抗腫瘤等多方面的免疫力。近半個世紀以來,干擾素一直是免疫學、病毒學、細胞學、分子生物學、臨床醫學、腫瘤學等相關領域的研究熱點。特別是近幾年來,隨著干擾素在一些畜禽病毒性疾病及腫瘤性疾病的治療方面取得良好療效,獸醫科研工作者越來越重視干擾素在動物體內的免疫特性及其臨床制品的研究。
1 干擾素的基本特性
1·1 干擾素的分類
目前,一般將干擾素分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,幾乎所有的脊椎動物均可產生這兩類干擾素。Ⅰ型干擾素主要包括α干擾素(IFN-α)和β干擾素(IFN-β)等,α干擾素是單核細胞產生的相對分子量18000的多肽,β干擾素主要是由成纖維細胞產生的相對分子量20000的糖蛋白,兩者都具有抗酸性作用,主要參與抗病毒、抗腫瘤作用;Ⅱ型又稱免疫干擾素,只包括γ干擾素(IFN-γ),主要是由T細胞產生的相對分子量21000~24000的單體糖蛋白,其大小取決于糖醛化程度,共同具有18000的多肽成分,對酸性敏感,主要參與誘導組織相容性抗原(MHC)的表達和免疫調節效應,但其抗病毒作用比Ⅰ型干擾素弱。
1·2 干擾素的理化特性
IFN由多種氨基酸組成,不含核酸,所以不被DNA酶或RNA酶破壞,對蛋白酶(胰蛋白酶、糜蛋白酶和V-8蛋白酶)敏感。對熱比較穩定,在4℃下其活性可保持幾個月,-70℃下可長期保存。Ⅰ型IFN在pH 2~10時穩定,但Ⅱ型IFN在pH 2時易被滅活〔2〕。
1·3 干擾素的生物學特性
1·3·1 高度的生物活性 干擾素具有很高的生物活性,1mg即具有10億個活性單位。IFN具有廣譜抗病毒活性,由一種誘導劑誘導細胞產生的IFN,既可抑制多種RNA病毒,又可抑制多種DNA病毒的復制。此外,IFN還有抑制病毒以外其他微生物的生長,抑制細胞分裂,抑制腫瘤細胞增殖和參與調節免疫應答等功能。
1·3·2 相對的種屬特異性 IFN的活力具有相對的種屬特異性,即某一種屬動物(或組織細胞)產生的IFN只能對同種屬或種屬非常接近的動物或細胞有保護力,如雞產生的干擾素只能保護雞而不能保護兔,但對于親緣關系較近的動物卻有交叉保護現象,如猴與人之間,地鼠與小鼠之間等。
2 干擾素產生機理
干擾素是機體受到干擾素誘生劑誘導下產生的,如病毒、細菌、真菌以及原蟲等,都能誘導細胞產生干擾素;細菌的內毒素、外毒素、放線菌素D等也能誘導細胞產生干擾素;人工合成的物質如聚次黃嘌呤核苷酸(聚肌苷酸)、聚胞嘧啶核苷酸(聚胞苷酸)、低分子物質梯洛龍等也能誘導干擾素的產生。不管是天然的,還是合成的,凡是能誘導細胞產生干擾素的物質統稱為干擾素誘生劑。
干擾素的產生受細胞基因組控制,由于細胞DNA中干擾素基因抑制物(IFN surpressor)與干擾素基因結合,抑制復制酶系統,所以一般情況下,干擾素基因處于被抑制狀態。當病毒或其他誘生劑作用于細胞膜后,使干擾素基因脫抑制,干擾素操縱子開始轉錄,合成mRNA,mRNA迅速轉移至細胞質,在核糖體上轉譯成IFN前體,切除信號肽后,成熟的IFN就分泌到細胞外。
3 干擾素作用機理
3·1 抗病毒的作用機理
干擾素具有廣譜的抗病毒作用,但其抗病毒作用并非本身直接滅活病毒,而是抑制病毒的增殖。病毒感染細胞導致IFN的產生,并隨被感染細胞死亡、崩解而釋出。IFN分子向附近擴散,隨血液循環至全身。IFN是由宿主細胞編碼的蛋白質,因作用于靶細胞,激活靶細胞內的基因發揮作用,因而具有廣譜抗病毒作用。當IFN進入細胞后,誘導該細胞轉錄出一種AVP-mRNA,然后由它指導合成“翻譯抑制蛋白(TIP)”,TIP結合于核蛋白體,使病毒的mRNA與宿主細胞的核蛋白體的結合受到抑制,因而妨礙了病毒蛋白、病毒核酸以及復制病毒時所需酶的合成,從而使病毒的繁殖受到抑制。整個過程如下:病毒進入細胞→病毒RNA附著于宿主細胞核糖體→使形成干擾素mRNA的宿主細胞DNA順反子去抑制→干擾素mRNA刺激干擾素產生→干擾素進入細胞→使形成翻譯抑制蛋白(TIP)mRNA的細胞DNA順反子去抑制→TIP形成并結合到核糖體→TIP阻止病毒RNA結合到核糖體。但干擾素并不影響宿主細胞本身的mRNA與核蛋白體的結合,所以不妨礙宿主細胞的生長,是無毒性的。
3·2 免疫調節作用機理
干擾素具有很強的免疫調節作用。它可以調節T、B淋巴細胞的免疫功能,小劑量起促進作用,大劑量起抑制作用。IFN-γ的免疫調節作用比IFN-α和IFN-β強數百倍。IFN或IFN誘生劑處理后,可引起IFN敏感細胞表面抗原和某些受體的表達增加。IFN亦能影響抗原提呈作用,抗原提呈過程與MHC抗原有關,而IFN-γ可誘導MHCⅡ類抗原增加,IFN-α和IFN-β可誘導MHCⅠ類抗原增加。
3·3 抗腫瘤作用機理
干擾素抗腫瘤作用以IFN-γ為最強,其機理可能有以下幾種:①有些腫瘤的發生與病毒有關,這些病毒的核酸往往需要整合到細胞的DNA中去,形成病毒基因,這些基因持續存在是腫瘤的發生原因之一。IFN抑制病毒繁殖,從而抑制腫瘤的形成與生長;②抑制腫瘤細胞分裂。IFN作用于細胞膜,刺激腺苷酸環化酶,使cAMP增加,抑制DNA的合成及細胞分裂,故有抗腫瘤作用;③調動機體免疫系統,提高機體抗腫瘤免疫力。IFN能增強巨噬細胞及NK細胞的殺傷性,增加細胞表面抗原和受體的表達,抑制B細胞的功能,從而降低腫瘤細胞表面封閉抗體的水平。
4 獸用干擾素在畜牧業中的應用及研究進展
4·1 在治療畜禽疾病上的應用
4·1·1 豬白細胞干擾素 豬白細胞干擾素是一種非特異性廣譜抗病毒生物制劑,在獸醫臨床上用于治療豬流行性腹瀉、豬輪狀病毒性腹瀉、溫和性豬瘟和牛病毒性腹瀉等疾病,效果較理想。劉萬鈞等(1998)〔4〕用Vero傳代細胞對豬流行性腹瀉病毒(PEDV)進行干擾試驗,證明豬白細胞干擾素能有效地抑制PEDV的繁殖活性,在IFN劑量為100U/ml時可明顯抑制, 1000U/ml可顯著抑制,2500U/ml幾乎可完全抑制。
4·1·2 抗新城疫病毒(NDV) 王玉東等(2003)〔5〕報道,某場有3棟雞舍前后發生新城疫,在相同飼養條件下,采取下述試驗和對照治療方法:1棟雞舍使用干擾素、抗生素
和多維素治療,干擾素每次1~2倍量,每天1次,連續3天;另1棟雞舍緊急以二倍量Clone-30疫苗滴鼻點眼免疫,同時使用抗生素和多維素治療;第3棟雞舍用抗病毒藥和抗生素及多維素治療5天。結果,第1棟雞舍第6天停止死亡,死亡率為5·5%;第2棟雞舍第7天停止死亡,死亡率為6·2%;第3棟雞舍到第8天時基本停止死亡,死亡率為10·3%。
4·1·3 抗傳染性法氏囊病病毒(IBDV) 李風華等(2004)〔6〕報道,某養雞戶飼養肉雞3065只,26日齡發生IBD,發病率60%,曾用囊病康、黃氏靈等中藥治療,效果不明顯,死亡率達12%,后來用干擾素注射,第2天死亡率降到2%,第3天停止死亡,治愈率98%。發生IBD后使用IFN的時間越早,效果越好;Mo等(2001)〔7〕報道,采用100LD50IBDV的超強毒株HK46感染38日齡的SPF雞8h后,再用0·2mg rGGIFN-α肌肉注射或分別用0·1mgrGGIFN-α進行肌肉注射和口服治療, 7天后,使用rGGIFN-α的雞可成活30%~50%,而未使用干擾素的雞群僅能成活10%。
4·1·4 抗禽流感病毒(AIV) 夏春等(2001)〔8〕克隆和鑒定了我國三黃雞干擾素基因,并用QIAexpressIV原核表達系在M15工程菌中表達了N′端含6個組氨酸(6-His)的融合蛋白。在雞胚實驗系中6His-rGGIFN-α抗禽流感病毒效果好。給予10000IU和100000IU 6His-rGGIFN-α組攻毒后48h仍無雞胚死亡。72h內對照組雞胚全部死亡,而100000IU單位組和500IU組的雞胚死亡率為30%,與5000IU組和10000IU組差異明顯(P<0·05)。在1日齡雛雞實驗系中6His-rGGIFN-α有較強抗禽流感病毒效果。各濃度6His-rGGIFN-α處理1日齡雛雞后,用AIV強毒攻擊后24h,僅10000IU組死亡1只,72h后,僅500IU組死亡1只,120h后給予6His-rGGIFN-α實驗組均無死亡;而PBS對照組累積死亡率為40%。
4·1·5 治療馬立克氏病(MD) 李風華等(2004)〔6〕報道,某戶飼養海蘭白蛋雞1·8萬只,126日齡發現部分雞精神萎靡,冠有些萎縮,發白,部分雞瘦弱,呈現劈叉狀,解剖見坐骨神經腫脹,為正常2倍左右,發黃,死亡率增加,臨床診斷為MD,用IFN按500只/瓶加白細胞介素-2(500只/瓶)肌肉注射,3天后雞群狀態好轉,康復較好。
4·1·6 抗弓形蟲 弓形蟲是世界范圍內分布的人畜共患寄生原蟲,其免疫機理以細胞介導免疫為主。IFN-γ是細胞介導免疫的重要免疫分子,不論是外源性IFN-γ,還是內源性的IFN-γ,都表現了強大的抗蟲效應〔9〕。諸多試驗證實,外源性的IFN-γ具有強大的抗感染效應,內源
性的IFN-γ在阻止弓形蟲增殖、促使休眠狀態弓形蟲包囊形成、防止包囊的活化突破等方面具有重要的作用。
4·2 干擾素基因工程研究進展
2001年江國托等依據雞IFN的發表序列,通過RT-PCR從感染雞新城疫病毒的免疫雞脾淋巴細胞誘導培養物及絲裂源刺激的雞脾淋巴細胞中獲得IFN cDNA。在pUC18質粒上進行分子克隆化之后,應用克隆化IFN基因構建原核表達質粒pBV200-IFN,在大腸桿菌中表達,獲得具有生物學活性的基因工程IFN〔6〕,在治療禽流感(AI)、雞新城疫(ND)、傳染性法氏囊病(IBD)、馬立克病(MD)、傳染性支氣管炎(IB)及傳染性喉炎(ILT)、雞痘(FP)等病毒病效果顯著,展現出了廣闊的應用前景。萬建青等(2002)〔10〕研究并應用豬重組干擾素γ(rPoIFNγ)預防和治療病毒性疫病,并克隆了大白豬PoIFNγcDNA、構建了畢赤酵母(因其具有原核表達系易發酵的優點,又具有安全、能正確加工等特點,廣泛用于人類重組蛋白的生產)表達rPoIFNγ系統;并且對表達產物進行了Westernblot分析及進行了rPoIFNγ抑制PRRSV增殖的實驗。結果表明,用rPoIFNγ處理豬肺巨噬細胞系Marc-145后,經細胞病變抑制法(CPE50)測定,rPoIFNγ可以抵抗藍耳病病毒(PRRSV)感染。即酵母表達的rPoIFNγ是有應用價值的抗病毒生物工程制劑。汪明等(2000)〔11〕克隆和測序了肉雞IFN-α基因并在大腸桿菌中進行了表達,此項研究為重組干擾素用作新型廣譜抗病毒生物制劑和免疫增強劑的開發奠定了基礎。程堅等(2000)〔12〕克隆和鑒定了雞IFNγ基因,并構建了共表達H9亞型禽流感病毒血凝素基因和雞IFNγ基因的重組雞痘病毒。
5 前景與展望
干擾素是細胞因子的一種。近年來,隨著對細胞因子研究的不斷深入和分子生物學技術的發展,大量的細胞因子得以克隆,許多細胞因子基因工程藥物面市,給治療畜禽疾病提供了新的手段,同時創造了巨大的經濟和社會效益。分子生物學的迅速發展,使干擾素的研究日益深入,特別是PCR技術的廣泛應用,極大地推動了獸用干擾素基因的研究。干擾素的進一步研究對加強我國畜禽傳染病防控的技術,推動畜牧業發展有極大的作用,對構建動物干擾素基因重組疫苗,提高其免疫效力、降低病毒載體毒性等方面有著重要的意義。
參考文獻:
〔1〕 侯云德,吳淑華·干擾素〔M〕·北京:北京人民衛生出版社,1981,33-39·
〔2〕 杜念興·獸醫免疫學(第2版)〔M〕·北京:中國農業出版社,1997,74-76·
〔3〕 孫圣蘭,等·干擾素的研究進展〔J〕·動物醫學進展,2002,23(6):39-41·
〔4〕 劉萬鈞,等·豬白細胞干擾素對豬流行性腹瀉病毒的干擾試驗〔J〕·中國獸醫科技,1998,26(6):22-23·
〔5〕 王玉東,等·禽用干擾素對新城疫弱毒疫苗的干擾作用〔J〕·山東家禽,2003,7:6-8·
〔6〕 李風華,等·家禽基因工程干擾素生物學作用及其在禽病防治中的應用〔J〕·山東家禽,2004,7:43-45·
〔7〕 Mo CW, YC, Lim BL·Thein vivo and invitro effects of chicken in-terferon alpha on infectious bursal disease virus and Newcastle dis-ease virus alpha on infection〔J〕·Avian Dis·,2001,45(2):389-399·
〔8〕 夏 春,等·一新亞型及干擾素基因的克隆與表達及其抗病毒活性〔A〕·揚州:第四屆中國畜牧獸醫青年科技工作者學術研討會論文集〔C〕,2001:163-167·
〔9〕 沙涌波,楊曉芳·重組牛干擾素γ對病毒性MDBK細胞病變的抑制作用〔J〕·中國動物檢疫,1998,15(2):10-11·
〔10〕 萬建青,等·畢赤酵母表達豬干擾素γ基因及其抑制藍耳病病毒效果〔J〕·生物工程學報,2002,18(6):683-686·
〔11〕 汪 明,等·肉雞IFN-α基因的克隆、序列分析以及在大腸桿菌中的表達〔J〕·農業生物技術學報,2000,8(4):377·
〔12〕 程 堅,等·雞γ干擾素基因的克隆與鑒定〔J〕·農業生物技術學報,2000,8(3):2,36· |
|