09级临床一班 周丽娟 20095111125
干扰素简介
摘要：干扰素（IFN）是一种广谱抗病毒剂，并不直接杀伤或抑制病毒，而主要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，从而抑制乙肝病毒的复制；同时还可增强自然杀伤细胞（NK细胞）、巨噬细胞和T淋巴细胞的活力，从而起到免疫调节作用，并增强抗病毒能力。干扰素是一组具有多种功能的活性蛋白质（主要是糖蛋白），是一种由单核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、影响细胞生长，以及分化、调节免疫功能等多种生物活性。关键字：发现、合成、效用机制
一、干扰素的概念及发现
干扰素是目前临床上应用非常广泛的药物，也是人类对抗病毒尤其是病毒性肝炎（包括乙型肝炎和丙型肝炎）的重要武器。如同疫苗、青霉素等的出现一样，干扰素的发现也是在人类同病毒的战斗中一次伟大的突破。
50年代之前由病毒造成的传染病大流行严重影响了人类的健康，仅1918年的一次全球爆发的流感大流行就造成了4千万人的死亡，此外天花、麻疹、脊髓灰质炎等病毒引起的传染病也是非常流行，然而，人类一直没有找到一个象对抗细菌感染一样对抗病毒的有力武器，索性当时免疫学的发展促成了人类疫苗的研制成功，通过疫苗人们成功的抵御住了天花、麻疹、脊髓灰质炎的侵袭，然而，对于流感病毒感染却一直没有取得很好的突破，由于流感病毒容易变种的原因，流感疫苗一直未能研发成功，但仍有很多科学家在不遗余力的进行着流感病毒疫苗及其免疫接种等相关的研究。
在这种情况下，在1957年Alick Isaacs 和Jean Lindenmann在进行流感病毒试验时发现鸡胚中注射灭活流感病毒后发现出现鸡胚细胞膜中生成了一种物质，这种物质具有“干扰”（英文：interfere）流感病毒感染的作用，当时Isaacs就将这种物质称之为“interferon”，也就是我们说的干扰素。1957年之后，Isaacs在伦敦国家医学研究院继续从事干扰素相关研究，而且后续很多围绕干扰素进行研究并取得一定成就的专家都有与Isaacs共事或在在Robert M. Friedman（Mill Hill）学习的经历，从这个意义上讲，Isaacs可谓是干扰素之源。
之后，Robert M. Friedman来到Robert M. Friedman的研究室，两人继续对干扰素的研究。在此期间，Friedman发现干扰素在动物体内产生于病毒感染的部位，并确定动物之所以能从病毒感染中恢复也是由于干扰素的作用。并在1966到1971期间，发现干扰素对病毒的抑制作用主要是干扰素干扰了病毒信使RNA功能，而抑制了蛋白的合成。之后干扰素抗病毒作用的作用机理才被逐渐展开。
在干扰素50年的早期发展历程上另外一个重要人物就是Derek C. Burke。Burke毕业于美国耶鲁大学，在其毕业之后，受Isaacs的建议，进入Mill Hill的国家卫生研究院协助他一起进行干扰素的研究。当时人们对干扰素的热情正处于高涨时期，很多学者已经在考虑如何将干扰素转化为实际应用。当时人们就在设想是否会有希望将干扰素发展成为一个对抗病毒感染的抗生素。而且在50年代的英国还盛传着另外一个关于盘尼西林的故事——盘尼西林由英国人发明，传到了美国进行了工业化生产并注册了版权。因此很多英国学者就不希望在干扰素领域再发生这样的问题，因此，很学者包括Derek C. Burke把精力投入到干扰素的生产流程的研究，也的确在1980左右实现
了通过人类白细胞进行干扰素量化生产，虽然这种生产方式无法与基因技术出现后的生物工程生产方式相比，但对干扰素从实验室成功的走向临床却是有着非常重要的意义。
以下为干扰素50年发展大事记
1957年 科学家从流感病毒的鸡胚试验中发现干扰素 1960年 从人体血细胞中纯化出干扰素
1969年 证实干扰素可以抑制动物的肿瘤生长 1975年 纯化人类白细胞干扰素
1986年 基因工程技术使干扰素得以大规模生产 1986年 干扰素α被用于毛细胞白血病的治疗 1991年 FDA批准干扰素α用于治疗丙肝
1992年 FDA批准干扰素α用于治疗乙肝，使其成为治疗乙肝的第一个药物 1993年 FDA批准干扰素用于治疗多发性硬化
2002年 FDA批准聚乙二醇干扰素α-2a用于丙肝的治疗 2005年 FDA批准聚乙二醇干扰素α-2a用于乙肝的治疗
二、干扰素的合成及作用机制
干扰素的合成
干扰素是由病毒和其他种类的干扰素诱导剂，刺激网状内皮系统（人体免疫系统的一种）、巨噬细胞、淋巴细胞以及体细胞所产生的一种糖蛋白。这种蛋白具有多种生物活性，包括抗增殖、免疫调节、抗病毒和诱导分化作用。根据来源和理化性质不同，可将干扰素分为α、β、γ三种类型。
细胞在未受到刺激的时候并不产生干扰素，病毒的感染是产生干扰素的最主要原因，其它因素如细菌、支原体等感染也可以在某些细胞中产生干扰素，尤其是单核吞噬细胞，一些低分子量的化合物也可以在动物体内诱导干扰素产生。
对干扰素合成的调控发生在转录和翻译水平。转录水平的调控涉及对基因的去抑制和激活新的转录因子；转录后的调控主要是稳定干扰素的信息RNA。蛋白质合成抑制剂可以使干扰素mRNA合成增加，称为超诱导，可能是因为阻断了与干扰素同时诱导的抑制蛋白的合成，导致干扰素的合成量增加。而β干扰素基因的诱导需要一个trans 作用因子，这个因子又可以被干扰素诱导，这就解释干扰素作用于细胞后的引动现象(priming)，也就是低浓度的干扰素预处理细胞可以提高干扰素的产生。
对调控α干扰素和β干扰素转录的cis和trans 成分进行了大量的研究表明，这是一个涉及到正向和负向调控的复杂机制。如人的β干扰素基因的调控区含有4个正调控区域(PRDI~IV)和一个负调控成分(NRE)，它们在结构上是重叠的。通过细胞转录因子作用于该调节区域调节β干扰素基因表达。转录因子IRF-1和IRF-2可以识别和结合PRDI元件，但IRF-1的结合作用能够促进β干扰素基因的转录，IRF-2则β干扰素基因的转录起抑制作用。
结合到PRDI片段的另一个蛋白质是PRDI-BF1，这种蛋白质不属于IRF-1家族，是β干扰素基因的抑制子，它可由病毒感染诱生。PRDII结合到NF-kB 转录因子，这种因子也可被双链RNA激活。 不过NF-kB 转录因子通过作用于PRDII部位来激活β干扰素，尚需要另外一种蛋白质--HMGI(y) ，它具有促进转录活化因子-2(ATF-2)的活性，并使后者进一步结合和作用到PRDIV成分上 。因此β干扰素的转录起始或许是由多种蛋白质复合物参与的复杂过程，其中很多成分均可以被双链RNA或病毒感
染激活。与PRDII部分重叠的有一个11bp的负调控成分(NRE)，对PRDII起静止子作用。
γ干扰素的诱导合成主要限于T淋巴细胞和NK细胞。凡是能够促进T细胞活化的物质均可以诱导γ干扰素的合成，一些抗原也可以刺激机体产生γ干扰素，病毒感染也可以刺激淋巴细胞产生γ干扰素，但不清楚这种诱生是通过IL-2介导的或是特异性抗原诱导的。非特异性T淋巴细胞激活剂如PHA和半刀豆球蛋白亦可以刺激γ干扰素的产生。 γ干扰素诱导的调控主要发生在转录水平，在γ干扰素基因5，端非编码区和内含子中均有DNA酶I的敏感部位， γ干扰素基因在淋巴细胞的表达也有正向和反向两种调控机制，而具体细节不清楚。
干扰素的抗病毒作用原理
干扰素活性的发挥首先要结合到细胞膜的特异性受体，才能起始信号的传导，诱导功能基因的表达。 α干扰素和β干扰素结合相同的受体， γ干扰素的受体则不同。 α干扰素和β干扰素的受体基因位于第21对染色体上；人的 γ干扰素的受体α(IFN-γRα)基因位于第6染色体上，人的 γ干扰素的受体β (IFN-γRβ)基因位于第21染色体上。 γ干扰素与IFN-γRα和IFN-γRβ结合导致两种蛋白质酪氨酸激酶结合并磷酸化，进而刺激核内转录因子，起始特殊蛋白的合成，并产生相应的生物学活性。
虽然对干扰素的抗病毒原理已经研究较长时间，但是对大多数病毒的确切机制仍然不十分清楚，仅了解一些普遍的特征，有待于进一步研究，具体表现在以下几个方面。首先，干扰素诱生的不同蛋白质介导不同的抗病毒机制；其次对不同的病毒，作用途径也不一样；第三，可作用在病毒繁殖周期的一个或多个步骤，包括吸附、侵入、脱衣壳、转录、翻译、基因组复制、装配和释放，主要取决于病毒的性质和感染的细胞类型。比较清楚的是干扰素诱导的基因产物抑制粘病毒科和小RNA科的复制。
对于干扰素在病毒繁殖周期中所发挥作用的研究结果发现，对VSV的抑制作用在转录和翻译水平；对脑心肌炎病毒主要是使翻译产物和稳定状态的病毒mRNA含量降低；对于反转录病毒的影响有两步，整合前的早期DNA合成以及整合后病毒的装配和释放；在DNA病毒中，干扰素抑制SV40病毒感染的早期，抑制痘苗病毒的RNA代谢，而使单纯疱疹病毒的早期基因激活和成熟颗粒释放均受影响。干扰素对一些病毒复制的抑制作用的具体情况见下表。
干扰素可以诱导细胞产生两种抗病毒翻译途径，这两种途径都需要病毒中间产物双链RNA的参与。其中一种抗病毒翻译途径是通过2，-5，寡核苷酸合成酶和RNase L来降解病毒的mRNA的；另一种途径则借助蛋白激酶PKR，阻断病毒翻译的起始。
(1) 2，-5，寡核苷酸合成酶[2-5(A)]和RNase L途径，这一系统主要有3种重要作用的酶起作用： 2-5(A)合成酶、RNase L和磷酸二酯酶。
在受到双链RNA激活的情况下，酶促ATP多聚化，形成不定长度的寡核苷酸 2-5(A)，而2-5(A)又能活化细胞中处于潜伏状态下的RNase L，后者被活化可切割单链RNA，包括病毒的mRNA，因此，通过干扰素诱导的2-5(A)合成酶和RNase L途径，抑制病毒蛋白质的合成。但是大多数干扰素处理的细胞中产生的2-5(A)很不稳定，会迅速被降解，这是通过一种2，-5磷酸二酯酶的作用，有人观察到干扰素处理的细胞，这种酶的活性水平升高2~4倍。 2，-5，(A)合成酶按其分子量的大小分成三组，它们分别由IFN诱导的3组基因编码，最小的一组2，-5，(A)分子量在40~46KD之间，其中的一部分同功酶由同一基因转录本经过不同拼接而翻译合成，另一部分同功酶则由不同基因编码；中等大小的2，-5，(A)合成酶是单一基因的转录本经拼接形成的不
同mRNA编码合成，其分子量在69KD左右，由高度同源的两个40KD亚基组成，且均被十四烷基化；大的2，-5，(A)合成酶分子量大约100KD，它被激活所需的双链RNA浓度较其它2-5(A)合成酶低。另外小的2-5(A)合成酶以四聚体的形式行使功能，中等2-5(A)合成酶以二聚体形式行使功能，而大的2-5(A)合成酶则以单体行使功能。 (2)双链RNA依赖性蛋白激酶(PKR)：干扰素诱生的双链RNA依赖性蛋白激酶(PKR)又称为P68激酶。双链RNA激活PKR导致其本身在丝氨酸和苏氨酸残基处磷酸化，已知PKR的唯一生理底物是翻译起始因子elL-2的α亚单位，磷酸化的elL-2不能再循环为翻译重复使用，因此，导致细胞和病毒的蛋白质合成抑制，这是因为真核病毒和宿主细胞多肽链的合成都需要elL-2作为起始因子。PKR除了存在于干扰素诱导的细胞外，它还可以出现在许多未经IFN处理的细胞中，并参与其他细胞功能的调控，一些研究表明PKR是一种抑癌基因编码的抑癌蛋白，一旦PKR的抑制因子P58过度表达，就会引起细胞转化。
(3)Mx蛋白：已经证实小鼠干扰素引起的抗流感病毒状态是通过宿主的Mx基因控制的。干扰素诱导Mx基因的表达，产生75KD的蛋白质。 α干扰素和β干扰素均可以诱导这种蛋白质的合成，并积聚在细胞核内。在人细胞内， α干扰素可诱导相似的86KD蛋白质，积聚在细胞浆中。实验结果表明， Mx蛋白抑制流感病毒繁殖是作用在转录水平，此外，它还能抑制VSV的复制。 Mx蛋白可与GTP结合，具有内在的GTP酶活性，是其抗病毒作用所必需的。
(4)干扰素诱生的其它蛋白
虽然干扰素在细胞水平的抗病毒作用主要是细胞内的抗病毒蛋白质的作用，但在机体内还有其它的机制参与，具体表现在以下方面：
干扰素增强机体的抗病毒免疫反应可以通过溶解病毒感染的靶细胞；
α、β和γ干扰素都可诱导多种细胞表达I型MHC，γ干扰素还可诱导II型MHC表达，有助于免疫细胞识别被病毒感染的细胞，增强细胞毒性T细胞的抗原特异性溶细胞作用；在某些细胞还可以诱生蛋白酶小体和渗透酶，参与病毒肽的降解和运输；γ干扰素介导的对痘苗病毒和I型单纯疱疹病毒的抑制与γ干扰素诱生的氧化氮合成酶产生氧化氮有关。
尽管α/β和γ干扰素结合到细胞表面上的不同受体，但它们与受体结合所激活的信号传导途径是部分重叠的，这就解释了为什么许多基因既可以被α/β干扰素激活，又可以被γ干扰素激活，也可以解释为什么这些结构完全不同的分子在功能上却如此相似。
由于IFN诱导基因转录激活的信号传递途径与许多激素不同，它没有小分子的二级信使在之间起作用，取而代之的是与受体相关的酪氨酸激酶，这主要源于IFN受体本身缺乏激酶活性 ，所以它必须借助于胞质中与其连接的酪氨酸激酶，才能完成信号传递。IFN通过IFN受体和相应的酪氨酸激酶作用，使特定胞质的酪氨酸磷酸化，这类胞质蛋白称为信号转导及转录活化蛋白(STAT)，STAT经过磷酸化而被激活，移位到细胞核，同IFN诱导基因的顺式作用序列结合，继而启动基因转录。
大部分IFN-α/β诱导的基因转录，依赖于其诱导基因5，端恻翼有一段干扰素刺激应答元件(ISRE)，该顺式作用序列是基因转录的增强子； 与IFN-α/ β不同的是，IFN-γ所诱导的基因有着各自不同的顺式作用元件(GAS)。
α/β干扰素与其受体的结合导致主要的酪氨酸激酶TKY2和JAK1的酪氨酸磷酸化。这两种磷酸化的激酶又使3种STAT蛋白P113、P91、P84(ISGF-3α—IFN诱导基因刺激因子)的酪氨酸磷酸化，磷酸化的STAT蛋白和P48(ISGF—3γ)结合并转位到核内，形成ISGF-3的复合物，它们结合到CIS元件的ISRE上，大多数的α、β干扰素诱导
的基因都有这种元件。
γ干扰素与其受体的结合导致JAK1和另一种酪氨酸激酶JAK2的酪氨酸磷酸化，它们又使得STAT蛋白P91磷酸化，磷酸化的P91形成二聚体，转位到核内，结合到γ干扰素诱导的大多数基因所共有的GAS元件。
三、干扰素的应用
由于干扰素在病毒感染的天然抵抗力方面起重要作用，很早科学家门就认为干扰素是一种非常有希望的抗病毒药物，并在恶性肿瘤治疗方面有良好的应用前景，因此有力地推动了干扰素的研究进展。至80年代初期，已经开发出几种干扰素用于临床试验，后来发现在实际应用过程中发现干扰素在治疗病毒感染方面具有局限性，其中一个局限性就是与干扰素的给药的时间有关，一般来说，干扰素在感染前或感染的早期用药最有效；另一个局限性是机体全身用药所需的大剂量干扰素引起不良反应，所以，干扰素还不能常规用于许多常见病毒感染的预防或治疗，但是干扰素在以下几个方面的病毒性疾病中取得可喜的结果：
1)α干扰素用于治疗由乙型肝炎或丙型肝炎病毒引起的慢性活动性肝炎效果是肯定的，长期给予α干扰素能使相当一部分接受治疗的病人体内病毒减少，并使血清转氨酶正常。
2)α干扰素治疗乳头瘤病毒引起的生殖器疣也是有效的，局部注射β干扰素能使病灶明显缩小。
3)干扰素治疗呼吸道感染也是有效的。YIE等用重组的α1干扰素治疗54例呼吸道合胞病毒引起的小儿肺炎，结果症状明显缩短。
4)干扰素也可以治疗非病毒性疾病，尤其是肿瘤。在美国，重组α干扰素已被批准用于治疗毛细胞性白血病和爱滋病有关的卡波西肉瘤。参考文献：
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[VIP专享]免疫论文：干扰素简介
