IFN-γ研究進展與臨床應用

李 靖 ，董文學 ，楊美盼 ，馬利鋒 ，康龍麗

（1.西藏民族大學醫學部高原相關疾病分子遺傳機制與干預研究重點實驗室，陜西 咸陽 712082；2.西藏民族大學醫學部基礎醫學院，陜西 咸陽 712082）

干擾素（Interferon）由英國病毒學家Alick Isaacs和瑞士研究者Jean Lindenmann在研究病毒的干擾現象時發現，他們在雞胚絨毛膜尿囊膜的培養液中加入流感病毒，發現產生了一類抗病毒物質，并命名為干擾素[1]。干擾素是細胞被病毒感染時產生的一類細胞因子，調控感染后固有免疫和獲得性免疫反應[2]。

國際干擾素命名委員會按干擾素的抗原特異性將其分為3型：IFN-α、IFN-β和IFN-γ，各型又因氨基酸序列的不同分為若干個亞型，IFN-γ可能有4個亞型[3]。IFN-α和IFN-β屬于Ⅰ型干擾素，為病毒或人工合成的聚核苷酸誘導白細胞產生，IFN-γ為特異性抗原（細菌、LPS）、PHA和卡介苗（BCG）等刺激T細胞產生。因此，干擾素γ（IFN-γ）作為干擾素家族的一員，也是一類多功能、活性高的細胞因子。

1 IFN-γ概述

1.1 IFN-γ的分子結構

ISG（干擾素基因）為編碼IFN-γ的基因，位于人類12號染色體（12q24.1），長6 kb，基因中包含3個內含子和4個外顯子。

IFN-γ由146個氨基酸組成，其活性形式為二聚體結構，由兩個完全相同的多肽鏈組合而成，多個內部螺旋（螺旋E、螺旋F）將兩部分緊密地連在一起，保持其生物學活性，并確保Ⅱ型干擾素與Ⅰ型干擾素有最低程度的同源性。不同于Ⅰ型干擾素的穩定性降低了其活性的特點，Ⅱ型干擾素二聚體的穩定性對保持蛋白生物活性起主要作用。

IFN-γ由7個α螺旋結構組成，沒有β折疊，且分子內部缺乏二硫鍵。IFN-γ至少包含4個亞型，不同亞型的結構共同點為：蛋白的36位上均含有一個色氨酸和4個酪氨酸，其中色氨酸在各型IFN-γ中具有很高的特異性；B螺旋結構末端位于隱藏的疏水區，由含有相同螺旋的29位苯丙氨酸、30位亮氨酸、32位異亮氨酸和34位亮氨酸構成[4]；起連接作用的F螺旋位于IFN-γ的羧基末端，與IFN-γ中α螺旋的桶狀核心形成60度夾角，這是IFN-α與IFN-γ在結構上的主要不同點之一。氨基端和羧基端的殘基起調節IFN-γ在各種免疫防御或監控中應答反應的作用，其中氨基末端殘基直接參與IFN-γ受體的結合，而羧基末端的完整性也對IFN-γ的生物活性起到關鍵作用。

1.2 IFN-γ的理化特性

IFN-γ分子量比較小，均在10萬以下，且體積小于病毒顆粒，可用高效液相色譜分離純化。IFN-γ的溫度耐受性：56℃下30 min即可被破壞失去活性，4℃中可以暫時保存，-20℃環境下可以長期貯藏。pH穩定性：IFN-γ在強酸下很不穩定，pH＜2時可被破壞。化學穩定性以及對各種酶的反應：因其不含核酸，所以不會被DNA酶或RNA酶破壞，但可以被各種蛋白酶（如胰蛋白酶）滅活。對有機化合物的穩定性：可以被乙醚、氯仿、酮基等有機化學物質破壞。IFN-γ不是球蛋白，雖然有免疫功能，但沒有特異性，因此是非特異免疫的重要組成部分[5]。

1.3 IFN-γ的來源

相比Ⅰ型干擾素，能夠產生IFN-γ的細胞類型較少。在獲得性免疫中，激活的T細胞（尤其是CD8+T細胞）是IFN-γ的主要來源，而NK細胞和NKT細胞是固有免疫中產生IFN-γ的主要細胞類型[6]。此外，近期的許多報道指出，巨噬細胞、T細胞和樹突狀細胞等在特定環境中也可以產生IFN-γ[7]。

干擾素誘導劑是一類作用于人體后，可以激活干擾素基因，促使細胞產生干擾素的物質的統稱。常見的干擾素誘導劑有：病毒、細菌及其產物、致裂原（絲裂原）、特異性免疫誘導。此外，多種細胞因子、胞內致病原蟲等也可誘導機體產生干擾素。

1.4 IFN-γ的產生機制

各型干擾素產生的過程大致相同，均由上述誘導劑作用于免疫（或部分非免疫）細胞后，經過多級信號轉導激活基因，并經多種因素調節基因表達后產生。但不同于Ⅰ型干擾素由病毒等致病因素直接誘導產生，IFN-γ是抗原提呈細胞或早期反應細胞因子激活細胞上的受體后產生的，屬于免疫反應中第二批細胞因子。

多種細胞因子單獨作用或相互結合可以誘導T細胞、NK細胞產生IFN-γ。這些細胞因子均為病毒等因素誘導免疫細胞產生，在免疫早期就已合成，IL-1、IL-2、IL-12、IL-15、IL-18、IL-21、IL-23、IL-27、IFN-α/β 都可以誘導 IFN-γ 表達。這些細胞因子大多由巨噬細胞和抗原提呈細胞產生，它們經過各種轉運途徑到達細胞膜，與細胞上的受體（包括TLR2受體等）結合，受體蛋白經過變性等激活過程，激活下游Janus激酶（JAK）及STAT等信號通路[8]。不同細胞因子激活的信號通路有所不同，這些通路將信號傳導至IFN-γ的編碼區，位于IFN-γ基因編碼區5’端近側和遠側均存在調控元件，它們上面結合的不同的轉錄因子（如 NF-κB、NFAT、Stat、T-bet、AP-1、CREB-ATF、GATA-3）被激活后，共同作用引發IFN-γ表達，并對轉錄和翻譯過程進行調節[9]。IFN-γ的產生不僅受轉錄水平的調節，同時還受轉錄后水平控制，使其表達更精確高效，但其合成過程可被l-α，25-二羥基維生素D3，地塞米松和環孢霉素（Cyclosporin A）抑制。

誘導IFN-γ產生的最主要的細胞因子為IL-12，它不僅可以誘導NK細胞和T細胞產生巨大數量的IFN-γ，還同時增強Th1細胞對胞內原蟲和細菌感染的反應[10]。IL-12與其他細胞因子相互作用可發揮強大的作用，當其和IL-18共同作用于T細胞時，可以在沒有抗原刺激的情況下誘導IFN-γ表達，但其機制尚不明確[11]。IL-18激活了NF-κβ，而其他細胞因子大多激活Stat蛋白，Stat家族蛋白質可以引起轉錄因子T-bet表達。在CD4+T細胞中，T細胞受體（TCR）與抗原提呈細胞產生的主要組織相容復合物Ⅱ/抗體的復合物結合，復合物激活受體后，在Stat4和T-bet的協同作用下激活NFAT，引發IFN-γ表達。在CD8+T細胞中，TCR與MHCⅠ/抗體復合物結合并被活化，而下游信號通路NFAT的激活不需要Stat4和T-bet輔助。

2 IFN-γ的生物學活性

干擾素是在某種因素誘導下，由干擾素刺激基因調節釋放的，有抗病毒、抗腫瘤、調節免疫功能等作用的糖蛋白。（1）廣譜抗病毒作用。干擾素家族均有抗病毒的作用，由干擾素作用于相應細胞使其產生抗病毒蛋白，從而阻斷病毒基因復制，且一種病毒引起細胞產生的干擾素對多種病毒均可起到殺滅作用。IFN-γ抗病毒作用具有種屬特異性，當其作用于產生干擾素的同種細胞時，可以產生較強的抗病毒效應，比IFN-α和IFN-β的種屬屏障強。（2）抗腫瘤作用。IFN-γ可以抑制細胞分裂增殖，抑制腫瘤發生發展。其對腫瘤細胞的親和力遠大于與正常細胞間的活性，有一定的選擇性和特異性。IFN-γ延長腫瘤細胞的細胞周期，主要作用于GI期，使其增殖時間延長，從而延緩病程。IFN-γ作用于細胞后，可抑制原癌基因的激活和表達，從而阻止正常細胞向癌細胞轉化，減少癌細胞產生；發揮免疫調節功能，增強巨噬細胞等的免疫監視功能，早期發現并清除癌變細胞；增強NK細胞和巨噬細胞的作用，提高吞噬能力；對腫瘤細胞進行修飾，抑制抗體釋放，阻止其免疫逃逸，同時介導細胞表面表達特異性抗原，可被免疫細胞識別并與其上受體結合，介導殺滅腫瘤細胞；刺激細胞分化，從而阻止其分裂倍增，降低腫瘤的損害。與IFN-α相比，IFN-γ的抗腫瘤作用較弱。（3）免疫調節作用。干擾素家族中，IFN-γ具有強于IFN-α和IFN-β的調節免疫作用，可以提高機體免疫功能，但和某些細胞相互協同也可以起免疫抑制作用。在細胞免疫過程中，大劑量IFN-γ起抑制作用，而小劑量可以產生促進作用。在體液免疫中，小劑量IFN-γ主要發揮抑制抗體產生的作用，對胸腺依賴性抗原（TD-Ag）和非胸腺依賴性抗原（TI-Ag）的抗體形成均可發揮抑制作用，且比IFN-α和IFN-β的作用強10～100倍。其調節免疫的功能主要通過激活巨噬細胞、NK細胞等來實現。（4）抗入侵微生物作用。介導巨噬細胞等特異和非特異性免疫細胞產生毒性物質，如過氧化氫、一氧化氮等，殺滅侵入人體的細菌、真菌、原蟲等微生物，防止其進入細胞或在細胞內繁殖。此外，IFN-γ還有黏附和促生長分化等作用。

3 IFN-γ的作用機制

IFN-γ通過自分泌、旁分泌或內分泌的方式，到達相應細胞，并與靶細胞上的IFN-γ受體結合，使受體的化學構象發生改變，產生活化信號，此信號被傳遞給下游的一類起銜接作用的蛋白，經特殊結構域傳導，激活信號到達蛋白激酶，對轉錄因子進行磷酸化或甲基化修飾，從而使轉錄因子具有活性，并從胞質內轉移到胞核內，與基因片段結合，激活IFN-γ效應基因，調節干擾素產物的轉錄翻譯過程。產物合成后在胞內或被排出胞外，發揮生物學效應。

3.1 IFN-γ受體

與大多數細胞因子和生長因子相同，IFN-γ的活性依賴于特殊的細胞表面受體與JAKs和STATs相互作用。IFN-γ與直接受體結合，該過程與干擾素樣細胞因子IL-28A、IL-28B、IL-29相似。

IFN-γ的受體在人體內廣泛存在，除成熟紅細胞外，人類細胞幾乎均存在IFN-γ受體。但在單核細胞中的分布更多，可證明其為IFN-γ的主要靶細胞。IFN-γ結合在由IFNGR1和IFNGR2兩個亞單位組成的糖基化的異質二聚體受體上，該受體為跨膜結構，胞外部分大致為229個氨基酸長度，跨膜部20個氨基酸，而胞內長為222個氨基酸。受體的兩個亞單位在沒有配體結合的情況下是不相連的，其中IFNGR1直接與IFN-γ結合，IFNGR2為輔助亞基，而IFN-γ的作用起始于由受體的胞漿區觸發的活化信號。

3.2 下游信號轉導

IFN-γ受體的胞內段與JAKs和STATs結合后，Jak2發生自我磷酸化，將磷酸基團轉移給Jak1，同時募集較多STATs，使其聚集在細胞膜內側，并在Jak1磷酸化酪氨酸后形成的結合位點上進行STAT1的磷酸化，而STAT1-STAT1同源二聚體可以直接結合IFN-γ啟動子的γ干擾素激活序列，激活效應基因的轉錄。許多IFN-γ的作用產物為轉錄因子，其被轉錄翻譯合成后，又啟動了下一輪信號轉導，引起更多轉錄調節。

STAT1抗病毒作用為由轉錄合成抗病毒蛋白AVP，同時使被病毒感染的細胞表達病毒抗原，促進機體免疫系統殺傷、清除病毒及其寄生細胞。AVP由蛋白激酶、2’-5’腺嘌呤核苷合成酶和磷酸二酯酶組成[12]，細胞受到病毒侵襲時，這些酶被激活，抑制病毒蛋白生物合成，即抑制病毒mRNA復制合成，從而減慢病毒在細胞內的增殖速度。此外，IFN-γ還能阻止病毒和細胞結合，阻止病毒穿入胞內、抑制病毒裝配與釋放。

4 IFN-γ的臨床應用及前景

4.1 IFN-γ的臨床應用

IFN-γ在慢性肉芽腫和惡性骨硬化病的治療中發揮重要作用。而IFN-γ在我國已獲批成為治療類風濕性關節炎的藥物。IFN-γ通過抑制破骨細胞生成以及骨的再吸收，治療惡性骨硬化病。實驗證明，每周注射一定量IFN-γ可以大幅度降低慢性肉芽腫病人的感染率。IFN-γ可在自身免疫性疾病中發揮免疫調節作用，從而達到治療類風濕性關節炎的目的。

此外，IFN-γ還可以應用于先天性肺纖維化的治療，可能與其可以治療病理性瘢痕有關，在美國已開始臨床試用。IFN-γ也可以用于肝細胞癌（HCC）切除術后和消融術后，以預防復發。IFN-γ釋放試驗對兒童結核病和結核潛伏期感染有幫助，可以彌補接種過卡介苗引起的PPD試驗結果不準確的缺陷[13]。

4.2 IFN-γ的副作用

大多數治療中，藥物的副作用限制了其用量和濃度，IFN-γ也不例外。雖然很多副作用在干擾素投入使用之初就已經被發現，但其機制尚未明確。許多病人對控制腫瘤和治療病毒感染的必需劑量不能耐受。

干擾素共同的不良反應為淋巴細胞減少和輕微的注射部位反應。淋巴細胞減少是由于IFN-γ對細胞產生、循環、增殖過程的抑制作用，一旦停用癥狀即可消失。注射部位反應表現為注射部位紅斑及疼痛。相關報道顯示，IFN-α的不良反應，也可發生于IFN-β和IFN-γ的應用過程中。在IFN-γ使用過程中，幾乎所有病人均會出現流感樣癥狀，即頭痛、發熱、心悸、疲乏、寒戰、惡心、肌痛、背部和關節疼痛，少數病人還會出現厭食、焦慮、抑郁等精神癥狀。有研究發現，將IFN-γ注射到腫瘤和病毒感染組織局部，可極大提高其利用效率。

4.3 IFN-γ的應用前景

實驗證明，IFN-γ可以協同間充質干細胞發揮免疫抑制作用[14]，而間充質細胞可以有效促進造血干細胞移植，提高成功率，減少移植物抗宿主病。根據此實驗結果，可以試用IFN-γ協同免疫抑制，提高治療效果。

IFN-γ基因組啟動子的單核苷酸多態性可以證實IFN-γ可提高慢性粒細胞白血病對伊馬替尼的敏感性，因此 可以嘗試將IFN-γ協調伊馬替尼應用于慢性粒細胞白血病的治療中，加強伊馬替尼的作用[15]。

許多研究證明，某些micro-RNA可以通過影響TIRs和TLR信號通路上NF-κB等的表達，直接影響疾病的發生，如非酒精性脂肪肝、類風濕性關節炎[16]，這些通路也是IFN-γ產生和調節的重要通路，通過對IFN-γ等該通路上的關鍵物質進行限制或調節，為疾病的進一步研究與治療提供更多可能。

在神經母細胞瘤的治療過程中，IFN-γ可以明顯提高TRAIL（腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體）對神經母細胞瘤細胞sH-SY5Y的敏感性，其發生機制可能是通過IFN-γ上調Caspase-8-mRNA的表達而實現的[17]，IFN-γ同時增強細胞毒類藥物對神經母細胞瘤的誘導凋亡作用[18]。在大腸癌、骨肉瘤、肝癌的治療過程中，IFN-γ能通過調節TRAIL及其受體的表達促使腫瘤細胞凋亡。卵巢癌治療過程中，IFN-γ可以在核酸和蛋白水平下調卵巢癌細胞分泌內皮細胞生長因子（VEGF），而卵巢癌高表達VEGF與其不良預后相關，所以IFN-γ可以改善疾病預后[19，20]。IFN-γ在喉癌治療過程中發揮的作用與卵巢癌相同，即抑制其分泌內皮細胞生長因子[21]。

IFN-γ是一種生物活性強、作用范圍廣的細胞因子，在各種技術支持下，一定可以更廣泛地應用于疾病的治療。