禽干擾素抗病毒機制及在家禽生產中的應用

陳曉雯，侯玉鳳，寧 揚，蔡巧利，宋 翔，謝全喜，谷 巍

（山東寶來利來生物工程股份有限公司山東省動物微生態制劑重點實驗室，山東 泰安 271000）

1957年，Isaacs等[1]在雞胚絨毛膜上研究流感病毒干擾現象時發現，被病毒感染的細胞可以產生一種能夠抵抗病毒感染和干擾病毒復制的因子，并將其命名為干擾素（interferon，IFN）。干擾素是細胞因子的1個家族，是抗病毒感染非特異性免疫的重要因素[2]。在病毒感染的早期反應中，干擾素上調數百個阻斷不同階段病毒復制的抗病毒基因，為適應性免疫反應提供足夠的發展時間[3-4]。

干擾素具有高度的動物種屬特異性。IFN的抗病毒活性在不同種屬之間可能存在著交叉，但差異較大[5-6]。禽干擾素（chicken interferon，ChIFN）是第1個被發現的干擾素[1]。隨著研究的不斷深入，IFN在豬[7-8]、犬[9-10]、魚[11]等動物中陸續被發現。然而，由于干擾素具有種屬特異性，許多用于哺乳動物IFN的研究方法不適用于ChIFN，導致ChIFN的研究相對滯后，尤其是在抗病毒機制及其在禽病毒性疾病防治中的應用方面。因此，文章就ChIFN進行詳細的概述，為ChIFN在動物病毒性疾病中的研究提供參考。

1 禽干擾素產生及分類

干擾素是一種在細胞內合成的分泌蛋白，分泌到細胞外發揮作用。與哺乳動物相同，根據序列同源性和受體特異性，ChIFN也可分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。3種類型的ChIFN在理化特性和生物學活性上存在明顯差異。

1.1 禽I型干擾素

ChIFN I可分為3種亞型，即ChIFN-α、ChIFN-β和ChIFN-κ。其中，對ChIFN-α和ChIFN-β兩種亞型的研究居多，其他亞型研究較少。ChIFNⅠ是在雞胚絨毛膜上研究流感病毒干擾現象試驗中首次發現的，最初被命名為IFN1和IFN2，之后根據哺乳動物干擾素的標準命名法改為IFN-α和IFN-β[1,4,12]。

ChIFN-α是多基因家族的成員，由雞Z染色體短臂上的無內含子的多拷貝基因編碼，ChIFN-α的分子量為19 kDa，其成熟蛋白中含有162個氨基酸，與哺乳動物IFN-α的同源性只有24%，但某些高度保守區域的相似性高達80%[13-14]。體內外試驗研究發現，ChIFN-α對多種禽病毒，如新城疫病毒（NDV）、傳染性法氏囊病病毒（IBDV）等具有顯著的抗病毒作用[15]。

與ChIFN-α不同，ChIFN-β是由無內含子的單拷貝基因編碼，其成熟蛋白含有176個氨基酸，分子量約為20 kDa，與ChIFN-α同源性為57%，但二者是明顯不同的細胞因子，因為抗ChIFN-α抗體不能中和ChIFN-β的抗病毒活性。此外，由于ChIFN-α和ChIFN-β與各自受體的結合親和力不同，ChIFN-α的抗病毒活性比ChIFN-β強[4,13,16]。

ChIFN-κ是一種新報道的具有抗病毒活性的ChIFNⅠ，是由單核細胞和角化細胞產生，由184個氨基酸組成。ChIFN-κ在Z染色體上的編碼方向與IFN-α和IFN-β的相反，與ChIFN-β的同源性僅為25.8%，顯著低于ChIFN-κ與來自不同哺乳動物和鳥類的IFN-κ之間的同源性[17-18]。ChIFN-κ在禽流感等禽類疾病中表現出較好的抗病毒作用[18]。

1.2 禽Ⅱ型干擾素

ChIFNⅡ由活化的T淋巴細胞和NK細胞產生，僅有一種亞型，即IFN-γ，以單一基因的形式存在于研究過的哺乳動物和鳥類中[4]。ChIFN-γ通過分離的雞脾淋巴細胞首次克隆得到，對熱和酸不穩定，而ChIFN I能夠耐受的酸處理[19-20]。ChIFN-γ的成熟蛋白中含有145個氨基酸，與哺乳動物IFN-γ的同源性≥30%，與ChIFNⅠ的同源性僅為15%[4,21]。IFN-γ的抗病毒活性比ChIFNⅠ弱，而在調節免疫應答、抗增殖活性方面的活性較強[4,221]。

1.3 禽Ⅲ型干擾素

ChIFNⅢ是2003年發現的新型干擾素，包括IFN-λ1（IL-29）、IFN-λ2（IL-28A）和IFN-λ3（IL-28B）和IFN-λ4四種亞型[22-23]。而在禽類中只存在1種亞型，即ChIFN-λ，是由Karpala等[24]于2008年從雞體內克隆首次鑒定發現的，推測其分子量為22 kDa。與Ⅰ和ChIFNⅡ不同，ChIFN-λ位于7號染色體上，由5個外顯子組成，通過與其他IFN-λ的同源性比較發現，ChIFN-λ與人IFN-λ2的同源性較高（81%）[4,25]。ChIFN-λ的抗病毒活性與Ⅰ型ChIFN相似，免疫調節功能與ChIFNⅡ相似，誘導機體產生多種趨化因子和調節因子[25]。

2 禽干擾素的作用機制

當干擾素與其細胞表面特定的受體結合時，激活信號通路，刺激多種效應蛋白質分子在細胞內合成，從而發揮抗病毒作用[4]。

2.1 禽干擾素的受體及信號通路

IFNⅠ與IFNAR1和IFNAR2結合，激活Janus激酶-信號轉導與轉錄激活子（janus kinase-signal transducer and activator of transcriptions，JAK-STAT）信號通路，使信號轉導因子和轉錄激活因子家族成員（STAT1和STAT2）發生磷酸化，磷酸化的STAT分子進一步與干擾素調節因子（interferon-regulatory factor 9，IRF9）結合形成刺激干擾素刺激基因因子3（ISGF3）復合體轉錄，入核與干擾素刺激應答元件（interferon-stimulated response elements，ISREs）結合，誘導一系列干擾素激活基因（ISGs）表達，從而保護細胞免受病毒感染[14,26]。然而，即使IFNⅠ的幾種亞型均與相同的IFNR1/IFNR2受體結合，但仍觀察到ISGs的差異表達，可能是由于它們與各自受體的結合親和力不同。IFNⅠ可以通過直接或間接作用于自然殺傷細胞（NK）、CD8+細胞毒性T細胞（CTLs）、樹突狀細胞（DCs）和B細胞來調節適應性免疫反應[27]。

IFNⅡ的受體復合體為IFNGR1和IFNGR2，主要通過激活JAK1與JAK2激酶，磷酸化STAT1，使其形成同源二聚體，入核并結合染色體上的IFN-γ活化位點（gammaactivated sequence，GAS）元件，從而激活相關基因轉錄。與哺乳動物IFN-γ相同，ChIFN-γ能夠激活巨噬細胞，增強TH1細胞的活性，增強MHCⅠ類和Ⅱ類基因表達增加，并誘導IL-12、一氧化氮和超氧物的產生，消除細胞內病原體（如病毒）[22,28]。

IFNⅢ的信號通路與IFNⅠ相似，其受體為IFN-λR1與IL-10R2形成的異二聚體，激活JAK-STAT信號通路，使STAT1和STAT2發生磷酸化，磷酸化的STAT分子進一步與IRF9結合形成ISGF3復合體轉錄，入核與ISREs結合，誘導一系列ISGs表達；然而不同的是，由于IFN-λR1主要分布在消化道、表皮、胃腸道等上皮組織中，導致IFNⅢ的表達范圍較小，具有局限性[24,27,29]。ChIFN-λ主要在上皮組織中發揮抗病毒作用。有研究發現，ChIFN-λ也可產生一氧化氮，但與ChIFN-γ相比水平較低[4,24]。

2.2 干擾素激活基因

IFN I和IFNⅢ的抗病毒作用均與ISGs相關。研究表明，大部分ISGs顯示多種抗病毒作用，是由多個ISGs共同作用，以防止、抑制或定位入侵病原體。

黏病毒抗性蛋白（Mx）是雞中研究最多的ISGs之一，它嚴格依賴IFNⅠ和IFNⅢ表達，但其抗病毒活性仍存在一些爭議[4,30]。Schusser等[31]研究表明，由于IFN對流感的抗病毒作用不依賴于雞體內的Mx，因此其他ISGs必須參與抗病毒反應。

雙鏈RNA依賴性蛋白激酶（PKR）能夠抑制病毒蛋白質合成。研究表明，雞PKR具有抗水泡性口炎病毒（VSV）感染的作用；除此之外，PKR還參與其他多種細胞過程，如細胞分化、代謝、增殖和凋亡[4,30,32]。

2,5腺苷酸合成酶（2,5-oligoadenylate synthetase，OAS）是1種IFN誘導酶，在雞體內有OAS-A和OAS-B兩個等位基因，OAS-B活性明顯低于OAS-A。在抗病毒活性方面，在哺乳動物或雞胚成纖維細胞中表達的雞OAS分別對WNV和牛痘病毒具有直接抗病毒活性[33]。

3 禽干擾素在家禽中的應用

3.1 抗病毒作用

研究表明，ChIFN對新城疫（NDV）、禽流感病毒（AIV）、傳染性法氏囊病病毒（IBDV）等表現出強大的抗病毒作用。研究顯示，ChIFN-α能夠使新城疫病毒（NDV）滴度下降，且口服給藥比肌肉注射的治療效果好[15]。Yang等[34]用ChIFN-γ誘導雞胚成纖維細胞在原代細胞中產生抗病毒環境，發現IFN-γ對NDV感染有顯著的抗病毒作用；此外，ChIFN-γ對IBDV感染有一定的抑制作用，且ChIFN-γ和ChIL-18聯合效果更好。王萌等[35]將ChIFN-α與滅活H9N2亞型流感病毒聯用，通過短期重復口服的方式免疫SPF雞，結果顯示，連續使用3~5 d ChIFN-α表現出較好的抗流感病毒能力。關于ChIFN-λ相對研究較少。有研究表明，ChIFN-λ能夠顯著抑制高致病性甲型流感病毒的復制[36]。

3.2 免疫調節作用

3種類型的ChIFN均具有免疫調節作用，其中ChIFN-γ的作用最強。ChIFN的免疫調節作用具有雙向性，少量ChIFN能發揮積極作用，而大量ChIFN則相反[37]。ChIFN-γ除了在抗流感病毒感染中發揮重要作用外，其誘導的前免疫狀態有助于減緩流感病毒的傳播[38]。Kwon等[39]研究發現，免疫功能低下的雞在感染AIV后vRNA表達水平升高，ChIFN-γ可以下調vRNA的表達水平。

4 展望

當前我國畜禽養殖業正處于從“高消耗、低產出”的傳統產業向“安全、生態、高效”的現代產業轉型升級發展的關鍵時期，隨著對禽流感等病毒感染的日益關注，干擾素等生物制品可以提供潛在的治療藥物，以保護禽類在最易受感染的時候免受病毒侵襲。