鱼类干扰素系统的研究进展

中国水产门户网报道摘 要 干扰素系统包括分泌合成干扰素的细胞系以及受干扰素作用的细胞系，是机体对抗病毒感染的一道重要防御系统。干扰素系统也存在于鱼类，而且鱼类细胞的抗病毒机制与哺乳类动物相一致。干扰素通过结合到细胞膜上的干扰素特异受体，依赖酪氨酸激酶和STAT蛋白构成的Jak-STAT信号途径将细胞膜信号迅速传至细胞核，与存在于干扰素诱导基因的干扰素刺激反应元件结合，促进干扰素激活基因的表达，编码合成数种抗病毒蛋白，来控制病毒某些蛋白的合成，从而达到抗病毒感染的目的。本文对当前鱼类报道中的鱼类干扰素系统及其抗病毒机制的研究进展作以综述。
关键词 鱼类 干扰素系统 干扰素激活基因 抗病毒蛋白
    干扰素系统是机体对抗病毒感染的一道重要防御系统，它与细胞免疫、体液免疫及其他非特异性免疫协同作用抵抗病毒的侵染。包括分泌合成干扰素的细胞系以及受干扰素作用的细胞系，即指所有病毒感染等外部刺激后能激活干扰素合成的细胞和对干扰素的作用发生反应并建立抗病毒状态的细胞。近年来的研究表明，干扰素系统也存在于鱼类。首先，干扰素与细胞膜上的干扰素特异性受体结合，依赖Jak-STAT这一信号途径，合成干扰素激活基因因子(ISGF-3)，使得细胞膜信号迅速传至细胞核，再与干扰素刺激反应元件(ISRE)结合，促进干扰素激活基因(ISG)的表达，从而抑制某些病毒蛋白的合成，以达到抗病毒目的。

1 鱼类干扰素

干扰素(IFN)是机体细胞在病毒感染，或者受核酸、细菌内毒素、促细胞分裂素等的作用下，由受体细胞分泌的一种具有高度生物学活性的糖蛋白，具有抗病毒、抗肿瘤、免疫调节等生物学功能。在哺乳类，IFN可分为IFNα、IFNβ、IFNγ三种类型。IFNα和IFNβ被归类为I类IFN，IFNγ称为II类IFN，两类IFN有不同的细胞起源，并介导一系列不同的活性。鱼类IFN 可分为两类：①耐酸(pH值为2时稳定)，耐热，由病毒或dsRNA等诱导，性质与哺乳动物I型IFN相似；②不耐酸，不耐热，由白细胞、T细胞或巨噬细胞产生，有丝分裂素等诱导，与哺乳动物II型IFN 相似。鱼类IFN的pI为5.4～7.1；分子量介于16～94ku；对胰蛋白酶敏感；抗RNase、DNase；具糖蛋白性质。鱼类IFN在同种细胞上，具有广谱抗病毒活性，对鱼类和非鱼类病毒、RNA和DNA病毒都有抑制作用，且不需要任何抗体反应或免疫成分参与，因此其抗病毒作用越来越受到重视。鱼类干扰素的研究起步虽晚，但进展快，国外曾报道过黑头软头鲦、虹鳟和牙鲆等鱼类产生IFN的研究，国内也在草鱼性腺细胞中检测到IFN 因子。最初，wilson 等发现了与HuIFNβ同源的基因；1998年Chinchar等，从斑鮰中检测到鱼类IFNγ，其性质类似于哺乳Ⅱ型干扰素；1993年Tamai等克隆到了牙鲆干扰素cDNA，与哺乳动物I型IFN有12%～24%的同源性；2003年，Altmann等克隆出一个与鸡干扰素基因同源性很高的斑马鱼基因DrIFN，并证明其能够诱导激活抗病毒基因Mx的启动子，能诱导细胞的抗病毒状态；同年，Stephen等也报道了斑马鱼的干扰素基因DrIFN。张义兵等，成功克隆了鲫鱼IFN基因的全长cDNA序列，与斑马鱼干扰素的同源性达7O%。最近，又鉴定到了鲶和斑癊鱼干扰素的cDNA。这些结果表明鱼类的干扰素不止一种。
干扰素诱导机体产生抗病毒状态需要两个重要的步骤：①干扰素与靶细胞膜上特异性受体结合。靶细胞上特异性受体由两个亚单位α(IFNAR-1)、β(IFNAR-2)构成异型四聚体，属于Ⅱ类细胞因子受体家族。②与受体结合后的细胞内信号转导。

2 鱼类酪氨酸激酶(Jak)和STAT蛋白

鱼类干扰素的信号传导机制主要依赖Jak-STAT这一信号途径，将细胞膜信号迅速传至细胞核。已发现的鱼类Jak激酶有四种：Jak1、Jak2、Jak3与Tyr2。在干扰素的刺激下Jak1磷酸化，Tyr2交叉磷酸化，活化的Jak1和Tyr2可使IFNAR-1的466位酪氨酸磷酸化；Jak2可招募STAT1并使其磷酸化。STAT蛋白是潜在的转录调节因子，最初存在于细胞质中，然后被转运至细胞核。已发现的STAT蛋白有七种：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b以及STAT6。STAT结合于干扰素受体，先与Jak结合发生磷酸化，随即与相同的或其他的STAT在SH2结构域介导下形成二聚体，然后从干扰素受体上解离。通常STAT-STAT的二聚体通过一个DNA结合蛋白构成一个STAT1-STAT2-p48复合体，即干扰素激活基因因子(ISGF-3)。
鱼类与哺乳类的Jak激酶和STAT蛋白的结构具有很高的同源性，表示它们在信号通路中也可能具有相同的功能。鲫鱼CaSTAT1蛋白与大鼠STAT1有最高同源性达59%，具有哺乳类STAT 功能蛋白的DNA协同结合域、卷曲螺旋域、DNA结合域、SH2域等；且鲫鱼CaSTAT1蛋白C末端的转录激活域较短，没有PMSP序列，与人的STAT1β一致，由人的STAT1β是STAT1α的一个自然剪接体，可以推论出在鲫鱼还有一个STAT1α蛋白存在。河纯的Jak1、Jak2、Jak3、Tyr2基因，以及斑马鱼的STAT1、STAT3和STAT5基因都已得到了鉴定。

3 干扰素激活基因(ISG)

ISGF-3在细胞核内与干扰素刺激反应元件(ISRE)结合，促进干扰素激活基因(ISG)的表达。成功克隆的ISG基因只有虹鳟ISG15基因和在金鱼中鉴定的ISG15基因。另外，张义兵等在对所建立的差减cDNA文库进行序列分析时，发现两种新型干扰素刺激基因ISGs，即Gig1和Gig2，
并进一步验证了Gig的抗病毒功能，Gig1表现为一种迟发型干扰素刺激基因，而Gig2作为一个即发基因，可直接激活蛋白酶。

4 鱼类抗病毒蛋白

干扰素激活基因(ISG)可编码数种抗病毒蛋白，包括：蛋白激酶、2’，5’-寡腺苷酸合成酶、核糖核酸酶L、RNA特异性腺苷脱氨基酶、表皮生长因子、血小板衍生生长因子、以及Mx蛋白等，它们能抑制病毒蛋白的合成。目前，发现的鱼类抗病毒蛋白有：蛋白激酶(PKR)和Mx蛋白。蛋白激酶在活化后可使合成病毒蛋白质的起始因子失活。哺乳类PKR 蛋白的N-端为两个dsRBMs域(dsRBM1和dsRBM2)，能够高效结合dsRNA，从鲫鱼中克隆到的PKR基因与哺乳类的PKR基因高度同源，其C-端具有PKR家族高度保守的功能结构域，N-端是两个Z-DNA结合域(Zα1和Zα2)，表达的多肽与哺乳类PKR的dsRBM 一样，并在体外能有效结合人工双链RNA(polyI：C)。Mx蛋白是由宿主细胞快速表达的具有GTP酶活性的抗病毒蛋白，具有典型的三联体ATP／GTP结合区、发动蛋白家族结构的特征序列以及亮氨酸拉链结构和定位信号。Nygaard等，发现鱼类Mx蛋白主要通过I型干扰素诱导，并认为Mx蛋白可以作为鱼类中产生I型干扰素的分子标志，诱导型表达的Mx蛋白具有广谱的抗病毒效应，并且Mx蛋白表达稳定，只受I型干扰索介导且特异性强，所以，鱼类Mx蛋白还可以作为间接反应干扰素水平的参照指标。

5 结语

鱼类是低等脊椎动物，非特异性免疫占有重要地位。干扰素系统作为一种高效的非特异性免疫因子，在鱼体的抗感染免疫中发挥重要的作用。近年来，关于鱼类IFN系统研究的重要进展不仅从分子水平上有力证明了鱼类干扰素系统的存在，而且表明鱼类细胞的抗病毒免疫反应机制与哺乳类相一致。世界上很多实验室正力求克隆更多的鱼类抗病基因以用于鱼病防治。然而我们也应该看到，目前对于鱼类干扰素系统的细胞内信号传导和抗病毒作用还仅仅是概括出了一个很粗的轮廓，中间的细节还需要进一步的研究。随着干扰素系统抗病毒机制研究的不断深入，不仅为干扰素治疗病毒性感染提供理论依据，并将为干扰素在水产养殖
业带来更广阔的应用前景，对鱼类抗病毒药物的研制开发将有重要的理论指导意义。