什么是干扰素?

干扰素 (IFN) 受体蛋白是宿主细胞分泌的一类细胞因子,可调节免疫应答。作为被发现的第一类细胞因子,它被命名为“干扰素”,因为这种蛋白质能够干扰病毒的复制。当存在病原体时,通常由宿主细胞释放干扰素,周围未感染的细胞感知后激活适当的细胞防御机制,以便消除病原体。IFN细胞因子根据其结合的不同干扰素受体分为三种类型(I型、II型和III型)(表1);每种IFN细胞因子诱导一种特定的免疫反应。此外,IFN细胞因子介导信号会促进主要组织相容性I类和II类分子(MHC I,MHC II)的上调,并活化许多下游信号级联,从而生成抗病毒防御机制。此后,IFN ELISA被用于治疗病毒性感染,如丙型肝炎和乙型肝炎病毒;然而,一些病毒已经进化到能够抵抗IFN [1]。

本页内容:


IFN干扰素受体类型

I、II、III型

I型IFN能与特定细胞表面受体IFN-α/β (IFNAR1,IFNAR2)结合,是未感染细胞的预警系统。在人体中,I型IFN是最大的IFN家族,包括IFN-α、IFN-β、 IFN-ε、IFN-κ和IFN-ω;它们由多种类型的细胞分泌,包括浆细胞样树突状细胞和成纤维细胞。I型IFN的一个主要功能是使真核转化起始因子2a(eIF-2a)失活,从而抑制病毒蛋白的合成(图1)。此外,I型IFN可活化RNase L,它能切割细胞质中的任何ssRNA,进一步抑制病毒复制[2,3]。IFN-α已被用于治疗毛细胞白血病,而IFN-β则被用于减缓多发性硬化症的进展。

II型IFN(人体的IFN-γ)与IFN-γ受体复合物(IFNGR1,IFNGR2)结合,参与免疫和炎症反应;它们由活化的T细胞和自然杀伤(NK)细胞分泌。当1型辅助性T细胞(Th1细胞)释放II型IFN时,白细胞被浸润到感染部位,最终炎症反应增大。由于它们在免疫反应中的作用,不受控制的II型IFN能引起自身免疫性疾病。

III型IFN包括IFN-λ1、IFN-λ2、IFN-λ3和IFN-λ4,并与I型IFN相似,都参与抑制病毒感染。IFN-λ1、IFN-λ2、IFN-λ3最初分别命名为IL-29IL-28a、IL-28b;IFN-λ4是最新发现的III型IFN[4]。III型IFN与受体IFRL1和IL-10R2结合,这两种受体不同于I型受体。虽然不像I型和II型那样为人所知,但我们查明III型IFN与JAK-STAT通路有关,并且是在宿主识别到病原体相关分子模式(PAMP)时合成的,类似于I型IFN[4,5]。

表 1.IFN干扰素细胞因子类型及其受体。

类型亚型受体
I型IFN-αIFNAR1IFNAR2
IFN-β
IFN-ε
IFN-κ
IFN-ω
II型IFN-γIFNGR1IFNGR2
III型IFN-λIFNLR1IL-10R2
名词缩写表:IFN,干扰素;IFNAR1,干扰素α受体1;IFNAR2,干扰素α受体2;IFNGR1,干扰素γ受体1;IFNGR2,干扰素γ受体2;IFNLR1,干扰素λ受体1;IL-10R2,IL-10受体2。
1型干扰素结合受体并诱导PKR和OAS蛋白转录

图 1.1型IFN诱导的细胞内通路。I型IFN与其各自的受体结合(表1),并诱导PKR和OAS蛋白的转录。一旦脱离细胞核,PKR和OAS蛋白就会提高细胞内的抗病毒状态。活化后,PKR会使eIF-2α失活,从而抑制病毒蛋白翻译。细胞中存在的OAS有助于活化RNase L,RNase L的功能是切割细胞质中任何病毒ssRNA。

IFN干扰素细胞因子诱导

鉴于IFN细胞因子的抗病毒功能,病毒RNA可能是IFN表达的诱导剂。然而,果蝇中Toll-Dorsal通路的发现引发了对人体Toll样受体(TLR)同源物的研究。TLR是一类模式识别受体(PRR),其可以识别病原体相关分子模式(PAMP)[6]。这些跨膜受体存在于细胞表面和核内体中。一旦与PAMP结合,TLR就会启动信号级联,促进IFN基因活化,以及随后表达和分泌。RIG-I样受体(RLR)是另一类PRR,是病毒RNA检测的胞质传感器[6]。RLR的活化会导致IFN调节因子-3 (IRF-3)、IRF-7NF-κB的上调,它们是诱导I型IFN和炎性细胞因子的转录因子[7,8]。

toll样受体(TLR)/RIG-1样受体(RLR)介导的信号传导诱导干扰素

图 2.Toll样受体(TLR)/RIG-1样受体(RLR)介导的干扰素(IFN)诱导信号通路。TLR2和TLR4位于细胞的质膜上,而TLR3、TLR 7/8和TLR9位于细胞内核内体中。RLR在细胞质中自由循环。一旦结合,每种受体都会导致IFN和炎症基因的上调。

IFN干扰素拮抗作用

病毒已经发展出许多逃逸或规避检测的策略。流感等一些RNA病毒只是在细胞核内复制,以避开细胞质DNA/RNA传感器。其他病毒则通过阻止细胞传感器识别病毒产物或抑制下游IFN反应等。例如,卡波西肉瘤相关疱疹病毒上的ORF52蛋白直接抑制cGAS的酶活性,从而抑制STING复合物,该复合物是一种已知的IFNβ生成的启动子[9]。RNA病毒表达能结合并抑制RLR的病毒蛋白,从而逃逸胞质检测,许多病毒也进化出了干扰干扰素诱导的宿主转录和翻译的策略。西尼罗河病毒已被证明可将胆固醇重新分布到病毒复制膜上,导致IFN抑制JAK-STAT活化[10]。尽管有许多机制和通路旨在终止或限制病毒的增殖,但这些只是病毒如何进化以图存活于宿主细胞中的几个例子。 这些只是病毒如何进化到在宿主细胞中生存的几个例子,尽管有许多机制和途径旨在终止或限制它们的增殖。


研究干扰素细胞因子的工具

IFN-γ表达的染色

IFN-γ是感染期间炎症和免疫系统参与的关键标志。流式细胞术是检测IFN-γ的最常用方法之一。在存在蛋白运输抑制剂布雷菲德菌素A的情况下,体外刺激脾细胞或PBMC,需要找到IFN-γ的可检测水平。首先对细胞进行细胞外标志物染色,然后用IC固定和渗透缓冲装置。此后,准备对细胞进行细胞内标志物染色,包括IFN-γ。为了轻松检测IFN-γ,我们建议使用更亮的荧光染料,包括PE。OMIP和流式细胞术相关方法和论文有助于panel设计[11,12,13]。

两个面板图描述了干扰素γ与同型对照的受刺激的人外周血细胞细胞内染色

图 3.经刺激后的人外周血细胞内IFN-γ染色。在两个图中,刺激HPBC,并用鼠IgG1 K同型对照PE(12-4714-81)(左)或IFN γ PE(12-7319-42)对PerCP-eFluor 710(46-0087-42)进行染色。

 

  1. Pestka S, Krause CD, Walter MR (2004) Interferons, interferon-like cytokines, and their receptors.Immunol Rev 202:8–32.
  2. Louten J,van Rooijen N, Biron CA (2006) Type 1 IFN deficiency in the absence of normal splenic architecture during lymphocytic choriomeningitis virus infection.J Immun 177:3266–3272.
  3. Gil MP, Salomon R, Louten J et al.(2006) Modulation of STAT1 protein levels: A mechanism shaping CD8 T-cell responses in vivo.Blood 107:987–993.
  4. Zhou JH, Wang YN, Chang QY et al.(2018) Type III interferons in viral infection and antiviral immunity.Cell Physiol Biochem 51: 173-185.
  5. Fish EN, Platanias LC (2014) Interferon receptor signaling in malignancy: A network of cellular pathways defining biological outcomes.Mol Cancer Res 12:1691–1703.
  6. Baccala R, Gonzalez‐Quintial R, Lawson BR et al.(2009) Sensors of the innate immune system: Their mode of action.Nat Rev Rheumatol 5:448–456.
  7. Libermann TA, Baltimore D (1990) Activation of interleukin-6 gene expression through the NF-kappa B transcription factor.Mol Cell Biol 10:2327–2334.
  8. Fan X, Jin T (2019) Structures of RIG-I-like receptors and insights into viral RNA sensing.Adv Exp Med Biol 1172:157–188.
  9. Ma Z, Jacobs SR, West JA et al.(2015) Modulation of the cGAS-STING DNA sensing pathway by gammaherpesviruses.Proc Natl Acad Sci U S A 112:E4306–E4315.
  10. Mackenzie JM, Khromykh AA, Parton RG (2007) Cholesterol manipulation by West Nile virus perturbs the cellular immune response.Cell Host Microbe 2:229–239.
  11. Mendes R, Bromelow KV, Westby M, et al.(2000) Flow cytometric visualization of cytokine production by CD3-CD56+ NK cells and CD3+CD56+ NK-T cells in whole blood.Cytometry.39(1):72-78.
  12. Vitale M, Caruso A, Licenziati S, et al.(2000) Differential production of IFN-gamma, analyzed at the single-cell level, by specific subsets of human NK and T cells from healthy and HIV(+) subjects.Cytometry.39(3):189-194.
  13. Caraher EM, Parenteau M, Gruber H, Scott FW.(2000) Flow cytometric analysis of intracellular IFN-gamma, IL-4 and IL-10 in CD3(+)4(+) T-cells from rat spleen.J Immunol Methods.244(1-2):29-40.

相关论文和资源

仅供科研使用,不可用于诊断目的。