上呼吸道黏膜免疫效应分子λ干扰素的研究进展

晏雪梅,李 爽,肖 纯,李秀芳

(云南中医药大学，昆明 650500)

干扰素(interferon,IFN)是一组具有良好抗病毒作用的细胞因子，在机体受到细菌或病毒等感染时被诱导和分泌，它在对抗病毒感染、抵抗肿瘤增殖和参与免疫调节方面起关键作用。当病毒入侵机体时，IFN可以被多种免疫细胞产生和释放，并参与构筑第一道防线以防止病原体的入侵，其表达上调是抵制病毒的主要初始反应。目前已经发现了3种类型的IFN：Ⅰ型IFN，主要由IFN-α、IFN-β、IFN-κ、IFN-ω和IFN-ε组成；Ⅱ型IFN，即IFN-γ；Ⅲ型IFN，即IFN-λ，是IFN家族的新成员，是具有IFN样功能的新型细胞因子家族，由IFN-λ1、IFN-λ2、IFN-λ3和IFN-λ4四种亚型组成，它是2003年Sheppard等[1]在检测人类基因组序列时发现的一个IFN家族的新成员。Kotenko等[2]为这些新型IFN家族成员命名，IFN-λ1，即白细胞介素(interleukin,IL)-29；IFN-λ2，即IL-28A；IFN-λ3，即IL-28B。2013年，在一项清除肝病毒的研究中进行RNA测序时，科学家发现了一个可介导抗病毒作用的基因，将其命名为IFN-λ4[3-4]。目前的研究显示，在小鼠体内只表达IFN-λ2和IFN-λ3[5]。近年来，由于IFN-λ独特的组织分布特性及作用特点引起了广泛关注。现对IFN-λ的合成、作用方式和信号转导通路及其在上呼吸道黏膜免疫中的生物学效应进行综述。

1 IFN-λ的合成

流感病毒、副流感病毒、呼吸道合胞病毒等其他类型的呼吸道病毒以及细菌感染可导致IFN调节因子(interferon regulatory factor,IRF)3、 IRF7和核因子κB被激活，进而诱导IFN-λ的产生。当病毒感染机体时，细胞内双链RNA上的模式识别受体，如RIG-I样受体和Toll样受体以及细胞质DNA上的传感器Ku70可识别到病毒感染的信号，其中，RIG-I样受体与传递病毒信号的过氧化酶体或线粒体等细胞器的衔接蛋白——线粒体抗病毒信号蛋白相结合，线粒体抗病毒信号蛋白的亚细胞定位决定产生IFN的类型。靶向于过氧化酶体的线粒体抗病毒信号蛋白能够特异性地靶向IFN刺激基因的表达以控制病毒感染[6]，这对IFN-λ的产生是有利的；靶向于线粒体的线粒体抗病毒信号蛋白则诱导Ⅰ型IFN和IFN刺激基因的表达以控制病毒感染，过氧化酶体和线粒体的功能和丰度决定了IFN应答的质量，通过增加过氧化酶体的丰度或抑制线粒体的功能可促进IFN-λ表达，如黏膜组织内上皮细胞的极化可以增加过氧化酶体的丰度并增强IFN-λ对抗病毒感染的免疫应答，但对线粒体和Ⅰ型IFN表达的数量没有明显影响[7]。在模式识别受体的作用下，诱导了IFN调节因子和核因子κB的形成和表达，随后与其相应的IFN基因启动子结合并将其活化，进一步诱导IFN-λ在细胞内的表达[8]。研究显示，IFN-λ基因在其启动子区域与Ⅰ型IFN有类似的核因子κB、IRF3和IRF7的结合位点，其中IFN-λ1基因的启动子类似于IFN-β，其转录调控受病毒活化的IRF3和IRF7影响；IFN-λ2和IFN-λ3基因的启动子类似于IFN-α，其转录调控主要依赖病毒活化的IRF7[1-2,9]。

2 IFN-λ的作用方式

研究发现，IFN-λ的作用具有高度的组织和细胞类型特异性，其以组织依赖性的方式表达并作用于体内上皮细胞，主要是对位于呼吸道、胃肠道和生殖道等部位在内的上皮细胞产生生物学效应[5,10-14]。少数免疫细胞如鼻黏膜中的T细胞、树突状细胞及巨噬细胞对它们亦可做出反应[15]。有趣的是，虽然这些细胞广泛响应模式识别受体的刺激，但IFN-λ的表达仅针对少量特定的细胞类型，其中最显著的是上皮细胞和树突状细胞[11,16-18]。黏膜组织中鼻上皮细胞是第一个接触呼吸道病毒的位点，也是呼吸道病毒的主要靶细胞和病毒入侵机体的端口，IFN-λ是呼吸道病毒诱导鼻上皮细胞分泌的主要IFN类型[19]。研究证实，IFN-λ是鼻上皮细胞响应上呼吸道急性甲型流感病毒或其他呼吸道病毒最早产生的主要IFN类型，能够诱导抗病毒感染的天然免疫应答，这意味着IFN-λ在调节上呼吸道对抗病毒感染的免疫应答中起关键作用[19-24]。

既往研究认为，IFN-λ与IL-10家族共享结构同源性并与Ⅰ型IFN具有功能同源性[1]，然而近年来研究发现，IFN-λ的受体属Ⅱ型细胞因子受体家族，其特异性的受体复合物是由特异性亚基IFN-λR1(IL-28Rα)和共有亚基IL-10Rβ两个亚基聚集构成的异二聚体受体，其中，IL-28Rα链是IFN-λ所独有的，是IL-29、IL-28A和IL-28B 3个受体的独特亚基，在以上皮细胞为主的少数细胞内能够检测到IL-28Rα表达，而在其他细胞如内皮细胞和成纤维细胞等中不能检测到其表达，由于IL-28Rα表达的细胞类型严格限制模式和精确调控，这决定了IFN-λ作用的组织独特性；IL-10Rβ链则属于IL-10、IL-22、IL-26三者受体的亚基，在体内大多数细胞和组织中普遍表达，因此其对IFN-λ的细胞应答并无组织特异性[1,2,5,25-26]。IFN-λ的两条受体链IL-28Rα和IL-10Rβ是引起应答反应的必要条件，任意一条受体链被中和都将导致无应答。所以，其释放后必须通过与其相应独特的受体复合物IFN-λ受体相结合，形成IL-28Rα-IFN-λ-IL-10Rβ的“夹心”结构才能诱导受体两个亚基胞质内的转录原件活化而启动信号转导发出信号，以进一步引导抗病毒作用[1-2,27-29]。因此，IL-28Rα与IL-10Rβ的协同作用对IFN-λ是否能够通过激活信号级联反应以发挥生物学效应发挥重要作用。

3 IFN-λ抗病毒作用的信号转导通路

通过使用模式识别受体鉴别病原体相关分子模式，天然免疫系统诱导免疫应答，并建成了抵抗病原微生物入侵的第一道防线。病毒的入侵诱导IFN分泌，其通过细胞内受体，在几乎所有类型的细胞中生成抗病毒蛋白因子，通过阻止受感染细胞内的病毒传播以发挥抗病毒感染的作用。IFN-λ与Ⅰ型IFN具备类似的信号转导通路和生物学效应，但也有其独特的表达模式，IFN-λ与IFN-λ受体的结合启动Janus激酶-信号转导及转录激活因子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT)信号级联反应， JAK-STAT信号转导通路是将细胞因子刺激信号经细胞膜进入细胞核内部的重要途径，其主要包括三个组成部分：JAK、STAT和酪氨酸激酶相关受体。与Ⅰ型IFN相比，能诱导IFN-λ表达的刺激因素更为广泛，包括许多类型的病毒和各种Toll样受体激动剂[30]。IFN-λ与其相应受体IL-28Rα和IL-10Rβ结合后引起受体分子二聚化，促进JAK家族成员的磷酸化，尤其是诱导IL-28Rα和IL-10Rβ相偶联的JAK家族成员JAK1和TYK2被磷酸化，随后磷酸化STAT家族成员(包括STAT1、2、3、4、5，主要为STAT1和STAT2)[8,31]，同时其他STAT家族成员也可在较小程度上磷酸化[32]。磷酸化的STAT1和STAT2形成异源二聚体，其结合IRF9并形成异源三聚体的IFN刺激基因因子3复合物，并将复合物易位至细胞核核内，与IFN刺激基因启动子调控区域中的IFN激活反应元件相结合，激活免疫效应分子，并诱导抗病毒IFN刺激基因的表达；除构成IFN刺激基因因子3复合物外，磷酸化的STAT1也能形成同源二聚体，与IFN-γ激活位点相结合，诱导成百上千种IFN刺激基因的激活，产生的IFN刺激基因与其相应的IFN基因启动子结合并被活化，随后诱导IFN-λ在细胞内表达[8,33-34]。由此可见，自分泌或旁分泌的IFN-λ都可以参与JAK-STAT信号转导通路。IFN刺激基因的激活在细胞内建立抗病毒状态，促使抗病毒蛋白因子的释放，如2′，5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-oligoadenylate synthetase, OAS)、核糖核酸依赖性蛋白酶(protein kinase RNA-dependent,PKR)和抗黏液病毒蛋白A(myxovirus resistance protein A,MxA)等抑制病毒复制，以发挥抗病毒感染的作用[35]。

此外，IFN-λ还能够通过促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信号转导途径激活。MAPK信号转导途径存在于大多数细胞中，是将细胞因子刺激信号从细胞表面传递到细胞核内部的主要信使，它在诱导发挥生物学效应如细胞发生增殖分化以及转化凋亡等过程中发挥重要作用。该激酶可分为3类：c-Jun氨基端激酶(也称为应激的激活蛋白激酶)、细胞外信号调节激酶(又称为p42/44 MAPK)以及p38 MAPK。研究表明，IFN-λ通过募集和激活MAPK进而与IFN刺激基因因子3复合物协同合作[36]，协助转录因子调控基因的转录，进而推动细胞内大量的效应蛋白因子整合，IFN-λ还可以通过这些效应蛋白因子发挥抗病毒和免疫调节的功能。

4 IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的生物学效应

研究表明，当呼吸道发生病原微生物感染时，IFN-λ可首先在呼吸道黏膜大量表达，其病毒负荷低于Ⅰ型IFN，可起到限制初始感染传播的作用，是呼吸道发挥免疫防御和调节免疫稳态的前线监护者[21,37-38]。IFN-λ可使黏膜上皮细胞免受屡次的病毒攻击，维持黏膜屏障的结构及功能完整性[39]。IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的生物学效应包括：①抗病毒作用，通过激活信号通路释放大量的抗病毒蛋白以发挥抗病毒感染的作用；②参与免疫调节作用，通过调控相关细胞因子发挥免疫监视的作用。

4.1IFN-λ介导的抗病毒作用 呼吸道是体内表达IFN-λ最多的部位之一，呼吸道病原体(如流感病毒和鼻病毒)的主要靶标是上呼吸道的鼻上皮细胞，IFN-λ是病毒感染期间产生的最早和最主要的IFN类型，其生成增加增强了呼吸道黏膜抵抗病毒的能力，并可限制初始病毒的传播[21]。研究证实，IFN-λ是天然免疫系统防止流感病毒感染的一个新焦点，在机体受到感染的早期和获得性免疫系统被激活前，天然免疫系统形成完整的防卫机制是抵抗流感病毒的庞大屏障，IFN-λ的产生对防止病毒从上呼吸道扩散到肺部，较大限度地限制病毒的复制和传播是必不可少的，其介导的天然免疫应答是病毒从呼吸道清除的关键步骤，IFN-λ的缺失将导致干扰素刺激基因转录失调和低效的天然免疫应答，进而加重体内的感染[8,39-42]。近年来对IFN-λ体内、外的抗病毒作用差异研究指出，IFN-λ在体内不仅能够直接通过经典的抗病毒途径发挥抗病毒作用，还可以与免疫系统相互作用，调控相关细胞因子以间接发挥抗病毒作用[43]。

IFN-λ通过激活JAK-STAT信号转导通路启动大量抗病毒蛋白因子的活化而起到抗病毒作用。研究指出，IFN-λ可诱导以下几种抗病毒蛋白因子的表达[2,35，44-47]。①OAS：响应于双链RNA结合，由IFN诱导的双链RNA激活的酶，其合成独特的第二信使分子2′-5′连接的寡聚苷酸，激活内切核糖核酸酶L，降解宿主和病毒RNA，有助于抑制IFN诱导的病毒蛋白的合并来限制病毒传播。②PKR：由IFN或双链RNA激活的依赖性蛋白酶，是IFN抗病毒作用中的效应因子，诱导核因子κB抑制蛋白激酶合成抗病毒的细胞因子，诱导PKR自身磷酸化，随后磷酸化翻译起始因子的α亚单位来阻止病毒蛋白翻译，从而制止病毒蛋白质的形成，作为抵抗病毒的防卫机制。③MxA：属于发动蛋白GTP酶家族，是IFN诱导的抗病毒反应的关键介质，是阻断病毒复制的IFN刺激基因，特异性作用于某一类病毒的蛋白质，可阻断某些正黏病毒(如流感病毒)的传播，与病毒核衣壳蛋白结合后诱导自身磷酸化，其水解病毒核衣壳，随后释放到细胞质中的病毒核酸被核酸内切酶降解，以阻止病毒的传播。研究证实，IFN-λ的产生有助于提高小鼠对甲型流感病毒的天然免疫力，呼吸道上皮细胞的高病毒载量与低MxA蛋白水平相关，表明MxA可用于评价病毒感染的严重程度，IFN-λ通过诱导Mx基因表达有助于保护呼吸道免受甲型流感病毒的感染[40]。IFN-λ的主要功能是保护上皮结构，在上呼吸道黏膜屏障中鼻上皮细胞的抗病毒作用，通过诱导MxA表达有助于保护上皮细胞免受病毒感染入侵，有利于保障黏膜屏障的完整性，在上呼吸道中提供了持久的抗病毒保护作用[11,19，37,40，48]。研究表明，IFN-λ是用于对抗人鼻上皮细胞中甲型流感病毒感染的，即早型IFN，随后IFN相关的免疫反应被激活，其介导的IFN调节因子免疫应答和信号转导基因的表达，如OAS、IRF7、IRF9和MxA等[20]，结果表明，机体受到甲型流感病毒感染后，IFN诱导的天然免疫反应在人鼻上皮细胞中被启动。由此可知，IFN-λ的表达有助于人鼻上皮细胞成为甲型流感病毒感染的主要一线防御，它可能是治疗上呼吸道急性甲型流感病毒感染的关键因素。抗病毒蛋白因子的形成，如OAS、PKR和MxA，可用于评估IFN-λ在上呼吸道黏膜免疫中的抗病毒作用。

4.2IFN-λ的免疫调节作用 IFN-λ是宿主免疫调节的靶点，但与Ⅰ型IFN形成鲜明对比，IFN-λ及其受体在免疫系统中无法普遍表达，因此其发挥选择性的免疫调节作用，主要体现在主要活性是对先天免疫的调节；另一个主要活性是适应性免疫的调节。有报道，IFN-λ是介导抗病毒免疫和损伤控制的双功能细胞因子，作为新型免疫调节细胞因子，在抗炎和损伤保护中具有特殊作用，其作用是维持免疫平衡，限制炎症并预防宿主损伤[49]。因此，IFN-λ被认为可选择性地上调抗病毒反应，同时限制宿主破坏性炎症和症状，不损害其屏障功能消灭黏膜部位侵入的病原体，并限制病原体的传播。

4.2.1IFN-λ的天然免疫调节 与Ⅰ型IFN相反，IFN-λ抑制先天性促炎反应并限制与炎症相关的宿主破坏作用，这主要是由于对中性粒细胞的选择性作用，阻止它们的促炎活化作用。其主要体现在：①在受病毒感染入侵呼吸道和胃肠道黏膜中，IFN-λ通过活性氧类、脱颗粒和中性粒细胞诱捕网的形成限制组织损伤来控制有害的中性粒细胞，或通过释放细胞因子来控制炎症反应；②作为天然免疫的效应分子，IFN-λ基因受Toll样受体调控。研究指出，IFN-λ作为由细菌感知Toll样受体上调的因子在黏膜免疫屏障中具有重要作用，且能够激活天然免疫应答[50]。

4.2.2IFN-λ的获得性免疫的调节 作为新型细胞因子，IFN-λ对免疫系统具有一定的调控能力。除天然免疫外，IFN-λ也可作用于调节获得性免疫。其主要体现在：①通过增加对靶细胞膜上主要组织相容性复合体Ⅰ类分子的表达，促进细胞的处理和抗原呈递，增强机体特异性抗病毒免疫反应[1-2]；②通过调节树突状细胞的功能参与免疫调节功能，树突状细胞作为一种抗原递呈细胞能够在天然免疫或获得性免疫应答中起重要作用；IFN-λ调节树突状细胞以表达高水平的主要组织相容性复合体Ⅰ、主要组织相容性复合体Ⅱ类分子和低水平的共刺激因子、维持树突状细胞部分成熟状态，在免疫防御和调控中起重要作用[16,51]，研究表明，IFN-λ影响浆细胞样树突状细胞特异性功能，与IL-3协同作用，以过度活化浆细胞样树突状细胞并诱导更高水平的炎症细胞因子和共刺激因子CD80/CD86的上调，浆细胞样树突状细胞的活化增强表明IFN-λ刺激浆细胞样树突状细胞并增强其对抗病毒感染的能力[52-53]；③通过影响多种细胞因子的释放调节免疫系统的功能。研究表明，IFN-λ1具有调控免疫细胞产生细胞因子的能力，可以调节外周血中单核细胞内细胞因子的表达，增强IL-6、 IL-8和IL-10的表达，以及使IL-10同系物IL-19 mRNA的基础水平增强[54]。

5 小 结

近年来，对IFN-λ的研讨较多，但大多数主要集中在IFN-λ相关病毒感染如乙肝病毒感染及肿瘤疾病的研究探讨中。随着对IFN-λ研究的深入，不断认识到IFN-λ作为一种前线防御系统，其在机体前线抗病毒防御中的重要性，以及在黏膜系统参与抵御外来致病菌，产生免疫防御的作用。由上述研究可知，IFN-λ能诱导产生抗病毒作用，有效地预防呼吸道疾病的发生，在抵抗上呼吸道感染中发挥重要作用，但对其相关的作用及机制的研究还不够深入和系统，尤其是对上呼吸道黏膜中鼻上皮细胞内的IFN-λ研究较少，加强对IFN-λ在机体对抗上呼吸道病毒感染的作用及机制进行研讨，了解如何通过影响IFN-λ来改善鼻黏膜屏障功能将为寻找诊治上呼吸道感染的策略提供新的研究思路和方向。