IFN-γ研究进展与临床应用

李 靖 ，董文学 ，杨美盼 ，马利锋 ，康龙丽

（1.西藏民族大学医学部高原相关疾病分子遗传机制与干预研究重点实验室，陕西 咸阳 712082；2.西藏民族大学医学部基础医学院，陕西 咸阳 712082）

干扰素（Interferon）由英国病毒学家Alick Isaacs和瑞士研究者Jean Lindenmann在研究病毒的干扰现象时发现，他们在鸡胚绒毛膜尿囊膜的培养液中加入流感病毒，发现产生了一类抗病毒物质，并命名为干扰素[1]。干扰素是细胞被病毒感染时产生的一类细胞因子，调控感染后固有免疫和获得性免疫反应[2]。

国际干扰素命名委员会按干扰素的抗原特异性将其分为3型：IFN-α、IFN-β和IFN-γ，各型又因氨基酸序列的不同分为若干个亚型，IFN-γ可能有4个亚型[3]。IFN-α和IFN-β属于Ⅰ型干扰素，为病毒或人工合成的聚核苷酸诱导白细胞产生，IFN-γ为特异性抗原（细菌、LPS）、PHA和卡介苗（BCG）等刺激T细胞产生。因此，干扰素γ（IFN-γ）作为干扰素家族的一员，也是一类多功能、活性高的细胞因子。

1 IFN-γ概述

1.1 IFN-γ的分子结构

ISG（干扰素基因）为编码IFN-γ的基因，位于人类12号染色体（12q24.1），长6 kb，基因中包含3个内含子和4个外显子。

IFN-γ由146个氨基酸组成，其活性形式为二聚体结构，由两个完全相同的多肽链组合而成，多个内部螺旋（螺旋E、螺旋F）将两部分紧密地连在一起，保持其生物学活性，并确保Ⅱ型干扰素与Ⅰ型干扰素有最低程度的同源性。不同于Ⅰ型干扰素的稳定性降低了其活性的特点，Ⅱ型干扰素二聚体的稳定性对保持蛋白生物活性起主要作用。

IFN-γ由7个α螺旋结构组成，没有β折叠，且分子内部缺乏二硫键。IFN-γ至少包含4个亚型，不同亚型的结构共同点为：蛋白的36位上均含有一个色氨酸和4个酪氨酸，其中色氨酸在各型IFN-γ中具有很高的特异性；B螺旋结构末端位于隐藏的疏水区，由含有相同螺旋的29位苯丙氨酸、30位亮氨酸、32位异亮氨酸和34位亮氨酸构成[4]；起连接作用的F螺旋位于IFN-γ的羧基末端，与IFN-γ中α螺旋的桶状核心形成60度夹角，这是IFN-α与IFN-γ在结构上的主要不同点之一。氨基端和羧基端的残基起调节IFN-γ在各种免疫防御或监控中应答反应的作用，其中氨基末端残基直接参与IFN-γ受体的结合，而羧基末端的完整性也对IFN-γ的生物活性起到关键作用。

1.2 IFN-γ的理化特性

IFN-γ分子量比较小，均在10万以下，且体积小于病毒颗粒，可用高效液相色谱分离纯化。IFN-γ的温度耐受性：56℃下30 min即可被破坏失去活性，4℃中可以暂时保存，-20℃环境下可以长期贮藏。pH稳定性：IFN-γ在强酸下很不稳定，pH＜2时可被破坏。化学稳定性以及对各种酶的反应：因其不含核酸，所以不会被DNA酶或RNA酶破坏，但可以被各种蛋白酶（如胰蛋白酶）灭活。对有机化合物的稳定性：可以被乙醚、氯仿、酮基等有机化学物质破坏。IFN-γ不是球蛋白，虽然有免疫功能，但没有特异性，因此是非特异免疫的重要组成部分[5]。

1.3 IFN-γ的来源

相比Ⅰ型干扰素，能够产生IFN-γ的细胞类型较少。在获得性免疫中，激活的T细胞（尤其是CD8+T细胞）是IFN-γ的主要来源，而NK细胞和NKT细胞是固有免疫中产生IFN-γ的主要细胞类型[6]。此外，近期的许多报道指出，巨噬细胞、T细胞和树突状细胞等在特定环境中也可以产生IFN-γ[7]。

干扰素诱导剂是一类作用于人体后，可以激活干扰素基因，促使细胞产生干扰素的物质的统称。常见的干扰素诱导剂有：病毒、细菌及其产物、致裂原（丝裂原）、特异性免疫诱导。此外，多种细胞因子、胞内致病原虫等也可诱导机体产生干扰素。

1.4 IFN-γ的产生机制

各型干扰素产生的过程大致相同，均由上述诱导剂作用于免疫（或部分非免疫）细胞后，经过多级信号转导激活基因，并经多种因素调节基因表达后产生。但不同于Ⅰ型干扰素由病毒等致病因素直接诱导产生，IFN-γ是抗原提呈细胞或早期反应细胞因子激活细胞上的受体后产生的，属于免疫反应中第二批细胞因子。

多种细胞因子单独作用或相互结合可以诱导T细胞、NK细胞产生IFN-γ。这些细胞因子均为病毒等因素诱导免疫细胞产生，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 都可以诱导 IFN-γ 表达。这些细胞因子大多由巨噬细胞和抗原提呈细胞产生，它们经过各种转运途径到达细胞膜，与细胞上的受体（包括TLR2受体等）结合，受体蛋白经过变性等激活过程，激活下游Janus激酶（JAK）及STAT等信号通路[8]。不同细胞因子激活的信号通路有所不同，这些通路将信号传导至IFN-γ的编码区，位于IFN-γ基因编码区5’端近侧和远侧均存在调控元件，它们上面结合的不同的转录因子（如 NF-κB、NFAT、Stat、T-bet、AP-1、CREB-ATF、GATA-3）被激活后，共同作用引发IFN-γ表达，并对转录和翻译过程进行调节[9]。IFN-γ的产生不仅受转录水平的调节，同时还受转录后水平控制，使其表达更精确高效，但其合成过程可被l-α，25-二羟基维生素D3，地塞米松和环孢霉素（Cyclosporin A）抑制。

诱导IFN-γ产生的最主要的细胞因子为IL-12，它不仅可以诱导NK细胞和T细胞产生巨大数量的IFN-γ，还同时增强Th1细胞对胞内原虫和细菌感染的反应[10]。IL-12与其他细胞因子相互作用可发挥强大的作用，当其和IL-18共同作用于T细胞时，可以在没有抗原刺激的情况下诱导IFN-γ表达，但其机制尚不明确[11]。IL-18激活了NF-κβ，而其他细胞因子大多激活Stat蛋白，Stat家族蛋白质可以引起转录因子T-bet表达。在CD4+T细胞中，T细胞受体（TCR）与抗原提呈细胞产生的主要组织相容复合物Ⅱ/抗体的复合物结合，复合物激活受体后，在Stat4和T-bet的协同作用下激活NFAT，引发IFN-γ表达。在CD8+T细胞中，TCR与MHCⅠ/抗体复合物结合并被活化，而下游信号通路NFAT的激活不需要Stat4和T-bet辅助。

2 IFN-γ的生物学活性

干扰素是在某种因素诱导下，由干扰素刺激基因调节释放的，有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能等作用的糖蛋白。（1）广谱抗病毒作用。干扰素家族均有抗病毒的作用，由干扰素作用于相应细胞使其产生抗病毒蛋白，从而阻断病毒基因复制，且一种病毒引起细胞产生的干扰素对多种病毒均可起到杀灭作用。IFN-γ抗病毒作用具有种属特异性，当其作用于产生干扰素的同种细胞时，可以产生较强的抗病毒效应，比IFN-α和IFN-β的种属屏障强。（2）抗肿瘤作用。IFN-γ可以抑制细胞分裂增殖，抑制肿瘤发生发展。其对肿瘤细胞的亲和力远大于与正常细胞间的活性，有一定的选择性和特异性。IFN-γ延长肿瘤细胞的细胞周期，主要作用于GI期，使其增殖时间延长，从而延缓病程。IFN-γ作用于细胞后，可抑制原癌基因的激活和表达，从而阻止正常细胞向癌细胞转化，减少癌细胞产生；发挥免疫调节功能，增强巨噬细胞等的免疫监视功能，早期发现并清除癌变细胞；增强NK细胞和巨噬细胞的作用，提高吞噬能力；对肿瘤细胞进行修饰，抑制抗体释放，阻止其免疫逃逸，同时介导细胞表面表达特异性抗原，可被免疫细胞识别并与其上受体结合，介导杀灭肿瘤细胞；刺激细胞分化，从而阻止其分裂倍增，降低肿瘤的损害。与IFN-α相比，IFN-γ的抗肿瘤作用较弱。（3）免疫调节作用。干扰素家族中，IFN-γ具有强于IFN-α和IFN-β的调节免疫作用，可以提高机体免疫功能，但和某些细胞相互协同也可以起免疫抑制作用。在细胞免疫过程中，大剂量IFN-γ起抑制作用，而小剂量可以产生促进作用。在体液免疫中，小剂量IFN-γ主要发挥抑制抗体产生的作用，对胸腺依赖性抗原（TD-Ag）和非胸腺依赖性抗原（TI-Ag）的抗体形成均可发挥抑制作用，且比IFN-α和IFN-β的作用强10～100倍。其调节免疫的功能主要通过激活巨噬细胞、NK细胞等来实现。（4）抗入侵微生物作用。介导巨噬细胞等特异和非特异性免疫细胞产生毒性物质，如过氧化氢、一氧化氮等，杀灭侵入人体的细菌、真菌、原虫等微生物，防止其进入细胞或在细胞内繁殖。此外，IFN-γ还有黏附和促生长分化等作用。

3 IFN-γ的作用机制

IFN-γ通过自分泌、旁分泌或内分泌的方式，到达相应细胞，并与靶细胞上的IFN-γ受体结合，使受体的化学构象发生改变，产生活化信号，此信号被传递给下游的一类起衔接作用的蛋白，经特殊结构域传导，激活信号到达蛋白激酶，对转录因子进行磷酸化或甲基化修饰，从而使转录因子具有活性，并从胞质内转移到胞核内，与基因片段结合，激活IFN-γ效应基因，调节干扰素产物的转录翻译过程。产物合成后在胞内或被排出胞外，发挥生物学效应。

3.1 IFN-γ受体

与大多数细胞因子和生长因子相同，IFN-γ的活性依赖于特殊的细胞表面受体与JAKs和STATs相互作用。IFN-γ与直接受体结合，该过程与干扰素样细胞因子IL-28A、IL-28B、IL-29相似。

IFN-γ的受体在人体内广泛存在，除成熟红细胞外，人类细胞几乎均存在IFN-γ受体。但在单核细胞中的分布更多，可证明其为IFN-γ的主要靶细胞。IFN-γ结合在由IFNGR1和IFNGR2两个亚单位组成的糖基化的异质二聚体受体上，该受体为跨膜结构，胞外部分大致为229个氨基酸长度，跨膜部20个氨基酸，而胞内长为222个氨基酸。受体的两个亚单位在没有配体结合的情况下是不相连的，其中IFNGR1直接与IFN-γ结合，IFNGR2为辅助亚基，而IFN-γ的作用起始于由受体的胞浆区触发的活化信号。

3.2 下游信号转导

IFN-γ受体的胞内段与JAKs和STATs结合后，Jak2发生自我磷酸化，将磷酸基团转移给Jak1，同时募集较多STATs，使其聚集在细胞膜内侧，并在Jak1磷酸化酪氨酸后形成的结合位点上进行STAT1的磷酸化，而STAT1-STAT1同源二聚体可以直接结合IFN-γ启动子的γ干扰素激活序列，激活效应基因的转录。许多IFN-γ的作用产物为转录因子，其被转录翻译合成后，又启动了下一轮信号转导，引起更多转录调节。

STAT1抗病毒作用为由转录合成抗病毒蛋白AVP，同时使被病毒感染的细胞表达病毒抗原，促进机体免疫系统杀伤、清除病毒及其寄生细胞。AVP由蛋白激酶、2’-5’腺嘌呤核苷合成酶和磷酸二酯酶组成[12]，细胞受到病毒侵袭时，这些酶被激活，抑制病毒蛋白生物合成，即抑制病毒mRNA复制合成，从而减慢病毒在细胞内的增殖速度。此外，IFN-γ还能阻止病毒和细胞结合，阻止病毒穿入胞内、抑制病毒装配与释放。

4 IFN-γ的临床应用及前景

4.1 IFN-γ的临床应用

IFN-γ在慢性肉芽肿和恶性骨硬化病的治疗中发挥重要作用。而IFN-γ在我国已获批成为治疗类风湿性关节炎的药物。IFN-γ通过抑制破骨细胞生成以及骨的再吸收，治疗恶性骨硬化病。实验证明，每周注射一定量IFN-γ可以大幅度降低慢性肉芽肿病人的感染率。IFN-γ可在自身免疫性疾病中发挥免疫调节作用，从而达到治疗类风湿性关节炎的目的。

此外，IFN-γ还可以应用于先天性肺纤维化的治疗，可能与其可以治疗病理性瘢痕有关，在美国已开始临床试用。IFN-γ也可以用于肝细胞癌（HCC）切除术后和消融术后，以预防复发。IFN-γ释放试验对儿童结核病和结核潜伏期感染有帮助，可以弥补接种过卡介苗引起的PPD试验结果不准确的缺陷[13]。

4.2 IFN-γ的副作用

大多数治疗中，药物的副作用限制了其用量和浓度，IFN-γ也不例外。虽然很多副作用在干扰素投入使用之初就已经被发现，但其机制尚未明确。许多病人对控制肿瘤和治疗病毒感染的必需剂量不能耐受。

干扰素共同的不良反应为淋巴细胞减少和轻微的注射部位反应。淋巴细胞减少是由于IFN-γ对细胞产生、循环、增殖过程的抑制作用，一旦停用症状即可消失。注射部位反应表现为注射部位红斑及疼痛。相关报道显示，IFN-α的不良反应，也可发生于IFN-β和IFN-γ的应用过程中。在IFN-γ使用过程中，几乎所有病人均会出现流感样症状，即头痛、发热、心悸、疲乏、寒战、恶心、肌痛、背部和关节疼痛，少数病人还会出现厌食、焦虑、抑郁等精神症状。有研究发现，将IFN-γ注射到肿瘤和病毒感染组织局部，可极大提高其利用效率。

4.3 IFN-γ的应用前景

实验证明，IFN-γ可以协同间充质干细胞发挥免疫抑制作用[14]，而间充质细胞可以有效促进造血干细胞移植，提高成功率，减少移植物抗宿主病。根据此实验结果，可以试用IFN-γ协同免疫抑制，提高治疗效果。

IFN-γ基因组启动子的单核苷酸多态性可以证实IFN-γ可提高慢性粒细胞白血病对伊马替尼的敏感性，因此 可以尝试将IFN-γ协调伊马替尼应用于慢性粒细胞白血病的治疗中，加强伊马替尼的作用[15]。

许多研究证明，某些micro-RNA可以通过影响TIRs和TLR信号通路上NF-κB等的表达，直接影响疾病的发生，如非酒精性脂肪肝、类风湿性关节炎[16]，这些通路也是IFN-γ产生和调节的重要通路，通过对IFN-γ等该通路上的关键物质进行限制或调节，为疾病的进一步研究与治疗提供更多可能。

在神经母细胞瘤的治疗过程中，IFN-γ可以明显提高TRAIL（肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体）对神经母细胞瘤细胞sH-SY5Y的敏感性，其发生机制可能是通过IFN-γ上调Caspase-8-mRNA的表达而实现的[17]，IFN-γ同时增强细胞毒类药物对神经母细胞瘤的诱导凋亡作用[18]。在大肠癌、骨肉瘤、肝癌的治疗过程中，IFN-γ能通过调节TRAIL及其受体的表达促使肿瘤细胞凋亡。卵巢癌治疗过程中，IFN-γ可以在核酸和蛋白水平下调卵巢癌细胞分泌内皮细胞生长因子（VEGF），而卵巢癌高表达VEGF与其不良预后相关，所以IFN-γ可以改善疾病预后[19，20]。IFN-γ在喉癌治疗过程中发挥的作用与卵巢癌相同，即抑制其分泌内皮细胞生长因子[21]。

IFN-γ是一种生物活性强、作用范围广的细胞因子，在各种技术支持下，一定可以更广泛地应用于疾病的治疗。