禽干扰素抗病毒机制及在家禽生产中的应用

2021-12-05陈晓雯侯玉凤蔡巧利谢全喜

现代畜牧兽医 2021年8期

陈晓雯，侯玉凤，宁扬，蔡巧利，宋翔，谢全喜，谷巍

（山东宝来利来生物工程股份有限公司山东省动物微生态制剂重点实验室，山东泰安 271000）

1957年，Isaacs等[1]在鸡胚绒毛膜上研究流感病毒干扰现象时发现，被病毒感染的细胞可以产生一种能够抵抗病毒感染和干扰病毒复制的因子，并将其命名为干扰素（interferon，IFN）。干扰素是细胞因子的1个家族，是抗病毒感染非特异性免疫的重要因素[2]。在病毒感染的早期反应中，干扰素上调数百个阻断不同阶段病毒复制的抗病毒基因，为适应性免疫反应提供足够的发展时间[3-4]。

干扰素具有高度的动物种属特异性。IFN的抗病毒活性在不同种属之间可能存在着交叉，但差异较大[5-6]。禽干扰素（chicken interferon，ChIFN）是第1个被发现的干扰素[1]。随着研究的不断深入，IFN在猪[7-8]、犬[9-10]、鱼[11]等动物中陆续被发现。然而，由于干扰素具有种属特异性，许多用于哺乳动物IFN的研究方法不适用于ChIFN，导致ChIFN的研究相对滞后，尤其是在抗病毒机制及其在禽病毒性疾病防治中的应用方面。因此，文章就ChIFN进行详细的概述，为ChIFN在动物病毒性疾病中的研究提供参考。

1 禽干扰素产生及分类

干扰素是一种在细胞内合成的分泌蛋白，分泌到细胞外发挥作用。与哺乳动物相同，根据序列同源性和受体特异性，ChIFN也可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。3种类型的ChIFN在理化特性和生物学活性上存在明显差异。

1.1 禽I型干扰素

ChIFN I可分为3种亚型，即ChIFN-α、ChIFN-β和ChIFN-κ。其中，对ChIFN-α和ChIFN-β两种亚型的研究居多，其他亚型研究较少。ChIFNⅠ是在鸡胚绒毛膜上研究流感病毒干扰现象试验中首次发现的，最初被命名为IFN1和IFN2，之后根据哺乳动物干扰素的标准命名法改为IFN-α和IFN-β[1,4,12]。

ChIFN-α是多基因家族的成员，由鸡Z染色体短臂上的无内含子的多拷贝基因编码，ChIFN-α的分子量为19 kDa，其成熟蛋白中含有162个氨基酸，与哺乳动物IFN-α的同源性只有24%，但某些高度保守区域的相似性高达80%[13-14]。体内外试验研究发现，ChIFN-α对多种禽病毒，如新城疫病毒（NDV）、传染性法氏囊病病毒（IBDV）等具有显著的抗病毒作用[15]。

与ChIFN-α不同，ChIFN-β是由无内含子的单拷贝基因编码，其成熟蛋白含有176个氨基酸，分子量约为20 kDa，与ChIFN-α同源性为57%，但二者是明显不同的细胞因子，因为抗ChIFN-α抗体不能中和ChIFN-β的抗病毒活性。此外，由于ChIFN-α和ChIFN-β与各自受体的结合亲和力不同，ChIFN-α的抗病毒活性比ChIFN-β强[4,13,16]。

ChIFN-κ是一种新报道的具有抗病毒活性的ChIFNⅠ，是由单核细胞和角化细胞产生，由184个氨基酸组成。ChIFN-κ在Z染色体上的编码方向与IFN-α和IFN-β的相反，与ChIFN-β的同源性仅为25.8%，显著低于ChIFN-κ与来自不同哺乳动物和鸟类的IFN-κ之间的同源性[17-18]。ChIFN-κ在禽流感等禽类疾病中表现出较好的抗病毒作用[18]。

1.2 禽Ⅱ型干扰素

ChIFNⅡ由活化的T淋巴细胞和NK细胞产生，仅有一种亚型，即IFN-γ，以单一基因的形式存在于研究过的哺乳动物和鸟类中[4]。ChIFN-γ通过分离的鸡脾淋巴细胞首次克隆得到，对热和酸不稳定，而ChIFN I能够耐受的酸处理[19-20]。ChIFN-γ的成熟蛋白中含有145个氨基酸，与哺乳动物IFN-γ的同源性≥30%，与ChIFNⅠ的同源性仅为15%[4,21]。IFN-γ的抗病毒活性比ChIFNⅠ弱，而在调节免疫应答、抗增殖活性方面的活性较强[4,221]。

1.3 禽Ⅲ型干扰素

ChIFNⅢ是2003年发现的新型干扰素，包括IFN-λ1（IL-29）、IFN-λ2（IL-28A）和IFN-λ3（IL-28B）和IFN-λ4四种亚型[22-23]。而在禽类中只存在1种亚型，即ChIFN-λ，是由Karpala等[24]于2008年从鸡体内克隆首次鉴定发现的，推测其分子量为22 kDa。与Ⅰ和ChIFNⅡ不同，ChIFN-λ位于7号染色体上，由5个外显子组成，通过与其他IFN-λ的同源性比较发现，ChIFN-λ与人IFN-λ2的同源性较高（81%）[4,25]。ChIFN-λ的抗病毒活性与Ⅰ型ChIFN相似，免疫调节功能与ChIFNⅡ相似，诱导机体产生多种趋化因子和调节因子[25]。

2 禽干扰素的作用机制

当干扰素与其细胞表面特定的受体结合时，激活信号通路，刺激多种效应蛋白质分子在细胞内合成，从而发挥抗病毒作用[4]。

2.1 禽干扰素的受体及信号通路

IFNⅠ与IFNAR1和IFNAR2结合，激活Janus激酶-信号转导与转录激活子（janus kinase-signal transducer and activator of transcriptions，JAK-STAT）信号通路，使信号转导因子和转录激活因子家族成员（STAT1和STAT2）发生磷酸化，磷酸化的STAT分子进一步与干扰素调节因子（interferon-regulatory factor 9，IRF9）结合形成刺激干扰素刺激基因因子3（ISGF3）复合体转录，入核与干扰素刺激应答元件（interferon-stimulated response elements，ISREs）结合，诱导一系列干扰素激活基因（ISGs）表达，从而保护细胞免受病毒感染[14,26]。然而，即使IFNⅠ的几种亚型均与相同的IFNR1/IFNR2受体结合，但仍观察到ISGs的差异表达，可能是由于它们与各自受体的结合亲和力不同。IFNⅠ可以通过直接或间接作用于自然杀伤细胞（NK）、CD8+细胞毒性T细胞（CTLs）、树突状细胞（DCs）和B细胞来调节适应性免疫反应[27]。

IFNⅡ的受体复合体为IFNGR1和IFNGR2，主要通过激活JAK1与JAK2激酶，磷酸化STAT1，使其形成同源二聚体，入核并结合染色体上的IFN-γ活化位点（gammaactivated sequence，GAS）元件，从而激活相关基因转录。与哺乳动物IFN-γ相同，ChIFN-γ能够激活巨噬细胞，增强TH1细胞的活性，增强MHCⅠ类和Ⅱ类基因表达增加，并诱导IL-12、一氧化氮和超氧物的产生，消除细胞内病原体（如病毒）[22,28]。

IFNⅢ的信号通路与IFNⅠ相似，其受体为IFN-λR1与IL-10R2形成的异二聚体，激活JAK-STAT信号通路，使STAT1和STAT2发生磷酸化，磷酸化的STAT分子进一步与IRF9结合形成ISGF3复合体转录，入核与ISREs结合，诱导一系列ISGs表达；然而不同的是，由于IFN-λR1主要分布在消化道、表皮、胃肠道等上皮组织中，导致IFNⅢ的表达范围较小，具有局限性[24,27,29]。ChIFN-λ主要在上皮组织中发挥抗病毒作用。有研究发现，ChIFN-λ也可产生一氧化氮，但与ChIFN-γ相比水平较低[4,24]。

2.2 干扰素激活基因

IFN I和IFNⅢ的抗病毒作用均与ISGs相关。研究表明，大部分ISGs显示多种抗病毒作用，是由多个ISGs共同作用，以防止、抑制或定位入侵病原体。

黏病毒抗性蛋白（Mx）是鸡中研究最多的ISGs之一，它严格依赖IFNⅠ和IFNⅢ表达，但其抗病毒活性仍存在一些争议[4,30]。Schusser等[31]研究表明，由于IFN对流感的抗病毒作用不依赖于鸡体内的Mx，因此其他ISGs必须参与抗病毒反应。

双链RNA依赖性蛋白激酶（PKR）能够抑制病毒蛋白质合成。研究表明，鸡PKR具有抗水泡性口炎病毒（VSV）感染的作用；除此之外，PKR还参与其他多种细胞过程，如细胞分化、代谢、增殖和凋亡[4,30,32]。

2,5腺苷酸合成酶（2,5-oligoadenylate synthetase，OAS）是1种IFN诱导酶，在鸡体内有OAS-A和OAS-B两个等位基因，OAS-B活性明显低于OAS-A。在抗病毒活性方面，在哺乳动物或鸡胚成纤维细胞中表达的鸡OAS分别对WNV和牛痘病毒具有直接抗病毒活性[33]。

3 禽干扰素在家禽中的应用

3.1 抗病毒作用

研究表明，ChIFN对新城疫（NDV）、禽流感病毒（AIV）、传染性法氏囊病病毒（IBDV）等表现出强大的抗病毒作用。研究显示，ChIFN-α能够使新城疫病毒（NDV）滴度下降，且口服给药比肌肉注射的治疗效果好[15]。Yang等[34]用ChIFN-γ诱导鸡胚成纤维细胞在原代细胞中产生抗病毒环境，发现IFN-γ对NDV感染有显著的抗病毒作用；此外，ChIFN-γ对IBDV感染有一定的抑制作用，且ChIFN-γ和ChIL-18联合效果更好。王萌等[35]将ChIFN-α与灭活H9N2亚型流感病毒联用，通过短期重复口服的方式免疫SPF鸡，结果显示，连续使用3~5 d ChIFN-α表现出较好的抗流感病毒能力。关于ChIFN-λ相对研究较少。有研究表明，ChIFN-λ能够显著抑制高致病性甲型流感病毒的复制[36]。

3.2 免疫调节作用

3种类型的ChIFN均具有免疫调节作用，其中ChIFN-γ的作用最强。ChIFN的免疫调节作用具有双向性，少量ChIFN能发挥积极作用，而大量ChIFN则相反[37]。ChIFN-γ除了在抗流感病毒感染中发挥重要作用外，其诱导的前免疫状态有助于减缓流感病毒的传播[38]。Kwon等[39]研究发现，免疫功能低下的鸡在感染AIV后vRNA表达水平升高，ChIFN-γ可以下调vRNA的表达水平。