天然dsRNA诱导干扰素生成研究进展

张 虎,梁启超,杜新娜,朱金玲,罗佳斌

(1.佳木斯大学基础医学院,黑龙江佳木斯 154007;2.牡丹江医学院,黑龙江 牡丹江 157011;3.佳木斯大学口腔医学院,黑龙江 佳木斯154002)

干扰素(Interferon,IFN)是一类具有多种功能的免疫活性蛋白质,主要是糖蛋白。干扰素在抗病毒性疾病和增强机体免疫调节能力以及恶性肿瘤方面有明显效果。近年来,干扰素一直是细胞学、病毒学、分子生物学、临床医学、细胞学、肿瘤学、免疫学等相关领域的研究热点生[1,2]。干扰素临床应用的突出问题是这些细胞因子在体内的半衰期都很短,若要达到治疗水平,必须持续大剂量注射,由此会产生一系列副作用。常见的有肌痛、发热、头痛及低血压和胃肠反应等,约有一半可出现骨髓抑制现象,表现为血小板、白细胞、网状红细胞减少等。特殊不良反应有甲状腺异常、精神抑郁、严重颅内出血、代谢异常、间质性肺炎等。能诱导IFN产生的物质统称为干扰素诱导剂。按干扰素的产生及来源,干扰素可分为内源性IFN和外源性IFN。用IFN诱导剂在体内诱导细胞产生的IFN称之为内源性IFN。几乎所有的脊椎动物细胞都可产生lFN,但无论在体内还是体外,必须由IFN诱导剂诱导产生。理想的能直接应用于人体内诱生IFN的IFN诱导剂目前首推多聚肌苷酸,这是一种人工合成的dsRNA分子,临床上普遍使用。近来发现PIC在人体和其他灵长类体内易被血清核酸酶破坏,诱生IFN的效能较低,所以世界各国正在寻求新的dsRNA分子作为IFN诱导剂。

1 天然dsRNA诱导干扰素生成的机制研究

1969年日本东北大学石田博士成功地从香菇中分离出一种特殊的双链核糖核酸,能刺激人体网状组织细胞和白血球释放干扰素,是一种内源性干扰素诱导剂。这种物质能阻抑流感病毒和兔口内炎病毒的增殖。1978年铃木等分析发现在香菇的子实体、孢子和菌丝中都同样存在双链核糖核酸,但其抗病毒活性有一定差别,此外还发现双孢蘑菇中的这种双链核糖核酸,抗病毒能力比香菇更强,存在于香菇中的这种双链核糖核酸不耐热,加热后易失效,而双孢蘑菇中的这种物质耐热性较好,加热后仍有相当强的抗病毒能力。此外,还发现双孢蘑菇的这种双链核糖酸还可从深层发酵的菌丝中提取,为获得这种具抗病毒活性的干扰素诱导剂的工业生产带来希望[3]。

长双链RNA(1ong double stranded RNA,dsRNA)是良好的干扰素诱生剂,其来源对诱导活性并不重要,从植物、微生物到不同种类的动物,其细胞内的dsRNA组份都具有干扰素诱导活性[4]。以天然长dsRNA为干扰素诱生剂直接用于机体,在体内诱生的自身干扰素是广谱的,而且长dsRNA是免疫调节剂,已经证实长dsRNA还可诱生其他一些细胞因子[5],如白介素 1、2 和白介素 6(IL-l、Ll-2、IL-6)等。长dsRNA作用于机体以后的生物学活性远远超出了单纯的干扰素诱生活性,自身干扰素在体内不会产生抗体,因此可表现出更好的治疗效果。

长dsRNA不仅是良好的干扰素诱生剂,而且又具有广谱免疫调节剂的功能,国内外的研究报告指出,当细胞同微量的长dsRNA接触后,导致的一系列生物学活性的改变可归纳如下:诱生IFN、激活PKR、激活AS、抑制蛋白质合成、刺激前列腺素E的合成、促进白细胞的分化、促进巨噬细胞、NK细胞及特异性细胞毒T淋巴细胞的活性,诱导抗原呈递细胞产生各种细胞因子,抑制化学致突变剂的作用,恢复细胞问的接触抑制等[6]。这些功能同dsRNA的抗病毒、抗肿瘤以及增强免疫等生物学活性紧密相关。近些年来又证实dsRNA还有明显的抗幅射、抗突变和抗同位素损伤的作用。所以长dsRNA可用于抗病毒、抗肿瘤、抗幅射或抗突变的临床治疗[7]。

由于提取的长dsRNA没有种属特异性,所以从酵母菌中提取的天然长dsRNA也能起到从动物组织中提取的长dsRNA的作用,而且属于纯天然制品,避免了外源性因子的干扰。他不但可以避免从动物组织中提取的核糖核酸制品中外源性因子感染疾病的危险,还没有人源性因子的干扰。

2 天然dsRNA诱导干扰素生成的问题与展望

国内外有报道称天然dsRNA可以诱导哺乳动物体细胞生成干扰素,达到抗病毒、抗肿瘤的效果。但是不同的dsRNA进入细胞,其作用效果完全不一致。最著名的就是2006年获得诺贝尔生理学奖的RNAi(RNA interference,RNAi)技术,与特定基因互补的小片段dsRNA可以特异性地降低甚至关闭这一基因的表达,这一技术在基因组学和特定基因功能研究方面作用重大。

2006年RNAi技术获得诺贝尔生理学奖,但随着这一技术的火热运用,其“缺陷”不得不受到重视,即dsRNA可以激活干扰素活化途径。2003年Nature Cell Biol发现 dsRNA能够激活体内干扰素反应基因,1998年Fire等将dsRNA(长度＞30bp)导入常用哺乳动物细胞培养株时却不能观察到特异的RNAi现象,而是出现诱生干扰素,活化核糖核酸酶L,细胞的基因表达全面受抑和细胞凋亡的现象。Elbashir等将体外合成的21nt的siRNA导入哺乳动物细胞培养株中也检测到了特异的RNA干扰现象。

同样是dsRNA却可以一方面关闭基因的表达(RNAi),另一方面还可以诱导基因的表达(干扰素的生成),这就产生了一对“矛盾”。dsRNA诱导干扰素生成这一“缺陷”的发现也为祖国传统医药的机制研究提供了新思路,有报道称真菌类的dsRNA具有诱导干扰素生成、抗肿瘤、增强免疫系统功能的作用。所以dsRNA作用机制研究顺应了RNA调控机制研究的大趋势,是继基因组学和蛋白组学之后又一研究热点。

天然dsRNA的来源、长度、浓度、种属特异性等对于哺乳动物不同组织、不同细胞的体内、体外诱导作用结果等都是有待解决的问题。天然dsRNA是如何进入细胞,是否进入细胞核,如何诱导基因表达的机制不得而知。中药抗病毒、抗肿瘤、增强免疫力的理论基础也将在dsRNA诱导干扰索生成机制的揭示过程中得到丰富。

目前中药抗病毒机制研究较多的是多糖,但毕竟多糖仍然是混合物,不能得到一致认同。揭示dsRNA的作用机制不仅可以避免RNAi技术的“缺陷”,丰富RNA调控机制的网络,更重要的是可以为中药的作用机理提供一条新思路,为祖国医药国际化提供强有力的理论基础。使用干扰素诱导剂可以避免干扰素应用过程中副作用的产生,并且为临床应用提供前期的理论基础。

[1]王晓丽,王永明,朱万光,等.干扰素研究进展[J].动物医学进展,2008,29(12):60-63

[2]王日荣,李焱,高宾,等.干扰素联用拉米夫定治疗慢性乙型肝炎的疗效观察[J].黑龙江医药科学,2006,29(1):63

[3]陈士瑜.动君多食菇[J].食用菌,2003,25(5):42-43

[4]Hiscott JD,Alper L,Cohen J,et al.Induction of human interferon gene expression is associated with a nuclear factor that interacts with the NF-KB site of the human immunodeficiency virus enhancer[J].Virol,1989,63:2557-2556

[5]Lenardo M J,CE,FanT.Maniatis,et al.The involvement of the NFKB interferon gene regulation reveals its role as wildely inducible mediator of signal transduction[J].Cell,1989,57:287-294

[6]Michael P,Gantier,Bryan RG.The response of mammalian cel1s to double-stranded RNA[J].Cytokine&Growth Factor Reviews,2007,18(8):363-371

[7]Bianca Dauber,Jana Schneider,T horsten Wolff.Double-Stranded binding of influenza B Vuirus Nonstructural NSI protein inhibits protein kinase R but is essential to antagonize production of alpha/beta interferon[J].Journal of Virology,2006,12:11667-11677