鱼类的干扰素系统：研究进展与我国学者的贡献

李 丽，邹 钧，苏建国，刘兰浩，张 珊，聂 品*

(1.中国科学院水生生物研究所，淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北 武汉 430072；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306；3.华中农业大学水产学院，湖北 武汉 430070；4.青岛农业大学海洋科学与工程学院，山东 青岛 266109)

脊椎动物免疫系统的重要抗病毒策略是在模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)识别病毒后诱导干扰素(interferon,IFN)产生[1]。IFN 是一类由有核细胞分泌的具有广谱抗病毒活性的多效能细胞因子，其本身不具有直接的抗病毒作用，而是依赖于RNA 和蛋白质合成等细胞代谢过程发挥其活性。IFN 通过调控激活一系列信号通路，诱导产生大量具有抗病毒作用的ISGs。这些ISGs可直接作为效应蛋白抵抗病毒感染，或者作为调节蛋白，调控细胞或者宿主的抗病毒状态[2]。近年来，我国学者发现非哺乳动物IFN 的部分成员还具有强大的直接或间接抗细菌功能[3-4]。

鱼类被认为是最早具有完善IFN 系统的脊椎动物类群，是研究IFN 系统组成、功能和起源的重要对象，备受比较免疫学家的青睐[5]。近年来，国内外鱼类免疫学家在鱼类IFN 系统研究方面取得了重大进展。尤其值得关注的是，2022 年我国鱼类免疫学研究团队在斑马鱼(Danio rerio)和非洲爪蟾(Xenopus laevis)中鉴定到了一类新型IFN，将之命名为IV 型IFN，极大地拓展了我们对IFN系统复杂性和多样性的认知[6-7]。至此，根据基因结构、基因座、受体组成以及信号通路等特点将IFN 分为I 型、II 型、III 型和IV 型共四种类型[6,8]。目前，已经在鱼类中发现了全部四种类型IFN 的存在，其中III 型IFNs 只在软骨鱼中有报道[9]。

IFN 的信号传导起始于与细胞膜上特异性受体的结合，进而激活胞质中的JAK/STAT 信号通路，最终诱导一系列ISGs 和补体转录，这些诱导表达的ISGs 和补体是IFN 发挥其抗病毒和抗细菌等抗感染功能的效应分子[4,10]。IFN 功能的多样性和复杂性源于其大量诱导表达的效应分子的作用。在哺乳动物中，I 型和III 型IFNs 的功能相似，主要是作为先天性的抗病毒因子，它们的区别在于III 型IFNs 的表达具有组织细胞特异性，而I 型IFNs 几乎在所有有核细胞中表达[11-12]。相比而言，II 型IFN 主要由CD4+T 淋巴细胞、CD8+T 淋巴细胞、自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)等免疫细胞表达产生，主要功能是免疫调控、协调病毒和细菌感染中产生的先天性和适应性免疫[13]。IV 型IFN 的诱导机制似乎与I 型和III 型的非常相似，已有研究表明其具有显著的抗病毒作用，推测IV 型IFN 可能与I 型和III 型IFN 功能相似，主要在先天的抗病毒免疫反应中发挥作用[6,14-15]。

1 I 型干扰素

1957 年，科学家Isaacs 等[16]在用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感病毒感染时首次发现IFN，后来的研究表明，该IFN 属于I 型IFN。到目前为止，哺乳动物I 型IFN 的已知成员有IFN-α、IFN-β、IFN-ε、IFN-κ、IFN-ω、IFN-δ、IFN-τ、IFN-ν、IFN-μ 和IFN-ζ(limitin)。但并非所有的哺乳动物都具有这些IFN，其中IFN-δ、IFN-τ 和IFN-ζ 分别存在于野猪(Sus scrofa)、反刍类(ruminants) 和小鼠(Mus musculus)中；IFN-ν 在人(Homo sapiens)及除猫科(Felidae)动物以外的其他胎盘类哺乳动物中被认为是假基因，但研究发现其在家养猫中可能是有功能的；IFN-μ 则只存在于马(Equus caballus)中[17-18]。

IFN-α 和IFN-β 是哺乳动物中分布最为广泛，研究最为深入的I 型IFN。哺乳动物I 型IFN 具有广泛的生物学功能，如抗病毒、抗菌、抗肿瘤及免疫调节等[12]。I 型IFN 与其特异性受体结合后通过激活JAK-STAT 信号通路，从而激活ISGs 转录，如抗黏液病毒基因 (myxovirus resistant gene，Mx)、ISG15 以及2'-5'寡腺苷酸合成酶(2'-5' oligoadenylate synthetase,OAS)等基因的转录，以抵抗病毒等病原的感染[8]。I 型IFN 的主要功能之一是抗病毒作用，这涉及多种机制，如阻止病毒进入细胞、控制病毒基因的转录、切割病毒RNA 以及控制病毒蛋白的合成等[19-20]。除此之外，I 型IFN 在免疫调节中也发挥着重要作用，调控宿主的先天性和适应性免疫。如IFN-α 和IFN-β 可诱导NK 细胞的细胞毒性，诱导大多数细胞中的主要组织相容复合物I 类(major histocompatibility complex I,MHC I)分子的表达，以及诱导共刺激分子在抗原提呈细胞中的表达[21-22]。

与哺乳动物相比，鱼类IFN 的研究起步较晚，但近年来取得了显著的进展。鱼类IFN 的深入研究始于2003 年，当年有三个独立的研究团队分别在斑马鱼、大西洋鲑(Salmo salar)、暗绿鲀(Tetraodon nigroviridis)中鉴定了完整的IFN 基因序列[23-25]。自此，IFN 的发现鉴定不断增多，在不同分类地位的鱼类中被鉴定，主要包括鲤形目(Cypriniformes)、鲑形目(Salmoniformes)、鲈形目(Perciformes)、鲽形目(Pleuronectiformes)、鲀形目(Tetraodontiformes)、鲇形目(Siluriformes)、颌针鱼目(Beloniformes)、鳗鲡目(Anguilliformes)、以及软骨鱼类等[6-7,26-28]。近些年来，我国学者对不同鱼类中I 型IFN 的类群鉴定和功能研究做出了突出的成绩，如对草鱼(Ctenopharyngodon idella)[29]、鲫(Carassius auratus)[30]、青鱼(Mylopharyngodon piceus)[31-32]、鳜(Siniperca chuatsi)[33]、翘嘴鲌(Culter alburnus)[26]、乌鳢(Channa argus)[34]、大黄鱼(Larimichthys crocea)[35-36]等鱼类I 型IFN 的鉴定和功能研究。

1.1 鱼类I 型IFNs 的基因结构

在基因结构组成方面，哺乳动物和鸟类等羊膜动物的I 型IFNs 无内含子，而鱼类I 型IFNs由4 个内含子和5 个外显子组成[28,37]。在研究I型IFNs 的进化中，有学者认为I 型IFNs 可能很早就作为有内含子的基因出现在脊椎动物中，并在四足动物和鱼类中同步进化[38]。我国学者在阐明I 型IFNs 由鱼类中的有内含子进化为羊膜动物中的无内含子的研究中做出了突出的贡献。2010 年，我国学者在研究两栖动物热带爪蟾(X.tropicalis)的I 型IFNs 时提出I 型IFNs 逆转座假说，解释了羊膜动物中I 型IFNs 内含子丢失事件[39]。随后，以热带爪蟾和青藏高原特有的两栖动物高山倭蛙(Nanorana parkeri)为研究对象，我国学者发现热带爪蟾、高山倭蛙和羊膜动物的无内含子I 型IFNs 基因可能是由互相独立的逆转座事件产生的[40-41]。

此外，一些鱼类IFNs 可通过选择性使用不同的启动子而产生不同的异构体，这些异构体转录本表现出不同的本底和诱导表达水平[42-46]。斑马鱼的IFNφ1 存在有信号肽和缺乏信号肽两种转录异构体，其中缺乏信号肽的异构体形式呈现组成型表达，而病毒感染可显著诱导含信号肽的转录本[47]。随后的功能研究表明鱼类中缺乏信号肽的I 型IFNs 具有正常的抗病毒功能，可作为一种新型防御手段来对抗病毒感染[46]。

1.2 鱼类I 型IFNs 的分类和命名

与其他类型的IFN 相比，I 型IFNs 在不同脊椎动物中存在的类群/亚群和拷贝数是高度多样化的。由于I 型IFNs 在进化过程中受到逆转座事件以及谱系专一性的扩增和分化影响，硬骨鱼类的I 型IFNs 与高等脊椎动物的I 型IFNs 同源性仅在13%～30%，通过序列相似性难以区分硬骨鱼类的I 型IFNs 的亚型，同时也难以与哺乳动物I 型IFNs 建立一一对应关系[38]。起初，关于鱼类I 型IFNs 的命名没有一致的标准，甚至在不同的鱼类中存在不同的命名规则。通过鱼类免疫学家的不断探索，目前已建立了一套鱼类特有的IFN 分类命名系统。最初，根据干扰素成熟肽中参与形成二硫键的半胱氨酸的数目，将I 型IFNs 分成两大类：含有两个半胱氨酸的类群I (group I)和含有四个半胱氨酸的类群II (group II)，且每个类群又被进一步分成不同的亚群[48]。随着不同鱼类基因组的公布以及新的I 型IFNs 亚群基因的鉴定，鱼类I 型IFNs 的类群划分一直处于不断地修订和完善中[37]。根据系统发育进化树分析，I 型IFN 可分为8 个亚群，即IFNa -IFNf 以及IFNh 和IFNi，但是IFNg 一般指II 型IFN-γ，所以其在I 型IFNs亚群命名中不被采用[37,49]。

迄今为止，根据半胱氨酸数目，同时参考受体组成以及系统进化关系，有学者将已知的硬骨鱼类I 型IFNs 分为四个类群，类群I 含有两个半胱氨酸，广泛存在于各种鱼类中，包括IFNa、IFNd、IFNe 和IFNh 四个亚群，且发现类群I 的基因扩增可能与硬骨鱼类特定的全基因组复制事件有关[38]；类群II 含有四个半胱氨酸，包括IFNc和IFNi；类群III (group III)也含有四个半胱氨酸，目前报道的只有IFNf，该类群似乎分化较早，迄今为止只在鲑鳟鱼类和鳗鲡中被报道，是与软骨鱼的I 型IFNs 最接近的类群[37,50-51]；类群IV(group IV)包含IFNb，最初IFNb 和IFNc 因含有四个半胱氨酸被划分到类群II，但近期在研究乌鳢(Channa argus) I 型IFNs 时，发 现IFNb 和IFNc 在系统发育树中形成姊妹群，则将IFNb 形成的姊妹群单独命名为类群IV。至此，鱼类I 型IFNs 根据进化关系可分为4 个类群[34]。

如表1 所示，I 型IFNs 在不同种类的鱼类中存在不同的拷贝数和组成差异。鲑鳟类，如虹鳟似乎具有最复杂多样的I 型IFNs 组成，包含有除IFNh 和IFNi 以外的所有其他6 个亚群的IFN，即IFNa -f[52]，而在斑马鱼、鲤、翘嘴鲌等鲤科鱼类中的I 型IFNs 亚群组成为IFNa、IFNc 和IFNd[26,28-29]。在棘鳍总目(Acanthopterygii)中发现存在IFNc、IFNd 和IFNh 三个亚群的IFNs。例如，鲈形目的鳜、大黄鱼和大西洋白姑鱼[33,49,53]，鲽形目的牙鲆和大菱鲆中均存在上述三个I 型IFNs[54-55]。达氏鲟、中华鲟和雀鳝中I 型IFNs 的类群I 中只有IFNe 单一类型[50,56]。然而，目前还不清楚不同鱼类中一些IFN 亚群缺失和扩增的原因，现有的证据至少表明I 型IFNs 可能在硬骨鱼类的不同种类中经历了独立的演化事件[9,34,50-51]。此外，研究结果显示，与IFN 配体相互作用的一套完整的IFN 受体也存在于软骨鱼——米氏叶吻银鲛(Callorhinchus milii)[9]。

表1 I 型IFNs 在不同种类鱼类中的组成差异Tab.1 Composization of type I IFNs in different fish species

1.3 鱼类I 型IFNs 的受体和信号传导

哺乳动物所有I 型IFNs 都共用一套受体，IFNAR1 和IFNAR2，它们均属于II 型细胞因子受体家族[8]。鱼类的IFN 受体属于细胞因子受体家族B(cytokine receptor family B，CRFB) 的成员，而鱼类中已发现的CRFB 成员至少有17 个[25,57-58]。从系统发育分析看，鱼类CRFB1～3 均与哺乳动物IFNAR2 同源。有趣的是，并非所有硬骨鱼类都具有CRFB3；CRFB5 与哺乳动物IFNAR1 同源[28]，其在大部分鱼类中只有一个拷贝，而在大西洋鲑中有4 个拷贝[59]。在斑马鱼的研究中，研究人员通过功能缺失和获得的技术方法，发现I 型IFNs中的类群I 通过结合CRFB1 和CRFB5 发挥抗病毒功能，而类群II 通过CRFB2 和CRFB5 发挥抗病毒功能[60]。

目前的研究显示，硬骨鱼类不同类群的I 型IFNs 似乎选择性结合不同的受体复合物。我国学者在一些鱼类的I 型IFNs 的受体组成方面也取得了良好的研究成绩[61-63]。利用IFN 及其受体的物种特异性，通过在不同细胞中共转染I 型IFNs 配体和受体的方法对鳜I 型IFNs 的三个成员IFNc、IFNd 和IFNh 的受体组成进行分析。结果表明，鳜I 型IFNs 中的IFNc(类群II) 更倾向于通过CRFB2 和CRFB5 传递信号，而IFNh 和IFNd(类群I)则更倾向于通过CRFB1 和CRFB5 发挥抗病毒功能，虽然这三个I 型IFNs 也可以通过另一个I 型干扰素受体组合诱导ISGs 的表达[33]。相似的I 型IFNs 配受体组成也在罗非鱼、草鱼的研究中得到验证[61-62,64]。近年来，通过解析大黄鱼的新亚类IFNi 的晶体结构，发现其可以通过CRFB2 和CRFB5 进行信号传导，且与CRFB5 的结合能力高于与CRFB2 的结合能力[36]。此外，我国学者通过解析晶体结构发现，草鱼IFNa 可分别与CRFB1、CRFB2 和CRFB5 结合形成异二聚体复合物[64]，随后又有学者通过特异性的抗体阻断实验发现草鱼IFNa(原文中称为IFN1)可通过CRFB1/CRFB2/CRFB5 受体激活STAT1 信号，促进血小板对细菌的吞噬作用[4]。

此外，硬骨鱼类中同一类群的I 型IFNs 的不同亚类对CRFB5 的利用也存在异构体的差异。在一种古老原始淡水鱼类，亚洲龙鱼(Scleropages formosus)的研究中发现，其I 型IFNs 有四个成员：IFNa1、IFNa2、IFNb 和IFNc，其 中IFNa1 和IFNa2 属于类群I，它们均利用CRFB1/CRFB5b 受体复合物；而IFNb 和IFNc 属于类群II，它们则分别利用CRFB2/CRFB5a 和CRFB2/CRFB5b[65]。与复杂的I 型IFNs 组成相一致，大西洋鲑的I 型IFNs 受体CRFB1 和CRBF5 也因为全基因组复制事件出现了扩张，具有2 个CRFB1(CRFB1a 和CRFB1b)和4个CRFB5 (CRFB5a、CRFB5b、CRFB5c和CRFB5x)，IFNa、IFNc 和IFNb 分别利用不同的受体复合物，CRFB1a/CRFB5a/CRFB5b/CRFB5c、CRFB2/CRFB5a/CRFB5c 以 及CRFB2/CRFB5x[59]。

与哺乳动物相似，鱼类I 型IFNs 的信号传导主要依赖于保守的JAK/STAT 途径[28]。鱼类中已经报道的JAK 激酶有四种：JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2，它们能激活转录调节因子STAT[66]。迄今为止，鱼类中已经报道8 个STAT 分子，包括STAT1a、STAT1b、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6[67]。已有的研究证实，鱼类STAT1 基因参与调控I 型IFNs 信号通路，并可被IFN-γ 诱导表达[68]。青鱼(Mylopharyngodon piceus)中也存在STAT1a 和STAT1b，在病毒和IFN 诱导后两者转录表达均可被上调，而STAT1b 的上调表达程度要高于STAT1a。此外，两者可分别以同源二聚体或者异源二聚体的形式发挥抗病毒功能[69]。点带石斑鱼(Epinephelus coioides)STAT2 通过上调宿主I 型IFNs 和ISGs 的表达抵抗点带石斑鱼神经坏死病毒(red-spotted grouper nervous necrosis virus,RGNNV)的感染[70]。此外，大西洋鲑中存在2 个序列相似性很高的STAT2 同源基因，即STAT2a 和STAT2b，两者均参与了大西洋鲑IFNa 和IFN-γ 诱导的信号转导过程[71]。

1.4 鱼类I 型IFNs 的功能

与哺乳动物类似，鱼类I 型IFNs 也通过诱导具有抗病毒活性的ISGs 的表达，促使宿主建立抗病毒状态[72]。现有的研究证实，鱼类的一些ISGs具有直接的抗病毒作用，如Mx、Viperin、ISG15、PKR 和PKZ 等[73-76]。真核或原核重组表达的IFNa、IFNb 和IFNc 蛋白均可有效激活宿主抗病毒基因的表达，抵抗病毒感染[48,77]。用重组IFNa、IFNb或IFNc 处理的鲑TO 细胞，可抑制传染性胰脏坏死病毒(infectious pancreatic necrosis virus,IPNV)和鲑甲病毒(salmon α virus,SAV)的复制，增强细胞对病毒感染的抵抗力[77-78]。但当病毒感染的状态建立之后，这些重组蛋白对细胞的保护作用则会丧失[77]。有趣的是，不同的I 型IFNs 在病毒感染中的作用似乎存在差异。目前的研究结果显示大部分鱼类的IFNd 几乎没有抗病毒活性[33]。斑马鱼 的IFN ϕ2 和IFNϕ3(均 为IFNc 亚 群) 可 引起ISGs 的快速表达，从而保护鱼类免受SVCV 和IHNV 的感染。相比之下，IFNϕ1(IFNa 亚群)可诱导ISGs 延迟高表达，从而对不同的病毒(SVCV、IHNV、SHRV、ISKNV 和CHIKV)感染提供有效的保护作用。然而IFNϕ4(IFNd 亚群)似乎没有显著的抗病毒作用[79-80]。此外，我国学者也研究了鱼类I 型IFN 糖基化对其抗病毒功能的影响，发现青鱼IFNb 的N-糖基化位点突变后并不影响其抗病毒功能，表明N-连接的糖基化对IFNb 抗病毒功能的实现不是必需的[32]。

鲑鳟鱼类I 型IFNs 不同亚群之间的抗病毒作用也存在很大差异。体外实验证实，大西洋鲑IFNa、IFNb 和IFNc 均可增强大西洋鲑肾脏细胞(Atlantic salmon kidney cells,ASK)对SAV3 感染的抵抗作用，而体内实验结果显示IFNa 发挥局部的抗SAV3 感染作用，IFNb 和IFNc 则可发挥系统性的保护作用[81]。大西洋鲑的IFNa 和IFNc 对IPNV 和SAV 具有很强的抗病毒活性，但只有IFNa 能保护鱼类细胞免受ISAV 的感染。相比而言，IFNb 在体外诱导细胞产生抗病毒活性的能力要弱于IFNa 和IFNc[82]。鲈形目IFNh、IFNc 和IFNd 的抗病毒活性也在多种鲈形目鱼类有报道，鳜和大黄鱼的IFNc 和IFNh 可引起ISGs 的强烈表达，从而保护鱼类细胞免受病毒感染[33,83]。而IFNd 的抗病毒活性似乎在不同的鲈形目鱼类中存在差异，如鳜的IFNd 与鲤科鱼类以及鲑鳟鱼类的IFNd 相似，不能诱导STAT1 磷酸化以及ISGs的上调表达，也不能保护细胞免受病毒感染[33]，而大黄鱼IFNd 则可诱导ISGs 表达，具有抗病毒活性[6,35]。

除此之外，我国学者也对包括斑马鱼、鲤、草鱼、青鱼、金鱼(C.auratus auratus)、鲫、日本鳗鲡(Anguilla japonica)、中华鲟、石斑鱼等多种鱼类I 型IFNs 的ISGs 诱导活性和抗病毒活性进行了研究[30-31,81,84-88]。

除抗病毒功能以外，哺乳动物中的研究显示I 型IFNs 在抵抗细菌感染中也发挥着复杂的作用[89]。研究表明鱼类的I 型IFNs 参与抗细菌感染的免疫反应。重组的草鱼IFNφ1 可以通过结合革兰氏阳性菌的肽聚糖和革兰氏阴性菌的脂多糖，而直接杀死细菌[3]。除此之外，草鱼IFNa 还可通过激活IFN-IFN 受体-JAK/STAT-C3.3-CR1 通路而发挥抗菌功能[4]。大黄鱼的IFNd 和IFNh 可以被溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)、副溶血性弧菌(V.parahaemolyticus)和嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)混合菌显著诱导表达[83]。斑马鱼的IFNϕ1 能保护鱼类免受细菌感染[79]。综上表明，鱼类的I 型IFNs 可通过直接和间接的方式在抗细菌感染免疫中也发挥重要的作用。

特别值得关注的是，近几年我国学者通过解析鱼类IFN 的晶体结构来探究IFN 的功能及其与受体结合的结构基础方面也取得了突出的成绩。对草鱼IFNa 晶体结构的解析，发现其具有典型的直螺旋F，由6 个螺旋组成，IFNa 可与CRFB1、CRFB2 和CRFB5 结合，这三种受体可形成异二聚体复合物，提示鱼类I 型IFNs 虽然在结构域上与哺乳动物的保守，但是在与受体相互作用的方式方面可能存在差异[64]。对大黄鱼I 型IFNi 晶体结构的解析，则首次发现了具有6 个半胱氨酸，形成具有三对二硫键独特结构的I 型IFN[36]，进一步揭示了鱼类I 型干扰素系统的组成与结构多样性，为其功能研究提供了结构基础。

2 II 型干扰素

2.1 鱼类II 型IFNs 的组成及基因结构

在哺乳动物中，II 型IFNs 只有一个基因编码，即IFN-γ，该基因含有4 个外显子和3 个内含子。而鱼类由于全基因组复制以及IFN-γ 基因座的串联复制，其II 型IFNs 组成出现扩增现象，有两个成员，分别是IFN-γ 和IFN-γrel[90]。已知的硬骨鱼类II 型IFNs 基因座是高度保守的，IFN-γrel 基因位于IFN-γ 基因的上游，且两者均由4 个外显子和3 个内含子组成[91]。

1998 年，Chinchar 等[92]从斑点叉尾鮰中检测到鱼类的II 型IFN，IFN-γ 蛋白，发现其性质类似于哺乳动物的II 型IFN。而鱼类中IFN-γ 基因序列最早是在红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)中通过基因共线性的方法被克隆鉴定[93]。红鳍东方鲀IFNγ 基因座中还包括IL-22 和IL-26 两个基因。随后，在斑马鱼基因组中发现了与IFN-γ 相邻的另外一个基因，即IFN-γ 相关因子(IFN-γ related molecule,IFN-γrel，发表时曾被命名为IFN-γ1)。目前，IFNγ 已经在多种鱼类中被报道，包括大西洋鳕(Gadus morhua)、大西洋鲑、鲤、金鱼、虹鳟、鲇(Silurus asotus)、大黄鱼、鳜、牙鲆、黄鳍棘鲷(Acanthopagrus latus)等[94-105]。在一些鲤科鱼类和鲑鳟鱼类中，由于第四次全基因组复制事件，其IFN-γ 和IFN-γrel 都出现了多个拷贝[24,97-98,106-107]。近期的研究发现，巨骨舌鱼(Arapaima gigas)的II型IFNs 及其受体基因座也发生了复制，导致其具有三个II 型IFNs，分别是IFN-γ、IFN-γlike 以及IFN-γrel[108]。

2.2 鱼类II 型IFNs 的受体和信号传导

哺乳动物IFN-γ 的受体由IFN-γR1 和IFNγR2 组成，分布于几乎所有的细胞表面，其中IFN-γR1 行使与配体结合的功能，而IFN-γR2 则负责信号传导[8]。IFN-γ 受体胞内部分具有保守的磷酸化位点，其中IFN-γR1 的磷酸化位点靶向JAK1，而IFN-γR2 的磷酸化位点靶向JAK2[109]。哺乳动物中，IFN-γR1 和IFN-γR2 都是以单拷贝形式存在，而在硬骨鱼类中IFN-γR1 具有两个同源基因，即IFN-γR1-1 和IFN-γR1-2，也被称为CRFB17 和CRFB13[57,95,110-112]。硬骨鱼类CRFB6则与哺乳动物IFN-γR2 同源，具有较短的胞内区序列，含有JAK2 结合位点[28]。IFN-γR2 在四足动物和鱼类中一直被认为仅有一个拷贝，但近期的研究发现巨骨舌鱼的IFN-γR2 也存在两个拷贝，被命名为IFN-γR2-1 和IFN-γR2-2，两者分别被不同的IFN-γ 所利用，其中IFN-γR2-1 与IFN-γR1-1是IFN-γlike 的受体，而IFN-γR1-2 和IFN-γR2-2是IFN-γ 的受体[108]。鱼类II 型IFN 受体胞内区功能的研究结果显示，CRFB17(IFN-γR1-1)和CRFB13(IFN-γR1-2)的胞内区存在保守的STAT1 结合位点[95,108]。已有的研究证实，斑马鱼和草鱼的IFNγrel 不与CRFB6 结合。此外，鳜和巨骨舌鱼的IFN-γrel 在CRFB17 存在的条件下即可诱导下游基因表达，发挥其免疫功能[57,95,108,113]。因此，硬骨鱼类IFN-γrel 可通过II 型干扰素受体CRFB17 发挥功能。但是，IFN-γrel 的信号传导中CRFB17 是否与自身形成同源二聚或多聚体，还是与其他亚基配对形成异源二聚体，都值得进一步探索。

2.3 鱼类II 型IFNs 的功能

哺乳动物的IFN-γ 通常被认为是先天性和适应性免疫的调节性细胞因子，主要对细胞内感染产生免疫作用。IFN-γ 和IFN-γrel 的生物学功能已经在一些鱼类中进行了初步的研究，包括斑马鱼、金鱼、鲫、大西洋鲑以及巨骨舌鱼等[101,106,108,114-115]。与哺乳动物的IFN-γ 类似，虹鳟和金鱼IFN-γ 可增强巨噬细胞的呼吸爆发和一氧化氮(nitric oxide,NO)产生，促进巨噬细胞对细菌的吞噬作用，且IFN-γ C 末端保守的正电荷氨基酸残基基序对其活性必不可少[96,116]。将草鱼的IFN-γ 装载在羧甲基壳聚糖纳米颗粒上可显著提高草鱼抗细菌感染的能力[117]。此外，我国学者近期发现草鱼IFN-γ 也参与调控杀鱼爱德华氏菌(Edwardsiella piscicida)与NOD1 或自噬体的相互作用，从而增强细胞清除细菌的能力[118]。

有趣的是，与I 型IFNs 类似，鱼类的IFN-γ也具有显著的抗病毒活性。鳜IFN-γ 不仅可强烈激活Mx、IFP35 和Nmi 等ISGs 的启动子，而且在细胞中过表达后也表现出强烈的抗病毒活性[95,119-121]。日本花鲈(Lateolabrax japonicus) IFN-γ也能显著增强细胞抗石斑鱼神经坏死病毒感染的作用，同时能调控MHC II 分子的表达[122]。大西洋鲑IFN-γ 能显著抑制IPNV 和SAV3 感染，且其抗病毒活性部分依赖于I 型IFN[101]。鲫IFN-γ 和IFN-γrel 的原核重组蛋白均具有强烈的抵抗鲫造血坏死病毒(crucian carp hematopoietic necrosis virus,CHNV)感染的作用[103,123]。

除此之外，斑马鱼IFN-γ 信号参与保守的IFN-γ-IRF1-CIITA-MHC II 信号级联通路，从而参与鱼类早期适应性免疫中的抗原提呈过程[124]。在几种不同的鱼类中，已报道IFN-γ 作为疫苗佐剂的潜在应用价值。牙鲆IFN-γ 作为疫苗佐剂可提高鱼体对爱德华氏菌外膜蛋白OmpV 引起的免疫反应[103]。虹鳟IFN-γ 可增强DNA 疫苗早期特异性IgM 反应，增强CpG 对虹鳟IHNV 诱导的死亡的保护作用[125]。近年来，我国学者在硬骨鱼类IFN-γ 对Th1 细胞的调控作用方面也取得了良好的成绩，在罗非鱼中鉴定了CD3+CD4-1+IFN-γ+的Th1 细胞，发现Th1 细胞及其产生的IFN-γ 在罗非鱼巨噬细胞活化和抵抗细菌感染中的作用[126]。

然而，IFN-γrel 作为硬骨鱼类特有的基因，它的抗菌和抗病毒功能与IFN-γ 存在一些差异，同时其在不同物种或细胞中也表现出一定程度的功能差异。暗绿鲀IFN-γ 可显著诱导Mx 的表达，而IFN-γrel 则抑制其表达，且IFN-γrel 在细菌感染时能以更快的速度更大程度地促进宿主炎症反应的发生，而IFN-γ 在细菌感染后期诱导宿主产生有效的抗菌免疫反应[127]。金鱼IFN-γrel 可以诱导iNOS 表达和NO 产生并诱导显著的吞噬作用[116]。相反，鲤的重组IFN-γrel 不能诱导吞噬细胞产生iNOS[128]。斑马鱼的IFN-γrel 可以激活胚胎中ISGs 的表达，但不能激活ISGs 在EPC 细胞中的表达[68]。许氏平鲉(Sebastes schlegelii) IFN-γ可增强巨噬细胞呼吸爆发活性和NO 反应来调控免疫反应，同时可上调促炎因子以及抗病毒基因表达[129]。

最近，对草鱼IFN-γrel 晶体结构的解析，发现了其独特的拓扑结构，可形成由两对二硫键连接的同源二聚体，提示草鱼IFN-γrel 在进化过程中可能出现了特有的功能，与IFN-γ 相关的细胞因子功能部分被保留，IFN-γrel 能上调促炎基因的表达，但已经丧失了激活参与Th1 反应的功能[113]。基于上述在多种鱼类中关于IFN-γrel 的研究结果，目前普遍认为鱼类IFN-γrel 在功能上存在亚功能化或者起到辅助IFN-γ 功能的作用。而IFN-γrel的功能机制有待深入阐明。

3 III 型干扰素

III 型干扰素，即IFN-λ，亦曾被称为IL-28/29。III 型干扰素及其受体在两栖类、鸟类、哺乳类中均有报道[39,130-132]。III 型IFNs 家族包含多个成员，目前发现的有功能的基因拷贝有IFN-λ1、IFN-λ2、IFN-λ3 和IFN-λ4，其表达调控模式与I型IFNs 相似[133-134]。III 型IFNs 的受体属于II 型细胞因子受体家族，包括两条受体链：IFN-λR1(也称IL28Rα 或LICR2) 和IL10RB(亦称为IL10R2)。IFN-λR1 的胞外区由两个串联的纤连蛋白III 型结构域(fibronectin type III,FNIII)组成，主要与IFNλ 进行特异性结合[135]。IL10RB 则与JAK/STAT 通路蛋白结合，负责信号传导，此外，它还是IL-10 家族细胞因子共用受体。III 型IFNs 的信号通路途径与I 型IFNs 的很相似[11]。除了抗病毒作用外，IFN-λ 还具有抗细胞增殖、抗肿瘤，参与抗原加工提呈以及免疫调节作用等多种生物学功能[136]。诱导性表达方面，III 型IFNs 在很多类型的细胞中均可被诱导产生，在甲型流感病毒(influenza a virus,IAV)感染时，IFN-λ 在浆细胞样树突状细胞中的产生量要比在单核细胞来源的树突状细胞中的产生量多[137]。

对于早期在鱼类中报道的IFN，曾存在关于其究竟是与哺乳动物的I 型或III 型IFNs 中的哪种具有相同的系统发育关系的争议。由于在斑马鱼等鱼类中最初鉴定的IFNs 含有四个内含子，这与哺乳动物III 型IFNs 中的情况相似，而哺乳动物的I 型IFNs 则是无内含子的。因此，有学者认为这些鱼类的I 型IFNs 是哺乳动物III 型IFNs 的同源物[25,47]。然而，后续的研究发现两栖动物的I型和III 型IFNs 基因都存在这种内含子的结构[39]，而且斑马鱼IFN 的晶体结构解析显示出I 型IFNs典型的F 螺旋结构，而非III 型IFNs 的弯曲螺旋结构，从而证实硬骨鱼类中所报道的IFN 是与哺乳动物的I 型IFNs 同源[138-139]，而非III 型IFNs[28]。2020 年，我国学者在综述论文中描述了软骨鱼类中的III 型干扰素受体亚基[28]，英国学者从软骨鱼类米氏叶吻银鲛中鉴定到了IFN-λ，该研究结果否定了IFN-λ 是由四足动物祖先中的I 型IFNs 复制而来的假说[9]。

4 IV 型干扰素

在2022 年以前，学术界普遍认为IFN 只有三种类型，而最近我国学者在斑马鱼24 号染色体上发现了与斑马鱼中已知所有IFN 基因具有较低一致性(5.5%～17.0%) 的新IFN 基因，并将其命名为IFN-υ，即IV 型IFN，且这种类型的IFN 存在于从鱼类到原始哺乳动物的脊椎动物类群中[6]。脊椎动物的IFN 类型也由原来的三种类型增加到四种类型，这一发现刷新了我们对脊椎动物IFN系统复杂性的认识，为IFN 的研究开拓了全新的方向[6-7]。

与其他三种类型IFNs 不同，IFN-υ 及其受体IFN-υR1 分别位于独特且高度保守的基因座上，且在系统发育树上分别与II 型细胞因子及II 型细胞因子受体聚在一起。IFN-υ 含有多个外显子，多序列比对结果发现，IFN-υ 的氨基酸序列的N端具有一段保守的基序[CXXXXX(W/L)]。通过基因过表达、体内基因敲除和敲降实验，发现IFNυ 具有诱导ISGs 表达和抗病毒功能。通过在斑马鱼体内进行受体敲除和敲降实验，发现IFN-υ 的受体复合物由CRFB12(即IFN-υR1) 和CRFB4(IL10R2)构成。IFN-υR1 受体具有保守的激活JAK-STAT 通路的位点以及相同的内含子相位(1-2-1-0-1-0)[6-7]。Chen 等[14]以两栖动物的模式生物为对象，对IV 型IFNs 的转录、信号传导和功能方面进行了研究，发现IFN-υ 启动子元件与III 型IFNs 非常相似，存在可被IRF1、IRF3、IRF7 和p65 转录激活的ISRE 和NF-κB 位点。并且IFN-υ通过激活ISGF3 转录复合物，诱导大约400 个ISGs 基因表达，其中大约268 个ISGs 基因与人类或斑马鱼的ISGs 无关，它们可能是两栖类特有的ISGs。近期，在青鱼中也鉴定到了IFN-υ，发现其可通过诱导ISGs 的表达并增强细胞的抗病毒作用[15]。有关IV 型IFN 的功能，是一个值得进一步探究的重要方向。

5 总结和展望

干扰素作为一类高效广谱的非特异性免疫因子，在鱼类抵抗病毒和细菌感染免疫中发挥着重要作用。近年来，我国学者在鱼类干扰素系统的研究中做出了很大贡献，不仅克隆鉴定了多种鱼类中的干扰素基因，对其结构、功能和信号传导进行了深入研究，而且鉴定了IV 型干扰素，丰富了脊椎动物的干扰素系统，所取得的研究结果对鱼类抗病毒药物的研发具有重要的理论指导意义。

虽然，在鱼类IFN 系统的研究中取得了突出的成绩，但是与哺乳动物干扰素功能的认识还存在差距。鱼类IFN 诱导产生抗病毒作用的ISGs 的筛选以及作用机制的解析等内容还存在很多未知。由于IV 型IFN 是一个近期才发现的IFN，其在不同鱼类中的鉴定、信号通路以及功能等内容也是今后研究的重点。此外，关于鱼类中I 型IFNs 诱导的天然免疫反应如何有效地协调适应性免疫、I型IFNs 在这个过程中的作用机制、II 型IFNs 的表达调控及其免疫调节功能等内容，都是鱼类免疫学工作者面临的挑战。总而言之，鱼类IFN 的研究对于鱼类免疫学家来说任重而道远，鱼类IFN系统的深入研究将为鱼类抗病毒抗细菌药物的开发、DNA 疫苗研制和抗病育种等奠定基础，同时对鱼类IFN 作用机理的研究也将从进化角度为人类等高等脊椎动物IFN 的研究和应用提供思路。

（作者声明本文无实际或潜在的利益冲突）