干扰素介导的信号传导

干扰素介导的信号转导学院：生命科学学院专业：发育生物学姓名：***导师：张*学号：**********联系方式：***********************干扰素介导的信号转导摘要:IFN-α／β是一类重要的细胞因子,在体内外可介导多种生物学活性,包括抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用。

近来研究表明, IFN-α／β与细胞表面的特异性受体结合,除了诱导经典的JAK-STAT途径外,还能诱导IRF途径、p38MAPK 途径、IRS-PI3K 途径、CrKL途径等。

而且不同的信号途径有一定的交互反应。

明确各种信号传导途径及其介导的生物学效应,有助于了解IFN的作用机制,本文综述了IFN-α／β发挥其生物学效应所历经的不同信号转导途径。

关键词：IFN-α／β，细胞因子，信号途径1.前言干扰素（interferon,IFN）是细胞对相关刺激反应时所产生的细胞信号蛋白质，是细胞因子超家族中一个糖蛋白类同源细胞因子家族，称为IFN家族。

已鉴定出该家族中的3个主要成员：IFN-α、IFN-β和IFN-γ[1]。

干扰素通过不同的信号传导通路发挥不同的生物活性, 其中Ⅰ型干扰素通过含JAK-STAT,MAPK-p38 和 PI3K 这 3 条通路发挥抗病毒、抗细胞增殖及免疫调节等重要作用, 而Ⅱ型干扰素则通过 JAK-STAT 和 MAPK-p38 路径发挥生物学作用, Ⅲ型干扰素则仅通过 PI3K 通路发挥生物学作用; 这 3 条传导通路包含 98 个基因和19 693 个 SNPs, 组成了复杂的基因间相互作用网络[2]。

近期研究表明，IFN-α与其受体结合后，可激活多种信号转导途径，从而发挥其抗病毒、抗肿瘤（抗增殖）及免疫调节等多种生物学功能。

本文综述IFN-α／β发挥其生物学效应所历经的不同信号转导途径及其信号转导分子的近期研究进展。

IFN-α／β及其受体IFN和靶细胞上的受体结合介导其生物学效应。

IFN-α、IFN-β共用一个受体即IFNAR,它由IFNARⅠ和IFNARⅡ两个亚单位组成。

IFNARⅡ有两种剪接体,一种较短,由331个氨基酸组成,命名为IFNAR2b;另一种较长,由515个氨基酸组成, 命名为IFNAR2c。

IFNAR2b只含26 个氨基酸,不能传导信号,而IFNAR2c胞内区较长,由251个氨基酸组成,可传导信号。

IFNARⅠ和IFNARⅡ的胞内区无酶活性,与胞浆内的JAK酪氨酸蛋白激酶相联,其中IFNARⅠ与Tyk2相联,而IFNAR2与JAK1相联。

在通常情况下,膜受体IFNAR1、IFNAR2以非活性的形式存在, Tyk 结合在IFNAR1上,JAK1、STAT1、STAT2结合在IFNAR2上,不表现生物学活性。

在IFN-α的刺激下, IFNAR2c两个位置的酪氨酸残基Tyr(337)和Tyr(512)被磷酸化[3]。

Wagner[4]研究发现IFNAR2c链的337或512位的酪氨酸残基对于IFN-α的信号传导起关键作用,这两个位置的酪氨酸残基只要任何一个磷酸化,都可激活IFN的信号传导。

IFNAR2c的磷酸化引起IFNAR1 和IFNAR2的相互作用,促使JAK1、Tyk2的交叉磷酸化,最终JAK1、Tyk2彼此激活,被激活的JAK1和Tyk2又使受体复合物的其他成分磷酸化,并募集游离于胞浆的STAT1、STAT2并使其磷酸化,这些磷酸化的STAT蛋白与受体复合物分离后形成同源或异源二聚体,各自发挥其生物学效应[5].2.干扰素介导的信号途径2.1 JAK-STAT途径JAK-STAT 途径是最早发现INF介导的转录活化INF刺激基因的信号途径。

非受体性蛋白质酪氨酸激酶超家族中的Janus激酶（JAK）家族及信号转导子和转录活化子（STAT）家族是细胞对IFN-α等细胞因子反应的一些基本蛋白质分子，构成IFN-α及白细胞介素（IL）等细胞因子信号转导的经典途径，称为JAK-STAT途径[6-8]。

IFN-α与其效应细胞的膜受体结合后，活化一类特殊的受体相关性酪氨酸蛋白激酶，即JAKs蛋白质。

这些被活化的JAKs蛋白质即自身磷酸化并使受体复合物中的其它成份磷酸化，并募集游离于胞浆的STATs并使STATs 的羧基末端酪氨酸残基磷酸化。

这些磷酸化的STATs蛋白质与受体-JAKs复合物分离并经同源或异型二聚化后位移至胞核内，与其效应基因序列中的应答性调控元件结合而参与靶基因的转录活化(图1)。

研究JAKs突变的细胞株表明，在JAKs 家族中，参与IFN-α信号转导的主要成员是JAK1和JAK2。

JAK1和JAK2的氨基末端区是结合受体和活化STATs的活性功能区域。

不同的JAKs家族成员参与不同类型细胞因子信号转导的主要原因在于，不同的JAKs家族成员与各类受体及JAKs下游信号转导蛋白之间的分子结构及其相互作用的差异。

Jaster等报道参与IFN-α信号转导的转录因子主要是STAT1和STAT2，其中STAT1的作用更明确，而STAT5似乎并未参与介导IFN-α信号转导过程。

图1 JAK-STAT信号途径IFN-γ主要通过诱导Stat-1同源二聚体(又称IFN-γ反应因子,简称GAF)形成而传导信号,已知IFN-γ可抑制Th2细胞的增生而对Th1细胞无此作用。

近来发现,这是因为Th1细胞缺乏IFN-γ受体的β链(又称辅助因子1/AF-1),不能诱导GAF形成之故。

Ⅰ型IFN诱导GAF形成受SH-PTP1的选择性调节,提示体内JAK-STAT途径受到十分精细的调节。

Th1/Th2的失衡可导致多种疾病,这些发现使我们有可能在分子水平上理解这种失衡,并对其进行干预。

2.2 IRF途径干扰素调节因子（interferon regulatory factor,IRF）是众多经IFN诱导表达的蛋白质中一个转录调节因子家族，其中对IRF-1和IRF-2蛋白质的分子特性具有较多的了解，近年研究发现的该家族成员已超过10个[10]。

研究表明，IFN-α可诱导IRF表达上调，该效应不依赖于STAT活化途径，而是经活化性核因子Kappa b介导，被激活的IRF（主要为IRF-1或IRF-2）与其靶基因2′-5′寡聚腺苷酸合成酶（2′-5′oligoadenylate synthetase,2-5 OAS）基因启动子中IFN反应性元件结合而启动2-5 OAS基因表达[11]。

此外，活化性的IRF也可诱导p68激酶及RNA酶L（RNase l）的表达，Northern印迹分析表明，经IFN-α治疗或体外培养的慢性期或急变期慢粒白血病（chronic myelogenous leukemia,CML）患者的粒细胞、淋巴细胞及CD34+细胞中IRF-1、IRF-2、2-5 oAS、p68激酶及RNA酶L的表达均增强。

这些蛋白质均为IFN-α反应性基因产物，它们协同作用，介导IFN-α信号转导而主要呈现出IFN-α的抗细胞增殖效应。

2.3.P38 途径早期研究发现IFN-α／β能诱导 p38 MAPK的激活,并通过刺激敏感细胞后可激活小G蛋白Rac1,而且Racl的显性负性突变体能抑制IFN-α／β依赖的p38 MAPK的激活[12],提示Racl是INF诱导的p38 MAPK 活化的上游效应分子。

非特异性激酶抑制剂genistein 能抑制Rac1 活化和P3 8MAPK 激活,表明Rac1和p38MA PK受到酪氨酸激酶的调节, 因此JAKs 或IFN依赖的JAKs 的下游激酶可能通过磷酸化激活某种具有Racl鸟嘌呤交换因子功能的蛋白质而激活 Racl, Vav 可能是最佳的候选蛋白。

因此推测, IFN-α／β与受体结合后依次激活IAK-Vav-Racl-MAPKKK-MAPKK-p38 MAPK(图2)。

图2 P38 MAPK信号途径P38 MAPK参与多种细胞中的IFN-α／β信号传导提示,该途径与IFN-α／β诱导的生物学效应密切相关,特异性p38 MAPK抑制剂以及p38 MAPK 显性负性突变体实验研究提示, p38 MAPK 在ISRE 和 GAS元件的转录活化的调节中起着重要的作用。

2.4.IRS途径IRS蛋白是胰岛素和胰岛素样生长因子信号传导途径中一个重要的信号分子,并且在其他细胞因子的信号传导过程中也起着一定的作用。

胰岛素受体是由α和β两种组成四聚体型受体，其中β亚基具有激酶活性，可将胰岛素受体底物（insulin receptor substrates, IRSs）磷酸化（图3）。

IRS蛋白含有多个酪氨酸磷酸化位点,扮演着双重的角色,既是上游酪氨酸激酶的底物,也可作为多种信号分子的SH2结构域的锚着位点。

图3 IRS信号途径早期研究表明, IFN-α／β能诱导IRS-1和IBS-2的酪氨酸磷酸化,而且这种磷酸化是JAK激酶依赖性的,它们的磷酸化可能受到Tyk2的调节,因为IRS-l 和IRS-2能通过pleckstrin同源结构域与Tyk2相互作用。

INF诱导的IRS-1和IRS-2的活化可导致下游 PI3k的激活[13],后者通过p85调节亚单位与IRS-1和IRS-2作用。

研究表明IRS蛋白没有STAT分子的锚定位点,而且IRS的激活对STAT 结合DNA 并不需要,因此IRS-PI3K信号途径与JAK-STAT途径互相独立,其在INF介导的生物学效应中的作用有待鉴定。

2.5.CrkL途径Crk蛋白质家族包括CrkL、CrkⅠ和 CrkLⅡ,它们都是细胞癌基因 v-Crk 的同源物14。

同时,它们也是细胞因子信号传导过程中的接头蛋白,连接酪氨酸磷酸化的细胞因子受体和下游的信号传导。

最早发现与IFN-α／β信号传导有关的该家族成员为CrkL, CrkL以IFN-α／β依赖的方式发生磷酸化,并能与TyK2相互作用。

后来的研究表明, CrkⅡ也参与IFN-α／β的信号传导,与IFN-α／β特异性的IRS途径相反,也能激活Crk 途径。

进一步研究发现, Crk 途径与IFN-α／β介导的抗细胞增殖反应有关,小G 蛋白Rap1可能是 Crk 途径中参与IFN依赖的生长抑制效应的下游信号分子, Rapl 的激活依赖于IFN-α／β和IFN-γ,对Ras 具有拮抗作用并表现出抗肿瘤活性[15]。

除此以外CrkL还能与STAT5形成信号复合体,并转移至细胞核与某些ISGs的CAS 元件结合。

CrkL 基因敲除小鼠细胞研究表明,对某IFN-α依赖的GAS 元件的转录活化是必不可少的,提示 CrkL:STAT5复合物在诱导IFN 反应中的重要性[14]。

2.6.其它信号转导分子细胞被病毒感染即能有效地产生IFNs，先期研究发现，受IFN刺激的IFN 受体（IFNR）与ISREs结合而激活IFN诱导性基因表达，且证实转录因子复合物——干扰素刺激性基因因子3（ISGF3）是IFN信号转导的一类关键性介导复合因子。