干扰素抗肿瘤作用的研究

　　作者：阚奇伟1,刘伦旭　　作者单位：1.海南医学院科研基金资助学报项目,2.四川省眉山市人民医院胸心血管外科

　　【关键词】干扰素;理化性质;抗肿瘤机制

　　干扰素(Interferon，IFN)是一种细胞因子，有抗病毒、调节免疫以及抗肿瘤作用。干扰素主要通过抑制肿瘤细胞增生、促进肿瘤细胞凋亡、抑制癌基因表达、调节免疫、抗肿瘤血管生成、抑制肿瘤转移、与其他抗癌药物起协同作用、诱导肿瘤细胞分化等机制抗肿瘤。本文全面叙述了干扰素的抗肿瘤作用。

　　1 IFN的分类

　　IFN是Issac和Linderman 1957年在研究病毒间干扰现象时发现的，它是一种由病毒感染诱导产生的、具有抗病毒作用的细胞因子，能够抑制病毒复制,是一类高活性的糖蛋白。进一步研究发现，INF具有多种生物活性，且其他因素如病毒、细菌和某些化学合成物质等也能够刺激网状内皮系统、巨噬细胞、淋巴细胞以及体细胞产生IFN。

　　过去的克隆和特性研究表明，IFN有IFNⅠ、 IFNⅡ两种类型，现在又新增了IFNⅢ型。IFNⅠ型家族主要包括IFNα、IFNβ，同时包括亚家族成员IFNκ、IFNε、IFNω等。IFNⅡ型家族只有IFNγ，是1973年由Youngert和Salvin从淋巴细胞培养上清液中发现的。IFNα由人白细胞产生，称人白细胞干扰素;IFNβ是由人成纤维母细胞产生，又称人成纤维母细胞干扰素;IFNγ由人T淋巴细胞产生，又称人淋巴细胞干扰素。近年新的研究发现IFNλ1、IFNλ2、IFNλ3，或IL28A、IL28B、IL29也具有IFN活性[1]，而且他们所结合的受体与Ⅰ型IFN 受体不同，因此2003年澳大利亚Carins召开的国际干扰素和细胞因子年会上，命名委员会主席Erik Lundgren建议将IL28A、IL28B、IL29或IFNλ1、IFNλ2、IFNλ3命名为Ⅲ型干扰素。

　　2 IFN的理化性质

　　IFN的分子量比病毒小，为20～100kD，不能通过普通透析膜，但可以通过滤器，一般在56℃、30min不被灭活，-20℃可长期保存。Ⅰ型IFN具有耐酸性,在pH为2.0～10.0 条件下很稳定。Ⅱ型IFN不耐酸 ,也不耐热 ,在 pH 2 时不稳定,在 56℃、30min 会被破坏。IFN一般由130～170 个氨基酸组成 ,含 17 种以上的氨基酸,不含核酸 ,所以不被DNA 酶或 RNA 酶破坏 ,但易被胰蛋白酶、乙醚、氯仿、酮基等破坏。

　　3 IFN作用的受体及通路

　　IFN与细胞表面的受体特意性结合并激活受体，IFNα、IFNβ与Ⅰ型受体结合，IFNγ与Ⅱ型受体结合。两种类型的受体均由ifnar1、ifnar2两种亚单位组成，但ifnar1、ifnar2不能单独与IFN以高亲和力结合。功能性的IFNⅠ受体包含ifnar1和ifnar2c;组成高亲和力的α/β受体需要ifnar1和ifnar2二种亚单位，但配体与受体结合后，仅ifnar2c能介导信号。此外，要形成结构完整和活性IFNα/β结合部位不仅需要ifnar1、ifnar2参与，而且需要细胞内Janus激酶与胞浆结构域的联系。

　　IFN介导的信号转导和转录激活的主要方式是JAKSTAT通路。JAK(Janus Kinase)是Janus家族的蛋白酪氨酸激酶，包括Jak1、Jak2、Jak3、Tyk2;STAT(signal transducer and activator of transcription)即细胞转导与转录激活因子,包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。其中Jak1、Jak2、Tyk2 与 STAT1、STAT2直接参与了干扰素介导的 JAKSTAT信号转导通路。

　　研究表明[2]，IFN与细胞表面的受体结合后激活酪氨酸蛋白激酶，酪氨酸蛋白激酶活化后可使信号传导及转录激活因子STAT磷酸化，使其发生聚合，形成同源异源二聚体，成为活化的转录激活因子形式，即IFN刺激反应因子3 (ISGF3)。该因子进入细胞核内与干扰素刺激基因(IFNstimulated gene，ISGs)上的启动子序列结合，使ISGs大量表达。

　　IFN诱导的细胞内信号传导途径是：IFN与细胞膜上特定的跨膜受体蛋白结合。激活酪氨酸蛋白激酶(JAK1,JAK2和Tyk2)，继而使信号传导及转录激活因子STAT磷酸化，使其形成两种不同的转录激活因子：干扰素刺激基因因子3 ISGF3(由STAT1,STAT2和p48组成)或gamma干扰素活化因子GAF(STAT1同源二聚体)。转录激活因子进入胞核内，与干扰素刺激基因(IFNstimulated gene,ISGs)上的启动子序列结合，使ISGs大量表达。

　　4 IFN抗肿瘤作用机制

　　4.1 抑制细胞增生

　　多细胞机体对细胞增殖有精确的自我调节机制，细胞的生长分裂过程完全按照机体生命活动的需要进行。细胞增殖一旦出现异常，就会导致相关疾病。恶性肿瘤就是因为某些细胞生长失控、无限增殖所造成的，这些细胞的显著特征就是细胞自主分裂、不能正常发生周期阻滞。药物及其他非手术治疗的目的之一就是通过抑制肿瘤细胞增生，控制肿瘤进展。

　　IFN能够调节细胞周期中不同基因的表达和特性，包括cmyc、pRb、周期蛋白D3、和cdc25A，抑制细胞周期，这一作用的机制可能与细胞类型有关。cmyc与细胞从G0期到S期的增殖过程密切相关，IFN通过抑制cmyc的表达，可阻止细胞从G0期到S期的转化，从而起到抗肿瘤作用[3]。IFN还可以下调周期素和周期素依赖性蛋白激酶的表达，使肿瘤细胞从G0期向S期的转化停滞。Tiefenbrun等[4]在体外实验中，用IFNα作用于伯基特淋巴瘤细胞，发现IFNα可以通过抑制周期素D3和CDC25A基因的表达，进而抑制周期素E和周期素A相关激酶，最终导致细胞停滞在类似于G0期的静止状态。IFN也可与其他药物如全反式维甲酸协同作用于肿瘤细胞，起到抗肿瘤细胞增殖的作用[5]。

　　4.2 促进细胞凋亡

　　细胞凋亡也称为“程序性细胞死亡”，是一种细胞受环境刺激后，在基因调控之下所产生的自然死亡现象，它是机体一项很重要的生理过程。肿瘤细胞因为关闭了细胞内线粒体的凋亡调控功能，所以能够避开这一机制，不会自我凋亡。诱导肿瘤细胞凋亡是治疗肿瘤有效且主要的途径。

　　IFN可引起多种肿瘤细胞凋亡，如B细胞源性淋巴瘤、骨髓瘤、黑色素瘤、结肠癌和非小细胞肺癌等[6]。有研究[7，8]表明，IFN可以通过与细胞膜表面的FAS结合，激活FADD(Fas associated death domain)/caspase8信号通路，从而引起caspase8级联反应，使细胞发生凋亡。此外，它还可诱导干扰素调节因子(interferon regulatory factors，IRF)、225 腺苷合成酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、Mcl21、FasL、CD95、TNFR1、DAP 激酶和TRAIL/Apo2L 等的表达，它们均与凋亡的诱导相关。

　　4.3 抑制癌基因表达

　　癌基因存在于细胞内或病毒内，能控制生长和分化的基因，癌基因结构和表达异常可引起癌变。IFN可以抑制cmyc[9]、HER2/neu[10]等癌基因的表达。其中cmyc癌基因与肺癌、粒细胞性白血病、视网膜母细胞瘤、某些神经母细胞瘤以及乳腺癌等的发生相关，它过量表达还与肿瘤的早期复发有关，并可与其他基因偶联激活协同致瘤。而HER2/neu癌基因与肺癌、乳腺癌、卵巢癌、胃癌、前列腺癌等十余种肿瘤相关。研究发现IFN也可抑制某些病毒癌基因的表达[11]，此外IFN还可阻断原癌基因如cmyc、cMet、以及HGF受体基因向癌基因的转变而发挥预防肿瘤和抗癌作用[12]。

　　4.4 调节免疫

　　IFN对天然的和获得性免疫反应的所有环节均有重要作用。它能调整人体的整个免疫功能，包括免疫监视、免疫保护和免疫自稳三大基本功能，主要表现为对免疫效应细胞的作用：(1)IFN对自然杀伤细胞(NK细胞)具有强大的激活作用，它通过调节NK和K细胞的杀伤活性，杀伤癌变细胞和病毒感染细胞，但能保护正常细胞，其对NK细胞的激活具有快速性、量效正比性以及种属特异性等;(2)作用于B淋巴细胞，调节抗体的生成，使特异性和非特异性抗体产生速度加快、滴度增高，迅速达到免疫保护水平，从而抑制或辅助杀伤肿瘤细胞;(3)增强淋巴细胞表面组织相容性抗原和Fc受体的表达，有利于效应细胞的作用;(4)激活单核巨噬细胞的吞噬功能。

　　IFN也能通过细胞因子网络调节，诱导ILs，TNF，CSF等其他细胞因子的产生，并且与这些因子协同进行免疫调节，使这些因子抗肿瘤效果明显增强。

　　4.5 抗肿瘤血管生成、抑制肿瘤转移

　　肿瘤新生血管可为不断浸润生长的原发肿瘤提供营养，它们在肿瘤的发展转移过程中起到重要的促进作用。IFN具有抗肿瘤血管生成、抑制肿瘤转移的作用。

　　血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是一种作用比较肯定的血管生成正性调节细胞因子，成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)尤其是碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)在血管生成中具有重要作用[13]。研究证实IFNγ可以抑制VEGF和bFGF的基因转录，从而抑制血管生成。

　　Ma等[14]研究发现IFNγ还可通过抑制基质金属蛋白酶 (matrix metalloproteinases，MMPs)的表达抑制肿瘤转移。MMPs可以破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，并能促进肿瘤血管生长，IFNγ能抑制MMPs的表达从而抑制肿瘤转移。

　　基底膜蛋白多糖是细胞表面和基底膜上的一种硫酸类肝素蛋白多糖，它能结合和提供生长因子，激活血管生成过程，也与肿瘤细胞的生长和转移密切相关。IFNγ不但能够以较高的亲和力与基底膜蛋白多糖上的硫酸乙酰肝素侧链结合而阻止其作用，而且还能够快速、有效地阻滞基底膜蛋白多糖的基因表达，起到抑制肿瘤生长和转移的作用[15]。

　　4.6 与其他抗癌药物的协同作用

　　IFN与某些抗癌药联合使用可提高这些药物的抗癌活性，或提高癌细胞对抗癌药物的敏感性。目前IFN与其他药物协同抗癌作用研究中，对IFN提高阿霉素及他莫昔芬的抗癌作用的报道较多。

　　阿霉素耐药性的产生主要是因为多药耐药相关蛋白基因(multidrug resistantassociated protein gene，MRP)产物Pgp的存在。在多药耐药(multidrug resistance，MDR)癌细胞株中Pgp蛋白过度表达，泵出肿瘤细胞内的阿霉素，从而降低阿霉素对肿瘤细胞的杀伤作用。阿霉素与IFNα联合使用时，IFN能够竞争性结合Pgp蛋白，因此减少了Pgp对其泵出作用，使细胞内药物浓度提高，增加了药物对肿瘤细胞的杀伤作用。

　　Sharma等[16]研究发现用IFNβ和他莫昔芬联合作用于人乳腺癌细胞株MCF7、MDAMB231和BT20，能够增强干扰素刺激基因(IFNstimulated genes，ISGs)的表达而提高抗肿瘤作用，但是单用他莫昔芬却无此作用。Iacopino等[17]报道，用IFNα预处理乳腺癌CG5细胞后能够上调细胞膜上雌/孕激素受体的表达，从而增强CG5细胞对他莫昔芬以及内分泌治疗药物的敏感性。

　　4.7 IFN诱导肿瘤细胞的分化

　　IFN也可以诱导肿瘤细胞分化，如多发性骨髓瘤细胞[18]、慢性B淋巴性细胞性白血病细胞等，从而达到抗肿瘤的目的。IFN还可与其它抗癌药协同作用增强对肿瘤细胞的分化，如IFNα与全反式维甲酸联合使用可以通过抑制人端粒酶逆转录酶，分泌一些抗肿瘤的细胞因子 ,这些细胞因子协同作用使全反式维甲酸诱导肿瘤细胞分化的作用增强[19]。

　　阚奇伟等.干扰素抗肿瘤作用的研究

　　5 IFN抗肿瘤作用的临床应用

　　1966～1971年，Friedman发现了IFN的抗病毒机制后，IFN引起了世人关注，随后IFN抗病毒、免疫调节、抗增殖以及抗肿瘤作用逐渐被认识并应用于临床。在肿瘤的治疗方面INF先后用于毛细胞白血病、与AIDS 有关的 Kaposi 肉瘤、肾癌、黑色素瘤、多发性骨髓瘤、淋巴瘤、大肠癌以及肺癌等，INF能提高抗癌疗效的报道较多[20]，尤其是IFN与其他抗癌药联合应用能够明显提高疗效[21]。

　　随着IFN应用的增多，INF的不良反应也逐渐被发现，如发热、感冒样综合征、骨髓抑制、诱发自身免疫性疾病、神经系统症状等，甚至偶尔出现听觉障碍、甲状腺功能异常、视网膜损害、癫痫、肾病综合征、间质性肺炎和心律失常等。而且也有IFN疗效不佳的报道[22]。

　　为降低IFN的副作用并进一步增强其抗肿瘤活性，研究人员正努力开发新型IFN，目前已研制出一种具有新的氨基酸序列的IFN—重组高效复合干扰素(recombinant supercompound interferon，rSIFNco)。现有的研究表明，rSIFNco和以前的干扰素相比，具有更强的抗肿瘤活性，且不良反应的发生率和持续时间明显降低[23,24]，是一种比较具有潜力的新型IFN。不过对rSIFNco还缺乏进一步的实验研究和临床论证，有待进一步证实。

　　6 问题与展望

　　半个世纪以来，国内外学者对IFN进行了诸多研究，并取得显著的进展，这大大促进了对IFN的认识和应用。然而，IFN的作用机制复杂，迄今为止尚未完全阐明;IFN临床应用中出现的副作用也未得到很好解决;IFN作为一种具有多生物活性的细胞因子，如何发挥最佳作用，以及最佳药物配伍等问题还有待进一步的研究和探索，尤其是新近研发的新型IFN更需要进一步的研究证明。

　　对IFN的作用机制、尤其是抗肿瘤作用机制还有待更深入的研究，需要广大研究人员以及临床工作者的努力，为研发具有抗癌活性更高和副作用更少的IFN提供理论基础。

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