豬干擾素基因研究進(jìn)展及其在抗病育種中的應(yīng)用展望
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摘要：干擾素是動物機體最重要細(xì)胞因子之一，目前計有5種豬干擾素（I型干擾素α、β、ω、δ和II型干擾素γ)被發(fā)現(xiàn)。本文列舉了主要豬干擾素（INFα、β、γ)的基因結(jié)構(gòu)、抗病毒和免疫調(diào)節(jié)功能，概述了干擾素在機體中以JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路方式為主的抗病毒機理，同時分析了豬干擾素基因可能存在與豬綜合抗病力密切相關(guān)的遺傳多態(tài)性及其在豬抗病育種中的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：豬；干擾素基因；綜合抗病力；遺傳多態(tài)性 1、前言 1957年Isaacs和Lindenman在進(jìn)行雞胚細(xì)胞流感病毒感染試驗中首次發(fā)現(xiàn)一類能干擾和抑制病毒復(fù)制的可溶性細(xì)胞分泌物，故取名為干擾素（interferon)。Wheelock與Green分別于1965年和1969年相繼發(fā)現(xiàn)免疫活性細(xì)胞經(jīng)絲裂原或抗原刺激后，產(chǎn)生一類對酸敏感的干擾素，稱為免疫干擾素。目前依據(jù)干擾素對酸的敏感性通常分為I型干擾素（酸敏感型)和II型干擾素（耐酸型)兩類。幾乎所有脊椎動物均可產(chǎn)生這兩類干擾素，根據(jù)產(chǎn)生干擾素細(xì)胞種類不同，I型干擾素至今已發(fā)現(xiàn)INF-α、β、ω、κ、τ、δ等6種類型，而II型干擾素迄今為止僅發(fā)現(xiàn)INF-γ一種（Domeika, 2003)。由于干擾素具廣譜、高效抗病毒功能，及其對免疫系統(tǒng)起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，因此成為當(dāng)今免疫學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)研究最為活躍的領(lǐng)域之一�！ �2、豬干擾素及其基因結(jié)構(gòu) 目前所發(fā)現(xiàn)的豬干擾素包括INF-α、β、ω、δ和INF-γ，并且INF-δ未在其它物種中發(fā)現(xiàn)（Domeika, 2003)。豬INF-α、ω分別是由12個和5個以上的相關(guān)功能基因編碼的蛋白質(zhì)家族，這些兩種干擾素的各亞型之間同源性很高，天然INF-α常常是INF-α、ω功能基因表達(dá)產(chǎn)物的混合體，而INF-β、δ和INF-γ僅由單一基因編碼（Bonnardiere, et al., 1994)�，F(xiàn)在已完成基因克隆、測序和定位的豬干擾素基因主要包括INF-α、β、ω和INF-γ，匯總?cè)缦拢骸 ?、干擾素作用機理 3.1、干擾素主要生物學(xué)功能 3.1.1、干擾素作用特點 作為機體最重要的細(xì)胞因子之一，干擾素主要生物學(xué)功能體現(xiàn)為廣譜的抗病毒活性和免疫調(diào)節(jié)功能，其作用特點可概括為（楊業(yè)華主編，2000；周光炎主編，2000)：1、干擾素屬誘生蛋白，正常細(xì)胞一般不自發(fā)產(chǎn)生干擾素，在受誘生劑（包括病毒、細(xì)菌和某些化學(xué)合成物質(zhì))激發(fā)后，干擾素基因去抑制而表達(dá)；2、干擾素系統(tǒng)是目前所知的發(fā)揮作用最快的第一病毒防御體系，可在很短時間（幾分鐘內(nèi))使機體處于抗病毒狀態(tài)，并且機體在1-3周時間內(nèi)對病毒的重復(fù)感染有抵抗作用；3、干擾素的抗病毒效應(yīng)是通過與靶細(xì)胞受體結(jié)合，誘導(dǎo)抗病毒蛋白（AVP)而間接發(fā)揮作用，對病毒起抑制作用而非殺滅；4、干擾素具有種屬特異性，并且不同病毒、不同細(xì)胞對干擾素敏感性不同；5、I型和II型干擾素發(fā)揮不同效應(yīng)，不能相互替代�！ �3.1.2、干擾素主要生物學(xué)功能 目前對INF-α、β、γ生物學(xué)功能和作用機理研究報道較多，I型和II型干擾素來源不同（INF-α主要由單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，INF-β來源于成纖維細(xì)胞，而INF-γ主要產(chǎn)生于αβT細(xì)胞、γδT細(xì)胞和NK細(xì)胞)，揮發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)存在一定差異。干擾素的主要生物學(xué)功能可概括為（Samuel,2001)：1、廣譜抗病毒功能：I型和II型干擾素基因均可經(jīng)誘導(dǎo)劑激活而表達(dá)，表達(dá)產(chǎn)物通過特定信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，激活干擾素誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄，機體合成多種具阻斷病毒復(fù)制功能的抗病毒酶和蛋白質(zhì)，抵抗病毒對機體細(xì)胞的感染；2、免疫調(diào)節(jié)功能：I型干擾素可增強MHC-I類分子表達(dá)，而強烈抑制MHC-II類分子表達(dá)；II型干擾素可促進(jìn)MHC-II類分子表達(dá)，兩類干擾素的協(xié)同調(diào)節(jié)作用，使機體處于最佳免疫應(yīng)答狀態(tài)。此外INF-γ的生成可促進(jìn)Th0細(xì)胞向Th1分化，而抑制Th2的生成，由于Th1和Th2分別介導(dǎo)機體細(xì)胞免疫和體液免疫，因此INF-γ可根據(jù)不同病原感染，與其它細(xì)胞因子（如IL-4等)共同作用，對機體進(jìn)行免疫干預(yù)，實現(xiàn)免疫系統(tǒng)防御功能。3、免疫增強功能：I型和II型干擾素均可刺激NK細(xì)胞并增強其殺傷功能，有利于機體清除病毒感染；此外INF-γ是主要的巨噬細(xì)胞活化因子（macrophage-activating factor，MAF)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬能力和炎癥反應(yīng)，并可直接促進(jìn)T、B細(xì)胞分化和CTL成熟，刺激B細(xì)胞分泌抗體，從而增強機體免疫機能。 3.2、干擾素抗病毒機理 干擾素基因的激活和表達(dá)是機體第一道病毒防御體系，它先于機體的免疫應(yīng)答反應(yīng)。雖然干擾素還具其它多種生物學(xué)功能（如對免疫系統(tǒng)的調(diào)控、影響細(xì)胞生長、分化和凋亡等)，但干擾素對入侵病毒的非特異性抑制功能，對于許多疾病的預(yù)防和治療意義重大�！ 「鶕�(jù)對人和小鼠的相關(guān)研究，干擾素對病毒的防御反應(yīng)主要是通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活通路，導(dǎo)致一系列受干擾素調(diào)控基因表達(dá)，生成多種直接作用于入侵病毒的酶和蛋白質(zhì)，保護(hù)機體免受感染,其中JAK-STAT通路是干擾素介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活的主要方式（Samuel,2001)。JAK為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)即細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（包括STAT-1、STAT-2、STAT-3、STAT-4、STAT-5a、STAT-5b、STAT-6)，其中Jak-1、Jak-2、 Tyk-2與STAT-1、STAT-2直接參與了干擾素介導(dǎo)的JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。JAK-STAT通路具體過程可表示為（周光炎主編，2000；Samuel,2001)：（1)首先從受誘導(dǎo)表達(dá)的INF-α/β和INF-γ分別與異構(gòu)二聚體受體INFAR1-INFAR2和INFGR1-INFGR2的胞外區(qū)結(jié)合開始，由此激活與兩種受體胞內(nèi)區(qū)相連的蛋白酪氨酸激酶Jak-1、Tyk-2與Jak-1、Jak-2；（2)STAT-1、STAT-2在Jak-1、Tyk-2催化作用下，使蛋白鏈特定位置的酪氨酸磷酸化并形成異二聚體，再與干擾素調(diào)節(jié)因子-9（INF-9)形成三聚體，而兩分子的STAT-1在Jak-1、Jak-2作用下形成同源二聚體；（3)形成的三聚體和同源二聚體分別與染色體的ISRE元件和GAS元件結(jié)合，從而激活各種抗病毒基因啟動子，生成多種抗病毒蛋白，參與機體的病毒防御快速反應(yīng)。 由干擾素誘導(dǎo)生成的抗病毒蛋白主要包括：（楊業(yè)華主編，2000；Samuel,2001)（1)雙鏈RNA依賴性蛋白激酶（PKR，常稱為P1/eIF-2α)，主要功能為阻斷宿主細(xì)胞mRNA合成病毒蛋白質(zhì)；（2)2'，5'腺苷酸合成酶（2',5'-oligoadenylate synthetase，OAS)，主要功能為激活內(nèi)源性RNase L，活性RNase L可降解病毒mRNA；（3)腺苷脫氨酶I（adenosine deaminase 1，ADAR1)，可將病毒RNA中堿基A修飾為I而阻止病毒蛋白質(zhì)合成；（4)Mx蛋白（一種GTP結(jié)合蛋白)，可與病毒核蛋白結(jié)合而損傷病毒衣殼蛋白；（5)氮氧化物合成酶（nitric oxide synthase，NOS)，可使機體產(chǎn)生NO，NO在免疫防衛(wèi)中可發(fā)揮重要作用�！ �4、干擾素基因在豬抗病育種中的應(yīng)用展望 4.1、畜禽抗病力性狀的遺傳基礎(chǔ) 畜群對大多數(shù)疾病的抗性與其他重要經(jīng)濟性狀同屬數(shù)量性狀，受微效多基因與環(huán)境的共同影響（Axford et al.，2000)。研究表明畜禽對多數(shù)呼吸道、消化道類疾病的抗病力性狀存在加性遺傳方差：Lundheim通過估計公畜遺傳方差組分，估計瑞典豬群對呼吸道疾病易感性h2為0.14，
萎縮性鼻炎易感性h2為0.16（1979)；腸道疾病的h2為0.59（1988)。Pryztulski and Porzeczkowska (1980)估計了豬對螺旋體的抗病力h2為0.20-0.21；Bumstead et al.（1991)分析了8個不同雞的近交系試驗對7種不同種球蟲、沙門氏桿菌、大腸桿菌、馬立克氏病毒、傳染性支氣管炎病毒以及5種禽
白血病病毒的抗性，結(jié)果表明，各種近交系對病原的抗性均存在差異，結(jié)果表明畜禽抗病力大多受多基因及環(huán)境效應(yīng)共同影響�！ ”M管數(shù)量性狀的多基因效應(yīng)為開展豬特定病原抗病力選育奠定了理論基礎(chǔ)，但在育種實踐中至今仍存在待以解決的問題，具體表現(xiàn)為：（1)對特定疾病抗性的直接選擇所耗費的成本和對生產(chǎn)造成的損失極其巨大；（2)選擇對某種病原的抗性可能導(dǎo)致對其它病原的易感性；（3)對特定病原的抗性的間接選擇，實質(zhì)上導(dǎo)致對病原本身生存力的同步正向選擇，進(jìn)而阻礙了畜禽抗病力的選擇效果（Gandon et al.,2001)�！ ∫虼藢π笄菹忍斓�、無病原特異性的綜合防御能力—綜合抗病力的選擇成為畜禽抗病育種研究的重要內(nèi)容，而尋找控制綜合抗病力主效基因（QTL)或遺傳標(biāo)記，是開展畜禽綜合抗病力選育重要手段�！ �4.2、干擾素與抗病力的關(guān)系 干擾素強大的抗病毒和多種免疫調(diào)節(jié)功能，使得干擾素基因有可能成為豬抗病力選育的理想侯選基因。迄今為止，有關(guān)豬干擾素基因的遺傳多態(tài)性與綜合抗病力的相關(guān)分析的研究仍未見報導(dǎo)。但有關(guān)人類疾病與干擾素基因多態(tài)性相關(guān)分析的研究報道對今后開展豬抗病力選育的研究具一定借鑒作用：如不同IFN-γ基因型與日本國內(nèi)腎病的易感性顯著相關(guān)（Masutani et al.,2003)；IFN-γ基因存在一與人
肺炎易感群有關(guān)的單核苷酸標(biāo)記（Lopez-Maderuelo et al，2003)；人對乙肝病毒的易感性與IFN-γ基因表達(dá)量差異有關(guān)（Ben-Ari et al.，2003)；Lio et al.（2002)、Stassen et al.（2002)、Lu et al（2002)也報導(dǎo)了類似研究結(jié)果�！ 〈送�，大量體內(nèi)和體外試驗表明，豬干擾素對生產(chǎn)具重大威脅的傳染病病毒均具有防御和抑制作用。一系列體外試驗表明：用IFN-γ處理感染PRRSV(繁殖與呼吸綜合征病毒)的豬巨噬細(xì)胞，可抑制PRRSV增殖（Bautista & Molitor，1999)；用重組interferon-γ處理Marc-145細(xì)胞后，可抑制PRRSV野毒株和細(xì)胞適應(yīng)性毒株增殖（Rowland ，2001)；豬IFN-α/β能有效抑制
口蹄疫病毒的活力（Chinsangaram et al.，1999)；:豬重組IFN-γ可抑制感染傳染性胃腸炎冠狀病毒的豬上皮細(xì)胞和肺巨噬細(xì)胞中病毒復(fù)制（Charley B, et al，1988)；豬INF-γ可抑制感染豬瘟病毒的單核細(xì)胞和肺巨噬細(xì)胞的病毒復(fù)制（Esparza et al,1988)。動物體內(nèi)試驗表明，同時注射豬瘟疫苗和干擾素，可增強對豬瘟病毒的防御能力（Suradhat，et al. 2001)；感染TGEV的仔豬，可在腸道上皮組織中迅速產(chǎn)生抗TGEV的IFN-α（Riffault et al.，2001)�！ �4.3、展望 基于上述研究報導(dǎo)，豬干擾素對許多重大傳染病致病病毒具有效的防御功能，以及人類干擾素基因存在與疾病易感性相關(guān)的多態(tài)性，可以推測豬干擾素基因存在與豬綜合抗病力相關(guān)的遺傳多態(tài)性，有可能在豬抗病育種研究中作為理想的侯選主效基因，但開展相關(guān)研究的前提是需要對綜合抗病力指示表型性狀進(jìn)行篩選和確立和準(zhǔn)確測定�！ ⌒笄菘共∮N研究方興未艾，免疫學(xué)和分子生物學(xué)理論和技術(shù)的日新月異將進(jìn)一步促進(jìn)畜禽抗病育種技術(shù)發(fā)展和完善。
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