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干扰素的不同亚型与临床应用

侯云德
              北京病毒基因工程国家重点实验室


  干扰素是一类重要的细胞素,它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、抗细胞分裂、免疫调节等多种生物学活性。经10多年临床应用研究表明,它是一种重要的抗病毒、抗肿瘤治疗药物。目前,有40多个国家使用干扰素制剂,治疗大约30多种疾病。

一、干扰素的型别

  迄今所知,人、小鼠、牛、马等哺乳动物的干扰素均有α、β、γ三个型别。其中α型中又有许多亚型,可分为两大家族。人干扰素第Ⅰ类家族(HuIFN-αI)相当于早期Nagata等和Goeddel等所记载的,有15~20个基因成员,其中大部分是编码功能蛋白,彼此在核苷酸水平上有大约90%的同源性;而人干扰素的第Ⅱ类α家族(HuIFN-αⅡ)有5-6个成员,后者与αⅠ家族有50%的同源性,其中大部分是伪基因,除IFN- w外不能表达功能性蛋白:人的β型干扰素(HuIFN-β)和γ型干扰素(HuIFN-γ)公认的只有一个亚型。人的α、β干扰素基因位于第9对染色体的短臂上,而人γ干扰素基因位于第12对染色体的长臂上。 关于人α干扰素不同亚型的标记,过去文献上比较混乱,大致可以归纳如表1。

  表1 人α干扰素不同亚型的标记

---------------------------------------------——--
    重组干扰素         自然干扰素
———————————————————————————
 Goeddel等  Nagnta等  Rubinstein等  Hobbs等
   A     α1       α1     (a)
   B     α2       α2     b1
   C     α4,4b     β1     b2
   D     α5       β2     b3
   E     α6       β3     c1
   F     α7       γ1     c2
   G     α8       γ2     c3
   H     φα10      γ3     d1
   I     α11       γ4     d2
   J     α13       γ5
   K     α14
   L
   N
—————————————————————————————

 

  表2 人α干扰素不同标记的亚型序列的关系

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    Goeddel分类    Nagala分类
———————————————————————
      K        =α6
      G        =α5
      A        ≈α2
      D        ≈α1
      C≈L      =φα10
      J1≈J2      ~α7
      B≈B2      = α8
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  表3 α1和α2型干扰素的等位基因
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  亚型      等位基因    氨基酸序列                   114 158   IFN- α1     1a      Va1 Leu           1b      Ala Leu           1c      Ala Val—————————————————————————                   23 34   IFN- α2     2a      Lys His            2b      Arg His           2c      Arg Arg

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  在重组干扰素中,根据核苷酸和氨基酸序列的比较,人α干扰素不同标记亚型之间的关系,如表2所示。以上研究得较为深入,临床上应用较为广泛的α2和α1型干扰素,一般认为均有3个等位基因,如表3所示。 上述IFN-α1c型干扰素基因是我国学者黎孟枫等发现的 [1]。


二、多种α干扰素亚型的生物学意义和在进化上的关系

  多数学者认为HuIFN-α和IFN-β家族在二亿五千万年以前是同一祖先。IFN- w与IFN-α基因在一亿二千万年以前开始分开,而IFN-α分为许多亚型则始于八千五百万年以前,也就是在哺乳类动物形成以前。根据γ型干扰素的晶体结果推测它与α、β型干扰素也来源于同一祖先 [2]。
  β、γ型干扰素只有一个型别,它们与α型干扰素的性质相差很大是不必说,但是,为什么α型干扰素有这么多亚型呢?它们的存在究竟有什么生物学意义。历来有二种并不互相排斥的学说。一种见解认为不同亚型是由于进化过程上的突变所引起的,并无特定的生物学意义,例如αIFN-αL相当第20位氨基酸处是终止密码。因此,它是伪基因,可为由于突变产生的等位基因SMTⅢ1A所代替而成为有功能性 [3]。另一种见解认为,在进化过程中,由于淘汰选择的结果,每一亚型在机体内均有其特殊功能,正如机体中有许多种GTP酶(G-蛋白)一样 [4]。
  本文认为这二种见解是统一的、进行的过程,就是基因突变的过程,同时也是淘汰选择的过程,在进行的过程中,对机体有利则留,则发展;对机体无利则去,则淘汰。目前已有许多证据说明,α型干扰素的不同型别是有其不同的生物学意义的。
  1. 同一病毒在不同细胞中诱生的α型干扰素的亚型种类有很大差异,反映了不同细胞干扰素反应的生理功能。仙台病毒在人白细胞中诱生的干扰素,以α1为主,其次为α2,并有少量的 α14,而同一病毒在类淋巴母细胞中诱生的干扰素,却以α2为主, α1为次,无α14;从急性髓母细胞性白血病患者提取的白细胞,诱生的干扰素亚型又大不相同。主要是α2和α14,比α1的转录物高2~3倍;仙台病毒在人单核细胞中诱生的干扰素主要是 α8(α8)。
  2. α干扰素的不同亚型在不同细胞培养上表现不同的抗病毒活性。如表4所示。 我们的研究结果表明HuIFN-a1在MDBK细胞上的抗病毒活性比WISH高20~30倍左右,而HuIFN- α2a则无差别。
  3. 不同α干扰素亚型对不同病毒的敏感性不同,吴淑华等 [6]研究结果表明,HuIFN-a1抑制出血热病毒繁殖的能力比IFN-α2a高14倍,对其他病毒的敏感性也有差别。
  4. Zoon K等从自然的类淋巴母细胞干扰素中分离出18种α干扰素,比较了它们的诱导IL-1的能力,在单核细胞中的细胞毒活性,增强NK细胞的活力和Ⅰ型HLA在HL-60细胞上的表达。结果,不同 α干扰素对上述4种活性的差别很大。例如蛋白4可以大量诱生IL-1,而蛋白14却基本无此活性。
  5. 不同的重组a干扰素对NK细胞的促进作用有90倍的差异,其中 α8(B),α2(A),α1(D),αC较高,α6(K),αF较低,α7(J)最低。 HuIFN-α1可以增加单抗细胞MHCⅡ的表达而IFN α2则不能。    6. 我国卫生部上海生物制品研究所生产的IFN-a1,治疗慢性活动性乙型肝炎和毛细胞白血病的经验表明,IFN- a1的用量大至40ug时(相当于IFN-a2a的107单位),发烧等副反应,明显地低于IFN- α2a。
  7. IFN-2a和IFN-2b临床应用的经验表明,前者有20.9%的患者产生抗体,而后者仅为6.9%。
  8. α干扰素受体的研究也支持α干扰素的不同亚型有不同的生理功能。因为干扰素与干扰素受体的结合还需要一种辅助因子(Cofactor)。由于干扰素作用发挥的第一步要与其相应的受体相结合,所以这一辅助因子是不同亚型干扰素具有不同性质的分子基础。由此可见,α干扰素的不同亚型是具有不同的生物学特性的,在临床上是不能完全相互代替的。


三、不同亚型干扰素的临床应用价值

  既然不同亚型干扰素各有其独特的性质,反映在临床应用上也有所不同。目前,试用于临床的干扰素主要制剂如表5所示。

 表5 试用于临床的干扰素主要制剂
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 干扰素型别   商品名   研制单位 ——————————————————————————— rIFN-α2a   Referon-A  Hoffmann-LaRoche               病毒所,CAPM和长春生研所 rIFN-α2b   Intron A   Schering-Plough rIFN-α1b          病毒所,CAPM,上海生研所               和深圳科兴生物制品公司  rIFN-b17Ser  Betaseron  Cetus-Triton rIFN-g     Immuueron  Biogen rIFN-g     Actimmune  Genetech 自然rIFN-b          东丽 Namalva干扰素 Welferon   Welcome LeIFN            多个国家公司,包括我国                成都生研所*

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 *纯度为0.5%-1%,其他制剂纯度均在95%以上。


  在上述干扰素制剂中,除HuIFN-g主要治疗类风湿性关节炎、HuIFN- b因有较强组织结合作用而要静脉注射使用等较为特殊外,不同亚型 a干扰素的使用情况分析如下:
(一)IFN-2a,2b,1b制剂临床应用情况根据国外使用rIFN-2a,2b,我国使用1b的经验,已经表明我国研制的IFN- a1b干扰素具有许多优点。
 (1) 使用同等剂量,IFN-a1b的副反应明显地低于IFN-2a,2b而治疗效果相同。
 (2) 正常人体白细胞经病毒刺激后诱生干扰素的主要亚型为IFN- a1,其次是a2,干扰素作为一种生物治疗制剂,理论上讲,愈接近自然状况的应当是最好。试验已经证明,IFN-2a的产生抗体的机率比2b要高3倍以上,因为IFN- 2a是从骨髓瘤细胞中诱生的,而IFN-a2b是从正常人体白细胞诱生的。
 (3) IFN-a1可以增加周围血单抗细胞MHCⅡ的表达,而IFN-a2则否。
 (4) 在体外IFN-a1b在人WISH细胞的抗病毒滴度虽比α2a或α2b低约30倍,但在MBDK细胞上则无差别,同等重量的α1b和α2a可以在临床上产生同样的治疗效果。α1和 α8在WISH细胞上抗毒滴度相差330倍,但是同等重量的α1和 α8注入人体后产生2-5′A合成酶的能力是相等的。
 (5) 自1980-1991年间我们从中国人的染色体基因库,或病毒诱生后建立的cDNA库中,克隆的主要类型是IFN- α1b,α1c[1]未克隆出IFN-α1a,后者原从骨髓瘤细胞中克隆出来的,本不是自然来源。这说明在中国人的干扰素系统中,IFN-a1是主要的。

(二)重组α干扰素与自然干扰素的疗效比较
  α干扰素具有多种亚型,重组干扰素是单一基因型的,而自然干扰素则含有各种亚型。自然Namalva干扰素在 99%纯度时,发现有18个主要和5个次要的干扰素成分,自然白细胞干扰素也有类似情况。不同亚型干扰素具有不同的生理功能,自然干扰素又包含不有同亚型的干扰素,理论上说,相同剂量的自然干扰素的临床效果应当远比单一亚型的重组干扰素为好,但是根据我们严密对比研究的结果表明,自然干扰素治疗慢性宫颈炎的疗效(停药后1月,6 月,12月)比相同剂量的ab型干扰素,确要高些,但是没有统计意义。Ideo等报导,用重组IFN- α2a和自然类淋巴母细胞干扰素相比治疗15例丙型肝炎的结果表明,Welferon的疗效比IFn- α2a的疗效稍佳,并有统计学意义,但他们比较的这两种干扰素均不是自然细胞产生的 [7]。关于干扰素抗体的产生率,显然自然干扰素要比重组干扰素2a,2b要低,但是IFN- α1b的情况尚待研究。有些产生干扰素抗体的患者就缺少干扰素的治疗反应,不过,再用自然干扰素治疗,继续有干扰素反应。 总之,不同α干扰素亚型的临床治疗经验还不多,有待不同亚型干扰素投放市场后进一步进行临床治疗反应的研究。

四、目前干扰素临床应用的适应症归纳二表6,表7。

 表6 干扰素治疗肿瘤的疗效(1991)
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    肿 瘤        疗 效
————————————————————————
 1. 毛细胞白血病     60~90%缓解
 2. 慢性白血病      50%部分缓解
 3. 淋巴瘤        37%部分或完全缓解
 4. Kaposis’肉瘤    26%部分或完全缓解
 5. 急性白血病      24%部分缓解
 6. 多发性骨髓瘤     20%部分或完全缓解
 7. 神经胶质瘤      17%部分或完全缓解
 8. 肾细胞癌       16%部分或完全缓解
 9. 恶性黑色素细胞癌   10%以上部分或完全缓解
 10. 卵巢癌        10%以上部分缓解
 11. 乳腺癌        10%以上部分缓解
 12. 恶性胰腺肿瘤      部分改善
 13. 晚期直肠癌       部分改善
 14. 食道癌         部分改善
 15. 非小细胞性肺癌     部分改善
 16. 小细胞性肺癌      部分改善
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         参考文献

1 .黎孟枫, 等. 中国科学(B)1991; 4: 397
2 .Ealick S E, et al. Science 1991; 252: 698
3 .Bartholomew C, et al. J Interferon Res Special Issue 1991; 61
4 .Bourne AR, et al. Nature 1990; 348: 125
5 .Finter NB. J IFN Res Special Issue 1991; 185
6 .吴淑华,等. Chinese J Virology 1988; 4: 195
7 .Ideo G, et al. J Hepatol 11, Suppl 1990; 2:31

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