向敏，舒揚，汪毅，畢明達，汪雪峰，馮玎琦，毛佳慧

（1江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗科，鎮(zhèn)江212001；2江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院中心實驗室，鎮(zhèn)江212001；3江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院藥劑科，鎮(zhèn)江212001）

細胞因子是由免疫細胞和非免疫細胞受刺激合成并分泌的一類具有生物學(xué)活性的分子量較小的蛋白質(zhì)，包括干擾素（interferons, IFNs）、白介素（interleukin, IL）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF）等。其中，IFNs是最近中樞神經(jīng)系統(tǒng)研究領(lǐng)域最熱門的細胞因子之一。IFNs是一類調(diào)控免疫和抗病毒的多功能細胞因子。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，膠質(zhì)細胞作為細胞因子的主要靶細胞，受到不同類型細胞因子的調(diào)控。以前的研究主要集中在細胞因子調(diào)控膠質(zhì)細胞進而間接地影響神經(jīng)元的功能，但是大量的研究表明細胞因子也可以直接作用在神經(jīng)元細胞上。自從被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來，IFNs被認(rèn)為是一種獨特的細胞因子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、分化以及疾病發(fā)生、發(fā)展以及治療中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，包括阿爾茲海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化、腦缺血等。由于IFNs功能上具有多效性以及組織上具有特異性，本文就近年來IFNs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用進行總結(jié)。

1 IFNs的分子結(jié)構(gòu)

IFNs由Drs. Issacs和Lindenmann于1957年發(fā)現(xiàn)并命名，是一類維持機體正常生理功能和保護機體組織抵御外來損傷的細胞因子，具有抗病毒生長和復(fù)制功能[1]。在正常的細胞和組織內(nèi)，IFNs維持相對較低的濃度[2]。漿細胞樣樹突狀細胞（plasmacytoid dendritic cells, pDCs）是產(chǎn)生IFNs的主要細胞，同時持續(xù)表達對IFNs快速合成起主要調(diào)控作用的干擾素調(diào)控因子7（IFN-regulatory factor 7, IRF7）[3-5]。

根據(jù)生物學(xué)功能和蛋白結(jié)構(gòu)，INFs目前主要分為三類：I型IFN、II型IFN、III型IFN（表1）。其中，I型IFN主要由免疫調(diào)控相關(guān)細胞分泌并發(fā)揮抗感染作用，II型IFN主要由激活的T細胞分泌。III型IFN最初命名為IL-29、IL-28A、IL-28B，后來發(fā)現(xiàn)其生物學(xué)功能更接近IFNs，最終根據(jù)人類基因組2012 年的規(guī)定更名為 IFN-λ1、IFN-λ2 和 IFN-λ3。

2 IFNR的分子結(jié)構(gòu)

IFNs發(fā)揮作用必須和細胞膜上的受體結(jié)合，不同的IFNs與相應(yīng)的受體結(jié)合激活或者抑制下游基因的表達而發(fā)揮生物學(xué)功能。I型IFN受體（IFNAR）在幾乎所有的體細胞細胞膜上都有表達，在結(jié)構(gòu)上由不同信號傳導(dǎo)功能的亞基AR1和AR2構(gòu)成，功能上包括胞外段的配體-受體結(jié)合域和胞內(nèi)段的激酶域 （IFN-β與其家族的另一個成員IFN-α擁有相同的受體）。當(dāng)I型IFN與IFNAR結(jié)合后，激活I(lǐng)FNAR受體激酶段，引起下游一系列反應(yīng)。IFN-β與IFNAR親和力要強于IFN-α，同時在IFNAR1上有特異性的結(jié)合位點[6]。同時，在基因列陣（gene-array）研究中，IFN-β在纖維肉瘤細胞、原代血管內(nèi)皮細胞、黑色素瘤細胞等細胞內(nèi)對干擾素刺激因子(ISGs)的激活作用強于IFN-α[6-9]。II型IFN受體在T細胞、B細胞以及髓系細胞上高表達，同樣由兩個亞基構(gòu)成，分別為IFNGR1和IFNGR2。其中II型IFN與IFNGR2受體結(jié)合作用力不強，卻介導(dǎo)IFNs信號在細胞內(nèi)傳導(dǎo)。III型IFN受體主要表達在上皮細胞，包括表皮細胞、支氣管上皮細胞、胃腸道上皮細胞等，主要由IFN-λR1和IL-10R2構(gòu)成異二聚體復(fù)合物。最終，IFNs在細胞表面通過與不同的受體結(jié)合發(fā)揮特定的生物學(xué)功能（表1）。

表1 IFNs的分類以及組織分布Tab. 1 Classification and tissue distribution of IFNs

3 IFNs的激活和調(diào)控機制

幾乎所有類型的細胞在應(yīng)激反應(yīng)時都可以產(chǎn)生IFNs，但是主要產(chǎn)生IFNs的細胞為樹突狀細胞。病原體相關(guān)的分子模式（PAMPs）通過識別病原相關(guān)分子模型受體（PRRs）包括Toll樣受體（TLRs）和細胞質(zhì)核酸傳感器，激活干擾素調(diào)節(jié)因子（IRF）調(diào)控IFNs的表達[10]。樹突狀細胞產(chǎn)生的I型IFNs是其他類型細胞的1000倍[11]。同時，sIFNR與IFNs形成復(fù)合物直接刺激相關(guān)細胞，包括大多數(shù)的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)皮細胞、少突細胞等。一些信號相關(guān)分子MAVS、STING、TBK、IKK可以直接導(dǎo)致I型IFNs的分泌[12]。同時，IFNs通過調(diào)控相關(guān)通路發(fā)揮功能，包括STAT （the janus kinase1-signal transducer and activator of transcription）信號通路。IFNs結(jié)合到IFNAR并激活JAK1和Tyk2激酶，進一步激活胞漿內(nèi)的STATs蛋白。激活的STATs結(jié)合到IRF9上形成復(fù)合物并入核與ISREs （IFN-stimulated regulatory elements）相互作用后調(diào)控IFNs基因的表達。

與此同時，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)相關(guān)的信號通路也受到IFNs調(diào)控，例如：P38、PI-3K、NF-κB等。研究證明IFN-β與其相關(guān)受體結(jié)合引起下游一系列的免疫反應(yīng)∶ ①IFN-β免疫調(diào)控主要以磷酸化Janus Kinase（JAK）的酪氨酸位點，以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活蛋白（STAT）為主，其中磷酸化的STAT1和STAT2需要乙酰轉(zhuǎn)移酶P300才能發(fā)揮生物學(xué)作用，隨后與P48結(jié)合形成復(fù)合物再轉(zhuǎn)移到核內(nèi)與ISRE結(jié)合誘導(dǎo)干擾素刺激基因（ISGs）的轉(zhuǎn)錄；② IFN-β激活mTOR,磷酸化p70 S6K和RPS6等使elF-4B磷酸化，介導(dǎo)某些ISGs的翻譯過程；③ MAPKs是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，包括P38、Erk和JUK。其中，IFN-β可通過誘導(dǎo)PKC激活MKK4，最終激活P38和JUK；④ IFN-β激活PI3K-Akt通路后，導(dǎo)致IKKβ磷酸化。磷酸化的IKKβ與NF-κB復(fù)合物分離并且被降解，最終NF-κB由胞漿進入胞核發(fā)揮生物學(xué)功能。

4 IFNs在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

因為血腦屏障的存在，中樞神經(jīng)系統(tǒng)普遍被人們認(rèn)為是免疫豁免器官。Breder和Plata-Salaman等報道在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在大量細胞因子才打破了人們的傳統(tǒng)觀點，例如：IL-1β、TNF-α、IL-6、IFN-β、IFN-γ等。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）缺少pDCs，以往認(rèn)為IFNs不存在于CNS。最近已有大量文獻報道，在CNS中，膠質(zhì)細胞（主要由小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞等組成）和神經(jīng)元同樣可以合成并分泌IFNs，參與CNS的免疫調(diào)控而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能。其中I型IFN主要在機體發(fā)揮抗病毒和免疫應(yīng)答作用，但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用研究并不十分清楚。由于IFNs功能上具有多效性以及組織上具有特異性，其在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用被越來越多的學(xué)者所關(guān)注。2005年，神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞被發(fā)現(xiàn)不但可以受到IFNs調(diào)控還可以直接分泌IFNs。其中，腦缺血后通過高度敏感的熒光定量PCR檢測到IFN-β以相對較低的濃度存在于健康者的大腦中。II型IFN主要作為一種炎癥因子導(dǎo)致大量的神經(jīng)元丟失。大量的研究表明IFNs與膠質(zhì)細胞的調(diào)控、神經(jīng)元的存亡、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病、多發(fā)性硬化等密切相關(guān)。

4.1 IFNs與膠質(zhì)細胞

在神經(jīng)系統(tǒng)免疫調(diào)控中發(fā)揮作用的膠質(zhì)細胞類型主要為小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞，但是激活機制并不清楚。小膠質(zhì)細胞被稱為神經(jīng)系統(tǒng)特異性的巨噬細胞，在細菌感染、多發(fā)性硬化、帕金森病和阿爾茲海默病中都被激活。CD40在多發(fā)性硬化、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、阿爾茲海默病中異常表達，促進疾病的發(fā)生以及惡化，并受到包括IFN-γ和LPS調(diào)控[13]。目前研究表明IFN-β可以上調(diào)CD40在巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞中表達，但是可被細胞因子功能抑制性因子（suppressor of cytokine function，SOCS-1）所逆轉(zhuǎn)[14]。近來，研究表明小膠質(zhì)細胞TLR激活需要外周免疫細胞（T輔助細胞或者自然殺傷性細胞）釋放的IFN-γ協(xié)同作用才能最終導(dǎo)致神經(jīng)元功能紊亂或者死亡[15]。作為一種炎癥因子，IFN-γ在脊髓中通過激活小膠質(zhì)細胞誘導(dǎo)神經(jīng)疼。敲除IFN-γ減少小膠質(zhì)細胞激活和磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）氧化酶的表達以及與炎癥相關(guān)酶類時間依賴性的改變，包括：一氧化氮合成酶（iNOS）、環(huán)氧化酶-2、細胞因子（白介素-1β、腫瘤壞死因子 -α）、信號因子（JNK、P38、STAT1、NF-κB、CREB、BDNF）等[16]。IFN-β 通過調(diào)控 NF-κB 參與星形膠質(zhì)細胞的增殖、存活和死亡[17]。IFN-β減少星形膠質(zhì)細胞凋亡機制比較復(fù)雜，而且與其濃度相關(guān)。同時，IFN-β在不同濃度下對細胞的作用可能是相反的，這也合理的解釋不同研究揭示IFN作用的差異性。在脊髓中，IFN-α同樣表達在星形膠質(zhì)細胞上。IFN-β可以通過P38-MAPK通路激活減少TNF導(dǎo)致的星形膠質(zhì)細胞凋亡。同時，IFNs調(diào)控星形膠質(zhì)細胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子在疾病發(fā)病中保護神經(jīng)元以及減少過度死亡[15,18]。當(dāng)IFN-γ刺激星形膠質(zhì)細胞和人星形膠質(zhì)細胞系U-373MG后，收集到的上清液可以導(dǎo)致SH-SY5Y細胞活力降低[19]。以上結(jié)果說明，IFNs可以直接導(dǎo)致膠質(zhì)細胞激活并影響神經(jīng)元的活性。

4.2 IFNs與神經(jīng)元

神經(jīng)元同樣是細胞因子調(diào)控的重要靶細胞，但是IFNs對神經(jīng)元的作用并不是很清楚。在SH-SY5Y細胞系中，IFN-α（2-100ng/ml）會導(dǎo)致細胞損傷以及毒性反應(yīng)。在表淺的脊髓后角神經(jīng)元中，IFN-α通過減少capsaicin導(dǎo)致神經(jīng)激肽NK-1受體內(nèi)化抑制傷害性刺激的傳導(dǎo)和磷酸化細胞外信號調(diào)節(jié)酶（ERK）。IFN-α減少脊髓疼痛并提高疼閾值，而IFN-α中和抗體導(dǎo)致疼覺過敏[20]。在脊髓膠狀質(zhì)神經(jīng)元中，IFN-α通過刺激A或C傳入纖維導(dǎo)致谷氨酸能突觸后電位激發(fā)。進一步研究表明，IFN-α?xí)?dǎo)致劑量依耐性的增加自發(fā)性興奮性和突觸后電位的頻率（振幅不受影響）[21]。通過使用高分辨率多角度旋轉(zhuǎn)核磁共振，研究發(fā)現(xiàn)IFN-α2可以提高SHSY5Y細胞的代謝水平，包括肌酸、乳酸、肌醇、?；撬?、磷酸甘油膽堿等[22]。在原代海馬神經(jīng)元中，IFN-β會減少P75NTR以及TrkA的蛋白表達水平以及減少TrkB蛋白表達并導(dǎo)致AKT蛋白磷酸化水平增強并最終減少神經(jīng)元凋亡。IFN-β上調(diào)TrkC-T1負反饋調(diào)控神經(jīng)營養(yǎng)因子3（NT3）減弱對神經(jīng)元的保護作用[23]。IFNs受到單胺類化合物、谷氨酸、阿片類藥物等作用改變神經(jīng)傳遞并最終影響下丘腦-垂體-腎上腺軸[24]。在腦認(rèn)知損傷的老年小鼠中，通過使用I型IFN受體中和抗體可以部分修復(fù)認(rèn)知功能和海馬神經(jīng)元的再生，同時重建II型IFN依賴的脈絡(luò)叢活性[25]。IFN-γ激活經(jīng)典的信號傳導(dǎo)通路STAT1減少Nestin+祖細胞的增殖以及循環(huán)細胞數(shù)量，但是增加神經(jīng)母細胞的數(shù)量并刺激神經(jīng)細胞的分化[26]。最近動物實驗表明，IFN-γ導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元丟失和黑質(zhì)紋狀體退行性病變。α-突觸核蛋白和IFN-γ水平與年齡成正相關(guān)[27]。JAK抑制劑或者基因敲除STAT1處理NPCs細胞將消除IFN-γ引起的神經(jīng)形成并降低原神經(jīng)基因（Neurog2）的表達水平[28]。IFN-γ基因敲除小鼠的黑質(zhì)致密區(qū)（SNc）多巴胺能神經(jīng)元能夠抵御農(nóng)藥帶來的副作用，減少炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激水平。

4.3 IFNs與神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病

4.3.1 IFNs與帕金森病

帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）主要是由于神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)路易斯小體形成，黑質(zhì)紋狀體腦區(qū)大量多巴胺能神經(jīng)元丟失造成學(xué)習(xí)、記憶、行為功能異常的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。在帕金森病人尸檢結(jié)果或者動物模型上都報道黑質(zhì)紋狀體腦區(qū)有神經(jīng)炎癥和細胞因子（IFNs）高表達[29,30]。IFNs被很多臨床研究證實與帕金森病有關(guān)，但是IFNs是否直接導(dǎo)致帕金森病并不清楚。在帕金森病模型小鼠中，IFNAR1受體將缺失減少神經(jīng)炎癥反應(yīng)對神經(jīng)元的損傷作用。I型IFN可以調(diào)控Rotenone導(dǎo)致的神經(jīng)炎癥以及特殊類型的神經(jīng)細胞，包括神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。在IFNAR-/-受體敲除小鼠的神經(jīng)元中，Rotenone導(dǎo)致的神經(jīng)元caspase-3激活被減弱[31]。通過IFNAR1受體中和抗體封閉I型IFN信號，可以部分恢復(fù)認(rèn)知功能障礙老年小鼠的認(rèn)知功能以及海馬神經(jīng)元再生。蛋白自噬功能異常和路易斯小體形成是帕金森病的主要病理表現(xiàn)。最近，研究發(fā)現(xiàn)IFNAR-/-受體基因敲除小鼠在出生后出現(xiàn)帕金森病樣的行為學(xué)改變（運動協(xié)調(diào)能力、學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知能力等相關(guān)功能障礙），并發(fā)現(xiàn)自噬功能障礙的神經(jīng)元中并發(fā)現(xiàn)大量的路易斯小體形成[32]。通過MPTP刺激IFNAR1受體敲除模型小鼠或者IFNAR1中和抗體處理的模型動物均發(fā)現(xiàn)神經(jīng)炎癥反應(yīng)增強以及多巴胺能神經(jīng)元丟失[30]。IFNs被報道作為神經(jīng)營養(yǎng)因子可以減少1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+)或Rotenone等毒性藥物導(dǎo)致的多巴胺能神經(jīng)元丟失[31]。同時，IFN-γ與PD的進程也直接相關(guān)。IFN-γ可以直接通過激活小膠質(zhì)細胞導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的丟失[33]。富含亮氨酸重復(fù)激酶2基因（LRRK2）被認(rèn)為是PD相關(guān)基因[34]。同時，LRRK2在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用并在不同的免疫相關(guān)細胞中高表達[35]。IFN-γ可以通過細胞外信號調(diào)節(jié)激酶5（ERK5）在巨噬細胞中調(diào)控LRRK2的表達[36]。同時IFN-γ在PD中調(diào)控神經(jīng)細胞中LRRK2的表達將引起人們的關(guān)注。

4.3.2 IFNs與阿爾茲海默病

阿爾茲海默?。ˋlzheimer’s disease, AD）是一種神經(jīng)元內(nèi)Aβ沉積和Tau蛋白過度磷酸化，胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)導(dǎo)致神經(jīng)元大量丟失的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[37]。環(huán)境因素和基因突變等因素都被證實與阿爾茲海默病發(fā)生、發(fā)展、惡化息息相關(guān)。目前，沒有理想的藥物延緩或者治療阿爾茲海默病。其中，在AD病人尸檢標(biāo)本以及AD轉(zhuǎn)基因模型小鼠的腦組織發(fā)現(xiàn)一系列的形炎癥反應(yīng)，包括：小膠質(zhì)細胞激活和反應(yīng)性星型角質(zhì)細胞存在、炎癥相關(guān)細胞因子表達上調(diào)[38]。那么，細胞因子家族中重要成員IFNs是否參與其中? 研究表明IFN-γ預(yù)處理的神經(jīng)元（皮層神經(jīng)元、小腦神經(jīng)元、SH-SY5Y細胞）對Amyloid-β1-42刺激更敏感。同時，Amyloid-β1-42處理IFN-γ預(yù)處理的SH-SY5Y細胞導(dǎo)致細胞質(zhì)磷脂酶A2和前列腺素E2上調(diào)最終導(dǎo)致阿爾茲海默病中神經(jīng)元的丟失[39]。最新研究發(fā)現(xiàn)，可溶性Aβ1-42可以通過Tyk2-STAT信號通路激活導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，而Tyk2-STAT信號通路的上游調(diào)控因子IFNs和神經(jīng)元凋亡以及Aβ1-42毒性相關(guān)。

4.3.3 IFNs與多發(fā)性硬化

多發(fā)性硬化是一類以白質(zhì)炎性脫髓鞘為主要特點的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫疾病[40]。IFN-β通過調(diào)控免疫反應(yīng)在臨床上治療復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化[41]。IFN-β處理病人的最主要的變化是神經(jīng)營養(yǎng)因子內(nèi)穩(wěn)態(tài)的改變，包括腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、膠質(zhì)細胞衍生神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子等。研究表明，IFN-β通過激活T細胞導(dǎo)致神經(jīng)營養(yǎng)因子釋放減少炎癥反應(yīng)[42]。IFN-β抑制CD25+FOXP3+陽性T細胞減少神經(jīng)系統(tǒng)自發(fā)性免疫疾病[43]。Stefanie Scheu發(fā)現(xiàn)在自身免疫性腦膜炎模型中，激活的小膠質(zhì)細胞是產(chǎn)生IFN-β的主要來源[44]。IFN-β1a通過調(diào)控STAT1信號通路減少EAE模型中線粒體毒性導(dǎo)致的神經(jīng)元死亡[45]。在IFN-β和富馬酸二甲酯聯(lián)合治療對自身免疫性腦膜炎具有協(xié)同治療作用[46]。

4.3.4 IFNs在腦缺血中的作用

腦缺血是僅次于心臟疾病的第二大死亡誘因，目前的治療手段并不能很好的解決臨床問題，因此，探索新的治療方案對腦缺血的診治至關(guān)重要。在腦缺血中，內(nèi)源性的IFN-β可以通過抑制中樞抗原提呈細胞（小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞）減少反應(yīng)性T細胞擴增[47]。IFN-β鼻腔給藥可以通過JAK1/STAT3/BCL-2信號通路減少新生兒腦缺血中神經(jīng)元的凋亡[48]。

5 總結(jié)

國內(nèi)外的研究結(jié)果顯示IFNs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。有的結(jié)論證明IFNs與減少炎癥反應(yīng)相關(guān)，起到保護神經(jīng)元的作用，有的結(jié)論證明IFNs與增加炎癥反應(yīng)水平相關(guān)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元丟失，那么到底那些條件下將會導(dǎo)致IFNs發(fā)揮不同的作用呢?對于這個問題，我們認(rèn)為存在以下兩方面的情況（以IFN-β為例）：一種為疾病初期，這種情況下IFN-β的濃度不高，主要調(diào)控下游通路減少膠質(zhì)細胞激活導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)、增加神經(jīng)營養(yǎng)因子的水平以及維持神經(jīng)元的內(nèi)穩(wěn)態(tài)；另一種為疾病末期，這種情況下大量的IFN-β由膠質(zhì)細胞或者神經(jīng)元釋放到組織間隙、血液、腦脊液中，直接導(dǎo)致膠質(zhì)細胞過度激活，細胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）增加，神經(jīng)營養(yǎng)因子減少，神經(jīng)元丟失。目前臨床上已經(jīng)使用IFN-β治療多發(fā)性硬化，減少疾病發(fā)展中的髓鞘損傷性物質(zhì)的生成?？傊?，IFNs在生物學(xué)多效性中發(fā)揮中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的預(yù)防、治療以及減少并發(fā)癥發(fā)揮重要作用。