陶宏衛(wèi)，夏愛鴻，陳 祥

（1.江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學院，泰州 225300；2.揚州大學 江蘇省人獸共患病學重點實驗室江蘇省動物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州 225009）

白細胞介素2（Interleukin-2, IL-2）是一種具有四個α-螺旋束的細胞因子，主要由活化的T細胞、樹突狀細胞和B細胞產(chǎn)生，于1976年首次被Morgan等[1]發(fā)現(xiàn)，因其具有誘導(dǎo)和維持T細胞的生物活性，曾被稱為T細胞生長因子（T cell growth factor, TCGF），并于1979年被正式命名為白細胞介素-2。1996年Gisela等[2]利用重組牛皰疹病毒成功分泌表達牛白細胞介素2，獲得了有生物活性的糖蛋白。IL-2的生物學活性是通過與細胞表面受體復(fù)合物結(jié)合而介導(dǎo)的，該復(fù)合物由IL-2 R alpha/CD25、IL-2/IL-15 R beta和常見的γ-鏈/IL-2 Rγ亞基組成。IL-2還可以單獨與IL-2 R alpha低親和力結(jié)合，或與由IL-2 / IL-15 R beta和常見的γ鏈亞基組成的復(fù)合物中等親和力結(jié)合[3]。IL-2是一種具有多種生物活性的細胞因子，當IL-2與其特異性的受體結(jié)合后，對T細胞、B細胞、自然殺傷細胞、神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞等的生長和分化具有重要的調(diào)節(jié)作用，同時在抗病毒、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)及感染性疾病的治療中具有重要的調(diào)節(jié)作用[4-7]。

1 IL-2的結(jié)構(gòu)及功能

自1983年Taniguchi等克隆出人IL-2基因以來，鼠、牛、豬、羊、雞等IL-2基因相繼克隆成功。Cerretti等[8]于1986年首次克隆牛IL-2基因，并測定了其核苷酸序列。牛IL-2基因序列全長為775 bp，開放閱讀框為465 bp，編碼155個氨基酸殘基。牛IL-2與人IL-2、鼠IL-2的同源性分別為65%和50%。在結(jié)構(gòu)上，IL-2主要由α螺旋體和β螺旋構(gòu)成，與此相類似的分子結(jié)構(gòu)如粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（GMCSF）和白細胞介素-4（IL-4）等[9-10]。IL-2分子含有3個半胱氨酸，分別位于第58、105和125位，其中第58位和105位之間形成的二硫鍵對維持IL-2的生物學構(gòu)象是非常必要的，當二硫鍵斷裂時，三級結(jié)構(gòu)和功能均消失[11]。此外，第17位的亮氨酸、28位的天冬氨酸、38位的精氨酸、121位的色氨酸和124位的苯丙氨酸殘基對IL-2的生物活性也有著重要的影響[12]。在功能上，IL-2誘導(dǎo)活化的CD4+和CD8+T細胞上IL-2和IL-2 R alpha的表達并刺激它們的增殖。同時，IL-2在維持外周自我耐受性方面也起著重要作用，其機制是通過Fas介導(dǎo)的CD4+T細胞在抗原再刺激后死亡，以及IL-2促進調(diào)節(jié)性T細胞分化和存活[13]。細胞缺少IL-2、IL-2 R alpha或IL-2 R beta的小鼠沒有表現(xiàn)出嚴重的免疫缺陷表型，而是積聚了活化的T淋巴細胞，減少了調(diào)節(jié)性T細胞的數(shù)量，并發(fā)展成自身免疫性疾病[14]。這表明維持T細胞穩(wěn)態(tài)和防止自身反應(yīng)性是IL-2信號傳導(dǎo)的主要功能。此外，IL-2可增強自然殺傷細胞的細胞毒性，是B細胞增殖和免疫球蛋白生產(chǎn)所必需的。

IL-2的多效性效應(yīng)是由于IL-2信號可通過3種不同的信號途徑（JAK-STAT、PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK途徑）進行轉(zhuǎn)導(dǎo)而實現(xiàn)的[15]。IL-2與其受體結(jié)合后，CD122和CD132的胞漿結(jié)構(gòu)域異源二聚體化，從而激活Janus激酶、JAK1和JAK3，隨后在CD122上磷酸化T338。這種磷酸化招募了STAT轉(zhuǎn)錄因子，其中以STAT5為主，這些轉(zhuǎn)錄因子二聚化并遷移到細胞核中與DNA結(jié)合[16]，從而激活一系列的免疫反應(yīng)。IL-2的基因表達調(diào)控可以是多層次的，也可以通過不同的方式。其中一個IL-2基因表達調(diào)控的檢查點是TCR。TCR的信號通路活化后繼而激活磷脂酶C（Phospholipase C, PLC）依賴的信號途徑，隨后PLC激活3種主要轉(zhuǎn)錄因子：NFAT、NF-κB和AP-1，從而進一步激活相應(yīng)的免疫反應(yīng)[17]。

2 IL-2在牛感染性疾病中的作用

IL-2本身并沒有直接抗感染的活性，它是通過增強NK細胞、CTL細胞的活性及誘導(dǎo)IFN-γ等的產(chǎn)生而介導(dǎo)抗感染。BoIL-2在牛傳染性鼻氣管炎病毒（Infectious bovine rhinotracheitis virus, IBRV）免疫中具有免疫佐劑活性。Quiorga等[18]將重組牛IL-2注入牛乳房，可以明顯降低細菌性乳腺炎的發(fā)病率。鑒于牛IL-2重要的生物學功能，牛IL-2可作為免疫增強劑、免疫治療劑協(xié)同作用于感染性疾病的治療。

2.1 IL-2與牛結(jié)核病牛結(jié)核病是一種主要由牛分枝桿菌（Mycobacterium bovis,M. bovis）等引起的慢性消耗性人獸共患傳染病，被世界動物衛(wèi)生組織（OIE）列為需通報的動物疫病。感染牛分枝桿菌后，機體內(nèi)CD4+T細胞和CD8+T細胞會分泌大量IL-2，促進T細胞增殖的同時使CD8+T細胞活化為CTL，并且可誘導(dǎo)IFN-γ等多種細胞因子的分泌，從而產(chǎn)生殺滅牛分枝桿菌的作用。此外IL-2能夠刺激T細胞轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TfR, CD71）、MHC-II類抗原的表達，同時誘導(dǎo)CTL、NK和LAK等多種殺傷細胞的分化和效應(yīng)功能來進一步殺傷牛分枝桿菌。IL-2還直接作用于B細胞，促進其增殖、分化和抗體的分泌。此外研究顯示強力的中央記憶型T細胞（Central Memory T cell,Tcm）IFN-γ/TNF-α反應(yīng)與牛結(jié)核病密切相關(guān)，而Tcm的IFN-γ/TNF-α/IL-2水平是牛結(jié)核免疫保護的重要指標[19]。因此IL-2作為Th1型細胞免疫應(yīng)答產(chǎn)生的主要細胞因子之一，在牛分枝桿菌引起的機體免疫反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其分泌水平高低反應(yīng)著機體感染分枝桿菌的不同狀態(tài)[20]。

由于牛IL-2在感染后的分泌特征，基于微生物抗原特異性IL-2的檢測方法被逐漸建立和應(yīng)用[21]。Xia等[22]先是制備并篩選出能夠特異性識別天然牛IL-2的單克隆抗體，建立了基于流式細胞術(shù)的牛IL-2+CD4+T細胞檢測方法，并將該方法應(yīng)用于牛結(jié)核病的檢測。此外，研究發(fā)現(xiàn)通過使用ELISA檢測牛血漿中結(jié)核特異性的IL-2還可以用來區(qū)分牛分枝桿菌的自然感染和BCG疫苗接種。當該檢測方法cut-off值選取OD450為0.1時，該方法的特異性為100%，敏感性為93.9%，在所有疫苗接種的群體中均無法檢測到結(jié)核特異性IL-2的分泌。感染牛分枝桿菌后會導(dǎo)致一系列臨床結(jié)果，包括發(fā)展為具有臨床癥狀的動物，以及保持持續(xù)潛伏感染階段動物。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，功能性T細胞受抗原負荷的調(diào)控，在高抗原負荷和抗原持久性的情況下，高IFN-γ/低IL-2的分泌占主導(dǎo)，而在涉及抗原清除的情況下，低IFN-γ/高IL-2反應(yīng)占主導(dǎo)[23]。基于此建立的IFN-γ/IL-2雙色ELISPOT實驗來區(qū)分牛結(jié)核病感染的不同階段，與無可見結(jié)節(jié)的牛相比，可見結(jié)節(jié)的牛中牛型PPD特異性的IL-2單個產(chǎn)生的細胞頻率更高[20]。

2.2 IL-2與牛傳染性鼻氣管炎牛皰疹病毒Ⅰ型（Boyine herpesvirus 1, BHV-1）是牛的重要病原體，引起嚴重的呼吸道感染，結(jié)膜炎，外陰陰道炎以及流產(chǎn)。血清中和抗體和巨噬細胞介導(dǎo)的細胞毒性都在BHV-1感染中發(fā)揮重要的作用。當動物先用BHV-1糖蛋白進行免疫，隨后被攻毒時，抗體滴度與感染的減輕之間存在正相關(guān)。IL-2能夠促進抗原活化T淋巴細胞的增殖和分化，并在一系列免疫活動中發(fā)揮著重要作用。重組牛IL-2已被用作佐劑與商業(yè)改良的BHV-1活疫苗（MLV）進行組合，與單獨的疫苗免疫，該組合在體液免疫和細胞免疫都表現(xiàn)出更強的效應(yīng)。Hughes用來自BHV-1的糖蛋白IV（gIV）對牛進行免疫，然后再接種不同劑量的IL-2，結(jié)果顯示經(jīng)過IL-2處理的牛，相比較于只免疫了BHV-1糖蛋白IV的牛，在特異性細胞毒性，淋巴細胞對gIV的增殖反應(yīng)，以及gIV特異性抗體方面都表現(xiàn)出顯著性的增強。因此牛IL-2具有作為BHV-1疫苗佐劑的潛力。Reddy等[24]將低劑量（25 μg/kg）重組牛IL-2與牛皰疹病毒1型活苗（BHV-1）一起免疫，血清中和抗體效價比單獨使用疫苗組提高了6倍。李祥瑞等[25]研究表明，將重組牛IL-2與伊氏錐蟲可溶性抗原共同注射小鼠，其抗體滴度由對照組的24上升到26，NK細胞殺傷活性由對照組的31.6%提高到99.66%。

2.3 IL-2與口蹄疫口蹄疫（Foot-and-mouth disease,FMD）是由FMD病毒（Foot-and-mouth disease virus,FMDV）引起的，F(xiàn)MDV是一個小的，無包膜單鏈正義RNA病毒，共分為O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3和Asia1 7種血清型，在各個血清型中，它們具有明顯的菌株差異和抗原變異。FMDV能夠誘導(dǎo)牛早期免疫反應(yīng)，特別是先天免疫反應(yīng)。感染FMDV后，機體會驅(qū)動細胞因子通路分泌一系列炎性細胞因子，同時增強抗原遞呈功能等來殺傷病毒[26]。通過實時PCR對接種FMDV牛的PBMC中特異性IL-2的轉(zhuǎn)錄水平進行測定，同時使用ELISA測定全血中IL-2的分泌水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與未接種的動物相比，接種FMDV牛的PBMC中IL-2的轉(zhuǎn)錄和分泌水平更高[27]。

2.4 IL-2與牛布魯菌病牛布魯菌廣泛存在，其對動物和人類健康的影響而具有重要意義。機體主要通過細胞介導(dǎo)的免疫來抵御布魯菌的感染，而布魯菌也相應(yīng)的進化出多種途徑來逃逸宿主的殺傷。將重組牛IL-2與疫苗一起連用來增強機體的免疫應(yīng)答，結(jié)果顯示將rBoIL-2與疫苗聯(lián)用時，可以刺激機體TNF-α、IL-12p40和IFN-γ等細胞因子轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)。同時相比較于僅接種疫苗或不接種疫苗組，rBoIL-2與疫苗聯(lián)用組提供了顯著的免疫保護力，更好的防止感染和流產(chǎn)[28]。

2.5 IL-2與牛巴氏桿菌病多殺巴氏桿菌通常出現(xiàn)在許多物種的明顯健康動物的上呼吸道上皮中。在壓力的情況下可能會誘發(fā)疾病，導(dǎo)致牛、綿羊和豬的支氣管肺炎，牛、豬和兔子的敗血病，豬和兔子的鼻炎和急性禽霍亂。研究表明，牛感染巴氏桿菌后，會引起機體CD4、CD8 T細胞數(shù)量的增加，同時會誘導(dǎo)機體分泌IL-2和IL-8來抵御巴氏桿菌的感染[29]。

2.6 IL-2與牛白血病牛白血病病毒（Bovine leukemia virus, BLV）是與1型人類T細胞白血病病毒（Human T -cell leukemia virus type 1, HTLV-1）相關(guān)的逆轉(zhuǎn)錄病毒，可引起牛源性牛白血病。BLV感染可在臨床上保持沉默，牛處于無白血?。╝cuteleucemia,AL）狀態(tài)，或表現(xiàn)為持續(xù)性淋巴細胞增多（PL）。與無血清型陽性（BLV+AL）或血清陰性（BLV-）的動物相比，持續(xù)淋巴細胞（BLV+PL）的奶牛具有更多的淋巴細胞和更少的中性粒細胞。從BLV+PL動物分離的淋巴細胞培養(yǎng)物中IL-2含量比BLV+AL和BLV-組顯著升高。因此在BLV感染的牛中不受控制的淋巴細胞增多可能是由于IL-2調(diào)節(jié)B淋巴細胞增殖所致[30]。

3 小結(jié)

本文主要對IL-2的結(jié)構(gòu)和功能及其在感染性疾病中的相關(guān)作用進行論述。近年來，隨著免疫學的進一步發(fā)展，IL-2作為Th1型主要的細胞因子之一，使用IL-2治療免疫相關(guān)疾病的新方法和建立可靠的、規(guī)范化評價IL-2在牛感染性疾病中的作用具有較好的應(yīng)用前景。