干扰素的种类及特性

干扰素是机体感染病毒时,宿主细胞通过抗病毒应答产生的一组结构类似、功能相近的低分子糖蛋白,是抗病毒感染最重要的一种免疫因子。

1.干扰素的发现及制备技术的发展

在1957年两位英国科学家在进行流感病毒试验时发现,鸡胚中注射灭活流感病毒后,鸡胚细胞膜中生成了一种物质,这种物质具有“干扰”流感病毒感染的作用,其中的一位科学家Isaacs就将这种物质称之为“interferon”,即干扰素。随后的研究证实,当机体细胞受到病毒侵袭时,病毒诱导细胞内的干扰素基因表达产生干扰素,干扰病毒复制,是机体抗病毒感染的防御系统(表1)。

                                                        

根据干扰素蛋白质一级结构的不同,又可以分成α、β、γ三种不同的类型,分别由白细胞、成纤维细胞和免疫淋巴细胞产生,具有抗病毒、抗细胞分裂及免疫调节活性。目前临床上抗病毒治疗使用的主要是干扰素-α。

2.干扰素-α对慢性乙型肝炎的作用机制

2.1干扰素-α的直接抗病毒作用在正常情况下,宿主细胞内染色体DNA中的干扰素基因受抑制蛋白控制,呈静止状态。当病毒感染或干扰素诱导剂刺激下,细胞产生灭活抑制蛋白的特异性因子,使干扰素基因抑制得以释放。由干扰素基因生成特异的干扰素mRNA,并在细胞内的核蛋白体中,在此特异的干扰素mRNA指导下合成干扰素蛋白,并释放到细胞外。干扰素-α的抗病毒作用主要是通过干扰素与被病毒感染细胞的细胞膜上的干扰素受体结合,干扰素结合到这些受体上有很高的亲和力,每个细胞上表达的数目可达500~20000个。干扰素与受体结合后激活受染细胞内抗病毒蛋白基因,生成抗病毒蛋白mRNA,诱生多种抗病毒蛋白(AVP),此类AVP能够切断病毒的mRNA,抑制病毒蛋白的翻译,还可能抑制病毒的穿入、脱壳及装配。最终抑制病毒的复制。此类AVP主要有三种:①2’-5’寡腺苷酸合成酶(2’-5’-AS):2’-5’-AS是一种dsRNA依赖酶,在病毒dsRNA激活后,促进ATP聚合成2’-5’-寡腺苷酸,随之激活核酸内切酶,使病毒蛋白mRNA水解,阻断病毒mRNA转录,从而抑制病毒蛋白的合成;②蛋白激酶:干扰素和受病毒感染的细胞膜上的受体结合后,干扰素反应基因即被激活,随之激活酪氨酸蛋白激酶(JAKs),该酶可使病毒蛋白合成的起始因子α亚基磷酸化,从而使得病毒蛋白合成起始受阻;③磷酸二酯酶:磷酸二酯酶可去除tRNA的pCpCpA末端,从而抑制病毒蛋白的转译。

由于干扰素的主要作用靶位点是乙型肝炎病毒(HBV)DNA,因此,对于干扰素治疗有效的患者,不仅可以抑制HBVDNA的复制,减少新的HBVDNA进入ccCDNA库(HBVcccDNA为HBV复制的原始模板),同时,还可以抑制病毒蛋白的表达,表现为HBVDNA及HBeAg阴转。但是,干扰素对cccDNA无作用,故当停止治疗后,cccDNA可以作为HBV复制模板,重新转录复制,表现为HBVDNA又复阳性。由此,决定了干扰素治疗无法彻底清除HBV。

2.2干扰素的免疫调节作用干扰素-α是MHC-1类蛋白暴露的有效诱导剂,通过增强细胞膜上人类白细胞抗原(HLA)的表达,使免疫活性细胞如TC细胞易于识别和杀伤肝炎病毒感染的细胞。并通过细胞因子网络调节白细胞介素1(IL-1)、白细胞介素2(IL-2)和肿瘤坏死因子(TNF)等水平,促进细胞毒性T淋巴细胞(CTL)增殖,激活免疫活性细胞如NK细胞、K细胞和巨噬细胞的免疫活性,从而杀伤肝炎病毒感染的肝细胞,使病毒得以清除。正是由于干扰素的这一免疫活性作用,在治疗慢性乙型肝炎的过程中,会出现一过性肝功能损伤。

研究发现,HBV患者肝细胞质中的HBcAg具有CTL识别表位,为8~10个氨基酸寡肽。CTL通过识别HLA-1类分子,攻击靶细胞并清除病毒。但在慢性HBV感染状态下,HBV多聚酶的终末蛋白可以减低干扰素的抗病毒活性,减少HLA表达、淋巴细胞表达,IFNγ亦减少。此外,HBV的突变也可以逃脱机体的免疫反应。如此种种,导致了慢性乙型肝炎患者自身干扰素相对缺损和(或)处于耐受状态,由此,就需要以大剂量的外源性干扰素补充治疗。

2.3干扰素-α的抗纤维化机制在干扰素-α广泛应用于慢性肝炎的抗病毒治疗过程中,对治疗前后肝活检标本观察时发现,那些对干扰素-α有效的病例,其肝纤维化也得到了改善,从而使人们意识到干扰素-α可能还具有抗纤维化的作用。Numaguchi等研究发现,α、β、γ干扰素都有显著抑制3T3L1细胞1型前胶原mRNA、转化生长因子β1mRNA的表达及细胞生长的作用,提示干扰素能够直接抑制细胞外基质形成,减少胶原合成。Guido等用干扰素-α治疗了44例慢性病毒性肝炎,并在治疗前后进行肝活检,用免疫组化和半定记分法评价α-平滑肌纤维蛋白在肝Ito细胞中的表达,发现干扰素-α治疗结束后Ito对α-平滑肌纤维蛋白表达明显减少,α-平滑肌纤维蛋白标记的细胞数量减少与肝组织学改变密切相关,提示干扰素能直接抑制细胞外基质形成细胞合成胶原,防止肝纤维化产生。另外,干扰素还具有促进肝纤维化组织的降解作用,从而有利于肝脏功能的恢复。

3.临床常用干扰素-α的种类及其药代动力学特性

3.1重组人干扰素-α重组人干扰素-α是从人白细胞中克隆出干扰素-α基因,通过重组基因技术,将人类干扰素基因连接于载体(如细菌质粒)、转入大肠杆菌,使其表达干扰素,再通过生产和纯化技术,得到高纯度(>99%)、高活性(1mg>108)的制剂。重组人干扰素-α与天然型具有相同的分子结构和生物学作用。根据个别氨基酸的不同可以分为IFNα-2a及IFNα-1b、2b。它们的抗病毒效果大致相同。

目前国内常用的干扰素制剂,既有国产的,也有进口的,经国内多家医院临床验证,国内几家大的干扰素生产厂家所生产的干扰素,在其疗效上与进口干扰素相似。

3.2聚乙二醇化干扰素聚乙二醇(简称PEG)是一种无活性的亲水性化合物,聚乙二醇化就是将聚乙二醇通过生物制药技术安装到具有活性的蛋白质分子之上,从而改变其活性,使其分子量更大,吸收更缓慢,而且由于有了聚乙二醇分子的保护,使药物与蛋白酶接触的机会更少,在代谢上更缓慢,从而使药物在血液内的浓度更稳定,半衰期更长,不仅药物浓度不会忽高忽低,而且用药间隔可以得到延长,用药更方便,疗效更稳定。

聚乙二醇干扰素(又称为PEG干扰素),不仅药物浓度得以维持在一个平稳水平,而且由于清除减慢,用药的周期也得以大幅延长,血药浓度维持在一个比较理想的水平,避免了普通干扰素用药后的大幅浓度波动,从而使治疗的疗效得到大幅提高。由于用药间期可以从每周3次延长到每周1次,患者的用药依从性也可以得到明显改善。另外一方面就是,在干扰素之外,由于有了聚乙二醇的保护作用,减少了干扰素与免疫细胞的直接接触,其免疫源性也得到了降低,不良反应也就更少。

聚乙二醇干扰素又根据聚乙二醇分子量的大小分为两类:一类是聚乙二醇干扰素-α2b,其聚乙二醇分子比较小,只有12kD;第二种是聚乙二醇干扰素-α2a,其聚乙二醇分子比较大,分子量为40kD。这两种聚乙二醇干扰素的主要区别也是聚乙二醇分子的大小,后者由于聚乙二醇分子更大,对干扰素的保护作用更好,因此血药浓度更稳定,半衰期也更长,而且其药物分布更集中(主要集中于血液和肝脏),而成人间体重可以有很大差异,血液容量的差异却很小,因此,聚乙二醇干扰素-α2a无需按体重用药。而聚乙二醇干扰素-α2b由于分布范围更广(包括肌肉和脂肪),因此就必须按体重用药。