白细胞介素-2在牛感染性疾病中的作用
时间：2023-03-10 20:20:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
陶宏卫，夏爱鸿，陈 祥
（1.江苏农牧科技职业学院，泰州 225300；
2.扬州大学 江苏省人兽共患病学重点实验室江苏省动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心，扬州 225009）
白细胞介素2（Interleukin-2, IL-2）是一种具有四个α-螺旋束的细胞因子，主要由活化的T细胞、树突状细胞和B细胞产生，于1976年首次被Morgan等[1]发现，因其具有诱导和维持T细胞的生物活性，曾被称为T细胞生长因子（T cell growth factor, TCGF），并于1979年被正式命名为白细胞介素-2。1996年Gisela等[2]利用重组牛疱疹病毒成功分泌表达牛白细胞介素2，获得了有生物活性的糖蛋白。IL-2的生物学活性是通过与细胞表面受体复合物结合而介导的，该复合物由IL-2 R alpha/CD25、IL-2/IL-15 R beta和常见的γ-链/IL-2 Rγ亚基组成。IL-2还可以单独与IL-2 R alpha低亲和力结合，或与由IL-2 / IL-15 R beta和常见的γ链亚基组成的复合物中等亲和力结合[3]。IL-2是一种具有多种生物活性的细胞因子，当IL-2与其特异性的受体结合后，对T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、神经胶质瘤细胞等的生长和分化具有重要的调节作用，同时在抗病毒、抗肿瘤、免疫调节及感染性疾病的治疗中具有重要的调节作用[4-7]。
自1983年Taniguchi等克隆出人IL-2基因以来，鼠、牛、猪、羊、鸡等IL-2基因相继克隆成功。Cerretti等[8]于1986年首次克隆牛IL-2基因，并测定了其核苷酸序列。牛IL-2基因序列全长为775 bp，开放阅读框为465 bp，编码155个氨基酸残基。牛IL-2与人IL-2、鼠IL-2的同源性分别为65%和50%。在结构上，IL-2主要由α螺旋体和β螺旋构成，与此相类似的分子结构如粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GMCSF）和白细胞介素-4（IL-4）等[9-10]。IL-2分子含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105和125位，其中第58位和105位之间形成的二硫键对维持IL-2的生物学构象是非常必要的，当二硫键断裂时，三级结构和功能均消失[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位的苯丙氨酸残基对IL-2的生物活性也有着重要的影响[12]。在功能上，IL-2诱导活化的CD4+和CD8+T细胞上IL-2和IL-2 R alpha的表达并刺激它们的增殖。同时，IL-2在维持外周自我耐受性方面也起着重要作用，其机制是通过Fas介导的CD4+T细胞在抗原再刺激后死亡，以及IL-2促进调节性T细胞分化和存活[13]。细胞缺少IL-2、IL-2 R alpha或IL-2 R beta的小鼠没有表现出严重的免疫缺陷表型，而是积聚了活化的T淋巴细胞，减少了调节性T细胞的数量，并发展成自身免疫性疾病[14]。这表明维持T细胞稳态和防止自身反应性是IL-2信号传导的主要功能。此外，IL-2可增强自然杀伤细胞的细胞毒性，是B细胞增殖和免疫球蛋白生产所必需的。
IL-2的多效性效应是由于IL-2信号可通过3种不同的信号途径（JAK-STAT、PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK途径）进行转导而实现的[15]。IL-2与其受体结合后，CD122和CD132的胞浆结构域异源二聚体化，从而激活Janus激酶、JAK1和JAK3，随后在CD122上磷酸化T338。这种磷酸化招募了STAT转录因子，其中以STAT5为主，这些转录因子二聚化并迁移到细胞核中与DNA结合[16]，从而激活一系列的免疫反应。IL-2的基因表达调控可以是多层次的，也可以通过不同的方式。其中一个IL-2基因表达调控的检查点是TCR。TCR的信号通路活化后继而激活磷脂酶C（Phospholipase C, PLC）依赖的信号途径，随后PLC激活3种主要转录因子：NFAT、NF-κB和AP-1，从而进一步激活相应的免疫反应[17]。
IL-2本身并没有直接抗感染的活性，它是通过增强NK细胞、CTL细胞的活性及诱导IFN-γ等的产生而介导抗感染。BoIL-2在牛传染性鼻气管炎病毒（Infectious bovine rhinotracheitis virus, IBRV）免疫中具有免疫佐剂活性。Quiorga等[18]将重组牛IL-2注入牛乳房，可以明显降低细菌性乳腺炎的发病率。鉴于牛IL-2重要的生物学功能，牛IL-2可作为免疫增强剂、免疫治疗剂协同作用于感染性疾病的治疗。
2.1 IL-2与牛结核病牛结核病是一种主要由牛分枝杆菌（Mycobacterium bovis,M. bovis）等引起的慢性消耗性人兽共患传染病，被世界动物卫生组织（OIE）列为需通报的动物疫病。感染牛分枝杆菌后，机体内CD4+T细胞和CD8+T细胞会分泌大量IL-2，促进T细胞增殖的同时使CD8+T细胞活化为CTL，并且可诱导IFN-γ等多种细胞因子的分泌，从而产生杀灭牛分枝杆菌的作用。此外IL-2能够刺激T细胞转铁蛋白受体（TfR, CD71）、MHC-II类抗原的表达，同时诱导CTL、NK和LAK等多种杀伤细胞的分化和效应功能来进一步杀伤牛分枝杆菌。IL-2还直接作用于B细胞，促进其增殖、分化和抗体的分泌。此外研究显示强力的中央记忆型T细胞（Central Memory T cell,Tcm）IFN-γ/TNF-α反应与牛结核病密切相关，而Tcm的IFN-γ/TNF-α/IL-2水平是牛结核免疫保护的重要指标[19]。因此IL-2作为Th1型细胞免疫应答产生的主要细胞因子之一，在牛分枝杆菌引起的机体免疫反应中发挥着至关重要的作用，其分泌水平高低反应着机体感染分枝杆菌的不同状态[20]。
由于牛IL-2在感染后的分泌特征，基于微生物抗原特异性IL-2的检测方法被逐渐建立和应用[21]。Xia等[22]先是制备并筛选出能够特异性识别天然牛IL-2的单克隆抗体，建立了基于流式细胞术的牛IL-2+CD4+T细胞检测方法，并将该方法应用于牛结核病的检测。此外，研究发现通过使用ELISA检测牛血浆中结核特异性的IL-2还可以用来区分牛分枝杆菌的自然感染和BCG疫苗接种。当该检测方法cut-off值选取OD450为0.1时，该方法的特异性为100%，敏感性为93.9%，在所有疫苗接种的群体中均无法检测到结核特异性IL-2的分泌。感染牛分枝杆菌后会导致一系列临床结果，包括发展为具有临床症状的动物，以及保持持续潜伏感染阶段动物。数据分析结果显示，功能性T细胞受抗原负荷的调控，在高抗原负荷和抗原持久性的情况下，高IFN-γ/低IL-2的分泌占主导，而在涉及抗原清除的情况下，低IFN-γ/高IL-2反应占主导[23]。基于此建立的IFN-γ/IL-2双色ELISPOT实验来区分牛结核病感染的不同阶段，与无可见结节的牛相比，可见结节的牛中牛型PPD特异性的IL-2单个产生的细胞频率更高[20]。
2.2 IL-2与牛传染性鼻气管炎牛疱疹病毒Ⅰ型（Boyine herpesvirus 1, BHV-1）是牛的重要病原体，引起严重的呼吸道感染，结膜炎，外阴阴道炎以及流产。血清中和抗体和巨噬细胞介导的细胞毒性都在BHV-1感染中发挥重要的作用。当动物先用BHV-1糖蛋白进行免疫，随后被攻毒时，抗体滴度与感染的减轻之间存在正相关。IL-2能够促进抗原活化T淋巴细胞的增殖和分化，并在一系列免疫活动中发挥着重要作用。重组牛IL-2已被用作佐剂与商业改良的BHV-1活疫苗（MLV）进行组合，与单独的疫苗免疫，该组合在体液免疫和细胞免疫都表现出更强的效应。Hughes用来自BHV-1的糖蛋白IV（gIV）对牛进行免疫，然后再接种不同剂量的IL-2，结果显示经过IL-2处理的牛，相比较于只免疫了BHV-1糖蛋白IV的牛，在特异性细胞毒性，淋巴细胞对gIV的增殖反应，以及gIV特异性抗体方面都表现出显著性的增强。因此牛IL-2具有作为BHV-1疫苗佐剂的潜力。Reddy等[24]将低剂量（25 μg/kg）重组牛IL-2与牛疱疹病毒1型活苗（BHV-1）一起免疫，血清中和抗体效价比单独使用疫苗组提高了6倍。李祥瑞等[25]研究表明，将重组牛IL-2与伊氏锥虫可溶性抗原共同注射小鼠，其抗体滴度由对照组的24上升到26，NK细胞杀伤活性由对照组的31.6%提高到99.66%。
2.3 IL-2与口蹄疫口蹄疫（Foot-and-mouth disease,FMD）是由FMD病毒（Foot-and-mouth disease virus,FMDV）引起的，FMDV是一个小的，无包膜单链正义RNA病毒，共分为O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3和Asia1 7种血清型，在各个血清型中，它们具有明显的菌株差异和抗原变异。FMDV能够诱导牛早期免疫反应，特别是先天免疫反应。感染FMDV后，机体会驱动细胞因子通路分泌一系列炎性细胞因子，同时增强抗原递呈功能等来杀伤病毒[26]。通过实时PCR对接种FMDV牛的PBMC中特异性IL-2的转录水平进行测定，同时使用ELISA测定全血中IL-2的分泌水平。结果发现与未接种的动物相比，接种FMDV牛的PBMC中IL-2的转录和分泌水平更高[27]。
2.4 IL-2与牛布鲁菌病牛布鲁菌广泛存在，其对动物和人类健康的影响而具有重要意义。机体主要通过细胞介导的免疫来抵御布鲁菌的感染，而布鲁菌也相应的进化出多种途径来逃逸宿主的杀伤。将重组牛IL-2与疫苗一起连用来增强机体的免疫应答，结果显示将rBoIL-2与疫苗联用时，可以刺激机体TNF-α、IL-12p40和IFN-γ等细胞因子转录水平的上调。同时相比较于仅接种疫苗或不接种疫苗组，rBoIL-2与疫苗联用组提供了显著的免疫保护力，更好的防止感染和流产[28]。
2.5 IL-2与牛巴氏杆菌病多杀巴氏杆菌通常出现在许多物种的明显健康动物的上呼吸道上皮中。在压力的情况下可能会诱发疾病，导致牛、绵羊和猪的支气管肺炎，牛、猪和兔子的败血病，猪和兔子的鼻炎和急性禽霍乱。研究表明，牛感染巴氏杆菌后，会引起机体CD4、CD8 T细胞数量的增加，同时会诱导机体分泌IL-2和IL-8来抵御巴氏杆菌的感染[29]。
2.6 IL-2与牛白血病牛白血病病毒（Bovine leukemia virus, BLV）是与1型人类T细胞白血病病毒（Human T -cell leukemia virus type 1, HTLV-1）相关的逆转录病毒，可引起牛源性牛白血病。BLV感染可在临床上保持沉默，牛处于无白血病（acuteleucemia,AL）状态，或表现为持续性淋巴细胞增多（PL）。与无血清型阳性（BLV+AL）或血清阴性（BLV-）的动物相比，持续淋巴细胞（BLV+PL）的奶牛具有更多的淋巴细胞和更少的中性粒细胞。从BLV+PL动物分离的淋巴细胞培养物中IL-2含量比BLV+AL和BLV-组显著升高。因此在BLV感染的牛中不受控制的淋巴细胞增多可能是由于IL-2调节B淋巴细胞增殖所致[30]。
本文主要对IL-2的结构和功能及其在感染性疾病中的相关作用进行论述。近年来，随着免疫学的进一步发展，IL-2作为Th1型主要的细胞因子之一，使用IL-2治疗免疫相关疾病的新方法和建立可靠的、规范化评价IL-2在牛感染性疾病中的作用具有较好的应用前景。
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