Interferon và ứng dụng

Interferon và ứng dụng Interferon (IFN) là nhóm cytokine có chức năng sinh học rất đa dạng, bao gồm việc ức chế sự gia tăng của virus, thúc đẩy quá trình biệt hóa và điều hòa hệ miễn dịch. Do có nhiều hoạt tính sinh học quan trong nên IFN được sử dụng trong việc điều trị rất nhiều bệnh như ung thư, nhiễm virus, nhiễm vi khuẩn, bệnh tự miễn, và hội chứng thần kinh. Hiện nay, IFN được sử dụng chủ yếu cho việc kháng lại sự xâm nhiễm của virus ở người và động vật. 1. Phân loại IFN Hiện nay, có khoảng 10 loại IFN được nhận biết ở động vật, trong đó có khoảng 7 loại là ở người. IFN được chia là 3 nhóm là type I, type II, và type III dựa vào cấu trúc, việc sử dụng receptor, và hoạt tính sinh học của chúng [Fontana et al. 2008, Donnelly and Kotenko 2010]. Ở người, IFN type I chứa 13 loại IFN-α và 1 IFN-β, IFN-κ, IFN-ω, IFN-ε. Trong IFN type I, IFN-α và IFN-β được biểu hiện trực tiếp khi có sự xâm nhiễm của virus hoặc vi khuẩn, tuy nhiên vai trò của IFN-κ, IFN-ω, và IFN-ε hiện nay vẫn chưa được xác định cụ thể. Do đó, khi nhắc tới IFN type I, người ta chỉ quan tâm đến IFN- α/β. Type II chỉ có IFN-γ. Gần đây, một loại IFN mới đã được chứng minh có đặc tính kháng virus trong nhiều tế bào đích khác nhau, và được xếp vào type III, còn gọi là IFN-λ. Ở người có 3 loại IFN-λ: IFN-λ1, -λ2, -λ3 (được biết đến như IL-29, IL-28A, IL28B, theo thứ tự) [Donnelly, R. P. and S. V. Kotenko 2010]. Ở động vật, người ta cũng đã nhận biết IFN-λ ở một số loại như chuột, heo, bò, gà… 2. Chức năng của IFN IFN type I được biểu hiện ở hầu hết các tế bào. Tuy nhiên IFN-α được biểu hiện mạnh ở leukocyte và IFN-β được biểu hiện chủ yếu ở fibroblast [Goodbourn et al. 2000]. Trong quá trình xâm nhiễm của virus, IFN-α và IFN-β được kích hoạt trong miễn dịch tự nhiên (innate immunity) chống lại virus. IFN-α và IFN-β có thể trực tiếp ức chế sự nhân lên của virus thông qua việc hoạt hóa quá trình biểu hiện của các ISG (Interferon-stimulated gene) như Mx (myxovirus resistance), OAS (2’ 5’-oligoadenylate synthetase), và (PKR) protein kinase R. IFN type I cũng rất quan trọng trong việc kích hoạt miễn dịch đặc hiệu [Goodbourn et al. 2000]. IFN type II được sản xuất chủ yếu ở tế bào CD4+ T helper và CD8+ T cytoxic, tế bào giết tự nhiên (NK – Natural Killer cells), tế bào trình diện kháng nguyên (APC – antigen-presenting cells) (như monocyte, marcrophage, và dendritic cell) [Goodbourn et al. 2000]. Sự biểu hiện và hoạt tính sinh học của IFN type III rất giống với IFN type I, do đó, IFN type III thường được biểu hiện cùng với IFN type I trong quá trình kháng virus. Tuy nhiên, receptor của IFN type III chỉ được biểu hiện ở một số loại tế bào như macrophage, plamacytoid dendritic cells (pDC), và tế bào biểu mô (epithelial cell) [Donnelly and Kotenko 2010]. 3. Sự biểu hiện IFN Khi virus xâm nhiễm vào tế bào, IFN-α/β sẽ được kích hoạt trước tiên. Hầu hết các con đường tín hiệu biểu hiện IFN-α/β đều liên quan đến sự tương tác của các phân tử liên kết với yếu tố gây bệnh của virus (viral pathogen- associated molecular patterns – PAMPs) và receptor nhận diện các yếu tố đó của vật chủ (pattern-recognition receptors – PRRs) trước tiên [Fontana et al. 2008]. PAMPs chủ yếu là RNA sợi đôi, 5’ triphospate RNA sợi đơn (5’-ppp ssRNA) hoặc RNA sợi đơn. Chúng hoạt hóa các RNA helicase : RIG-I (retinoic acid-indicible gene I) và MDA-5 (melanoma differentiation- associated gene 5) trong nội bào của tế bào bị nhiễm. Các PRRs khác như TLRs (Toll-like receptors) chủ yếu được biểu hiện ở endosome của các tế bào. Hiện tại, người ta cho rằng tế bào sử dụng 2 con đường tín hiệu chính để kích hoạt IFN type I do virus [Haller et al. 2006, Fontana et al. 2008]. Hầu hết các tế bào dùng con đường tín hiệu cổ điển để hoạt hóa sự biểu hiện IFN type I. Tuy nhiên, các pDC dùng các TLR để biểu hiện IFN. IFN-α chủ yếu đựợc biều hiện từ các tế bào này [Fontana et al. 2008]. Trong khi đó, IFN-γ không được biểu hiện trực tiếp từ PAMPs của virus mà kích thích từ các cytokine như các interleukine, IFN-α/β, hoặc TNF-α. Đồng thời, sự tương tác của receptor tế bào T và MHC trên APC cũng kích thích sự biểu hiện IFN-γ trong tế bào NK và tế bào T [Fontana et al. 2008]. Mặc dù IFN type III có đặc tính di truyền khác với IFN type I nhưng chúng thường được đồng biểu hiện qua con đường tín hiệu tương tự nhau [Fontana et al. 2008]. Hình 1. Sự biểu hiện IFN-α/β ở tế bào nhiễm virus 4. Con đường tín hiệu IFN Ở người, khi IFN được biểu hiện, chúng sẽ bám vào receptor chuyên biệt cho từng loại IFN. Các IFN bám lên các phức hợp receptor và kích thích con đường tín hiệu thông qua con đường JAK (Janus tyrosine kinase) – STAT (Signal transducer and Activator of transcription). IFN type I bám vào receptor IFNAR1 và IFNAR2. Receptor IFNAR1 và IFNAR2 lần lượt kết hợp với TYK2 và JAK1 để phosphoryl hóa STAT1 và STAT2. Các phân tử STAT này kết hợp với IRF9 tạo thành ISGF3. Phức hợp này di chuyển vào nhân để biểu hiện các ISG như Mx, 2-5 OAS, hoặc PKR [Goodbourn et al. 2000, Sadler and Williams 2008]. Đối với IFN-γ, phức hợp receptor IFNG1 và IFNG2 được tạo thành từ 2 chuỗi IFNG1 và 2 chuỗi IFNG2 để trở thành phức hợp tetramer. Hai phân tử IFN-γ bám vào receptor sẽ phosphoryl hóa các phân tử JAK2 và JAK1. JAK1 sẽ hoạt hóa STAT1. Hai phân tử STAT1 kết hợp với nhau và di chuyển vào nhân phiên mã ra các phân tử GAS để kích hoạt hệ miễn dịch [Goodbourn et al. 2000, Fontana et al. 2008]. Đối với IFN-λ, mặc dù cơ chế biểu hiện của IFN-λ tương tự IFN-α/β nhưng nó lại sử dụng phức hợp receptor khác [Donnelly and Kotenko 2010]. IFNLR1 và IL10R2 của receptor sẽ lần lượt tương tác với JAK1 và TYK2. Khi IFN-λ bám vào phức hợp receptor sẽ dẫn tới việc kết hợp của JAK1 và TYK2. Sau đó, các tyrosine này sẽ phophoryl hóa STAT1 và STAT2. Phức hợp này sẽ vào nhân và phiên mã các ISG tương tự IFN type I. Hình 2. Con đường tín hiệu của IFN 5. Liệu pháp điều trị IFN Ở người, từ năm 1991, FDA đã chấp nhận cho việc sử dụng một số IFN để chữa một số bệnh do virus như HBV, HCV. Những sản phẩm này bao gồm interferon 2b (Intron A), interferon 2a (Roferon, consensus interferon (Infergen) và gần đây là peginterferon (PEG-IFN). Peginterferon kết hợp với ribavirin (RBV) được sử dụng để điều trị HCV mạn tính. Ở động vật, bệnh lở mồm long móng (food and mouth disease) rất nguy hiểm, bệnh do virus gây ra trên động vật móng guốc chẵn như lợn, bò, trâu, hươu, dê... chứng minh rằng IFN-α của lợn là adjuvant rất tốt cho vaccine FAMV type O tái tổ hợp ở lợn [Cheng, G., X., 2007]. Ở nghiên cứu khác, sự kết hợp của IFN type I và type II của lợn cũng đã tăng khả năng kháng FAMV [Moraes, M. P., 2007]. Tuy nhiên, sự kết hợp này lại không mang lại hiệu quả như mong muốn đối với các loài gia súc khác. Gần đây, cùng với việc tìm ra IFN type III (IFN-λ), Eva Perez-Martin chứng minh IFN-λ của bò có khả năng kháng FAMV ở gia súc. Điều này mở ra một hướng mới cho việc chữa trị FAMD ở gia súc. Ở gia cầm, Sekellick M.J. chứng minh việc kết hợp chIFN-α/β và chIFN-γ cũng giúp tăng khả năng kháng virus [Sekellick, M.J. 2000]. 6. Phương pháp sử dụng IFN Tuy IFN có tính đặc hiệu loài, nhưng chúng cũng có thể dùng cho các loài khác mà vẫn đem lại hiệu quả cao. INF-α của người có thể tương tác với tế bào động vật và ngược lại. Ví dụ, IFN-α của bò có hoạt tính trên các tế bào linh trưởng, lợn, người. IFN-α của lợn có hoạt tính trên các tế bào ngựa, bò, và người. IFN-α của người có hoạt tính trên các tế bào lợn, bò , và mèo. IFN- ω của ngựa có thể bảo vệ chó khỏi parvovirus [Cummins, J. M. 2005]. Những nghiên cứu cũng đề cập đến cách đưa IFN vào cơ thể. Ngoài việc tiêm IFN vào cơ thể theo đường dưới da, cơ hay tĩnh mach, IFN có thể được sử dụng rãi cho động vật và người bằng đường tiêm miệng, xông mũi, hoặc dạ dày. Rất nhiều báo cáo chứng minh rằng việc dưa IFN vào bằng đường miệng hoặc dạ dày có thể tăng hiệu quả ở cả người và động vật. Việc tiêm IFN-α đã được FDA chấp nhận cho việc chữa trị HBV, HCV, và các loại ung thư. Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu cho thấy việc sử dụng IFN-α ở người bằng đường uống cũng cho cho hiệu quả và lại thuận lợi cho việc bảo quản. Mặt khác, liều lượng sử dụng cũng thấp hơn rất nhiều so với đường tiêm[Beilharz, M. W. 2010]. 7. Tài liệu tham khảo Beilharz, M. W., M. J. Cummins, et al. "Oromucosal Administration of Interferon to Humans." Pharmaceuticals 3(2): 323-344. Cheng, G., X. Zhao, et al. (2007). "Alpha interferon is a powerful adjuvant for a recombinant protein vaccine against foot-and-mouth disease virus in swine, and an effective stimulus of in vivo immune response." Vaccine 25(28): 5199-5208. Cummins, J. M., G. S. Krakowka, et al. (2005). "Systemic effects of interferons after oral administration in animals and humans." American Journal of Veterinary Research 66(1): 164-176. Donnelly, R. P. and S. V. Kotenko (2010). "Interferon-Lambda: A New Addition to an Old Family." J. Interferon Cytokine Res. 30(8): 555-564. Fontana, J. M., et al. (2008). "Inhibition of interferon induction and signaling by paramyxoviruses." Immunol. Rev. 225(1): 46-67. Goodbourn, S., et al. (2000). "Interferons: cell signalling, immune modulation, antiviral response and virus countermeasures." J. Gen. Virol. 81(10): 2341-2364. Haller, O., et al. (2006). "The interferon response circuit: Induction and suppression by pathogenic viruses." Virology 344(1): 119-130. Moraes, M. P., T. de los Santos, et al. (2007). "Enhanced Antiviral Activity against Foot-and-Mouth Disease Virus by a Combination of Type I and II Porcine Interferons." Journal of Virology 81(13): 7124-7135. Randall, R. E. and S. Goodbourn (2008). "Interferons and viruses: an interplay between induction, signalling, antiviral responses and virus countermeasures." J. Gen. Virol. 89(1): 1-47. Sadler, A. J. and B. R. G. Williams (2008). "Interferon-inducible antiviral effectors." Nat. Rev. Immunol. 8(7): 559-568. Schroder, K., et al. (2004). "Interferon-gamma: an overview of signals, mechanisms and functions." J. Leukoc. Biol. 75(2): 163-189. Sekellick, M.J., et al., Transient Resistance of Influenza Virus to Interferon Action Attributed to Random Multiple Packaging and Activity of NS Genes. Journal of Interferon & Cytokine Research, 2000. 20(11): p. 963-970.