固有免疫系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)體抵御病毒感染的第一道防線，通過(guò)宿主特異性模式識(shí)別受體(patternrecognitionreceptor，PRR)識(shí)別病原，進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)胞因子、趨化因子、干擾素(interferon，IFN)等多種抗病毒因子。1型IFN是主要的抗病毒細(xì)胞因子，結(jié)合于其相應(yīng)的受體后，通過(guò)Janus激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(Januskinase-signaltransducerandactivatoroftranscription，JAK-STAT)信號(hào)通路，激活數(shù)量眾多的干擾素誘導(dǎo)基因(interferon-stimulatedgenes，ISG)。干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白(interferon-inducibletransmembraneprotein，IFITM)是新近發(fā)現(xiàn)的具有抗病毒作用ISG編碼產(chǎn)物，并且證明其在多種生物過(guò)程發(fā)揮作用，包括:免疫細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞歸巢與成熟以及骨礦化。IFITM家族同時(shí)具有廣泛的抗病毒作用，對(duì)多種病毒發(fā)揮抑制作用，包括:甲型流感病毒(influenzaAvirus，IAV)、西尼羅病毒(WestNilevirus)、登革病毒(denguevirus，DENV)、線狀病毒(filovirus)、人類免疫缺陷病毒1型(humanimmunodeficiencyvirus-1，HIV-1)、丙型肝炎病毒(hepatitisCvirus，HCV)、委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒(Venezuelanequineencephalitisvirus，VEEV)、基孔肯雅病毒(Chikungunyavirus，CHIKV)、水泡性口炎病毒(vesicularstomatitisvirus，VSV)和嚴(yán)重急性呼吸綜合癥(severeacuterespiratorysyndromes，SARS)冠狀病毒。對(duì)IFITM分子結(jié)構(gòu)及其抗病毒機(jī)制的研究將能夠幫助我們進(jìn)一步了解IFN的作用機(jī)制，機(jī)體固有及適應(yīng)性免疫之間的聯(lián)系，以及機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)的維持。同時(shí)對(duì)于個(gè)體化治療方案設(shè)定和疫苗研制也有非常重要的價(jià)值。

1IFITM基因家族及其演化

1984年，Chen等通過(guò)cDNA文庫(kù)篩選技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)IFITM蛋白家族。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)家族包括IFITM1、IFITM2、IFITM3、IFITM5、IFITM6、IFITM7及IFITM10等多個(gè)成員。除IFITM5特異性表達(dá)于骨細(xì)胞，不依賴于IFN進(jìn)行表達(dá)外，其余IFITM家族成員在IFN的調(diào)控下在多組織及器官上廣泛表達(dá)。

脊椎動(dòng)物IFITM家族按照種系發(fā)生可以分為免疫相關(guān)性IFITM(immune-relatedIFITM，IR-IFITM)、IFITM5和IFITM10三個(gè)亞家族，IFITM1、IFITM2、IFITM3和IFITM5位于11號(hào)染色體短臂朝向端粒的26kb區(qū)域，IFITM10的定位和功能尚未明確。并且3個(gè)IFITM亞家族的功能也相差較大。在此，我們對(duì)于脊椎動(dòng)物IFITM家族基因進(jìn)行了簡(jiǎn)單的進(jìn)化分析，希望揭示各亞家族成員在進(jìn)化過(guò)程中之間的關(guān)系及其進(jìn)化的歷程。選取了斑馬魚(yú)、野豬、非洲爪蟾蜍、小家鼠、智人、大鼠、牙鲆科、鯉魚(yú)、東北虎、貓、黑猩猩、家牛、綿羊等物種進(jìn)行種系分析，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析并制作種系發(fā)生樹(shù)。

2IFITM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其細(xì)胞定位

人類和小鼠各表達(dá)有5個(gè)IFITM家族成員，人類表達(dá)IFITM1、IFITM2、IFITM3、IFITM5、IFITM10，小鼠表達(dá)ifitm1、ifitm2、ifitm3、ifitm5、ifitm6。IFITM家族成員具有2個(gè)疏水區(qū)，被一個(gè)稱為保守性細(xì)胞內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)(conservedintracellularloop，CIL)的保守區(qū)分開(kāi)。IFITM家族屬于IFITM1(CD225)蛋白超家族，大約有300個(gè)成員，在第一個(gè)跨膜區(qū)和CIL區(qū)具有同源性。

IFITM分子2個(gè)疏水區(qū)被CIL所分開(kāi)已經(jīng)清楚，但對(duì)于這兩個(gè)疏水區(qū)是否跨膜或僅僅就只是位于膜內(nèi)層還有爭(zhēng)論。大致可歸納為以下3種模型:IFITM分子C末端(C-terminaldomain，CTD)及N末端(N-terminaldomain，NTD)位于細(xì)胞膜外，而CIL位于細(xì)胞質(zhì);IFITM分子CTD、NTD及CIL都位于細(xì)胞質(zhì)膜上及胞質(zhì)區(qū)，并且C端及N端都無(wú)跨越細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層;IFITM分子CTD位于胞膜外，而NTD及CIL位于細(xì)胞質(zhì)膜上及胞質(zhì)區(qū)。雖然每一種模型都有各自的理論依據(jù)，但還需要更加充實(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。早期的研究發(fā)現(xiàn):IFITM3分子CTD和NTD能夠與細(xì)胞外抗體結(jié)合，推測(cè)IFITM3具有2個(gè)跨膜區(qū)。質(zhì)譜分析(massspectrometry，MS)發(fā)現(xiàn)，IFITM3分子N端第24位氨基酸-賴氨酸發(fā)生泛素化的幾率較大，但泛素化只有在其NTD處于細(xì)胞質(zhì)中才會(huì)發(fā)生。同樣，IFITM3分子N末端的酪氨酸(Y20)，在網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞過(guò)程中會(huì)發(fā)生磷酸化，這些資料都支持N端及C端都處在胞質(zhì)內(nèi)。

IFITM分子在組織及細(xì)胞中廣泛分布。IFITM1主要位于細(xì)胞膜和早期內(nèi)體，在胞膜上主要集中于脂筏結(jié)構(gòu)，并能夠與細(xì)胞表面分子CD19和CD81相互作用。因CD81是HCV的共受體，提示IFITM1可能與HCV入胞存在著相關(guān)性。IFITM2、IFITM3主要存在于晚期內(nèi)體和溶酶體，并且與腦Ras相關(guān)蛋白7(Rasrelatedproteinsinbrain7，RAB7)、CD63和溶酶體相關(guān)膜蛋白1(lysosomal-associatedmembraneprotein1，LAMP1)共定位。外源性表達(dá)IFITM1、IFITM2、IFITM3將會(huì)造成其定位發(fā)生改變，主要集中在高度酸化、膨脹的晚期內(nèi)體和溶酶體上，但仍然可以在細(xì)胞膜上檢測(cè)到大量的IFITM1。

3IFITM重要氨基酸殘基

IFITM3氨基酸序列上存在一系列保守并在修飾后發(fā)揮重要作用的氨基酸位點(diǎn)。IFITM2、IFITM3NTD的21個(gè)氨基酸殘基具有同源性。這段序列中的酪氨酸(Y20)突變，將會(huì)導(dǎo)致抗病毒作用降低50%以上;Y20還參與IFITM3向晚期內(nèi)體和溶酶體遷移，并且是IFITM2、IFITM3NTD同源序列中重要的氨基酸殘基。膜內(nèi)結(jié)構(gòu)域1(intramembranedomain1，IM1)區(qū)N69及CIL區(qū)R85、R87、Y99和K104對(duì)于抑制IAV至關(guān)重要。Y99突變將會(huì)降低對(duì)于IAV的抑制作用。D56位于IM1上游，可能參與維持膜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維持。在IFITM所有蛋白中，N69、C72、F75、R85和K104是高度保守的氨基酸，這與它們參與IFITM3的抑制作用的重要性相一致。在CD225同源區(qū)內(nèi)D56、D86和D92非常保守，而且對(duì)于IFITM3的表達(dá)是必須的，在CD225穩(wěn)定性維持方面具有重要作用。

4抗病毒活性及機(jī)制

IFITM抗病毒活性的確定開(kāi)始于在流感病毒的研究，Brass等運(yùn)用功能基因組篩選技術(shù)篩選并確定了IFITM1、IFITM2、IFITM3對(duì)于甲型流感病毒具有重要的抵御作用，IFITM可被1型和2型IFN誘導(dǎo)表達(dá)，并且對(duì)于IFN的抑制病毒活性至關(guān)重要。Everitt等采用IFITM3基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)IFITM3缺乏小鼠在流感病毒感染后發(fā)生了暴發(fā)性病毒性肺炎，而重新給予IFITM3可以逆轉(zhuǎn)病情。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，IFITM在病毒感染早期即可發(fā)揮抗病毒作用。首先，IFITM在多個(gè)組織中組成性高表達(dá)，其抗病毒作用要先于細(xì)胞感染后1型IFN的誘導(dǎo)表達(dá)。其次，IFN能夠誘導(dǎo)IFITM的大量表達(dá)，通過(guò)旁分泌的方式保護(hù)未感染細(xì)胞。再次，病毒逃避IFITM抑制作用要比逃避在感染晚期發(fā)揮作用的抑制因子要困難的多。例如，HIV-1病毒體傳染因子(viralinfectivityfactor，vif)和病毒獨(dú)有蛋白(viralproteinunique，vpu)在入胞后開(kāi)始合成，而宿主通過(guò)載脂蛋白BmRNA編輯、酶解多肽樣3G(apolipoproteinBmRNA-editing，enzyme-catalytic，polypeptide-like3G，APOBEC3G)或骨髓基質(zhì)干細(xì)胞抗原2(marrowstromalstemcellsantigen2，BST2)影響病毒復(fù)制與組裝，而這些病毒蛋白能夠降解抑制性細(xì)胞因子。相比較而言，IFITM介導(dǎo)的抑制作用先于感染發(fā)生，能夠迅速的發(fā)揮抑制作用，并且病毒要逃避IFITM的抑制作用，必須攜帶有某種蛋白能夠抵抗IFITM介導(dǎo)的抑制作用。IFITM抗病毒機(jī)制還不十分清楚，關(guān)于其作用機(jī)制的研究主要集中在影響病毒識(shí)別、結(jié)合及入胞過(guò)程。總結(jié)關(guān)于IFITM分子作用機(jī)制的研究，可以歸納為以下4種假說(shuō)。

4.1“膜硬化”假說(shuō)

IFITM通過(guò)改變細(xì)胞膜特性干擾病毒與細(xì)胞膜融合。IFITM的空間結(jié)構(gòu)，特別是多個(gè)IM1區(qū)之間的相互作用將會(huì)改變宿主細(xì)胞膜的流動(dòng)性和結(jié)合系數(shù)，形成一種稱為“膜硬化”的模型，進(jìn)而有效抵御病毒啟動(dòng)融合過(guò)程。而且，細(xì)胞膜內(nèi)層嵌入的IM1將會(huì)壓縮外層膜，產(chǎn)生一種曲度來(lái)抵制病毒融合過(guò)程中形成的牽引力。膜流動(dòng)性的降低可能阻斷膜表面分子的側(cè)向移動(dòng)，抑制病毒包膜蛋白與宿主胞膜上一系列受體分子之間的相互作用，從而阻斷膜融合，這在IAV入胞機(jī)制中得到了充分的研究。而且，因?yàn)椴《景�膜�?lái)自于宿主細(xì)胞膜，IFITM同樣能夠降低病毒包膜的流動(dòng)性。盡管只是猜測(cè)，但卻可以解釋為什么一些病毒對(duì)于IFITM產(chǎn)生免疫，或許這種IFITM耐受病毒的融合過(guò)程具有固有的特點(diǎn)(力度、合作性)，這些都使它們能夠克服增加的膜硬度。

4.2脂筏假說(shuō)

IFITM定位于脂筏，能夠增加其與細(xì)胞膜上多種病毒受體相互作用的幾率，從而有效抑制多種病毒入胞。人類表達(dá)的IFITM種類僅僅只有5種，可供選擇的范圍較小，但它們?nèi)绾文軌蚋淖冋麄�(gè)細(xì)胞膜的狀態(tài)?一種解釋就是:IFITM定位于脂筏，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域內(nèi)有大量的病毒受體，IFITM可能選擇在病毒黏附和入胞位點(diǎn)大量富集或者能夠快速遷移至此位點(diǎn)，就像CD19和CD81一樣。通過(guò)與脂筏上富集的蛋白相結(jié)合能夠有效地將IFITM遷移至病毒入胞位點(diǎn)，進(jìn)而阻斷多種病毒而不需要與每一個(gè)病毒受體相互作用。

4.3膽固醇遷移假說(shuō)

IFITM蛋白改變胞內(nèi)體及溶酶體狀態(tài)，使其不適宜病毒融合。機(jī)制可能是:改變胞內(nèi)器室膜的脂質(zhì)含量;器室膜上富集有大量非特異性蛋白水解酶使病毒入胞分子失活;改變v-ATP的活性干擾胞內(nèi)體酸化過(guò)程。有人提出:IFITM蛋白能夠改變宿主細(xì)胞脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，造成大量膽固醇遷移至晚期內(nèi)體，從而阻斷病毒融合。其機(jī)制可能是:IFITM1、IFITM2、IFITM3能夠結(jié)合胞質(zhì)運(yùn)輸?shù)鞍缀湍遗菹嚓P(guān)膜蛋白相關(guān)蛋白A(vesicle-associatedmembraneprotein-associatedproteinA，VAPA)。IFITM-VAPA相互作用干擾VAPA與氧固醇結(jié)合蛋白(oxysterolbindingprotein，OSBP)相互作用。OSBP能夠調(diào)節(jié)膽固醇運(yùn)輸，并能夠結(jié)合不同的宿主蛋白，如VAPA。因此，OSBP與IFITM結(jié)合VAPA就存在著競(jìng)爭(zhēng)，高水平的IFITM能夠?qū)⒋罅康哪懝檀歼w移至晚期內(nèi)體進(jìn)而阻斷病毒融合。然而，膽固醇錯(cuò)誤遷移至晚期內(nèi)體為什么能阻斷通過(guò)早期內(nèi)體入胞的病毒，如:HIV-1、HCV和Jaagsiekte綿羊肺逆轉(zhuǎn)錄病毒(Jaagsiektesheepretrovirus，JSRV)，現(xiàn)在還不清楚。同樣，這個(gè)模型不能夠完全解釋IFITM的特異性，因?yàn)镮FITM1、IFITM3與VAPA的相互作用并不能驅(qū)動(dòng)過(guò)量的膽固醇遷移至某個(gè)特定的細(xì)胞器。

4.4“陷阱”模型假說(shuō)

IFITM改變細(xì)胞器運(yùn)輸?shù)谋壤�及模式，將病毒誘導(dǎo)進(jìn)入非融合途徑，這被稱為“陷阱”模型。在多種細(xì)胞系中表達(dá)IFITM蛋白后發(fā)現(xiàn):IFITM蛋白能夠誘導(dǎo)大的空泡形成，提示其可能影響囊泡運(yùn)輸、融合與溶解。但這些空泡的大小并不與其發(fā)揮抑制作用的強(qiáng)弱相關(guān)，并且當(dāng)細(xì)胞內(nèi)IFITM蛋白敲除后，無(wú)論細(xì)胞內(nèi)是否有大量IAV進(jìn)行復(fù)制，并沒(méi)有觀察到細(xì)胞發(fā)生明顯的形態(tài)學(xué)變化。IFITM蛋白廣泛地抗病毒作用與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，現(xiàn)在對(duì)于IFITM與病毒，IFITM與宿主細(xì)胞，以及病毒與宿主細(xì)胞之間的關(guān)系及相互作用機(jī)制還并不是十分清楚，還有待進(jìn)一步的研究去解答其中奧秘。

5IFITM基因變異與疾病相關(guān)性

基因組保持穩(wěn)定是物種得以繁衍并保持種族特性的基礎(chǔ)。而從長(zhǎng)遠(yuǎn)的生物史看，進(jìn)化過(guò)程充滿了基因的突變。特別是免疫系統(tǒng)發(fā)生的突變將會(huì)對(duì)于機(jī)體的免疫防御、免疫監(jiān)視及免疫自身穩(wěn)定產(chǎn)生重要影響。尤其是在ISG及IFN信號(hào)系統(tǒng)中出現(xiàn)的變異將會(huì)影響IFN對(duì)于病毒感染的免疫應(yīng)答反應(yīng)。單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)是最常見(jiàn)的基因變異類型，在人類基因組中大概每1000個(gè)堿基就有一個(gè)SNP，人類基因組上的SNP總量大概是3×106個(gè)。因此，SNP成為第3代遺傳標(biāo)志，人體許多表型差異、對(duì)藥物或疾病的易感性等都可能與SNP有關(guān)。

Everitt等在研究IFITM3影響IAV感染人體的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一種次要等位基因-SNPrs12252-c，其在英格蘭和蘇格蘭當(dāng)?shù)匾騂1N1/09感染住院的病人中出現(xiàn)的比例非常高。這種次要等位基因在高加索人中出現(xiàn)的比例較低，而在漢族人中出現(xiàn)較多。牛津大學(xué)Zhang等發(fā)現(xiàn):rs12252-C等位基因在嚴(yán)重流感患者中出現(xiàn)的頻率較高(嚴(yán)重型流感患者為69%、溫和型流感患者為25%)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn):具有rs12252-C等位基因的人群患嚴(yán)重型流感的幾率要較普通人增加6倍。表達(dá)有高水平rs12252等位基因的人群，如中國(guó)人和日本人，更容易出現(xiàn)流感的流行和大流行。因此，對(duì)于IFITM家族基因型的研究將會(huì)對(duì)于臨床上相應(yīng)患者的治療產(chǎn)生幫助，主要是通過(guò)基因型對(duì)患者及健康人進(jìn)行危險(xiǎn)分級(jí)，從而決定是否對(duì)危險(xiǎn)者給予適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施，并為患者提供不同策略的治療方案。而且，這些結(jié)果也說(shuō)明IFITM的表達(dá)水平及發(fā)揮作用的程度都將會(huì)影響多種IFITM敏感病毒所導(dǎo)致疾病的臨床過(guò)程。IFITM似乎能夠成為未來(lái)對(duì)于病毒感染性疾病進(jìn)行個(gè)體化治療的一種靶分子，同樣會(huì)成為新型疫苗研制的熱點(diǎn)。

6展望

IFITM作為機(jī)體固有免疫系統(tǒng)IFN效應(yīng)的重要元件，在病毒性疾病防御過(guò)程中發(fā)揮作用。由于IFITM參與調(diào)節(jié)機(jī)體固有免疫并聯(lián)系適應(yīng)性免疫應(yīng)答，被視為是抗病毒治療有效的靶點(diǎn)。它能夠抑制多種病毒入胞和復(fù)制，這將會(huì)影響到未來(lái)對(duì)于病毒感染性疾病的預(yù)防與治療。但依然存在許多問(wèn)題，比如對(duì)于IFITM機(jī)構(gòu)與功能的聯(lián)系，IFITM發(fā)揮作用的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，IFITM在病毒感染后的細(xì)胞內(nèi)重新定位及其與緊密連接分子的關(guān)系都需要更深層次的進(jìn)行研究。我們有理由相信，對(duì)于IFITM的深入研究會(huì)在病毒性疾病的預(yù)防與治療中發(fā)揮重要作用。