干扰素γ（IFN-γ）：信号通路解码与科研应用策略

干扰素γ（IFN-γ），也称为II型干扰素，是细胞免疫应答中至关重要的多效性细胞因子。与I型干扰素不同，IFN-γ主要由活化的T淋巴细胞（包括CD4⁺ Th1细胞和CD8⁺ 细胞毒性T细胞）、自然杀伤（NK）细胞及NKT细胞产生。

一、受体复合物与JAK-STAT信号通路

IFN-γ通过与其特异性细胞表面受体结合发挥生物学作用。IFN-γ受体由两个配体结合亚基（IFNGR1）和两个信号转导亚基（IFNGR2）组成四聚体复合物。

1. 配体结合与受体二聚化： 一个IFN-γ二聚体同时与两个IFNGR1亚基结合，导致受体构象变化，随后招募两个IFNGR2亚基，形成有功能的信号复合物。
   
   

2. JAK激酶的激活： IFNGR1与JAK1激酶组成性关联，IFNGR2与JAK2激酶组成性关联。受体聚集后，JAK1和JAK2发生相互磷酸化并被激活。
   
   

3. STAT1的磷酸化与二聚化： 活化的JAK激酶磷酸化IFNGR1胞内区上的酪氨酸残基，为STAT1蛋白提供停靠位点。STAT1被JAK激酶磷酸化于Y701位点。磷酸化的STAT1从受体解离，并通过SH2结构域形成同源二聚体（γ-干扰素激活因子，GAF）。
   
   

4. 核转位与基因转录： STAT1二聚体转运至细胞核内，特异性识别并结合靶基因启动子区域的γ-激活序列（GAS），启动下游基因的转录。
   
   

信号负调控机制： 该通路受到精密调控，包括蛋白酪氨酸磷酸酶（如SHP-1/2）、细胞因子信号抑制物（SOCS）家族蛋白（特别是SOCS1和SOCS3）以及活化的STAT1诱导的蛋白抑制剂（PIAS）的反馈抑制。

二、广泛的生物学功能

IFN-γ的核心功能是激活巨噬细胞并协调先天免疫与适应性免疫。

1. 抗原提呈的增强：
   
   

   • 强烈诱导主要组织相容性复合体（MHC）I类和II类分子的表达，从而增强所有有核细胞的抗原提呈能力，并促进抗原提呈细胞（如树突状细胞、巨噬细胞）对CD4⁺和CD8⁺ T细胞的激活。
     
     

2. 巨噬细胞的经典激活：
   
   

   • 诱导巨噬细胞向M1表型极化，增强其吞噬和杀伤能力。
     
     

   • 上调诱导型一氧化氮合酶（iNOS），产生高水平的一氧化氮（NO），以杀伤胞内病原体。
     
     

   • 促进活性氧（ROS）的产生。
     
     

   • 诱导编码促炎细胞因子（如TNF-α， IL-12）的基因表达。
     
     

3. 免疫细胞分化与极化：
   
   

   • 是Th1细胞分化的关键驱动因子，同时抑制由IL-4驱动的Th2细胞分化，从而调节免疫应答的类型。
     
     

   • 增强NK细胞的细胞毒性。
     
     

4. 抗病毒与抗增殖效应：
   
   

   • 通过上调双链RNA依赖的蛋白激酶（PKR）和2‘-5’寡腺苷酸合成酶（OAS）/RNase L系统，建立细胞的抗病毒状态，抑制病毒复制。
     
     

   • 对某些细胞类型具有直接的抗增殖作用，这使其在抗肿瘤免疫中发挥作用。
     
     

5. 抗血管生成：
   
   

通过诱导趋化因子（如IP-10/CXCL10）并抑制血管生成因子，抑制肿瘤等相关病变中的血管生成。

三、在科学研究中的应用

体外细胞模型：

巨噬细胞极化研究： 用于将单核/巨噬细胞（如THP-1细胞、原代巨噬细胞）极化为M1表型。

抗原提呈功能研究： 用于上调细胞模型（如树突状细胞、内皮细胞）的MHC分子表达。

信号通路研究： 作为研究JAK-STAT通路，特别是STAT1激活的经典刺激物。

体内动物模型：

感染模型： 用于研究IFN-γ在抵御胞内细菌（如李斯特菌）、寄生虫（如利什曼原虫）和病毒感染中的作用。

肿瘤模型： 通过注射或基因过表达，研究其在肿瘤免疫监视、免疫编辑和治疗中的作用。

自身免疫与炎症模型： 利用IFN-γ基因敲除小鼠或中和抗体，探究其在类风湿性关节炎、多发性硬化等疾病中的病理角色。

作为实验对照与工具：

在ELISA、ELISpot和流式细胞术细胞内因子染色中，作为阳性对照和标准品。

用于T细胞（特别是Th1细胞）功能验证的实验性刺激。