鲫鱼IV型干扰素CaIFNu的转录调控与信号转导机制研究揭示其与I型干扰素的功能分化

本研究针对脊椎动物IV型干扰素(IFNu)功能机制不清的科学问题，通过鉴定银鲫(Carassius gibelio)中新型CaIFNu，系统解析了其与典型I型干扰素CaIFNa1在抗病毒特性、转录调控模式及信号通路的异同。研究发现CaIFNu通过CaCRFB4/12受体复合物激活JAK-STAT、MAPK和PI3K通路诱导ISGs表达，其启动子对NF-κB(p65)响应显著强于IRFs，在肠道组织特异性高表达，为理解鱼类干扰素系统进化与功能分化提供了新视角。

　　

在脊椎动物免疫防御系统中，干扰素(IFN)作为关键的细胞因子扮演着重要角色。虽然I型、II型和III型干扰素的功能已较为明确，但新发现的IV型干扰素(IFNu)从鱼类到原始哺乳动物中广泛存在，其精确功能和信号机制却仍是未解之谜。特别是在硬骨鱼类中，干扰素亚型呈现惊人的多样性，这种多基因特性使其成为研究干扰素系统起源与进化的理想模型。更引人深思的是，IV型干扰素与I型干扰素在序列和受体使用上存在显著差异，却都具有抗病毒活性，这种功能重叠背后的分子机制亟待阐明。

华中农业大学的研究团队在《Cell Communication and Signaling》发表的研究，首次在天然多倍体银鲫(Carassius gibelio)中鉴定出IV型干扰素CaIFNu，并通过系统的比较研究揭示了其与I型干扰素CaIFNa1在功能特性、转录调控和信号转导方面的异同。研究采用生物信息学分析、双荧光素酶报告系统、蛋白质互作验证、基因沉默等技术手段，结合体内外病毒感染模型，阐明了CaIFNu通过独特受体复合物激活多重信号通路的分子机制。

研究首先通过基因组分析鉴定出银鲫19个干扰素亚型，包括新发现的CaIFNu。序列分析显示其具有典型的II类螺旋细胞因子结构，但与其他干扰素亚型的氨基酸同源性仅7.69%-21.94%。基因结构分析发现CaIFNu与斑马鱼IFNu相似，包含5个外显子和4个内含子。

在抗病毒特性方面，研究发现重组CaIFNu能显著诱导mx1、pkr、gig1和viperin等干扰素刺激基因(ISGs)的表达，并抑制鲤春病毒血症病毒(SVCV)的复制。但与CaIFNa1相比，CaIFNu诱导ISGs的动力学较慢，在感染早期(6h)的诱导幅度较低，而24小时后两者效果相当。噬斑实验显示CaIFNu使病毒滴度降至4.81 log₁₀ PFU/ml，略低于CaIFNa1的6.47 log₁₀ PFU/ml，表明两者抗病毒效能存在差异。

转录调控研究发现CaIFNu和CaIFNa1启动子均含有STAT、IRF和NF-κB结合位点，但对转录因子的响应模式迥异。双荧光素酶报告系统显示，NF-κB(p65)是CaIFNu启动子最强的激活因子(359.34倍)，而CaIFNa1启动子最响应IRF3(168.10倍)。值得注意的是，IRF1/IRF7组合对CaIFNu启动子表现出显著协同激活效应(3.09-4.38倍)，而对CaIFNa1无此作用；相反，IRF1/IRF3组合特异性协同激活CaIFNa1启动子。

信号通路分析表明，CaIFNu通过典型JAK-STAT通路激活STAT1a的磷酸化和核转位，并能激活MAPK和PI3K/Akt等非经典通路。特别的是，CaIFNu强烈依赖p38和JNK的激活，但对ERK无显著影响，这与CaIFNa1能激活所有三种MAPK的特性形成对比。抑制剂实验证实，JNK抑制剂SP600125和p38抑制剂SB203580能显著抑制CaIFNu诱导的信号传导。

受体机制研究发现，沉默CaCRFB4或CaCRFB12均能阻断CaIFNu下游信号传导。通过AlphaFold 2预测蛋白结构和ZDOCK模拟显示，CaIFNu通过Val83-Phe86区域结合CaCRFB4，通过Ser181-Cys200区域结合CaCRFB12。免疫共沉淀实验证实三者能形成复合物，且CaCRFB4与CaCRFB12之间存在直接相互作用。

体内表达谱分析揭示，CaIFNu在鲤疱疹病毒2型(CyHV-2)和嗜水气单胞菌感染后呈现延迟但持久的诱导模式，且在肠道组织中表达显著高于CaIFNa1。受体分布分析发现CaCRFB4/12在鳃和肠道高表达，而I型干扰素受体CaCRFB1/2/5在脾脏和头肾富集，这种组织分布差异可能决定了两类干扰素的功能分工。

这项研究首次系统揭示了鱼类IV型干扰素在转录调控、受体使用和信号激活方面的独特特征，其与I型干扰素的关系类似于哺乳动物中III型与I型干扰素的功能分化。发现不仅为理解脊椎动物干扰素系统的进化提供了新视角，也为开发针对水产病原体的新型免疫调节策略奠定了理论基础。特别值得注意的是，CaIFNu在肠道等粘膜组织中的优势表达模式，暗示其可能在鱼类粘膜免疫防御中扮演特殊角色，这一发现为研究低等脊椎动物的粘膜免疫机制开辟了新途径。研究建立的比较分析框架也为今后解析其他物种IV型干扰素功能提供了重要方法学参考。