新一轮的白细胞介素克隆化高潮—兼论计算机克隆的重要贡献*

北京大学医学部免疫系 马大龙（北京 100083）

白细胞介素（Interleukin，IL）是一组具有介导白细胞间相互作用的细胞因子，在免疫系统中发挥重要的生理功能。自1979年第一个白细胞介素被命名后，发现和克隆新的白细胞介素一直是国际免疫学研究的热点。但自从1996年发现IL18以来，已经有3年多时间未有新的白细胞介素被发现，进入了一段黎明前的沉寂期。现在终于打破了沉寂，从1999年11月开始到2000年底，仅仅一年的时间至少有5个新的白细胞介素被报导，另有一些白细胞介素的同源因子被发现（例如Interleukin-1-like protein 1等^[1]），形成了新一轮的白细胞介素克隆化高潮，其数量明显多于过去的任何一年。为使读者对这一领域有所了解，本文对新的正式排序的白细胞介素包括IL19、IL20、IL21、IL22、IL23进行简介。

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1.IL19

1999年美国HGS公司的 Rosen等人在专利中报告了IL19的序列^[2]。他们利用EST数据库克隆了与IL10同源的IL19 cDNA，发现其编码177个氨基酸（GenBank 登记号NM_013371），含24个氨基酸的信号肽，成熟蛋白有153个氨基酸。IL19主要表达在活化的单核巨噬细胞。功能研究发现IL19对抗原呈递细胞具有调节和促增殖效应。但是目前尚无有关IL19的正式论文报道。

2．IL20

2000年6月，美国HGS公司的Shi等人报道了一种新细胞因子及其受体的克隆化结果^[3]，当时命名为IL17B和IL17B受体，但是在论文角注中和GenBank登记时，将其命名为IL20（GenBank 登记号AF212311）和IL20R（AF212365）。Shi等人的技术路线是利用EST数据库检索与IL17同源的EST序列，发现了IL20 cDNA，编码184个氨基酸，含20个氨基酸的信号肽，成熟蛋白有164个氨基酸。IL20与IL17有21.3%的同源性，Northern 分析发现IL20主要表达在脊髓、睾丸和小肠，此外，前列腺、肠黏膜、卵巢、K562细胞等少量表达IL20。功能研究发现利用重组IL20小鼠腹腔注射可明显刺激中性粒细胞的移动。IL20已经被申请国际专利（WO 00/42189）。

3.IL21

2000年11月，ZymoGenetics公司的Parrish-Novak 等人在Nature杂志发表了IL21及其受体的论文^[4]，利用EST数据库首先发现了含有信号肽和穿膜区的IL21受体，全长cDNA编码538个氨基酸，为典型I型细胞因子受体结构。进一步通过配体功能筛选，从CD3阳性T细胞cDNA文库克隆出人IL21 cDNA（GenBank 登记号AF254069）。结构分析表明，人IL21含有162个氨基酸，其中31个氨基酸为信号肽，，成熟蛋白有131个氨基酸，形成4个螺旋结构，与IL2，IL4，IL15有同源性，其基因定位于4q26-27。从功能来看，IL21促进骨髓NK细胞的增殖与分化，与抗CD40抗体协同刺激B细胞的增殖，与抗CD3抗体协同刺激T细胞的增殖。

4.IL22

2000年10月，Genentech公司的Xie等人在JBC发表了人IL22及其受体的论文^[5]，利用Incyte公司的EST数据库检索到与IL10具有同源性的IL22 cDNA（GenBank 登记号AF279437）。IL22全长cDNA编码179个氨基酸，与IL10有23%同源性，其中33个氨基酸为信号肽，成熟蛋白有146个氨基酸。 IL22 mRNA主要表达于活化的T细胞。利用细胞转染实验发现了IL22的受体，证明CRF2-4能与IL22高亲和力结合，CRF2-4为II型细胞因子受体结构。此外，IL22还与一种新的IFN受体家族的细胞膜蛋白低亲和力结合，被命名为IL22受体。CRF2-4与IL22R协同转导IL22的活化信号。功能研究证明，IL22可以活化多种细胞系的STAT1，3，5，包括TP-10（肾癌细胞系）和SW480（肠癌细胞系）。

5．IL23

2000年11月，DNAX研究所的Oppmann等人在Immunity发表了人IL23的论文^[6]，利用计算机克隆的技术，发现了与IL12 p35 亚单位具有同源性的cDNA，其编码蛋白质分子量为19 Kd，原先命名为p19。功能研究证明，p19 单独不具有生物学活性，但是与IL12的p40亚单位形成异源双聚体后，表现出生物学活性，能够经Stat4活化PHA刺激的T细胞，促进其增殖和g干扰素产生，并诱导记忆性T细胞的增殖。表达研究发现，树突状细胞可表达p19与p40复合分子。作者将p19与p40异源双聚体命名为IL23。

值得指出的是，上述所有的新白细胞介素的发现均采用了计算机克隆的技术，即利用商业化的EST数据库，通过计算机同源性分析，克隆、表达及功能分析，最终获得新的白细胞介素。这种技术路线实质上是采用了反向生物学的原理，从基因到蛋白质再到体外功能和体内功能研究的途径来发现新的生物活性分子。由于目前从生物学活性线索寻找细胞因子的传统路线已经很难发现新的生物活性分子，在新世纪的细胞因子研究中，我们应该加强生物信息学的研究，争取利用计算机克隆化的技术发现我国自主知识产权的新细胞因子，使得我国在这一领域能够有创新性的成果。

参考文献

1. Barton JL, Herbst R, Bosisio D,et al. A tissue specific IL-1 receptor antagonist homolog from the IL-1 cluster lacks IL-1, IL-1ra, IL-18 and IL-18 antagonist activities. Eur J Immunol, 2000；30:3299-308

2.Rosen CA and Kenny JJ, et al. Polynucleotides encoding interleukin-19. United States Patent 5,985, 614, 1999

3.Shi Y, Ullrich SJ, Zhang J, et al. A Novel Cytokine Receptor-Ligand Pair Identification, Molecular Characterization, And In Vivo Immunomodulatory Activity. J Bio Chem, 2000；275: 19167–19176

4.Parrish-Novak J, Dillon SR, Nelson A, et al. Interleukin 21 and its receptor are involved in NK cell expansion and regulation of lymphocyte function. Nature, 2000；408:57-63

5.Xie MH, Aggarwal S, Ho WH, et al. Interleukin (IL)-22, a Novel Human Cytokine That Signals through the Interferon Receptor-related Proteins CRF2–4 and IL-22R. J Bio Chem， 2000；275:31335–31339

6.Oppmann1 B, Lesley1 R, Blom B et al: Novel p19 Protein Engages IL-12p40 to Form a Cytokine, IL-23, with Biological Activities Similar as Well as Distinct from IL-12.Immunity，2000；13: 715