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编号:10280627
中性粒细胞抑制吞噬细胞U937生成TNF-α*
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第9期
     作者:颜亮

    单位:暨南大学医学院病理生理教研室(广州,510632)

    关键词:人类;中性粒细胞;吞噬细胞;肿瘤坏死因子;一氧化氮

    中性粒细胞抑制吞噬细胞U937生成TNF 摘 要 目的:观察免疫活性细胞的相互作用及其对TNF-α生成的影响。方法:分离人中性粒细胞(polymorphonuclear leukocytes, PMN)并与PMA刺激分化为单核细胞样细胞的U937细胞在不同条件下共同培养。结果:在LPS作用下U937细胞可产生大量TNF-α。PMN在相同条件下并不产生TNF-α。将PMN与U937细胞共同培养可抑制U937细胞TNF-α的生成。PMN的抑制作用呈数量依赖性。将两种细胞共处于同一培养体系中并用0.4 μm的滤网分开使其不能直接接触,U937细胞产生TNF-α的能力恢复至无PMN时的85%以上。一氧化氮供体硝普钠可轻微提高U937细胞产生TNF-α的能力。但提高的幅度在有或无PMN存在的条件下均相同,与无硝普钠的对照组比较无明显差异(P>0.05)。经鼠诱导型一氧化氮合酶基因转染的U937细胞表达一氧化氮合酶的活性,所产生的内源性一氧化氮对PMN的抑制作用无影响。结论:提示PMN并非TNF-α生成细胞。PMN对单核细胞TNF-α的生成有抑制性调节作用。这种抑制作用的机制可能与一氧化氮信息传导通路无关。
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    Human neutrophils inhibit TNF-α production in phagocytic cell U937

    YAN Liang

    Department of Pathophysiology, Medical College of Jinan University, Guangzhou (510632)

    Abstract AIM:To investigate the interaction between immunoactive cells and TNF-α production.METHODS:phorbol myristate acetate(PMA) differentiated U937 cells were cocultured with human polymorphonuclear leukocytes (PMN) in the presence of LPS. The supernatants of cell culture were collected and TNF-α was assayed with ELISA.RESULTS:U937 cells treated with PMA differentited to monocyte-like cells and produced large amount of TNF-α in the presence of LPS. Human PMN did not produce detectable amount of TNF-α in the same condition. Increasing numbers of PMN decreased U937 cell TNF-α secretion in a dose dependent manner. Separation of PMN from U937 cells by a 0.4 μm filter insert in the co-culture system restored TNF-α release by >85%. Sodium nitroprusside slightly increased TNF-α secretion by PMA differentiated U937 cells to a similar extent whether in the absence or presence of 5×106 PMN but there was no statistic significance when compared to the cells without sodium nitroprusside treatment (P>0.05). U937 cells transfected with mouse macrophage inducible nitric oxide synthase (NOS) gene expressed NOS activity. However, this endogenously produced NO did not affect PMN mediated inhibition of TNF-α secretion in transfected U937 cells.CONCLUSIONS:The results indicated that PMN is not likely a source of TNF-α producing cells. PMN downregulated TNF-α production by human phagocytic cells. The mechanism of PMN inhibition seemed independent to the nitric oxide signaling pathway.
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    MeSH Human; Neutrophils; Phagocytes, Tumor necrosis factor; Nitric oxide

    TNF-α是机体免疫系统的重要细胞因子,具有抑制和杀灭致病原和肿瘤细胞的功能。TNF-α能激活多种免疫活性细胞,引发广泛的生物学效应[1]。给实验动物注射大剂量的TNF-α可复制感染性休克的大部分临床症状,在感染性休克病人也可观察到体液中TNF-α升高,推测机体过量产生TNF-α,其毒性作用在感染性休克发病机制中起重要作用[2,3]

    TNF-α主要由激活的单核巨噬细胞产生。近年来有文献报道人中性粒细胞(polymorphonuclear leukocytes, PMN)也是TNF-α生成的来源[4,5]。由于中性粒细胞数量巨大,分布广泛,一般认为感染性休克时的组织损伤与此有关。
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    最近我们报道了一种可获得高纯度PMN的方法[6]。我们发现高纯度的PMN体外培养并不产生TNF-α。相反,PMN能抑制人单核细胞生成TNF-α。本文报道PMN对人吞噬细胞U937生成TNF-α的抑制作用。

    材料与方法

    一、人中性粒细胞的分离:

    按照文献[6]的方法,从健康成年人静脉血分离PMN。单个核细胞污染率<1.2%,单核细胞污染率<0.2%。细胞成活率>99%,培养24 h后,细胞成活率>95%。

    二、细胞培养和TNF-α测定:

    人吞噬细胞U937购自ATCC。细胞用RPMI 1640(含25 mmol/L HEPES)+10%胎牛血清培养。细胞经佛波醇乙酯(phorbol myristate acetate, PMA)刺激后分化为单核细胞样细胞,在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)作用下可产生大量TNF-α。调细胞浓度为5×105/孔于24孔培养板,每孔置1.5 mL含有100 nmol/L PMA 的RPMI 1640 培养48 h,用无钙、镁的Hank液洗两次,重新置于1 mL无PMA的新鲜培养基(内含LPS,浓度为1μg/mL)中继续培养24 h,离心取上清测定TNF-α含量。所用的ELISA测定试剂盒为美国R&D SYSTEM产品,检测下限为15 pg/mL。为了观察PMN对U937产生TNF-α的影响,按实验要求分别加入(0~5)×106个细胞的PMN于U937细胞中共同培养。24 h后离心取上清测定TNF-α含量。以上实验均同时设置相同细胞数的单纯PMN对照组。
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    三、插入式嵌套滤网共培养体系:

    实验用12孔插入式嵌套滤网培养板。0.4 μm的滤网使培养孔分为上下两层,U937细胞置于下层,PMN置于上层,两种细胞不能直接接触,但培养液和可溶性成分可通过滤网互相连通。细胞处理同方法二。共培养24 h后,弃去PMN离心取无细胞上清液测定TNF-α含量。

    四、一氧化氮(nitric oxide, NO)对PMN抑制作用的影响:

    细胞按方法二处理测定TNF-α。在培养液中加入500 μmol/L NO供体亚硝基铁氰化钠(硝普钠,sodium nitroprusside, SNP),观察外源性NO对两种细胞相互作用的影响。铁氰化钾(potassium ferricyanide, PFe)是与硝普钠分子结构相似但缺少亚硝基基团的化合物,设置500 μmol/L PFe为对照。用鼠巨噬细胞RAW 264.7诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS) cDNA构建真核细胞表达质粒载体,用电钻孔方法将iNOS基因导入U937细胞,经Hygromycin抗性标记选择后获得稳定表达iNOS活性,产生内源性NO的U937细胞。PMA分化刺激不影响iNOS活性的表达。同法用载体DNA建立对照细胞。按方法二处理iNOS基因转染细胞测定TNF-α,观察内源性NO的作用。实验同时设置载体DNA(Vector)转染细胞及单纯PMN对照组。
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    五、统计学处理:

    所有数据均用均数±标准差(x±s)表示,各组内均数差异显著性用双侧t检验比较,各组间的均数差异显著性用Bonferroni校正的双侧t检验比较。

    结果

    一、PMN对U937细胞TNF-α生成的抑制作用:

    在LPS作用下,PMN本身并不产生TNF-α,5×106 PMN培养24 h测得TNF-α仅为(8±3) pg/mL,为本实验使用的ELISA试剂盒的检出下限水平(15 pg/mL)以下。U937细胞经PMA刺激分化后,在LPS作用下,产生大量TNF-α(17.36±2.38 ng/mL),为相同数量PMN所产生的TNF-α的2000倍以上。加入PMN共培养,U937细胞的TNF-α生成受到明显抑制,抑制作用呈PMN数量依赖性(P<0.001)。当PMN与U937细胞之比为1∶1时,TNF-α生成减少至8.81±2.9 ng/mL;当PMN与U937细胞之比为10∶1时,TNF-α减少至1.4±0.53 ng/mL(图1)。t778-1-1.gif (956 bytes)t778-1-2.gif (662 bytes)t778-1-3.gif (721 bytes)t778-1-4.gif (766 bytes)
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    Fig 1 Inhibitory effect of PMN on TNF-α production in PMA differentiated U937 cells (n=7) 图1 PMN对经PMA刺激分化的U937细胞产生TNF-α的抑制作用

    二、PMN与U937共同培养但用滤网隔开失去直接接触后,其抑制TNF-α生成的作用基本消失,U937细胞产生TNF-α的能力恢复至无PMN时的85%以上(5×106 PMN,图2)。加入不同数量PMN对U937细胞产生的TNF-α影响无明显差异(P>0.05)。t778-2-1.gif (803 bytes)t778-2-2.gif (765 bytes)t778-2-3.gif (913 bytes)t778-2-4.gif (592 bytes)
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    Fig 2 Effect of filter insert seperation on the PMN inhibition of TNF-α production by U937 cells (n=3) 图2 插入式嵌套滤网共培养对PMN抑制U937细胞产生TNF-α的影响t778-3-1.gif (1200 bytes)t778-3-2.gif (1085 bytes)t778-3-3.gif (788 bytes)t778-3-4.gif (848 bytes)
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    Fig 3 Effect of exogenous NO on the PMN inhibition of TNF-α production by U937 cells (n=7)

    SNP: Sodium nitroprusside (sodium nitroferricyanide, NO donor, 500 μmol/L)

    PFe:potassium ferricyanide, of which the chemical structure is similar to nitroferricyanide but lacks a nitrosol group, used as control (500 μmol/L) 图3 外源性NO对PMN抑制U937细胞产生TNF-α的影响t778-4-1.gif (913 bytes)t778-4-2.gif (707 bytes)t778-4-3.gif (907 bytes)t778-4-4.gif (773 bytes)
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    Fig 4 Effect of endogenous NO on the PMN inhibition of TNF-α production by U937 cells (n=5)

    iNOS: Cells transfected with iNOS gene

    Vector: Cells transfected with vector DNA as control 图4 内源性NO对PMN抑制U937细胞产生TNF-α的影响

    三、NO对两种细胞相互作用的影响:

    外源性NO供体硝普钠(500 μmol/L)轻微提高U937细胞产生TNF-α的能力,但提高的幅度在有或无PMN存在的条件下均相同,且与PFe对照组相比无明显差异(P>0.05,图3)。外源性NO并不增加PMN生成TNF-α(图3)。内源性NO对PMN的抑制作用无明显影响(P>0.05,图4)。
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    讨论

    本研究在观察PMN与人吞噬细胞U937相互作用时发现,PMN并不产生TNF-α。相反,PMN抑制U937细胞TNF-α的生成。PMN的抑制作用呈数量依赖性。PMN必须与U937细胞直接接触才能产生抑制作用。用滤网将两种细胞隔开,虽然处于同一培养体系中,可溶性物质可自由通透,但抑制作用消失。进一步观察表明,此抑制作用与NO信息传导无关,内外源性NO对PMN的抑制作用均无影响。

    一般认为,TNF-α主要由体内激活的单核巨噬细胞产生[7]。本实验所用的U937细胞是人吞噬细胞,经PMA刺激分化表现出单核细胞的特征[8],在LPS作用下,可产生大量TNF-α。近年来有人报道人中性粒细胞也能产生TNF-α[4,5],并推测由PMN产生的TNF-α在某些组织病理损伤中起重要作用。

    我们的实验证实高纯度的人PMN并不产生TNF-α,所测得的数值在检测方法下限以下。以往关于PMN能产生TNF-α的文献报道所测得的TNF-α数值一般都在100 pg/mL以下,不到相同数量单个核细胞在相同条件下的百分之一。加上常规分离PMN的方法不可避免污染相当数量的单个核细胞。我们有理由推测,这些报道关于PMN产生的TNF-α不能排除其来源于污染的单个核细胞的可能性。
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    PMN不但不产生TNF-α,而且抑制单核细胞产生TNF-α。本实验证实,PMN对U937细胞产生TNF-α的抑制作用呈数量依赖性,而且有赖于细胞之间的直接接触。用滤网将PMN与U937细胞隔开,虽然共处同一培养体系,可溶性物质可通过滤网,但抑制作用基本消失。以上结果说明,PMN不单是机体重要的防御细胞,负责吞噬和清除致病原及感染物,而且是机体重要的免疫调节细胞。通过细胞与细胞间的相互作用,对机体产生的TNF-α这一重要细胞因子起负调节作用。

    van Dervort等曾报道NO供体SNP可增加PMN产生TNF-α,但对人单核细胞TNF-α生成无明显影响[9]。我们的实验结果关于NO对人单核细胞TNF-α生成的影响与van Derivort等的结果相似。但我们的结果表明,PMN并不产生TNF-α。由于van Derivort等的实验用常规方法分离PMN,其单核细胞污染率平均为1.4%[9],几乎是本文所用方法的10倍,因此,他们所示PMN产生的TNF-α,有可能来源于污染的单核细胞,而NO增加其实验体系TNF-α的生成,很可能在于NO解除了PMN对单核细胞TNF-α生成的抑制作用。基于这样的假设,我们观察了内外源性NO对PMN抑制作用的影响。从我们的实验结果可见,NO并不增加PMN生成TNF-α,这进一步证实PMN并非TNF-α生成细胞。但是,内外源性NO对PMN抑制U937细胞生成TNF-α均无影响,其机理尚待深入探讨。
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    既然机体过量产生TNF-α可引发感染性休克等严重的毒性作用,而PMN可随数量增加抑制单核细胞生成TNF-α,应有降低TNF-α所致毒性作用的可能。同时,PMN又能有效清除致病菌及其产生的毒素,因此,提高机体PMN数量可能对感染性休克的治疗产生有益的影响,这将为感染性休克的临床治疗提供新的思路。

    (本研究得到美国国家卫生研究院 Robert L. Danner 教授的帮助和指导,特此致谢!)

    * 国家自然科学基金(39670309)和卫生部科学基金资助

    参考文献

    1 Fong Y, Lowry SF. Tumor necrosis factor in the pathophysiology of infection and sepsis. Clin Immunol Immunopathol, 1990, 55:157.
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    2 Glauser MP, Zanetti G, Baumgartner JD. et al. Septic shock pathogenesis. Lancet, 1991, 338:732.

    3 Mohler KM, Sleath PR, Fitzner JN, et al. Protection against a lethal dose of endotoxin by an inhibitor of tumor necrosis factor processing. Nature, 1994, 370:218.

    4 Dubravek DB, Spriggs DR, Mannick JA, et al. Circulating human peripheral blood, granulocytes synthesize and secrete tumor necrosis factor-α. Proc Nalt Acad Sci USA, 1990, 87:6758.
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    5 Djeu JY, Serbousek D, Bloanchard DK. Release of tumor necrosis factor by human polymorphonuclear leukocytes. Blood 1990, 76:1405.

    6 颜 亮.高纯度人中性粒细胞分离方法.中国病理生理杂志,1997,13:770.

    7 vassalli P. The pathophysiology of tumor necrosis factor. Annu Rev Immunol, 1992, 10:441.

    8 Hass R, Lonnemann G, Mannel D, et al. Regulation of TNF-α, IL-1 and IL-6 synthesis in differentiating human monoblastoid leukemic cells. Leukemia Res, 1991, 15:327.

    9 Van Dervort AL, Yan L, Madara PJ, et al. Nitric oxide regulates endotoxin-induced TNF-α production by human neutrophils. J Immunol, 1994, 152:4102.

    (1999年元月5日收稿,1999年3月24日修回), 百拇医药