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编号:10283051
NO与巨噬细胞抗菌作用
http://www.100md.com 《重庆医学》 2000年第6期
     作者:李娟 沈兴平 舒昌达

    单位:李娟(重庆市急救医疗中心呼吸内科 400014);沈兴平 舒昌达(重庆医科大学附属第二医院内科 400010)

    关键词:

    重庆医学000672

    NO因参与杀灭微生物并介导一系列免疫病理过程,而受到人们的高度重视,本文仅就NO与巨 噬细胞抗菌作用加以综述。

    1 NO的生物合成与代谢

    内源性NO是一种极不稳定的化合物,其半衰期只有数秒(一般在5秒以下),体内多种组织和 细胞均能合成内源性NO(如巨噬细胞)。

    在合成NO的细胞中,以L-精氨酸(L-Arg)和分子氧为底物,在一氧化氮合酶(NOS)和还原型辅 酶Ⅱ(NADPH)存在的条件下,生成中间体对羟基L-Arg,后者与O2发生反应,生成等克分子 量的NO和L-瓜氨酸,其中NOS是NO生成的最主要限速因子,NADPH、黄素单核苷酸(FMN)和黄 素腺嘌呤二核苷酸(FAD)是重要的辅助因子[1]。NO是一种自由基气体,其化学性 质非常活泼,能迅速与分子氧、超氧阴离子以及铁、铜、镁等发生反应,氧化生成终末代 谢物硝酸盐(NO)和亚硝酸盐(NO)而失活。
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    2 NO与巨噬细胞

    2.1 巨噬细胞NO的合成与调节

    在免疫系统中,巨噬细胞起着调节体内稳定的作用,是感染、肿瘤生长和创伤的效应细胞。 目前认为,巨噬细胞是哺乳动物硝酸盐的主要来源[2]。巨噬细胞内NO是通过NOS 途径合成,其合成能力与抗炎作用密切相关。NO的合成可由干扰素所诱导,然而该诱导过程 通常需要第二信号(肿瘤坏死因子-α及不同微生物成分,如脂多糖)的存在。干扰素或第二 信号单独作用时,诱导巨噬细胞合成低量的NO并在许多情形下,没有直接的细胞毒性作用, 但干扰素和第二信号共同作用可显著提高NO的产生,并增加巨噬细胞的细胞毒性作用[ 3]

    NO合成的调节发生在转录、转录后及转译后水平[4]。有学者在角叉莱胶(carrage enin)诱导的急性炎症模型中发现,炎症局部产生的多种细胞因子,可激活NO产生,NO又促 进其中的多数细胞因子合成,进而引发瀑布式的炎症反应(inflammatory cascade)[5 ],说明许多细胞因子在调节NO合成的同时,本身的分泌又受NO水平调节,NO与细胞因子 组成了极其复杂的网络。在促进NO合成方面,干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(TN F-α)[6,7],是较早发现的诱生型NOS(inducible NOS,iNOS)激活剂。培养的 鼠巨噬细胞中加入IFN-γ或TNF-α或两者合用,均可使NO产生增加[8]。其后发 现,白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-2(IL-2)、IFN-α、白细胞 介素-6(IL-6)及巨噬细胞移动抑制因子(MIF)[5]也可诱导iNOS表达及产 生NO。此外,其它免疫刺激剂(卡介苗)、微生物及微生物产物(脂多糖或葡萄球菌外毒素), 也能促进NO合成增加[9]。而另一方面,最先发现下调NO合成的是白细胞介素-4 (IL-4),其通过直接抑制iNOS转录,使NO合成减少,继而发现白细胞介素-10(I L-10)通过阻止巨噬细胞产生IFN-α,间接抑制iNOS转录[5]。1990年Ding 等人[10]在鸟分枝杆菌活化的巨噬细胞培养液中加入0.03~0.1ng/ml转化生长 因子β(TGF-β),发现巨噬细胞产生NO减少40~70%,表明TGF-β抑制巨噬细胞NO的 产生 ,其机制可能是与TGF-β加速iNOS mRNA降解,抑制iNOS mRNA的转译和促进iNOS蛋白质的 降解有关[5]。此外,血小板衍化生长因子、白细胞介素-8(IL-8)、表皮 生长因子、血清蛋白酶抑制剂、地塞米松、环孢菌素A等也抑制NO合成[11]。由 于NO是免疫调节过程中重要的介质,其产生过量又可促发免疫病理过程而致组织损伤,因而 NO对其自身合成亦进行调节。一些实验表明,高浓度NO可灭活iNOS而抑制其自身合成。正是 由于NO与各种细胞因子间的相互作用,使其在非特异免疫中发挥重要作用。
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    2.2 巨噬细胞NOS的特点

    巨噬细胞中的NOS主要是iNOS,其与内皮细胞、血小板和脑中不同,无论是巨噬细胞系还是 新提取的巨噬细胞,当没有被活化时,不能检测到iNOS活性和iNOS蛋白[11]。当 用脂多糖(LPS)和IFN-γ活化巨噬细胞4小时后,可稳定地测出iNOS活性,其后有2小时的滞 后时相,这种诱导是发生在转录水平上的,并被RNA合成抑制剂放线菌素D完全抑制[1 1,12]。激活的iNOS催化L-Arg产生NO,不需要钙离子和钙调素参与[12] ,且能被L-单甲基左旋精氨酸(L-NMMA)和L-大豆氨酸所抑制。然而最近有人报道,钙调 素与NOS可同时从巨噬细胞中提纯出来,推测钙调素可能与NOS紧密结合,而相当于它的一个 亚基,此时NOS活性并不依赖于钙或额外钙调素存在。iNOS一旦被诱导可持续5天以上合成大 量的NO[11],参与巨噬细胞杀灭细菌、肿瘤、蠕虫、真菌、病毒及宿主自身毒性 作用[13,14],如内毒素休克的低血压、胰岛β细胞、肾小球的破坏。对LPS/ IFN-γ激活的RAW264.7细胞研究表明,iNOS不存在于非激活的细胞中,它的活性是细胞浆 性的、需要L-Arg和NADPH,且巨噬细胞中iNOS的高输出形式基因表达依赖IFN-γ。
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    3 NO在巨噬细胞抗菌免疫中的机制

    以往人们认为T淋巴细胞产生的IFN-γ激活巨噬细胞分泌TNF,后者刺激本身或其它巨噬细 胞分泌活性氧,通过脂质过氧化过程迅速消灭病原。然而,一些研究表明,IFN-γ激活巨 噬细胞中,不仅产生活性氧介质(Reactive oxygen intermediates,ROI),且“呼吸爆发” 也参与抗微生物作用,同时,超氧化物歧化酶(SOD)可逆转巨噬细胞的杀菌作用,因而证实 超氧阴离子参与杀菌作用[15]。但是,有相当一部分学者对巨噬细胞产生的RO I抗菌作用持否定态度。研究发现:IFN-γ激活巨噬细胞初期可有ROI释放,但有毒力的分 枝杆菌侵入吞噬细胞时,并未引起强烈的“呼吸爆发”,提示ROI对分枝杆菌不起作用 [16];在巨噬细胞系的D9细胞,用IFN-γ和LPS激活后,加入SOD、过氧化氢酶、 甘醇醇、DABCO(diazabicyclooctane)并不影响抗分枝杆菌活性,说明超氧阴离子、H2O 2、OH和氧在杀灭分枝杆菌中不起作用[16];慢性肉芽肿病人(其巨噬细胞 缺乏“呼吸爆发”)的巨噬细胞仍可杀灭病原微生物,表明存在不依赖氧的细胞毒性机制存 在。
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    近年来研究发现啮齿动物活化的巨噬细胞杀灭广泛的各种细胞内外病原和介导组织损伤均与 不依赖氧的高反应自由基团—NO有关[10]。依赖L-Arg的活性氮介质(Reative n itric intermediates,RNI,包括NO、NO2、HNO2和酸化NO2)被认为是激活巨噬细胞抗 微生物的主要机制[2,3,15,17]。该机制主要是:RNI可与菌体胞质中的 铁(Fe)结合,形成Fe-NO,使胞内铁减少,抑制含铁酶(核糖基还原酶、乌头酸酶及辅酶Q还 原酶)活性[13],而一些微生物对铁相当敏感,一旦缺乏,就会被抑制或杀灭 [1];NO可与微生物线粒体中呼吸链复合物Ⅰ和Ⅱ中的铁结合,使呼吸链电子传递障 碍,内呼吸功能下降,导致生长停滞和死亡[1];NO直接作用于DNA,使其脱氧基 或交叉连接,致复制障碍,抑制微生物繁殖[18];NO可干扰微生物体内葡萄糖代 谢,即干扰葡萄糖的膜转运和葡萄糖酵解酶活性,使代谢紊乱,最终导致死亡;NO与超氧自 由基反应生成超氧亚硝基,后者分解为NO2-和氢氧自由基,对微生物具有强大的杀伤 作用[1]。现认为巨噬细胞杀灭分枝杆菌也与RNI有关[2],但鸟分枝杆 菌例外[19]。最近Kaplan等人发现,ROI杀灭葡萄球菌时,NO也同时参与,但两 者早期并无协同作用[20]。说明巨噬细胞杀菌机制不仅有RNI参与,而且还可能 有其它多种机制参与。
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    激活的巨噬细胞产生的NO作为一种非特异效应因子,可杀灭或抑制多种病原微生物的生长, 尤其是杀灭细胞内病原体,如分枝杆菌[13,21],详见下表。

    表 NO杀灭或抑制的微生物 杆菌属

    立克次氏体

    梭状芽胞杆菌属

    葡萄球菌属

    布氏杆菌属

    耶尔森菌属

    埃里希体

    分支杆菌

    大肠杆菌属

, http://www.100md.com     麻风杆菌

    土拉轮斯杆菌属

    结核杆菌

    军团菌属

    李斯特杆菌属

    注:此表采用于参考文献[13]

    另外,NO在发挥杀菌作用时,还与细菌种类及量有关。Kell等人利用鼠骨髓单核吞噬细胞进 行研究发现,少量的革兰氏阴性菌如:M.catarrhalis,S.dublin,E.coli等即可触发巨噬细 胞分泌RNI,而革兰氏阳性菌如:S.aureus,S.epidermids,S.faecalis等则需较大量才能触 发巨噬细胞分泌RNI。

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