诱导型一氧化氮合酶

诱导型一氧化氮合酶(iNOS)与寄生虫感染转载自中国科技信息网一氧化氮(NO)在体内由L一精氨酸在一氧化氮合成酶(NOS)的催化下生成。它是一种重要的信使分子，参与血管、气道平滑肌的调节，神经递质的传递，细胞杀伤，肿瘤细胞的溶解及内分泌激素的释放过程，与许多疾病的发生、发展密切相关；既在机体多个系统多种细胞中具有广泛的生理功能，又可能参与多种疾病的发生过程。NOS是合成NO的唯一限速酶，寄生虫感染时，动物机体内由其诱发产生各种细胞因子，细胞因子激发一氧化氮合酶基因，其转录产生iNOS(induciblenitricoxidesynthase)mRNA,由iNOSmRNA指导一氧化氮合酶生成。本文就NOS的类型和iNOS的表达及NO的生成和NO对寄生虫的作用以及影响NO抗寄生虫感染的因素做一简要综述。NOS的类型和iNOS的表达及NO的生成许多研究表明,NO是一种重要的细胞内信使和新的神经递质，又是效应分子［1］。它介导并调节多种生理机制，在呼吸系统、神经系统、炎症和免疫反应中起着重要的作用，但也导致病理生理状态。由于NO可在数种哺乳动物细胞内产生，在体内又具有广泛的生理作用，因而这种化学结构如此简单的小分子被美国《Science》杂志评为1992年年度分子［2］。NOS根据所在组织类型，在细胞中的分布，效应方式，组织表达，对Ca2+/钙调蛋白的依赖性及对不同激动剂的反应，可分为以下3种类型［3］:I型:神经型NOS(ncNOS)，首先于脑组织中发现，所产生的NO为神经递质，也可能作为神经和血管之间的间介物。为结构表达。II型:可诱导型NOS(iNOS)，主要存在于单核/巨噬细胞系统、肝脏、平滑肌、神经胶质细胞中，另外在内皮细胞、神经元中也有分布。为非结构表达。III型:上皮型NOS(ecNOS)，存在于血管内皮细胞，与ncNOS类似，为结构表达，对Ca2+/钙调蛋白依赖，分布于胞浆中。在心脏、肠、肾、肝脏和脑等重要脏器的血流量调节以及血管舒张的局部信号机制中占有重要地位。目前普遍认为，与抗寄生虫感染密切相关的为iNOS，主要存在于M^中，也存在于中性粒细胞、神经小胶质细胞和肝细胞等多种细胞内，细菌脂多糖(LPS)和多种细胞因子都可诱导其高水平表达iNOS。一旦被诱导，iNOS接着能在相当长时间内以恒定的速度合成大量的NO。由此产生的NO能选择性地作用于寄生虫或寄生虫感染的细胞，在局部或全身发挥抗寄生虫作用［4］。Hibbs等［5〜7］在1987年提出了NO的生化合成途径：在此途径中，细胞因子可由寄生虫感染所致。杨志伟等［8］(1999)发现经血吸虫感染家兔，虫卵肉芽肿周围有iNOS和巨噬细胞强阳性反应物，虫卵肉芽肿周围聚集有巨噬细胞、肥大细胞，并有肿瘤坏死因子TNF—a和表皮生长因子EGF存在。龙小纯、李雍龙等［9］对小鼠感染血吸虫后不同时间的肝组织总RNA进行RT-PCR，结果表明，未感染血吸虫的小鼠肝组织iNOS的转录表达为阴性，感染后21d，肝组织出现iNOS的转录表达，提示日木血吸虫能诱导宿主肝组织iNOS的转录。还有学者发现在肺内特别是寄生虫周围的炎性组织中有高水平iNOSmRNA［10］，表达iNOS基因缺陷小鼠(iNOS-鼠)感染枯氏锥虫后,其体内NO的产生明显减少,并减弱了杀锥虫能力［11］。证实iNOS是合成NO的关键酶。NO抗寄生虫感染的作用机制在寄生虫感染中,NO一方面能杀死寄生虫，起保护机体的作用，另一方面可能产生相反的作用。关于NO的抗寄生虫作用的确切机制尚不清楚,多数学者认为NO作用于寄生虫的关键代谢酶，使其失活，而发挥抗寄生虫的作用［12］。人们知道,NO与一般的生物效应分子不同，其不需与特异性受体结合,因具有脂溶性，可直接进入寄生虫体内发挥杀伤作用。NO抗寄生虫感染的作用机制可能有二种，一种是NO与寄生虫体内多种代谢酶的活性部位Fe-S基团结合形成铁-亚硝酰基复合物，造成铁离子的丧失和酶活性的抑制，致使能量的产生和DNA的合成受阻，从而干扰寄生虫的生理代谢。NO抗寄生虫作用的另一机制为通过与氧自由基作用。即NO与超氧阴离子(O2-)作用生成过氧亚硝酸根阴离子(ONOO-),ONOO-再与H+作用生成过氧化硝酸(ONOOH),ONOOH可分解成NO2-的氧自由基(・OH),ONOO-为强氧化剂,・OH为作用最强的氧自由基，导致硫基蛋白破坏，脂质氧化,・OH还能与核酸反应引起DNA链断裂。NO通过以上途径间接作用抑制和杀伤寄生虫［13］。3NO抗寄生虫作用3.1抗原虫作用阿米巴原虫对NO介导的杀伤作用敏感，有研究表明［14,15］,INF-y活化的巨噬细胞产生的NO可杀灭阿米巴原虫,且此过程可被L一精氨酸竞争抑制剂(L-NMMA)抑制,而应用INF-a增加巨噬细胞内iNOSmRNA的表达，可加强巨噬细胞对阿米巴原虫的杀伤效果，提示NO介导的效应机制在宿主抗阿米巴原虫感染中起着重要的作用。体内和体外实验均已表明,IFN-Y等细胞因子活化的M^可抑制刚地弓形虫速殖子的感染及其在细胞内的培殖，而此作用归咎于活化的M^内源性诱导的NO。研究证明，活化的M^可分泌NO,其杀伤弓形虫活力随产量的升高而升高，并依赖于L一精氨酸［16］。L-NMMA可抑制M^杀伤弓形虫的活力，而添加过量的L一精氨酸又可逆转其杀伤活力和NO的产量，表明NO是活化M^抗弓形虫作用的主要效应分子［17］。牛宇欣等［18］也用体外方法研究了IFN-Y激活的巨噬细胞对约氏疟原虫(P.yoelii)的杀伤作用。实验结果表明，巨噬细胞对约氏疟原虫的杀伤作用与其本身的NO释放量呈显著相关性(r=0.898)。NO合成抑制剂L-NA能明显降低巨噬细胞的杀伤作用，给感染疟原虫的BALB/C小鼠注射L-NA后，其原虫血症上升，小鼠死亡率升高。提示由IFN-Y激活的巨噬细胞产生的NO可能是杀伤疟原虫的重要作用机制。3.2抗蠕虫作用龙小纯等［19］发现用LPS或LPS与IFN-Y活化小鼠腹腔分离的巨噬细胞，在离体条件下均能有效活化巨噬细胞产生高浓度的NO,其对童虫的杀虫率可达90%以上。用抑制剂L-NNA处理巨噬细胞后，其对童虫的细胞毒效应明显低于未经抑制剂处理的对照组，进一步证明了NO对日本血吸虫童虫的细胞毒作用。Kanazewa等(1993)研究表明，INF-Y或INF-Y和LPS活化的腹腔M^对多房棘球绦虫的原头蝴具有显著的杀伤活性。培养液中加入L-NMMA可完全抑制活化M^的杀伤活性，而加入过量的L-精氨酸可恢复M^的杀伤活性。这些结果表明，活化的M^具有杀伤棘球绦虫的原头蝴的活性，提示活性氮介质(reactivenitrogenintermediates,RNI)在这种杀伤机制中具有重要的作用。陈学昊等［20］研究NO在抗囊尾蝴免疫中的作用时，用Griees法和ELISA法检测血清中NO水平和特异性IgG含量,发现活动期患者体内NO水平明显高于正常对照组,NO的生成量与疾病轻重呈正相关，蔡连顺发现患者血清中IgG高于正常人,并得出了患者血清中NO生成量与IgG介导的免疫反应有关的结论。表明NO参与抗囊尾蝴免疫发挥杀伤囊尾蝴作用。4影响NO抗寄生虫感染的因素4.1细胞因子对NO抗寄生虫感染的影响自从1976年第一届细胞因子专题会议以后，对其研究更加活跃。细胞因子诱导一氧化氮酶的生成，故可影响NO的生成，从而影响NO对寄生虫的作用。根据对NO的作用，细胞因子可分为两类：一类是发挥正向调节作用如IFN-Y、TNFa、IL-l等，另一类发挥负向调节作用如IL—4、IL—10、TGF—8等［21］。总之，体内NO的产生及抗寄生虫作用是受细胞因子严格调节的。4.2对NO生成有关的物质影响抗寄生虫效果NOS抑制剂的使用，可以影响NO在寄生虫感染中的作用。目前常用的NOS选择性抑制剂有:①左旋精氨酸类似物，如N-单甲基-L-精氨酸(L-NMMA),N-硝基-L-氨酸(L-NNA),N-基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)等,是iNOS竞争性抑制剂;②糖皮质激素类，典型的免疫抑制药物地塞米松、氢化可的松等，专一抑制iNOS的表达，对cNOS无抑制作用;③氨基胍(L-AG)是一种很强的NOS抑制剂，抑制作用大于精氨酸类似物,对iNOS的抑制程度大于对cNOS的抑制;④其他抑制剂如硫-甲基异硫脲(SMT)以及类似物,现已证明能特异性抑制iNOS;环抱霉素A为传统的免疫抑制药物,能有效地抑制iNOS基因表达和iNOS酶活性。放线菌素和环乙亚胺对iNOS的基因有调节作用［22］。研究表明巨噬细胞用抑制剂L-NNA处理后，分泌的NO对日本血吸虫童虫有细胞毒作用。4.3细菌脂多糖(LPS)对NO抗寄生虫感染的影响细菌脂多糖(LPS)是一种内毒素，其对NO的合成有一定作用。段慧琴等研究表明用内毒素处理体外培养的肠黏膜微血管内皮细胞后，上清液的NO含量急剧增加，说明内毒素可直接导致内皮细胞合成和释放NO。从LPS引起微血管内皮细胞分泌NO升高的程度来看，此试验川g/ml、5pg/ml和1Qpg/ml的LPS刺激肠黏膜微血管内皮细胞后,NO的分泌量在24h达到高峰,分泌量约为原来的3倍。这就表明LPS对NO的合成呈正向调节作用，从而加