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        IL-2對布魯菌侵染小鼠巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子及吞噬能力的調(diào)節(jié)作用

        2018-05-21 04:22:18齊江姣李村院王元元周光普高劍峰
        動物醫(yī)學(xué)進展 2018年4期
        關(guān)鍵詞:血清差異

        齊江姣,羅 成,李村院,王元元,周光普,譚 君,高劍峰

        (石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞分子生物學(xué)實驗室,新疆石河子 832003)

        白介素2(IL-2)是一種調(diào)控免疫應(yīng)答的重要因子[1],它具有多向性作用(主要是對淋巴細(xì)胞生長、增殖、分化的促進),對機體的免疫應(yīng)答和抗病菌、病毒等有重要作用,能活化T 細(xì)胞,促進細(xì)胞因子產(chǎn)生,刺激自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)增殖,提高NK細(xì)胞殺傷活性及產(chǎn)生細(xì)胞因子[2],淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞(LAK細(xì)胞)的誘導(dǎo)產(chǎn)生;促進B細(xì)胞增殖和分泌抗體;具有廣泛的生物活性(激活巨噬細(xì)胞,參與抗體反應(yīng)、造血和腫瘤監(jiān)視)。單核-巨噬細(xì)胞受到IL-2 的持續(xù)作用后,其抗原遞呈能力、殺菌力、細(xì)胞毒性均明顯增強,分泌某些細(xì)胞因子的能力也得到加強[3]。

        研究發(fā)現(xiàn),IL-2對于一些疾病的治療或癌癥細(xì)胞的作用已取得了一系列的成果[4-6]。Roviello G等[7]研究結(jié)果表明,IL-2對黑色素瘤或腎以外的實體腫瘤有重要作用。Abhishek K等[8]詳細(xì)闡述了IL-2與登革熱嚴(yán)重程度的關(guān)系,結(jié)果表明IL-2對登革熱治療有重要的作用。熊一全等[9]就IL-2增強淋巴細(xì)胞對乳腺癌細(xì)胞的殺傷作用研究,表明IL-2能促進淋巴細(xì)胞對MCF-7的殺傷作用。但對于IL-2在布魯菌病(簡稱布病)炎癥反應(yīng)中的作用尚不清楚,由于布病是一種世界范圍內(nèi)流行的高度接觸性人畜共患病,會導(dǎo)致不孕不育及流產(chǎn)等癥狀,給人類的健康和畜牧業(yè)的發(fā)展造成巨大的威脅[10],故研究IL-2對被M5株侵染的巨噬細(xì)胞(MΦ)所釋放的細(xì)胞因子(TNF-α、IFN-γ和NO)及吞噬能力的調(diào)節(jié)作用具有重要的意義[11]。本文就巨噬細(xì)胞本身TNF-α、NO和IFN-γ的含量[12]以及在IL-2對M5侵染的腹腔巨噬細(xì)胞對上述細(xì)胞因子釋放量進行比較,以此探討IL-2對布病反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用,為布病的治療提供新的理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 實驗動物與菌種 昆明小鼠,18 g~22 g,由石河子大學(xué)實驗動物中心所提供;布魯菌的菌種(M5),由石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞分子生物學(xué)實驗室保存。

        1.1.2 主要試劑 IL-2 ,Cyagen 生物公司產(chǎn)品;TNF-α、NO、IFN-γ酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA) 試劑盒,美國Biosource公司產(chǎn)品;DMEM 培養(yǎng)基,美國Gibco 公司產(chǎn)品;胎牛血清,Hyclone 公司產(chǎn)品;臺盼藍染色液,北京中生瑞泰科技有限公司產(chǎn)品。

        1.1.3 儀器設(shè)備 高壓蒸汽自動滅菌鍋,Hirayama公司產(chǎn)品;CO2培養(yǎng)箱、-80℃超低溫冰箱,Thermo公司產(chǎn)品;恒溫水浴槽,北京長安科學(xué)儀器廠生產(chǎn);高速低溫離心機,Beckman公司產(chǎn)品;611UF純水儀,Bioteck公司產(chǎn)品。

        1.2 方法

        1.2.1 腹腔巨噬細(xì)胞的收集和純化 小鼠腹腔注射20 g/L無菌淀粉溶液,每只1.5 mL,24 h后頸椎脫位法處死小鼠,將小鼠浸泡在750 mL/L酒精中5 min進行消毒后,取出小鼠,用無菌的濾紙吸干酒精,用5 mL注射器往腹腔注射5 mL無菌PBS(37℃提前溫浴),輕揉腹壁,無菌操作取腹腔液,1 500 r/min離心5 min,洗滌2次后,用不含抗生素的完全DMEM Basic(1×) 培養(yǎng)液(含100 mL/L BSA)懸浮細(xì)胞,并置于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)過夜。第2天,用PBS徹底沖洗去除未貼壁細(xì)胞,臺盼藍染色檢測細(xì)胞存活率,用不含抗生素的完全DMEM Basic(1×) 培養(yǎng)液調(diào)整細(xì)胞濃度為2×105cells/mL,備用。

        1.2.2 布魯菌刺激后細(xì)胞因子釋放的時效關(guān)系 試驗組分為陰性對照組(正常細(xì)胞)和侵染組(M5侵染),用麥?zhǔn)媳葷峁芊ㄕ{(diào)整菌液濃度,按100∶1的比例用M5侵染MΦ,將其置于37℃、體積分?jǐn)?shù)為5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),分別在培養(yǎng)0、2、6、12、24 h時,收集各時間點的細(xì)胞培養(yǎng)上清液10 μL,然后用ELISA試劑盒測定TNF-α、NO 和IFN-γ的濃度大小。

        1.2.3 IL-2作用下巨噬細(xì)胞吞噬M5的能力 試驗組分為陰性對照組(正常細(xì)胞)、空白對照組(M5 侵染)、不同濃度IL-2調(diào)節(jié)組(IL-2+M5侵染),用麥?zhǔn)媳葷峁芊ㄕ{(diào)整菌液濃度,按100∶1的比例在6孔板中用M5 侵染MΦ,分別加入0、1×106、3×106、5×106UI的IL-2,將其置于37℃、體積分?jǐn)?shù)為5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),分別培養(yǎng)0、2、6、12、24 h。取各試驗組的MΦ,計數(shù),調(diào)整細(xì)胞濃度為2×106cells/mL,加入1 mL的裂解液,吸取10 μL,稀釋103倍,利用CFU涂布計數(shù)法,取1 mL(2 000個細(xì)胞)均勻涂布于TSA固體培養(yǎng)基上培養(yǎng),72 h后觀察集落形成情況,計算吞噬指數(shù);

        吞噬指數(shù)=(2 000個MΦ吞菌總數(shù)/2 000個MΦ)×100%

        1.2.4 IL-2作用M5侵染的巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子釋放的時效關(guān)系 試驗組分為陰性對照組(正常細(xì)胞)、空白對照組(M5 侵染)、不同濃度IL-2調(diào)節(jié)組(IL-2+M5侵染),用麥?zhǔn)媳葷峁芊ㄕ{(diào)整菌液濃度,按100∶1的比例在6孔板中用M5侵染MΦ,分別加入0、1×106、3×106、5×106UI的IL-2,將其置于37℃、體積分?jǐn)?shù)為5%CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),分別在培養(yǎng)0、2、6、12、24 h時,收集細(xì)胞培養(yǎng)上清液10 μL,然后用ELISA試劑盒測定TNF-α、NO 和IFN-γ的濃度大小。

        2 結(jié)果

        2.1 布魯菌M5侵染巨噬細(xì)胞后釋放各細(xì)胞因子的時效關(guān)系

        為了排除培養(yǎng)液(主要是血清中)中的干擾,故設(shè)陰性對照組,表1中皆是減去陰性對照所得數(shù)據(jù)。布魯菌M5侵染巨噬細(xì)胞后,釋放了TNF-α、IFN-γ、NO等因子,M5刺激后2 h,TNF-α升高,6 h達到峰值12.360 ng/L±1.202 ng/L,與M5刺激0 h比較,呈極顯著差異(P<0.01);M5侵染24 h時,IFN-γ達到峰值24.524 ng/L±0.621 ng/L(P<0.01);在M5侵染2 h時,NO含量持續(xù)升高,且在12 h時達到峰值6.424 ng/L±0.545 ng/L(P<0.01)。

        表1 腹腔巨噬細(xì)胞(MΦ)被布魯菌M5侵染后釋放細(xì)胞因子的時效關(guān)系

        注:同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰大寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同大寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)。

        Note:In the same column, values with adjacent capital letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate capital letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05).

        2.2 IL-2作用下巨噬細(xì)胞胞內(nèi)活菌數(shù)

        由表2可知,布魯菌M5侵染細(xì)胞0 h時,在各不同含量組IL-2作用下,與對照組0IU相比,吞噬指數(shù)均無顯著差異(P>0.05);但在2、6、12、24 h時,不同含量IL-2作用下,吞噬指數(shù)均呈顯著差異(P<0.05)。

        相同IL-2含量條件下,各培養(yǎng)不同時間的MΦ,與對照組0 h相比,吞噬指數(shù)均呈極顯著差異(P<0.01);在2 h,IL-2含量為5×106IU時,吞噬指數(shù)達到最大值,高于相鄰兩組,極顯著高于對照組(P<0.01)。表明IL-2的免疫調(diào)節(jié)功能具有雙向性;對巨噬細(xì)胞的吞菌能力有明顯的促進作用,并存在濃度和時間上的依賴性。

        2.3 IL-2對布魯菌侵染腹腔巨噬細(xì)胞后釋放TNF-α的時效關(guān)系

        由表3可知,在0、6、24 h時,在不同含量組IL-2作用下,與對照組0IU相比,均無顯著差異(P>0.05);在2 h和12 h時,MΦ 分泌的TNF-α 因子隨著IL-2含量的增加為增長,且當(dāng)IL-2含量為5×106IU 時,均顯著高于對照組0 h的含量(P<0.05),尤以2 h,IL-2 含量為5×106IU條件下,細(xì)胞釋放TNF-α的效果達到最佳(P<0.01)。表明IL-2可以促進MΦ增殖或者活化,使其分泌TNF-α作用增強,并存在含量依賴性。

        當(dāng)IL-2含量為1×106IU和3×106IU 時,培養(yǎng)24 h時,血清中TNF-α 的含量顯著高于對照組0 h的含量(P<0.01),且以含量為1×106IU時,血清中TNF-α含量最大;當(dāng)IL-2含量為5×106IU 時,培養(yǎng)2 h和12 h的MΦ釋放TNF-α因子的含量均極顯著高于對照組(P<0.01),且培養(yǎng)2 h的釋放量最大,效果最佳,極顯著高于相鄰兩組(P<0.01)。表明了IL-2能使MΦ 活化,促進MΦ 分泌TNF-α,啟動機體免疫應(yīng)答,并存在著雙向調(diào)節(jié)性和時間依賴性。

        表2 IL-2對被M5侵染的巨噬細(xì)胞的吞噬能力的調(diào)節(jié)作用

        注:①同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰小寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間小寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同小寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05);② 同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰大寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同大寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)。

        Note:① In the same row, values with adjacent small letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate small letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05);② In the same column, values with adjacent capital letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate capital letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05).

        表3 IL-2調(diào)節(jié)作用下被M5侵染的腹腔巨噬細(xì)胞釋放TNF-α的時效關(guān)系

        注:①同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰小寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間小寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同小寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05);②同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰大寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同大寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)。

        Note:① In the same row, values with adjacent small letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate small letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05);② In the same column, values with adjacent capital letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate capital letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05).

        2.4 IL-2對布魯菌侵染腹腔巨噬細(xì)胞后釋放IFN-γ 的時效關(guān)系

        由表4可知,在2 h和24 h時,在各不同含量組IL-2作用下,與對照組0 IU相比,均無顯著差異(P>0.05);IL-2含量為3×106IU和5×106IU時,MΦ分別培養(yǎng)2 h、6 h所釋放的IFN-γ均顯著高于對照組(P<0.05),尤以6 h,IL-2 含量為3×106IU條件下,細(xì)胞釋放IFN-γ 的效果達到最佳(P<0.01)。結(jié)果顯示IL-2對于IFN-γ 的釋放有明顯的促進作用,一定程度上可以增強機體的免疫應(yīng)答能力。

        同一含量IL-2條件下,培養(yǎng)2 h后,血清中MΦ 釋放IFN-γ的含量均顯著高于對照組0 h的含量(P<0.05);培養(yǎng)24 h,血清中IFN-γ的含量與對照組相比,均呈極顯著差異(P<0.01);相同含量組條件下,IFN-γ的含量隨著時間點的變化而變化,尤以24 h,IL-2含量為1×106IU時,IFN-γ的含量極顯著高于對照組0 h的含量,達到最大值,MΦ 釋放IFN-γ的能力在IL-2的作用下有所提高,并存在著時間依賴性。

        表4 IL-2調(diào)節(jié)作用下被M5侵染的腹腔巨噬細(xì)胞釋放IFN-γ的時效關(guān)系

        注:①同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰小寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間小寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同小寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05);②同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰大寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同大寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)。

        Note:① In the same row, values with adjacent small letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate small letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05);② In the same column, values with adjacent capital letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate capital letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05).

        2.5 IL-2對布魯菌侵染腹腔巨噬細(xì)胞后釋放NO的時效關(guān)系

        由表5可知,MΦ被M5侵染0 h時,各不同含量組IL-2作用下,血清中NO含量與對照組0 IU相比,均無顯著差異(P>0.05);含量組為1×106IU和5×106IU時,分別培養(yǎng)6、12、24 h后,血清中NO含量顯著高于對照組0 IU含量(P<0.05);且在IL-2含量為5×106IU,培養(yǎng)12 h血清中NO含量達到最大,MΦ的免疫應(yīng)答能力達到最佳。

        IL-2含量組為1×106IU和5×106IU時,血清中NO含量隨著培養(yǎng)時間的增長而增加,且在培養(yǎng)12 h時MΦ 分泌NO的含量顯著高于對照組0 h的含量(P<0.05),達到峰值,高于相鄰的2個時間點。結(jié)果說明在IL-2作用下,MΦ 分泌NO的的能力具有雙向調(diào)節(jié)性,并存在時間依賴性。

        表5 IL-2調(diào)節(jié)作用下被M5侵染的腹腔巨噬細(xì)胞釋放NO的時效關(guān)系

        注:①同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰小寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間小寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同小寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05);②同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)相鄰大寫字母表示差異顯著(P<0.05),肩標(biāo)相間大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),肩標(biāo)相同大寫字母或無字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)。

        Note:① In the same row, values with adjacent small letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate small letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05);② In the same column, values with adjacent capital letters mean significant difference (P< 0.05),with alternate capital letters mean extremely significant difference (P< 0.01),and with the same or no letters mean no significant difference (P> 0.05).

        3 討論

        巨噬細(xì)胞是炎癥反應(yīng)過程中的關(guān)鍵免疫細(xì)胞,不同炎癥反應(yīng)階段,巨噬細(xì)胞發(fā)揮不同甚至相反的功能。本研究中采用不同含量IL-2在不同時間點作用巨噬細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)隨著IL-2含量的增加,巨噬細(xì)胞的吞噬能力在不斷增加[13],且IL-2含量越大,吞噬M5的能力越強,表明IL-2在一定程度上對巨噬細(xì)胞的吞噬能力有促進作用。在時間點上雖然也存在一定的依賴性,但胞內(nèi)活菌數(shù)呈現(xiàn)一定的“波浪式”規(guī)律,大膽猜想認(rèn)為IL-2對巨噬細(xì)胞的增殖或凋亡能力也有一定的影響,有待于進一步研究。

        TNF-α是一個具有多重功能的細(xì)胞因子,具有免疫調(diào)節(jié)作用[14],在炎癥反應(yīng)、機體防御中起著關(guān)鍵的作用。TNF在腫瘤作用方面有利有弊:①TNF是一個內(nèi)源性的腫瘤促進因素,它可以刺激腫瘤細(xì)胞生長[15],增殖,侵襲,轉(zhuǎn)移,血管生成;②TNF又有殺腫瘤細(xì)胞的作用?;罨蟮腗Φ能分泌大量的趨化因子和炎癥因子,參與機體固有和獲得性免疫調(diào)節(jié)。近年來的一些研究表明,近百種的活性物質(zhì)被活化的MΦ產(chǎn)生,如TNF-α、NO等,其中許多與免疫應(yīng)答及炎癥有關(guān)[16]。TNF-α的出現(xiàn)能誘發(fā)機體代謝和血流動力學(xué)明顯變化,促進炎癥介質(zhì)生成。IFN是一種廣譜抗病毒劑,但它并不直接作用病毒,使細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白,主要是通過細(xì)胞表面受體作用,以此增強巨噬細(xì)胞的活力,起到免疫調(diào)節(jié)作用[17-18]。IFN是一組有多種功能的活性蛋白質(zhì)(主要是糖蛋白),它們在同種細(xì)胞上具有廣譜的抗病毒、影響細(xì)胞生長,以及分化、調(diào)節(jié)免疫功能等多種生物活性[19]。有研究發(fā)現(xiàn)IFN-γ可顯著增強MΦ FcγR表達,以此提高MΦ的吞噬能力。另有資料表明單獨用IFN-γ刺激MΦ時,在一定劑量范圍內(nèi)可使MΦ由靜止態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)答態(tài),成為致敏性的MΦ,然后在脂多糖或某些細(xì)胞因子作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨腗Φ。NO能夠降低疼痛和一些炎癥反應(yīng),具有很強的抗炎作用。NO主要由NO合酶(NOS)催化產(chǎn)生,誘生型NO合酶存在MΦ內(nèi),在受到抗原或LPS等激活時,MΦ產(chǎn)生IL-1、TNF-α等因子[20],以自分泌或旁分泌方式協(xié)同LPS誘導(dǎo)MΦ中iNOS的表達;Erdogan等研究發(fā)現(xiàn)大鼠布魯菌感染模型中,肝臟和脾臟中NO濃度顯著升高,而血漿中并不發(fā)生顯著變化。

        通過本試驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),在IL-2濃度組為5×106IU作用下,MΦ被M5侵染2 h時,血清中TNF-α的含量達到最大值,大大提高了巨噬細(xì)胞的免疫應(yīng)答作用,表明了IL-2能夠促進MΦ活化,加強其分泌因子的能力,且存在著時間和濃度上的依賴性,還能夠啟動炎癥反應(yīng)的發(fā)生。在IL-2的調(diào)節(jié)作用下,血清中IFN-γ的含量無論從時間上還是IL-2濃度上,都可以看出,與對照組相比有顯著性的增加,從另一方面也證明了IL-2可以增強MΦ的免疫作用;但是這個顯著性的增加并沒呈現(xiàn)嚴(yán)格規(guī)律性,可能與一些其他因子的影響有關(guān),如IL-6,有待于進一步的探討研究;在IL-2作用下,血清中NO含量存在差異性,但這種差異性并不是很大,即在一定程度上IL-2可以促進MΦ的活化,對NO的產(chǎn)生的作用是有限的,對機體免疫力的提高并沒有所期望的效果。

        本研究結(jié)果表明,IL-2可以促進MΦ活化,刺激MΦ使其分泌TNF-α、NO、IFN-γ的能力增強,參與抗布魯菌的免疫應(yīng)答,從而為臨床運用IL-2研究及治療布病提供新的思路和理論依據(jù)。IL-2能在一定程度上增強巨噬細(xì)胞的吞噬能力,存在著含量依賴性,且在含量和時間點亦具有雙向調(diào)節(jié)性,含量過高時反而有一定程度的抑制作用,可能是由于IL-2對巨噬細(xì)胞的增殖或凋亡能力也有一定的影響,有待于進一步研究。

        參考文獻:

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