环磷酰胺构建动物免疫抑制模型的研究进展

Chinese Journal of Veterinary Medicine中国兽医杂志㊀2019年(第55卷)第2期环磷酰胺构建动物免疫抑制模型的研究进展伍维高,钟金凤(湖南环境生物职业技术学院,湖南衡阳421005)中图分类号:O571.21+1㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:05296005(2019)02008703收稿日期:20180528基金项目:湖南省教育厅项目(16C0563);湖南省科技厅项目(2017JJ5026)作者简介:伍维高(1979-),男,畜牧师,硕士,研究方向为动物繁殖与生产,E-mail:30942422@通讯作者:钟金凤,E-mail:498379002@㊀㊀近几年来,动物疫病肆意流行,免疫接种成为预防传染病的有效措施之一,而免疫反应过程相当复杂,诸多因素会影响接种效果,如免疫抑制性疾病㊁不良的饲养环境㊁微量元素和蛋白质的缺乏等,常导致免疫接种失败,给生产带来不可挽回的重大损失㊂为提高机体抗病力,增强动物免疫力,免疫增强剂得以广泛运用㊂为了进一步研究此类制剂,人为构建免疫抑制模型的研究手段得到了诸多研究者的青睐㊂而环磷酰胺(Cyclophosphamide,CTX),以其诱导动物产生免疫抑制作用效果显著,且成本低廉,越来越广泛地运用到制备动物免疫抑制模型中㊂为此,本文对环磷酰胺构建免疫抑制模型进行综述㊂1㊀环磷酰胺的药理作用经口服或静脉注射的环磷酰胺主要在肝脏进行代谢,生成低毒性的4-羟基环磷酰胺和醛磷酰胺,分布全身,进一步降解为磷酰氮芥㊁丙烯醛和去甲氮芥,结合于快速生长细胞的DNA 上,产生强烈的细胞毒性㊂极少部分可进一步氧化成4-酮环磷酰胺和羧基环磷酰胺,无毒性,随尿排出[1]㊂2㊀CTX 免疫抑制机理2.1㊀环磷酰胺对免疫基因的影响2.1.1㊀抑制抗菌蛋白基因表达㊀内源性抗菌蛋白是天然免疫的重要组成部分,其中杀菌/渗透增强蛋白(Bactericidal /permeability increasing protein,BPI)㊁防御素(Defensins,DF)以及血小板型磷脂酶A 2(Phospholipase A 2,PLA 2)备受关注[2]㊂大鼠连续5d 腹腔注射环磷酰胺40mg /kg㊃bw,对照组注射等体积生理盐水,结果显示,对照组大鼠的睾丸㊁附睾㊁胸腺㊁肝㊁小肠㊁大肠6种器官均表达BPI㊁β-DF-1㊁血小板型PLA 2;而环磷酰胺组胸腺㊁肝无BPI 表达,睾丸㊁胸腺㊁肝无β-DF-1表达,睾丸㊁胸腺无血小板型PLA 2表达,其他有表达的组织中其含量比对照组低[3],试验提示,环磷酰胺可抑制体内抗菌蛋白基因表达㊂2.1.2㊀影响免疫相关基因的表达㊀环磷酰胺对免疫相关基因有一定影响㊂经环磷酰胺处理的荷瘤鼠脾脏㊁骨髓和血浆相关多种免疫调节因子基因上调,包括危险信号㊁模式识别受体㊁炎症介质㊁生长因子㊁细胞因子㊁趋化因子和趋化因子受体[4]㊂通过基因芯片技术检测环磷酰胺干预的胚胎干细胞发现:自体免疫激活和移植排斥相关基因如CD 3㊁CD 28㊁CTLA 4㊁MHC II ㊁PRF 1㊁GZMB 和IL-2R 基因下调,而免疫相关受体基因如IL 1R 2㊁IL 18R 1和FLT 3上调[5]㊂2.2㊀环磷酰胺对动物转录水平的影响2.2.1㊀抑制骨髓细胞相关mRNA 表达㊀环磷酰胺诱导骨髓抑制,造成骨髓细胞(BM)降低㊂雄性昆明种小鼠连续3d 腹腔注射150mg /kg㊃d 环磷酰胺,7d 后采骨髓细胞通过Real time PCR 检测发现,试验组BM 细胞钙敏感受体(Calcium-sensing recep-tor,CaSR)和丝裂素活化蛋白激酶(Mitogen-activa-ted protein kinase,MAPK)mRNA 水平极显著高于对照组(P <0.01),引起BM 造血干细胞㊁间充质干细胞和内皮祖细胞增殖㊁分化和动员产生明显障碍[6]㊂2.2.2㊀调节细胞凋亡相关mRNA 表达㊀环磷酰胺对细胞凋亡的影响主要体现在两方面:增加促凋亡基因mRNA 表达而抑制抗凋亡基因mRNA 表达,从而诱导细胞凋亡㊂SPF 级NIH 雄性小鼠于试验期第9㊁11㊁13天腹腔注射环磷酰胺10mg /kg,于14d㊁28d 取脾脏采用半定量RT-PCR 检测促凋亡基因-Caspase-9mRNA 和抗凋亡基因-B 淋巴细胞基因2(B-cell lymphonma gene 2,BCL-2)的表达,两次结果均显示,模型组Caspase-9mRNA 表达较对照组显著升高而BCL-2mRNA 表达显著降低[7]㊂8~12周远78中国兽医杂志㊀2019年(第55卷)第2期Chinese Journal of Veterinary Medicine交系昆明种小鼠腹腔注射环磷酰胺100mg/kg,1次/d,连续3d,第10天取小鼠脾脏测定凋亡相关基因,结果显示,BAX(Bcl-2associated X protein)mR-NA表达水平明显上升,而BCL-2mRNA表达明显下降[8]㊂2.2.3㊀降低免疫相关受体mRNA表达㊀环磷酰胺可降低免疫相关受体mRNA的表达㊂树突状细胞相关C-型凝集素-1(Dectin-1)和Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)主要表达在免疫细胞上,为免疫相关受体,与免疫状态有关[9]㊂给予150mg/kg环磷酰胺的BALB/c小鼠与第4㊁7㊁9天取肺组织测定Dectin-1mRNA,结果显示,在第4㊁7天肺组织Dec-tin-1mRNA表达较对照组明显下降(P<0.05)[10]㊂24只昆明种小鼠(雌性)腹腔注射环磷酰胺150 mg/kg,4h后肺泡巨噬细胞TLR2mRNA表达与对照组相比极显著下降(P<0.01);8h后TLR4mR-NA表达极显著降低(P<0.01)[11]㊂2.2.4㊀影响免疫因子mRNA表达㊀环磷酰胺对Th1㊁Th2类细胞因子mRNA表达均有不同程度影响㊂汪祯等[12]用SPF级昆明种小鼠按50mg/kg㊃bw剂量隔日腹腔注射环磷酰胺,共7次,14d后,无菌取脾脏测定IL-2mRNA㊁IL-10mRNA,结果显示, IL-2mRNA㊁IL-10mRNA表达水平与对照组相比显著下降;易有金等[13]腹腔注射40mg/kg㊃d环磷酰胺,结果显示,脾脏和胸腺中IL-2㊁IL-10㊁IL-12㊁IL-4㊁TNF-α和IFN-γmRNA的表达量降低,以上试验提示,环磷酰胺对Th1㊁Th2类细胞因子表达均呈现下调现象[14]㊂2.3㊀环磷酰胺对动物蛋白水平的影响2.3.1㊀抑制细胞周期相关蛋白表达㊀环磷酰胺降低着丝粒蛋白B(Centromere Protein,CenpB),Cen-pB是染色体着丝粒/动粒复合体上一种最重要的功能蛋白,其特异性结合位点位于着丝粒α1-卫星DNA上17bp的CenpB盒,参与着丝粒异染色质的形成,环磷酰胺可致CenpB蛋白含量异常,致细胞无法正常分裂㊂昆明种小鼠连续7d腹腔注射50 mg/kg㊃bw环磷酰胺,5d后取血通过Western Blot-ting方法检测CenpB蛋白,其含量显著低于对照组[15]㊂2.3.2㊀增加细胞凋亡相关蛋白表达㊀环磷酰胺可通过增加细胞凋亡蛋白的表达影响Fas/Fas L系统介导的凋亡蛋白㊂SPF级ICR纯种雄性小鼠腹腔注射环磷酰胺100mg/kg㊃bw,用流式细胞术检测Fas 抗原(CD95)介导细胞凋亡的蛋白,其表达量与对照组相比显著升高[16]㊂人T淋巴细胞白血病细胞株Jurkat加入环磷酰胺3mg/L,于12㊁24㊁48h收取细胞,Western Blot检测FasL(Fas ligand,fas配体)和FADD(Floationg Point Addition,胞浆死亡信号衔接蛋白)表达,结果表明,未处理的细胞无FasL和FADD表达,而环磷酰胺处理组表达FasL和FADD,且表达水平随环磷酰胺刺激时间延长而增加[17]㊂除此,环磷酰胺能显著诱导Fas/Fas L下游蛋白Caspases产生[18],使凋亡不可逆进行㊂3　环磷酰胺在动物上的应用因环磷酰胺主要作用于快速生长细胞的DNA,并能从基因转录㊁翻译和蛋白表达等多方面产生细胞毒性㊂免疫细胞属于快速生长细胞,因此,环磷酰胺对免疫系统影响甚大,故可用环磷酰胺作为免疫抑制剂构建免疫抑制模型,这是环磷酰胺在动物上的主要用途㊂3.1㊀环磷酰胺抑制动物免疫器官㊀在环磷酰胺作用下鸡表现出形态退行性改变,包括腔上囊囊泡不发达,即腔上囊初级滤泡严重萎缩,皮质和髓质间隔不明显且滤泡间结缔组织严重增值[19]㊂Marsh J 研究发现,脾脏内正常椭球相关细胞在环磷酰胺作用后1周变为空泡[20]㊂3.2㊀环磷酰胺降低动物免疫细胞数量㊀连续3d 给7~8周龄雌性尼古拉斯火鸡注射环磷酰胺(0~ 100mg/kg㊃bw),测定血液学指标发现,环磷酰胺在初始注射后24~72h引起明显的白细胞减少㊁淋巴细胞减少㊁血小板减少和白细胞减少㊂但对单核细胞循环数㊁细胞体积㊁血浆蛋白无明显影响㊂同时,无法确定对嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞的变化,因为它们在机体内的数量微量[21]㊂3.3㊀环磷酰胺减少免疫分子产生㊀研究表明,环磷酰胺可减少免疫分子产生:用80mg/kg㊃bw环磷酰胺腹腔注射小鼠,同位素标记法显示24h和48h其肠道蛋白损失显著高于对照组,连续2d注射环磷酰胺(50mg/kg㊃bw),可造成肠黏膜SIgA损伤,肠道固有层IgA表达量减少[22]㊂环磷酰胺(10mg/ kg㊃bw)与单剂量长春新碱(0.025mg/kg㊃bw,静脉注射)和单剂量的L-天冬酰胺酶(400IU/kg㊃88Chinese Journal of Veterinary Medicine中国兽医杂志㊀2019年(第55卷)第2期bw,静脉注射)同时注射狗,3d后抗体反应受抑制[23]㊂环磷酰胺在抑制免疫系统的同时,其他新陈代谢旺盛的组织如胃肠㊁毛发等亦会受影响,因此,用环磷酰胺造模的同时,动物可出现采食量降低㊁生长性能受阻㊁毛发脱落等现象[24-25]㊂4　小结环磷酰胺主要作用快速生长细胞DNA,并从基因水平㊁转录水平和蛋白水平影响免疫系统,它可下调抗菌蛋白基因㊁免疫相关基因的表达,增加促凋亡基因mRNA和抑制抗凋亡基因mR-NA转录,降低着丝粒蛋白B含量,抑制细胞正常分裂;诱导促凋亡蛋白Caspases产生,促使凋亡不可逆进行,从而广泛引起细胞周期改变㊁诱导细胞凋亡发生,最终表现出免疫器官㊁免疫细胞和免疫分子的现象,可广泛应用在动物免疫抑制模型上㊂参考文献:[1]㊀钟金凤,方热军.环磷酰胺免疫抑制机制及在动物模型上的应用[J].中国免疫学杂志,2016,10(32):15411546. 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