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编号:10209423
白细胞介素I诱导平滑肌细胞产生一氧化氮的机制及临床意义1
http://www.100md.com 《中国老年学杂志》 1999年第2期
     作者:王关嵩 钱桂生 杨晓静

    单位:第三军医大学新桥医院呼吸研究所,重庆 400037

    关键词:

    990239 在慢性阻塞性肺病、动脉粥样硬化等疾病中,血管中膜平滑肌细胞(VSMC)的异常增殖是重要的病理现象。目前,已有大量研究证明,外源性低浓度一氧化氮(NO)具有舒张平滑肌细胞的作用。在此过程中内源性NO也起重要作用。本文综述重要免疫因子白细胞介素I(IL-1)诱生NO的机制及其意义。

    1 IL-1诱导VSMC产生NO的现象

    近年来,国内外众多的研究者均发现,IL-1能够诱导VSMC产生NO。Kanno等证明IL-1β以剂量和时间依赖性(1~2ng/ml)诱导大鼠VSMC产生NO-2和NO-3。Makita和Suzuki等发现IL-1β以浓度依赖方式诱导NO产生。Durante等用IL-1β处理VSMC,可使其表达iNOS mRNA,随后释放NO。Ikeda等用IL-1β处理VSMC 24 h,结果iNOS mRNA的蛋白水平上升,NO的量显著上升。
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    2 第二信使在介导NO释放中的作用

    许多研究表明,在IL-1诱生NO时cGMP、cAMP发挥着重要作用。

    2.1 cGMP的作用 Schini等用IL-1β处理培养的鼠主动脉SMC,结果产生NO,IL-1β(1ng/ml)以时间依赖性引起cGMP的积聚,显示出IL-1β诱导VSMC释放生长因子且刺激cGMP产生。Papapetroponlous等〔1〕用硝普钠盐(SNP)10 mM处理鼠主动脉SMC,可使cGMP升高200倍。而IL-1β和LPS预处理时,可以促进其表达30%~70%,当预处理后用鸟苷环化酶(GC)激活剂atriopeptin刺激,cGMP水平不降低。精氨酸应答SNP,可以废止其对cGMP的下调作用,IL-1β又可以降低SNP的下调作用,IL-1β或LPS处理后可溶性鸟苷环化酶(SGC)的亚单位mRNA的转录率降低,而蛋白水平无变化,说明IL-1β和LPS可能是早期降低了SGC的激活效应。Beasley等发现IL-1抑制内皮依赖引起的鼠主动脉的收缩应答且延长GC的激活效应,IL-1以显著的时间依赖性诱导cGMP,升高VSMC总量。亚胺环已酮或放线菌素D抑制蛋白合成时也抑制IL-1的效应,提示IL-1的效应包括了新的蛋白的合成。IL-1诱导的cGMP聚集可被SGC抑制剂LYS35-83、血红蛋白和L-NMMA所抑制。另一方面cGMP调节VSMC合成和表达NO。8-bromo-cGMP以时间和剂量方式促进IL-1诱导的VSMC产生NO,人房钠素(ANP)可以刺激cGMP聚集,也对IL-1起促进作用,亚甲美蓝起抑制作用。此外8-bromo-cGMP促进IL-1诱导的iNOS mRNA,TNFα中和抗体起抑制作用;8-bromo-cGMP也促进TNFα和NP mRNA的表达。反映出在VSMC上NO和cGMP之间存在一个正反馈机制。
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    Marczin等〔2〕报道酪氨酸激酶抑制ASMC上内毒素和IL-1β诱导的NO合成的表达,用酪氨酸激酶拮抗剂Genistein预处理RASMC 30 min后可阻止IL-1β和LPS-α激发cGMP以浓度依赖方式的积聚。一种化学抑制剂Geldanamycin以10-6M浓度阻断cGMP形成对LPS和IL-1β的应答。Genistein和Geldanamycin即使在LPS暴露后增加90 min仍抑制cGMP聚积,但在120~180 min时没有阻断作用,提示在其诱导后不能直接抑制iNOS的活性。Marczin等〔2〕发现ncodazole和秋水仙素(colchicine)可阻止LPS和IL-1β和NO依赖的cGMP的诱导效应,降低iNOS蛋白的表达。Taxol单独促进微管降酸,阻止nocodazole的解聚作用,Taxol可阻止秋水仙素的作用。与细胞因子刺激的SMC相比,微管或微丝装配不能影响EC中组成性NO通道。该实验证明微管在SMC应答炎性反应介质激活iNO通道中起重要作用。
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    2.2 cAMP的作用 既往已知,IL-1是VSMC的舒张因子,可显著升高人隐静脉和主动脉VSMC中血管舒张剂cAMP水平。IL-1诱导cAMP与显著升高PGI2有关,消炎痛和反基环草胺素(trany l-cypromine)可以逆转该反应,它又是环氧合酶和PGI2合成酶的抑制剂。Beasley等研究表明,IL-1的诱导效应受SGC抑制剂亚甲基蓝和LY835383抑制,不受NOS影响,且IL-1不影响cGMP。Durante证明cAMP对IL-1β诱导VSMC表达NO具有调节作用,同样cAMP的亲脂质类似物也有此作用。Boess等〔3〕发现IL-1β刺激VSMC形成cAMP而无cGMP,1 h后cAMP达最高峰,之后持续降低至5h,isoprenaline以3×10-6M浓度作用2 min的产量是对照组的9倍。另一方面IL-1β刺激产生NO,可被cAMP依赖的磷酸激酶抑制剂rolipram和trequinsin呈剂量依赖性的升高,cAMP的蛋白激酶激活剂A、Sp-8-CPT-cAMPS以10-4M浓度均可恢复正常效应。
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    Ikeda等〔4〕研究了cAMP磷酸酯酶抑制剂cilostazol对VSMC产生NO的效应。用10ng/ml IL-1β处理细胞24h,NO产量上升。尽管cilostazol自身对NO聚集无效应,但可以促进IL-1β的诱导效应。研究表明cilostazol促进IL-1β刺激SMC生产NO,部分通过cAMP依赖通道。Makita等〔5〕发现IL-1β以浓度依赖方式诱导NO产生,双酪基cAMP(db-cAMP)可促进,L-NAME可抑制。IL-1β预处理后可以显著抑制VSMC生长,db-cAMP起促进作用,L-NAME起抑制作用,且L-NAME的作用可被L-精氨酸废止。研究认为,IL-1β通过升高细胞内cAMP水平进而刺激VSMC产生NO,而内源性产生的NO又可抑制VSMC增生。Seo等〔6〕发现IL-1β刺激VSMC产生NO,ADP呈剂量依赖地起促进作用,尽管它自身不影响NO产生,这是由于促进了NOSⅡ基因的表达和依赖于Ca2+的NOSⅡ活性。茶碱可抑制NO的产生。说明激活VSMC上腺苷受体能够通过调节IL-1β的信号传导途径,促进NOSⅡ的产生而cAMP不能被明显的激活。
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    3 IL-1效应的相关基因:NF-KB

    Wong等〔7〕发现IL-1β可以使SMC的增强子活性升高2~3倍,转录片段为1 592~242bp,少于242活性丧失。IL-1β诱生的iNOS mRNA对PDTC系NF-KB激活效应抑制剂敏感。对IL-1β刺激的细胞核蛋白研究证明在242~24 bp间有寡核苷酸结合PDTC敏感的可与NF-kpB结合。说明IL-1β通过NF-KB的介导转录激活相关蛋白而促进VSMC的iNOS的表达。英国学者〔8〕用IL-1β处理SMC后30 min,NF-KB结合活力上升,24 h产生NO和iNOS蛋白,两种蛋白酶抑制剂能够减少细胞因子刺激的NO产生和iNOS蛋白水平。说明蛋白激酶抑制剂和N α-tos基赖氨酸氯甲酮、抑肽酶、P-甲苯硫酰、L-精氨酸甲酯能通过废止NF-KB活性而阻止VSMC表达iNOS。

    然尔TGFβ1也可诱导NOS增强子的活性,显示出非NF-KB现象。Perrella〔9〕曾经发现TGFβ下调IL-1β诱生的iNOS,而且是通过降低iNOS基因转录而实现。后实验又发现IL-1β可以使包含-1 485至+31片段的iNOS基因表达升高10倍,显示存在IL-1β的作用因素。而包含-234至+31 iNOS基因的结构主要是IL-1β刺激后呈增强子活性部分。该区域内NF-KB位点的突变可部分降低IL-1β的诱导活性,然而独立于NF-KB位点尚有大量蛋白仍有活性。TGFβ1能抑制增强子的活性,且完全抑制突变的NF-KB位点的结合。故认为TGFβ通过抑止VSMC iNOS增强子位点而抑制其活性,而不是通过NF-KB的结合。
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    4 蛋白激酶C参与介导NO的释放

    Nishio等〔10〕研究认为高糖中止了IL-1β的刺激效应,降低了iNOS表达,蛋白激酶C激活效应包括在此反应的过程中。内皮素1抑制IL-1β诱生的NO至少部分是由于拮抗了蛋白激酶C依赖通道。此外内皮素A型受体拮抗剂BQ-485,而非B型受体拮抗剂BQ-788呈剂量依赖地抑制内皮素1的效应。若用乙酸盐处理细胞24 h,则蛋白激酶C的活力将完全被消耗,内皮素1的效应也被废止〔11〕

    Kanno等用印迹杂交证明NGLA可完全阻止IL-1β诱导的NO-2/NO-3产生,这种效应可被L型但不能被D型精氨酸逆转。地塞米松以剂量依赖(10-9~10-7M)方式抑制IL-1β诱导NO-2/NO-3的产生及NOS mRNA表达水平。无论钙调蛋白抑制剂ω -7还是蛋白激酶C抑制剂都不能诱导NO转录或NO-2/NO-3而发挥效应。首次证明IL-1β诱导iNOS基因表达和蛋白合成,进而通过Ca2+-钙调蛋白激酶C依赖性机制引导NO的产生。
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    5 IL-1诱生NO的基础作用

    5.1 抑制血管增生效应 Etienne等〔12〕研究认为IL-1β依剂量不同对鼠主动脉(HR)VSMC呈双相效应,IL-1β主要促进糖尿病鼠VSMC的生长,抑制正常细胞生长;此外,IL-1β诱导NO释放和胞内cGMP水平升高。NO在两种细胞中释放量相当,而后者cGMP偏高。显示IL-1对SMC的刺激效应不能完全被NO逆转,而NO可以缓和IL-1β对SMC生长的刺激作用。Cornwell研究显示NO和cGMP可能抑制VSMC的增生,IL-1β抑制PDGF刺激大鼠主动脉SMC的3H-TdR摄取量。孵育IL-1β24h显著升高cGMP水平而不影响cAMP水平。然而,IL-1β诱导的cGMP升高与激活cAMP激酶的活性率相关,激活cAMP激酶可以阻断NO和cGMP产生。NO产生的血管扩张因子SNAP能抑制DNA合成和激发cGMP水平。只有cGMP水平升至很高时IL-1β和SNAP引起的DNA合成才受抑制。用Rpbromo cAMP激酶可以阻止IL-1对增生的抑制作用,而Rbromo-cGMP无此效应。说明cGMP依赖激活cAMP激酶,可能部分参与NO介导的抑制大鼠主动脉SMC的增生。
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    5.2 NO对血小板的作用 Durante等用未处理过的HR VSMC和血小板孵育后,不影响凝血酶诱导的血小板聚集。相反,用IL-1β预处理的SMC或悬浮液的血小板孵育后,结果抑制凝血酶诱导的血小板聚积。用L-NNA与IL-1β处理过的SMC孵育或用亚甲基美蓝处理血小板可以逆转这种效应。用IL-1β孵育SMC结果升高血小板cGMP水平10倍,而不处理的细胞无此效应。用IL-1β处理过的SMC,NO升高8倍,在IL-1β孵育时加入放线菌酮可完全抑制NO的产生、血小板cGMP水平和血小板对凝血酶的应答。Schini等试验发现存在氧合血红蛋白和亚甲基美蓝时,IL-1β处理的SMC不影响血小板的聚积。

    5.3 NO介导细胞毒性 Fukuo等研究发现NO介导培养的VSMC上细胞毒性和bFGF释放。内皮素(ET)在VSMC上促进NO诱导的细胞毒性。IL-1可诱导高水平NO和细胞毒性,NGMLA可抑制。此外NO供体SNAP也能诱导细胞毒性,ET-1以浓度依赖方式(10-10~10-7M)促进IL-1的效应,但不影响NO的产生。EC和SMC共培养后NO的水平与SMC单独受IL-1刺激一致,然而细胞毒性增强。内皮素受体(ETA)拮抗剂BQ 485能阻止IL-1的诱导细胞毒性效应。结果EC分泌的ET-1能通过SMC的ETA受体促进NO诱导的细胞毒性。Lopez〔13〕用培养的牛动脉(BV)的SMC和EC共培养,结果IL-1β(0.03 U/L)刺激BVSMC产生含氮物,伴随着iNOS的减少。运用多克隆抗体拮抗TGFβ可部分逆转iNOS的减少,BVEC与IL-1β共同培养可抑制BVSMC诱导的细胞毒性,这部分是由于iNOS抑制物的作用,IL-1β对BVSMC自身无细胞毒性,说明EC对iNOS表达的调控包括TGFβ依赖途径。SMC释放的NO对邻近细胞有毒性作用而对自身无影响。6 IL-1诱生NO的病理生理意义及临床应用
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    Boota等〔14〕指出IL-1β可以刺激平滑肌细胞(RMSMC)产生超氧化物(O÷2),结果形成过氧亚硝酸盐。IL-1β 1 h内可以迅速以浓度依赖方式升高O÷2的含量,而O÷2对quinacrine和diphenyliodinium敏感,可通过应答NADH和NADPH氧化物降解酶来形成ONOO-,引起脂质过氧化反应,从而在细胞骨架形成亚硝基酸氨酸,而细胞的生存力不受影响。认为IL-1β诱导的ONOO-在脓毒症和炎性反应状态的肺血管功能中具有显著效应。Durante等发现NO是血小板抑制剂和血管舒张剂,乙醇增强其释放,从而有利于心血管对适度乙醇消耗的反应。也有研究证实,IL-1β和TNFα等细胞因子诱导iNOS产生NO,而NO作为一种潜在的血管扩张药,在败血症休克引起的严重低血压中起重要作用。

    1 本文部分受国家自然科学基金(39100057)资助
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    作者简介:王关嵩,男,29岁,讲师,硕士,研究方向:血管舒张因子在慢性缺氧肺动脉高压中的作用及意义

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    〔1998-04-30收稿 1998-09-10修回〕, http://www.100md.com