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在海洋资源开发和援潜救生等各类潜水活动以及高压氧治疗过程中,呼吸气中必须含有高分压氧。大量研究表明,高分压氧对机体的免疫有抑制作用,但也有报导认为高分压氧对免疫有促进作用,可能与高分压氧下产生的过多的ROS有关。前期研究发现,离体培养的大鼠脾淋巴细胞经高分压氧暴露后细胞内活性氧(ReactiveOxygenSpecies,ROS)增多。ROS是淋巴细胞发挥正常功能所必须的细胞内信息分子。外源性的ROS,如低浓度的H2O2亦能诱导T细胞进入细胞周期;但是,持久的强氧化环境会削弱淋巴细胞功能。蛋白酪氨酸残基的磷酸化和去磷酸化,是细胞内信号级联反应中的重要环节,由酪氨酸激酶(PTK)和酪氨酸磷酸酶(PTP)两类作用相反的酶调节。许多实验证实,在哺乳动物细胞中,ROS直接作用于PTP,而非PTK,因为位于PTP催化活性关键部位的半胱氨酸残基很容易受ROS作用。PTP家族包括多个亚型,分别属于胞液型或胞膜型。SHP-1是重要的胞液型PTP,主要发挥抑制功能。它们直接或间接与淋巴细胞受体物理联结,生理性下调受体激发后的淋巴细胞反应。CD45是一种重要的受体样PTP,它能促进抗原受体交联引起的信号反应,参与受体激活后引发的Ca2+内流。
因此,我们设想,ROS作为“T细胞共刺激的内源性信号分子及适度氧化刺激促进功能发挥”的事实,与“强氧化环境削弱信号反应”的现象相矛盾。这可能是ROS与PTP这类对氧化还原敏感的酶的复杂作用有关。即在高分压氧下,淋巴细胞功能变化可能是由于细胞内ROS生成增多、以致影响PTP功能,从而改变蛋白酪氨酸的磷酸化,最终影响信号通路引起的。
这可能存在以下几种情况:①不同的PTP对ROS的敏感度不同。譬如,暴露于适度高分压氧下,T细胞内ROS短暂、轻微增加,仅影响胞液内PTP,使其抑制功能丧失,细胞功能上调,而对胞膜上丰富且合成活跃的CD45并无明显作用;但如氧化刺激强度增加,则CD45也受抑制,引起细胞功能下调。②由于各种氧化刺激对基因转录、蛋白质表达等各方面均有作用,如可影响转录因子NF-κB活性;高分压氧可能通过影响PTP基因表达或蛋白质合成来改变它们的生理作用。
为验证上述假设,本研究拟以大鼠脾脏淋巴细胞功能变化(增殖及杀伤能力)作为观测指标,对比各种强度的高分压氧暴露后脾淋巴细胞内胞液型PTP(SHP-1)及受体样PTP(CD45)的mRNA表达及其催化活性之变化。期望为研究高分压氧下免疫细胞功能变化的分子机制提供切入点。对此,我们开展了以下几方面的工作:
1)高分压氧暴露对大鼠离体脾淋巴细胞增殖能力的影响;
2)高分压氧暴露对大鼠离体脾淋巴细胞杀伤能力的影响;
3)高分压氧暴露对大鼠离体脾淋巴细胞PTP(CD45和SHP-1)活性的影响;
4)高分压氧暴露对大鼠离体脾淋巴细胞PTP(CD45和SHP-1)mRNA表达水平的影响。
通过上述研究,我们确定了不同高分压氧暴露后脾淋巴细胞功能变化的趋势,并从分子机制上初步探讨了细胞功能改变的原因,取得了以下结果:一定范围下高分压氧对离体大鼠脾淋巴细胞增殖及杀伤能力存在一个从适度暴露促进功能发挥至过量暴露抑制功能发挥的过程;“小剂量”高分压氧暴露后,大鼠脾淋巴细胞中SHP-1和CD45的mRNA表达水平无明显变化:随高分压氧暴露剂量的增加,大鼠脾淋巴细胞中SHP-1和CD45催化活性先后降低,并且活性的降低可能首先是由于酶的氧化失活引起的。