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弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种严格的细胞内寄生原虫,可以感染几乎所有的温血动物,呈全球性分布。据统计,全世界大约有三分之一的人曾经感染弓形虫。弓形虫感染可导致人和其它哺乳动物流产,该虫是人先天致畸的重要病原体,也是严重影响畜牧业生产的重要寄生虫之一。此外,弓形虫是引起免疫缺陷疾病如AIDS和长期使用免疫抑制剂病人,如器官移植病人等死亡的重要病原体。弓形虫的生活史十分复杂,猫科动物为其终宿主,其他温血动物包括人都是其中间宿主。不同宿主对弓形虫的感染显示出明显的差异,但机理不明。大量研究表明,宿主的腹腔巨噬细胞在对病原体的感染过程发挥着重要功能,而巨噬细胞分泌的一氧化氮被认为起到直接杀灭或抑制病原体的作用。
本论文通过研究大小鼠对弓形虫感染抗性的差异以及其腹腔巨噬细胞一氧化氮合酶与精氨酸酶表达水平及其产物分泌量的差异,初步阐明了一氧化氮及多胺在抗弓形虫感染的过程中发挥着重要作用。研究表明,弓形虫不能在Lewis、SD、F344和Wistar大鼠的腹腔巨噬细胞中繁殖,但却能在NO分泌量较低的BN大鼠和KM、BALB/c、C57BL/6和NIH小鼠的腹腔巨噬细胞中大量繁殖。我们的实验结果还表明BN大鼠以及小鼠的腹腔巨噬细胞在体外经LPS和IFN-γ刺激后产生大量的NO,同时表现出对弓形虫抗性的显著增强。相反,大鼠腹腔巨噬细胞在体外经一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME处理之后,NO分泌量明显降低,同时对弓形虫感染的抗性也显著减弱。
实验结果表明宿主对弓形虫的抗性与腹腔巨噬细胞分泌的一氧化氮合酶的表达水平和NO的分泌量呈明显的正相关关系,而精氨酸酶表达水平及与尿素分泌量呈负相关关系。Lewis、SD、Wista和F344大鼠腹腔巨噬细胞由于分泌大量的NO和生成少量的多胺,对弓形虫显示出较强的抗性;BN大鼠腹腔巨噬细胞分泌NO量较少,故其对弓形虫较易感。相反,由于KM、BALB/c、C57BL/6和NIH小鼠腹腔巨噬细胞在生理状态下分泌的NO极微,但却分泌大量的尿素(多胺代谢活跃),因此表现出对弓形虫的高度易感。
在生理状态下,人及其他哺乳动物巨噬细胞的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和精氨酸酶(arginase)共同作用于同一底物L-精氨酸(L-arginine)。iNOS催化L-精氨酸所产生的NO对细胞内的病原体具有杀灭或抑制作用,而精氨酸酶利用L-arginine代谢产生的多胺则有利于细胞内病原体的生长和繁殖,并同时导致NO分泌量降低。
我们的研究表明,哺乳动物巨噬细胞的一氧化氮及多胺对细胞内弓形虫的作用制机相反,这一新机理的发现为我们研究宿主抗弓形虫的机制以及研究抗弓形虫的新方法乃至研发新的抗弓形虫药物提供了新的重要理论基础。