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疟疾是山疟原虫感染引起的严重威胁人类生命的感染性疾病之一。最新的统计显示,全世界每年有2-3亿疟疾感染病例,病死人数高达100万。动物模型和人体研究的结果均已表明:CD4+T细胞在抵抗红内期疟原虫感染过程中发挥着至关重要的作用。在疟疾感染过程中,以IFN-γ分泌增加为主的Th1型细胞免疫应答可显著遏制原虫的爆发性增殖,因此诱导有效的抗疟免疫十分重要。
L-Arg在人类中已经被安全使用了十几年了,在成人中是非必须氨基酸,而在儿童中是必须氨基酸。L-Arg能够发挥抗肿瘤、促进伤口愈合和增强机体细胞免疫和体液免疫应答等多种功能。在疟疾中,有限的研究表明疟疾感染患者L-Arg水平明显降低,坦桑尼亚儿童血浆低L-Arg明显和脑疟的病死率呈负相关,低L-Arg导致脑疟儿章NO产生限制,发生严重的疟疾。L-Arg能够恢复印度尼西亚患有严重疟疾的成人内皮功能以及促进NO的产生。然而,目前关于L-Arg在疟疾感染免疫中对免疫应答的作用机制尚不清楚。
我们前期已经成功建立的疟原虫易感的鼠疟模型,实验结果显示:在致死型约氏疟原虫(Plasmosiumyoelii,P.y17XL)感染过程中,BALB/c小鼠由于难以建立有效的Th1应答而全部死于感染早期。为此,拟利用我们成功建立的P.y17XL易感鼠疟模型,观察L-Arg对P.y17XL易感鼠的Th应答影响,以期探讨L-Arg在P.y17XL感染中的作用及其相关机制。旨在为疟疾的有效控制揭示新的理论依据。
实验方法:
1、实验动物、疟原虫及主要试剂
6~8周龄、雌性BALB/c小鼠由中国医学科学院实验动物研究所提供(许可证编号:SCXK京200420001);P.y17XL(日本爱媛大学分子寄生虫学教研室惠赠);L-Arg购自Sigma公司(St.Louis,MO,USA)。
2、动物分组与L-Arg处理
BALB/c小鼠随机分为2组:对照组和L-Arg组,每组20只小鼠。P.y17XL感染前1.5g/Kg体重灌胃生理盐水或L-Arg。体外实验:提取感染后第3d小鼠的脾细胞,与L-Arg共培养,L-Arg终浓度为0、100和400μmol/L,在5%CO2、37℃培养箱中培养。72h后收集细胞,用于流式检测。
3、实验动物感染
BALB/c小鼠分别经腹腔感染1×106P.y17XL寄生的红细胞,感染不同时间小鼠经尾静脉采血,制备薄血膜,Giemsa染色,镜检计数红细胞感染率,并每同观察生存率。
4、脾细胞培养
小鼠感染0d、3d和5d常规无菌摘取脾脏,常规方法制备脾细胞悬液。用含10%FCS的RPM11640调整脾细胞终浓度至1×107个/ml,24孔培养板(FALCON),每孔加入500μ1细胞悬液,一式3孔,培养48h。350×g室温离心10min,收集上清,-80℃保存,待细胞因子及NO测定。
5、细胞因子检测
双抗体夹心ELISA法对小鼠脾细胞培养上清IFN-γ、IL-10和TNF-α的含量分别进行检测,酶标仪(InterMedNJ-2100)测定450nm处OD值。绘制标准曲线,计算细胞因子含量(pg/ml)。
6、NO水平检测
Griess试剂检测脾细胞培养上清中NO含量,100μl细胞培养上清液和100μlGriess反应液室温反应10min,酶标仪检测550nm处OD值,以NaNO2作为标准品进行浓度换算。
7、流式细胞仪检测小鼠脾脏细胞
(1)体内:FACS检测小鼠感染0d、3d和5d脾细胞中mDCs、pDCs、CD11c+CD86+DCs、CD11c+MHCⅡ+DCs、CD11c+CD40+DCs、CD11c+CD80+DCs、CD4+CD69+T、F4/80+CD36+巨噬细胞百分数;
(2)体外:小鼠感染3d脾细胞和L-Arg共培养后,FACS检测mDCs、pDCs、CD11c+CD86+DCs、CD11c+MHCⅡ+DCs、CD11c+TLR9+细胞百分数。
8、统计学分析
使用SPSS17.0统计软件对数据进行处理,标本采用独立样本t检验对数据做统计分析。
实验结果:
1、小鼠不同时间原虫血症及其生存率
对照组小鼠感染后3d原虫血症水平开始迅速上升,小鼠于感染后第6d-8d全部死亡。与此相比,L-Arg组小鼠原虫血症上升缓慢,在感染第16d小鼠全部死亡。L-Arg明显的降低了原虫血症水平,延长了生存期。
2、小鼠感染早期不同时间Th1免疫应答水平
在感染后第3d和5d,L-Arg组小鼠CD4+CD69+T细胞数量出现有意义的升高;脾细胞培养上清中IFN-γ和TNF-α水平均比对照组小鼠高;F4/80+CD36+巨噬细胞数量明显的增加;但是F4/80+巨噬细胞数量没有变化;L-Arg还促进了NO水平出现有意义的增加。
3、小鼠感染早期不同时间DCs的变化
小鼠感染不同时间不论是mDCs还是pDCs于感染后第3d和5d均出现有意义的升高。DCs表面分子CD86和共刺激分子MHCⅡ的表达都出现明显增加,但是CD40和CD80没有变化。另外,更加有意义的是,L-Arg明显的促进了DCs胞内TLR9的表达。体外L-Arg刺激脾细胞中mDCs和pDCs数量增加,促进MHCⅡ、CD86和TLR9的表达。
4、小鼠感染早期不同时间Treg以及IL-10的动态变化
正常感染小鼠Treg数量在感染后出现明显的升高,但是L-Arg并没有改变这种升高;Foxp3表达MFI也没有变化;同样,L-Arg对IL-10没有明显的影响。
结论:
在感染早期L-Arg处理可诱导Th1免疫应答的有效建立,明显遏制P.y17XL红内期疟原虫的感染进程,L-Arg通过活化DCs强化Th1细胞免疫应答。