微量元素砷對免疫系統(tǒng)影響的研究進展

李建平 高靜

微量元素砷對免疫系統(tǒng)影響的研究進展

李建平 高靜

（山東省菏澤市食品藥品檢驗檢測中心 274000） （山東省菏澤市畜牧工作站）

砷又稱砒霜，是不純的三氧化二砷(As2O3)。它是砒石(信石、白砒)在加熱下用升華法制成的。砒霜在人類歷史上曾以小劑量作為強壯劑，以“妙藥神石”著稱于世。無論埃及還是在歐美各國均有過這類史話。我國歷史上，北方居民、武士、高齡者在嚴(yán)寒季節(jié)有用砒霜作為健身藥的風(fēng)俗。砷為原生質(zhì)毒，過量能使細胞壞死，甚至引起死亡。砷的這種雙重作用引起了人們的廣泛關(guān)注。從1907年有機砷問世以來，砷制劑便用于獸醫(yī)臨床的治療和飼料添加劑。Nielson(1975)等通過大鼠試驗后，砷才被確認(rèn)為動物營養(yǎng)的必需元素。我國在80年代才開始了對砷的研究，1993農(nóng)業(yè)部正式批準(zhǔn)批量生產(chǎn)對氨基苯胂酸。近年來有機胂得到了比較廣泛的應(yīng)用。本文就砷的生物學(xué)特性以及對免疫系統(tǒng)的影響做一概述，為將來的研究提供參考。

1 砷的生物學(xué)功能

1.1 參與蛋白質(zhì)、氨基酸的代謝

微量的砷可刺激大鼠機體同化作用增強，促進蛋白質(zhì)的合成，加速大鼠生長，砷還可通過影響精氨酸酶的活性而影響精氨酸的代謝，通常氨基酸代謝產(chǎn)生的胺以脲酸等形式排出、脲酸水平的變化，可反映氨基酸代謝的改變。

1.2 某些酶的活性激活或抑制

FerlewK.e報道砷能影響血清堿性磷酸酶、r谷氨酸轉(zhuǎn)肽酶的活性。飲水型砷中毒致人體紅細胞膜Na+-K+-ATP 酶活性下降[1]。砷是一種能與含巰基蛋白高度結(jié)合的原漿毒，在體內(nèi)存在儲積傾向。砷的化學(xué)形式可分為有機砷與無機砷，在體內(nèi)的相互轉(zhuǎn)換和代謝決定著砷的毒性作用，無機砷的毒性較大易在體內(nèi)積累，主要經(jīng)腸道緩慢排泄，而有機砷則相對毒性較低，儲積低，主要經(jīng)腎臟較快排出。在海魚和其它海產(chǎn)品食物里發(fā)現(xiàn)一類脂溶性有機砷化合物，對培養(yǎng)的人膀胱 (UROtsa)和肝(HepG2)細胞的實驗結(jié)果顯示，無機砷化合物比有機砷化合物有更強的細胞毒性作用，當(dāng)其在細胞中蓄積，使細胞能量代謝降低[2]。

1.3 促進骨髓的造血機能

砷可以促進微血管的滲透性和生物膜的通透性，血液中的養(yǎng)分易于進入組織細胞，進而改善組織營養(yǎng)和體質(zhì)營養(yǎng)。直接或通過血液中紅細胞的分解產(chǎn)物刺激造血器官。

1.4 對抗硒中毒，拮抗汞、鉛等重金屬的毒性

實驗證明，砷和硒具有拮抗作用，在肝臟內(nèi)砷與硒形成無毒的共軛化合物，排入膽汁，從而減弱砷硒對肝臟的損害。在膽汁中砷硒通過相互作用促進排泄。砷硒還能相互作用抑制在消化道內(nèi)的吸收，增加尿中的排泄量。因此，砷是硒中毒的有效解毒劑。同樣，硒也是砷中毒的解毒劑。實驗還證明，砷能拮抗和減弱微量元素碘、汞、鎘的毒性。此外，砷也與VB12相互協(xié)同，促進機體的代謝機能[3]。

1.5 與動物的繁殖有關(guān)

日糧中缺砷可導(dǎo)致生長期山羊體重減輕及小山羊出生體重明顯較低，并可致山羊受孕成功率下降，流產(chǎn)率增高和圍產(chǎn)期死亡率增加。缺砷大鼠出現(xiàn)生長緩慢，毛色雜亂發(fā)黃，細胞膜滲透性升高，雞、豬等動物喂以低砷飼料(含砷量低于0.035mg/kg)，在它們幼年期便發(fā)現(xiàn)生長速度減慢。英格蘭流行病學(xué)研究報道[4]；當(dāng)孕婦生活用水中砷濃度超過10μg/L時,出生低體重(小于2500g)新生兒的風(fēng)險增加，沒有足夠證據(jù)表明會引起早產(chǎn)，新生兒個體小與其有相關(guān)性。

1.6 抗生素樣作用

一般認(rèn)為，動物腸道內(nèi)有害菌可致其腸壁增厚，動物腸壁的厚薄與養(yǎng)分吸收利用率呈負相關(guān)。砷對各種鏈球菌、大腸桿菌、沙門氏菌及腸道大腸桿菌均有抑制作用，適量的砷可改善腸道細菌生物群落，阻止腸壁增厚，進而提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率。

2 砷對免疫系統(tǒng)的負面影響

2.1 砷中毒對免疫器官的影響

大量動物試驗證明[5]，砷中毒可以影響免疫器官的發(fā)育。雞實驗性砷中毒后胸腺及肝臟的器官指數(shù)，試驗組顯著低于對照組，而且發(fā)現(xiàn)胸腺皮質(zhì)萎縮變薄，淋巴細胞減少，法氏囊上皮也出現(xiàn)空泡。As2O3導(dǎo)致實驗小鼠的脾臟系數(shù)明顯降低(P<0.01)。此外，砷中毒還可以影響骨髓的造血功能，從而干擾各種免疫細胞的生成。有研究報道[6]，多發(fā)性硬皮病的血中砷的濃度比正常人血中濃度高，其病情發(fā)展與血中高濃度砷有關(guān)。

2.2 砷中毒對免疫細胞的影響

2.2.1 砷中毒可以影響紅細胞的功能 JieLiu[7]等采用補體致敏酵母多糖血凝法，測得砷中毒小鼠的紅細胞血凝陽性率與對照組相比明顯降低(P<0.01)提示紅細胞表面C3b受體的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。另有學(xué)者[8]用掃描電鏡進一步觀察了紅細胞膜表面的情況，發(fā)現(xiàn)紅細胞表面不光滑，有纖毛，透射電鏡下結(jié)構(gòu)松散，邊緣不齊。由此可見，砷中毒可以使紅細胞受損傷，結(jié)構(gòu)改變，C3b受體數(shù)量減少，直接影響機體的免疫粘附功能，造成機體消除免疫復(fù)合物和有毒物質(zhì)的能力減弱。

2.2.2 砷中毒可以影響T淋巴細胞的數(shù)量和功能 研究者曾用ANAE法發(fā)現(xiàn)實驗大鼠的T淋巴細胞的數(shù)量和活性明顯降低[9-10]，從而直接影響細胞免疫應(yīng)答及TD-Ag的體液免疫應(yīng)答。

2.2.3 砷中毒還可以對嗜中性白細胞、巨嗜細胞及樹突狀細胞造成影響 嗜中性白細胞吞噬能力試驗[11]顯示砷中毒實驗動物的中性白細胞吞噬能力明顯降低。蔡威黔[12]等用半體內(nèi)法進行了單核細胞吞噬功能的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)染砷動物的單核巨嗜細胞的吞噬功能明顯低于對照組。另有研究報道[13]采用單克隆抗體Leu6間接免疫酶標(biāo)法對新疆砷中毒病人皮膚內(nèi)朗格罕細胞進行研究，發(fā)現(xiàn)非腫瘤性角化癥病變區(qū)內(nèi)表皮的角質(zhì)層增厚，表皮內(nèi)LC增加，表皮色素減少或消失區(qū)內(nèi)LC數(shù)較多。

2.3 砷中毒對免疫分子的影響

大量實驗證明，砷可咀引起動物血清抗體水平下降，而且IgM的活力受到抑制(Blakey,1980)。JieLiu[7]等還發(fā)現(xiàn)急性砷中毒小鼠體內(nèi)HSP60、HSP70、HSP90、GADD45、TNF－α和肉眼可見炎性蛋白－2等分子的含量明顯增加，這些免疫分于在慢性砷中毒過程中，是否存在同樣的變化，還需要進一步證實。另據(jù)報道，慢性燃煤型砷中毒病人的血清轉(zhuǎn)化生長因子α(TGFα)含量明顯高于對照人群，而且隨著病情的加重，差異也更加明顯。Adrien(1985)指出，砷的藥理作用和毒理作用是一致。但是控制好劑量就不會出問題，出現(xiàn)毒理作用的前提是砷的添加劑量超標(biāo)。因此，我們相信科學(xué)的添加砷制劑一定會改進免疫系統(tǒng)的功能。

3 As2O3對機體免疫功能的正向調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用

3.1 對早期急性早幼粒細胞白血病有顯著療效

急性白血病普遍表達端粒酶活性，與白血病的發(fā)生發(fā)展有密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，白血病經(jīng)過三氧化二砷治療后，獲得臨床血液及骨髓細胞學(xué)緩解，同時端粒酶活性較原來明顯降低。三氧化二砷抑制白血病及實體瘤細胞增殖和誘導(dǎo)凋亡過程中端粒酶活動度下調(diào)，并且阻滯細胞周期在G2/M期，細胞周期蛋白和凋亡相關(guān)蛋白表達改變等，有資料證實，K562細胞需要較大劑量的三氧化二砷才能出現(xiàn)生長抑制，三氧化二砷治療急性白血病實際上下調(diào)端粒酶的活性，即三氧化二砷調(diào)節(jié)端粒酶活性是其抗腫瘤的重要途徑[14]。

3.2 改善和提高機體的免疫力，抑制實體腫瘤的生長

腫瘤的無限制生長是由于惡性腫瘤細胞喪失了自發(fā)性凋亡，而非生長增殖過快所致、現(xiàn)己證實多種腫瘤存在凋亡受阻的現(xiàn)象，人們提出了以細胞凋亡為新的目標(biāo)來尋找治療腫瘤的途徑，選擇較特異性地誘發(fā)凋亡的藥物尤為重要?，F(xiàn)己發(fā)現(xiàn)As2O3可以誘導(dǎo)多種實體瘤細胞發(fā)生凋亡，國外已經(jīng)有As2O3治療多種腫瘤的專利。Cai X等[15]研究用氧化鐵磁性納米顆粒同時結(jié)合As2O3和阿霉素比單獨結(jié)合As2O3或阿霉素對非霍奇金淋巴瘤(NHL)細胞(Raji cells)殺傷作用大幅提高。

3.2.1 胃癌 實驗發(fā)現(xiàn) As2O3對胃癌細胞株(SGC7901)有明顯的增殖抑制作用，隨著其作用濃度的升高，細胞的增殖抑制率亦縮著升高。三氧化二砷對胃癌細胞放射增敏作用的研究[16]。

3.2.2 肝癌 秦淑逵報道[13]，用As2O3治療肝癌患者一例，明顯改善了生活質(zhì)量和延長了生存時間。動物試驗和小鼠肝癌細胞單層培養(yǎng)試驗均觀察到As2O3對肝癌細胞有明顯的抑制作用，而對正常組織和細胞無影響。

3.2.3 結(jié)腸癌 王曉春等選用結(jié)腸癌SW620細胞系，運用流式細胞術(shù)檢測As2O3對結(jié)腸癌的抑制和誘導(dǎo)凋亡作用；用逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)方法檢測MRP mRNA的表達。結(jié)果As2O3對結(jié)腸癌SW620細胞具有抑制生長作用及增加凋亡誘導(dǎo)率，不同濃度的As2O3均可誘導(dǎo)凋亡[17]。

3.2.4 神經(jīng)母細胞瘤 仍鋼等發(fā)現(xiàn)臨床用于治療APL的As2O3劑量(0.5~4umol/L)體外可明顯抑制神經(jīng)母細胞瘤細胞株SJ-N-SY的增殖，作用機制主要為誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡[18]。

3.2.5 肺癌 石玉枝等采用末端脫氧核苷酰轉(zhuǎn)移(TUNEL)法檢測細胞凋亡,免疫組織化學(xué)(SABC)法分析As2O3對小細胞肺癌細胞(NeI-H細胞)p53、bcl-2基因蛋白表達的影響，結(jié)果表明As2O3抗腫瘤作用主要是通過誘導(dǎo)細胞凋亡實現(xiàn)的,其機制與上調(diào)p53基因表達及下調(diào)bcl-2基因表達有密切關(guān)系[19].

3.2.6 其他 近年來研究表明As2O3對多種惡性實體瘤都有強大的抗癌作用,中國食品藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)批準(zhǔn)ATO用于APL和肝臟腫瘤的治療,這些進展極大促進了其應(yīng)用于治療各種惡性腫瘤的基礎(chǔ)研究和臨床實踐。

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（2014–07–30）

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1007-1733(2014)08-0101-03