镉影响大鼠脾细胞β-受体及镉的免疫毒性
作者:董书芸 黎大明 余贵英 卢次勇 林忠宁 胡前胜 任铁玲 蔡承铿 宋宏
单位:中山医科大学环境卫生教研室,广州 510089
关键词:镉;β-肾上腺素能受体;T细胞亚群;T淋巴细胞增殖功能
卫生研究/990405 摘要:本实验应用了单独染镉和β-肾上腺素能受体阻断剂与镉联合作用两种动物模型,探讨了不同剂量镉对大鼠脾细胞β-肾上腺素能受体密度的影响,同时检测了T淋巴细胞亚群(CD+4,CD+8,CD+4/CD+8)和T淋巴细胞的增殖功能。结果表明镉可刺激并使脾细胞膜上的β-受体密度增加,镉对T细胞的免疫毒性表现为抑制T淋巴细胞的增殖功能,改变T细胞亚群的分型;而在β-受体被阻断后,镉的这种免疫毒性作用减轻:T淋巴细胞增殖功能不再受影响,T细胞亚群所受的影响也减少。因此,β-肾上腺素能受体机制可能是镉的细胞免疫毒性机制的一个重要部分。
, http://www.100md.com
中图分类号 TQ0864 Q593.9 O614.242
Effect of cadmium on the β-adrenorecepter of splenic cell
of rats and its immunotoxicity
Dong Shuyun,Li Daming,Yu Guiying,et al.
Dept.of Environmental Health,Sun Yat-sen University of Medical Sciences,Guangzhou 510089, China
Rats were given cadmium(Cd) alone or Cd with beta-antagonist in order to study the effect of Cd on β-adrenorecepter density of rat splenic cells.The subsets of T-lymphocytes (CD+4,CD+8,CD+4/CD+8)and the proliferation of T lymphocytes were also detected. Cadmium alone stimulated and increased β-adrenorecepter density of rat splenic cell membrane.The immunotoxicity of Cd showed that the proliferation of T-lymphocytes was inhibited and the subsets of T cells were changed. But in the animals with beta-antagonist,the immunotoxicity of Cd on T cells was decreased.It is concluded that β-adrenorecepter may play an important role in the mechanism of cadmium on cell immunotoxicity.
, http://www.100md.com
Key words: cadmium,β-adrenorecepter,proliferation of T cells
镉作为一种重要工业原料,在广泛应用的同时也造成了大量的环境污染,其对免疫功能影响虽有较多研究,但对于其作用机制仍未完全阐明。β-肾上腺素能受体(简称β-受体)存在于几乎所有的免疫细胞上,表明肾上腺素能神经递质可通过与免疫细胞上的β-受体结合而影响其功能,参与免疫调节。本实验利用不同剂量的单独染镉组及心得安(β-受体阻断剂)与镉联合染毒组,测定了大鼠脾细胞β-肾上腺素能受体密度情况和脾脏T淋巴细胞的免疫功能,对镉细胞免疫毒性的肾上腺素能作用机制进行了探讨[1]。
1 材料和方法
1.1 实验动物及染毒
1.1.1 单独染镉
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SD雄性大鼠32只(140±10)g,二级动物,由中山医科大学实验动物中心提供,随机分成4组,即:对照组,低镉(3.34mg/kg),中镉(6.69mg/kg),高镉(13.39mg/kg)组。CdCl2每天经口灌胃,连续2周。
1.1.2 联合染毒(β-受体阻断剂心得安与CdCl2联合作用)
SD雄性大鼠40只(140±10)g,二级动物,由中山医科大学实验动物中心提供,随机分成5组,即:空白对照组,单独心得安组,心得安+低镉组,心得安+中镉组,心得安+高镉组。在给镉前先经口每天给予心得安(1mg/kg)3天,然后给予与单独染镉组相同剂量的镉,同时继续给予心得安,连续2周。
1.2 大鼠脾细胞制备
股动脉放血处死大鼠,无菌取脾,用毛玻璃磨碎,200目网筛过滤,制成单个脾细胞悬液,离心(1000r/min,10min),用氯化铵缓冲液溶解红细胞5min,离心(1000r/min,10min),再用Hank's液(pH7.4)洗2次(离心1000r/min,10min),调节细胞浓度为1×107/ml。
, 百拇医药
1.3 检测指标
1.3.1 β-受体密度测定[2]
按吕宝璋方法取细胞反应液(1×107/ml)100μl,加入终浓度为4.0nmol/L的3H-DHA。非特异管加入0.2mmol/L的心得安,以PBS缓冲液(pH7.4)将反应体系调至300μl,在0℃冰水浴中孵育10分钟,然后立即减压抽滤,除去游离的3H-DHA,在80℃经30min烤干滤纸,置闪烁液中测其放射性,以特异结合管减去非特异结合管,计算单位细胞β-受体密度。
1.3.2 T淋巴细胞增殖转化功能测定(MTT法)[3]
参照Mosmann法,用MTT显色,比较各样本测定孔与对照孔光密度差值(ΔA)以表示脾T淋巴细胞增殖功能。
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1.3.3 T淋巴细胞亚群测定
用单克隆免疫荧光抗体(CD4∶FITC,CD8∶FITC,seroTEC)标记,流式细胞仪检测,计算辅助性T淋巴细胞()和抑制性T淋巴细胞()的百分比及比率。
1.4 结果统计分析
用SPSS软件包进行ONE WAY ANOVA方差分析。
表1 单独染镉大鼠脾细胞β-受体密度与T细胞免疫功能的变化 组别
, http://www.100md.com
镉
(mg/kg)
β-受体密度
(log dpm)
T细胞增殖(ΔA)(%)(%)
对照
0
1.6377±0.2336
0.0697±0.0061
, http://www.100md.com
33.33±5.32
29.35±5.04
1.21±0.29
低镉
3.34
2.0357±0.4336
0.0357±0.0124(1)
32.39±4.04
24.59±4.34
1.35±0.26
中镉
, 百拇医药 6.69
2.0778±0.4113(1)
0.0208±0.0114(1)
29.11±5.73
25.72±3.35
1.16±0.34
高镉
13.39
2.0556±0.1966(1)
0.0243±0.0120(1)
, http://www.100md.com 30.19±5.07
20.44±3.84(1)
1.52±0.36
F
3.4452
4.2844
1.1227
6.2430
2.0479
P
0.03
0.02
, 百拇医药
0.36
0.002
0.13
注:(1)与对照相比,P<0.05 (2)与中镉组相比,P<0.05。2 结果
2.1 单独染镉对大鼠脾细胞β-受体密度及对T细胞的免疫毒性
由表1可见,单独染镉2周后大鼠脾细胞的β-受体密度在中镉及高镉组明显高于对照组(P<0.05)。各剂量染镉组动物脾T淋巴细胞的增殖转化功能都显著低于对照组,但剂量-反应关系不明显。高镉组显著低于对照和中镉组,而和在各组间相比却未见显著性差异。
, http://www.100md.com
表2 心得安阻断β-受体后镉对β-受体密度和T细胞免疫功能的影响 组别
心得安
(mg/kg)
镉
(mg/kg)
β-受体密度(log dpm)
T细胞增殖(ΔA)
CD+4(%)
CD+8(%)
CD+4/CD+8
, 百拇医药
对照
0
0
1.7956±0.6063
0.0544±0.0056
33.73±6.10
22.20±3.21
1.64±0.28
心得安
1
0
2.4479±0.2932(1)
, http://www.100md.com
0.0515±0.0083
33.53±6.91
20.45±3.29
1.69±0.52
低镉+心得安
1
3.34
2.6141±0.4119(1)
0.0288±0.0057
32.88±5.15
25.26±4.39(1~3)
, 百拇医药
1.30±0.19(3)
中镉+心得安
1
6.69
2.3820±0.3234(1)
0.0367±0.0090
33.30±5.19
18.50±3.54
1.84±0.37
高镉+心得安
1
, 百拇医药
13.39
2.2188±0.5668
0.0503±0.0101
31.65±5.62
20.08±4.57
1.61±0.32
F
3.6978
3.1591
0.1547
3.2358
2.2513
, 百拇医药
P
0.01
0.04
0.96
0.02
0.08
注:(1)与对照相比,P<0.05 (2)与心得安组相比,P<0.05 (3)与中镉组相比,P<0.05。2.2 阻断β-受体后镉对β-受体密度的影响和对T细胞的免疫毒性
结果表明,以心得安阻断β-受体后,脾细胞β-受体密度与对照相比增高,差别有显著性;在心得安与镉联合作用组中,低及中镉+心得安组明显高于对照组,但高镉+心得安组与对照组没有显著性差异,且各联合作用组与单独心得安组间亦无差别。所测的各项免疫指标中,各组间T细胞增殖功能未见显著差异。但检测T细胞亚群时发现,各组间无显著性差异;低镉+心得安组的增高,明显高于对照、单独心得安、中镉+心得安组;明显低于中镉组,但高镉+心得安组的,,均与其他组没有显著性差异。
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3 讨论
为探讨镉的免疫毒性机制,本研究着手于内分泌-免疫调节网络,采用普通和阻断β-肾上腺素能受体的动物模型,检测了镉对大鼠脾细胞表面的β-肾上腺素能受体密度的影响,同时测定了镉对脾T淋巴细胞的免疫毒性,试图探索肾上腺素机制在镉免疫毒性中的重要性。
结果表明,镉可刺激并使淋巴细胞膜上的β-肾上腺素能受体密度增加,这种刺激可能与镉通过某种机制增强了β-肾上腺素能受体在淋巴细胞膜上的表达所致。用6-OHDA处理小鼠脾细胞可观察到同样的效应[4]。用心得安阻断β-肾上腺素能受体后发现,β-肾上腺素能受体在心得安单独作用组比对照组有显著性增高,与文献报道一致[5],这主要是由于心得安阻断后引起了受体的上调。各剂量染镉与心得安联合作用组与心得安单独作用组没有显著差别,但与对照组相比却有显著性的增高,且心得安+镉引起的β-肾上腺素能受体密度增高与心得安单独引起的增高很接近。可见,阻断β-肾上腺素能受体后,镉刺激β-肾上腺素能受体的作用减弱。
, 百拇医药
本研究还证实了镉对T淋巴细胞的免疫毒性,发现镉可使大鼠脾T淋巴细胞增殖功能受到抑制,即使在低剂量时就有显著性的降低,此外还同时见到了T细胞亚群的变化,高镉组显著低于对照和中镉组。但在用心得安阻断β-肾上腺素能受体后,镉对T淋巴细胞增殖功能的抑制作用消失,心得安+中镉组高于其他组,低于其余各组,而高镉+心得安组,,却未见与对照或心得安单独作用组有差别,同样也表明由于心得安的作用减轻了镉对T细胞亚群的影响。
, 百拇医药
在探索镉免疫毒性肾上腺素机制的过程中,本项研究中的一个重要环节,即镉作为一种外来化学物本身并不能直接与细胞表面的β受体结合,但可引起血浆中去甲肾上腺素和肾上腺素水平变化和/或影响β肾上腺素能受体的密度,从而加强或减弱去甲肾上腺素和肾上腺素与其受体作用的程度,继而影响有关的“激素效应”。β-肾上腺素能受体兴奋后,通常可激活细胞表面腺苷酸环化酶(AC酶),从而使细胞内环磷酸腺苷(cAMP)水平改变,cAMP对细胞免疫功能的影响主要为负调节,即免疫抑制[6]。我们的其他研究及有关体外实验研究证实,用心得安阻断β-肾上腺素能受体后对镉引起的淋巴细胞AC酶活性增高及cAMP含量的升高有一定的抑制作用[7],也就是心得安能通过β肾上腺素能受体机制减轻镉的免疫毒性,β肾上腺素能受体-cAMP机制在镉的免疫毒性机制中占有重要地位。但镉作用的起始点在于影响去甲肾上腺素和肾上腺素含量,或直接作用于细胞表面的β-受体,除此机制外是否还存在着α肾上腺素机制,将是我们进一步探讨的内容。
* 国家自然科学基金资助(39570626)
, http://www.100md.com
作者简介:董书芸,女,硕士,讲师
参考文献
1.周建平,杨贵贞.中华微生物学和免疫学杂志,1988,8(3):141—143
2.A arons RD,Molznoff PB.Changes in the density of beta adrenergic receptors in rat lymphocytes,heart and lung after chronic treatment with proprnolol.J Pharmal Exp Ther.,1982,221:439—445
3.薛冰.免疫毒理学实验技术.北京:北京医科大学,中国协和医科大学联合出版社,1995.19—23
4.Miles k. β-Adrenergic receptors on splenic lymphocytes from axotomyed mice.Int J Immupharmacol,1984,6(3):171—179
5.张德成.动物细胞受体学基础.北京:中国农业出版社.1996.60—81
6.Bruce A,Funchs.The role of brain-immune interactions in immunotoxicology. Crit Rev Toxicol.1994,24(2):151—160
7.黎大明,陈成章,宋宏,等.镉对免疫系统的影响及与前列腺素的关系.中国公共卫生学报,1997,16(4):216—218
1998-12-10收稿, 百拇医药
单位:中山医科大学环境卫生教研室,广州 510089
关键词:镉;β-肾上腺素能受体;T细胞亚群;T淋巴细胞增殖功能
卫生研究/990405 摘要:本实验应用了单独染镉和β-肾上腺素能受体阻断剂与镉联合作用两种动物模型,探讨了不同剂量镉对大鼠脾细胞β-肾上腺素能受体密度的影响,同时检测了T淋巴细胞亚群(CD+4,CD+8,CD+4/CD+8)和T淋巴细胞的增殖功能。结果表明镉可刺激并使脾细胞膜上的β-受体密度增加,镉对T细胞的免疫毒性表现为抑制T淋巴细胞的增殖功能,改变T细胞亚群的分型;而在β-受体被阻断后,镉的这种免疫毒性作用减轻:T淋巴细胞增殖功能不再受影响,T细胞亚群所受的影响也减少。因此,β-肾上腺素能受体机制可能是镉的细胞免疫毒性机制的一个重要部分。
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中图分类号 TQ0864 Q593.9 O614.242
Effect of cadmium on the β-adrenorecepter of splenic cell
of rats and its immunotoxicity
Dong Shuyun,Li Daming,Yu Guiying,et al.
Dept.of Environmental Health,Sun Yat-sen University of Medical Sciences,Guangzhou 510089, China
Rats were given cadmium(Cd) alone or Cd with beta-antagonist in order to study the effect of Cd on β-adrenorecepter density of rat splenic cells.The subsets of T-lymphocytes (CD+4,CD+8,CD+4/CD+8)and the proliferation of T lymphocytes were also detected. Cadmium alone stimulated and increased β-adrenorecepter density of rat splenic cell membrane.The immunotoxicity of Cd showed that the proliferation of T-lymphocytes was inhibited and the subsets of T cells were changed. But in the animals with beta-antagonist,the immunotoxicity of Cd on T cells was decreased.It is concluded that β-adrenorecepter may play an important role in the mechanism of cadmium on cell immunotoxicity.
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Key words: cadmium,β-adrenorecepter,proliferation of T cells
镉作为一种重要工业原料,在广泛应用的同时也造成了大量的环境污染,其对免疫功能影响虽有较多研究,但对于其作用机制仍未完全阐明。β-肾上腺素能受体(简称β-受体)存在于几乎所有的免疫细胞上,表明肾上腺素能神经递质可通过与免疫细胞上的β-受体结合而影响其功能,参与免疫调节。本实验利用不同剂量的单独染镉组及心得安(β-受体阻断剂)与镉联合染毒组,测定了大鼠脾细胞β-肾上腺素能受体密度情况和脾脏T淋巴细胞的免疫功能,对镉细胞免疫毒性的肾上腺素能作用机制进行了探讨[1]。
1 材料和方法
1.1 实验动物及染毒
1.1.1 单独染镉
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SD雄性大鼠32只(140±10)g,二级动物,由中山医科大学实验动物中心提供,随机分成4组,即:对照组,低镉(3.34mg/kg),中镉(6.69mg/kg),高镉(13.39mg/kg)组。CdCl2每天经口灌胃,连续2周。
1.1.2 联合染毒(β-受体阻断剂心得安与CdCl2联合作用)
SD雄性大鼠40只(140±10)g,二级动物,由中山医科大学实验动物中心提供,随机分成5组,即:空白对照组,单独心得安组,心得安+低镉组,心得安+中镉组,心得安+高镉组。在给镉前先经口每天给予心得安(1mg/kg)3天,然后给予与单独染镉组相同剂量的镉,同时继续给予心得安,连续2周。
1.2 大鼠脾细胞制备
股动脉放血处死大鼠,无菌取脾,用毛玻璃磨碎,200目网筛过滤,制成单个脾细胞悬液,离心(1000r/min,10min),用氯化铵缓冲液溶解红细胞5min,离心(1000r/min,10min),再用Hank's液(pH7.4)洗2次(离心1000r/min,10min),调节细胞浓度为1×107/ml。
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1.3 检测指标
1.3.1 β-受体密度测定[2]
按吕宝璋方法取细胞反应液(1×107/ml)100μl,加入终浓度为4.0nmol/L的3H-DHA。非特异管加入0.2mmol/L的心得安,以PBS缓冲液(pH7.4)将反应体系调至300μl,在0℃冰水浴中孵育10分钟,然后立即减压抽滤,除去游离的3H-DHA,在80℃经30min烤干滤纸,置闪烁液中测其放射性,以特异结合管减去非特异结合管,计算单位细胞β-受体密度。
1.3.2 T淋巴细胞增殖转化功能测定(MTT法)[3]
参照Mosmann法,用MTT显色,比较各样本测定孔与对照孔光密度差值(ΔA)以表示脾T淋巴细胞增殖功能。
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1.3.3 T淋巴细胞亚群测定
用单克隆免疫荧光抗体(CD4∶FITC,CD8∶FITC,seroTEC)标记,流式细胞仪检测,计算辅助性T淋巴细胞()和抑制性T淋巴细胞()的百分比及比率。
1.4 结果统计分析
用SPSS软件包进行ONE WAY ANOVA方差分析。
表1 单独染镉大鼠脾细胞β-受体密度与T细胞免疫功能的变化 组别
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镉
(mg/kg)
β-受体密度
(log dpm)
T细胞增殖(ΔA)(%)(%)
对照
0
1.6377±0.2336
0.0697±0.0061
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33.33±5.32
29.35±5.04
1.21±0.29
低镉
3.34
2.0357±0.4336
0.0357±0.0124(1)
32.39±4.04
24.59±4.34
1.35±0.26
中镉
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2.0778±0.4113(1)
0.0208±0.0114(1)
29.11±5.73
25.72±3.35
1.16±0.34
高镉
13.39
2.0556±0.1966(1)
0.0243±0.0120(1)
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20.44±3.84(1)
1.52±0.36
F
3.4452
4.2844
1.1227
6.2430
2.0479
P
0.03
0.02
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0.36
0.002
0.13
注:(1)与对照相比,P<0.05 (2)与中镉组相比,P<0.05。2 结果
2.1 单独染镉对大鼠脾细胞β-受体密度及对T细胞的免疫毒性
由表1可见,单独染镉2周后大鼠脾细胞的β-受体密度在中镉及高镉组明显高于对照组(P<0.05)。各剂量染镉组动物脾T淋巴细胞的增殖转化功能都显著低于对照组,但剂量-反应关系不明显。高镉组显著低于对照和中镉组,而和在各组间相比却未见显著性差异。
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表2 心得安阻断β-受体后镉对β-受体密度和T细胞免疫功能的影响 组别
心得安
(mg/kg)
镉
(mg/kg)
β-受体密度(log dpm)
T细胞增殖(ΔA)
CD+4(%)
CD+8(%)
CD+4/CD+8
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对照
0
0
1.7956±0.6063
0.0544±0.0056
33.73±6.10
22.20±3.21
1.64±0.28
心得安
1
0
2.4479±0.2932(1)
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0.0515±0.0083
33.53±6.91
20.45±3.29
1.69±0.52
低镉+心得安
1
3.34
2.6141±0.4119(1)
0.0288±0.0057
32.88±5.15
25.26±4.39(1~3)
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1.30±0.19(3)
中镉+心得安
1
6.69
2.3820±0.3234(1)
0.0367±0.0090
33.30±5.19
18.50±3.54
1.84±0.37
高镉+心得安
1
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13.39
2.2188±0.5668
0.0503±0.0101
31.65±5.62
20.08±4.57
1.61±0.32
F
3.6978
3.1591
0.1547
3.2358
2.2513
, 百拇医药
P
0.01
0.04
0.96
0.02
0.08
注:(1)与对照相比,P<0.05 (2)与心得安组相比,P<0.05 (3)与中镉组相比,P<0.05。2.2 阻断β-受体后镉对β-受体密度的影响和对T细胞的免疫毒性
结果表明,以心得安阻断β-受体后,脾细胞β-受体密度与对照相比增高,差别有显著性;在心得安与镉联合作用组中,低及中镉+心得安组明显高于对照组,但高镉+心得安组与对照组没有显著性差异,且各联合作用组与单独心得安组间亦无差别。所测的各项免疫指标中,各组间T细胞增殖功能未见显著差异。但检测T细胞亚群时发现,各组间无显著性差异;低镉+心得安组的增高,明显高于对照、单独心得安、中镉+心得安组;明显低于中镉组,但高镉+心得安组的,,均与其他组没有显著性差异。
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3 讨论
为探讨镉的免疫毒性机制,本研究着手于内分泌-免疫调节网络,采用普通和阻断β-肾上腺素能受体的动物模型,检测了镉对大鼠脾细胞表面的β-肾上腺素能受体密度的影响,同时测定了镉对脾T淋巴细胞的免疫毒性,试图探索肾上腺素机制在镉免疫毒性中的重要性。
结果表明,镉可刺激并使淋巴细胞膜上的β-肾上腺素能受体密度增加,这种刺激可能与镉通过某种机制增强了β-肾上腺素能受体在淋巴细胞膜上的表达所致。用6-OHDA处理小鼠脾细胞可观察到同样的效应[4]。用心得安阻断β-肾上腺素能受体后发现,β-肾上腺素能受体在心得安单独作用组比对照组有显著性增高,与文献报道一致[5],这主要是由于心得安阻断后引起了受体的上调。各剂量染镉与心得安联合作用组与心得安单独作用组没有显著差别,但与对照组相比却有显著性的增高,且心得安+镉引起的β-肾上腺素能受体密度增高与心得安单独引起的增高很接近。可见,阻断β-肾上腺素能受体后,镉刺激β-肾上腺素能受体的作用减弱。
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本研究还证实了镉对T淋巴细胞的免疫毒性,发现镉可使大鼠脾T淋巴细胞增殖功能受到抑制,即使在低剂量时就有显著性的降低,此外还同时见到了T细胞亚群的变化,高镉组显著低于对照和中镉组。但在用心得安阻断β-肾上腺素能受体后,镉对T淋巴细胞增殖功能的抑制作用消失,心得安+中镉组高于其他组,低于其余各组,而高镉+心得安组,,却未见与对照或心得安单独作用组有差别,同样也表明由于心得安的作用减轻了镉对T细胞亚群的影响。
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在探索镉免疫毒性肾上腺素机制的过程中,本项研究中的一个重要环节,即镉作为一种外来化学物本身并不能直接与细胞表面的β受体结合,但可引起血浆中去甲肾上腺素和肾上腺素水平变化和/或影响β肾上腺素能受体的密度,从而加强或减弱去甲肾上腺素和肾上腺素与其受体作用的程度,继而影响有关的“激素效应”。β-肾上腺素能受体兴奋后,通常可激活细胞表面腺苷酸环化酶(AC酶),从而使细胞内环磷酸腺苷(cAMP)水平改变,cAMP对细胞免疫功能的影响主要为负调节,即免疫抑制[6]。我们的其他研究及有关体外实验研究证实,用心得安阻断β-肾上腺素能受体后对镉引起的淋巴细胞AC酶活性增高及cAMP含量的升高有一定的抑制作用[7],也就是心得安能通过β肾上腺素能受体机制减轻镉的免疫毒性,β肾上腺素能受体-cAMP机制在镉的免疫毒性机制中占有重要地位。但镉作用的起始点在于影响去甲肾上腺素和肾上腺素含量,或直接作用于细胞表面的β-受体,除此机制外是否还存在着α肾上腺素机制,将是我们进一步探讨的内容。
* 国家自然科学基金资助(39570626)
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作者简介:董书芸,女,硕士,讲师
参考文献
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1998-12-10收稿, 百拇医药