Human Neutrophil Oxidative Bursts and their in vitro Modulation by Different N-Acetylcysteine Concentrations

Summary

Reactive oxygen species released by activated polymorphonuclear leukocytes as an expression of their defensive function are considered to be a major source of the cytotoxic oxidant stress, that triggers a self-sustaining phlogogenic loop in the respiratory system. N-Acetylcysteine (CAS 616-91-1, NAC), a known mucolytic drug, possesses also antioxidant properties, but it undergoes a rapid and extensive first-pass metabolism resulting in low tissue availability. Thus to further improve the NAC bioavailability a single oral administration of 1200 mg NAC has been recently proposed. This study has been performed to investigate in vitro by means of luminol amplified chemiluminescence the ability of the concentration of 35 µmol/l NAC available after single oral administration of 1200 NAC to interfere with human neutrophil oxidative burst evoked by both corpuscolate and soluble stimulants, in comparison with 16 µmol/l NAC, the serum concentration obtainable after single oral administration of 600 mg NAC. At concentrations of 16 and 35 µmol/l, NAC significantly reduced in a concentration-dependent manner the activation of polymorphonuclear neutrophils (PMNs) oxidative bursts induced by all of the stimulants (C. albicans, formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP), phorbol myristate acetate (PMA)). This effect was also present in cell-free systems, thus confirming the scavenger activity of these two concentrations of NAC. The fact that no effects were seen on PMN phagocytosis and bacterial killing indicates that NAC has no negative influence on other PMN functions such as antimicrobial activity.

Zusammenfassung

Oxidative „Bursts” in menschlichen Neutrophilen und ihre Beeinflussung in vitro durch unterschiedliche Konzentrationen von N-Acetylcystein

Freie Sauerstoffradikale, die von den polymorphkernigen Leukozyten (PMN) freigesetzt und als Ausdruck ihrer Abwehrfunktion aktiviert werden, gelten als Hauptquelle für den oxidierenden zytoto-xischen Streß, der einen phlogogenen Kreislauf aktiviert, der sich seinerseits im Atmungssystem selbst nährt. N-Acetylcystein (CAS 616-91-1, NAC), ein bekanntes Mukolytikum, besitzt auch antioxidierende Wirkung, hat es allerdings mit einem zuerst schnellen und ausgedehnten Stoffwechsel zu tun, mit einer geringen Verfügbarkeit im Gewebe. Um die Bioverfügbarkeit von NAC zu verbessern, wurde eine orale Verabreichung von 1200 mg NAC vorgeschlagen. Diese Studie wurde mit dem Ziel durchgeführt, durch Luminol-amplifizierte Chemilumineszenz über in In-vitro-Untersuchungen zu überprüfen, wie weit die Konzentration von 35 mmol/l NAC, die nach oraler Verabreichung einer Einzeldosis von 1200 mg NAC verfügbar ist, mit dem oxidativen „Burst” von menschlichen Neutrophilen interferieren kann. Letzterer wird durch feststoffliche und lösliche Stimulantien ausgelöst. Als Vergleichswert hierzu wurden 16 µmol/l NAC gesetzt, die Konzentration, die nach oraler Verabreichung einer Einzeldosis von 600 mg NAC erreicht wird. Bei Konzentrationen von 16 und 35 µmol/l reduzierte NAC signifikant und konzentrationsabhängig die Aktivierung der oxidativen PMN-„Burst”, die von allen Stimulantien ausgelöst werden (C. albicans, Formyl-methionyl-leucyl-phenylalanin (fMLP), Phorbolmyristatacetat (PMA)). Diese Wirkung trat auch in azellulären Systemen auf, was die „Scavenger”-Aktivität dieser beiden Konzentrationen von NAC bestätigt. Die Tatsache, daß keine Wirkung auf die Phagozytose und Abtöten von Bakterien der PMN beobachtet wurde, zeigt auf, daß NAC keinen negativen Einfluß auf andere PMN-Funktionen wie die antimikrobielle Aktivität ausübt.

Key words

N-Acetylcysteine - CAS 616-91-1 - Polymorphonuclear neutrophils, oxidative burst