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Effetto degli oppioidi sulla immunità

Bruno M Fusco1, Valeria Fasano1 and Ornella Colantoni2

  1. Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Università degli Studi di Salern
  2. Scuola Specializzazione di Tossicologia Medica, Dipartimento di Fisiologia Umana e Farmacologia, Università "La Sapienza" di Roma

Indice

  1. Introduzione
  2. La apoptosi
  3. L'apoptosi come fattore di regolazione
  4. Fattori chimici esogeni che inducono l'apoptosi
  5. Oppiacei ed Apoptosi
  6. Bibliografia

1. Introduzione

I soggetti che soffrono di grave dipendenza da agenti oppioidergici spesso mostrano una grande sensibilità alle infezioni(10). La scarsa igiene usata nelle iniezioni endovenose, principali vie di somministrazione di queste sostanze stupefacenti, rappresenta un indubbia predisposizione alla trasmissione degli agenti infettivi responsabili delle gravi infezioni osservate in questi soggetti. Lo scambio di materiale iniettivo o di preparazione delle soluzioni iniettabili, ha rappresentato uno dei veicoli più importanti per la diffusione delle malattie infettive. Accanto a questo aspetto però è stata proposta l'esistenza di altri fattori, per l'appunto definiti come co-fattori, che contribuirebbero in modo significativo alla genesi delle infezioni nei tossico-dipendenti. Un co-fattore importante è rappresentato da un precoce calo delle difese immunitarie(9). Questo calo è precedente infatti a quello drammatico dovuto alla insorgenza di AIDS conclamato, dopo il periodo di latenza variabile dalla infezione di HIV. Anzi, il calo delle difese immunitarie indotto dai co-fattori favorirebbe l' insorgenza delle malattia. Ma quali sono i co-fattori? In questo articolo abbiamo preso in considerazione gli effetti diretti degli agenti oppioidergici sulla funzionalità del sistema immune, indicandone il loro ruolo come co-fattori nella genesi delle patologie infettive nei pazienti tossico-dipendenti.

L'esistenza e la natura degli effetti immuno-modulatori da parte degli oppiodi è materia di studio da molti anni. Un dato incontrovertibile che viene enfatizzato sempre più da studi recenti è rappresentato dal fatto che recettori per gli oppioidi partecipano alla fisiologia del sistema immune. Il sistema oppioidergico sembra essere in grado di modulare sia le risposte della immunità innata che i meccanismi della immunità specifica acquisita(19). Questo effetto sembra essere esplicato a diversi livelli. Vi sono evidenze definitive che dimostrano come alcune fasi della infiammazione (immunità innata) siano influenzate dagli oppiodi. In particolare l'attività fagocitica così come i meccanismi di chemiotassi vengono attenuati dalla azione degli oppiodi. Quasi che gli analgesici ad effetto centrale avessero anche una debole azione antiflogistica (b). Importanti indicazioni giungono però dallo studio degli effetti degli oppiodi sulla immunità specifica. Infatti, essi hanno una azione inibitoria sulla produzione di anticorpi (immunità umorale). Inoltre altre evidenze mettono in risalto una loro azione anche sulla immunità cellulo-mediata(19). Scopo di questo articolo è quello di focalizzare e mettere in evidenza gli aspetti sia sperimentali che clinici, i quali rafforzano l'idea di un intervento del sistema oppioidergico nella modulazione delle risposte immunologiche. Sarà messo in evidenza come il meccanismo fondamentale che modula i rapporti fra sistema oppioidergico e sistema immune, sia la induzione della apoptosi. Saranno quindi descritti preliminarmente i punti fondamentali che caratterizzano il processo apoptotico.

2. La apoptosi

Lo sviluppo ed il mantenimento omeostatico degli organismi pluricellulari, è il risultato di un equilibrio dinamico che scaturisce da meccanismi di proliferazione e di perdita cellulare. La morte delle cellule non è soltanto un processo patologico che caratterizza alterazioni tissutali, ma rappresenta anche un meccanismo di regolazione omeostatico e di controllo dello sviluppo cellulare. Esempi in cui ritroviamo la morte cellulare come controllo tissutale, sono rappresentati dallo sviluppo embrionale o dai tessuti in cui il ricambio cellulare è molto intenso (linea ematica, epiteli, ecc.)

Le modalità di morte cellulare sono la necrosi e la apoptosi. Mentre la necrosi è una processo di morte cellulare che deriva da stimoli nocivi che danneggiano in modo irreversibile la cellula, l'apoptosi rappresenta una modalità di eliminazione cellulare non necessariamente patologica, ma può essere un meccanismo di regolazione della omeostasi tissutale.

L' apoptosi è una morte cellulare indotta da una specifica programmazione. Apoptosi in greco vuol dire caduta delle foglie: l'immagine è riferita agli aspetti morfologici del fenomeno caratterizzato da grosse componenti di materiale citoplasmatico e nucleare che si staccano dalla cellula. Alcuni geni specifici vengono attivati da particolari situazioni ed inducono modificazioni a carico delle strutture cellulari che porteranno al risultato finale della eliminazione delle cellule stesse.

D'altro canto l'apoptosi può essere coinvolta in varie condizioni fisio-patologiche. A parte il ruolo giocato nei meccanismi dell'invecchiamento, possiamo dividere le patologie associate alla apoptosi in due categorie: quelle legate alla inibizione della apoptosi e quindi all'incremento della sopravvivenza cellulare e quelle legate ad un aumento della apoptosi e cioè precoce distruzione di cellule di vari tessuti. Nella prima categoria troviamo le neoplasie maligne e le malattie autoimmuni (per esempio il LES e le glomerulonefriti autoimmuni). Nella seconda categoria troviamo numerose patologie neurovegetative (malattia di Alzhaimer, morbo di Parkinson etc.), malattie mielodisplastiche e malattie cardiovascolari.

I geni responsabili della apoptosi sono stati identificati attraverso studi effettuati sul nematode caenorhabditis elegans e detti geni "ced"(16). Successivamente sono stati identificati i loro omologhi nei mammiferi. Questi geni si dividono in pro-apoptotici ed anti apoptotici. Ad esempio i geni ced3 e ced4 sono pro-apoptotici, mentre ced9 antagonizza l'attività dei precedenti. Il ced3 codifica per le caspasi che sono le proteasi che giocano un ruolo chiave nei processi apoptotici. Il ced4 codifica per l'apaf1 che attiva le proteasi. La proteina codificata dal ced9 è omologa della famiglia delle bcl2(1,17).

L'apoptosi si può dividere in varie fasi: una fase di induzione, una fase di integrazione, una fase di esecuzione ed infine la fase della rimozione del materiale apoptotico. La fase della induzione è caratterizzata dai segnali esterni alla cellula che stimolano l'inizio del fenomeno dell'apoptosi. Gli stimoli esterni che possono indurre l'inizio del fenomeno apoptotico sono eterogenei. Si va dalla mancanza di un ormone o di un fattore di crescita alla azione delle citochine o di altri ligandi che hanno uno specifico recettore sulla superficie cellulare. Infine l'induzione può essere favorita dalla presenza di agenti lesivi specifici.

I recettori della morte giocano un ruolo centrale nella apoptosi. Essi infatti attivano le caspasi in pochi secondi e causano la morte cellulare entro poche ore. I recettori più caratteristici sono il cd95 (detto anche Fas o Apo1) e il TNFR1 (recettore del fattore di necrosi tumorale). Altri recettori di morte sono: DR (death-receptor) 3-4-5 (23).

I ligandi di questi recettori sono rispettivamente: il FasL (ligando del Fas), il TNF e linfochina alfa che legano il FasL, il TNFR, i DR. Sia il Fas sia il TNFR hanno un dominio citoplasmatico che lega alcune proteine citoplasmatiche, quali il FAD (Fas associated protein with a death domine) e TRDD (proteina relativa al recettore del TNF). Queste proteine si legano alle caspasi di inizio dette anche pro-caspasi attivandole e dando vita alla fase effettrice della apoptosi(29,30).

La fase appena descritta è quella di integrazione. Accanto ai fattori appena descritti ve ne sono degli altri che giocano un'altrettanto importante ruolo nella regolazione della apoptosi e sono costituiti dalla famiglia delle bcl2 . Queste proteine in particolare agiscono sui mitocondri, il cui ruolo nella apoptosi è stato descritto solo di recente, ma è di fondamentale importanza. Infatti i mitocondri rilasciano in seguito all'arrivo dei segnali apoptotici dall'esterno il citocromo c che, a sua volta, regola l'attivazione della caspasi. Il citocromo c si trova normalmente nello spazio tra la membrana interna ed esterna dei mitocondri. I segnali esterni aumentano la permeabilità della membrana mitocondriale favorendo il rilascio di citocromo c (5,7).

La iper-espressione della bcl2 conferisce alla cellula resistenza alla apoptosi. L'apoptosi invece viene favorita da alcuni geni tra cui il BAX che probabilmente si lega alla bcl2 diminuendone l'azione. Le bcl2 si trovano sulla membrana mitocondriale esterna, nonché sulla membrana nucleare e nel reticolo endoplasmico, mentre il BAX si trova nel citosol. Durante l'apoptosi, però, la collocazione cambia: ad esempio il BAX passa nei mitocondri e lì favorisce l'efflusso del citocromo c. La bcl2 potrebbe bloccare l'apoptosi inibendo l'ingresso del BAX nei mitocondri (1,17).

Il BAX può favorire il rilascio del citocromo c attraverso due meccanismi: Il primo mediato dalla apertura di un canale consente l'ingresso dell'acqua e dei soluti nei mitocondri. Ciò provoca un rigonfiamento di tali organelli, la rottura della loro membrana esterna e il rilascio del citocromo c. Il secondo modello coinvolge l'apertura di uno specifico canale nella membrana mitocondriale esterna abbastanza largo da far fuoriuscire il citocromo c .

Le caspasi sono una famiglia di almeno dieci proteasi contenenti cisteina che all'inizio erano state chiamate ICE (interleukin1 converting enzyme), successivamente ne è stato riconosciuto il ruolo fondamentale nei processi apoptotici. Infatti una caratteristica specifica dell'apoptosi e' l'idrolisi proteica mediata dalla caspasi. Il taglio della matrice nucleare e delle proteine del citoscheletro produce le classiche alterazioni strutturali sia del nucleo sia del citoplasma che si osservano nelle cellule apoptosiche. Inoltre le caspasi attivano le endonucleasi che porteranno a suddivisione cromatinica (4,11).

La fase effettrice è mediata dalla cascata proteolitica delle caspasi. Le caspasi partecipano al fenomeno apoptotico oltre che con la loro attività enzimatica di taglio delle proteine cellulari, anche come riduttrici delle alterazioni delle membrane mitocondriali. Il termine caspasi è dovuto al fatto che tali enzimi hanno la cisteina (c) nel loro sito attivo e tagliano le proteine dopo residui di acido aspartico. Le caspasi possono essere divise in due gruppi: quelle che partecipano alla induzione della apoptosi (4,22) e quelle che partecipano alla fase effettrice. Le caspasi come altre proteasi esistono sotto forma di zimogeni e quindi devono essere attivate da un taglio proteolitico per poter svolgere la propria azione. Il sito di taglio può essere attivato non solo da altre caspasi, ma anche in modo autocatalitico. Abbiamo già parlato della caspasi 8 che è attivata dalla interazione Fas - Fas-ligando. Invece la caspasi 9 viene attivata direttamente in presenza di danno del DNA. Quando il segnale esterno arriva attraverso il ligando, viene trasmesso attraverso il recettore e il suo dominio citoplasmatico alle caspasi 8. Le caspasi 8 a loro volta attivano le caspasi effettrici 3-7 e 6. Non sono stati identificati tutti i bersagli delle caspasi. La caspasi 3 gioca un ruolo molto importante, infatti oltre ad essere responsabile della degradazione della maggior parte delle strutture proteiche intracellulare, agisce anche su un fattore di condensazione della cromatina che produce la picnosi nucleare (11).

La fase effettrice produce la frammentazione cellulare e la formazione dei corpi apoptotici. L'ultima fase della apoptosi è quella della rimozione del materiale prodotto. I corpi apoptotici vengono fagocitati dai macrofagi e dalle cellule parenchimali che riconoscono delle strutture sulla membrana cellulare. Questa fagocitosi avviene in assenza di fenomeni infiammatori che potrebbero danneggiare le cellule vicine (27).

3. L'apoptosi come fattore di regolazione

La apoptosi svolge un ruolo centrale di controllo dei linfociti nei vari stadi di maturazione. I linfociti che vanno incontro ad apoptosi fisiologica sono quelli che non esprimono un recettore per gli antigeni, oppure quei pool cellulari che nel timo o nel midollo osseo (linfociti T o B) durante la maturazione non sono selezionati negativamente o positivamente (meccanismi di tolleranza e maturazione centrali). D'altra parte i linfociti dopo la loro maturazione se non incontrano l'antigene muoiono per apoptosi. Infine anche i linfociti che siano stati attivati dall'incontro con l'antigene se non ricevono ulteriori stimolazione vanno incontro a morte programmata. I vari stadi della maturazione dei linfociti sono quindi il risultato di un equilibrio dinamico fra fattori che ne promuovono lo sviluppo verso una specificità di funzione e fattori che eliminano quelle cellule che abbiano una "inutilità" funzionale. Su questo equilibrio dinamico si possono innestare fattori esterni quali fattori endogeni promuoventi o inibenti la crescita, o fattori esogeni (ed in particolari farmaci) che possono modulare la dinamica linfocitaria intervenendo sui meccanismi della apoptosi.

4. Fattori chimici esogeni che inducono l'apoptosi

Alcuni farmaci inducono importanti fenomeni di apoptosi in tessuti che hanno una grande capacità riproduttiva. La apoptosi può essere uno dei meccanismi per cui questi farmaci inducono importanti alterazioni in alcuni tessuti. Sarà fatta breve menzione delle categorie più importanti di farmaci con funzione pro-apoptotica, per poi entrare nella valutazione dell'effetto della morfina sulle cellule della immunità.

Farmaci antineoplastici: La quasi totalità dei farmaci antitumorali agisce mediante la induzione di apoptosi, indipendentemente dalla struttura chimica o dal meccanismo d'azione. Le principali classi di farmaci per cui è stato dimostrato sperimentalmente un effetto pro-apoptotico sono le seguenti: 1) agenti che danneggiano il DNA, in grado di provocare danni di tipo differente come la formazione di legami crociati inter e intra-catenari. 2) bloccanti delle topo-isomerasi che provocano rotture alla doppia elica del DNA in corrispondenza della sua associazione con proteine. 3) agenti intercalanti che agiscono intercalandosi nella doppia elica del DNA. 5) inibitori della formazione del fuso mitotico. 6) inibitori della sintesi del DNA. 7) antimetaboliti in grado di interferire nei principali circuiti metabolici cellulari.

Ormoni: L'esempio più classico di ormoni in grado di indurre apoptosi è quello degli steroidi. Grazie a tale azione questi ormoni hanno un effetto immuno-soppressivo. E' stato riportato che i corticosteroidi sono in grado di indurre apoptosi nei linfociti attivati, inoltre essi attivano apoptosi durante la maturazione timica dei linfociti T contribuendo in maniera determinante nel processo di selezione negativa dei timociti. Inoltre i corticosteroidi inducono apoptosi in linee linfoblastoidi umane.

Fattori di crescita e citochine: E' stato dimostrato che fattori di crescita come i colony stimulating factors svolgono la loro azione ematopoietica non tanto promuovendo la proliferazione, ma bensì sopprimendo la apoptosi. Questo ha sovvertito il concetto di fattore di crescita cambiandolo piuttosto in fattore di sopravvivenza. Per quanto riguarda le citochine, alcune neutralizzano l'azione apoptotica e come tali possono essere considerate fattori di sopravvivenza; altre, come il TNF, di cui abbiamo parlato in precedenza, hanno una funzione pro-apoptotica.

Altri farmaci: Alcuni antibiotici quali la doxorubicina o la daunorubicina inducono apoptosi nei linfociti attivati o nei linfoblasti.

5. Oppiacei ed Apoptosi

Come precedentemente detto, evidenze cliniche indicano che soggetti dipendenti da eroina sono molto sensibili a contrarre infezioni. A parte l'indubbio contributo alla insorgenza di infezioni dato dalla scarsa igiene degli strumenti di iniezione usati dai tossicodipendenti, parte della sensibilità alle infezioni è dovuta ad una azione da parte degli oppiacei sul sistema immunitario. In particolare, una ipotesi suggestiva è quella secondo la quale nella patogenesi dell'AIDS, accanto al virus HIV di tipo 1, vi possano essere dei co-fattori, uno di questi, per alcuni il più importante, è l'abuso di oppioidi(9,25). Da studi in vitro emerge l'evidenza di come la morfina sia in grado di inibire in modo dose-dipendente la produzione di proteine (interferone alfa e beta) indotte successivamente ad infezione con HIV nei linfociti umani. Il fenomeno è antagonizzato dal naloxone. Un significativo aumento delle figure apoptotiche (frammentazione del DNA) è anche descritto in questo modello(24, 31).

Le caratteristiche immuno-soppressive dei farmaci oppioidi sono state ben documentate. Una grande varietà di anormalità immunologiche sono state riportate nell'animale sottoposto a trattamento cronico con morfina. Iniezioni giornaliere di morfina nel topo diminuiscono la secrezione di anticorpi da parte dei linfociti B e riducono significativamente il parenchima splenico. Anche gli animali trattati con dispositivi ad impianto sottocutaneo a lento rilascio di morfina mostrano delle significative alterazioni immunologiche. Accanto alla atrofia timica e splenica, vi è una diminuita risposta proliferativa dei linfociti T in seguito a stimoli fitogenici(3,8,24).

Accanto agli studi effettuati trattando gli animali cronicamente, altri studi eseguiti dopo singola somministrazione di oppiacei, hanno indicato come anche una dose acuta di morfina sia in grado di modificare la risposta immunologica sia pure in modo transitorio(6,13). Uno studio recente ha dimostrato come una singola somministrazione di eroina sia in grado di indurre in modo dose-dipendente, una significativa riduzione del numero di leucociti nella milza di ratti. Inoltre, un netto aumento delle figure apoptotiche è rilevabile circa 3 ore dopo la somministrazione di eroina(12).

I recettori per gli oppioidi sono presenti, non solo a livello del sistema nervoso, ma anche in altri tessuti compresi quelli coinvolti nella funzione immunitaria. Questo vuol dire che gli agonisti naturali di questi recettori, le endorfine, possono entrare nella regolazione della risposta immunitaria.

Recenti ricerche hanno dimostrato come le alterazioni immunologiche indotte dagli oppiacei siano mediate principalmente da una azione apoptotica dei farmaci stessi. Tuttavia i meccanismi per cui la morfina induce la apoptosi non sono precisati. L'azione potrebbe essere mediata o da un effetto diretto dei recettori attivati sui meccanismi intracellulari o da una stimolazione indiretta di segnali che hanno sicuramente una azione apoptotica(15). Evidenze sperimentali indicano che la apoptosi indotta da morfina potrebbe essere mediata da recettori mu in quanto l'effetto viene antagonizzato da antagonisti quale il naloxone o il naltrexone. D'altro canto il fentanile, agonista sintetico dei recettori mu, nell'animale da esperimento ha mostrato un netto effetto pro-apoptotico anche se questo effetto non è stato confermato nell'uomo(13).

Una recente evidenza indica come l'effetto apoptotico della morfina e degli agenti correlati possa essere legato al FAS-FAS ligando, in quanto l'inibizione di questo legame attenua sensibilmente la azione pro-apoptotica della morfina(30). Inoltre altre evidenze indicano come la via di attivazione della apoptosi passi attraverso la caspasi di tipo 3. Questo effetto è stato dimostrato nella apoptosi da morfina, ma meglio ancora è stato documentato per quel che riguarda la apoptosi da buprenorfina. Infatti uno studio recentissimo ha mostrato come il blocco della selettivo della caspasi di tipo 3 blocca la apoptosi indotta da buprenorfina nelle cellule di neuroblastoma.

La morfina oltre ad indurre diminuzione dei linfociti T, produce anche la diminuzione della risposta anticorpale, nonché la dimunzione dell'attività della immunità innata. Infatti diminuisce il numero e l'attività dei macrofagi, diminuisce i livelli di IFN (interferone) alpha e beta e induce la apoptosi nei fibroblasti(28).

L' effetto deprimente da parte degli oppiacei sul sistema di difesa dell'organismo pone l'accento sulle relazioni fra vari sistemi, ad esempio sistema nervoso, sistema endocrino, sistema immunologico, che si influenzano modulando vicendevolmente il livello di attività.

E' opinione comune che ci si può ammalare più facilmente durante fasi esistenzialmente più difficili del corso della vita. Questo luogo comune potrebbe essere supportato da meccanismi di tipo fisiopatologico. Potremmo ipotizzare, e questa ipotesi peraltro viene sostenuta da studi sperimentali, che gli oppiodi endogeni abbiano una capacità di controllare le risposte immunitarie sia di tipo innato che specifico, anche se questa modulazione è di difficile interpretazione da un punto di vista della finalità biologica. D'altro canto se pensiamo che le condizioni che vengono definite di stress cronico, cioè di carico eccessivo di stimolazioni affettivo-emozionali, attivano il sistema endorfinico. Ciò potrebbe costituire una concausa della maggiore debolezza del sistema immunitario in questi casi.

In un brillantissimo articolo, è stato dimostrato come nell'animale da esperimento sottoposto a condizioni di intenso disagio, improvvisamente e per almeno due giorni, vi sia una diminuzione degli splenociti e che questa diminuzione sia da attribuire ad una marcata apoptosi di queste cellule. L'osservazione più importante però è stata quella che questo effetto veniva antagonizzato dal naloxone e dal naltrexone, che sono antagonisti dei recettori degli oppiacei. Ciò è una prova del coinvolgimento delle vie oppoidergiche nel controllo della attività del sistema immunitario, in questo caso con effetto di attenuazione(31).

Tutte queste evidenze non sono ancora decisive, ma i risultati sperimentali che danno indicazione su una possibile modulazione della funzione immunologica, rafforzano il concetto di come strutture apparentemente lontani da un punto di vista funzionale, interagiscano fra di loro, quasi facendo parte di un sistema integrato dotato di meccanismi che influenzano in positivo o in negativo ciascuna unità funzionale.

Le evidenze da noi messe in luce in questo articolo indicano come gli agenti oppioidergici siano in grado di modulare direttamente il sistema responsabile della risposta immune. Questo concetto, se da una parte apre prospettive molto interessanti da uno punto di vista della regolazione omeostatica e delle relazioni complesse fra vari sistemi, propone anche delle indicazioni importanti su un effetto diretto delle droghe oppioidergiche sulla funzionalità del sistema immune. In questo senso tale effetto diretto propone gli agenti oppioidergici come i principali co-fattori nel determinismo del calo delle difese immunitarie, che apre le porte alle infezioni gravi osservate nelle tossicodipendenze.

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