运动与细胞因子

陈 雷，甘春龙

(1.长春师范大学体育学院，吉林长春130032;2.贵州体育科研所，贵州贵阳550002)

细胞因子是肽或者蛋白质，是由免疫系统的细胞产生和释放的分子，调节免疫应答的产生，在免疫系统中有重要调节作用。但是，这个细胞因子的定义并不全面。严格意义上讲，细胞因子是被分泌的分子，可能对分泌它的自身细胞(自分泌)和其他细胞(旁分泌)发挥特异的效应。

1 运动诱导的细胞因子分泌的激活

有关运动对细胞因子的效应的最早报道是Northoff＆Berg，他发现一次马拉松跑完后，一些细胞因子的循环水平提高了。随着长期的大负荷运动，IL-6循环水平提高了。

与服用安慰剂的对照受试者相比，受试者在运动中消耗一瓶碳水化合物饮料后，增加的IL-6循环浓度下降了。随着耐力性运动，循环浓度增加的包括致炎细胞因子(比如，IL-1β，肿瘤坏死因子)和抗炎细胞因子(比如，IL-1受体拮抗物和可溶的TNF受体)化学增活素(比如，IL-8，巨噬细胞炎症蛋白和单核细胞趋化蛋白)，和集落刺激因子都已经被报道。但是，随着长期运动，IL-6循环浓度增加是检测到的最显著和一致的运动诱导的一些细胞因子的反应。

1.1 IL-6对运动的应答

IL-6在体内主要的起源是被单核细胞/活性巨噬细胞、成纤维细胞和上皮细胞激活的;但是，IL-6的很多其他细胞的起源也被发现，包括T细胞、B细胞、中性粒细胞、嗜酸性细胞、成骨细胞、角质化细胞和肌细胞。研究表明单核细胞不太可能是运动诱导的血浆IL-6浓度增加的起源，因为1小时的大强度运动尽管使血浆IL-6水平升高了，但没有引起血单核细胞外周IL-6 mRNA量的变化。运动对单核细胞产生的THF-α或IL-1β没有显著影响。对于运动诱导的IL-6循环水平增加可能与收缩的骨骼肌有关。产生这样的假说，大负荷运动——以马拉松为例——引起收缩肌原纤维的毁坏，触发一个炎症反应，并随后释放IL-6到体循环中。

研究发现，肌肉损伤本身只是运动诱导IL-6循环水平升高的一小部分原因。运动引起IL-6循环浓度的升高并不主要与肌肉损伤有关。有学者认为剧烈运动引起的循环IL-6浓度持续升高是由于损伤的骨骼肌中部分巨噬细胞被激活。也有学者认为，在长期运动中，收缩肌中肌糖原水平下降，因此可以假设，在长期运动期间，从骨骼肌释放的IL-6是响应一种能量危机，尤其是针对收缩肌原纤维中肌糖原储存的减少。当肌糖原水平下降，收缩肌对血糖的依赖增加。收缩肌释放的IL-6可能作为一种肝增加葡萄糖输出，并预防运动引起的强烈的血糖浓度下降的信号。这个假说通过观察运动中碳水化合物的摄取得到支持，通过提供外源性的葡萄糖补充帮助维持血糖浓度，减弱全身IL-6浓度。

通过肌肉工作，收缩肌的能量耗竭可能是肌糖原耗竭-刺激IL-6产生。IL-6接着从肌肉释放，引起全身IL-6浓度的升高。循环IL-6促进肝糖原分解，脂肪组织脂解，并且引起急性期蛋白质释放。IL-6可能也通过对大脑的影响增加疲劳的感觉。

1.2 IL-6可能的生物学作用

一些研究发现，IL-6释放刺激肝糖原生成。运动诱导的血浆IL-6升高可能也影响脂代谢。当重组的IL-6注入安静人体内时，血浆IL-6浓度增加，脂解作用和脂肪氧化的程度都增加。研究表明，IL-6作为脂代谢的一种可能的调节因子，并且支持收缩肌释放IL-6以激素样方法增加酶底物活动的假说。

大强度运动增加血浆氧化可的松，胰高血糖素，肾上腺素和去甲肾上腺素的浓度。因此，肌肉衍生的IL-6可能部分参与氧化可的松对运动的应答，而其他激素的变化与IL-6无关。通过IL-6刺激氧化可的松的分泌可能是由于IL-6对下丘脑的效应，刺激腺垂体ACTH的释放或者通过IL-6对肾上腺释放的氧化可的松的直接作用。

另外，Steensberg等最近研究表明血浆IL-6水平相对少量的增加诱发两种抗炎细胞因子IL-1ra和IL-10连同C反应性蛋白。运动中，IL-6的增加位于这两种细胞因子的增加之前，证明肌肉衍生的IL-6是这种反应的启动因子。运动可能通过肌肉衍生的IL-6工作，可能减弱宿主病毒的保护，并且因此可能解释为什么运动更易出现上呼吸道感染。

依照轻度炎症理论，高血浆TNF-α浓度被认为是胰岛素抵抗和动脉硬化的一个重要机制，并且规律运动保护抵抗这些疾病。这种运动效应可能是通过抑制肌肉衍生的IL-6对TNF-α产生的部分调节。另外，其他调节因子，比如肾上腺素，可能也促使运动的“抗炎”效应。

运动中和运动后中性粒细胞数量增加了，注入重组IL-6引起相似的变化，并且这种效应可能通过氧化可的松介导。血中淋巴细胞在运动的时候开始增加，在运动后下降。尽管这些开始的变化能归因于儿茶酚胺类，但长期的淋巴细胞减少可能是由于运动诱导的血浆IL-6升高引起的。

总之，运动中肌肉衍生的IL-6在调节燃料代谢和免疫系统中起着重要作用。一方面改善相关疾病的症状，轻度炎症比如2型糖尿病、动脉粥样硬化和可能的一些自身免疫疾病。另外，肌肉衍生的IL-6可能也减少运动肌肉的炎症反应，甚至能在中枢疲劳的发展和伴随过度训练的情绪变化中起作用。

有趣的是，除了收缩骨骼肌外，其他组织也被发现促使运动诱导的IL-6浓度增加。例如，运动中大脑释放IL-6增加，并且脂肪组织中IL-6基因表达增加。但是，目前并不清楚运动中大脑和脂肪组织释放IL-6与肌肉衍生的IL-6是否起相似或不同的作用。

2 运动与其他细胞因子

运动诱导IL-6浓度增加，但细胞因子是否也拥有相似的运动诱导IL-6样式，Chan等和Nieman等测定了许多细胞因子响应长期运动的mRNA表达。安静状态下，骨骼肌的许多细胞因子包括 IL-1β、IL-6、IL-8、IL-15、TNF- α、IL-12p35和IFN-α的mRNA被探测到。相反，一些其他细胞因子包括 IL-1α、IL-2、IL-4、IL-5、IL-10 和 IL-12p40的mRNA没有被检测到。在两项研究中，随着运动，观察到IL-6和IL-8的mRNA表达增加了;但是，在Nieman和他的同事们的研究中，还观察到IL-1βmRNA表达的增加。运动诱导mRNA表达增加并未能在其他一些测量的细胞因子中观察到。在两项研究中IL-1β mRNA反应不一致可能是与采用了不同的运动方案有关。特别的是，Nieman等的研究中，采用3小时跑作为运动模型。而在Chan等的研究中，采用1小时自行车运动模型。随后进行3小时跑步运动，观察到IL-1β mRNA表达的增加可能代表着开始的炎症反应是由于肌肉损伤引起的。相反，1小时自行车运动不可能引起一些严重的肌肉损伤，对IL-1β mRNA表达没有影响。研究发现，运动中CHO摄入显著减少运动诱导的IL-6和IL-8mRNA增加，但没有观察到CHO摄入对IL-1β mRNA表达的效应。当大量证据存在支持随着运动IL-6表达增加是由于收缩肌的代谢“危机”这个观点时，研究中也观察到，运动中摄入CHO能抑制运动诱导的IL-8mRNA增加。另外，Chan和他的同事们的研究表明，当受试者以一种肌肉-肝糖原-耗竭的状态开始1小时一次运动时，运动诱导的IL-8mRNA比对照组(正常肌糖原)显著增加了。但是，运动对IL-6和IL-8表达的效应存在一个重要的不同;当运动引起收缩肌里IL-6和IL-8表达同时增加时，只有IL-6释放。运动诱导收缩肌里IL-8增加的生物学作用等待进一步研究。

长期运动使IL-1ra血浆浓度显著增加。血浆IL-1ra浓度的增加与IL-6有相似的强度，但是IL-1ra的血浆浓度的峰值比IL-6出现的稍微晚一些;在一些研究中可以看到在运动后恢复期出现峰值。总之，运动直接刺激IL-6从收缩骨骼肌产生并在运动中从骨骼肌释放，充当激素样式样刺激葡萄糖从肝排出和脂肪组织的脂解作用。但是，运动引起很多其他细胞因子的全身浓度和肌肉水平的增加。有趣的是，这些细胞因子的许多功能就运动而言很少被了解，并且需要许多其他的研究来完全了解这些运动诱导的细胞因子的生物学作用。

3 运动对粒细胞细胞因子产生的影响

免疫系统细胞产生的细胞因子在免疫反应对抗侵入的病原体的发展过程中起着非常重要的作用。迄今为止，检测运动对细胞因子产生的效应的研究主要集中在单核细胞和T淋巴细胞，可能是由于这些细胞产生的细胞因子在免疫反应的发展中起重要作用。特别的是，IL-1β、TNF-α和IL-6的产生是由侵入的病原微生物和组织损伤引起的炎症反应的重要成分。T淋巴细胞能分泌很多细胞因子，包括IFN-γ、IL-2、IL-4、IL-5 和 IL-13。尤其特别的是，T 淋巴细胞作为1型CD4+淋巴细胞(Th1淋巴细胞)分泌IFN-γ和IL-2，而2型CD4+淋巴细胞(Th1淋巴细胞)分泌IL-4、IL-5。由1型和2型T淋巴细胞分泌的细胞因子在促使细胞介导免疫(即巨噬细胞和CD8+T细胞毒性淋巴细胞，对IgG2a抗体种类转换的促进作用)和体液免疫(即B细胞激活和分化，对IgE和IgG1抗体种类转换的促进作用，嗜酸粒细胞的激活)中分别起着关键性作用。

当运动对未受刺激的单核细胞细胞因子产生的效应受到许多关注时，最初被认为单核细胞可能是运动诱导的全身细胞因子浓度增加的起源——运动对受刺激的单核细胞因子产生的效应已经在一些研究中被检测。例如，Starkie等表示在一次竞争性马拉松比赛中通过LPS刺激单核细胞抑制IL-6、TNF-α、IL-1α产生的量。运动是中枢神经系统的一个有效的活化剂，通过大脑和血源代谢的运动中枢刺激和外周神经的反馈机制发挥作用。因此，运动引起一些免疫调制激素循环浓度的显著增加。

运动导致LPS刺激的单核细胞的IL-6和TNF-α的产生减少。一些研究显示随着长期大强度运动，LPS刺激的单核细胞细胞因子产生受损。有趣地发现，运动并不只是简单地引起一般性的受刺激的单核细胞的细胞因子产生受抑制。1型和2型T淋巴细胞产生的细胞因子在免疫反应发展中起着重要的作用，最近的研究显示，长期运动引起1型T淋巴细胞产生的IFN-γ的循环浓度下降，并且这种下降在运动后数小时内还持续。相反，长期运动对2型T淋巴细胞产生的IL-4循环浓度的量几乎没有影响。

1型细胞因子IFN-γ在抗病毒防御保护中非常重要，一些研究证明，随着长期的运动，受刺激的全血的上清中的IFN-γ浓度下降。研究发现，当α-和β-肾上腺素受体拮抗剂阻断消除运动诱导的T淋巴细胞产生的IFN-γ循环数目下降时，对由刺激T淋巴细胞产生的IFN-γ的量没有影响。提示肾上腺素刺激不可能是随着运动引起刺激IFN-γ产生减少的机理。

一些研究发现，皮质醇在运动后T淋巴细胞IFN-γ的产生受抑制中发挥作用。

免疫系统中特殊细胞的细胞因子产生受抑制的发现致使假说的形成，认为细胞因子产生的缺陷可能能解释随着长期大强度运动或剧烈训练期间增加上呼吸道感染(URTI)的易感性。虽然证据强有力地提示单核细胞和1型T淋巴细胞细胞因子的产生在耐力项目中受抑制，但重要的认识是这些变化没有被显示是上呼吸道感染易感性增加的诱发因素，URTI被报道在长期大强度运动和剧烈的运动训练期间发生。

4 结束语

随着运动，许多细胞因子在体循环中增加，研究发现，运动增加IL-6的循环浓度，并且随后的研究表明，运动诱导的IL-6的细胞起源和生物学作用是一个很有吸引力的例子，它能说明所谓的“免疫分子”比如细胞因子是怎么在调节代谢过程中发挥重要作用的。运动导致许多细胞因子的循环和组织水平增加，它将使判断其他运动诱导的细胞因子是否也拥有“IL-6样”的功能，更有吸引力。

运动能抑制由受刺激的单核细胞和T淋巴细胞产生的特殊的细胞因子显得很清楚，而且这对于将来研究确立这种抑制是否与随着长期大强度运动的URTI发病率增加是否相关非常重要。

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