对对运动中机体免疫平衡评价方法的思考

赵广高,苏全生,周 石,何建伟,苏利强,张 玮

(1.南昌大学体育系,江西 南昌 330031；2.成都体育学院,四川 成都 610041；3.南十字星大学健康与人体学院,澳大利亚 新南威尔士州 里斯莫尔 2480；

4.莆田学院体育学院,福建 莆田 351100；5.江西中医药大学体育教学部,江西 南昌 330004)

对对运动中机体免疫平衡评价方法的思考

赵广高1,苏全生2,周 石3,何建伟4,苏利强5,张 玮5

(1.南昌大学体育系,江西 南昌 330031；2.成都体育学院,四川 成都 610041；3.南十字星大学健康与人体学院,澳大利亚 新南威尔士州 里斯莫尔 2480；

4.莆田学院体育学院,福建 莆田 351100；5.江西中医药大学体育教学部,江西 南昌 330004)

在运动科学领域中,研究者通过测定分别产生IFN-γ(或IL-2)与IL-4的外周血、脾脏细胞计数(或百分比),脾脏与外周血细胞在培养与刺激条件下分泌Th1、Th2类细胞因子的水平,以及血液中相关细胞因子含量的方法,从细胞数量与功能上来评价运动中机体的免疫平衡状态。分析认为:(1)Th1、Th2细胞在运动中的变化趋势分别与Tc1、Tc2细胞保持一致,Th1/Th2平衡能间接反映T1/T2平衡的变化。(2)相比细胞数量,细胞因子可能更能有效评价运动中的Th1/Th2平衡。(3)通过淋巴细胞分泌的相关细胞因子水平来评价运动中Th1/Th2平衡时,刺激物等实验条件可影响实验结果。(4)循环血中IFN-γ、IL-4的含量可用于间接评定运动中的Th1/Th2平衡。通过对运动中Th1/Th2平衡评价方法的分析与评述,以期为未来相关研究的设计提供依据,为其成果内容的表述提供参考。

运动;免疫平衡;Th1/Th2平衡;T细胞;γ-干扰素;白细胞介素-4

免疫平衡状态是反映不同人群免疫功能与健康状况的重要评价方法。上世纪八十年代,Mosmman等[1]学者提出,辅助性T细胞(Th)可划分为两种功能完全不同的亚型:Th1、Th2。借助该成果,许多学者将Th1/ Th2平衡作为机体免疫平衡的评价指标应用于医学领域的相关研究中[2-5]。之后,运动科学领域也开始出现采用Th1/Th2平衡评价运动免疫机能的研究报道[6-7]。研究过程中,学者们主要围绕Th1与Th2细胞数量及其细胞因子水平的变化,来评价两种类型的细胞反应在运动过程中的变化。本文从基础研究成果出发,整理与分析了以往英文与中文学术期刊和部分学术论文中所涉及到的相关实验研究,对运动中机体Th1/Th2平衡的部分评价方法进行了分析与思考。

1 Th1/Th2平衡及其在运动中的评价方法

Th细胞亚型的分类依据是分泌细胞因子的种类[1]。Th1、Th2细胞均由CD4+T细胞分化而来。Th1细胞主要分泌γ-干扰素(IFN-γ)、α-肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素(IL)-2等,统称Th1类细胞因子,其中IFN-γ为典型的Th1类细胞因子。IFN -γ等细胞因子可直接诱导参与呼吸爆发中酶的合成,增强巨噬细胞(Mφ)对吞噬体中微生物的杀伤作用。其中,IFN-γ又是主要的Mφ活化因子。Th1细胞可通过分泌的细胞因子来激活单核-巨噬细胞机能,促进细胞介导的免疫应答[8]。Th2细胞产生的细胞因子包括IL-4、IL-6、IL-10等,统称Th2类细胞因子,其中IL-4为典型的Th2类细胞因子。这些细胞因子可促进B细胞增殖和分化为浆细胞,产生抗体,引发体液免疫反应[9]。

许多研究将Th1/Th2平衡作为机体细胞免疫和体液免疫之间平衡的评价方法[10-12]。然而,目前尚未见研究者对Th1/Th2平衡的概念进行界定。结合基础研究成果,可将Th1/Th2平衡定义为:Th1型免疫反应与Th2型免疫反应之间的动态平衡变化。该变化不仅受Th1与Th2细胞数量与其所分泌细胞因子的影响,许多能产生相应细胞因子的中间亚群与其他淋巴细胞也可诱发Th1/Th2平衡的变化。在运动科学领域,许多研究者分别从细胞数量与分泌功能的角度来评价Th1/Th2平衡,主要评价方法有:(1)测定分别产生IFN-γ(或IL-2)与IL-4的外周血、脾脏细胞计数(或百分比);(2)测定脾脏与外周血细胞在培养与刺激条件下分泌Th1类细胞因子IFN-γ、IL-2与Th2类细胞因子IL-4、IL-10的水平;(3)测定外周血Th1、Th2类细胞因子的含量。(表1)然而,作为Th1/Th2平衡评价的先决条件,运动干预下外周血、脾脏细胞中Th1与Th2细胞是否分别为细胞因子IFN-γ与IL-4的主要来源细胞?运动中Th1与Th2细胞数量的变化是否能有效反映Th1/Th2平衡?通过细胞因子来评价Th1/Th2平衡的两种方法各有何特异性与关键点?研究者们并未进行深入探讨。

表1 运动中Th1/Th2平衡的常用评价方法

续表1

2 对运动中Th1/Th2平衡评价方法的思考

2.1 运动中Th1/Th2平衡与T1/T2平衡的关系

按照细胞的功能可将T细胞分为Th细胞和细胞毒性T细胞(Tc)等。根据不同的细胞因子分泌模式,又可将Tc细胞分为Tc1和Tc2细胞。Tc1、Tc2细胞均由CD8+T细胞分化而来,两者分泌的细胞因子类型分别和Th1、Th2细胞类似,IFN-γ和IL-4分别是两者典型的细胞因子[31]。Th1、Tc1细胞和Th2、Tc2细胞分别组成Ⅰ型T细胞和Ⅱ型T细胞,即T1和T2细胞[32]。在相关研究中,研究者通常根据分泌的细胞因子来判断T细胞的亚型,IFN-γ+CD4+/IL-2+CD4+和IFN-γ+CD8+/IL-2+CD8+细胞分别为Th1、Tc1细胞,IL-4+CD4+和IL-4+CD8+细胞分别为Th2与Tc2细胞,而IFN-γ+与IL-4+T细胞则分别为T1与T2细胞[33]。

T1/T2平衡是用于反映细胞免疫与体液免疫之间动态平衡变化的重要指标[33],Th1/Th2平衡只是T1/ T2平衡的一个组成部分。然而,文献中却常将Th1/Th2平衡作为免疫平衡的评价指标。那么,Tc1、Tc2细胞及其分泌的细胞因子在运动过程中发挥作用是否可以忽略呢?实验研究发现,大强度运动后外周血Tc1细胞百分比高于Th1细胞,Tc2细胞仅略低于Th2细胞;Tc1、Tc2细胞和Th1、Th2细胞分别产生的IFN-γ、IL-4水平较为接近[16,18],说明Tc1/Tc2平衡在运动中同样发挥了十分重要的作用。由此可见,仅用Th1/Th2平衡来评价免疫平衡具有一定的局限性。那么,运动过程中Th1/Th2平衡与Tc1/Tc2的变化趋势是否具有一致性呢?相关研究结果表明,运动后Th1和Tc1细胞、Th2和Tc2细胞以及Th细胞和Tc细胞分泌的IFN-γ、IL-4水平的变化均保持一致[16-18]。由此可见,Th1、Th2细胞虽然只是引起细胞免疫与体液免疫的其中一类T细胞亚群,但Th1/Th2平衡仍能间接反映运动过程中的T1/T2平衡状态。

2.2 运动中Th1、Th2细胞的数量与其功能的关系

实验研究中,部分学者倾向于用Th1与Th2细胞(或T1与T2细胞)数量的变化来反映运动中的Th1/ Th2平衡,而其他学者则更青睐于这两类细胞所分泌细胞因子的变化,从细胞功能上来评价Th1/Th2平衡。综合各项研究发现,相似运动后T1、T2细胞的数量与其产生的细胞因子的变化趋势并不总是保持一致[16,18,34-35],在同一实验研究中,大强度运动可引起循环血IFN-γ+T细胞与IL-2+T细胞水平显著上升,但同一测试时相循环血T淋巴细胞生成的IFN-γ和IL-2水平的变化趋势却完全相反,呈显著下降的趋势[15]。以上研究提示,在评价运动机体Th1/Th2平衡时,应深入分析Th1、Th2细胞的数量与其产生细胞因子的关系。

本研究认为,Th1、Th2类细胞因子的变化可能更能有效反映机体Th1/Th2平衡,理由如下:(1)机体的免疫反应是由细胞因子引起,而不是由生成细胞因子的细胞引起。IFN-γ和IL-4可分别诱发Th1和Th2型免疫反应,从而介导细胞免疫与体液免疫,而Th1和Th2细胞却不能直接引发相应的免疫反应。(2)Th1/ Th2平衡是指Th1型免疫反应与Th2型免疫反应之间的动态平衡。引起Th1、Th2型免疫反应的细胞因子并非仅由Th1、Th2细胞或T1、T2细胞生成,其他细胞也具有生成相关细胞因子的能力。Th细胞由Th0细胞分化生成,Th0细胞与其分化过程中的中间亚群均可分泌IFN-γ、IL-4等细胞因子[36]。除此之外,NK细胞等[37-38]和B细胞等[39-40]也可分别分泌IFN-γ

和IL-4等细胞因子。如果仅用Th细胞或T细胞亚群的百分比和数量来评价Th1/Th2平衡,可能就会导致我们由于忽视了Th0细胞、NK细胞和B细胞等的贡献而产生偏差。(3)在运动前后的不同阶段,机体相同数量的Th细胞分泌细胞因子的水平并不相同。在一次自行车运动后的30min和24h时相,单位CD4+细胞分泌的IFN-γ均显著低于运动前水平[6]。Th1、Th2类细胞因子的分泌受胞内信号传导与转录激活因子(STAT)等转录因子的蛋白表达和磷酸化程度[41]等因素的影响,胞内相关转录因子磷酸化程度较低的Th细胞分泌细胞因子的能力也较低。由此看来,运动中机体Th细胞的数量和百分比并不能完全代表其相应水平的细胞因子分泌能力,同样也无法有效反映运动机体的Th1、Th2型免疫反应和Th1/Th2平衡状态。

2.3 通过淋巴细胞分泌的相关细胞因子水平,来评价运动中Th1/Th2平衡

通过测定与分析运动不同时相外周血、脾脏细胞在培养与刺激条件下分泌Th1、Th2类细胞因子的水平,可从细胞功能上来评价运动过程中Th1/Th2平衡的变化。人体生理生化指标的主要测定方法包括体内试验(in vivo)、离体试验(ex vivo)与体外试验(in vitro)三种[42]。该方法属于体外试验方法,相比其它两种方法,其优点在于测试指标能更直接、更准确地反映机体细胞的功能水平。然而,该方法评价效果的好坏,仍取决于对实验条件的控制程度。淋巴细胞在培养的过程中,不同刺激物和较难控制的培养条件都可影响实验结果。研究发现,在中等强度与大强度运动前后的多个时相,机体外周血细胞培养液分别受植物血凝素(PHA)或葡萄球菌肠毒素B(SEB)刺激后,细胞产生IFN-γ的含量发生很大差别,且发生明显不同的变化趋势[6]。由此可见,刺激物的选择对该方法的可靠性影响巨大。因此,在借助淋巴细胞分泌的相关细胞因子水平来评价运动中Th1/Th2平衡的实验研究过程中,同时开展刺激物等实验条件的建立与完善方面的研究,对于实验本身同样重要。

2.4 通过血液中相关细胞因子含量的变化,来评价运动中Th1/Th2平衡

运动期间,由淋巴细胞产生的细胞因子通过血液循环系统周转全身,从而来调节由运动引起的免疫功能改变[43]。运动过程中与运动结束后,淋巴细胞产生的Th1、Th2类细胞因子也可随血液循环到达骨骼肌、胃肠道等免疫局部,诱发不同类型的免疫反应。在现有的实验研究中,已有研究者通过测定循环血液中Th1、Th2类细胞因子的含量,来评价运动机体的Th1/Th2平衡[28-30,44]。在用该方法探讨运动机体的Th1/ Th2平衡时,需首先探讨所测定细胞因子的来源细胞。其中,运动机体的IFN-γ主要由T细胞与NK细胞分泌;IL-4主要由Th2与Tc2细胞分泌[36]。二者主要的来源细胞均为淋巴细胞,适用于该方法。然而,运动期间大量的IL-6、TNF-α主要是由运动骨骼肌产生,而淋巴细胞并不是循环血中IL-6、TNF-α的主要来源细胞。由此可见,在借助血液中相关细胞因子含量来评价运动过程中Th1/Th2平衡的变化时,应注意对细胞因子指标的有效选择。

3 小结

(1)Th1、Th2细胞是引起细胞免疫与体液免疫的T细胞亚群之一,两者在运动中的变化趋势分别与Tc1、Tc2细胞保持一致,提示Th1/Th2平衡能间接反映T1/T2平衡的变化。

(2)用于间接反映运动机体Th1/Th2平衡状态的T1、T2细胞数量与其产生细胞因子的变化趋势并不总是保持一致。相比之下,直接用细胞因子来评价运动中Th1/Th2平衡的变化可能更加有效。

(3)通过测定淋巴细胞在培养与刺激条件下产生Th1、Th2类细胞因子的水平,可从细胞功能上来评价运动中Th1/Th2平衡的变化,但刺激物等实验条件对实验结果的影响较大。

(4)循环血中IFN-γ、IL-4的含量可用于间接评定运动中的Th1/Th2平衡。

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Reflection on the Evaluation M ethod of Immune Balance in Exercise

ZHAO Guanggao,et al
(Nanchang University,Nanchang Jiangxi,330031)

In the field of sports science,the number/percentage of IFN-γ(or IL-2)and IL-4 cells in peripheral blood or spleen,the levels of Th1,Th2-associated cytokines produced by the cells,and the concentrations of the cytokines in circulation are measured by researchers to evaluate the Th1/Th2 balance following exercise from the perspective of Th1and Th2 cell numbers and function.The analysis believes that(1)The change of Th1 and Th2 cells in response to exercise is the same as that of Tc1 and Tc2 cells respectively,while Th1/Th2 balance can be used as the indicator of T1/T2 balance indirectly.(2)The concentration of cytokinesmay be themoremeaningful indicators of Th1/ Th2 balance in response to exercise than that of cell numbers.(3)The concentration of cytokines in the circulationmay be themoremeaningful indicators of Th1/Th2 balance in response to exercise than that of cytokines produced by lymphocytes.The review is to provide the basis for study protocols and reference for discussions in the future researches through the reflection on the evaluation of Th1/Th2 balance in response to exercise.

exercise;immune balance;Th1/Th2 balance;T cells;IFN-γ;IL-4

G804

:A

:1001-9154(2014)12-0079-06

G804

:A

:1001-9154(2014)12-0079-06

江西省自然科学基金项目(2011ZBAB204028)。

赵广高(1982-),男,河南周口人,副教授,博士,研究方向:运动生理学。通讯作者:苏全生。

2014-05-22