高炎症因子水平对身体功能的影响

高炎症因子水平对身体功能的影响

孙景权上官若男1黄文英2叶建平3谢敏豪4

(北京体育大学运动人体科学学院，北京100084)

关键词〔〕慢性炎症；炎症因子；慢性疾病；身体功能

中图分类号〔〕G804.7〔文献标识码〕A〔

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题(2012BAK21B02)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(No.2014BS017)

通讯作者：谢敏豪(1960-)，男，教授，主要从事运动型内分泌失衡机制与调控研究。

1成都学院体育学院2江西师范大学体育学院

3彭宁顿生物医学研究中心4国家体育总局运动医学研究。

叶建平(1963-)，男，教授，主要从事炎症因子与糖尿病研究。

第一作者：孙景权(1987-)，男，在读博士，主要从事运动与体质健康研究。

目前研究中常见的炎症因子包括白介素(IL)-6、IL-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α及C超敏反应蛋白(CRP)，有关炎症标志物对身体功能、运动能力、身体力量和体育锻炼方面的研究多集中于老年人。年龄伴随着身体功能和运动能力的降低，最终影响生活质量并可能最终导致独立活动能力降低。炎症标志物(尤其是TNF-α、IL-6、Il-1β和CRP)与老年人致残率和死亡率有关。促炎症细胞因子已经证实与心血管疾病有关，包括动脉粥样硬化和脑卒中〔1〕。横断面和纵向研究都已显示促炎症细胞因子和CRP与骨骼肌体积、力量、肥胖症、身体功能和残疾相关。本文试图将炎症因子浓度增加对身体力量和身体功能所产生的负面影响进行综述，以期对后续研究提供参考。

1炎症因子对身体力量的影响

研究表明，老年人的炎症标志物和骨骼肌力量(握力)以及身体活动能力存在负相关〔2～4〕。横断面数据显示，高浓度的CRP、IL-6、TNF-α、可溶性TNF-α受体I(sTNFRI)和sTNFRⅡ伴随着较低的肌肉力量，更慢的步行速度和耐力〔2〕。更高水平的IL-6已经被证实与较低肌肉体积和较低肌肉力量相关〔3,4〕。健康老年男性和女性骨骼肌体积和力量降低同时伴随着血浆中IL-6和TNF-α浓度升高，表明细胞炎症因子水平较高可能导致骨骼肌体积和力量丢失，进一步的研究发现，TNF-α与骨骼肌体积和力量下降存在最强和最一致的关联〔5,6〕。相似的，高水平的IL-6和CRP与老年人身体运动能力和骨骼肌力量下降呈显著相关性〔8〕，70～79岁男性和女性血浆中IL-6和TNF-α的高浓度与骨骼肌体积和肌力较低之间存在一个确定的关联。Schaap等〔5〕研究发现，炎症标志物水平增高与受试者5年时期肌肉力量的丢失之间存在相关性。Norman等〔7〕研究表明，独立于年龄、性别、游离脂肪酸、身体质量分数和恶性疾病，CRP与住院病人的最大等长握力存在一个显著的独立关系。细胞因子水平对骨骼肌体积的一个直接作用效果已经在人体和动物模型中得到证实，促炎症因子对骨骼肌的分解作用是炎症导致肌肉力量下降的原因。

研究表明，促炎症状态对骨骼肌具有直接的促分解作用，导致肌少症以及随后伴随着移动的受限和残疾〔8～10〕。肌少症定义为年龄伴随着骨骼肌体积和力量的丢失。肌肉体积和力量丢失的主要结果是老年人身体功能和移动的受限，从而增加了摔倒、骨折和死亡的风险。许多细胞炎症因子通过激活骨骼肌组织中蛋白酶体途径促进蛋白质分解，IL-6和白介素IL-1作用于肾上腺-垂体轴来释放促肾上腺皮质激素和皮质醇，TNF信号是通过神经性一氧化氮(nNOS)和活性氧(ROS)来降低骨骼肌力量和抑制收缩功能。动物实验表明，IL-6升高可以抑制胰岛素样生长因子1的血浆浓度，从而可能损害骨骼肌合成过程。

但是关于炎症因子与肌肉力量的相关程度仍存在不同看法〔11～13〕。Legrand等〔11〕研究发现，IL-6和CRP增加了骨骼肌力量丢失的风险，支持了炎症对骨骼肌分解的作用，但是两者之间是否存在相关关系不能确定。大鼠模型结果显示，IL-6和TNF-α灌注可减少骨骼肌蛋白质合成，增加骨骼肌降解〔12〕。Diana等〔14〕研究发现，血浆中CRP和红细胞沉降率(ESR)增高与骨骼肌肌力下降相关，但当控制身体质量分数(BMI)时，这种关系不存在显著性，提示炎症可能影响关节炎病人的肌肉力量。

2炎症因子对身体功能的影响

目前评价身体功能和运动能力的常用生理测试方法及指标是步行速度、站椅子测试、站立平衡、400m步行时间、4m步行、6m步行和20m步行等。研究表明，炎症因子水平升高能够影响机体的身体功能状态〔2,15～18〕。身体功能下降的生物学机制是慢性炎症因子浓度增加。

早期关于炎症因子和身体功能的横断面研究认为，单一的炎症标志物与身体功能存在负相关〔2,15〕，但关于它们之间纵向关系的研究很少。许多的纵向研究集中于一个或两个炎症标志物，如IL-6和CRP水平升高与老年人握力降低、4m步行时间增加相关，但是目前关于多层次炎症标志物和身体功能改变之间关系的研究很少〔16〕，鉴于这种复杂性，任何单一的炎症标志物都不能代表整体炎症因子对机体产生的应激压力，因此应该评价这些炎症因子的协同作用。

步行作为老年人在小区内进行锻炼的有效方式，能够步行400m是一个主要的健康预示指标，不能步行400m伴随着心血管疾病、移动受限、残疾和死亡率的高发。一项关于老年人前瞻性研究发现〔17〕，促炎症状态(依据TNFR1、TNFR2和炎症状态得分)与老年人随后6年时间内400m步行能力的丢失呈现密切联系，当将年龄带来的疾病和损伤变量控制后，高水平的TNFR1导致老年人步行能力下降，甚至相比于炎症标志物没有处于最高的1/4百分位数区间内的受试者来说，当受试者有3个或者更多炎症标志物出于最高的1/4百分位数区间内时，其400m步行能力丢失的可能性更高，这表示炎症标志物水平较高对身体功能的影响可能存在一个累积效应。这一研究表明，与单一的炎症指标相比，评价炎症指标的累积效应更能用于评价走动障碍，这一研究使我们对于炎症和步行残疾之间的关系有更深的了解，那就是独立的和累积效应的促炎症标志物都可能导致步行障碍，但累积效应可能性更高。另外研究发现，步行障碍发生率与TNFR1和TNFR2水平相关，其可能原因是TNF超家族成员在细胞分化、增殖、细胞凋亡和炎症诱发方面表达和角色不同〔18〕。TNF根据细胞类型诱发多种效应，其通过结合TNFR1和TNFR2受体发挥作用，这可能解释步行障碍率与TNFR1和TNFR2相关而与TNF-α无关的原因。TNFR1是TNF-α主要的信号受体，在人体所有组织中均有表达，然而TNFR2主要在免疫细胞中表达，介导有限的生物反应。在将医疗条件和生理指标当成协变量时，TNFR1细胞功能方面的主要作用可能部分解释了它与步行障碍之间的关系，但是当将其余变量当成协变量时，TNFR2的功能和数量多少与400m步行能力没有关系。

另一研究采用主成分分析法从一系列数据中确定出两种炎症组分，并评价两种炎症因子组分与身体功能之间的关系，发现TNF-α相关物质(TNF-α、sTNFR1,sTNFR2,IL-6sR,andIL-2sR)与身体运动的储备能力评分相关，然而CRP相关物质(CRP、IL-6和PAI-1)与任何的身体功能无关〔15〕。但是有研究报道：患有膝关节关节炎老年人的TNFR1和TNFR2与身体功能较低存在相关性，CRP、IL-6和IL-1受体(IL-1RA)水平与较差的身体活动能力和肌肉力量存在独立和显著相关关系。通过这两项研究发现，400m走路能力降低与TNF-α及其受体TNFR1之间相关程度较大，可能是因为循环系统中TNF-α的半衰期比其他炎症标志物更长，可能对身体产生一个更大的累积效果。尽管CRP相关炎症标志物与身体功能之间具有相关性，但是关于其相关程度大小的报道结果不一致，可能与研究人群的种族、年龄和研究方法不一致相关。

表1　炎症因子升高与肌肉力量和体积呈负相关的研究文献

表2　炎症因子升高对肌肉力量和体积相关性不高的研究文献

表2　炎症升高对身体机能负面影响及相关程度的研究文献

3结论与展望

炎症因子水平增加能够加强骨骼肌分解，降低肌力和体积，减弱身体力量，但对于炎症因子水平和身体力量之间是否存在显著相关目前还存在争论；炎症因子水平增加可使身体功能下降，但炎症因子影响机体功能具有特异性，对于哪种炎症因子对身体功能影响具有相关性目前研究仍存在争论。

综上，通过调节炎症因子改善身体功能的研究意义重大，期望在今后的研究中对此问题作进一步深入研究。

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〔2015-02-19修回〕

(编辑滕欣航)