李 杰,宋 艷,鄧樹勛,郝選明

(1.廣東體育運動技術學院科研處,廣東廣州510100;2.廣東足球運動管理中心,廣東廣州510545; 3.華南師范大學體育科學學院運動人體科學系,廣東廣州510631)

6周遞增負荷運動后大鼠脾淋巴細胞分泌IL-2和sIL-2R表達的適應性特征

李 杰1,宋 艷2,鄧樹勛3,郝選明3

(1.廣東體育運動技術學院科研處,廣東廣州510100;2.廣東足球運動管理中心,廣東廣州510545; 3.華南師范大學體育科學學院運動人體科學系,廣東廣州510631)

用72只雌性SD大鼠進行六周遞增負荷運動訓練,分別在第0、2、4、6周末即(W K0、W K2、W K4、W K6)定量負荷運動前(A)、運動后即刻(J)、運動后3h(3h)取材,用EL ISA法測試脾淋巴細胞培養(yǎng)上清中白細胞介素2(IL-2)和可溶性白細胞介素2受體(sIL-2R)濃度,試圖在細胞水平觀察IL-2和s IL-2R在整個免疫過程中的分泌功能和受體表達變化,以此來分析運動影響免疫功能的機理。結果表明：通過遞增負荷運動訓練后大鼠脾淋巴細胞分泌IL -2和sIL-2R的表達都呈現(xiàn)降低-升高-再降低的應答性變化,但IL-2分泌量在W K0水平上下波動,而sIl-2R表達量則在W KO水平下波動。結論：IL-2和sIL-2R變化的不同步導致了免疫功能低下。免疫功能的降低主要是由于sIL-2R表達的降調(diào)節(jié)導致,但機體以IL-2的大量分泌來盡量維持機體的免疫功能。

運動免疫;IL-2;sIL-2R;脾淋巴細胞培養(yǎng);免疫適應;遞增負荷運動

0 前 言

國內(nèi)外運動免疫學研究業(yè)已證實,中小負荷運動訓練可以提高機體免疫功能;而長期從事大強度運動訓練可以明顯抑制免疫功能。反映免疫功能指標很多,而對白細胞介素-2(IL-2)和白細胞介素可溶性受體(s IL-2R)的測定以往報道集中在血清中,細胞水平其分泌呈現(xiàn)怎樣的變化趨勢,國內(nèi)外卻罕見報道。本研究試圖在細胞水平觀察IL-2和sIL -2R在整個免疫過程中的分泌功能和受體表達變化,以此來分析運動影響免疫功能的機理。

1 研究對象與方法

1.1 實驗對象

三月齡SD大鼠(清潔級)72只,體重180～220g左右,由中山醫(yī)科大學實驗動物中心提供。

1.2 運動方案

大鼠適應性喂養(yǎng)一周,活動跑臺上進行適應性慢跑10m/min,坡度為0,第二周速度從20m/min開始,每周遞增5m/min,第六周速度達到40m/min。每次運動持續(xù)30min,1次/天,6天/周,周日休息,共持續(xù)6周。

1.3 研究方法

1.3.1 脾細胞的采集。用2%戊巴比妥鈉(0.5m l/100g)腹腔麻醉大鼠,無菌分離脾臟,放于complete medium 1 640培養(yǎng)液中保存。無菌細胞間進行脾臟淋巴細胞提取。在1× 106/m l的脾淋巴細胞懸液中加入ConA 5ug/m l,于24孔培養(yǎng)板中置于37℃、5%CO2孵育箱培養(yǎng)48h,取上清液分裝于eppendrofe管中,-80℃凍存待測。

1.3.2 IL-2和sIL-2R濃度采用酶聯(lián)免疫吸附法(EL ISA)測定。

2 數(shù)據(jù)處理

用SPSS fo r Window s 12.0統(tǒng)計軟件包對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,所有數(shù)據(jù)結果以均數(shù)±標準差(±SD)表示,采用One-Way ANOVA進行分析,顯著性水平為P≤0.05。

3 結果與討論

3.1 安靜組各周IL-2和sIL-2R適應性變化

表1 安靜組各周IL-2和sIL-2R適應性變化表(pg/ml)

與W K0比較：1)P＜0.05,2)P＜0.01;與W K2比較：3)P＜0. 05,4)P＜0.01;與W K4比較：5)P＜0.05,6)P＜0.01。表2,3同

3.2 運動后即刻組各周IL-2和sIL-2R適應性變化

表2 運動后即刻組各周IL-2和sIL-2R適應性變化表(pg/m l)

3.3 運動后3h組各周IL-2和s IL-2R適應性變化

表3運動后3h組各周IL-2和sIL-2R適應性變化(pg/ml)

3.4 各周IL-2對遞增負荷運動的適應性特征

如圖1所示,W K2較W K0有明顯降低,其分泌量不足W K0的1/13(P＜0.01);W K4在W K2基礎上有顯著性升高,升高超過W K2的27倍(P＜0.01);且升高達到W K0組約2倍以上(P＜0.01);W K6在W K4基礎上有明顯降低,降低到W K4的58%(P＜0.01),但仍然高于W K0水平(P＞0. 05)。所以IL-2對遞增負荷運動適應性變化主要表現(xiàn)為,隨著運動負荷的增加IL-2的分泌量表現(xiàn)為在W K0基礎水平位降低-升高-再降低的趨勢,表現(xiàn)出對運動負荷的應激反應性降低,適應,負荷再增加,分泌量再降低的同一性變化。

圖1 IL-2各周適應性變化情況

W K2較W K0下降主要是由于運動刺激的連續(xù)疊加,機體每天都在前一次運動為恢復的情況下作新的運動訓練,使機體內(nèi)環(huán)境嚴重紊亂,表現(xiàn)出對運動刺激的完全不適應性,此時免疫功能及其低下;W K4在W K2極低位置上反彈,且超過W K0水平,這使通過機體內(nèi)部組織結構與功能的重組開始對抗應激,使應激對機體的傷害減少;W K6在W K4還沒有適應的情況下進行新一輪的運動訓練刺激,使得IL-2的分泌又開始降低。機體在長期遞增負荷運動過程中,其主要增長點是在運動系統(tǒng),以及與運動有關的支持系統(tǒng),像心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng),這些系統(tǒng)隨著遞增負荷運動功能逐步增強,而免疫系統(tǒng)則表現(xiàn)相反,這主要是由于免疫是機體主要防御系統(tǒng)之一,任何刺激都會對其產(chǎn)生影響并表現(xiàn)異常,以此來表現(xiàn)機體對抗刺激的適應程度。

3.5 各周sIL-2R對遞增負荷運動的適應性特征

如圖2所示,W K2較W K0明顯降低,其分泌量不足W K0的1/100(P＜0.01);W K4在W K2基礎上明顯升高,升高超過45倍(P＜0.01);但仍沒有達到W K0水平,其分泌量僅占W K0的37%(P＜0.01);W K6在W K4周基礎上又明顯降低,降低到W K4的73%(P＜0.01);此時sIL-2R的表達量也只有W K0的23%(P＜0.01)。所以sIL-2R對遞增負荷運動的適應性特征也表現(xiàn)為：隨著運動負荷的增加sIL-2R的表達呈現(xiàn)出降低-升高-再降低的趨勢,但其值在W K0水平下來回波動。

圖2 sIL-2R各周適應性變化情況

從圖2可以看出,W K2、W K4、W K6都是在離W K0較低的水平位上的反應,sIL-2R在W K4中的反彈也與免疫功能對刺激抵抗有關,但這樣“超補償”則是在W K0水平下,沒能達到真正補償?shù)囊饬x,W K6又在W K4基礎上開始降低,由于運動負荷的遞增,機體總是在沒有完全適應的基礎上又被施加新的負荷運動,導致sIL-2R的表達在沒有恢復到W K0水平上繼續(xù)降低。

由于IL-2和sIL-2R變化的不同步導致了免疫功能低下。所以免疫功能的降低主要是由于s IL-2R表達的降調(diào)節(jié)導致,但機體以IL-2的大量分泌來盡量維持機體的免疫功能。

陳佩杰[1]等人通過對7名健康男性受試者外周血單個核細胞的T-helper特征性細胞因子m RNA進行動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),5周遞增負荷運動訓練過程中,訓練組IL-2在訓練2周時有升高趨勢,但沒有顯著性差異,實驗中IL-2最低點出現(xiàn)在第3周,第4周有非常顯著性升高,升高幅度達2倍,隨著負荷的增加第5周IL-2恢復基本達到運動前水平。訓練2、3和4周后IL-4m RNA明顯升高,訓練3、4、5周后IFN-γm RNA、IFN-γm RNA/IL-4m RNA、PFR m RNA明顯高于實驗前。說明5周遞增負荷運動訓練使T-helper1/T-helper2細胞因子基因表達上調(diào),其調(diào)節(jié)作用與運動的強度和時間相關。5周遞增負荷訓練可同時上調(diào)T-helper1細胞因子和T-helper2細胞因子的基因表達,但以T-helper1細胞因子基因表達為甚,使機體的免疫平衡趨向T-helper1極化,機體對5周遞增負荷訓練產(chǎn)生了良好的適應,機體免疫協(xié)調(diào)能力提高。這也從基因表達水平為我們提供了一個支持論據(jù)。

3.6 綜合分析各周IL-2和sIL-2R對遞增負荷運動的適應性變化

運動狀態(tài)下,機體為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),盡管非穩(wěn)態(tài),但這時的狀態(tài)是機體在運動中能夠維持的最大穩(wěn)定狀態(tài)。本實驗中IL-2和sIL-2R最低值出現(xiàn)在W K2。其原因分析如下：

首先,由于實驗所用大鼠為不慣常動物-(SPF級SD大鼠),在實驗前在恒溫恒濕且無菌的條件下喂養(yǎng),從未與外界接觸和未受過任何運動訓練刺激,且習性為夜間活動動物,而我們所設計訓練在白天正是大鼠睡眠時間,所以這種訓練模式首先打亂了機體正常生活作息規(guī)律,對機體神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)有較大影響,神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生和激素分泌水平發(fā)生改變,對免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

其次,根據(jù)應激理論W K2時機體處于對遞增負荷運動的完全不適應期即應激的“休克期”,機體內(nèi)環(huán)境嚴重紊亂,免疫功能明顯低下,IL-2的分泌和sIL-2R的表達受到強烈抑制。此階段激動、焦慮等心理應激狀態(tài)引起體內(nèi)兒茶酚胺和糖皮質(zhì)激素水平升高(免疫抑制類激素),也抑制了IL-2的分泌和sIL-2R的表達。

研究證明高水平的訓練和比賽能產(chǎn)生心理和生理性應激,這可引起體內(nèi)免疫抑制類調(diào)節(jié)物質(zhì)如可的松、腎上腺素、神經(jīng)肽等的大量釋放,通過最重要的神經(jīng)內(nèi)分泌軸PHA軸(下丘腦-垂體-腎上腺軸)抑制免疫功能,影響淋巴細胞的分化、發(fā)育、成熟、移行與再循環(huán);影響細胞因子和其他免疫因子的生成與分泌[4]。提示：精神心理因素也是影響免疫功能重要因素之一。

Moorthy[5]等發(fā)現(xiàn)體內(nèi)注射皮質(zhì)類固醇激素會引起外周血淋巴細胞數(shù)目減少,其中T淋巴細胞的數(shù)目減少最明顯。矯瑋[6]等研究表明劇烈運動產(chǎn)生免疫抑制因子。由于非損傷應激與人和動物的精神應激十分相似,所以精神因素在免疫系統(tǒng)對運動的反應中發(fā)揮著確實的作用。Nieman[7]等讓22名馬拉松運動員以75.6±0.9%VO2max在跑臺上運動2.5h,發(fā)現(xiàn)運動后3h運動組的血清皮質(zhì)醇比對照組高,恢復3h運動組與對照組相比ConA誘導的淋巴細胞增殖應答減少。長時間的持續(xù)性運動后,淋巴細胞減少主要是皮質(zhì)醇調(diào)節(jié)的原因[8]。Ferry[9]等通過給大鼠注射地塞米松發(fā)現(xiàn)地塞米松使T細胞的減少加強。

W K4即抵抗應激休克期,機體有所反彈開始大量動員靜息的淋巴細胞,甚至高于正常幾倍的水平來調(diào)節(jié)免疫功能,IL-2的分泌和sIL-2R的表達都有同步上升,IL-2在W K4升高達到W K0 2倍之多,而sIL-2R表達的“超量補償”階段卻有著特殊的意義,是在W K2水平上有補償卻沒有達到W K0水平,此時sIL-2R分泌量只有W K0的37%,介于IL-2和sIL-2R的升高幅度不同步,免疫功能總體水平在第4周仍然是低下的,這一結果可由我們同步測定的淋巴細胞增殖實驗佐證。提示：第4周免疫功能的反彈回升主要是由IL-2的大量分泌來補償。

sIL-2R是一種重要的免疫抑制物質(zhì),隨著T細胞激活,T細胞產(chǎn)生IL-2并且表達sIL-2R,IL-2和sIL-2R結合又導致更多T細胞活化,從而進入一個正反饋循環(huán),并通過IL-2依賴性反應抑制可能出現(xiàn)的免疫系統(tǒng)的過度激活。這也就避免了向IL-2過度增多方向的傾斜,對維持機體的免疫平衡起積極作用。浦鈞宗[10]等人認為長期適度或輕、中度慢性運動對免疫系統(tǒng)影響可能是機體對運動應激的生理性適應,其機制可能是這種長期慢性訓練使淋巴細胞反復暴露在免疫抑制作用的一些激素環(huán)繞中,淋巴細胞表面激素受體敏感性下降,這樣,淋巴細胞使激素的抑制作用減弱,表現(xiàn)為機體免疫功能增強。與此相反,急性劇烈運動和長期激烈的訓練促進體內(nèi)具有免疫抑制作用激素的釋放,從而抑制機體免疫功能,其機制還有待于進一步探索。

隨著負荷的遞增,IL-2的分泌在W K6表現(xiàn)一定程度的回降,降低到W K4的58%,但仍高于W K0水平,差異沒有顯著性;sIL-2R也隨著負荷的增加而降低,降低到W K4的73%,且只有W K0的23%,綜合IL-2和sIL-2R的變化,IL-2的升高幅度被sIL-2R的降低幅度所抵消,總體的免疫功能較W K0比較仍然是低下的,說明機體在沒有完全適應的情況下又進入了新一輪的不適應。此結果也可由我們同步測定的淋巴細胞增殖實驗佐證。提示：在整個實驗過程中免疫功能隨著負荷的遞增表現(xiàn)出降低的趨勢,而主要是由于sIL-2R表達的降調(diào)節(jié)所致。

遞增負荷運動對IL-2的分泌和sIL-2R的表達影響呈現(xiàn)出不同步性,IL-2的分泌隨著遞增負荷的增加其值在W K0水平來回波動,sIL-2R的表達則一直在W K0水平下波動,這可能與不同指標對長期遞增負荷運動的適應敏感度及適應程度不同有關,雖然總體免疫功能低下,但在整個過程中機體盡最大能力保持自穩(wěn)態(tài),主要是靠維持IL-2的分泌來盡力維持免疫功能。

謝紅[11]等人通過對16名未經(jīng)體育專業(yè)訓練的普通女大學生進行8周有氧訓練,每天30min。發(fā)現(xiàn)對長期運動的適應,隨時間推移,前兩周水平明顯低于訓練前,第六周基本恢復到訓練前水平。其結果與本實驗結果較相似。

運動能力提高的過程其實就是機體內(nèi)環(huán)境受到刺激→破壞→重構(超量補償)→去補償恢復趨于平衡的一個過程,適量的運動強度運動后,機體內(nèi)的結構同功能都較運動前好,當然這有前提條件,在破壞-重構之間有適當?shù)臅r間給予機體恢復,才能達到結構同功能好的重構,相反大強度或者力竭運動等不適量運動后其結構同功能都不如以前甚至降低,因為在結構沒有重構之前機體還未恢復的基礎上又受刺激,導致了結構同功能的不可恢復性損傷。

本實驗是在定量細胞水平上得出的結果,整體免疫功能反應出低下的結果,但IL-2的分泌量仍然維持在生成水平上下波動,所以這反映出免疫功能的補償主要是單個細胞水平的分泌量的補償。由于IL-2的分泌和s IL-2R的表達不同步性,在總體免疫功能低下情況下,主要靠維持IL-2的分泌來盡力維持免疫功能。

4 結 論

4.1 IL-2和sIL-2R在W K2處于應答和適應的水平最低位,同時表現(xiàn)持續(xù)下降趨勢,可能與機體處于應激休克相有關。

4.2 IL-2和sIL-2R在長期遞增負荷運動過程中,其總體適應特征表現(xiàn)為運動→不適應→逐步適應→再不適應。IL-2的分泌量在W K0水平位上下波動,而s IL-2R的表達一直受抑制,其值一直在W K0以下極低水平位波動。

4.3 由于IL-2的分泌和sIL-2R的表達不同步性,使得總體免疫功能低下,機體主要靠維持IL-2的分泌量來盡力維持免疫功能。

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6 Weeks Incremental Exercise Later the Adaptive Characteristics of IL-2 and SIL-2R of Lymphocyte from Rat Spleen

L IJie1,SONG Yan2,DENG Shu-xun3,HAO Xuan-min3

(1.Guangdong Institute of Sport,Guangzhou 510100,China; 2.Football Sports Center of Guangdong Province,Guangzhou 510545,China; 3.Human Sports Science,South China Normal University,Guangzhou 510631,China)

We used 72 female rats jogging in the treadmill for six weeks under incremental exercise increase progressively by 5m/min each week.The spleen was taken before,just after and three hours after exercise respectively in 0W,2W,4W,6W weekend.We used the EL ISA to detect the concentration of IL-2 and sIL-2R trying to observe the responsibility and recovery of IL-2 and sIL-2R in incremental exercise.The result was that after six weeks increased progressively training,IL-2 and sIL-2R had some definite responsibility relationship.Inclusion：IL-2 and sIL-2R changes were not synchronized led to immune function.Reduced immune function mainly dued to the expression of sIL-2R down-regulation lead,but the body to secrete IL-2 to try to keep a large number of immune function.

sport immunity;IL-2;sIL-2R;lymphocyte culture;immune adapt;incremental-exercise

G804.7

A

1004-3624(2010)05-0119-04

2010-04-14

李 杰(1979-),女,吉林梅河口人,研究實習員.