李男左群于新凱屈芳

1上海體育學(xué)院運動科學(xué)學(xué)院（上海 200438）

2上海體育科學(xué)研究所

細胞因子是由免疫細胞或非免疫細胞合成分泌的能調(diào)節(jié)細胞生理功能、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、參與免疫應(yīng)答和組織修復(fù)等多種生物學(xué)效應(yīng)的小分子多肽或糖蛋白。 白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）是重要的細胞因子之一，生物學(xué)功能非常廣泛，參與機體組織細胞的生長、分化和功能調(diào)節(jié)。作為重要的細胞免疫因子之一，IL-6在炎癥反應(yīng)中激活與調(diào)節(jié)免疫細胞，介導(dǎo)T、B細胞活化、增殖和分化。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，在骨骼肌損傷和修復(fù)過程中，IL-6除了介導(dǎo)損傷后的免疫反應(yīng)，更重要的是與損傷修復(fù)相關(guān)。同時，除了炎癥細胞，骨骼肌細胞也能分泌IL-6，肌源性IL-6在骨骼肌損傷和修復(fù)中的生肌調(diào)節(jié)作用不容忽視。

1 IL-6與肌肉損傷

運動過程中IL-6的產(chǎn)生和釋放，早期認為主要與肌纖維受到機械性牽拉損傷有關(guān)。肌肉損傷刺激機體細胞大量分泌和釋放IL-6等細胞因子，誘導(dǎo)白細胞向局部損傷部位聚集，發(fā)揮對異物的吞噬作用[1]。運動后即刻IL-6在血漿中的水平顯著升高[2]，部分實驗證明與肌酸激酶（creatine kinase，CK）相關(guān)。如Bruunsgaard等[3]發(fā)現(xiàn)離心收縮運動后IL-6的釋放與運動強度和持續(xù)時間無關(guān)，而與CK有關(guān)。但其后卻有實驗證明[4，5]，IL-6 與 CK 水平不存在相關(guān)關(guān)系，認為離心運動產(chǎn)生的IL-6與肌肉損傷的關(guān)聯(lián)不大。Mary等[6]通過對離心運動后炎性因子的觀察發(fā)現(xiàn)，8 h的IL-6同24 h、96 h的肌肉腫脹相關(guān) （r>0.282）。該作者認為腫脹和酸痛不是與CK和力量損失相關(guān)，而是與離心訓(xùn)練后炎癥反應(yīng)低度相關(guān)。Jonsdotir等[7]電刺激（100 Hz）大鼠單側(cè)腓腸肌，使之產(chǎn)生向心收縮或離心收縮，刺激結(jié)束后30 min發(fā)現(xiàn)，兩組不同的收縮肌肉中IL-6 mRNA水平無顯著差異，但與未受刺激的對側(cè)肌肉IL-6 mRNA水平相比具有顯著性差異。由于離心運動通常會造成損傷，而兩種運動均導(dǎo)致了IL-6的表達，但是兩種表達之間沒有差異，似乎表明運動后IL-6的增加并非源于損傷肌肉本身。

那么如何解釋這種結(jié)果的矛盾呢？可能與運動后檢測時間有關(guān)，因為離心收縮導(dǎo)致的肌肉損傷具有延遲性出現(xiàn)的特征。蘇全生等[8]對運動后血液IL-6、CK及其同工酶CK-MM含量進行研究后認為，運動應(yīng)激可能是運動后即刻IL-6增高的重要原因，此時的IL-6水平較難反映肌纖維微結(jié)構(gòu)變化；但運動應(yīng)激消退后，血漿IL-6的增高與運動引起的肌肉損傷（Exercise-induced muscle damege，EIMD）有重要關(guān)聯(lián)，可作為EIMD檢測指標(biāo)之一。華冰[9]采用急性離心運動，通過IL-6與CK的比較得出結(jié)論，認為IL-6可作為運動性骨骼肌損傷檢測的一個重要指標(biāo)。同樣是電刺激肌肉產(chǎn)生離心收縮，Tomiya等的研究[10]發(fā)現(xiàn)，運動后8 h至3 d出現(xiàn)腫脹的肌纖維，24 h至7 d有斷裂的肌纖維出現(xiàn)，其中第3 d達到峰值；12 h在肌細胞胞質(zhì)發(fā)現(xiàn)IL-6，隨后在炎癥細胞和增殖的衛(wèi)星細胞中也檢測到IL-6。該研究認為，IL-6出現(xiàn)在纖維腫脹開始后到斷裂開始前的特征可能反映了IL-6與肌肉損傷的密切關(guān)系。Yamin等[11]通過測定肘屈肌最大離心收縮前后血清CK活性，發(fā)現(xiàn)IL-6 G-174C基因和CK活性具有很強的相關(guān)，提示IL-6-174C等位基因的純和性是訓(xùn)練導(dǎo)致的骨骼肌損傷的一個重要風(fēng)險因素，進一步支持IL-6在骨骼肌損傷和修復(fù)導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)過程中的重要作用。

2 IL-6對肌肉修復(fù)的影響

損傷的肌肉中出現(xiàn)的IL-6可來源于單核巨噬細胞、成纖維細胞和內(nèi)皮細胞等多種細胞，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌細胞也可以生成IL-6[12-14]，局部肌肉的工作負荷增加和訓(xùn)練中的骨骼肌收縮可以使 IL-6 的表達增加[7，13-15]。 對 IL-6 mRNA 予以干擾后，培養(yǎng)的C2C12成肌細胞中肌肉特異基因成肌素和肌動蛋白的表達減少，提示IL-6具有潛在的生肌作用[16]。 此外，通過雙標(biāo)染色發(fā)現(xiàn)，IL-6 和 Pax7（衛(wèi)星細胞特異標(biāo)記）出現(xiàn)的位置一致，證明衛(wèi)星細胞也會生成 IL-6[10，17]。 Cantini等[18]通過將單核細胞與骨骼肌細胞共同培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)肌原細胞的增殖與單核細胞的激活以及衛(wèi)星細胞自分泌的IL-6相關(guān)。結(jié)果提示，由生長因子激活的單核細胞刺激肌原細胞生成IL-6，并且進一步調(diào)節(jié)衛(wèi)星細胞的增殖。Baeza-Raja等[16]的研究證實，在C2C12成肌細胞中IL-6以依賴于p38和NF-κB的方式誘導(dǎo)生成。干擾IL-6的mRNA表達減少生肌分化的程度，反之則增加。Mckay等[19]通過對8名受試者進行離心訓(xùn)練，在運動前和運動后4、24、72和120 h進行血液和肌肉組織的采樣，發(fā)現(xiàn)STAT3反應(yīng)基因和衛(wèi)星細胞上的IL-6表達增加，并且和細胞周期蛋白D1以及衛(wèi)星數(shù)量增加一致，證明IL-6在肌肉離心收縮后對于衛(wèi)星細胞的信號有著重要的調(diào)節(jié)作用。

白血病抑制因子 （leukaemia inhibitory factor，LIF）屬于IL-6細胞因子家族。離體研究證實LIF可以促進肌原纖維的增殖[20]，因為向體內(nèi)注射LIF可以導(dǎo)致肌纖維再生率的增加。IL-6與LIF同源，在損傷的骨骼肌中有相似的表達，在體外也有相似的作用。有研究發(fā)現(xiàn)LIF和IL-6 mRNA在單核的細胞和損傷的肌肉細胞表達，不僅如此，肌肉神經(jīng)的施萬細胞中也可以檢測到IL-6 mRNA的表達。此結(jié)果提示，損傷肌肉和神經(jīng)修復(fù)的早期活動也許被這些細胞因子所觸發(fā)。有研究發(fā)現(xiàn)[21]，正常大鼠擠壓傷后和杜興氏肌營養(yǎng)不良小鼠的肌肉均檢測到LIF和IL-6 mRNA的表達，非損傷肌肉難以檢測到LIF和IL-6 mRNA的表達。肌肉損傷后LIF和IL-6 mRNA的表達顯著上調(diào)，且與肌肉再生的激活幾乎一致，在杜興氏肌營養(yǎng)不良小鼠中有所加強。由于該疾病不斷進行肌肉壞死和再生的循環(huán)，結(jié)果提示再生肌肉本身局部生成的LIF分子在肌肉再生過程中可能具有重要的作用。

Serrano等[17]在一系列研究中利用基因敲除以及細胞培養(yǎng)等技術(shù)證實，IL-6對于衛(wèi)星細胞調(diào)節(jié)骨骼肌肥大有重要作用。首先，通過一定的肌肉負荷刺激，觀察野生型和IL-6敲除大鼠生長能力的差異。接下來，通過野生型和IL-6敲除大鼠肌肉中提取的衛(wèi)星細胞，研究其在生長能力方面的差異。結(jié)果顯示，骨骼肌能夠誘發(fā)局部和短暫的IL-6的表達和釋放，來適應(yīng)肥大刺激。在體研究中骨骼肌產(chǎn)生的IL-6能夠調(diào)節(jié)肌肉生長。在IL-6基因缺失大鼠模型中，IL-6的基因缺失阻礙了肌纖維面積的增長。同時，外源性增加IL-6能夠減少這些不足。更重要的是，生長的衛(wèi)星細胞產(chǎn)生的IL-6同樣刺激肌原纖維增殖和移行，說明IL-6在肌肉生長過程中以自分泌和旁分泌方式起作用。在體內(nèi)由于IL-6不僅在增殖的衛(wèi)星細胞產(chǎn)生，同樣生長的肌纖維也產(chǎn)生，提示IL-6可能在肌肉肥大過程中對衛(wèi)星細胞的增殖和移行產(chǎn)生作用，特別在肌肉代償性肥大過程以旁分泌的形式發(fā)揮作用，而IL-6缺失會導(dǎo)致肌纖維生長受阻。在TNF-α和IL-6對C2C12成肌細胞增殖和分化的相互作用研究中，通過提前24 h用TNF-α（10 ng/ml）和推后 24 h 用 IL-6（2.5 ng/ml）進行聯(lián)合處理，能最大化地促進成肌細胞增殖[22]。值得一提的是，這些研究都是在體外進行，是TNF-α和IL-6局部和短暫的對機體產(chǎn)生的有利作用。

在體注射IL-6能引起肌肉萎縮，表現(xiàn)為肌原纖維蛋白流失17%，核糖體p70S6K的磷酸化水平下降60%，STAT5的磷酸化水平下降33%，而STAT3的磷酸化水平提升了2倍。這提示生長因子介導(dǎo)的細胞內(nèi)信號強度下調(diào)可能是IL-6誘導(dǎo)肌肉萎縮的機制所在[23]。該研究提示局部、短暫的IL-6生成對機體有益，它同浸入IL-6的肌肉萎縮以及惡病質(zhì)引起全身高水平的 IL-6的作用相反[24，25]。 高水平的IL-6可以增強骨骼肌蛋白降解，進而導(dǎo)致肌肉萎縮[26-28]。

3 IL-6在肌肉損傷修復(fù)中的通路

IL-6通過一個雙鏈系統(tǒng)作用于靶細胞，其受體由兩部分組成，分別是80 kDa的受體IL-6R和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子gp130，后者是IL-6家族共用的受體。IL-6與受體結(jié)合后形成異六聚體模式，通過gp130的二聚化引起胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。有研究指出，IL-6和可溶性IL-6受體通過gp130二聚受體結(jié)合，支持胚胎干細胞自我更新[29]。 Kami等[30]通過原位雜交的方法檢測IL-6受體的表達，發(fā)現(xiàn)gp130在肌核、肌前體細胞的細胞核以及位于肌纖維間隙的單核的細胞中均可檢測到，而IL-6R mRNA的表達也在單核細胞中檢測到。研究證實，IL-6在不同的細胞群受體亞基的上調(diào)對于肌纖維的再生具有重要作用。

IL-6在胞內(nèi)通過Jak-Stats信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和Ras-MAPK級聯(lián)途徑發(fā)揮各種生物學(xué)效益。在Jak-Stats信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，JAK激酶通過激活相應(yīng)的STAT，特別是STAT3來進一步激活核內(nèi)相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄。研究證實，該信號通路在激活的衛(wèi)星細胞、增殖的肌原細胞和再生的肌纖維中被激活。免疫組織化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)在受傷導(dǎo)致炎癥和再生的肌肉中STAT3 被激活，且依賴于 IL-6 的作用[31，32，37]。STAT3的激活對于肌肉再生十分重要，對激活的衛(wèi)星細胞、增生的肌原細胞和已存在的肌纖維起到保護作用，同時阻礙肌原纖維在增生早期分化[33]。Serrano等在系列研究中證實，敲除IL-6基因的肌肉中衛(wèi)星細胞的STAT3活性減少，而且STAT3在體外IL-6缺乏的肌管中顯著減少。STAT3的活性減少導(dǎo)致IL-6基因敲除組衛(wèi)星細胞增殖和移行的不足[17]。 Guerra 等[34]通過對皮膚反復(fù)切口實驗進行肌肉活檢發(fā)現(xiàn)，IL-6 mRNA和STAT3磷酸化增強，認為STAT3參與肌肉愈合過程中的早期活動，而且可能由自分泌的IL-6來調(diào)節(jié)。與此相一致的是，通過IL-6家族的另一成員LIF激活的STAT3顯示出對于衛(wèi)星細胞的自我更新也具有重要作用[35]。

已知STAT3的作用靶點包括細胞周期蛋白D1、c-fos、JunB、Bcl-2 和 Bcl-xL，通過它們行使調(diào)節(jié)細胞增殖、分化或肌原纖維的存活等生物學(xué)功能。Bcl-2在肌肉生成早期階段的表達可以阻止程序性死亡。有研究發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育的骨骼肌中，Bcl-2的表達局限在小的單核細胞群，與結(jié)蛋白（desmin）陽性和成肌調(diào)節(jié)因子myogenin陰性共表達，而在分化的肌管中并不表達[33]。細胞周期蛋白D1是STAT3的靶基因蛋白，細胞周期蛋白D1對于細胞增殖和分化非常重要，包括成肌細胞。肌原細胞增殖和細胞分裂周期的存在依賴細胞周期蛋白D1基因?qū)毎L信號的調(diào)節(jié)。不僅如此，移行功能已經(jīng)被證實歸因于細胞周期蛋白 D1 的作用[36]。 Serrano 等證實[17]，在體內(nèi)和體外IL-6敲除組的肌肉衛(wèi)星細胞，細胞周期蛋白D1可下調(diào)STAT3靶基因產(chǎn)物。肌原細胞在缺乏IL-6情況下的減少可以歸咎于細胞周期蛋白D1表達的減少。在IL-6缺失的肌管中，被迫激活STAT3可使得細胞增殖能力和細胞周期蛋白D1表達增強。研究結(jié)果提示，在體內(nèi)或體外，細胞周期蛋白D1基因的表達是通過IL-6導(dǎo)致的STAT3激活的結(jié)果。

IL-6的信號通路可能還和IGF系統(tǒng)有關(guān)。Al-Shanti等[22]研究發(fā)現(xiàn)TNF-α和 IL-6的聯(lián)合處理對C2C12成肌細胞增殖有作用，而且胰島素樣因子連接蛋白-5、胰島素樣生長因子-2、胰島素樣生長因子-1受體和胰島素樣生長因子-2受體的mRNA表達分別顯著增加1600、1.6、27、6倍，提示聯(lián)合作用可能通過調(diào)整IGF系統(tǒng)來影響骨骼肌成肌細胞數(shù)量。另外，也有研究發(fā)現(xiàn)運動過程中IL-6的生成是通過神經(jīng)鈣蛋白的調(diào)節(jié)實現(xiàn)的[17]，并且鈣是骨骼肌收縮時神經(jīng)活動重要的調(diào)節(jié)器，提示IL-6的上游信號通路可能與鈣離子的激活有關(guān)。

總之，IL-6在骨骼肌中的出現(xiàn)不是偶然的，它能貫穿于肌肉損傷及修復(fù)的整個過程，特別是骨骼肌產(chǎn)生的IL-6對于衛(wèi)星細胞的增殖和融合具有重要作用。衛(wèi)星細胞增殖對肌肉再生過程的調(diào)節(jié)可能通過IL-6/STAT3軸起作用。對IL-6信號通路的進一步探討將對了解細胞因子在肌肉損傷修復(fù)過程中的作用具有重要意義。

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