炎癥、hepcidin與運動

曾令劼，葉 姝

（1.成都理工大學，成都 610059；2.四川省體育科學研究所，成都 610041）

炎癥、hepcidin與運動

曾令劼1，葉 姝2

（1.成都理工大學，成都 610059；2.四川省體育科學研究所，成都 610041）

急性時相反應是運動和疾病領域公認的反應，它導致的炎癥細胞因子水平升高能上調hepcidin，而Hepcidin上調給鐵的吸收運輸帶來負面影響。本文試圖探討這三者的關系以及評估的指標。

炎癥；hepcidin；運動

1 hepcidin

hepcidin是肝臟分泌的20-、22 -或25-氨基酸多肽，它由一個更大的前體蛋白84-氨基酸衍生而來[1]，可從血液和尿液中分離出來。Kemna[2]等人通過表面增強激光飛行時間質譜（SELDI-TOF-MS）提高尿液測量中hepcidin含量的技術，但Kemna等人在血清測量的技術改進上沒有取得多少進展。

hepcidin已被提出作為鐵代謝的關鍵調節物質[2]，其水平受到肝臟鐵水平穩態的調節，而肝臟鐵水平受到促紅細胞生成素對肝臟氧化水平的感知調節，并與炎癥相關[3]。事實上，有人提出炎癥導致的hepcidin上調最終會造成血漿鐵濃度急速下降，由此形成的血紅蛋白合成瓶頸最終可導致貧血。hepcidin通過細胞鐵轉運者——膜鐵轉運蛋白（Ferroportin），調節鐵代謝。膜鐵轉運蛋白通道在一些細胞類型上表達，如十二指腸上皮細胞、肝細胞和網狀內皮巨噬細胞[4]。這些通道穿越細胞膜來運送鐵，如腸道吸收鐵和巨噬細胞釋放鐵都是這樣一個過程[4]，hepcidin吸收和降解膜鐵轉運蛋白輸出通道，最終抑制十二指腸上皮細胞吸收飲食鐵和巨噬細胞釋放鐵[3]。

2 hepcidin與炎癥

最近的文獻表明，上調hepcidin的主要介質是炎癥性細胞因子——白細胞介素-6[3]。 為了驗證這種細胞因子的作用，Nemeth[5]等人比較了炎癥對健康的人群和IL-6缺乏小鼠的刺激效果，健康受試者被注入了30 ug/L的IL-6 ,造成泌尿系統hepcidin排泄量增加了7.5倍，研究者為 IL-6基因敲除的小鼠注射松節油以產生同樣的炎癥反應，結果卻抑制了hepcidinmRNA的表達。Nemeth和他的同事提出，在缺乏血清IL-6的情況下hepcidinmRNA的衰減可能是由于受到了其他炎癥急性細胞因子刺激的抑制性影響。為了進一步探討IL-6如何影響hepcidin的活動,Kemna[2]等人在10名注射了2納克/千克體重脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）的健康人產生炎癥反應的過程中，實時追蹤了細胞因子、急性時相蛋白和hepcidin的活動。結果發現泌尿排泄hepcidin峰值發生在注射脂多糖約6小時后，而此峰值落后IL-6的峰值反應約3小時，此外Kemna等人表示急性期C反應蛋白（CRP）在脂多糖注射22小時后達到峰值，血清鐵含量有顯著下降。

目前的研究調查中，hepcidin在鐵代謝中的研究主要集中在慢性疾病和炎癥性貧血的領域。如血色素沉著癥（hemochromatosis），患者患有一種在體內各種組織機構鐵的慢性積累疾病[6]。這可能是由于缺乏hepcidin表達，能增加腸道吸收鐵含量以及降低巨噬細胞鐵儲備，從而導致血漿鐵含量增加，使其不能完全轉運結合，這些剩余的鐵沉積于各種組織，如心臟和胰腺[7]。與之相反的是炎癥性疾病，會增加高達100倍的hepcidin分泌水平[8]，所以炎癥介導的hepcidin螯合鐵水平上調，減少巨噬細胞鐵釋放和小腸鐵吸收[9]，最終導致貧血。

3 hepcidin、炎癥與運動

通過對流行病學和小鼠模型研究后，我們可以更容易理解hepcidin在鐵代謝中是如何運作的, 但迄今為止只有少數研究者考慮運動中這種蛋白質的作用。 hepcidin可能是導致運動員缺鐵的一個新的機制，因為長時間、高強度運動通常會導致炎癥反應，而炎癥是調節hepcidin活動的一個關鍵[3]，要想了解hepcidin如何在運動中被上調的，就必須考慮物理活動誘發炎癥反應的整個過程。

3.1 炎癥的生物特性

炎癥是一種急性期緊張刺激反應[10]，急性期炎癥的特點是血流量增加，這與體液、白細胞、細胞因子和急性時相蛋白這些炎癥介質的增加有關[11]。

3.1.1 急性時相蛋白（acute phase proteins）

急性時相蛋白有兩種情況，一是血漿蛋白濃度增加（積極時相蛋白質），二是血漿蛋白濃度減少（負急性時相蛋白）[12]。急性時相蛋白是在許多先天免疫機制下，如促炎癥活動、抗炎癥活動，傷口愈合以及吞噬活動中，由肝臟合成的一些血漿蛋白[13]。常見的急性時相蛋白測定標志物包括C反應蛋白（CRP）、血清淀粉樣蛋白A 、α1抗結合珠蛋白和纖維蛋白原[11],[14]。

3.1.2 細胞因子（cytokines）

細胞因子是一組細胞中提取出來的多肽，它存在于促炎癥和抗炎癥反應以調解炎癥活動[15]。細胞因子通過綁定于炎癥處高親和細胞表面受體以作為信號復合物[16]，這種蛋白質反應既以一個自分泌（作用于本身和類似類型的細胞）又以旁分泌（作用于周圍細胞）的方式對各種靶細胞產生影響[15]。一些細胞因子對調解急性炎癥反應是非常重要的，如白細胞介素（IL）-1、IL-6和IL-8和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）。在急性期反應期細胞因子產生和進入炎癥部位反過來又促進了淋巴細胞、白細胞和其他細胞的流入[17]，另外白細胞中的中性粒細胞和單核細胞能合成大量的細胞因子和生長因子以調節炎癥反應。因此白細胞和巨噬細胞在炎癥部位含量的提高進一步加速了細胞因子的產生，而這反過來又刺激急性期肝細胞蛋白產生水平的提高[11]，所以我們可以通過測量血液中血漿細胞因子和急性時相蛋白來檢測炎癥的程度。

3.1.3 IL-6

IL-6是一種常用來檢測炎癥的細胞因子，這種因子是由不同類型的細胞共同生產的，包括炎癥部位的其他細胞也可以產生，如單核細胞和巨噬細胞[18]。 白細胞介素-6（IL-6）在全身發揮促炎癥和抗炎癥作用，促炎癥活動中IL-6引起T細胞活化和B細胞分化，并刺激急性期蛋白在肝臟中產生；而IL-6在抗炎癥活動中直接抑制抗炎癥細胞因子白介素-1b和腫瘤壞死因子-a的表達，同時IL-6間接抑制IL-1的活性，這有利于抗炎性細胞因子通過刺激產生IL -1受體拮抗劑（白介素-1受體拮抗劑），使其與IL-1的細胞表面受體結合而激活靶細胞，從而促進炎性介質的產生[19]。

3.2 炎癥對運動的反應

已經證明耐力運動所引起的炎癥細胞因子水平與細菌感染、外科以及燒傷所造成的炎癥細胞因子水平相當[20]。有研究指出大強度訓練能誘導炎癥細胞因子、腫瘤壞死因子-α和白介素-1b均有2到3倍的增加，炎癥反應細胞因子IL-6也有顯著的增加[17]。事實上，IL-6被認為在所有細胞因子的增加中占最大的比例，運動后血漿濃度中IL-6水平可高于運動前100倍[21]。

考慮到這一點，最近有研究者研究了運動造成的急性期反應。如Ostrowski[22]等在一個競爭激烈的馬拉松比賽中發現腫瘤壞死因子-a（2倍）和白介素- 1b（1.5倍）的循環水平有顯著提高，血漿IL-6提高63倍，肌肉肌酸激酶提高10倍，此外研究者還表示在運動后肌肉活檢中檢測到了IL-6的mRNA表達，由此推測IL- 6是骨骼肌長時間離心運動后產生的。然而有人提出相比肌肉向心收縮，離心運動與血漿IL- 6水平增加沒有明顯關聯，是運動模式、強度和時間的總和決定了血漿IL-6的增加[23]。為了驗證這些研究結果，Helge[21]等人讓受試者進行45分鐘25 %最大功率的膝關節延伸練習，然后一條腿以65%另一條腿以85 %的最大功率練習35分鐘，結果發現IL-6從工作肌中釋放，而且細胞因子產生速率與運動強度有關。

除了強度，在同一天中反復進行運動也會影響炎癥反應。 Ronsen等[24]比較了將一個訓練日分為兩個訓練課，兩個訓練課相隔3小時的自行車練習中的炎癥反應情況，結果表明相同運動量的兩個訓練課與單獨一個訓練天相比，IL-6（69%）在第二節訓練課后表現更為明顯。有人提出，細胞因子水平的提高可能是由于第二節訓練課使肌糖原二次被合成，因為IL-6能在肌糖原耗盡、肌肉收縮時產生(Steensberg et al.2001)。作為這項研究的進一步深入，Ronsen等人觀察了一天兩節訓練課的效果，兩節訓練課相隔6小時，結果發現IL- 6水平比起3小時間隔的水平沒有明顯的提高，事實表明運動后IL-6水平能在4小時恢復到基準水平。此研究結果非常適用于高水平運動員，因為一天多練是高水平運動員訓練中采用的非常普遍的方法，但兩次訓練的強度和形式相同的情況還很少見。

綜上所述運動誘發IL-6升高可能上調hepcidin，這樣的反應也許是造成運動員缺鐵性貧血的一種新機制。

3.3 hepcidin與運動

Roecker等人[25]在一場馬拉松比賽（42.2千米）的賽前以及賽后24小時和72小時收集了14名女性運動員的尿樣，結果表明hepcidin在尿樣中的含量在賽后24小時后顯著（2.5倍）大于賽前及賽后72小時后，作者猜測長時間運動損傷增加的炎性細胞因子和C反應蛋白可能是hepcidin上調的主要機制。但他沒有測量這些血液物質。此外結果顯示14名受試者中只有8名受試者的尿液hepcidin水平在運動后24小時上升，其余6名受試者為不反應者。研究者并沒考慮運動后24小時內尿的測量頻率問題，因此不反應者的hepcidin水平有可能要比那些反應者恢復的更快更好。Roecker等通過此研究推測一些女運動員的慢性病可能使得hepcidin上調從而導致缺鐵，雖然Roecker的研究并未實時收集尿液或血液樣本進行檢測，但結果積極的顯示了運動對hepcidin的影響。國內學者劉玉倩研究了不同強度運動對大鼠十二指腸DMT1、FP1蛋白和肝Hepcidin mRNA表達的影響，他將3O只雌性SD大鼠隨機分為對照組、適度運動組和過度運動組，每組10只，運動10周后分別取十二指腸和肝。用免疫組織化學的方法測定十二指腸二價金屬離子轉運體1(divalent meta1 transporter 1，DMT1)和膜鐵轉運蛋白1(ferroportini，FP1)的表達，用RT—PCR測定肝hepcidin tuRNA的表達。結果發現適度運動組DMT1(IRE)和FP1的表達高于對照組(P<0．05)，過度運動組與對照組相比蛋白表達無明顯變化；適度運動組肝hepcidin mRNA 的表達顯著低于對照組(P<0．05)，過度運動組肝hepcidinmRNA 的表達與其他兩組相比無顯著差異。這可能是因為適度運動通過hepcidin調節十二指腸DMT1和FP1的表達增強，促進腸對鐵吸收，滿足運動中機體對鐵的需求。而過度運動則通過大量動用貯存鐵滿足機體所需，而使腸鐵吸收變化不明顯。

4 小結

運動、炎癥和hepcidin的關系是緊密相連的。眾所周知，在慢性疾病中IL-6循環水平的提高，可以影響hepcidin上調導致血清鐵水平下降，大量的高強度運動可導致類似于在慢性疾病期間的炎癥反應。目前已存在一些關于運動、炎癥和hepcidin關系的研究，但迄今為止這些研究都是在試圖表明這樣一種關系，而沒有考慮一些相關的變量。因此，要想更準確地觀察運動后hepcidin的活動，需要在練習后的24小時內實時檢測。此外相關指標還有血液中的IL-6，CRP和血清鐵，另外應對訓練強度、持續時間和完成組數的所產生的影響進行評估。

[1] Nicolas G,Viatte L,Bennoun M,et al.Hepcidin,a new iron regulatory peptide.Blood Cells Mol Dis JT - Blood cells, molecules& diseases, 2002,29(3):327-35.

[2] Kemna E, Pickkers P, Nemeth E, et al.Time-course analysis of hepcidin, serum iron, and plasma cytokine levels in humans injected with LPS.Blood JT -Blood, 2005,106(5):1864-6.

[3] Nemeth E,Tuttle MS,Powelson J,et al.Hepcidin regulates cellular iron efflux by binding to ferroportin and inducing its internalization.Science JT - Science (New York, N.Y.), 2004,306(5704):2090-3.

[4] Lymboussaki A, Pignatti E, Montosi G, et al.The role of the iron responsive element in the control of ferroportin1/IREG1/MTP1 gene expression.J Hepatol JT- Journal of hepatology, 2003,39(5):710-5.

[5] Nemeth E, Rivera S, Gabayan V, et al.IL-6 mediates hypoferremia of inflammation by inducing the synthesis of the iron regulatory hormone hepcidin.J Clin Invest JT-The Journal of clinical investigation,2004,113(9):1271-6.

[6] Goswami T, Andrews NC.Hereditary hemochromatosis protein,HFE, interaction with transferrin receptor 2 suggests a molecular mechanism for mammalian iron sensing.J Biol Chem JT - The Journal of biological chemistry, 2006,281(39):28494-8.

[7] Nicolas G, Bennoun M, Devaux I, et al.Lack of hepcidin gene expression and severe tissue iron overload in upstream stimulatory factor 2 (USF2) knockout mice.Proc Natl Acad Sci USAJT-Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2001,98(15):8780-5.

[8] Nemeth E, Valore EV, Territo M, et al.Hepcidin, a putative mediator of anemia of inflammation, is a type II acute-phase protein.Blood JT- Blood, 2003,101(7):2461-3.

[9] Ganz T.Hepcidin, a key regulator of iron metabolism and mediator of anemia of inflammation.Blood JT - Blood, 2003,102(3):783-8.

[10] Kataranovski M, Magic Z, Pejnovic N.Early inflammatory cytokine and acute phase protein response under the stress of thermal injury in rats.Physiol Res JT - Physiological research / Academia Scientiarum Bohemoslovaca, 1999,48(6):473-82.

[11] Gabay C, Kushner I.Acute-phase proteins and other systemic responses to inflammation.N Engl J Med JT-The New England journal of medicine, 1999,340(6):448-54.

[12] Morley JJ, Kushner I.Serum C-reactive protein levels in disease.Ann N Y Acad Sci JT - Annals of the New York Academy of Sciences, 1982,389:406-18.

[13] Ceciliani F, Giordano A, Spagnolo V.The systemic reaction during inflammation: the acute-phase proteins.Protein Pept Lett JT - Protein and peptide letters, 2002,9(3):211-2 3.

[14] Semple SJ, Smith LL, McKune AJ, et al.Serum concentrations of C reactive protein, alpha1 antitrypsin, and complement (C3,C4, C1 esterase inhibitor) before and during the Vuelta a Espana.Br J Sports Med JT - British journal of sports medicine, 2006,40(2):124-7.

[15] Feghali CA, Wright TM.Cytokines in acute and chronic inflammation.Front Biosci JT-Frontiers in bioscience : a journal and virtual library, 1997,2:d12-26.

[16] Chung KF.Cytokines in chronic obstructive pulmonary disease.Eur Respir J Suppl JT - The European respiratory journal.Supplement, 2001,34:50s-59s.

[17] Pedersen BK, Hoffman-Goetz L.Exercise and the immune system: regulation, integration, and adaptation.Physiol Rev JT-Physiological reviews, 2000,80(3):1055-81.

[18] Gabay C.Interleukin-6 and chronic inflammation.Arthritis Res Ther JT - Arthritis research & therapy,2006,8 Suppl 2:S3.

[19] Biasucci LM, Liuzzo G, Fantuzzi G, et al.Increasing levels of interleukin (IL)-1Ra and IL-6 during the first 2 days of hospitalization in unstable angina are associated with increased risk of in-hospital coronary events.Circulation JT - Circulation, 1999,99(16):2079-84.

[20] Margeli A, Skenderi K, Tsironi M, et al.Dramatic elevations of interleukin-6 and acute-phase reactants in athletes participating in the ultradistance foot race spartathlon: severe systemic inflammation and lipid and lipoprotein changes in protracted exercise.J Clin Endocrinol Metab JT - The Journal of clinical endocrinology and metabolism, 2005,90(7):3914-8.

[21] Helge JW, Stallknecht B, Pedersen BK, et al.The effect of graded exercise on IL-6 release and glucose uptake in human skeletal muscle.J Physiol JT - The Journal of physiology,2003,546(Pt 1):299-305.

[22] Ostrowski K, Rohde T, Asp S, et al.Pro- and anti-inflammatory cytokine balance in strenuous exercise in humans.J Physiol JT-The Journal of physiology, 1999,515 ( Pt 1):287-91.

[23] Fischer CP.Interleukin-6 in acute exercise and training: what is the biological relevance?.Exerc Immunol Rev JT-Exercise immunology review, 2006,12:6-33.

[24] Ronsen O, Lea T, Bahr R, et al.Enhanced plasma IL-6 and IL-1ra responses to repeated vs.single bouts of prolonged cycling in elite athletes.J Appl Physiol JT - Journal of applied physiology(Bethesda, Md: 1985), 2002,92(6):2547-53.

[25] Roecker L, Meier-Buttermilch R, Brechtel L, et al.Iron-regulatory protein hepcidin is increased in female athletes after a marathon.Eur J Appl Physiol JT - European journal of applied physiology,2005,95(5-6):569-71.

Inflammation,Hepcidin and Sports

ZENG Ling-yu1,YE Shu2
(1.Chengdu University of Technology, Chengdu 610059,China;2.Sichuan Sports Science Institute, Chengdu 610041, China)

acute-phase response usually appeared in exercise and disease, it brings inflammation cytokines which have ability to upregulated hepcidin.Hepcidin increased have a negative influence on iron absorb and transportation.We will discuss all these relationships and the standards of evaluation.

Inflammation; hepcidin; sports

G807.0

A

1008-9128（2012）04-0114-04

2011-12-04

曾令劼（1985-），女，重慶永川人，碩士，助教。

[責任編輯 姜仁達]