运动对骨髓脂肪在造血调控中作用的研究进展

尹洪刚 胡敏

（1.广州体育学院研究生部; 2.广州体育学院运动与健康系 广东广州 510500）

在人体生长发育与衰老过程中骨髓会逐渐由红骨髓转变成为黄骨髓,即骨髓脂肪化,其本质是骨髓中脂肪细胞增多。动物模型实验证实,骨髓过度脂肪化可抑制造血[1]。在许多临床疾病中,例如,再生性障碍贫血、放化疗后的骨髓抑制等,在对病人进行活组织检查中会发现脂肪侵润红骨髓的特征[2]。骨髓抑制是一种以血细胞减少为表现的疾病。骨髓脂肪过多且造血前体细胞减少是其显著骨髓病理学特征。成骨细胞和脂肪细胞是造血微环境中最重要的成员,两者参与构成骨髓造血微环境,均可能影响成骨发生和造血发生。骨髓脂肪细胞对造血微环境具有负性调节作用,其分泌的肿瘤坏死因子(TNF-α),白细胞介素6(IL-6)和干扰素γ(IFN-γ)等的细胞因子能抑制骨髓造血、抑制造血重建时造血干细胞在骨髓中的植入。因此,在运动促进健康的大背景下,深入研究骨髓脂肪化机制对促进某些疾病过程中造血恢复、提高造血干细胞移植效率具有一定意义[3]。

1 骨髓脂肪生物特性

1.1 脂肪细胞

脂肪存在于所有体细胞中,有一种细胞质内含有脂肪滴的特别的细胞,它专门储存脂肪,被称为脂肪细胞（Adipocyte）,来源于中胚层的间充质干细胞。脂肪细胞是构成脂肪组织的主要细胞,脂肪组织在人体组织学上属于松散的结缔组织,由脂肪细胞组成,用来储存脂肪。人体内有两种脂肪组织:白色脂肪组织与棕色脂肪组织,分别由白色脂肪细胞和棕色脂肪细胞构成。

白色脂肪细胞或称作单房细胞,包含有一个被细胞质所环绕的脂滴。细胞核形状平扁且位于边缘。脂肪以半液体状态被储存起来,并且主要是甘油三酸酯和胆固醇酯组成。白色脂肪细胞会分泌抵抗素、脂联素以及瘦素。一个普通成人大约有300亿个脂肪细胞并重达13.5kg。如果一个成人增重过多,在脂肪细胞分裂及增加其现有绝对数量前,其大小会增长近四倍。棕色脂肪细胞外形是多边形的。与白色脂肪细胞相比,这些细胞有相当大细胞质,脂滴分散于整个其中。细胞核则是圆的,且位于中央而不是细胞边缘。其颜色为棕色是因为有大量的线粒体。冬眠动物及婴儿体内含有棕色脂肪组织,故也称为“婴儿脂肪”,是用来产生热量的。

1.2 骨髓脂肪细胞

骨髓脂肪来源于白色脂肪组织,与皮下脂肪以及内脏脂肪组织在结构和功能上存在差异。出生后造血主要靠骨髓,是唯一能产生血细胞的场所,大约5岁开始,髓腔内开始出现脂肪细胞,随年龄增长,红骨髓逐渐被脂肪组织代替转化为黄骨髓。骨髓分造血和基质两大系统,其中造血系统中的造血干细胞(Hematopoietic stem cell,HSCs)是更新循环血细胞的主要来源;而基质系统中的骨髓基质干细胞(Bone Marrow Stromal cell,BMS)则具有分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、肌细胞,甚至神经细胞等多向分化的潜能。由于成骨细胞与脂肪细胞的同源性,分化成熟的成骨细胞与脂肪细胞可以进行相互转,两者存在“此消彼长”的关系。

2 骨髓脂肪细胞与造血调控

研究造血调控,其实也是研究造血诱导微环境。骨髓造血微环境主要有骨髓基质细胞（bone marrow stromal cell,BMS,是微环境的核心部分,由复杂的抑制细胞群构成:网状细胞、成纤维细胞、血窦内皮细胞、巨噬细胞、脂肪细胞）、填充于细胞之间的细胞外基质（extracellular matrix）、进入骨髓的神经和血管,还包括各种造血因子。

在造血系统中,脂肪细胞参与构成骨髓造血微环境,有人认为骨髓脂肪细胞可影响造血发生以及成骨发生。科学家一直认为骨髓中脂肪细胞只占用空间而没有其它不良影响,但由美国哈佛医学院乔治·戴雷领导的团队研究发现,如果对老鼠进行基因改造,让其骨髓中不能制造脂肪细胞,这些老鼠能够更有效地制造血细胞。脂肪细胞能明显减慢骨髓中新的血细胞形成速度,因此,减少这些脂肪细胞可能有助于接受了骨髓移植手术的癌症病人更快的恢复。

3 骨髓脂肪与运动锻炼

国内外一些研究发现运动锻炼能抑制骨髓细胞向脂肪细胞分化,缓解骨密度的下降。魏翔等人[4]用中等强度跑台运动对去卵巢大鼠进行运动锻炼,研究发现中等强度跑台运动减缓腰椎骨密度下降,抑制骨髓脂肪细胞数目增加,提示中等强度跑台运动能抑制去卵巢大鼠骨髓细胞向脂肪细胞分化。王颖捷等人的动物实验发现[5],去卵巢组大鼠骨小梁断裂增加,数目减少,骨髓腔内脂肪细胞数目增多,这与先前动物[6-7]和人体[8]实验报道的结果相似,与Buer等人[9]在体外实验中得到相似结果。

运动训练改善造血微环境,从而加强造血功能,其可能机制来自骨髓。运动医学的大量证据表明运动训练能够刺激血细胞的生成[10]。目前有资料初步显示运动训练能作用于机体骨髓造血系统多个环节而可能有助于加强造血功能[11-12]。国外的学者已经采用运动训练作为一种辅助于方法来试图改善患者的贫血症状,有的研究则没有观察到这种效应,所得结论并不一致,因此,在本实验中也需要证实这一结论。

在正常机体,骨髓造血组织是血细胞分化成熟的场所。成骨细胞是骨髓造血微环境的重要成员,对造血功能起积极调解作用[13]。胡敏等[11]研究发现运动训练后成年男性的成骨作用加强,同时红细胞生成也增加,而骨特异性碱性磷酸酶水平的变化与红细胞参数的变化有较好的相关性。研究者原来一直认为骨髓中的脂肪细胞只占用空间而没其他不良影响,但美国科学家近年宣布,脂肪细胞会明显减慢骨髓中新的血细胞形成速度,因此,骨髓造血微环境中脂肪细胞则对骨髓造血功能起负性调节作用[14]。

运动训练能够促进骨髓成骨细胞的分化,同时抑制骨髓脂肪细胞的分化[15],促进造血因子的分泌,从而加强造血能力。国外研究学者Baker[16]对小鼠进行了10周的跑台训练,体外进行干细胞的培养发现,耐力训练提高骨髓干细胞的增值,极大地动员干细胞的分化,同时训练减少骨髓腔脂肪,通过训练增加造血因子可达60%。徐峰鹏[17]等对健康4周龄大鼠采用游泳运动方式,胫骨骨组织切片发现,游泳组的脂肪细胞面积明显低于对照组。国外学者也得到游泳运动能提高红细胞比容和血红蛋白浓度[18]。因此,我们可以得出运动训练能够提高造血能力,可作为贫血的辅助疗法。

4 结语

运动锻炼时,骨髓造血旺盛。虽然目前有关运动锻炼的方式、强度和频率在不同类型的贫血中的功效没有深入研究,作为可用的实验数据是有限的,需要进一步调查体育训练贫血影响的潜在机制,特别是经过放化疗和患有癌症的病人。利用运动锻炼特别是力量锻炼,是未来研究的一个建议。

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