运动干预对衰老模型大鼠血清炎性因子水平的影响*

宋博雅, 郝选明

(1.西安体育学院 运动与健康科学学院，陕西 西安 710068; 2.华南师范大学 体育科学学院，广东 广州 510006)

衰老是机体随年龄增长出现的多系统、多组织器官发生的退行性改变及机能的衰退，是一种不可逃避的自然生理现象。机体在自然老化进程中有一明显共性即衰老机体长期处于一种慢性促炎症反应进行性升高的状态，被称为炎性衰老[1](inflamm-aging)，这种炎性状态与多种老年相关疾病如阿尔兹海默症、动脉粥样硬化、帕金森病、骨质疏松等的发生发展密切相关[2]。研究发现，促炎症细胞因子在由慢性炎症诱发的炎性衰老中起着核心作用[3]。衰老机体内炎症失衡，最终表现为促炎反应过度是导致炎性衰老的根本原因[4]。白细胞介素-6(interleukin 6，IL-6)被认为是与老年性疾病及导致身体功能残疾关联最强烈的炎症反应因子，其血清水平可作为炎性衰老的预测指标[5]。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)也是一种重要的促炎因子，能够促进局部和系统性炎症反应。老年人血清中IL-6和TNF-α水平的升高与疾病、残疾和死亡率有关。白细胞介素-10(interleukin 10，IL-10)又称细胞因子合成抑制因子，能够抑制炎症反应和促炎因子的释放。IL-6、TNF-α和IL-10等炎症细胞因子可用作炎性衰老的血清学标志[3]。大量人体及动物实验表明，有氧运动能够延缓机体衰老[6,7]。但目前，运动干预对炎性衰老机制的研究较少，本实验研究借助D-半乳糖致衰老模型模拟自然衰老，观察长期适宜强度运动对衰老进程大鼠血液炎性因子表达的影响，探寻运动干预延缓衰老的可能机制，为抗衰老研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 动物分组

健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠24只，体重280～310 g，2月龄，购自西安交通大学医学院动物实验中心。适应性喂养一周后，随机分为正常对照组(Normal Control Group，NC组)，衰老模型对照组(Aging Control Group，AC组)，衰老模型训练组(Aging Exercise Group，AE组),每组8只。

1.2 建模

(1)衰老模型的建立：本实验采用D-半乳糖致衰老模型。AC组、AE组大鼠均每日腹腔注射1次D-半乳糖125 mg/kg；NC组腹腔注射等时、等量的生理盐水作为对照；AC与NC组均常规饲养，自由活动，共6周。

(2)运动方案：AE组除每日腹腔注射等量D-半乳糖外，同时进行6周的跑台训练。训练方案参照Bedford运动负荷标准[8]，选择中小强度跑台训练(坡度为0°)，方案如下：第1周跑速20 m/min；第2～6周跑速25 m/min，训练时间由第1周15 min/day，每周增加5 min，直到第6周40 min/day。每周一、三、五训练，其他时间休息，连续6周[9-11]。

1.3 大鼠的一般情况及衰老指标检测[11]

造模及训练过程中每日监测各组大鼠生存状态及生物学行为的动态变化，进行组间比较。第6周训练结束24 h后，对各组大鼠腹腔麻醉，灌注取材。按照衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)染色试剂盒方法检测各组大鼠脑、脾、肾组织衰老细胞百分率。并参照衰老标志蛋白p16蛋白的免疫组化试剂盒使用说明对大鼠脑、脾、肾组织进行组织化学染色，光学显微镜下观察p16蛋白阳性表达程度，应用Image-pro plus6.0软件对免疫组化染色进行半定量分析，检测结果与国内外有关D-半乳糖模型研究结果一致，说明D-半乳糖致衰老模型复制成功。

1.4 血清IL-6、IL-10、TNF-α检测

各组大鼠腹腔麻醉后，腹主动脉取血0.5 ml置于试管内，常温下静置1 h后，以3 500 r/min离心10 min，取血清 0.1 ml，取血48 h内由试剂公司专业人员按试剂盒操作说明采用双抗体夹心ABC-ELISA法测定血清中细胞因子IL-6、IL-10及TNF-α的含量。

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 跑台运动对各组大鼠血清白细胞介素-6(IL-6)水平的影响

由表1知，与NC组比较，AC组大鼠血清IL-6分泌量明显增多，差异显著(P<0.01)；而AE组IL-6分泌量与NC组相差不多，差异不具有统计学意义；与AC组相比，AE组大鼠血清IL-6水平显著下降(P<0.01)。提示，在衰老进程中促炎症因子IL-6表达明显升高，而6周的跑台训练可使机体IL-6的分泌水平大幅度降低。

2.2 跑台运动对各组大鼠血清白细胞介素-10(IL-10)水平的影响

AE组大鼠血清IL-10含量显著高于AC和NC组(P< 0.01)。AC组与NC组大鼠血清IL-10含量相差不多，差异不具有统计学意义(表1)。提示，6周中小强度的跑台训练可促使机体分泌更多的抗炎症因子IL-10，增强机体的抗炎能力。

2.3 跑台运动对各组大鼠血清白细胞介素肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平的影响

大鼠血清TNF-α分泌量AC组最多，AE组次之，NC组最少。与AC组相比，AE组TNF-α分泌量明显降低，差异显著(P<0.01)。提示，6周中小强度的跑台训练可使机体促炎症因子TNF-α的分泌量显著减少(表1)。

GroupIL-6IL-10TNF-α NormalControlGroup(NC)54.04±16.56∗∗##24.39±5.904.71±1.26AgingControlGroup(AC)109.56±30.70∗∗22.08±6.9127.84±3.95∗∗##AgingExerciseGroup(AE)41.65±15.98##38.27±3.35∗∗##16.15±4.63∗##

*P<0.05,**P<0.01vsNC；#P<0.05,##P<0.01vsAC

3 讨论

在自然衰老进程中，随机体年龄增长会出现促炎症反应状态呈慢性、进行性升高的现象，被称为炎性衰老，炎性衰老是衰老研究领域的新成员。机体内炎性水平的高低是影响衰老速率及寿命的决定因素之一[5]，这种持续的、慢性的、低程度的炎性刺激会影响周围组织状态，造成一个或多个器官损伤，是一些老年多发性疾病如帕金森病、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、骨质疏松等的发病基础[2，12]。机体内炎症细胞因子网络是由两个相互对立又相互依存的促炎症细胞因子网络和抗炎症细胞因子网络交织而成，两者此消彼长的动态变化决定着机体炎症状态是朝向有利还是有害的方向发展。促炎-抗炎细胞因子网络平衡失调，最终表现为促炎症反应呈增龄性升高是炎性衰老的最主要的特点。大量人群研究表明，衰老与机体内高促炎症反应状态相关，归因于老年人血清中促炎症介质如白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α及C反应蛋白的升高，使组织器官不断的暴露在炎性环境中，促炎症细胞因子能够通过氧化应激途径及激活相关信号通路，影响细胞的增殖分化及机体内环境稳定，进而诱导细胞衰老，而衰老的细胞又会产生一系列的炎症应激[13]，分泌化学因子、蛋白酶、炎性细胞因子、生长因子等导致组织衰老及衰老相关疾病的发生，促炎症细胞因子与细胞衰老两者构成了互为因果的恶性循环，进一步加速炎性衰老进程[2]。

白细胞介素-6(interleukin 6，IL-6)是一种重要的内源性炎症细胞因子和免疫调节因子，主要由T、B淋巴细胞、巨噬细胞及单核细胞产生，在传递信息、调节免疫功能、介导炎症反应中发挥重要作用。研究发现，年轻人群的血清IL-6水平普遍较低，而当50～60岁时，受刺激的外周淋巴细胞会产生更高水平的IL-6[14]。异常高水平的IL-6可能激发炎症反应、引起内分泌功能紊乱，加速机体老化，在衰老和众多老年性疾病发生时，均伴有外周血IL-6水平升高的现象。血清IL-6水平是最常用的评估炎症状态的血清标志物，可作为老年人炎性衰老的预测标志[5,15]。本实验亦同样发现，AC组大鼠血清IL-6分泌水平显著高于NC组(P<0.01)，证实了在衰老进程中机体呈现出促炎症因子呈增龄性明显升高的炎性状态。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)是机体内一种强有力的促炎症因子，主要由T淋巴细胞、活化的单核巨噬细胞分泌，能够调节炎症反应，其在炎症反应早期即可大量释放，诱导产生如IL-1、IL-6等多种促炎症细胞因子，启动炎症级联反应，进一步加重炎症反应的程度[16]。Freund等报告指出，超过50岁人群的血清炎性因子如IL-6、TNF-α分泌水平较年轻人群升高2～4倍[17]。本实验发现，AC组大鼠血清TNF-α分泌量极显著高于NC组(P<0.01)，说明经过6周D-半乳糖干预后的AC组大鼠体内炎性水平明显高于NC组，并且可能由于AC组大鼠体内存在着大量的炎性介质TNF-α，其能诱导产生更多的IL-6致使体内炎症程度进一步加重。有研究指出，对衰老进程中的大鼠进行游泳锻炼，可明显改善衰老大鼠胶质细胞的激活状态并显著下调促炎因子TNF-a的表达[18]。还有研究发现，对大鼠进行每周2 d，2次/天的12W低强度低密度抗阻训练后，其骨骼肌TNF-α mRNA表达降低40%[19]。Colbert 等研究指出，经常运动的老年人相对于久坐的老年人，循环血中具有较低水平的 TNF-α、IL-6和CRP[20]。本实验结果表明，经过6周中小强度跑台训练的AE组大鼠血清IL-6及TNF-α分泌量明显较AC组降低，差异显著(P<0.01)，说明6周中小强度的跑台训练在一定程度上可以干预机体血清促炎症因子的分泌，降低机体炎症反应程度。IL-10是细胞因子网络中一种重要的抗炎细胞因子，主要由Th2细胞产生，其可通过调节PI3k/Akt、STAT3、ERK等相关信号通路激活核转录因子NF-κ B的表达，进而抑制IL-6、IL-8、TNF-α等促炎细胞因子的表达，降低机体炎症反应[21]。IL-10与肌动蛋白有关，骨骼肌运动会刺激机体外周血IL-10、IL-1ra及sTNF-R水平的增加，这表明运动促进了抗炎细胞因子的环境。本实验发现，AE组大鼠血清IL-10含量显著高于AC和NC组(P<0.01)。提示，6周中小强度的跑台训练可促使机体分泌更多的抗炎症因子IL-10，提高机体的抗炎能力。

运动作为一种应激刺激能引起机体出现短暂的炎症反应，伴有白细胞增多、氧化应激和血浆C反应蛋白(CRP)水平升高的现象，随后机体会出现一个长期的抗炎症的适应性反应。本实验也同样发现，6周的运动干预可以显著上调抗炎因子IL-10的分泌，下调促炎因子IL-6及TNF-α的分泌水平，其可能机制是由于机体对6周跑台训练产生了良好的适应性反应，体内抗炎水平升高，伴随抗炎因子IL-10的分泌增加，促炎因子IL-6及TNF-α的表达在一定程度上受到抑制，扭转了炎性衰老中促炎因子水平逐渐上调而抗炎因子水平逐渐下调的现状，重塑机体促炎-抗炎症细胞因子网络新平衡，从而达到延缓炎性衰老的目的。