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免疫系统在控制感染、修复损伤和恢复体内平衡方面起着关键作用。免疫细胞在激活过程中生物能量昂贵，需要对代谢途径进行严格调控。在这里我们讨论先天和适应性免疫的细胞代谢，以及它们如何受到锻炼和营养的影响。 免疫系统保护人体免受病原体的侵害。它在维持组织稳态和预防炎症及代谢疾病中发挥着基础性作用。在激活过程中，免疫细胞的生物能消耗很高，这需要对代谢途径进行严格控制。代谢途径对于免疫细胞将遵循的分化的命运至关重要。因此，这些细胞很容易受到营养状态、运动量和激素活动的影响。 先天免疫细胞是抵御抗原的第一道防线。它们是吞噬病原菌的吞噬细胞，向其他免疫细胞提供抗原片段，引起适当的免疫反应。先天免疫细胞还负责维持组织内稳态。单核细胞(即单核细胞和巨噬细胞)、粒细胞(即单核细胞和巨噬细胞)。包括嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞)、肥大细胞和自然杀伤细胞。单核细胞是主要的先天细胞群，受营养状态和生理活动水平的调节。 适应性免疫细胞对抗原呈递的反应具有高度特异性。在刺激下，这些细胞产生大量的细胞因子和趋化因子，并通过增殖提高免疫应答。这种增殖需要蛋白质合成来支持DNA复制、细胞膜形成和细胞器的生物发生。 葡萄糖是细胞刺激过程中需要的主要底物;然而新的观点表明氨基酸在细胞功能中也扮演着重要的角色。 一、营养剂 1.葡萄糖 葡萄糖是细胞代谢产生ATP的第一个底物。此外，糖酵解提供快速的能量，并产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+，它被转换成nadh，并被许多酶和辅助因子使用，支持生物合成的生长途径[15]。为了维持糖酵解通量，免疫细胞增加葡萄糖转运体1的表达，增加葡萄糖的摄取，并在氧(即维持NAD+水平。同样，维持三羧酸(TCA)循环也需要大量的谷氨酰胺。 在低糖培养基中激活的T细胞会减少胞浆Ca2+信号，从而导致活化缺陷。另一方面，低水平的葡萄糖允许GAPDH抑制这些促炎细胞因子，降低T效应器功能。 2.谷氨酰胺 谷氨酰胺是人体中最丰富的氨基酸，是所有细胞中合成蛋白质所必需的。然而，谷氨酰胺在免疫细胞的新陈代谢中起着重要的作用。在激活过程中，免疫细胞迅速从氧化代谢转为糖酵解代谢，并将葡萄糖重定向为糖酵解。在这一点上,谷氨酰胺转化为过程称为glutaminolysisα-ketoglutarate,直接进入到柠檬酸循环来维持这个途径。此外，谷氨酰胺是氮的供体，是嘌呤和嘧啶核苷酸合成所必需的。谷氨酰胺还提供谷胱甘肽，促进氨基酸的运输。 关于谷氨酰胺在免疫细胞中的作用已经进行了大量的研究。结果表明，t细胞的增殖依赖于谷氨酰胺的存在。 巨噬细胞也需要足够的谷氨酰胺来适当激活。 3.氨基酸 支链氨基酸(BCAAs)由亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸组成，属于必需氨基酸。必需氨基酸不是由细胞合成的，而是必须在饮食中提供。然而，BCAAs通过mTOR和炎症反应调节肌肉合成蛋白是必要的。 在细胞内，mTORC1激活和t淋巴细胞增殖需要亮氨酸。 在巨噬细胞中，亮氨酸可以改善线粒体呼吸和ATP生成。 因此，适当的氨基酸浓度对于有效的mTOR功能是必要的，尤其是在免疫细胞激活的初始阶段。 二、锻炼和免疫系统 1.运动作为免疫调节剂 运动具有免疫调节作用。急性运动增加了血液中白细胞的总数，而中性粒细胞是造成这种情况的主要原因。单次有氧运动后0 ~ 3h，白细胞总数增加2 ~ 3倍，运动后24 h内恢复到基线水平。 在长时间运动后的恢复过程中，不仅总循环次数增加，而且细胞功能也下降了。CD4+和8+ T细胞在跑步2小时后不能迁移。据报道，t细胞的增殖在运动中和运动后也会减少，淋巴细胞对抗原的反应也是如此。 此外，经过长时间彻底的运动后，单核细胞吞噬功能受损，在80%的最大氧含量下循环2小时，中性粒细胞氧化爆裂降低。然而，适度的运动量具有免疫刺激作用。在亚最大值延长运动后，中性粒细胞和单核细胞的吞噬作用立即增强。 这些结果表明，就运动而言，免疫反应取决于运动强度和持续时间，因此，耐力运动员在完成比赛后72小时内更容易生病也就不足为奇了。这就是Pedersen和Brunnsgaard提出的Open window hypothesis，与免疫细胞数量和功能受损的期相吻合。此外，重复的单次剧烈运动而没有适当的恢复可以延长这一开放窗口，并最终导致慢性免疫抑制。 然而，运动强度和持续时间不仅对免疫反应很重要，对营养状况也很重要。如前所述，免疫细胞受到底物可用性的严格调控，运动引起的葡萄糖和氨基酸浓度的降低会导致免疫系统受损。 二、锻炼，营养和免疫功能 在运动过程中，有大量的葡萄糖利用来维持心率和肌肉收缩，这导致血液中这种底物的减少。谷氨酰胺浓度也受到影响。谷氨酰胺主要由骨骼肌合成、储存和释放，肌肉反复收缩可增加TCA循环间歇通量，导致谷氨酰胺的合成和释放。因此，中等强度的训练与增加谷氨酰胺的可用性有关。 然而，高强度和长时间的锻炼起着相反的作用。急性高强度间歇运动较基础水平降低血清谷氨酰胺浓度，长时间力竭运动较短时间对谷氨酰胺浓度有显著的负作用。大鼠肌肉中谷氨酰胺浓度在力竭运动24h后显著降低。这些结果之后是GS的下降，这表明在彻底的运动后，肌肉谷氨酰胺的合成受到了损害。 底物利用率的下降直接影响免疫细胞的功能。在低糖环境下或低碳水化合物饮食数天后，与正常胆固醇饮食时的运动相比，单次运动可降低T细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞的功能。经过长时间的疲劳锻炼，血浆中谷氨酰胺的浓度和免疫细胞的功能都会下降。然而，一些研究发现谷氨酰胺与运动引起的免疫抑制的各个方面没有关系。最近，有足够的谷氨酰胺可用性被认为可以对抗耐力运动后免疫功能的下降。 如前所述，营养物质浓度的下降被认为是开窗状态的机制之一，这增加了上呼吸道感染的风险。在这种情况下，向个体补充碳水化合物或氨基酸已成为一种避免运动引起的免疫抑制的策略。 20世纪90年代初，口服l -谷氨酰胺降低了运动引起的血浆谷氨酰胺浓度的下降。研究人员推测，补充谷氨酰胺可以恢复免疫功能，降低对URTIs的易感性。许多研究表明，在服用谷氨酰胺和安慰剂的个体中，补充谷氨酰胺能够在彻底的运动干预后维持血浆谷氨酰胺浓度，但与改善免疫细胞功能或贩运没有联系。 长时间运动前后补充葡萄糖对免疫细胞功能有积极影响。30或60 g / h的摄入碳水化合物在2.5 h自行车。此外，连续2天力竭运动前、中、后摄入碳水化合物，在抗原刺激下淋巴细胞增殖增强，第2天t细胞增殖增加。 所有这些发现表明，适当的饮食摄入氨基酸和碳水化合物是维持免疫功能的必要条件。碳水化合物似乎有一个积极的急性答案，因为它的摄入量在运动前、中、后可以避免免疫抑郁症。谷氨酰胺直接影响肌肉再生、免疫功能和肠道屏障的改善。 结论 长时间高强度有氧运动可导致血浆葡萄糖和氨基酸浓度明显下降，导致免疫抑制。在这种情况下，在剧烈运动期间和之后维持营养有效性对于适当的免疫系统控制至关重要，免疫系统控制由营养传感器(即AMPK和mTOR)和代谢途径。免疫细胞中的糖酵解或氧化磷酸化。 参考资料： Nutrients, immune system, and exercise: Where will it take us? |
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