免疫系統(tǒng)在控制感染、修復(fù)損傷和恢復(fù)體內(nèi)平衡方面起著關(guān)鍵作用。免疫細(xì)胞在激活過程中生物能量昂貴，需要對(duì)代謝途徑進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。在這里我們討論先天和適應(yīng)性免疫的細(xì)胞代謝，以及它們?nèi)绾问艿藉憻捄蜖I養(yǎng)的影響。
免疫系統(tǒng)保護(hù)人體免受病原體的侵害。它在維持組織穩(wěn)態(tài)和預(yù)防炎癥及代謝疾病中發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。在激活過程中，免疫細(xì)胞的生物能消耗很高，這需要對(duì)代謝途徑進(jìn)行嚴(yán)格控制。代謝途徑對(duì)于免疫細(xì)胞將遵循的分化的命運(yùn)至關(guān)重要。因此，這些細(xì)胞很容易受到營養(yǎng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)量和激素活動(dòng)的影響。
先天免疫細(xì)胞是抵御抗原的第一道防線。它們是吞噬病原菌的吞噬細(xì)胞，向其他免疫細(xì)胞提供抗原片段，引起適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)。先天免疫細(xì)胞還負(fù)責(zé)維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)。單核細(xì)胞(即單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)、粒細(xì)胞(即單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)。包括嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞)、肥大細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞。單核細(xì)胞是主要的先天細(xì)胞群，受營養(yǎng)狀態(tài)和生理活動(dòng)水平的調(diào)節(jié)。
適應(yīng)性免疫細(xì)胞對(duì)抗原呈遞的反應(yīng)具有高度特異性。在刺激下，這些細(xì)胞產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子和趨化因子，并通過增殖提高免疫應(yīng)答。這種增殖需要蛋白質(zhì)合成來支持DNA復(fù)制、細(xì)胞膜形成和細(xì)胞器的生物發(fā)生。
葡萄糖是細(xì)胞刺激過程中需要的主要底物;然而新的觀點(diǎn)表明氨基酸在細(xì)胞功能中也扮演著重要的角色。
一、營養(yǎng)劑
1.葡萄糖
葡萄糖是細(xì)胞代謝產(chǎn)生ATP的第一個(gè)底物。此外，糖酵解提供快速的能量，并產(chǎn)生煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+，它被轉(zhuǎn)換成nadh，并被許多酶和輔助因子使用，支持生物合成的生長途徑[15]。為了維持糖酵解通量，免疫細(xì)胞增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1的表達(dá)，增加葡萄糖的攝取，并在氧(即維持NAD+水平。同樣，維持三羧酸(TCA)循環(huán)也需要大量的谷氨酰胺。
在低糖培養(yǎng)基中激活的T細(xì)胞會(huì)減少胞漿Ca2+信號(hào)，從而導(dǎo)致活化缺陷。另一方面，低水平的葡萄糖允許GAPDH抑制這些促炎細(xì)胞因子，降低T效應(yīng)器功能。
2.谷氨酰胺
谷氨酰胺是人體中最豐富的氨基酸，是所有細(xì)胞中合成蛋白質(zhì)所必需的。然而，谷氨酰胺在免疫細(xì)胞的新陳代謝中起著重要的作用。在激活過程中，免疫細(xì)胞迅速從氧化代謝轉(zhuǎn)為糖酵解代謝，并將葡萄糖重定向?yàn)樘墙徒?。在這一點(diǎn)上,谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為過程稱為glutaminolysisα-ketoglutarate,直接進(jìn)入到檸檬酸循環(huán)來維持這個(gè)途徑。此外，谷氨酰胺是氮的供體，是嘌呤和嘧啶核苷酸合成所必需的。谷氨酰胺還提供谷胱甘肽，促進(jìn)氨基酸的運(yùn)輸。
關(guān)于谷氨酰胺在免疫細(xì)胞中的作用已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明，t細(xì)胞的增殖依賴于谷氨酰胺的存在。
巨噬細(xì)胞也需要足夠的谷氨酰胺來適當(dāng)激活。
3.氨基酸
支鏈氨基酸(BCAAs)由亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸組成，屬于必需氨基酸。必需氨基酸不是由細(xì)胞合成的，而是必須在飲食中提供。然而，BCAAs通過mTOR和炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)肌肉合成蛋白是必要的。
在細(xì)胞內(nèi)，mTORC1激活和t淋巴細(xì)胞增殖需要亮氨酸。
在巨噬細(xì)胞中，亮氨酸可以改善線粒體呼吸和ATP生成。
因此，適當(dāng)?shù)陌被釢舛葘?duì)于有效的mTOR功能是必要的，尤其是在免疫細(xì)胞激活的初始階段。
二、鍛煉和免疫系統(tǒng)
1.運(yùn)動(dòng)作為免疫調(diào)節(jié)劑
運(yùn)動(dòng)具有免疫調(diào)節(jié)作用。急性運(yùn)動(dòng)增加了血液中白細(xì)胞的總數(shù)，而中性粒細(xì)胞是造成這種情況的主要原因。單次有氧運(yùn)動(dòng)后0 ~ 3h，白細(xì)胞總數(shù)增加2 ~ 3倍，運(yùn)動(dòng)后24 h內(nèi)恢復(fù)到基線水平。
在長時(shí)間運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)過程中，不僅總循環(huán)次數(shù)增加，而且細(xì)胞功能也下降了。CD4+和8+ T細(xì)胞在跑步2小時(shí)后不能遷移。據(jù)報(bào)道，t細(xì)胞的增殖在運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后也會(huì)減少，淋巴細(xì)胞對(duì)抗原的反應(yīng)也是如此。
此外，經(jīng)過長時(shí)間徹底的運(yùn)動(dòng)后，單核細(xì)胞吞噬功能受損，在80%的最大氧含量下循環(huán)2小時(shí)，中性粒細(xì)胞氧化爆裂降低。然而，適度的運(yùn)動(dòng)量具有免疫刺激作用。在亞最大值延長運(yùn)動(dòng)后，中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的吞噬作用立即增強(qiáng)。
這些結(jié)果表明，就運(yùn)動(dòng)而言，免疫反應(yīng)取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，因此，耐力運(yùn)動(dòng)員在完成比賽后72小時(shí)內(nèi)更容易生病也就不足為奇了。這就是Pedersen和Brunnsgaard提出的Open window hypothesis，與免疫細(xì)胞數(shù)量和功能受損的期相吻合。此外，重復(fù)的單次劇烈運(yùn)動(dòng)而沒有適當(dāng)?shù)幕謴?fù)可以延長這一開放窗口，并最終導(dǎo)致慢性免疫抑制。
然而，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間不僅對(duì)免疫反應(yīng)很重要，對(duì)營養(yǎng)狀況也很重要。如前所述，免疫細(xì)胞受到底物可用性的嚴(yán)格調(diào)控，運(yùn)動(dòng)引起的葡萄糖和氨基酸濃度的降低會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)受損。
二、鍛煉，營養(yǎng)和免疫功能
在運(yùn)動(dòng)過程中，有大量的葡萄糖利用來維持心率和肌肉收縮，這導(dǎo)致血液中這種底物的減少。谷氨酰胺濃度也受到影響。谷氨酰胺主要由骨骼肌合成、儲(chǔ)存和釋放，肌肉反復(fù)收縮可增加TCA循環(huán)間歇通量，導(dǎo)致谷氨酰胺的合成和釋放。因此，中等強(qiáng)度的訓(xùn)練與增加谷氨酰胺的可用性有關(guān)。
然而，高強(qiáng)度和長時(shí)間的鍛煉起著相反的作用。急性高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)較基礎(chǔ)水平降低血清谷氨酰胺濃度，長時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)較短時(shí)間對(duì)谷氨酰胺濃度有顯著的負(fù)作用。大鼠肌肉中谷氨酰胺濃度在力竭運(yùn)動(dòng)24h后顯著降低。這些結(jié)果之后是GS的下降，這表明在徹底的運(yùn)動(dòng)后，肌肉谷氨酰胺的合成受到了損害。
底物利用率的下降直接影響免疫細(xì)胞的功能。在低糖環(huán)境下或低碳水化合物飲食數(shù)天后，與正常膽固醇飲食時(shí)的運(yùn)動(dòng)相比，單次運(yùn)動(dòng)可降低T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的功能。經(jīng)過長時(shí)間的疲勞鍛煉，血漿中谷氨酰胺的濃度和免疫細(xì)胞的功能都會(huì)下降。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺與運(yùn)動(dòng)引起的免疫抑制的各個(gè)方面沒有關(guān)系。最近，有足夠的谷氨酰胺可用性被認(rèn)為可以對(duì)抗耐力運(yùn)動(dòng)后免疫功能的下降。
如前所述，營養(yǎng)物質(zhì)濃度的下降被認(rèn)為是開窗狀態(tài)的機(jī)制之一，這增加了上呼吸道感染的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，向個(gè)體補(bǔ)充碳水化合物或氨基酸已成為一種避免運(yùn)動(dòng)引起的免疫抑制的策略。
20世紀(jì)90年代初，口服l -谷氨酰胺降低了運(yùn)動(dòng)引起的血漿谷氨酰胺濃度的下降。研究人員推測，補(bǔ)充谷氨酰胺可以恢復(fù)免疫功能，降低對(duì)URTIs的易感性。許多研究表明，在服用谷氨酰胺和安慰劑的個(gè)體中，補(bǔ)充谷氨酰胺能夠在徹底的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后維持血漿谷氨酰胺濃度，但與改善免疫細(xì)胞功能或販運(yùn)沒有聯(lián)系。
長時(shí)間運(yùn)動(dòng)前后補(bǔ)充葡萄糖對(duì)免疫細(xì)胞功能有積極影響。30或60 g / h的攝入碳水化合物在2.5 h自行車。此外，連續(xù)2天力竭運(yùn)動(dòng)前、中、后攝入碳水化合物，在抗原刺激下淋巴細(xì)胞增殖增強(qiáng)，第2天t細(xì)胞增殖增加。
所有這些發(fā)現(xiàn)表明，適當(dāng)?shù)娘嬍硵z入氨基酸和碳水化合物是維持免疫功能的必要條件。碳水化合物似乎有一個(gè)積極的急性答案，因?yàn)樗臄z入量在運(yùn)動(dòng)前、中、后可以避免免疫抑郁癥。谷氨酰胺直接影響肌肉再生、免疫功能和腸道屏障的改善。
結(jié)論
長時(shí)間高強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致血漿葡萄糖和氨基酸濃度明顯下降，導(dǎo)致免疫抑制。在這種情況下，在劇烈運(yùn)動(dòng)期間和之后維持營養(yǎng)有效性對(duì)于適當(dāng)?shù)拿庖呦到y(tǒng)控制至關(guān)重要，免疫系統(tǒng)控制由營養(yǎng)傳感器(即AMPK和mTOR)和代謝途徑。免疫細(xì)胞中的糖酵解或氧化磷酸化。
參考資料：
Nutrients, immune system, and exercise: Where will it take us?
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