运动、谷氨酰胺和免疫系统
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  发布时间：2007-01-30 02:00:08

谷氨酰胺是机体内含量非常丰富的一种氨基酸，具有许多重要的生理功能，能促进胃肠粘膜细胞增生，维持肠道的完整性，而且巨噬细胞的吞噬作用、淋巴细胞的增殖以及蛋白质的合成，都必需依赖充足的谷氨酰胺。

　　骨骼肌是合成谷氨酰胺的主要部位，其过程由一个联合脱氨基反应和一个氨基化反应组成，在酮酸脱氢酶的催化下，先由酮酸和支链氨基酸的氨基和羧基交换，生成谷氨酸；再在谷氨酰胺合成酶的催化下进一步将谷氨酸的一个羧基氨基化而生成谷氨酰胺。骨骼肌是血浆谷氨酰胺的主要来源。谷氨酰胺储存在骨骼肌中，就象糖原储存在肝脏中一样，以维持血浆谷氨酰胺的水平。当血浆谷氨酰胺的水平下降时，骨骼肌就会释放谷氨酰胺入血。

1. 谷氨酰胺———骨骼肌和免疫系统之间的代谢联系休 闲 居 编 辑

　　Krebs[1]认为体内合成大量谷氨酰胺的原因是它比其它氨基酸具有更多的作用。谷氨酰胺作为嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的氮供体，对蛋白质合成和细胞繁殖有重要作用。

　　通常认为免疫系统细胞是通过糖代谢获得能量，现已证实谷氨酰胺也是淋巴细胞和巨噬细胞的重要能量来源。有证据表明即使淋巴细胞和巨噬细胞处于抑制状态，谷氨酰胺也被高速利用，一方面提供能量，另一方面用于合成嘌呤和嘧啶碱[2]。骨骼肌在保证免疫细胞利用谷氨酰胺的速率过程中起着极其重要的作用，因而骨骼肌的活动直接影响免疫系统。有人假设(即所谓谷氨酰胺假说)：在剧烈运动、创伤、烧伤、脓毒血症等情况下，肌肉和其它器官需要谷氨酰胺，导致淋巴细胞“谷氨酰胺亏空”，从而抑制其功能。同时，严重的创伤应激可引起免疫系统对谷氨酰胺利用率明显增强，这有利于保持免疫细胞对创伤后的各种免疫损伤的有效反应性[3]。然而，创伤后骨骼肌呈现高分解代谢状态，致使体内谷氨酰胺很快被耗竭，血浆谷氨酰胺水平可较正常降低20%～30%[4]。如果影响到免疫细胞的谷氨酰胺代谢，势必将损害免疫细胞的功能。因此，直接或间接影响谷氨酰胺合成或释放的因素，也会影响免疫细胞的功能。

2. 淋巴细胞功能和谷氨酰胺

　　通过测定淋巴细胞和巨噬细胞中包括磷酸盐依赖的谷氨酰胺酶在内的谷氨酰胺代谢酶的最大催化活性，显示在免疫过程中谷氨酰胺酶活性增强[5]。研究发现增代时间与谷氨酰胺酶存在负线性相关，谷氨酰胺酶活性的增强伴随着各种谷氨酰胺转氨酶活性的增强，细胞内谷氨酰胺浓度的下降和谷氨酰胺消耗率的增加[6]。可用类似糖酵解的命名“谷氨酰胺酵解”来描述谷氨酰胺部分氧化的过程[7]。

　　在快速分裂的细胞中谷氨酰胺酵解的作用是为大分子合成提供碳和氮以及能量。如DNA和RNA合成时的嘌呤和嘧啶核苷酸。由于谷氨酰胺酵解的高速率，需要使用介质控制大分子合成来保持理想状态，即对免疫刺激淋巴细胞必须高速增殖作出反应。研究报道[8]，在细胞培养时，谷氨酰胺是淋巴细胞分裂所必须的氨基酸，其它一些氨基酸或谷氨酸和氮的复合物、谷氨酰胺和亮氨酸的复合物都不能代替谷氨酰胺。此外，巨噬细胞的抗原提呈作用依赖谷氨酰胺[9]，同时谷氨酰胺的浓度对淋巴细胞、胸腺细胞、Ｔ细胞、Ｂ细胞的分化也非常重要[9-11]。

　　研究谷氨酰胺浓度对血浆单核细胞在ConA、PHA、PPD、IL-2刺激下增殖的影响，发现促进细胞增殖的最佳谷氨酰胺浓度是0.3ｍＭ～1.0ｍＭ。其它研究也得到相似结论。0.3ｍＭ谷氨酰胺浓度细胞培养得到最大量的细胞增殖[11]。一些淋巴细胞亚型同样依赖最佳谷氨酰胺浓度[10]。在上述因子刺激下，细胞在谷氨酰胺存在或不存在两种状态下孵育，除PHA刺激因子作用下CD4+细胞增加，在0 6ｍＭ谷氨酰胺浓度作用下CD3+、CD4+、CD8+、CD16+、CD19+细胞相对部分没有改变，由此而知PHA主要刺激CD4+细胞分化，且分化受PHA刺激时，更加依赖谷氨酰胺[12]。

　　研究在有无谷氨酰胺两种情况下，IL-2刺激的血浆单核细胞孵育48小时，测定淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK)的活性，发现谷氨酰胺的存在能增强LAK细胞活性，并在谷氨酰胺浓度0.3ｍＭ时最佳[10]。推测这并非LAK细胞数目增多，因为CD16+、CD56+细胞的百分比没有受谷氨酰胺存在的影响。相对地，LAK细胞依赖谷氨酰胺，NK细胞的活性不受谷氨酰胺影响[10]。理论上推测感染了HIV的人，淋巴细胞功能下降有可能与谷氨酰胺缺乏有关，但谷氨酰胺不能修复被HIV感染的细胞，且谷氨酰胺不能消除运动中受抑制的PHA应答[10]。

　　淋巴细胞增殖是一个包括细胞因子在内的复杂的连锁反应，谷氨酰胺在其中的作用不是影响IL-1β或TNF-α的产生，而是放大IL-2、IL-6和IFN-ｒ，所以谷氨酰胺是适宜淋巴细胞增殖的必需补充剂[13]。

3. 谷氨酰胺与抗氧化能力

　　氧自由基产生增多及抗氧化能力的减弱是机体创伤、感染、剧烈运动等应激状态下机体免疫功能下降的原因之一。谷氨酰胺是合成体内极其重要的抗氧化剂———还原型谷胱甘肽的前体物质。在严重创伤后免疫功能受抑的同时常伴有体内谷氨酰胺含量的显著降低[14]。而应激反应后体内谷氨酰胺水平的下降极有可能成为还原型谷胱甘肽合成的限速因素，其结果是机体抗氧化能力持续降低，脂质过氧化反应增强，进而损伤免疫功能。

4. 运动、谷氨酰胺与免疫

　　谷氨酰胺在运动中起着保持骨骼肌蛋白质水平，维持免疫系统功能及调节葡萄糖/糖原代谢的作用。谷氨酰胺是用于机体蛋白质合成的氨基酸之一，肌肉中谷氨酰胺的耗竭与肌肉蛋白质分解代谢增加密切相关，维持谷氨酰胺储量对于保持骨骼肌体积有重要作用。在分子水平上，谷氨酰胺防止肾上腺皮质激素介导的肌肉萎缩中肌球蛋白重链合成作用的下调。同时谷氨酰胺也是糖异生供能的重要能源物质。运动中骨骼肌收缩消耗大量能量，在糖氧化供能不足的情况下，谷氨酰胺糖异生作用增强，血浆谷氨酰胺水平降低。

　　运动对血浆谷氨酰胺浓度的影响，在大运动量方面研究结果比较一致，大部分都认为长时间高强度运动后血浆谷氨酰胺浓度明显下降，并且会维持一段时间[15，16]。其机理主要表现在两方面：(1)运动导致糖异生作用增强，作为原料的谷氨酰胺消耗增加，血浆谷氨酰胺水平下降。(2)谷氨酰胺合成受抑制，使血浆谷氨酰胺水平下降。

　　骨骼肌是血浆谷氨酰胺的主要来源。当血浆谷氨酰胺水平下降时，骨骼肌就会释放谷氨酰胺入血。从运动能量消耗和糖异生的机制分析，谷氨酰胺消耗增加导致血浆谷氨酰胺来源减少。而谷氨酰胺合成受抑制的原因，可能与大运动量训练消耗大量能量、肌糖原极度耗竭有关。肌糖原耗竭伴随丙酮酸的产量减少、三羧酸循环中α-酮戊二酸的浓度降低。此时，α-酮戊二酸生成谷氨酸的逆反应占优势，更多的谷氨酸异生进入三羧酸循环补充能量代谢，使谷氨酰胺合成减少。大强度运动还可以引起肌肉谷氨酰胺合成酶活性降低，而合成酶活性降低进一步使谷氨酰胺合成减少[17]。分析谷氨酰胺代谢过程，大强度运动导致血浆谷氨酰胺水平下降是谷氨酰胺合成酶抑制与谷氨酰胺在运动中分解供能、更多谷氨酸进入三羧酸循环使谷氨酰胺合成原料减少共同作用的结果。

　　有报道运动导致血液中嗜中性粒细胞和淋巴细胞被动员。在超过1小时的大强度持续性运动后，淋巴细胞数量减少，NK细胞、LAK细胞的功能被抑制，同时运动期间，淋巴细胞增生反应，Ｔ细胞分裂下降。运动导致免疫改变的基本机制可能是多因素的，包括肾上腺素、去甲肾上腺素、生长素、肾上腺皮质激素的改变在内。同时，在高度的运动训练后血清谷氨酰胺浓度下降，谷氨酰胺的缺乏提示在维持机体活动后免疫功能下降[18]。

　　更甚者，内分泌免疫功能的削弱，使在免疫抑制阶段，微生物更易通过免疫第一防线而侵犯机体。谷氨酰胺比其它氨基酸具有更多的代谢功能，在异化应激环境下被认为是环境相关的基本氨基酸。在这些功能中，谷氨酰胺由于细胞快速分裂(如免疫细胞)，为细胞增殖、复制提供能量、代谢前体而被大量消耗。有人认为[19]这种大强度训练和过度训练引起的免疫功能下降与血浆谷氨酰胺下降有关。

　　耐力运动引起的肌肉损伤可能会影响到运动结束后几天的免疫系统机能[20]。推测运动引起的肌肉损伤可能降低血浆谷氨酰胺浓度。同时，由于淋巴细胞和单核细胞的能量供应和核肽的生成依赖于谷氨酰胺，所以当某些形式运动后机体对感染的敏感性下降时，肌肉损伤性运动后谷氨酰胺的利用是一个必须考虑的重要因素。人体免疫系统对运动的整体反应主要是通过循环系统中某些与免疫相关的因子的变化反映。运动引起的肌肉损伤会促发牵涉多种不同淋巴细胞群的滤过和局部的炎症反应[20]。运动会损害中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞滤过肌肉组织[21，22]，但同时运动会提高各种因子的活性，由此运动本身对循环系统中的淋巴细胞具有较大的影响[23]。关于运动引起的免疫抑制的机理，有“谷氨酰胺缺损”的假说被提出：长时间高强度运动后血浆谷氨酰胺浓度明显下降，而谷氨酰胺又是重要的免疫细胞的代谢底物，血浆谷氨酰胺水平正常对维持免疫细胞的正常功能是非常重要的。免疫细胞内谷氨酰胺水平降低一方面提示体内谷氨酰胺的严重缺乏，另一方面它可能影响免疫组织细胞内谷氨酰胺的代谢状态，进一步影响免疫细胞功能，引起免疫抑制[24]。

5. 补充外源性谷氨酰胺与运动、免疫

　　人体内大多数组织均能合成谷氨酰胺，正常状态下，完全可以满足机体的需要，然而在创伤、感染、运动等应激状态下，机体处于超高代谢状态，骨骼肌蛋白大量分解，向血中释放出谷氨酰胺，机体谷氨酰胺库被严重消耗。同时其它组织器官，如小肠、淋巴细胞等，对血中谷氨酰胺摄取增加，使血浆中和细胞内谷氨酰胺浓度下降[25]。说明在应激状态下，机体对谷氨酰胺的需要量大大增加，超过了机体的合成能力，此时谷氨酰胺是一种条件必需氨基酸，给机体补充谷氨酰胺是极为必要的。

　　动物实验提示：外源性补充谷氨酰胺，小鼠脾淋巴细胞自然增殖和刺激增殖都增强，Ｂ淋巴细胞分泌抗体能力也增强，吞噬细胞的吞噬活性增强，红细胞免疫功能明显加强。说明给动物适量补充谷氨酰胺可以显著增强其免疫机能[26]。

　　虽然有关运动员使用谷氨酰胺的资料很缺乏，但根据现有的资料可以认为补充谷氨酰胺可能对从事长时间大强度训练的运动员具有良好的作用。谷氨酰胺是运动员增长肌肉和力量的必需营养素，其作用体现在[27]：

　 (1)谷氨酰胺是一种很有效的抗分解代谢剂，当肌内谷氨酰胺浓度较高时，其他氨基酸不能再进入谷氨酰胺产生的环节中，从而利于蛋白质合成；另外，谷氨酰胺还起维持体内氨基酸平衡的作用，使机体合成更多的蛋白质。

　　在应激反应(如手术、脓毒症、运动)后补充谷氨酰胺可以保持提高骨骼肌的水合状态，导致细胞体积增大。细胞体积增大本身就是肌肉细胞的合成信号。因为细胞内谷氨酰胺浓度下降是剂量依赖性的(即应激越强烈，下降越明显)，所以可以推测长时间运动训练会增加谷氨酰胺的需要量，外源性补充对提高运动能力是必需的[28]。

　　谷氨酰胺在人体胃肠道能有效地吸收，口服是一种有效的补充外源性谷氨酰胺的方法。在高代谢条件下，胃肠功能受到抑制，可能引起肠粘膜损伤、通透性增高，造成细菌、毒素移位，而进一步加重机体高代谢状态。谷氨酰胺是小肠细胞代谢的重要基质，充足的谷氨酰胺是小肠保持正常代谢、结构的功能的重要条件之一。在应激反应后外源性补充谷氨酰胺可增加肠粘膜细胞对谷氨酰胺的摄取，减轻肠粘膜损伤和细菌移位，促进肠功能恢复[2]。

　(2)免疫系统所有细胞的复制都需要谷氨酰胺。运动研究发现，它具有增强免疫力的作用，对大强度训练引起运动员免疫系统功能下降有积极的恢复作用。

　　应激反应常引起机体免疫抑制，而体内谷氨酰胺缺乏可进一步加重应激反应后的免疫抑制，延缓免疫抑制的恢复；补充谷氨酰胺能明显减少免疫功能指标的受抑程度，缩短免疫受抑的持续时间，由此提示应激反应后外源性补充谷氨酰胺能明显改善细胞的免疫功能。

　　在过度训练时，谷氨酰胺补充可能有益于运动员。睾酮/皮质醇水平下降是过度训练状态的一个标志。它反映了机体代谢向分解代谢状态转化。而糖皮质激素会加速肌肉内谷氨酰胺的释放，而补充谷氨酰胺会减少肌肉谷氨酰胺和蛋白质丢失。也许，过度训练的运动员补充谷氨酰胺，将阻止皮质激素水平增高引起的蛋白质丢失。过度训练的运动员免疫系统功能的抑制，可通过额外补充谷氨酰胺帮助维持正常免疫系统功能。

　(3)谷氨酰胺是强有力的胰岛素分泌刺激剂。谷氨酰胺还可以为糖原合成和糖异生提供底物。它在减轻高脂膳食继发的胰岛素抵抗中的作用可预防肥胖。

　(4)谷氨酰胺能最大限度地促进肌酸增长。1996年一项研究报道，仅服2克谷氨酰胺就能引起血液生长激素水平的明显提高。运动营养专家称之为一种挖掘肌肉功能潜力的关键物质，是维持人体健康的重要物质。

　　在力竭性训练后，谷氨酰胺含量将消耗40%以上，所以补充谷氨酰胺十分必要。但是，运动后一般不直接补充谷氨酰胺，因为服用后会增加机体的氨负担。α-酮戊二酸是谷氨酰胺的前体，机体能利用鸟氨酸与α-酮戊二酸产生谷氨酰胺。鸟氨酸、α-酮戊二酸合剂(OKG)是由2个分子鸟氨酸和1分子α-酮戊二酸盐组成的。这两种氨基酸结合在一起，在胰岛素、生长激素的分泌调节中发挥的作用更大。

　　补充谷氨酰胺能增加肌糖原的积累。因为谷氨酰胺是胃肠道和免疫系统细胞的重要燃料，所以可推知日常膳食补充谷氨酰胺可以从本质上节约蛋白质。但从事大强度运动训练的运动员，谷氨酰胺利用的需要量会超过组织器官特别是骨骼肌和脂肪组织的释放量，以保持正常体液水平，促进肌肉蛋白质合成代谢发生。对于多数运动员，肌肉蛋白质总量的保持是影响运动能力的一个关键因素。补充谷氨酰胺能防止过度训练导致的瘦体重的丢失并能促进力量型运动员的瘦体重的增长，且有利于改善免疫系统机能，减少过度训练导致的感染性疾病的发生率。

6. 参考文献 (略)

摘自《中国运动医学杂志》2002年9月第21卷第5期

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