高強度運動訓練對腫瘤接種大鼠抗腫瘤作用的實驗研究

楊敏麗，李云川，和文雄

(1.昆明醫學院體育部，云南 昆明 650500;2.昆明醫學院，云南 昆明 650500;3.云南交通職業技術學院，云南 昆明 650101)

高強度運動訓練對腫瘤接種大鼠抗腫瘤作用的實驗研究

楊敏麗1，李云川2，和文雄3

(1.昆明醫學院體育部，云南 昆明 650500;2.昆明醫學院，云南 昆明 650500;3.云南交通職業技術學院，云南 昆明 650101)

目的:探討高強度運動訓練對Walker 256接種大鼠抗腫瘤的作用。方法:80只大鼠隨機分為2組(n=40):運動訓練組和非運動訓練組。高強度運動訓練8周后，運動訓練組大鼠又分為兩組(n=20):運動對照組和腫瘤種植運動組。非運動訓練組大鼠又分為兩組(n=20):靜坐對照組和腫瘤種植靜坐對照組。高強度平臺運動訓練課程持續10周，5d/W，30min/d，85%VO2max。觀測血漿中多種酶、激素和細胞因子水平及淋巴細胞和巨噬細胞和Walker 256腫瘤細胞的葡萄糖和谷氨酰胺代謝酶、H2O2生成量、吞噬率和淋巴細胞增殖指數等指標。結果:高強度運動訓練能夠延長腫瘤接種大鼠的生存時間，降低腫瘤重量，阻止惡病質的發生;高強度運動能夠抑制Walker 256腫瘤細胞接種大鼠淋巴細胞和巨噬細胞的葡萄糖和谷氨酰胺代謝酶的活性。結論:高強度運動訓練可能是一種有效的潛在的抗腫瘤策略。

運動訓練;大鼠;腫瘤;淋巴細胞;巨噬細胞

運動能增強體質，改善腫瘤患者的生存質量［1－2］。有規律的運動有助于降低腫瘤的發生率［3－4］。流行病學研究表明，中等強度的運動訓練能增強免疫功能，緊張的運動能引起免疫抑制，高強度運動對機體免疫系統有害。然而，缺乏實驗研究依據。本文旨在研究高強度運動訓練對腫瘤種植大鼠的血漿中多種酶、激素、細胞因子水平及淋巴細胞和巨噬細胞作用的影響，探討其抗腫瘤作用。

1 材料和方法

1.1 動物和試劑

雄性成年Wistar大鼠150～200g，由昆明醫學院動物中心提供。Walker256細胞株，由中國醫學科學院基礎醫學研究所基礎醫學細胞中心提供。實驗所用各種試劑購于寶生物工程(大連)有限公司。

1.2 訓練方案

依據大鼠85%VO2max標準控制跑臺的運轉速度，每15天重復校準一次。大鼠奔跑速度分別為0.4、0.6、0.8、0.9、1.1、1.2、1.5、1.6、1.7 和 1.8km/h，30min/d，5d/w，訓練時間為10w。動物不接受負重。

1.3 實驗分組

選用年齡和體重相同大鼠80只，隨機分成兩大組(n=40):運動訓練組和非運動訓練組。高強度訓練8w后，運動訓練組大鼠又分為兩組(n=20):運動對照組和腫瘤種植運動組。非運動訓練組大鼠又分為兩組(n=20):靜坐對照組和腫瘤種植靜坐對照組。腫瘤種植靜坐對照組和腫瘤種植運動組大鼠分別給予內腹部皮下接種1mL2×107無菌Walker256細胞懸液，腫瘤生長2w后腫瘤重量應占體重的15%［5］。運動對照組和靜坐對照組大鼠給予同部位注射1mL磷酸緩沖液(PBS)。腫瘤種植運動組和運動對照組大鼠繼續接受高強度運動訓練課程2w。腫瘤種植靜坐對照組和靜坐對照組大鼠采用靜坐方式，不接受任何運動訓練課程。

1.4 體重、攝食量、存活時間、腫瘤重量/體重比值和脂肪含量測定

每日觀測種植腫瘤前后動物攝食量、體重和腫瘤重量，記錄大鼠存活時間，測定腫瘤重量/體重比值和脂肪含量［6］。

1.5 細胞分離

分離Walker256細胞、腸系膜淋巴結淋巴細胞和腹腔內巨噬細胞，分別置于4℃離心機內，離心150g×10min。Walker256活細胞用于種植大鼠體內。臺盼藍染色活巨噬細胞＞95%，淋巴細胞純度＞99%，用于測定各項指標。

1.6 巨噬細胞H2O2釋放量和吞噬率測定

培養的巨噬細胞于分光光度計下測定H2O2釋放量，光學顯微鏡下觀測吞噬率［7］。

1.7 淋巴細胞增殖指數測定

培養的1×105細胞/孔淋巴細胞加入刀豆素A(ConA)或脂多糖(LPS)，培養48h后測定增殖指數。

1.8 酶活性、激素和細胞因子水平測定

分光光度計測定葡萄糖－6－磷酸酶(G6PDH)、己糖激酶(HK)、檸檬酸合酶(CS)和谷氨酰胺酶(GLUT)的活性。放射免疫法測定血漿中胰島素、生長素、睪丸素和氫化可的松水平。ELISA法測定血漿中IL－1、IL－2、TNF－α水平。

1.9 數理統計法

采用SPSS 11.0統計軟件包進行統計分析，計量資料采用均數±標準差(±s)表示，組間比較采用雙因素方差分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 存活時間和腫瘤重量/體重比值

腫瘤種植運動組大鼠的存活時間和體重明顯大于腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P＜0.05);腫瘤種植運動組大鼠的腫瘤重量、腫瘤重量/體重比值明顯低于腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P ＜0.05)，見表1。

表1 大鼠生存時間和腫瘤重量/體重比值比較(±s)

表1 大鼠生存時間和腫瘤重量/體重比值比較(±s)

注:與腫瘤種植靜坐對照組相比，*P＜0.05。

組別 n 生存時間(d) 腫瘤重量(g) 體重(g) 腫瘤重量/體重比值腫瘤種植運動組 20 43±4* 22.2±1.8* 319±4.0* 0.0696±0.003*腫瘤種植靜坐對照組20 14±2 38.8±3.2 224±2.0 0.1733±0.004

2.2 惡病質相關指標

體重測定結果顯示:運動組和非運動組大鼠1～8周體重無明顯差異(P＞0.05);8～10周腫瘤種植靜坐對照組大鼠體重明顯低于其他三組大鼠(P＜0.05)，見表2。

攝食量及脂肪量測定結果顯示:腫瘤種植靜坐對照組大鼠攝食量較靜坐對照組大鼠減少了34.93%，腫瘤種植運動組大鼠攝食量較腫瘤種植靜坐對照組大鼠增加了26.02%;腫瘤種植靜坐對照組大鼠總體脂肪量較靜坐對照組大鼠減少了46.79%，腫瘤種植運動組大鼠附睪脂肪量是腫瘤種植靜坐對照組大鼠的2.15倍，見表3。

表2 各組大鼠體重變化(±s)

表2 各組大鼠體重變化(±s)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植靜坐對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。

組別 n 第8周 第9周 第10周腫瘤種植運動組 20 310±3.2 314±3.5▲ 318±4.0▲腫瘤種植靜坐對照組 20 288±3.0 255±2.5＊◆ 224±2.4＊◆運動對照組 20 310±3.7 315±3.4▲ 319±3.0▲靜坐對照組 20 280±2.5 300±3.0▲ 317±3.8▲

表3 各組大鼠攝食量、總體脂肪量和不同組織脂肪量變化(±s)

表3 各組大鼠攝食量、總體脂肪量和不同組織脂肪量變化(±s)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植靜坐對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。每組n=20只。

組別 攝食量(g/d) 總體脂肪(mg/g) 腓腸肌脂肪量(mg/g) 附睪脂肪量(mg/g) 棕色脂肪量(mg/g)腫瘤種植運動組 21.9±0.3＊▲ 66.2±11.3 13.0±1.6▲ 1089.2±202.8▲ 417.5±19.2◆▲腫瘤種植靜坐對照組 16.2 ±0.4* 34.8 ±1.2* 8.1 ±0.3 509.9 ±17.3 27.6 ±8.8*運動對照組 21.2 ±0.2＊▲ 51.0 ±6.6 11.4 ±1.0 828.5 ±20.9 136.8 ±63.7*靜坐對照組 24.9 ±0.3 65.4 ±6.2 12.1 ±1.2 831.7 ±10.8 493.5±29.5

2.3 血漿激素和谷氨酰胺

運動對照組大鼠睪酮和生長激素水平明顯高于腫瘤種植運動組和腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P＜0.05);腫瘤種植運動組大鼠谷氨酰胺水平明顯低于腫瘤種植靜坐對照組大鼠，見表4。

表4 各組大鼠血漿激素和谷氨酰胺水平變化(±s)

表4 各組大鼠血漿激素和谷氨酰胺水平變化(±s)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植靜坐對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。每組n=20只。

指標 腫瘤種植運動組 腫瘤種植靜坐對照組 運動對照組 靜坐對照組胰島素(μU/ml)2.79±0.23 3.87 ±0.15 5.16 ±0.31 4.36±0.30生長激素(ng/ml) 1.01±0.03◆ 1.28 ±0.20 2.27 ±0.37▲ 1.48±0.16睪酮(pg/ml) 1.08±0.17◆ 7.85 ±3.15 93.9 ±3.20＊▲ 5.94±0.10皮質酮(μg/dl) 0.22±0.04* 0.14 ±0.03* 0.42 ±0.06＊▲ 0.02±0.01谷氨酰胺(nmol/ml) 1554±15＊▲ 2119±100* 1469±159＊▲1289±104

2.4 血漿細胞因子

腫瘤種植運動組大鼠IL－1和TNF－α水平明顯高于腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P＜0.05);腫瘤種植運動組和腫瘤種植靜坐對照組大鼠IL－1、IL－2腫瘤種植運動組水平明顯高于運動對照組和靜坐對照組大鼠(P＜0.05)，見表5。

表5 各組大鼠血漿細胞因子水平變化(±s)

表5 各組大鼠血漿細胞因子水平變化(±s)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植非運動對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。每組n=20只。

指標 腫瘤種植運動組 腫瘤種植靜坐對照組 運動對照組 靜坐對照組IL －1(pg/ml) 27.8 ±2.2＊▲◆ 15.2±1.1*1.68 ±0.43 1.13 ±0.81 IL －2(pg/ml) 113.4 ±50.1* 101.8±32.4* 11.0 ±0.07▲13.64±0.04 TNF － α(pg/ml)671.0 ±26.01＊▲ 455.3±15.66*52.7 ±0.02 52.88±0.02

2.5 巨噬細胞H2O2生成量和吞噬率

腫瘤種植運動組大鼠巨噬細胞H2O2生成量和吞噬率明顯低于靜坐對照組和運動對照組大鼠(P＜0.05)，見表6。

表6 各組大鼠巨噬細胞H2 O2生成和吞噬率變化(±s)

表6 各組大鼠巨噬細胞H2 O2生成和吞噬率變化(±s)

組別 n 吞噬率(%) H2O2(nmolh－1·mg－1)腫瘤種植運動組 20 14.9±0.2◆ 8.2±0.2＊▲◆腫瘤種植靜坐對照組 20 17.4 ±4.0 51.9 ±1.2*運動對照組 20 55.8±1.2＊▲ 14.3±1.1靜坐對照組20 23.2 ±0.3 12.1 ±0.5

2.6 淋巴細胞和巨噬細胞代謝中酶的活性

腫瘤種植運動組大鼠淋巴細胞G6PDH、HK、CS和谷氨酰胺酶的活性明顯低于靜坐對照組和運動對照組大鼠(P＜0.05);腫瘤種植運動組大鼠淋巴細胞CS和谷氨酰胺酶的活性明顯低于腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P＜0.05)。腫瘤種植運動組大鼠巨噬細胞HK和谷氨酰胺酶的活性明顯低于靜坐對照組和運動對照組大鼠(P＜0.05)腫瘤種植運動組大鼠巨噬細胞G6PDH、HK、CS和谷氨酰胺酶的活性明顯低于腫瘤種植靜坐對照組大鼠(P＜0.05)，見表7。

表7 各組大鼠淋巴細胞和巨噬細胞代謝中酶活性變化(± s，nmolh－1·mg －1)

表7 各組大鼠淋巴細胞和巨噬細胞代謝中酶活性變化(± s，nmolh－1·mg －1)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植靜坐對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。每組n=20只。

指標 腫瘤種植運動組 腫瘤種植靜坐對照組 運動對照組 靜坐對照組淋巴細胞G6PDH 53.5±1.2* ◆ 54.6±1.2* 86.1±1.1▲ 82.4±5.4 HK 34.9±1.1＊▲◆ 24.9±1.0* 73.3±2.2＊▲ 62.9±2.3 CS 80.8±1.2＊▲◆ 168.4±3.8* 152.2±3.1* 289.3±8.2 GLUT 14.1±3.4＊▲◆ 66.9±5.6 33.9±2.3＊▲ 68.8±1.3巨噬細胞G6PDH 11.2±0.6▲ 22.1±1.1* 13.7±0.6▲ 13.9±0.5 HK 90.0±5.2＊▲◆ 502.0±18.3* 208.3±14.2▲ 223.6±12.7 CS 32.9±1.1＊▲ 49.5±1.3* 31.2±0.8＊▲ 26.8±0.4 GLUT 77.3±3.5＊▲◆ 167.4±6.3* 115.8±3.2▲129.3 ±3.4

2.7 淋巴細胞增殖指數

腫瘤種植運動組和腫瘤種植靜坐對照組大鼠對照、ConA和LPS處理的淋巴細胞增殖指數明顯低于靜坐對照組大鼠(P ＜0.05)，見表8。

表8 各組大鼠淋巴細胞增殖指數變化(±s)

表8 各組大鼠淋巴細胞增殖指數變化(±s)

注:與靜坐對照組比較，*P＜0.05;與腫瘤種植靜坐對照組，▲P＜0.05;與運動對照組比較，◆P＜0.05。

組別 n 對照ConA LPS腫瘤種植運動組 20 803.6±25.0＊▲ 535.2±38.5＊◆ 1857±51.3＊▲◆腫瘤種植靜坐對照組 20 522.2±65.3* 1928.2±95.3* 1431.2±64.2*運動對照組 20 979.4±49.4＊▲ 3094.76±38.9▲ 2654.7±76.2＊▲靜坐對照組20 1189.4±85.7 3998.0±37.4 3432.3 ±69.3

3 討論

流行病學研究表明，中等強度運動有助于增強免疫功能，但高強度運動會增加感染的機會。劇烈運動導致氧自由基增多攻擊免疫細胞膜，微量元素、糖原等免疫細胞供能物質缺乏可能是大負荷運動免疫功能下降的原因。與以往的報道不同，本研究發現高強度運動能延長腫瘤種植大鼠的存活時間，降低腫瘤重量，減輕惡病質相關癥狀(體重過度下降和攝食量減少)。

運動的有效性與運動強度、運動量和運動周期有關［8］。個體對應激的耐力及外部因素(疾病、社會問題)決定運動強度［9］。通常健康運動員在競賽期間能夠超負荷發揮。本研究采用高強度的運動訓練，但運動量是低的(30min/d)，這與其他高強度運動模型獲得的結果一致，并不降低免疫功能［10－11］。Quist等［12］證實6 周的高強度耐力訓練(30min/d，2－3次/W，85% －100%IRM)和高強度的有氧訓練(85% －95%最大心率于靜止腳踏車上運動10min)在化療的癌癥患者能夠增強最大力量、有氧適應和體重。

免疫系統受激素、細胞因子、神經體液因子的調節。CostaRosa［13］等研究運動和免疫系統之間關系發現，神經內分泌系統在免疫調節中起重要作用。因此，筆者通過觀察免疫、內分泌及代謝指標研究運動對免疫功能的調節作用。

免疫系統產生的大量促炎細胞因子IL－1、IL－2、INTF－γ、TNF－α可能是造成惡病質的最常見原因［14］。本研究結果顯示，Walker256細胞接種大鼠細胞因子IL－1、IL－2和TNF－α增多，但是腫瘤種植運動組大鼠沒有表現出惡病質，細胞因子保持在高水平，提示細胞因子對運動和非運動大鼠有不同的作用。盡管高強度運動訓練能夠抑制腫瘤引起的一些變化，但不是對所有改變都有作用。

有研究發現:細胞因子刺激產生的糖皮質激素也與惡病質有關［15］;機體和腫瘤產生的激素能夠調節惡病質存在的代謝變化［16］。筆者也發現腫瘤種植靜坐對照組和腫瘤種植運動組大鼠血漿激素均處于低水平，說明激素與惡病質有關。

運動促進內分泌的改變與免疫系統的細胞代謝和功能改變是相關的。淋巴細胞和巨噬細胞在抗腫瘤形成中起重要作用。葡萄糖和谷氨酰胺是淋巴細胞和巨噬細胞的重要能源物質，谷氨酰胺酶是谷氨酰胺重要的代謝酶，G6PDH、HK和CS葡萄糖重要的代謝酶，谷氨酰胺酶的活性降低可使谷氨酰胺利用減少，G6PDH、HK和CS的活性降低可使葡萄糖的利用減少，免疫細胞利用葡萄糖和谷氨酰胺的速率下降，進而影響到免疫細胞的免疫機能。生存時間延長和腫瘤重量減少也與抑制腫瘤引起的淋巴細胞和巨噬細胞代謝改變有關。本研究發現，高強度運動訓練引起大鼠巨噬細胞和淋巴細胞G6PDH、HK、CS和GLUT的活性降低，可能與腫瘤生長緩慢有關。

規律的中等強度的運動訓練使Walker256腫瘤細胞種植鼠的生存時間和腫瘤生長減緩［17］，而不規律的運動沒有此種作用［13］。本研究發現運動對照組大鼠觀察到的生存時間和腫瘤生長的數據變化與免疫細胞功能的較大改變(吞噬作用、H2O2生成量和增殖指數)及體重和總體脂肪含量降低沒有明顯關系。

在腫瘤接種時，腫瘤種植運動組大鼠已經接受了8周的運動訓練，在2周內讓大鼠適應運動訓練是不可能的。這些結果雖然反應了高強度訓練抗腫瘤的效果，但不能確定對腫瘤是抑制作用(事先接受訓練的機體對腫瘤的抵抗力更強)還是治療作用(一旦腫瘤存在，運動可以消除它)。解決這個問題有待于進一步完善相關實驗設計，進行更多研究。

4 結論

1)高強度運動能夠延長大鼠的存活時間，降低腫瘤的重量，阻止腫瘤種植大鼠淋巴細胞和巨噬細胞的代謝和功能活動的變化。

2)高強度運動訓練可能是一種有效的潛在抗腫瘤策略。

3)高強度運動對大鼠免疫細胞吞噬作用、H2O2生成量、增殖指數和總體脂肪含量均有影響，但不能解釋其與抗腫瘤作用的關系，還有待進一步研究。

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Effect of High-Intensity Exercise Training against Tumors in Walker Tumor-Bearing Rats

YANG Minli1，LIYunchuan2，HEWenxiong3
(1.Physical Education Department of Kunming Medical University，Kunming 650500，Yunnan，China;2.Kunming Medical University，Kunming 650500，Yunnan，China;3.Yunnan Jiaotong College，Kunming 650101，Yunnan，China)

Objective:To explore the effect of a high-intensity exercise training against tumors in Walker 256 tumor-bearing rats.Methods:80 rats were randomly divided into two groups(n=40):①exercise training group;②without exercise training group.After 8 weeks of high-intensity，the animals from exercise training group were divided in two groups(n=20):①exercise control group;②tumor implant and exercise group.The animals from without exercise training group were also divided into two groups(n=20):①sedentary control group;②sedentary and tumor control group.The high-intensity treadmill training

for 10 weeks，5 days/week，30m in/day and 85%VO2max.Plasmatic parameters(enzymes，hormones and cytokines)，glucose and glutamine metabolic enzymes in lymphocyte，macrophage and Walker 256 tumor cell，H2O2production and the rate of phagocytosis in macrophage，and proliferation index in lymphocyte were observed.Results:The high-intensity exercise training increased the survival time of tumor-bearing rats，promoted a reduction in tumor mass，and prevented indicators of cachexia(a reduction in body weight and food intake).The activation of glucose and glutamine metabolic enzymes in macrophages and lymphocytes induced by the presence of Walker 256 tumor was prevented by high intensity training.Conclusion:The high-intensity exercise training may be a viable and potential strategy against tumors.

high-intensity exercise training;rats;tumor;lymphocyte;macrophage

G804.5

A

1004－0560(2012)02－0075－04

2012-01-05;

2012-02-19

國家體育總局青少年體育研究重點基金資助項目(2011QS2011014)。

楊敏麗(1964－)，女，副教授，學士，主要研究方向為公共體育教學及運動醫學康復。

和文雄(1963－)，男，副教授，主要研究方向為公共體育教育，E－mail:617156276@qq.com。

責任編輯:喬艷春

?體育人文社會學