Voluntary activation of the sympathetic nervous system and attenuation of the innate immune response in humans

原文：https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1322174111

（注：论文中包含图表，如Fig. 1和Fig. S1，这些是描述性的；实际PDF版本有图像，但此处为文本提取。参考文献已完整列出。）

中文翻译

摘要

过度炎症会导致脓毒症（sepsis）和其他炎症疾病患者的发病率和死亡率升高。中心调控的自主动呼吸和冥想已被证明可以减少炎症。本研究的目的是探讨基于温·霍夫方法（Wim Hof method）的自主呼吸程序对人类先天免疫应答的影响。在一项随机对照设计中，24 名健康志愿者在接受 10 天温·霍夫方法训练后，其外周血单核细胞（PBMCs）在体外接受内毒素脂多糖（LPS）的挑战，而对照组未接受训练。温·霍夫训练者显示出促炎介质肿瘤坏死因子 α（TNF-α）的血浆水平显著降低，而抗炎介质白细胞介素-10（IL-10）的水平显著升高，与对照组相比。此外，温·霍夫训练者的 PBMCs 在体外 LPS 刺激后 TNF-α 产生显著降低。此外，温·霍夫训练者在训练期间肾上腺素水平升高，这与观察到的抗炎效应相关。这些数据表明，自主激活交感神经系统会导致免疫介导的抗炎效应。

意义

炎症是对损伤或感染的生理反应。然而，过度炎症会加剧危重患者的发病率和死亡率。最近的研究表明，自主动呼吸和冥想可以影响免疫系统。在当前研究中，我们证明了接受温·霍夫方法训练的健康志愿者——一种涉及控制性过度换气和冷暴露的技术——能够在内毒素挑战期间自主激活其交感神经系统，从而显著减弱先天免疫应答。训练者显示出促炎细胞因子水平降低和抗炎细胞因子水平升高，并伴随肾上腺素水平升高。这些结果提供了证据，表明人类可以通过自主激活交感神经系统来影响先天免疫应答。

引言

先天免疫系统是针对入侵病原体的第一道防线。通过病原体相关分子模式（如脂多糖，LPS）激活该系统，会导致促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子 α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-6 和 IL-1β）的产生。虽然这种应答对于清除感染至关重要，但这些细胞因子的过度产生可能导致系统性炎症应答综合征（SIRS）的发生，并继而引发多器官功能衰竭（1, 2）。SIRS 是一种危及生命的状况，是脓毒症患者发病率和死亡率的主要原因（3）。

近年来，已明确自主神经系统在调控炎症应答中发挥重要作用。传入迷走神经介导的“胆碱能抗炎通路”（cholinergic anti-inflammatory pathway）已被证明可以通过乙酰胆碱结合 α7 烟碱型乙酰胆碱受体来抑制巨噬细胞释放促炎细胞因子（4, 5）。迷走神经刺激已被证明可以减弱各种炎症实验模型中的炎症应答（6, 7），最近也在类风湿关节炎患者中得到证实（8）。

除了副交感神经系统，交感神经系统也被认为参与炎症调控。通过电刺激脾神经激活交感神经系统已被证明可以抑制内毒血症小鼠脾巨噬细胞释放 TNF-α（9）。这种效应由神经递质去甲肾上腺素介导，它结合巨噬细胞上的 β2-肾上腺素能受体，导致从促炎 M1 型向抗炎 M2 型的转变（10）。

有趣的是，有证据表明人类能够自主影响其自主神经系统。温·霍夫，一位来自荷兰的极限运动员，声称可以通过特定的呼吸技术结合冷暴露来自主激活其交感神经系统。霍夫在极限冷暴露和高海拔攀登（无补充氧气）方面创造了多项世界纪录。为了验证霍夫的声明，我们训练了 12 名健康志愿者使用其方法，并调查了对先天免疫应答的影响。

材料与方法

受试者。 纳入 24 名 18–35 岁健康非吸烟男性志愿者。排除有呼吸、心血管或其他疾病史的受试者。本研究获得当地伦理委员会批准（荷兰阿纳姆-奈梅亨 CMO；2011/094），并按照《赫尔辛基宣言》的原则进行。所有参与者均获得书面知情同意。

温·霍夫方法训练。 温·霍夫方法包括特定的呼吸技术和冷暴露。呼吸技术涉及 30–40 次深呼吸循环后屏气。经过 10 天每日训练（1–2 小时/天）后，训练者能够独立执行该技术。冷暴露每日通过浸泡在冰水中（0–4 °C）进行 1–2 分钟，逐渐增加暴露时间。

体外 LPS 刺激。 在第 11 天，从静脉抽取血液至肝素化管中。通过密度梯度离心分离外周血单核细胞（PBMCs），并用 10 ng/mL LPS（大肠杆菌 O111:B4；Sigma-Aldrich）刺激 24 小时。收集上清液用于细胞因子测定。

细胞因子测定。 TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-8、IL-10 和干扰素 γ（IFN-γ）浓度通过 ELISA（R&D Systems）按照制造商说明测定。

肾上腺素测定。 血浆肾上腺素水平通过高效液相色谱-电化学检测法测定。

统计分析。 数据以均值 ± SEM 表示。组间差异通过非配对 Student t 检验分析。相关性通过 Pearson 相关系数分析。P < 0.05 视为统计学显著。

结果

对交感激活的训练效应。 温·霍夫训练者在其训练期间肾上腺素水平显著升高，与基线相比（P < 0.01；图 1A）。对照组未观察到肾上腺素水平变化。

对细胞因子产生的影响。 PBMCs 体外 LPS 刺激后，温·霍夫组的 TNF-α 产生与对照组相比显著降低（P < 0.01；图 1B）。相反，温·霍夫组的 IL-10 产生显著升高（P < 0.05；图 1C）。组间 IL-6、IL-1β、IL-8 或 IFN-γ 产生无显著差异（图 S1）。

肾上腺素与细胞因子水平的相关性。 训练期间肾上腺素水平与体外 LPS 刺激后 TNF-α 产生负相关（r = −0.62, P < 0.05），与 IL-10 产生正相关（r = 0.58, P < 0.05）（图 1D）。

[图 1. (A) 温·霍夫训练期间血浆肾上腺素水平。 (B) PBMCs 体外 LPS 刺激后 TNF-α 产生。 (C) PBMCs 体外 LPS 刺激后 IL-10 产生。 (D) 肾上腺素水平与细胞因子产生之间的相关性。*P < 0.05, **P < 0.01 与对照组比较。]

讨论

在当前研究中，我们证明了接受温·霍夫方法训练的健康志愿者能够自主激活其交感神经系统，从而显著减弱先天免疫应答。训练者体外 LPS 刺激后显示 TNF-α 产生显著降低和 IL-10 产生升高，并伴随训练期间肾上腺素水平升高。这些效应在对照组中未观察到。

观察到的抗炎效应可以通过肾上腺素激活免疫细胞上的 β2-肾上腺素能受体来解释，导致向抗炎表型的转变（10）。这由肾上腺素水平与细胞因子产生之间的相关性所支持。

我们的发现与先前研究一致，这些研究显示交感激活可以调控炎症应答（9, 11）。然而，据我们所知，这是第一项证明人类可以通过激活交感神经系统来自主影响其先天免疫应答的研究。

温·霍夫方法结合了控制性过度换气与冷暴露，二者均导致交感激活。过度换气引起低碳酸血症，刺激交感神经系统（12）。冷暴露通过皮肤冷感受器激活交感神经系统（13）。

我们的发现具有深刻的临床意义。过度炎症是危重患者发病率和死亡率的主要原因。如果自主激活交感神经系统可以减弱炎症应答，这将为炎症疾病的治疗开辟新途径。

致谢

感谢温·霍夫训练志愿者，并感谢他的热情和奉献。本研究得到荷兰政府支持（致 P.P. 和 M.G.N.）。

参考文献

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5. Wang H, 等 (2003) 烟碱型乙酰胆碱受体 α7 亚基是炎症的关键调节因子。Nature 421(6921):384–388。
6. Borovikova LV, 等 (2000) 迷走神经刺激减弱内毒素诱导的全身炎症应答。Nature 405(6785):458–462。
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