殷彰冶 郜衛(wèi)峰

武漢體育學(xué)院（武漢 430079）

線粒體作為細(xì)胞生物合成、氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的中心和產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的能量工廠，其含量與功能不僅對(duì)骨骼肌健康狀態(tài)[1，2]的維持至關(guān)重要，還與機(jī)體的有氧運(yùn)動(dòng)能力[3]密切相關(guān)。因此，如何增強(qiáng)骨骼肌線粒體的生物合成（線粒體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)新成分的生成[4]），進(jìn)而預(yù)防或治療一系列代謝性疾病[5，6]以及提高運(yùn)動(dòng)能力，一直以來都是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

線粒體的生物合成在很大程度上由過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1a，PGC-1α）所控制[7，8]。PGC-1α為一系列調(diào)節(jié)線粒體功能核受體的輔助激活因子，廣泛存在于腦、心臟、骨骼肌、肝臟等氧化代謝較為活躍的器官和組織中[7，9]，在運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的線粒體生物合成中起到關(guān)鍵作用[10，11]。PGC-1α最初作為棕色脂肪組織中適應(yīng)性產(chǎn)熱的誘導(dǎo)性調(diào)節(jié)劑[12]，進(jìn)入學(xué)者們的視野。而后的研究表明，其也是多種組織中促進(jìn)代謝基因協(xié)調(diào)表達(dá)的重要蛋白質(zhì)，開始受到學(xué)界的關(guān)注。且最近的研究發(fā)現(xiàn)PGC-1α可作為治療神經(jīng)肌肉疾病、肥胖相關(guān)代謝性疾病、肌肉營(yíng)養(yǎng)不良等病癥的新靶點(diǎn)[13，14]，逐漸成為研究的焦點(diǎn)。而耐力運(yùn)動(dòng)作為促進(jìn)骨骼肌線粒體PGC-1α表達(dá)最經(jīng)濟(jì)、有效的手段，更是在近十幾年得到了廣泛、細(xì)致的研究，取得了一系列進(jìn)展。由于高強(qiáng)度間歇性訓(xùn)練（high-intensity interval training，HIIT）和沖刺性間歇訓(xùn)練[sprint interval training，SIT，即全力沖刺（all out）式的間歇性訓(xùn)練]也可顯著增加線粒體含量[15，16]、改善肌肉氧化代謝[17，18]以及提高最大有氧能力（VO2max）[19]，達(dá)到與傳統(tǒng)中等強(qiáng)度持續(xù)性訓(xùn)練（moderate intensity continuous training，MICT）相類似的機(jī)體適應(yīng)性和耐力訓(xùn)練效果[15，20，21]，因此現(xiàn)有研究也將HIIT、SIT與MICT一同作為增強(qiáng)線粒體生物合成的耐力訓(xùn)練手段[4，22，23]，探究運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)量、訓(xùn)練周期等運(yùn)動(dòng)要素與PGC-1α表達(dá)水平之間的關(guān)系。

耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的骨骼肌PGC-1α表達(dá)，大致要經(jīng)歷PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表達(dá)以及PGC-1α蛋白含量變化等三個(gè)既相對(duì)獨(dú)立、又互為影響的階段。雖然目前學(xué)者們普遍認(rèn)可：無論是單次急性耐力運(yùn)動(dòng)還是周期性耐力訓(xùn)練，均可刺激PGC-1α的表達(dá)[24]。但由于上述三個(gè)階段對(duì)不同的訓(xùn)練刺激有著不盡相同的生物應(yīng)答，因此，在何種運(yùn)動(dòng)方案能更為有效地促進(jìn)PGC-1α表達(dá)方面，還存在著諸多分歧。另外，人類PGC-1α的相關(guān)在體研究涉及多次股外側(cè)肌活檢，運(yùn)動(dòng)員人群的配合度較低。而更高的耐力訓(xùn)練強(qiáng)度，又不適合少兒及病患人群，因此現(xiàn)階段相關(guān)研究的被試多集中于青壯年階段（18～40歲）的健康人群?；谝陨媳尘?，本文以“過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α”、“運(yùn)動(dòng)”、“訓(xùn)練”等為中文關(guān)鍵詞于Cnki、萬方等中文數(shù)據(jù)庫(kù)；以“peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1a”、“PGC-1α”、“PGC-1alpha”、“PPARGC1A protein”、“exercise”、“training”為英文關(guān)鍵詞于PubMed、Springer等英文數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索文獻(xiàn)，重點(diǎn)篩選以健康人群為受試對(duì)象、自行車為耐力運(yùn)動(dòng)形式、通過肌肉活檢技術(shù)檢測(cè)PGC-1α含量變化的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)調(diào)控骨骼肌PGC-1α表達(dá)水平的最新研究進(jìn)行梳理與綜述，目的是：（1）通過比較不同耐力運(yùn)動(dòng)方案對(duì)青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表達(dá)、PGC-1α總蛋白含量的不同訓(xùn)練效果，探究各運(yùn)動(dòng)要素與骨骼肌PGC-1α表達(dá)含量之間的關(guān)系；（2）分析造成不同訓(xùn)練效果的生物學(xué)機(jī)制。以期對(duì)后續(xù)不同人群該方面研究耐力運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐和理論參考。

1 耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)PGC-1α促進(jìn)線粒體生物合成的調(diào)控機(jī)制

由于細(xì)胞器內(nèi)線粒體蛋白總量中來源于線粒體轉(zhuǎn)錄的比例僅占1%[25]，而線粒體內(nèi)負(fù)責(zé)氧化代謝的蛋白質(zhì)大部分都由核編碼，隨后被轉(zhuǎn)移至線粒體發(fā)揮功能[26-28]，因此線粒體的生物合成受到核基因組和線粒體基因組的雙重調(diào)控[1]。PGC-1α能通過結(jié)合并激活核呼吸因子（nuclear respiratory factors，NRFs）[29]和線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）[30]等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子來協(xié)調(diào)促進(jìn)核與線粒體基因組所編碼線粒體蛋白的表達(dá)，為線粒體生物合成的主要調(diào)節(jié)因子[31，32]。

（1）運(yùn)動(dòng)通過肌肉的收縮和由此引發(fā)的一連串代謝波動(dòng)激活諸如腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、p38絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶（calcium/calmodulin protein kinases，CAMK）等信號(hào)蛋白。這些蛋白激酶既可影響PGC-1α的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄水平；也可通過翻譯后修飾（如磷酸化作用）激活PGC-1α蛋白，為其轉(zhuǎn)移至核內(nèi)促進(jìn)核編碼線粒體基因的表達(dá)創(chuàng)造條件（如圖1）。

圖1 耐力運(yùn)動(dòng)過程中PGC-1α及其相關(guān)因子參與線粒體生物合成的信號(hào)調(diào)節(jié)機(jī)制

（2）免疫熒光成像顯示，PGC-1α既位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，也存在于細(xì)胞核中。當(dāng)骨骼肌處于靜息狀態(tài)時(shí)，大部分PGC-1α蛋白位于細(xì)胞質(zhì)，但運(yùn)動(dòng)所誘導(dǎo)的胞漿內(nèi)p38MAPK和AMPK等激酶的活化致使PGC-1α被激活[33-35]，從而使得核內(nèi)PGC-1α蛋白含量迅速增加，這可能是由胞漿中轉(zhuǎn)移而來[30，36]。在機(jī)體氧化應(yīng)激的早期反應(yīng)階段，PGC-1α的亞細(xì)胞定位分布主要轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)[37]，隨即與雌激素相關(guān)受體（estrogen related receptors，ERRs）、NRFs、肌增強(qiáng)因子（myocyte enhancer factor-2，MEF2）、過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs）等一系列轉(zhuǎn)錄因子或核受體互作并共激活[27，38-40]，使其結(jié)合至PGC-1α基因[39]或核編碼線粒體基因[41]的啟動(dòng)子區(qū)域，進(jìn)而促進(jìn)其自身基因和其他線粒體相關(guān)基因的表達(dá)。此過程正如Wright等最初所提出的那樣，胞漿中現(xiàn)存的PGC-1α蛋白移位至核內(nèi)可能代表運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)線粒體生物合成的初始階段[36]，而運(yùn)動(dòng)結(jié)束后增加的PGC-1α蛋白可維持并加強(qiáng)線粒體的生物合成[33]。例如，中等強(qiáng)度的自行車耐力運(yùn)動(dòng)[33]和高強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)（high-intensity interval exercise，HIIE）[34]后核PGC-1α蛋白優(yōu)先增加，以致核內(nèi)存在更高的PGC-1α含量，有利于訓(xùn)練引起的初步適應(yīng)性反應(yīng)。

（3）在肌細(xì)胞核內(nèi)，核呼吸因子（NRF-1，NRF-2）為PGC-1α靶向的核編碼轉(zhuǎn)錄因子[10]，而NRF-1/2既可促進(jìn)核編碼電子傳遞鏈蛋白基因的表達(dá)[46，47]，使其翻譯的線粒體蛋白（nuclear gene encoding mitochondrial protein，NuGEMPs）隨后通過胞漿輸入至線粒體；也可誘導(dǎo)TFAM的表達(dá)[48]，TFAM隨后移位至線粒體內(nèi)調(diào)節(jié)線粒體DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制[49]。此外，PGC-1α還能直接作用于線粒體內(nèi)的TFAM，進(jìn)而調(diào)控mtDNA的表達(dá)[50，51]。據(jù)報(bào)道急性耐力運(yùn)動(dòng)可使小鼠[30]和人體[52]骨骼肌胞漿中的PGC-1α向線粒體進(jìn)行轉(zhuǎn)移，隨后與TFAM于mtDNA D環(huán)上形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物[30]。此D環(huán)區(qū)域與細(xì)胞的呼吸能力、線粒體DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有關(guān)[53]。綜上，PGC-1α可通過協(xié)調(diào)促進(jìn)核與線粒體編碼基因的表達(dá)有效增強(qiáng)線粒體的生物合成。

2 耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的影響

在運(yùn)動(dòng)刺激的誘導(dǎo)下，肌纖維胞漿內(nèi)PGC-1α蛋白的活性上升并重新分布至細(xì)胞核，從而在未增加PGC-1α總蛋白含量的情況下，迅速上調(diào)線粒體基因的轉(zhuǎn)錄，開啟運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)骨骼肌線粒體生物合成的初始階段[34-36]。

2.1 單次急性耐力運(yùn)動(dòng)后核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的反應(yīng)性變化

60%～74%VO2max的中等強(qiáng)度持續(xù)性運(yùn)動(dòng)（moderate-intensity continuous exercise，MICE）后，其核內(nèi)PGC-1α蛋白含量增長(zhǎng)了0%～54%[33，35，54-56]。通過對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行橫向?qū)Ρ瓤砂l(fā)現(xiàn)：24min MICE后核內(nèi)PGC-1α含量無顯著變化[35]；60min MICE后其蛋白含量略有增長(zhǎng)，增幅為0～20%[54-56]；運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)達(dá)90min的MICE結(jié)束后核內(nèi)PGC-1α蛋白水平增長(zhǎng)了近54%[33]。這表明在中等強(qiáng)度范圍內(nèi)，運(yùn)動(dòng)量的增加可使得核內(nèi)PGC-1α含量也隨之增加，提示運(yùn)動(dòng)量是影響MICE運(yùn)動(dòng)后核內(nèi)PGC-1α蛋白水平的重要因素。未來的研究可直接比較不同水平的運(yùn)動(dòng)量對(duì)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的影響。

當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度近80%Wmax的HIIE[57]或極限強(qiáng)度的沖刺性間歇運(yùn)動(dòng)（sprint interval exercise，SIE）[35]時(shí)，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)后核內(nèi)PGC-1α的蛋白含量上升了70%～210%。這表明相較于中等強(qiáng)度的MICE而言，高強(qiáng)度或極限強(qiáng)度的間歇性運(yùn)動(dòng)可使核內(nèi)PGC-1α蛋白水平有更大幅度的提升。這可能是由于HIIE或SIE的運(yùn)動(dòng)量雖遠(yuǎn)低于MICE，但運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度上質(zhì)的提高所帶來體內(nèi)代謝壓力的大幅增加（如細(xì)胞內(nèi)鈣離子含量的增加、AMP/ATP比值的提高、活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生[36]），可為PGC-1α蛋白的入核提供充足刺激，同時(shí)也提示了強(qiáng)度的提升對(duì)于單次運(yùn)動(dòng)后PGC-1α的迅速入核具有重要的促進(jìn)作用。所以，曾有研究[58]提出運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的增加為“強(qiáng)度依賴型”。然而，當(dāng)進(jìn)一步將此SIE[35]與HIIE組[57]進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn)：4×30 s全力SIE（168%Wmax）后核內(nèi)PGC-1α含量增長(zhǎng)了70%～130%，而5×4 min 80%Wmax的HIIE后核內(nèi)PGC-1α含量增加了210%，這說明核內(nèi)PGC-1α蛋白的增加并非絕對(duì)的強(qiáng)度依賴性，當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，核內(nèi)PGC-1α蛋白含量并不會(huì)隨著強(qiáng)度的繼續(xù)升高而升高。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能在于：1）兩者均屬高強(qiáng)度范疇（＞75%Wmax）[4]，SIE在體內(nèi)引發(fā)的代謝波動(dòng)與HIIE并無質(zhì)的差異，所造成的代謝壓力較為相似，例如乳酸的積累程度[35，59-61]，而強(qiáng)度對(duì)于運(yùn)動(dòng)量減少的補(bǔ)償效應(yīng)僅發(fā)生在機(jī)體出現(xiàn)顯著的代謝波動(dòng)時(shí)[62]；2）HIIE組的運(yùn)動(dòng)量遠(yuǎn)高于SIE組，為SIE組的4.7倍，提示了當(dāng)強(qiáng)度基本不變時(shí)運(yùn)動(dòng)量對(duì)于運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的補(bǔ)償作用。因此，相較于中等強(qiáng)度的MICE，強(qiáng)度更高的HIIE和SIE確實(shí)能更大幅度地提高核內(nèi)PGC-1α蛋白水平，但當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度在同一個(gè)強(qiáng)度范疇內(nèi)變化時(shí)，則仍需依靠運(yùn)動(dòng)量的積累來進(jìn)一步促進(jìn)核內(nèi)PGC-1α含量的提升。

值得注意的是，檢測(cè)方法學(xué)上的差異可能會(huì)對(duì)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的分析造成影響。近期另一份使用類似HIIE[57]運(yùn)動(dòng)方案的研究發(fā)現(xiàn)：10×2 min 79%Wmax單次急性HIIE后，核內(nèi)PGC-1α蛋白含量顯著增加了約36%[63]。盡管此研究與上述HIIE組有著相同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)量（80%Wmax，20 min），且受試者的運(yùn)動(dòng)水平也相近（均為業(yè)余水平的健康男性），但運(yùn)動(dòng)后其核內(nèi)PGC-1α蛋白的增長(zhǎng)幅度有著較大差異（前者為210%，后者為36%），這可能與其采樣分析的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。前者的采樣時(shí)間點(diǎn)為“運(yùn)動(dòng)后3h”時(shí)，而后者則是在“運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)即刻”采樣分析核內(nèi)PGC-1α含量。有研究曾提示核內(nèi)PGC-1α的增長(zhǎng)僅能在運(yùn)動(dòng)后3h時(shí)觀察到，這種時(shí)間上的延遲可能與PGC-1α移位至核內(nèi)這一過程需要先通過運(yùn)動(dòng)后胞漿內(nèi)AMPK、p38MAPK等上游因子的激活所介導(dǎo)有關(guān)[34]。因此，兩者增長(zhǎng)幅度的較大差異可能與其采樣時(shí)間點(diǎn)的不同有關(guān)，未來的研究在檢測(cè)核內(nèi)PGC-1α含量變化時(shí)需要對(duì)其采樣時(shí)間點(diǎn)的設(shè)計(jì)加以考量。

2.2 周期性耐力運(yùn)動(dòng)后核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的適應(yīng)性變化

核內(nèi)PGC-1α蛋白含量不僅可在單次急性運(yùn)動(dòng)后快速增加，其平常安靜狀態(tài)時(shí)的蛋白水平也可通過周期性訓(xùn)練中的適應(yīng)性積累有所提高。對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行歸納，僅有三項(xiàng)研究對(duì)周期性訓(xùn)練前后安靜狀態(tài)時(shí)的核內(nèi)PGC-1α蛋白含量進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)3～4次/周、共2周的HIIT訓(xùn)練后，其安靜狀態(tài)時(shí)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量增加了24%～34%[23，64]；相比而言，在14次/周、共3周且強(qiáng)度相近的HIIT方案結(jié)束后，其安靜狀態(tài)時(shí)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量增加了80%[57]。這提示對(duì)于高強(qiáng)度的周期性訓(xùn)練而言，運(yùn)動(dòng)頻率的提高以及訓(xùn)練周期的延長(zhǎng)，可使得核內(nèi)PGC-1α蛋白水平得到明顯提高。由于PGC-1α蛋白可通過與MEF2形成復(fù)合體后結(jié)合至PGC-1α基因的啟動(dòng)子區(qū)域[39]，故核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的增加有助于其自身基因轉(zhuǎn)錄活性的提高[37]。

綜上，在單次急性耐力運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)量對(duì)于核內(nèi)PGC-1α蛋白的誘導(dǎo)起到相互補(bǔ)償?shù)淖饔茫矗合啾扔谥械蛷?qiáng)度，高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)刺激可促進(jìn)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量更大程度的提高，但當(dāng)強(qiáng)度性質(zhì)無實(shí)質(zhì)性改變時(shí)，則仍需通過運(yùn)動(dòng)量的增加來促進(jìn)核內(nèi)PGC-1α蛋白含量的進(jìn)一步增長(zhǎng)。同時(shí)，周期性的耐力訓(xùn)練后，骨骼肌安靜狀態(tài)時(shí)核內(nèi)PGC-1α的蛋白水平也將出現(xiàn)明顯的適應(yīng)性增長(zhǎng)，這將有利于后續(xù)訓(xùn)練中其自身基因的轉(zhuǎn)錄以及其它線粒體相關(guān)基因的表達(dá)。

3 耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α mRNA含量的影響

人體研究發(fā)現(xiàn)在骨骼肌動(dòng)態(tài)收縮結(jié)束的數(shù)小時(shí)后，PGC-1α基因的表達(dá)顯著上調(diào)[8]，其mRNA含量在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后的2～4 h達(dá)到峰值，并在24 h時(shí)回到基礎(chǔ)水平[65]。而后，隨著運(yùn)動(dòng)刺激的不斷重復(fù)，mRNA的周期性變化即在訓(xùn)練過程中逐漸構(gòu)成了細(xì)胞產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)的基礎(chǔ)[66]。

3.1 單次急性耐力運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA含量的反應(yīng)性變化

為探究運(yùn)動(dòng)量與PGC-1α mRNA含量的關(guān)系，有研究直接比較了同等強(qiáng)度下不同運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)對(duì)PGC-1α表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)將60 min的MICE延長(zhǎng)至90 min后，PGC-1α mRNA含量的增長(zhǎng)幅度仍相似[67]，提示單次運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)并不能進(jìn)一步刺激PGC-1α mRNA的表達(dá)。后有研究將運(yùn)動(dòng)量定義得更加全面，即采用運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的乘積表示單次訓(xùn)練課的運(yùn)動(dòng)量，并納入53個(gè)運(yùn)動(dòng)組數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)量與PGC-1α mRNA增幅的關(guān)系進(jìn)行線性相關(guān)分析，結(jié)果表明兩者間并無明確的相關(guān)性（r=0.18;P=0.206）[58]。但由于各研究之間的實(shí)驗(yàn)技術(shù)或檢測(cè)手段存在一定差異，因此，運(yùn)動(dòng)量對(duì)PGC-1α mRNA含量變化的影響仍有待研究。

關(guān)于PGC-1α mRNA表達(dá)量與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系，近期有研究對(duì)中等強(qiáng)度（＜75%Wmax）[4]或最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后線粒體相關(guān)基因的表達(dá)程度進(jìn)行比較。在運(yùn)動(dòng)量均等的前提下，受試者先后（間隔7～17天）進(jìn)行11×1 min 73%Wmax（LO組）或8×1 min 100%Wmax（HI組）的自行車間歇運(yùn)動(dòng)，結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)后LO組和HI組股外側(cè)肌內(nèi)PGC-1α mRNA含量分別提高了4.4倍和8.5倍[68]。這提示就個(gè)體的單次急性運(yùn)動(dòng)而言，強(qiáng)度更高的運(yùn)動(dòng)對(duì)肌細(xì)胞內(nèi)PGC-1α mRNA表達(dá)的促進(jìn)作用更為顯著，在之前的研究[69-71]中也曾觀察到此類似現(xiàn)象。隨后，為進(jìn)一步明確運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與PGC-1α mRNA含量之間的關(guān)系，Granata等[58]匯總了近32篇前人文獻(xiàn)（時(shí)間跨度為2004～2017年）中健康人體進(jìn)行單次急性自行車運(yùn)動(dòng)后2～6 h時(shí)其股外側(cè)肌內(nèi)PGC-1α mRNA的表達(dá)情況，并將PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)倍數(shù)與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（%Wmax）進(jìn)行相關(guān)性分析，表明運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)PGC-1α mRNA含量的增加為強(qiáng)度依賴型，但此強(qiáng)度依賴性僅限于次最大強(qiáng)度（≤100%Wmax）范圍內(nèi)（r=0.38，P=0.023，如圖2）。在此基礎(chǔ)上，本文將之后發(fā)表的一系列其它相關(guān)研究[63，68，72-90]納入其中再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系同樣符合此推論（r=0.369，P=0.003）。因此，單次急性運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA的表達(dá)量仍遵循“強(qiáng)度依賴”這一趨勢(shì)。然而，盡管Granata等的研究表明PGC-1α mRNA的表達(dá)量與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為顯著線性相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較低，此原因可能是由于所納入數(shù)據(jù)中受試者的機(jī)能水平各不相同所致。例如，研究發(fā)現(xiàn)80%Wmax的HIIE后PGC-1α mRNA含量?jī)H增長(zhǎng)了4.2倍[84]，這可能與該研究的受試對(duì)象均為受過耐力訓(xùn)練的自行車運(yùn)動(dòng)員有關(guān)（VO2max=60±7.7 ml·kg-1·min-1）。此增長(zhǎng)倍數(shù)與先前研究所報(bào)道[59，71]機(jī)能水平較高的受試者（VO2max=53.1～55 ml·kg-1·min-1）進(jìn)行單次急性HIIE后PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度相似（4.2～5.5倍），而明顯低于久坐不動(dòng)的受試者（VO2max=40.9±2.2 ml·kg-1·min-1）進(jìn)行同等高強(qiáng)度HIIE后PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度（12倍）[91]。之前已有研究[59，92]表明PGC-1α mRNA的表達(dá)受到個(gè)體自身機(jī)能狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)水平的影響，而上述前者的VO2max比后者高32%，這可能解釋了機(jī)能水平更高的個(gè)體在經(jīng)歷高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)刺激后其PGC-1α mRNA表達(dá)相對(duì)較低的部分原因[82]。因此，機(jī)能水平較高的個(gè)體在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度較低可能與其自身較高的運(yùn)動(dòng)水平有關(guān)，未來的研究可對(duì)比不同水平受試者的PGC-1α基因?qū)Ω邚?qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)，以便更有針對(duì)性地設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)處方。

圖2 耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（PGC-1α）信使RNA（mRNA）增長(zhǎng)倍數(shù)與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系

當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度超過100%Wmax時(shí)，PGC-1α mRNA的表達(dá)量與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度之間并未表現(xiàn)出相關(guān)性，至于出現(xiàn)此局限性的原因文獻(xiàn)[58]中并未予以解釋。歸納目前已有的文獻(xiàn)[22，34，35，72，74，79，80，88，93-97]發(fā)現(xiàn)：當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度提高至全力沖刺的極限強(qiáng)度時(shí)，PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度并未由于強(qiáng)度極高而相應(yīng)地升高，反而呈現(xiàn)出較低的表達(dá)水平，即在進(jìn)行4～8次30 s全力SIE（168%～184%Wmax）后，其PGC-1α mRNA含量?jī)H增長(zhǎng)了2～6.5倍。這可能與SIE在運(yùn)動(dòng)中所消耗的糖原含量較少有關(guān)。Fiorenza等的研究表明，對(duì)于訓(xùn)練量極低的SIE運(yùn)動(dòng)方案而言，運(yùn)動(dòng)過程中肌內(nèi)糖原的消耗程度為運(yùn)動(dòng)后線粒體基因轉(zhuǎn)錄的重要預(yù)測(cè)因素[74]，較大的肌糖原消耗可通過改變部分轉(zhuǎn)錄因子（如peroxisome proliferator activated receptor delta，PPARD）的 活 性 增 加PGC-1α mRNA的表達(dá)[60]。而總運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2～4分鐘的SIE[74，93，94]在運(yùn)動(dòng)過程中消耗的肌糖原含量?jī)H占糖原總儲(chǔ)備的20.2%～30.4%，顯著低于HIIE[63，98]（P=0.039）或MICE[99，100]（P=0.015）所消耗的肌糖原比例。例如，有研究發(fā)現(xiàn)S組（6×30 s全力SIE）運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA增長(zhǎng)幅度顯著低于S+E組（6×30 s SIE+60 min 60%VO2maxMICE），據(jù)報(bào)道這可能與SIE運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短、運(yùn)動(dòng)過程中所消耗肌糖原相對(duì)較少有關(guān)[72]。

3.2 周期性耐力運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA含量的適應(yīng)性變化

雖以上研究已表明單次高強(qiáng)度急性運(yùn)動(dòng)所引起的PGC-1α mRNA表達(dá)幅度可能較高，但若將同一高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)方案周期化后，每次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后PGC-1α mRNA的表達(dá)程度將出現(xiàn)適應(yīng)性減弱。早期的研究[24]觀察到在為期2周共7次的HIIT過程中，隨著同一運(yùn)動(dòng)方案的反復(fù)執(zhí)行，每次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后其PGC-1α mRNA的增長(zhǎng)幅度呈逐漸減弱的趨勢(shì)（從首次運(yùn)動(dòng)后的10倍減小至第7次運(yùn)動(dòng)后的4倍）。這表明即使是短期的HIIT周期性訓(xùn)練，也會(huì)使得PGC-1α對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激的響應(yīng)幅度逐漸減弱。最近的兩項(xiàng)研究[57，101]同樣觀察到類似現(xiàn)象，例如，在完成4周共計(jì)12次HIIT訓(xùn)練的前提下進(jìn)行第一次79%Wmax的HIIE，運(yùn)動(dòng)后其PGC-1α mRNA顯著增長(zhǎng)了2.6倍；爾后繼續(xù)進(jìn)行3周的規(guī)律性間歇訓(xùn)練，再次重復(fù)此HIIE測(cè)試時(shí)，PGC-1α mRNA含量無顯著增長(zhǎng)（P=0.129）[57]。這可能是由于個(gè)體運(yùn)動(dòng)能力不斷提高的同時(shí)，相對(duì)強(qiáng)度明顯下降從而減弱了運(yùn)動(dòng)刺激所致。因此，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在周期化的訓(xùn)練過程中PGC-1α mRNA的應(yīng)激增長(zhǎng)幅度會(huì)逐漸減弱。但值得注意的是，上述研究[24，57]同時(shí)也觀察到周期性訓(xùn)練后其肌核內(nèi)、胞漿或肌內(nèi)總的PGC-1α蛋白含量均顯著增加。這表明PGC-1α mRNA表達(dá)的適應(yīng)性降低并不妨礙運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的肌內(nèi)PGC-1α蛋白含量逐漸上升。這可能是由于在長(zhǎng)期單次急性運(yùn)動(dòng)中，通過反復(fù)的運(yùn)動(dòng)刺激不斷強(qiáng)化基因轉(zhuǎn)錄的瞬時(shí)變化所引起的積累效應(yīng)[24]，對(duì)相關(guān)蛋白質(zhì)的分解與合成速率產(chǎn)生持續(xù)影響，最終形成肌肉適應(yīng)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)能力改善的基礎(chǔ)[102，103]。

綜上，在單次急性耐力運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度限于次最大強(qiáng)度范圍內(nèi)時(shí)（≤100%Wmax），運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)PGC-1α mRNA含量大體上隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而增加，即表現(xiàn)為強(qiáng)度依賴型；但當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度繼續(xù)提升至極限強(qiáng)度時(shí)，PGC-1α mRNA增長(zhǎng)幅度反而較低。在周期性耐力訓(xùn)練中，隨著訓(xùn)練刺激的不斷重復(fù)，運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的PGC-1α mRNA應(yīng)激增長(zhǎng)幅度將逐漸減弱，但這并不影響其蛋白含量的合成與增加，且由此構(gòu)成了機(jī)體產(chǎn)生良性適應(yīng)性變化的生理基礎(chǔ)。

4 耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α總蛋白含量的影響

基因轉(zhuǎn)錄與mRNA的上調(diào)結(jié)束后，即為通過翻譯完成蛋白質(zhì)的生物合成。PGC-1α作為輔助激活因子，其蛋白含量的增多可能既有助于增強(qiáng)細(xì)胞應(yīng)對(duì)下一次運(yùn)動(dòng)刺激時(shí)的轉(zhuǎn)錄敏感度，也有利于維持因規(guī)律性訓(xùn)練所帶來的更大線粒體容量[36]。

4.1 單次急性耐力運(yùn)動(dòng)后PGC-1α總蛋白含量的反應(yīng)性變化

通常情況下，運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)mRNA顯著增長(zhǎng)的數(shù)小時(shí)后，將觀察到其蛋白含量的明顯增加。但大多數(shù)研究均發(fā)現(xiàn)單次急性耐力運(yùn)動(dòng)結(jié)束后最初的3～4 h內(nèi)，肌內(nèi)PGC-1α的總蛋白含量并無明顯變化[24，33，34，54，93，98，104-106]。從現(xiàn)有的研究來看，在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后的16～24 h觀察到PGC-1α蛋白水平的上升似乎是必須的，其PGC-1α的總蛋白含量分別增長(zhǎng)了16%～57%[24，34，65，107]。由于目前暫無專門探討單次急性耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α總蛋白含量影響的相關(guān)研究，故暫時(shí)無法對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或運(yùn)動(dòng)量與肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量的關(guān)系進(jìn)行比較分析。然而，通過對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)一步分析可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某一單次急性耐力運(yùn)動(dòng)重復(fù)進(jìn)行時(shí)，運(yùn)動(dòng)后PGC-1α蛋白的急性增長(zhǎng)幅度將逐漸減弱。例如，Egan等[107]和Perry等[24]的研究均觀察到隨著單次HIIE或MICE的不斷重復(fù)，每次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后16～24 h時(shí)PGC-1α蛋白含量的急性增長(zhǎng)幅度表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，這與上述PGC-1α mRNA表達(dá)的適應(yīng)性降低相一致。但是，與mRNA快速變化的反應(yīng)特點(diǎn)所不同的是，PGC-1α的蛋白含量將在這不斷重復(fù)的急性運(yùn)動(dòng)刺激下逐漸積累。而在接下來的周期性訓(xùn)練過程中，線粒體含量及功能的改善一定程度上即是由于PGC-1α蛋白豐度的提高所致[108]。

4.2 周期性耐力運(yùn)動(dòng)后PGC-1α總蛋白含量的適應(yīng)性變化

關(guān)于周期性訓(xùn)練干預(yù)后PGC-1α蛋白含量的變化（如表1），研究發(fā)現(xiàn)在2周共14次、每次60 min的MICT后，其PGC-1α總蛋白含量增長(zhǎng)了75%[107]；6周共30次、每次40～60 min的MICT干預(yù)后，肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量提高了近100%（P＜0.05）[15]。相比之下，將每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間降至30 min后同樣進(jìn)行6周共30次的MICT訓(xùn)練，肌內(nèi)PGC-1α蛋白含量提高了約44%[109]。這表明運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)（40～60 min）、訓(xùn)練頻率較高（5～7次/周）的周期性MICT可有效提高肌細(xì)胞內(nèi)總PGC-1α蛋白含量。之后的研究[110]結(jié)果也觀察到這一點(diǎn)：每周5次、每次60 min 65%VO2max的MICT（共8周）使得肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量顯著增加（P=0.05）。但對(duì)于3次/周，每次平均28 min的MICT（共4周），肌內(nèi)PGC-1α蛋白含量無顯著變化（P＞0.05）[111]。這提示了就MICT的周期性訓(xùn)練而言，每次運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和總的訓(xùn)練頻率對(duì)肌細(xì)胞內(nèi)PGC-1α總蛋白含量的積累與提高起到較為關(guān)鍵的作用。

對(duì)于高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)刺激，8～12×1 min 100%～120%Wmax的HIIT干預(yù)兩周（3～4次/周）后，肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量無明顯變化（P=0.25）[23，112]；4～7×4 min的HIIT（3次/周，共4周）亦無法顯著提高其肌內(nèi)PGC-1α的總蛋白水平（P＞0.05）[111，113]。而每次運(yùn)動(dòng)量達(dá)到10×4 min 90%VO2max的HIIT方案干預(yù)2周或6周（3～4次/周）后，肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量顯著增加了16%～36%[24，64，114]，可見每次訓(xùn)練課中運(yùn)動(dòng)量的重要性。雖也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)2周（3次/周）較低運(yùn)動(dòng)量（10×1 min）的HIIT可使其PGC-1α總蛋白含量顯著提升56%[115]，但這可能與該研究對(duì)象均為有氧能力較低的久坐不動(dòng)者（VO2max=30±3 ml·kg-1·min-1）有關(guān)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)能力較低、缺乏訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體來說，相對(duì)較少的運(yùn)動(dòng)量可能即可開啟線粒體相關(guān)基因的表達(dá)[116]，而上述周期性HIIT方案中的受試者均為VO2max=45～47 ml·kg-1·min-1的健康正常者。此外，最近的研究結(jié)果也表明單次運(yùn)動(dòng)量更大、訓(xùn)練頻率更高的周期性HIIT訓(xùn)練方案可進(jìn)一步提高肌內(nèi)PGC-1α總蛋白含量[57，113]。因此，在HIIT的周期性訓(xùn)練過程中，每次訓(xùn)練課所完成的運(yùn)動(dòng)量可能為運(yùn)動(dòng)調(diào)控PGC-1α蛋白含量變化的重要因素。雖現(xiàn)有文獻(xiàn)反映出周期性HIIT所誘導(dǎo)的PGC-1α總蛋白含量明顯低于MICT，但考慮到PGC-1α為促進(jìn)線粒體蛋白生物合成的主要上游調(diào)控因子[31]，且研究發(fā)現(xiàn)HIIT對(duì)線粒體蛋白合成（mitochondrial protein synthesis，mitoPS）的促進(jìn)作用顯著優(yōu)于MICT[117]，對(duì)于這一相左發(fā)現(xiàn)，仍需要更多的研究對(duì)周期性HIIT后PGC-1α總蛋白含量的增幅進(jìn)行比較，以明確PGC-1α蛋白含量與mitoPS的關(guān)系。

可見，無論是中等強(qiáng)度抑或是高強(qiáng)度的周期性訓(xùn)練，總訓(xùn)練量（每次運(yùn)動(dòng)量和訓(xùn)練頻率）對(duì)于PGC-1α蛋白含量的提高均具有重要影響，但這并不代表PGC-1α蛋白對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不敏感。當(dāng)使用4～10×30 s全力SIT方案干預(yù)3～6周（3次/周）后，PGC-1α總蛋白含量的增幅達(dá)到了61%～100%[15，111，118]。通過對(duì)周期性的SIT和MICT進(jìn)行比較后可發(fā)現(xiàn)，3～6周的SIT（平均運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為175%Wmax）后PGC-1α總 蛋 白 含 量 的 平 均 增 幅（78.7%）與2～8周MICT（平均運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為70%）所誘導(dǎo)的PGC-1α總蛋白增幅（73.7%）較為相近，但SIT的平均總訓(xùn)練量?jī)H為MICT的7%。這表明即使是運(yùn)動(dòng)量極低的周期性SIT訓(xùn)練，也可誘導(dǎo)與MICT相似的PGC-1α蛋白含量，因此，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對(duì)于周期性訓(xùn)練中PGC-1α蛋白的提高仍具較大意義。由于SIT可在總訓(xùn)練量較低的情況下有效刺激骨骼肌線粒體重塑，近些年來研究者們對(duì)此類低容量沖刺性訓(xùn)練頗為關(guān)注，未來可在同一研究中直接比較周期性SIT與MICT后PGC-1α蛋白含量的差異以及不同周期的SIT干預(yù)后PGC-1α蛋白含量的變化與線粒體功能的關(guān)系，以便確定低容量沖刺性訓(xùn)練在促進(jìn)線粒體生物合成中的實(shí)際意義。

?

綜上，單次急性耐力運(yùn)動(dòng)即可使得肌內(nèi)PGC-1α的總蛋白含量產(chǎn)生明顯的反應(yīng)性增長(zhǎng)，盡管此增長(zhǎng)幅度可能會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)的不斷重復(fù)而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但與此同時(shí)肌內(nèi)的PGC-1α蛋白含量也逐漸在該過程中不斷積累。在周期性的耐力訓(xùn)練中，總訓(xùn)練量對(duì)于促進(jìn)肌內(nèi)PGC-1α蛋白含量的適應(yīng)性增長(zhǎng)具有重要影響，但訓(xùn)練量極低而強(qiáng)度極高的沖刺性間歇訓(xùn)練仍可為PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并達(dá)到與傳統(tǒng)持續(xù)性耐力訓(xùn)練類似的增長(zhǎng)效果。

5 總結(jié)

（1）單次急性耐力運(yùn)動(dòng)中，高強(qiáng)度的間歇性運(yùn)動(dòng)可較中等強(qiáng)度的持續(xù)性運(yùn)動(dòng)更大幅度地提高青壯年健康人群骨骼肌核內(nèi)PGC-1α蛋白水平；周期性耐力訓(xùn)練中，其訓(xùn)練頻次的增加、訓(xùn)練周期的延長(zhǎng)也可進(jìn)一步提高安靜狀態(tài)時(shí)核內(nèi)PGC-1α的蛋白含量。

（2）單次急性耐力運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度限于次最大強(qiáng)度范圍內(nèi)時(shí)（100%Wmax），耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α mRNA的表達(dá)為強(qiáng)度依賴型，但當(dāng)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度提升至極限強(qiáng)度時(shí)，PGC-1α mRNA增長(zhǎng)幅度反而較低；周期性耐力訓(xùn)練中，隨著訓(xùn)練刺激的不斷重復(fù)，耐力運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的PGC-1α mRNA增長(zhǎng)幅度將逐漸減弱。

（3）單次急性耐力運(yùn)動(dòng)后，青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α的總蛋白含量即可產(chǎn)生顯著增長(zhǎng)，但該增長(zhǎng)幅度可能會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)的不斷重復(fù)而逐漸減??；周期性耐力訓(xùn)練中，總訓(xùn)練量是誘導(dǎo)青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α蛋白增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，但訓(xùn)練量極低、強(qiáng)度極高的沖刺性間歇訓(xùn)練仍可為PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并達(dá)到與傳統(tǒng)持續(xù)性耐力訓(xùn)練相類似的增長(zhǎng)效果。