運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與量及線粒體的生物合成

李天義

摘? 要：線粒體是雙膜細(xì)胞器，通過(guò)氧化磷酸化為細(xì)胞能量，涉及到許多與細(xì)胞代謝和體內(nèi)平衡有關(guān)的必需細(xì)胞功能，線粒體功能與許多疾病和醫(yī)學(xué)狀況有關(guān)。充分認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)線粒體產(chǎn)生的影響，對(duì)于如何設(shè)置運(yùn)動(dòng)方案，促進(jìn)身體健康具有重要的作用。當(dāng)前，研究認(rèn)為低訓(xùn)練量的大強(qiáng)度的間歇訓(xùn)練在誘導(dǎo)線粒體的生物合成類(lèi)似傳統(tǒng)的中等強(qiáng)度的有氧訓(xùn)練。鑒于運(yùn)動(dòng)特異性適應(yīng)原則，除了線粒體的生物合成外，可能還存在其他生物方面的特定適應(yīng)，尚需要進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：低訓(xùn)練量? 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度? 線粒體生物合成

中圖分類(lèi)號(hào)：G808? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2813（2019）12（c）-0009-02

線粒體是雙膜細(xì)胞器，通過(guò)氧化磷酸化為細(xì)胞能量。在骨骼肌中，直徑范圍為0.1～5.0μm，并形成網(wǎng)狀物，分布于細(xì)胞。線粒體含有自己的基因組，即線粒體DNA，其編碼37種蛋白質(zhì)，其中13種是電子傳遞鏈的必需多肽。但絕大多數(shù)線粒體蛋白質(zhì)組（約1100種蛋白質(zhì)）由進(jìn)入線粒體的核仁蛋白質(zhì)組成[1]。

鑒于線粒體涉及到許多與細(xì)胞代謝和體內(nèi)平衡有關(guān)的必需細(xì)胞功能，因此，次最佳線粒體特征與越來(lái)越多的疾病和醫(yī)學(xué)狀況有關(guān)[1]。由于線粒體的含量和呼吸功能與最大耗氧量（VO2max），乳酸閾值相關(guān)，對(duì)于耐力運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，線粒體功能非常重要[1]。因此，充分認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)線粒體產(chǎn)生的影響，對(duì)于如何設(shè)置運(yùn)動(dòng)方案，促進(jìn)身體健康具有重要的作用。已知不同類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)，均可對(duì)線粒體產(chǎn)生影響[2，3]，其中關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)開(kāi)始被人們所認(rèn)識(shí)。

1? 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、量與線粒體的生物合成

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練典型的結(jié)果是誘導(dǎo)線粒體生物合成，這是一種高度協(xié)調(diào)的過(guò)程，其作用是增強(qiáng)氧化能力和能量生成。目前，尚不清楚運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌蛋白周轉(zhuǎn)率的變化和調(diào)節(jié)機(jī)制[4]，但每次急性運(yùn)動(dòng)后可介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄事件，啟動(dòng)線粒體生物合成的關(guān)鍵分子：過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1-α（PGC-1α），其表達(dá)的上調(diào)，涉及到激活與線粒體含量和結(jié)構(gòu)相關(guān)的下游轉(zhuǎn)錄因子[5，6]。

但對(duì)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的骨骼肌PGC-1α mRNA表達(dá)增加的信號(hào)事件的認(rèn)識(shí)仍然不完整。傳統(tǒng)上，研究主要關(guān)注運(yùn)動(dòng)期間細(xì)胞內(nèi)代謝物（AMP，ADP，Ca2+），這些代謝產(chǎn)物主要作為AMP活化蛋白激酶（AMPK）、Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶II（CaMKII）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）磷酸化事件的激活劑[2，3，7]。

此外，其他證據(jù)表明糖原耗竭和乳酸積累，代表指示能量應(yīng)激，與PGC-1α mRNA含量的上調(diào)有關(guān)[8]。因此，研究認(rèn)為線粒體對(duì)運(yùn)動(dòng)的生物反應(yīng)取決于代謝應(yīng)激的程度。但存在爭(zhēng)議，運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的信號(hào)事件和PGC-1α表達(dá)之間的分級(jí)關(guān)系尚未確立。低訓(xùn)練量的間歇訓(xùn)練同樣可誘導(dǎo)線粒體的生物合成。最近，F(xiàn)iorenza等人研究了高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量應(yīng)激在PGC-1α表達(dá)中的作用[9]。研究了3種不同運(yùn)動(dòng)方案誘導(dǎo)的代謝紊亂和線粒體生物反應(yīng)之間的關(guān)系。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的12名男子完成了一次急性重復(fù)性的大強(qiáng)度短跑運(yùn)動(dòng)（18×5s，間歇恢復(fù)時(shí)間30s），負(fù)荷匹配速度耐力運(yùn)動(dòng)（6×20s，間歇恢復(fù)時(shí)間120s），以及傳統(tǒng)的持續(xù)中等強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)（50min，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為70%VO2max）。研究認(rèn)為大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，代謝應(yīng)激是指示線粒體生物合成，骨骼肌mRNA反應(yīng)的預(yù)測(cè)因子，相反，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后PGC-1α mRNA表達(dá)不依賴(lài)于能量干擾程度。

該證據(jù)表明將代謝應(yīng)激作為大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)所需的關(guān)鍵因素，從而克服訓(xùn)練量的減少，并誘發(fā)介導(dǎo)下游線粒體適應(yīng)的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄事件。然而，無(wú)論P(yáng)GC-1α的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)如何，3次運(yùn)動(dòng)骨骼肌中AMPK磷酸化水平升高的程度相同[9]。整體上，這些數(shù)據(jù)表明雖然PGC-1α mRNA表達(dá)依賴(lài)于與不同強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)量相關(guān)的代謝應(yīng)激程度，對(duì)于調(diào)控PGC-1α mRNA表達(dá)，其他細(xì)胞內(nèi)的機(jī)制也很重要。

另外，F(xiàn)iorenza等人在速度耐力、中等強(qiáng)度耐力練習(xí)后觀察到超氧化物歧化酶2（SOD2） mRNA含量的增加[9]，速度耐力后HSP72 mRNA應(yīng)答增強(qiáng)，可能是活性氧（ROS）生成增加的結(jié)果，支持ROS在細(xì)胞事件中起著作用。已有的研究表明急性運(yùn)動(dòng)線粒體衍生的ROS的增加，可進(jìn)一步影響涉及線粒體適應(yīng)的幾種氧化還原敏感途徑[10]，但確切的機(jī)制并不清楚。最近研究表明在ADP存在下減少運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的ROS生成的，小鼠跑臺(tái)后線粒體轉(zhuǎn)錄事件和PGC-1α表達(dá)減弱，而CaMKII和AMPK磷酸化沒(méi)有變化[11]。研究表明線粒體ROS的生成，是影響線粒體對(duì)運(yùn)動(dòng)的生物反應(yīng)的關(guān)鍵事件;然而，缺少人體方面的直接研究。因此，研究來(lái)自線粒體和細(xì)胞溶質(zhì)來(lái)源的細(xì)胞ROS生成，與不同能量需求的運(yùn)動(dòng)方案之后的磷酸化事件，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和線粒體生物合成的之間的關(guān)系非常重要。

除了ROS在線粒體生物合成中的潛在作用可能受PGC-1α表達(dá)的時(shí)程所影響。雖然研究認(rèn)為基因表達(dá)在急性運(yùn)動(dòng)后2～6h達(dá)到峰值，但不知道是否受到運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或運(yùn)動(dòng)量所影響，以及運(yùn)動(dòng)中分子事件?？紤]到每種運(yùn)動(dòng)方案的不同持續(xù)時(shí)間，時(shí)程關(guān)系可以洞察不同能量需求后PGC-1α mRNA表達(dá)量的變化幅度。研究基因轉(zhuǎn)錄物的亞細(xì)胞定位，下游調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)含量，翻譯后修飾和線粒體功能，從而確定低訓(xùn)練量大強(qiáng)度的間歇運(yùn)動(dòng)優(yōu)化線粒體生物合成的實(shí)際意義。

2? 小結(jié)與建議

間歇訓(xùn)練通常包括在短時(shí)間的恢復(fù)中穿插相對(duì)大強(qiáng)度的劇烈運(yùn)動(dòng)。一種常見(jiàn)的分類(lèi)方案將此方法細(xì)分為大強(qiáng)度間隔訓(xùn)練（近似最大努力）和超大強(qiáng)度的間隔訓(xùn)練（力竭式的努力）[12]。兩種形式的間歇訓(xùn)練都能誘導(dǎo)中等強(qiáng)度持續(xù)訓(xùn)練的經(jīng)典性的生理適應(yīng)，如增加有氧能力（VO2max）和線粒體含量。對(duì)于骨骼肌適應(yīng)，細(xì)胞應(yīng)激和線粒體生物發(fā)生的代謝信號(hào)在很大程度上取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)前，有限的研究表明超大強(qiáng)度的間隔訓(xùn)練后線粒體含量的增加相當(dāng)或優(yōu)于中等強(qiáng)度持續(xù)訓(xùn)練。

另外，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間的相互作用尚未清楚，特異性適應(yīng)原則在解釋運(yùn)動(dòng)生命現(xiàn)象方面需要進(jìn)一步提高[13]。間歇訓(xùn)練是人體生理重塑的有效刺激因素，代謝應(yīng)激是大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后急性誘導(dǎo)PGC-1α mRNA表達(dá)的重要因素，該過(guò)程可能涉及其他機(jī)制。進(jìn)一步研究ROS生成、氧化還原敏感途徑，信號(hào)事件的時(shí)間關(guān)系和下游功能結(jié)果，可提高對(duì)低訓(xùn)練量大強(qiáng)度間歇訓(xùn)練的認(rèn)識(shí)。

此外，鑒于運(yùn)動(dòng)特異性適應(yīng)原則，除了線粒體的生物合成外，可能還存在其它生物方面的特定適應(yīng)。最近，MicroRNAs作為基因調(diào)節(jié)的重要參與者[14，15]，對(duì)各種運(yùn)動(dòng)方式應(yīng)答[16-18]，可研究運(yùn)動(dòng)提供了一個(gè)新的視角，充分認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)內(nèi)在的變化機(jī)制，有助于設(shè)計(jì)精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)健身計(jì)劃。

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