耐力運動調控青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α表達研究進展

殷彰冶 郜衛(wèi)峰

武漢體育學院（武漢 430079）

線粒體作為細胞生物合成、氧化應激反應、細胞內信號傳導的中心和產生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的能量工廠，其含量與功能不僅對骨骼肌健康狀態(tài)[1，2]的維持至關重要，還與機體的有氧運動能力[3]密切相關。因此，如何增強骨骼肌線粒體的生物合成（線粒體網狀結構新成分的生成[4]），進而預防或治療一系列代謝性疾病[5，6]以及提高運動能力，一直以來都是研究的重點領域。

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]，在運動誘導的線粒體生物合成中起到關鍵作用[10，11]。PGC-1α最初作為棕色脂肪組織中適應性產熱的誘導性調節(jié)劑[12]，進入學者們的視野。而后的研究表明，其也是多種組織中促進代謝基因協(xié)調表達的重要蛋白質，開始受到學界的關注。且最近的研究發(fā)現(xiàn)PGC-1α可作為治療神經肌肉疾病、肥胖相關代謝性疾病、肌肉營養(yǎng)不良等病癥的新靶點[13，14]，逐漸成為研究的焦點。而耐力運動作為促進骨骼肌線粒體PGC-1α表達最經濟、有效的手段，更是在近十幾年得到了廣泛、細致的研究，取得了一系列進展。由于高強度間歇性訓練（high-intensity interval training，HIIT）和沖刺性間歇訓練[sprint interval training，SIT，即全力沖刺（all out）式的間歇性訓練]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]，達到與傳統(tǒng)中等強度持續(xù)性訓練（moderate intensity continuous training，MICT）相類似的機體適應性和耐力訓練效果[15，20，21]，因此現(xiàn)有研究也將HIIT、SIT與MICT一同作為增強線粒體生物合成的耐力訓練手段[4，22，23]，探究運動強度、運動量、訓練周期等運動要素與PGC-1α表達水平之間的關系。

耐力運動誘導的骨骼肌PGC-1α表達，大致要經歷PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表達以及PGC-1α蛋白含量變化等三個既相對獨立、又互為影響的階段。雖然目前學者們普遍認可：無論是單次急性耐力運動還是周期性耐力訓練，均可刺激PGC-1α的表達[24]。但由于上述三個階段對不同的訓練刺激有著不盡相同的生物應答，因此，在何種運動方案能更為有效地促進PGC-1α表達方面，還存在著諸多分歧。另外，人類PGC-1α的相關在體研究涉及多次股外側肌活檢，運動員人群的配合度較低。而更高的耐力訓練強度，又不適合少兒及病患人群，因此現(xiàn)階段相關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”、“運動”、“訓練”等為中文關鍵詞于Cnki、萬方等中文數(shù)據(jù)庫；以“peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1a”、“PGC-1α”、“PGC-1alpha”、“PPARGC1A protein”、“exercise”、“training”為英文關鍵詞于PubMed、Springer等英文數(shù)據(jù)庫中檢索文獻，重點篩選以健康人群為受試對象、自行車為耐力運動形式、通過肌肉活檢技術檢測PGC-1α含量變化的相關文獻，對耐力運動調控骨骼肌PGC-1α表達水平的最新研究進行梳理與綜述，目的是：（1）通過比較不同耐力運動方案對青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表達、PGC-1α總蛋白含量的不同訓練效果，探究各運動要素與骨骼肌PGC-1α表達含量之間的關系；（2）分析造成不同訓練效果的生物學機制。以期對后續(xù)不同人群該方面研究耐力運動方案的設計提供實踐和理論參考。

1 耐力運動誘導PGC-1α促進線粒體生物合成的調控機制

由于細胞器內線粒體蛋白總量中來源于線粒體轉錄的比例僅占1%[25]，而線粒體內負責氧化代謝的蛋白質大部分都由核編碼，隨后被轉移至線粒體發(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控[1]。PGC-1α能通過結合并激活核呼吸因子（nuclear respiratory factors，NRFs）[29]和線粒體轉錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）[30]等轉錄調節(jié)因子來協(xié)調促進核與線粒體基因組所編碼線粒體蛋白的表達，為線粒體生物合成的主要調節(jié)因子[31，32]。

（1）運動通過肌肉的收縮和由此引發(fā)的一連串代謝波動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+/鈣調蛋白激酶（calcium/calmodulin protein kinases，CAMK）等信號蛋白。這些蛋白激酶既可影響PGC-1α的轉錄機制，調節(jié)其轉錄水平；也可通過翻譯后修飾（如磷酸化作用）激活PGC-1α蛋白，為其轉移至核內促進核編碼線粒體基因的表達創(chuàng)造條件（如圖1）。

圖1 耐力運動過程中PGC-1α及其相關因子參與線粒體生物合成的信號調節(jié)機制

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

（3）在肌細胞核內，核呼吸因子（NRF-1，NRF-2）為PGC-1α靶向的核編碼轉錄因子[10]，而NRF-1/2既可促進核編碼電子傳遞鏈蛋白基因的表達[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TFAM的表達[48]，TFAM隨后移位至線粒體內調節(jié)線粒體DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）的轉錄與復制[49]。此外，PGC-1α還能直接作用于線粒體內的TFAM，進而調控mtDNA的表達[50，51]。據(jù)報道急性耐力運動可使小鼠[30]和人體[52]骨骼肌胞漿中的PGC-1α向線粒體進行轉移，隨后與TFAM于mtDNA D環(huán)上形成轉錄復合物[30]。此D環(huán)區(qū)域與細胞的呼吸能力、線粒體DNA的復制和轉錄有關[53]。綜上，PGC-1α可通過協(xié)調促進核與線粒體編碼基因的表達有效增強線粒體的生物合成。

2 耐力運動對核內PGC-1α蛋白含量的影響

在運動刺激的誘導下，肌纖維胞漿內PGC-1α蛋白的活性上升并重新分布至細胞核，從而在未增加PGC-1α總蛋白含量的情況下，迅速上調線粒體基因的轉錄，開啟運動誘導骨骼肌線粒體生物合成的初始階段[34-36]。

2.1 單次急性耐力運動后核內PGC-1α蛋白含量的反應性變化

60%～74%VO2max的中等強度持續(xù)性運動（moderate-intensity continuous exercise，MICE）后，其核內PGC-1α蛋白含量增長了0%～54%[33，35，54-56]。通過對這些文獻進行橫向對比可發(fā)現(xiàn)：24min MICE后核內PGC-1α含量無顯著變化[35]；60min MICE后其蛋白含量略有增長，增幅為0～20%[54-56]；運動時長達90min的MICE結束后核內PGC-1α蛋白水平增長了近54%[33]。這表明在中等強度范圍內，運動量的增加可使得核內PGC-1α含量也隨之增加，提示運動量是影響MICE運動后核內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動量對核內PGC-1α蛋白含量的影響。

當進行強度近80%Wmax的HIIE[57]或極限強度的沖刺性間歇運動（sprint interval exercise，SIE）[35]時，發(fā)現(xiàn)其運動后核內PGC-1α的蛋白含量上升了70%～210%。這表明相較于中等強度的MICE而言，高強度或極限強度的間歇性運動可使核內PGC-1α蛋白水平有更大幅度的提升。這可能是由于HIIE或SIE的運動量雖遠低于MICE，但運動強度上質的提高所帶來體內代謝壓力的大幅增加（如細胞內鈣離子含量的增加、AMP/ATP比值的提高、活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生[36]），可為PGC-1α蛋白的入核提供充足刺激，同時也提示了強度的提升對于單次運動后PGC-1α的迅速入核具有重要的促進作用。所以，曾有研究[58]提出運動誘導核內PGC-1α蛋白含量的增加為“強度依賴型”。然而，當進一步將此SIE[35]與HIIE組[57]進行對比可發(fā)現(xiàn)：4×30 s全力SIE（168%Wmax）后核內PGC-1α含量增長了70%～130%，而5×4 min 80%Wmax的HIIE后核內PGC-1α含量增加了210%，這說明核內PGC-1α蛋白的增加并非絕對的強度依賴性，當運動強度達到一定程度后，核內PGC-1α蛋白含量并不會隨著強度的繼續(xù)升高而升高。產生這種現(xiàn)象的原因可能在于：1）兩者均屬高強度范疇（＞75%Wmax）[4]，SIE在體內引發(fā)的代謝波動與HIIE并無質的差異，所造成的代謝壓力較為相似，例如乳酸的積累程度[35，59-61]，而強度對于運動量減少的補償效應僅發(fā)生在機體出現(xiàn)顯著的代謝波動時[62]；2）HIIE組的運動量遠高于SIE組，為SIE組的4.7倍，提示了當強度基本不變時運動量對于運動誘導核內PGC-1α蛋白含量的補償作用。因此，相較于中等強度的MICE，強度更高的HIIE和SIE確實能更大幅度地提高核內PGC-1α蛋白水平，但當運動強度在同一個強度范疇內變化時，則仍需依靠運動量的積累來進一步促進核內PGC-1α含量的提升。

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

2.2 周期性耐力運動后核內PGC-1α蛋白含量的適應性變化

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

綜上，在單次急性耐力運動中，運動強度和運動量對于核內PGC-1α蛋白的誘導起到相互補償?shù)淖饔茫矗合啾扔谥械蛷姸?，高強度的運動刺激可促進核內PGC-1α蛋白含量更大程度的提高，但當強度性質無實質性改變時，則仍需通過運動量的增加來促進核內PGC-1α蛋白含量的進一步增長。同時，周期性的耐力訓練后，骨骼肌安靜狀態(tài)時核內PGC-1α的蛋白水平也將出現(xiàn)明顯的適應性增長，這將有利于后續(xù)訓練中其自身基因的轉錄以及其它線粒體相關基因的表達。

3 耐力運動對PGC-1α mRNA含量的影響

人體研究發(fā)現(xiàn)在骨骼肌動態(tài)收縮結束的數(shù)小時后，PGC-1α基因的表達顯著上調[8]，其mRNA含量在運動結束后的2～4 h達到峰值，并在24 h時回到基礎水平[65]。而后，隨著運動刺激的不斷重復，mRNA的周期性變化即在訓練過程中逐漸構成了細胞產生適應性反應的基礎[66]。

3.1 單次急性耐力運動后PGC-1α mRNA含量的反應性變化

為探究運動量與PGC-1α mRNA含量的關系，有研究直接比較了同等強度下不同運動時長對PGC-1α表達的影響，發(fā)現(xiàn)將60 min的MICE延長至90 min后，PGC-1α mRNA含量的增長幅度仍相似[67]，提示單次運動時間的延長并不能進一步刺激PGC-1α mRNA的表達。后有研究將運動量定義得更加全面，即采用運動強度與運動時長的乘積表示單次訓練課的運動量，并納入53個運動組數(shù)據(jù)對運動量與PGC-1α mRNA增幅的關系進行線性相關分析，結果表明兩者間并無明確的相關性（r=0.18;P=0.206）[58]。但由于各研究之間的實驗技術或檢測手段存在一定差異，因此，運動量對PGC-1α mRNA含量變化的影響仍有待研究。

關于PGC-1α mRNA表達量與運動強度的關系，近期有研究對中等強度（＜75%Wmax）[4]或最大強度運動后線粒體相關基因的表達程度進行比較。在運動量均等的前提下，受試者先后（間隔7～17天）進行11×1 min 73%Wmax（LO組）或8×1 min 100%Wmax（HI組）的自行車間歇運動，結果顯示運動后LO組和HI組股外側肌內PGC-1α mRNA含量分別提高了4.4倍和8.5倍[68]。這提示就個體的單次急性運動而言，強度更高的運動對肌細胞內PGC-1α mRNA表達的促進作用更為顯著，在之前的研究[69-71]中也曾觀察到此類似現(xiàn)象。隨后，為進一步明確運動強度與PGC-1α mRNA含量之間的關系，Granata等[58]匯總了近32篇前人文獻（時間跨度為2004～2017年）中健康人體進行單次急性自行車運動后2～6 h時其股外側肌內PGC-1α mRNA的表達情況，并將PGC-1α mRNA的增長倍數(shù)與運動強度（%Wmax）進行相關性分析，表明運動誘導PGC-1α mRNA含量的增加為強度依賴型，但此強度依賴性僅限于次最大強度（≤100%Wmax）范圍內（r=0.38，P=0.023，如圖2）。在此基礎上，本文將之后發(fā)表的一系列其它相關研究[63，68，72-90]納入其中再次進行統(tǒng)計學分析，發(fā)現(xiàn)PGC-1α mRNA的增長幅度與運動強度的關系同樣符合此推論（r=0.369，P=0.003）。因此，單次急性運動后PGC-1α mRNA的表達量仍遵循“強度依賴”這一趨勢。然而，盡管Granata等的研究表明PGC-1α mRNA的表達量與運動強度為顯著線性相關，但相關系數(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含量僅增長了4.2倍[84]，這可能與該研究的受試對象均為受過耐力訓練的自行車運動員有關（VO2max=60±7.7 ml·kg-1·min-1）。此增長倍數(shù)與先前研究所報道[59，71]機能水平較高的受試者（VO2max=53.1～55 ml·kg-1·min-1）進行單次急性HIIE后PGC-1α mRNA的增長幅度相似（4.2～5.5倍），而明顯低于久坐不動的受試者（VO2max=40.9±2.2 ml·kg-1·min-1）進行同等高強度HIIE后PGC-1α mRNA的增長幅度（12倍）[91]。之前已有研究[59，92]表明PGC-1α mRNA的表達受到個體自身機能狀態(tài)、運動水平的影響，而上述前者的VO2max比后者高32%，這可能解釋了機能水平更高的個體在經歷高強度運動刺激后其PGC-1α mRNA表達相對較低的部分原因[82]。因此，機能水平較高的個體在高強度運動后PGC-1α mRNA的增長幅度較低可能與其自身較高的運動水平有關，未來的研究可對比不同水平受試者的PGC-1α基因對高強度間歇運動的反應，以便更有針對性地設計運動處方。

圖2 耐力運動誘導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）增長倍數(shù)與運動強度之間的關系

當運動強度超過100%Wmax時，PGC-1α mRNA的表達量與運動強度之間并未表現(xiàn)出相關性，至于出現(xiàn)此局限性的原因文獻[58]中并未予以解釋。歸納目前已有的文獻[22，34，35，72，74，79，80，88，93-97]發(fā)現(xiàn)：當運動強度提高至全力沖刺的極限強度時，PGC-1α mRNA的增長幅度并未由于強度極高而相應地升高，反而呈現(xiàn)出較低的表達水平，即在進行4～8次30 s全力SIE（168%～184%Wmax）后，其PGC-1α mRNA含量僅增長了2～6.5倍。這可能與SIE在運動中所消耗的糖原含量較少有關。Fiorenza等的研究表明，對于訓練量極低的SIE運動方案而言，運動過程中肌內糖原的消耗程度為運動后線粒體基因轉錄的重要預測因素[74]，較大的肌糖原消耗可通過改變部分轉錄因子（如peroxisome proliferator activated receptor delta，PPARD）的 活 性 增 加PGC-1α mRNA的表達[60]。而總運動時間為2～4分鐘的SIE[74，93，94]在運動過程中消耗的肌糖原含量僅占糖原總儲備的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）運動后PGC-1α mRNA增長幅度顯著低于S+E組（6×30 s SIE+60 min 60%VO2maxMICE），據(jù)報道這可能與SIE運動時間較短、運動過程中所消耗肌糖原相對較少有關[72]。

3.2 周期性耐力運動后PGC-1α mRNA含量的適應性變化

雖以上研究已表明單次高強度急性運動所引起的PGC-1α mRNA表達幅度可能較高，但若將同一高強度的運動方案周期化后，每次運動結束后PGC-1α mRNA的表達程度將出現(xiàn)適應性減弱。早期的研究[24]觀察到在為期2周共7次的HIIT過程中，隨著同一運動方案的反復執(zhí)行，每次運動結束后其PGC-1α mRNA的增長幅度呈逐漸減弱的趨勢（從首次運動后的10倍減小至第7次運動后的4倍）。這表明即使是短期的HIIT周期性訓練，也會使得PGC-1α對運動刺激的響應幅度逐漸減弱。最近的兩項研究[57，101]同樣觀察到類似現(xiàn)象，例如，在完成4周共計12次HIIT訓練的前提下進行第一次79%Wmax的HIIE，運動后其PGC-1α mRNA顯著增長了2.6倍；爾后繼續(xù)進行3周的規(guī)律性間歇訓練，再次重復此HIIE測試時，PGC-1α mRNA含量無顯著增長（P=0.129）[57]。這可能是由于個體運動能力不斷提高的同時，相對強度明顯下降從而減弱了運動刺激所致。因此，以上實驗結果表明，在周期化的訓練過程中PGC-1α mRNA的應激增長幅度會逐漸減弱。但值得注意的是，上述研究[24，57]同時也觀察到周期性訓練后其肌核內、胞漿或肌內總的PGC-1α蛋白含量均顯著增加。這表明PGC-1α mRNA表達的適應性降低并不妨礙運動誘導的肌內PGC-1α蛋白含量逐漸上升。這可能是由于在長期單次急性運動中，通過反復的運動刺激不斷強化基因轉錄的瞬時變化所引起的積累效應[24]，對相關蛋白質的分解與合成速率產生持續(xù)影響，最終形成肌肉適應訓練和運動能力改善的基礎[102，103]。

綜上，在單次急性耐力運動中，當運動強度限于次最大強度范圍內時（≤100%Wmax），運動誘導PGC-1α mRNA含量大體上隨著運動強度的增加而增加，即表現(xiàn)為強度依賴型；但當運動強度繼續(xù)提升至極限強度時，PGC-1α mRNA增長幅度反而較低。在周期性耐力訓練中，隨著訓練刺激的不斷重復，運動誘導的PGC-1α mRNA應激增長幅度將逐漸減弱，但這并不影響其蛋白含量的合成與增加，且由此構成了機體產生良性適應性變化的生理基礎。

4 耐力運動對PGC-1α總蛋白含量的影響

基因轉錄與mRNA的上調結束后，即為通過翻譯完成蛋白質的生物合成。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細胞應對下一次運動刺激時的轉錄敏感度，也有利于維持因規(guī)律性訓練所帶來的更大線粒體容量[36]。

4.1 單次急性耐力運動后PGC-1α總蛋白含量的反應性變化

通常情況下，運動誘導mRNA顯著增長的數(shù)小時后，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)單次急性耐力運動結束后最初的3～4 h內，肌內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，在運動結束后的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了16%～57%[24，34，65，107]。由于目前暫無專門探討單次急性耐力運動對PGC-1α總蛋白含量影響的相關研究，故暫時無法對運動強度或運動量與肌內PGC-1α總蛋白含量的關系進行比較分析。然而，通過對現(xiàn)有研究進一步分析可發(fā)現(xiàn)，當某一單次急性耐力運動重復進行時，運動后PGC-1α蛋白的急性增長幅度將逐漸減弱。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，每次運動結束后16～24 h時PGC-1α蛋白含量的急性增長幅度表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，這與上述PGC-1α mRNA表達的適應性降低相一致。但是，與mRNA快速變化的反應特點所不同的是，PGC-1α的蛋白含量將在這不斷重復的急性運動刺激下逐漸積累。而在接下來的周期性訓練過程中，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 周期性耐力運動后PGC-1α總蛋白含量的適應性變化

關于周期性訓練干預后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總蛋白含量增長了75%[107]；6周共30次、每次40～60 min的MICT干預后，肌內PGC-1α總蛋白含量提高了近100%（P＜0.05）[15]。相比之下，將每次運動時間降至30 min后同樣進行6周共30次的MICT訓練，肌內PGC-1α蛋白含量提高了約44%[109]。這表明運動時間較長（40～60 min）、訓練頻率較高（5～7次/周）的周期性MICT可有效提高肌細胞內總PGC-1α蛋白含量。之后的研究[110]結果也觀察到這一點：每周5次、每次60 min 65%VO2max的MICT（共8周）使得肌內PGC-1α總蛋白含量顯著增加（P=0.05）。但對于3次/周，每次平均28 min的MICT（共4周），肌內PGC-1α蛋白含量無顯著變化（P＞0.05）[111]。這提示了就MICT的周期性訓練而言，每次運動的持續(xù)時間和總的訓練頻率對肌細胞內PGC-1α總蛋白含量的積累與提高起到較為關鍵的作用。

對于高強度的運動刺激，8～12×1 min 100%～120%Wmax的HIIT干預兩周（3～4次/周）后，肌內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PGC-1α的總蛋白水平（P＞0.05）[111，113]。而每次運動量達到10×4 min 90%VO2max的HIIT方案干預2周或6周（3～4次/周）后，肌內PGC-1α總蛋白含量顯著增加了16%～36%[24，64，114]，可見每次訓練課中運動量的重要性。雖也有報道發(fā)現(xiàn)2周（3次/周）較低運動量（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象均為有氧能力較低的久坐不動者（VO2max=30±3 ml·kg-1·min-1）有關。對于運動能力較低、缺乏訓練經驗的個體來說，相對較少的運動量可能即可開啟線粒體相關基因的表達[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，最近的研究結果也表明單次運動量更大、訓練頻率更高的周期性HIIT訓練方案可進一步提高肌內PGC-1α總蛋白含量[57，113]。因此，在HIIT的周期性訓練過程中，每次訓練課所完成的運動量可能為運動調控PGC-1α蛋白含量變化的重要因素。雖現(xiàn)有文獻反映出周期性HIIT所誘導的PGC-1α總蛋白含量明顯低于MICT，但考慮到PGC-1α為促進線粒體蛋白生物合成的主要上游調控因子[31]，且研究發(fā)現(xiàn)HIIT對線粒體蛋白合成（mitochondrial protein synthesis，mitoPS）的促進作用顯著優(yōu)于MICT[117]，對于這一相左發(fā)現(xiàn)，仍需要更多的研究對周期性HIIT后PGC-1α總蛋白含量的增幅進行比較，以明確PGC-1α蛋白含量與mitoPS的關系。

可見，無論是中等強度抑或是高強度的周期性訓練，總訓練量（每次運動量和訓練頻率）對于PGC-1α蛋白含量的提高均具有重要影響，但這并不代表PGC-1α蛋白對運動強度不敏感。當使用4～10×30 s全力SIT方案干預3～6周（3次/周）后，PGC-1α總蛋白含量的增幅達到了61%～100%[15，111，118]。通過對周期性的SIT和MICT進行比較后可發(fā)現(xiàn)，3～6周的SIT（平均運動強度為175%Wmax）后PGC-1α總 蛋 白 含 量 的 平 均 增 幅（78.7%）與2～8周MICT（平均運動強度為70%）所誘導的PGC-1α總蛋白增幅（73.7%）較為相近，但SIT的平均總訓練量僅為MICT的7%。這表明即使是運動量極低的周期性SIT訓練，也可誘導與MICT相似的PGC-1α蛋白含量，因此，運動強度對于周期性訓練中PGC-1α蛋白的提高仍具較大意義。由于SIT可在總訓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此類低容量沖刺性訓練頗為關注，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干預后PGC-1α蛋白含量的變化與線粒體功能的關系，以便確定低容量沖刺性訓練在促進線粒體生物合成中的實際意義。

?

綜上，單次急性耐力運動即可使得肌內PGC-1α的總蛋白含量產生明顯的反應性增長，盡管此增長幅度可能會隨著運動的不斷重復而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，但與此同時肌內的PGC-1α蛋白含量也逐漸在該過程中不斷積累。在周期性的耐力訓練中，總訓練量對于促進肌內PGC-1α蛋白含量的適應性增長具有重要影響，但訓練量極低而強度極高的沖刺性間歇訓練仍可為PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并達到與傳統(tǒng)持續(xù)性耐力訓練類似的增長效果。

5 總結

（1）單次急性耐力運動中，高強度的間歇性運動可較中等強度的持續(xù)性運動更大幅度地提高青壯年健康人群骨骼肌核內PGC-1α蛋白水平；周期性耐力訓練中，其訓練頻次的增加、訓練周期的延長也可進一步提高安靜狀態(tài)時核內PGC-1α的蛋白含量。

（2）單次急性耐力運動中，當運動強度限于次最大強度范圍內時（100%Wmax），耐力運動誘導青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α mRNA的表達為強度依賴型，但當運動強度提升至極限強度時，PGC-1α mRNA增長幅度反而較低；周期性耐力訓練中，隨著訓練刺激的不斷重復，耐力運動誘導的PGC-1α mRNA增長幅度將逐漸減弱。

（3）單次急性耐力運動后，青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α的總蛋白含量即可產生顯著增長，但該增長幅度可能會隨著運動的不斷重復而逐漸減??；周期性耐力訓練中，總訓練量是誘導青壯年健康人群骨骼肌PGC-1α蛋白增長的關鍵因素，但訓練量極低、強度極高的沖刺性間歇訓練仍可為PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并達到與傳統(tǒng)持續(xù)性耐力訓練相類似的增長效果。