PGC-1a适应骨骼肌不同持续时间与强度收缩活动的研究进展.pdf

文章编号：10 0 7 6 8 9 1（2 0 2 3）0 40 0 2 310PGC-1a适应骨骼肌不同持续时间与强度收缩活动的研究进展Research Progress on PGC-la Adaptation to Different Duration andIntensity of Skeletal Muscle Contraction Activities四川体育科学2 0 2 3年（第42 卷）第4期SICHUAN SPORTS SCIENCE Vol1.42,No.4,2023DOI:10.13932/ki.sctykx.2023.04.05张海鹏 12，马继政2ZHANG Haipeng2,MA Jizheng?摘要：本综述通过对PGC-1依赖性信号传导的研究，描述不同持续时间、强度和模式的有氧运动，对调节骨骼肌线粒体生物合成的分子事件的影响。这对于治疗各种代谢性疾病以及优化运动训练计划至关重要。现有研究表明，30-9 0 min的有氧运动无法提供额外的刺激来激活信号通路，以调节PGC-1的翻译后修饰以及PPARGC1A的基因表达。而II型肌纤维募集的增加，导致运动强度显著影响线粒体的生物合成并伴随着明显的代谢变化，从而导致信号级联反应的激活和调控线粒体生物合成的基因的表达。因此，间歇性运动比连续运动能更有效地激活线粒体生物合成。在适应有氧训练的骨骼肌中，通过运动强度激活线粒体生物合成，主要与AMP激活的蛋白激酶/PGC-1通路，PGC-1调控的基因的表达，以及来源于由cAMP反应元件结合蛋白1相关转录因子及其共激活因子调控的诱导型可变启动子AP的PPARGC1A的表达有关。关键词：运动时间；运动强度；过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1；5-A MP激活蛋白激酶Abstract:This review focuses on PGC-1-dependent signaling.Describing the effects of molecularmechanisms regulating mitochondrial biogenesis in skeletal muscles.It is important for treatment ofpatients with various metabolic disorders,as well as for optimization of training in athletes.Aerobicexercise from 30 to 90 min does not provide additional stimuli to activate signaling pathwaysregulating post-translational modification of PGC-1 and expression of PPARGC1A.Exerciseintensity substantially affects mitochondrial biogenesis due to the increase in the recruitment of typeII muscle fibers with accompanying pronounced metabolic shift leading to the activation of signalingcascades and expression of genes regulating mitochondrial biogenesis.Therefore,intermittentexercise is more efficient in the activation of mitochondrial biogenesis than work-matchedcontinuous exercise.In skeletal muscle adapted to aerobic training,intensity-dependent activation ofmitochondrial biogenesis after acute exercise is associated primarily with the AMP-activated proteinkinase/PGC-1 pathway,expression of PGC-1-regulated genes,and expression of PPARGC1Afrom the AP regulated by the cAMP response element-binding protein 1-related transcription factorsand theircoactivators.Key words:Exercise duration;Exercise intensity;PGC-l;AMPK中图分类号：G804.22骨骼肌在进行正常水平的体育活动（Physical Activity，PA）时具有很高的代谢活性，这对其他器官和整个机体的功能有巨大影响。PA的长期缺乏导致的骨骼肌功能减退，与代谢紊乱、2 型糖尿病、心血管疾病等许多代谢性疾病，以及寿命减少有关 1,2 。有研究表明，定期进行有氧运动可文献标识码：A以降低代谢综合征和 2 型糖尿病患者的血液基础胰岛素浓度，并提高机体胰岛素敏感性，降低心血管疾病的风险 2.3。过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1(peroxisome proliferator-activated receptor coactivator-l,PGC-1）在调节骨骼肌线粒体合成中起重要作用。有氧运23四川体育科学2 0 2 3年（第42 卷）第4期动可激活工作肌肉中的PGC-1，并上调许多PGC-1依赖性基因的表达，参与线粒体生物合成，脂质和糖代谢以及血管生成。其对有氧运动的适应性反应取决于运动的持续时间，强度以及频率 2 。1有氧训练的生理效应不同类型的运动会导致不同的适应。定期低强度，长时间（数10 min）的有氧运动可以显著改善脂质代谢和糖代谢，并激活血管生成和线粒体的生物合成，即增加骨骼肌线粒体质量和氧化能力。这些适应性变化提高了机体的最大摄氧量（VO2max）和有氧运动能力，也提高了机体通过氧化磷酸化产能进行长时间的PA的能力。而定期短时间（2 h），A M PK 2活性持续增加直至运动结束 37，这可能与运动后期II型肌纤维的募集有关。现有的运动诱导CREB1Ser133磷酸化的数据是矛盾的。在60min的单腿伸膝运动（7 0%VO2max）中，个体运动侧的VLM25四川体育科学2 0 2 3年（第42 卷）第4期中CREB1Ser33磷酸化水平没有变化，而非运动侧的VLM中CREB1Ser133磷酸化水平增加，这可能与全身性因素的作用有关 2。但Widegren等人 32 的研究未能证明这一现象。Popov等人 2 8 研究了耐力训练运动员不同持续时间（30 mi n，6 0 mi n，90 mi n，6 0%VO 2 ma x）运动后的VLM中PPARGC1A和PGC-1相关基因的表达。PPARGC1A的表达仅在更长的运动时间（6 0 min和90 min）后增加到相同的水平，VEGFA的表达仅在90 min后增加。其他受PGC-1a调控的基因（TFAM，T FB2 M，CS，CO X 2，PD K 4，H A D H)在三组不同时间的耐力训练中均无变化，这可能是因为相对较低运动强度和受试者的高水平运动能力 33。此外，Hildebrandt 等人 34研究了运动时间对大鼠肠肌中代谢基因（Hk2，Pd k 4，U c p 3，H m o x 1）表达的影响，该研究设计了两组有氧训练方案（45min和30 0 min，50%VO 2 ma x）。Hildebrandt等人 34发现长时间运动后，这些基因的表达水平更高，一些基因（Pdk4，U c p 3）在白肌中的表达差异比在红肌中的表达差异更明显，这可能是由于在30 0 min运动的后期I 型肌纤维的募集。上述的研究表明，有氧运动的持续时间从30 min增加到90 min不会增加激活信号分子的刺激，从而调节PGC-1的翻译后修饰以及 PPARGC1A mRNA 的表达和一些在特定时间点的代谢基因。不同时间运动后mRNA反应差异的缺乏可能与负荷后实验节点的数目不足及研究数量较少有关。但应注意不同研究中使用的运动强度的差异，可能会影响对结果的解释。重要的是，如果在明显疲劳的情况下进行运动，AMPK的活性和一些代谢基因的表达可能会在运动的后期由于II型肌纤维的募集而上调。3.2运动时间对长期有氧运动的影响3.2.1运动持续时间对长期有氧运动的影响为了研究不同持续时间训练的效果，Reichkendler等人 35对久坐的中等体重男性进行了为期12 周的训练。在高强度训练组，随着每日运动时间地增加，每日运动相关能量消耗从30 0 kcal增加到6 0 0 kcal。但高强度训练诱导的VLM中线粒体蛋白增加和机体VO2max增加，与低强度训练组相比无显著差异 35。此外，Yu等人 36 在对正常体重大鼠的研究中发现了相似的结果。Yu等人 36 将大鼠根据运动强度划分为4组（6 2、7 3、83、94%VO 2 m a x），并将每组根据运动时间划分出3个亚组（30 m i n，6 0 m i n，90 m i n/天），进行为期8 周，每周5次的跑台运动。该研究发现，每种运动强度使红肌（比目鱼肌和股肌深部）和白肌（股肌浅部）中细胞色素C达到峰值含量所需的运动时间为6 0 min/天或更少。此外，运动时间从6 0 min增加到90 min对细胞色素C含量没有影响。Yu等人 36 认为，引起氧化能力增加的刺激，与运动时间的增加不成正比。但是，Fitts等人 37 的研究结果与这一发现相悖。训练13周后，大鼠混合肌腓肠肌中的细胞色素C含量、柠檬酸合成酶活性和ADP刺激线粒体呼吸作用的比例随训练时间的延长而增26加（分组为10 min、30 m i n、6 0 m i n、12 0 m i n/天）。3.2.2 运动总时间对长期有氧运动的影响Granata等人 39研究了训练量（总训练时间/周）对人体有氧能力的影响。经过为期4周，3次/周的有氧间歇训练后，通过增加运动的持续时间（从35min增加到8 0 min）和频率（从3次/周增加到14次/周），训练量增加了4-7 倍。训练量的增加导致VLM中线粒体最大呼吸速率、线粒体蛋白（PGC-1、TFAM和NRF-1）含量以及有氧运动能力（无氧阈，VO2max20km跑表现）的增加。这些变化似乎与运动频率而非运动持续时间有关。Costill等人 40 认为尽管两种训练方案在改善长距离（2 7 43m）表现方面相当，但运动频率的增加（从每天1次至2 次/天，共6 周）与游泳运动员三角肌中柠檬酸合成酶活性的升高有关。此外，Hickson 等人 41发现，在有氧训练（14周，2 h/day）后，大鼠比目鱼肌和股肌浅部的细胞色素C含量以及到达力竭状态的时间，随运动频率的增加（2、4、6 次/周）成比例增加。因此，这些研究表明，与运动频率不同，有氧训练中运动时间的长短可能与肌肉氧化能力的增长无关 2。在大多数研究中，运动次数的增加只能导致工作肌肉的氧化能力略微增长。这与急性运动持续时间对PGC-1和PPARGC1A表达基因翻译后修饰信号分子的影响一致。因此，运动次数的增加与肌肉氧化能力的增加有关。4运动强度对有氧运动的影响参与肌肉中低强度有氧运动的运动神经元，大多是支配I型肌纤维的低阈值运动神经元。运动强度的逐渐增加与高值运动神经元和II型肌纤维的募集有关，在人类骨骼肌中，II型肌纤维氧化能力低于I型肌纤维。因此，运动强度的增加会导致各种代谢产物的逐步积累，以及工作肌肉（特别是I型肌纤维）的疲劳发展。各种信号蛋白的基础含量和活性，在