耐力运动调控青壮年健康人群骨骼肌PGC-1α表达研究进展
时间：2023-06-04 15:10:22 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
殷彰冶 郜卫峰
武汉体育学院（武汉 430079）
线粒体作为细胞生物合成、氧化应激反应、细胞内信号传导的中心和产生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的能量工厂，其含量与功能不仅对骨骼肌健康状态[1，2]的维持至关重要，还与机体的有氧运动能力[3]密切相关。因此，如何增强骨骼肌线粒体的生物合成（线粒体网状结构新成分的生成[4]），进而预防或治疗一系列代谢性疾病[5，6]以及提高运动能力，一直以来都是研究的重点领域。
线粒体的生物合成在很大程度上由过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1a，PGC-1α）所控制[7，8]。PGC-1α为一系列调节线粒体功能核受体的辅助激活因子，广泛存在于脑、心脏、骨骼肌、肝脏等氧化代谢较为活跃的器官和组织中[7，9]，在运动诱导的线粒体生物合成中起到关键作用[10，11]。PGC-1α最初作为棕色脂肪组织中适应性产热的诱导性调节剂[12]，进入学者们的视野。而后的研究表明，其也是多种组织中促进代谢基因协调表达的重要蛋白质，开始受到学界的关注。且最近的研究发现PGC-1α可作为治疗神经肌肉疾病、肥胖相关代谢性疾病、肌肉营养不良等病症的新靶点[13，14]，逐渐成为研究的焦点。而耐力运动作为促进骨骼肌线粒体PGC-1α表达最经济、有效的手段，更是在近十几年得到了广泛、细致的研究，取得了一系列进展。由于高强度间歇性训练（high-intensity interval training，HIIT）和冲刺性间歇训练[sprint interval training，SIT，即全力冲刺（all out）式的间歇性训练]也可显著增加线粒体含量[15，16]、改善肌肉氧化代谢[17，18]以及提高最大有氧能力（VO2max）[19]，达到与传统中等强度持续性训练（moderate intensity continuous training，MICT）相类似的机体适应性和耐力训练效果[15，20，21]，因此现有研究也将HIIT、SIT与MICT一同作为增强线粒体生物合成的耐力训练手段[4，22，23]，探究运动强度、运动量、训练周期等运动要素与PGC-1α表达水平之间的关系。
耐力运动诱导的骨骼肌PGC-1α表达，大致要经历PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表达以及PGC-1α蛋白含量变化等三个既相对独立、又互为影响的阶段。虽然目前学者们普遍认可：无论是单次急性耐力运动还是周期性耐力训练，均可刺激PGC-1α的表达[24]。但由于上述三个阶段对不同的训练刺激有着不尽相同的生物应答，因此，在何种运动方案能更为有效地促进PGC-1α表达方面，还存在着诸多分歧。另外，人类PGC-1α的相关在体研究涉及多次股外侧肌活检，运动员人群的配合度较低。而更高的耐力训练强度，又不适合少儿及病患人群，因此现阶段相关研究的被试多集中于青壮年阶段（18～40岁）的健康人群。基于以上背景，本文以“过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α”、“运动”、“训练”等为中文关键词于Cnki、万方等中文数据库；
以“peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1a”、“PGC-1α”、“PGC-1alpha”、“PPARGC1A protein”、“exercise”、“training”为英文关键词于PubMed、Springer等英文数据库中检索文献，重点筛选以健康人群为受试对象、自行车为耐力运动形式、通过肌肉活检技术检测PGC-1α含量变化的相关文献，对耐力运动调控骨骼肌PGC-1α表达水平的最新研究进行梳理与综述，目的是：（1）通过比较不同耐力运动方案对青壮年健康人群骨骼肌PGC-1α入核、PGC-1α mRNA表达、PGC-1α总蛋白含量的不同训练效果，探究各运动要素与骨骼肌PGC-1α表达含量之间的关系；
（2）分析造成不同训练效果的生物学机制。以期对后续不同人群该方面研究耐力运动方案的设计提供实践和理论参考。
由于细胞器内线粒体蛋白总量中来源于线粒体转录的比例仅占1%[25]，而线粒体内负责氧化代谢的蛋白质大部分都由核编码，随后被转移至线粒体发挥功能[26-28]，因此线粒体的生物合成受到核基因组和线粒体基因组的双重调控[1]。PGC-1α能通过结合并激活核呼吸因子（nuclear respiratory factors，NRFs）[29]和线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）[30]等转录调节因子来协调促进核与线粒体基因组所编码线粒体蛋白的表达，为线粒体生物合成的主要调节因子[31，32]。
（1）运动通过肌肉的收缩和由此引发的一连串代谢波动激活诸如腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、Ca2+/钙调蛋白激酶（calcium/calmodulin protein kinases，CAMK）等信号蛋白。这些蛋白激酶既可影响PGC-1α的转录机制，调节其转录水平；
也可通过翻译后修饰（如磷酸化作用）激活PGC-1α蛋白，为其转移至核内促进核编码线粒体基因的表达创造条件（如图1）。
图1 耐力运动过程中PGC-1α及其相关因子参与线粒体生物合成的信号调节机制
（2）免疫荧光成像显示，PGC-1α既位于细胞质内，也存在于细胞核中。当骨骼肌处于静息状态时，大部分PGC-1α蛋白位于细胞质，但运动所诱导的胞浆内p38MAPK和AMPK等激酶的活化致使PGC-1α被激活[33-35]，从而使得核内PGC-1α蛋白含量迅速增加，这可能是由胞浆中转移而来[30，36]。在机体氧化应激的早期反应阶段，PGC-1α的亚细胞定位分布主要转移至细胞核内[37]，随即与雌激素相关受体（estrogen related receptors，ERRs）、NRFs、肌增强因子（myocyte enhancer factor-2，MEF2）、过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs）等一系列转录因子或核受体互作并共激活[27，38-40]，使其结合至PGC-1α基因[39]或核编码线粒体基因[41]的启动子区域，进而促进其自身基因和其他线粒体相关基因的表达。此过程正如Wright等最初所提出的那样，胞浆中现存的PGC-1α蛋白移位至核内可能代表运动诱导线粒体生物合成的初始阶段[36]，而运动结束后增加的PGC-1α蛋白可维持并加强线粒体的生物合成[33]。例如，中等强度的自行车耐力运动[33]和高强度间歇性运动（high-intensity interval exercise，HIIE）[34]后核PGC-1α蛋白优先增加，以致核内存在更高的PGC-1α含量，有利于训练引起的初步适应性反应。
（3）在肌细胞核内，核呼吸因子（NRF-1，NRF-2）为PGC-1α靶向的核编码转录因子[10]，而NRF-1/2既可促进核编码电子传递链蛋白基因的表达[46，47]，使其翻译的线粒体蛋白（nuclear gene encoding mitochondrial protein，NuGEMPs）随后通过胞浆输入至线粒体；
也可诱导TFAM的表达[48]，TFAM随后移位至线粒体内调节线粒体DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）的转录与复制[49]。此外，PGC-1α还能直接作用于线粒体内的TFAM，进而调控mtDNA的表达[50，51]。据报道急性耐力运动可使小鼠[30]和人体[52]骨骼肌胞浆中的PGC-1α向线粒体进行转移，随后与TFAM于mtDNA D环上形成转录复合物[30]。此D环区域与细胞的呼吸能力、线粒体DNA的复制和转录有关[53]。综上，PGC-1α可通过协调促进核与线粒体编码基因的表达有效增强线粒体的生物合成。
在运动刺激的诱导下，肌纤维胞浆内PGC-1α蛋白的活性上升并重新分布至细胞核，从而在未增加PGC-1α总蛋白含量的情况下，迅速上调线粒体基因的转录，开启运动诱导骨骼肌线粒体生物合成的初始阶段[34-36]。
2.1 单次急性耐力运动后核内PGC-1α蛋白含量的反应性变化
60%～74%VO2max的中等强度持续性运动（moderate-intensity continuous exercise，MICE）后，其核内PGC-1α蛋白含量增长了0%～54%[33，35，54-56]。通过对这些文献进行横向对比可发现：24min MICE后核内PGC-1α含量无显著变化[35]；
60min MICE后其蛋白含量略有增长，增幅为0～20%[54-56]；
运动时长达90min的MICE结束后核内PGC-1α蛋白水平增长了近54%[33]。这表明在中等强度范围内，运动量的增加可使得核内PGC-1α含量也随之增加，提示运动量是影响MICE运动后核内PGC-1α蛋白水平的重要因素。未来的研究可直接比较不同水平的运动量对核内PGC-1α蛋白含量的影响。
当进行强度近80%Wmax的HIIE[57]或极限强度的冲刺性间歇运动（sprint interval exercise，SIE）[35]时，发现其运动后核内PGC-1α的蛋白含量上升了70%～210%。这表明相较于中等强度的MICE而言，高强度或极限强度的间歇性运动可使核内PGC-1α蛋白水平有更大幅度的提升。这可能是由于HIIE或SIE的运动量虽远低于MICE，但运动强度上质的提高所带来体内代谢压力的大幅增加（如细胞内钙离子含量的增加、AMP/ATP比值的提高、活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生[36]），可为PGC-1α蛋白的入核提供充足刺激，同时也提示了强度的提升对于单次运动后PGC-1α的迅速入核具有重要的促进作用。所以，曾有研究[58]提出运动诱导核内PGC-1α蛋白含量的增加为“强度依赖型”。然而，当进一步将此SIE[35]与HIIE组[57]进行对比可发现：4×30 s全力SIE（168%Wmax）后核内PGC-1α含量增长了70%～130%，而5×4 min 80%Wmax的HIIE后核内PGC-1α含量增加了210%，这说明核内PGC-1α蛋白的增加并非绝对的强度依赖性，当运动强度达到一定程度后，核内PGC-1α蛋白含量并不会随着强度的继续升高而升高。产生这种现象的原因可能在于：1）两者均属高强度范畴（＞75%Wmax）[4]，SIE在体内引发的代谢波动与HIIE并无质的差异，所造成的代谢压力较为相似，例如乳酸的积累程度[35，59-61]，而强度对于运动量减少的补偿效应仅发生在机体出现显著的代谢波动时[62]；
2）HIIE组的运动量远高于SIE组，为SIE组的4.7倍，提示了当强度基本不变时运动量对于运动诱导核内PGC-1α蛋白含量的补偿作用。因此，相较于中等强度的MICE，强度更高的HIIE和SIE确实能更大幅度地提高核内PGC-1α蛋白水平，但当运动强度在同一个强度范畴内变化时，则仍需依靠运动量的积累来进一步促进核内PGC-1α含量的提升。
值得注意的是，检测方法学上的差异可能会对核内PGC-1α蛋白含量的分析造成影响。近期另一份使用类似HIIE[57]运动方案的研究发现：10×2 min 79%Wmax单次急性HIIE后，核内PGC-1α蛋白含量显著增加了约36%[63]。尽管此研究与上述HIIE组有着相同的运动强度和运动量（80%Wmax，20 min），且受试者的运动水平也相近（均为业余水平的健康男性），但运动后其核内PGC-1α蛋白的增长幅度有着较大差异（前者为210%，后者为36%），这可能与其采样分析的时间点有关。前者的采样时间点为“运动后3h”时，而后者则是在“运动结束时即刻”采样分析核内PGC-1α含量。有研究曾提示核内PGC-1α的增长仅能在运动后3h时观察到，这种时间上的延迟可能与PGC-1α移位至核内这一过程需要先通过运动后胞浆内AMPK、p38MAPK等上游因子的激活所介导有关[34]。因此，两者增长幅度的较大差异可能与其采样时间点的不同有关，未来的研究在检测核内PGC-1α含量变化时需要对其采样时间点的设计加以考量。
2.2 周期性耐力运动后核内PGC-1α蛋白含量的适应性变化
核内PGC-1α蛋白含量不仅可在单次急性运动后快速增加，其平常安静状态时的蛋白水平也可通过周期性训练中的适应性积累有所提高。对现有文献进行归纳，仅有三项研究对周期性训练前后安静状态时的核内PGC-1α蛋白含量进行了检测，发现3～4次/周、共2周的HIIT训练后，其安静状态时核内PGC-1α蛋白含量增加了24%～34%[23，64]；
相比而言，在14次/周、共3周且强度相近的HIIT方案结束后，其安静状态时核内PGC-1α蛋白含量增加了80%[57]。这提示对于高强度的周期性训练而言，运动频率的提高以及训练周期的延长，可使得核内PGC-1α蛋白水平得到明显提高。由于PGC-1α蛋白可通过与MEF2形成复合体后结合至PGC-1α基因的启动子区域[39]，故核内PGC-1α蛋白含量的增加有助于其自身基因转录活性的提高[37]。
综上，在单次急性耐力运动中，运动强度和运动量对于核内PGC-1α蛋白的诱导起到相互补偿的作用，即：相比于中低强度，高强度的运动刺激可促进核内PGC-1α蛋白含量更大程度的提高，但当强度性质无实质性改变时，则仍需通过运动量的增加来促进核内PGC-1α蛋白含量的进一步增长。同时，周期性的耐力训练后，骨骼肌安静状态时核内PGC-1α的蛋白水平也将出现明显的适应性增长，这将有利于后续训练中其自身基因的转录以及其它线粒体相关基因的表达。
人体研究发现在骨骼肌动态收缩结束的数小时后，PGC-1α基因的表达显著上调[8]，其mRNA含量在运动结束后的2～4 h达到峰值，并在24 h时回到基础水平[65]。而后，随着运动刺激的不断重复，mRNA的周期性变化即在训练过程中逐渐构成了细胞产生适应性反应的基础[66]。
3.1 单次急性耐力运动后PGC-1α mRNA含量的反应性变化
为探究运动量与PGC-1α mRNA含量的关系，有研究直接比较了同等强度下不同运动时长对PGC-1α表达的影响，发现将60 min的MICE延长至90 min后，PGC-1α mRNA含量的增长幅度仍相似[67]，提示单次运动时间的延长并不能进一步刺激PGC-1α mRNA的表达。后有研究将运动量定义得更加全面，即采用运动强度与运动时长的乘积表示单次训练课的运动量，并纳入53个运动组数据对运动量与PGC-1α mRNA增幅的关系进行线性相关分析，结果表明两者间并无明确的相关性（r=0.18;P=0.206）[58]。但由于各研究之间的实验技术或检测手段存在一定差异，因此，运动量对PGC-1α mRNA含量变化的影响仍有待研究。
关于PGC-1α mRNA表达量与运动强度的关系，近期有研究对中等强度（＜75%Wmax）[4]或最大强度运动后线粒体相关基因的表达程度进行比较。在运动量均等的前提下，受试者先后（间隔7～17天）进行11×1 min 73%Wmax（LO组）或8×1 min 100%Wmax（HI组）的自行车间歇运动，结果显示运动后LO组和HI组股外侧肌内PGC-1α mRNA含量分别提高了4.4倍和8.5倍[68]。这提示就个体的单次急性运动而言，强度更高的运动对肌细胞内PGC-1α mRNA表达的促进作用更为显著，在之前的研究[69-71]中也曾观察到此类似现象。随后，为进一步明确运动强度与PGC-1α mRNA含量之间的关系，Granata等[58]汇总了近32篇前人文献（时间跨度为2004～2017年）中健康人体进行单次急性自行车运动后2～6 h时其股外侧肌内PGC-1α mRNA的表达情况，并将PGC-1α mRNA的增长倍数与运动强度（%Wmax）进行相关性分析，表明运动诱导PGC-1α mRNA含量的增加为强度依赖型，但此强度依赖性仅限于次最大强度（≤100%Wmax）范围内（r=0.38，P=0.023，如图2）。在此基础上，本文将之后发表的一系列其它相关研究[63，68，72-90]纳入其中再次进行统计学分析，发现PGC-1α mRNA的增长幅度与运动强度的关系同样符合此推论（r=0.369，P=0.003）。因此，单次急性运动后PGC-1α mRNA的表达量仍遵循“强度依赖”这一趋势。然而，尽管Granata等的研究表明PGC-1α mRNA的表达量与运动强度为显著线性相关，但相关系数较低，此原因可能是由于所纳入数据中受试者的机能水平各不相同所致。例如，研究发现80%Wmax的HIIE后PGC-1α mRNA含量仅增长了4.2倍[84]，这可能与该研究的受试对象均为受过耐力训练的自行车运动员有关（VO2max=60±7.7 ml·kg-1·min-1）。此增长倍数与先前研究所报道[59，71]机能水平较高的受试者（VO2max=53.1～55 ml·kg-1·min-1）进行单次急性HIIE后PGC-1α mRNA的增长幅度相似（4.2～5.5倍），而明显低于久坐不动的受试者（VO2max=40.9±2.2 ml·kg-1·min-1）进行同等高强度HIIE后PGC-1α mRNA的增长幅度（12倍）[91]。之前已有研究[59，92]表明PGC-1α mRNA的表达受到个体自身机能状态、运动水平的影响，而上述前者的VO2max比后者高32%，这可能解释了机能水平更高的个体在经历高强度运动刺激后其PGC-1α mRNA表达相对较低的部分原因[82]。因此，机能水平较高的个体在高强度运动后PGC-1α mRNA的增长幅度较低可能与其自身较高的运动水平有关，未来的研究可对比不同水平受试者的PGC-1α基因对高强度间歇运动的反应，以便更有针对性地设计运动处方。
图2 耐力运动诱导过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）信使RNA（mRNA）增长倍数与运动强度之间的关系
当运动强度超过100%Wmax时，PGC-1α mRNA的表达量与运动强度之间并未表现出相关性，至于出现此局限性的原因文献[58]中并未予以解释。归纳目前已有的文献[22，34，35，72，74，79，80，88，93-97]发现：当运动强度提高至全力冲刺的极限强度时，PGC-1α mRNA的增长幅度并未由于强度极高而相应地升高，反而呈现出较低的表达水平，即在进行4～8次30 s全力SIE（168%～184%Wmax）后，其PGC-1α mRNA含量仅增长了2～6.5倍。这可能与SIE在运动中所消耗的糖原含量较少有关。Fiorenza等的研究表明，对于训练量极低的SIE运动方案而言，运动过程中肌内糖原的消耗程度为运动后线粒体基因转录的重要预测因素[74]，较大的肌糖原消耗可通过改变部分转录因子（如peroxisome proliferator activated receptor delta，PPARD）的 活 性 增 加PGC-1α mRNA的表达[60]。而总运动时间为2～4分钟的SIE[74，93，94]在运动过程中消耗的肌糖原含量仅占糖原总储备的20.2%～30.4%，显著低于HIIE[63，98]（P=0.039）或MICE[99，100]（P=0.015）所消耗的肌糖原比例。例如，有研究发现S组（6×30 s全力SIE）运动后PGC-1α mRNA增长幅度显著低于S+E组（6×30 s SIE+60 min 60%VO2maxMICE），据报道这可能与SIE运动时间较短、运动过程中所消耗肌糖原相对较少有关[72]。
3.2 周期性耐力运动后PGC-1α mRNA含量的适应性变化
虽以上研究已表明单次高强度急性运动所引起的PGC-1α mRNA表达幅度可能较高，但若将同一高强度的运动方案周期化后，每次运动结束后PGC-1α mRNA的表达程度将出现适应性减弱。早期的研究[24]观察到在为期2周共7次的HIIT过程中，随着同一运动方案的反复执行，每次运动结束后其PGC-1α mRNA的增长幅度呈逐渐减弱的趋势（从首次运动后的10倍减小至第7次运动后的4倍）。这表明即使是短期的HIIT周期性训练，也会使得PGC-1α对运动刺激的响应幅度逐渐减弱。最近的两项研究[57，101]同样观察到类似现象，例如，在完成4周共计12次HIIT训练的前提下进行第一次79%Wmax的HIIE，运动后其PGC-1α mRNA显著增长了2.6倍；
尔后继续进行3周的规律性间歇训练，再次重复此HIIE测试时，PGC-1α mRNA含量无显著增长（P=0.129）[57]。这可能是由于个体运动能力不断提高的同时，相对强度明显下降从而减弱了运动刺激所致。因此，以上实验结果表明，在周期化的训练过程中PGC-1α mRNA的应激增长幅度会逐渐减弱。但值得注意的是，上述研究[24，57]同时也观察到周期性训练后其肌核内、胞浆或肌内总的PGC-1α蛋白含量均显著增加。这表明PGC-1α mRNA表达的适应性降低并不妨碍运动诱导的肌内PGC-1α蛋白含量逐渐上升。这可能是由于在长期单次急性运动中，通过反复的运动刺激不断强化基因转录的瞬时变化所引起的积累效应[24]，对相关蛋白质的分解与合成速率产生持续影响，最终形成肌肉适应训练和运动能力改善的基础[102，103]。
综上，在单次急性耐力运动中，当运动强度限于次最大强度范围内时（≤100%Wmax），运动诱导PGC-1α mRNA含量大体上随着运动强度的增加而增加，即表现为强度依赖型；
但当运动强度继续提升至极限强度时，PGC-1α mRNA增长幅度反而较低。在周期性耐力训练中，随着训练刺激的不断重复，运动诱导的PGC-1α mRNA应激增长幅度将逐渐减弱，但这并不影响其蛋白含量的合成与增加，且由此构成了机体产生良性适应性变化的生理基础。
基因转录与mRNA的上调结束后，即为通过翻译完成蛋白质的生物合成。PGC-1α作为辅助激活因子，其蛋白含量的增多可能既有助于增强细胞应对下一次运动刺激时的转录敏感度，也有利于维持因规律性训练所带来的更大线粒体容量[36]。
4.1 单次急性耐力运动后PGC-1α总蛋白含量的反应性变化
通常情况下，运动诱导mRNA显著增长的数小时后，将观察到其蛋白含量的明显增加。但大多数研究均发现单次急性耐力运动结束后最初的3～4 h内，肌内PGC-1α的总蛋白含量并无明显变化[24，33，34，54，93，98，104-106]。从现有的研究来看，在运动结束后的16～24 h观察到PGC-1α蛋白水平的上升似乎是必须的，其PGC-1α的总蛋白含量分别增长了16%～57%[24，34，65，107]。由于目前暂无专门探讨单次急性耐力运动对PGC-1α总蛋白含量影响的相关研究，故暂时无法对运动强度或运动量与肌内PGC-1α总蛋白含量的关系进行比较分析。然而，通过对现有研究进一步分析可发现，当某一单次急性耐力运动重复进行时，运动后PGC-1α蛋白的急性增长幅度将逐渐减弱。例如，Egan等[107]和Perry等[24]的研究均观察到随着单次HIIE或MICE的不断重复，每次运动结束后16～24 h时PGC-1α蛋白含量的急性增长幅度表现出逐渐减小的趋势，这与上述PGC-1α mRNA表达的适应性降低相一致。但是，与mRNA快速变化的反应特点所不同的是，PGC-1α的蛋白含量将在这不断重复的急性运动刺激下逐渐积累。而在接下来的周期性训练过程中，线粒体含量及功能的改善一定程度上即是由于PGC-1α蛋白丰度的提高所致[108]。
4.2 周期性耐力运动后PGC-1α总蛋白含量的适应性变化
关于周期性训练干预后PGC-1α蛋白含量的变化（如表1），研究发现在2周共14次、每次60 min的MICT后，其PGC-1α总蛋白含量增长了75%[107]；
6周共30次、每次40～60 min的MICT干预后，肌内PGC-1α总蛋白含量提高了近100%（P＜0.05）[15]。相比之下，将每次运动时间降至30 min后同样进行6周共30次的MICT训练，肌内PGC-1α蛋白含量提高了约44%[109]。这表明运动时间较长（40～60 min）、训练频率较高（5～7次/周）的周期性MICT可有效提高肌细胞内总PGC-1α蛋白含量。之后的研究[110]结果也观察到这一点：每周5次、每次60 min 65%VO2max的MICT（共8周）使得肌内PGC-1α总蛋白含量显著增加（P=0.05）。但对于3次/周，每次平均28 min的MICT（共4周），肌内PGC-1α蛋白含量无显著变化（P＞0.05）[111]。这提示了就MICT的周期性训练而言，每次运动的持续时间和总的训练频率对肌细胞内PGC-1α总蛋白含量的积累与提高起到较为关键的作用。
对于高强度的运动刺激，8～12×1 min 100%～120%Wmax的HIIT干预两周（3～4次/周）后，肌内PGC-1α总蛋白含量无明显变化（P=0.25）[23，112]；
4～7×4 min的HIIT（3次/周，共4周）亦无法显著提高其肌内PGC-1α的总蛋白水平（P＞0.05）[111，113]。而每次运动量达到10×4 min 90%VO2max的HIIT方案干预2周或6周（3～4次/周）后，肌内PGC-1α总蛋白含量显著增加了16%～36%[24，64，114]，可见每次训练课中运动量的重要性。虽也有报道发现2周（3次/周）较低运动量（10×1 min）的HIIT可使其PGC-1α总蛋白含量显著提升56%[115]，但这可能与该研究对象均为有氧能力较低的久坐不动者（VO2max=30±3 ml·kg-1·min-1）有关。对于运动能力较低、缺乏训练经验的个体来说，相对较少的运动量可能即可开启线粒体相关基因的表达[116]，而上述周期性HIIT方案中的受试者均为VO2max=45～47 ml·kg-1·min-1的健康正常者。此外，最近的研究结果也表明单次运动量更大、训练频率更高的周期性HIIT训练方案可进一步提高肌内PGC-1α总蛋白含量[57，113]。因此，在HIIT的周期性训练过程中，每次训练课所完成的运动量可能为运动调控PGC-1α蛋白含量变化的重要因素。虽现有文献反映出周期性HIIT所诱导的PGC-1α总蛋白含量明显低于MICT，但考虑到PGC-1α为促进线粒体蛋白生物合成的主要上游调控因子[31]，且研究发现HIIT对线粒体蛋白合成（mitochondrial protein synthesis，mitoPS）的促进作用显著优于MICT[117]，对于这一相左发现，仍需要更多的研究对周期性HIIT后PGC-1α总蛋白含量的增幅进行比较，以明确PGC-1α蛋白含量与mitoPS的关系。
可见，无论是中等强度抑或是高强度的周期性训练，总训练量（每次运动量和训练频率）对于PGC-1α蛋白含量的提高均具有重要影响，但这并不代表PGC-1α蛋白对运动强度不敏感。当使用4～10×30 s全力SIT方案干预3～6周（3次/周）后，PGC-1α总蛋白含量的增幅达到了61%～100%[15，111，118]。通过对周期性的SIT和MICT进行比较后可发现，3～6周的SIT（平均运动强度为175%Wmax）后PGC-1α总 蛋 白 含 量 的 平 均 增 幅（78.7%）与2～8周MICT（平均运动强度为70%）所诱导的PGC-1α总蛋白增幅（73.7%）较为相近，但SIT的平均总训练量仅为MICT的7%。这表明即使是运动量极低的周期性SIT训练，也可诱导与MICT相似的PGC-1α蛋白含量，因此，运动强度对于周期性训练中PGC-1α蛋白的提高仍具较大意义。由于SIT可在总训练量较低的情况下有效刺激骨骼肌线粒体重塑，近些年来研究者们对此类低容量冲刺性训练颇为关注，未来可在同一研究中直接比较周期性SIT与MICT后PGC-1α蛋白含量的差异以及不同周期的SIT干预后PGC-1α蛋白含量的变化与线粒体功能的关系，以便确定低容量冲刺性训练在促进线粒体生物合成中的实际意义。
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综上，单次急性耐力运动即可使得肌内PGC-1α的总蛋白含量产生明显的反应性增长，尽管此增长幅度可能会随着运动的不断重复而呈现出逐渐降低的趋势，但与此同时肌内的PGC-1α蛋白含量也逐渐在该过程中不断积累。在周期性的耐力训练中，总训练量对于促进肌内PGC-1α蛋白含量的适应性增长具有重要影响，但训练量极低而强度极高的冲刺性间歇训练仍可为PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并达到与传统持续性耐力训练类似的增长效果。
（1）单次急性耐力运动中，高强度的间歇性运动可较中等强度的持续性运动更大幅度地提高青壮年健康人群骨骼肌核内PGC-1α蛋白水平；
周期性耐力训练中，其训练频次的增加、训练周期的延长也可进一步提高安静状态时核内PGC-1α的蛋白含量。
（2）单次急性耐力运动中，当运动强度限于次最大强度范围内时（100%Wmax），耐力运动诱导青壮年健康人群骨骼肌PGC-1α mRNA的表达为强度依赖型，但当运动强度提升至极限强度时，PGC-1α mRNA增长幅度反而较低；
周期性耐力训练中，随着训练刺激的不断重复，耐力运动诱导的PGC-1α mRNA增长幅度将逐渐减弱。
（3）单次急性耐力运动后，青壮年健康人群骨骼肌PGC-1α的总蛋白含量即可产生显著增长，但该增长幅度可能会随着运动的不断重复而逐渐减小；
周期性耐力训练中，总训练量是诱导青壮年健康人群骨骼肌PGC-1α蛋白增长的关键因素，但训练量极低、强度极高的冲刺性间歇训练仍可为PGC-1α蛋白含量的提高提供充足刺激，并达到与传统持续性耐力训练相类似的增长效果。
