許毅梟 趙永才 李夢影 高炳宏

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動健康學(xué)院（上海 200438）

2 天津體育學(xué)院社會體育與健康科學(xué)學(xué)院（天津 3016173）

3 上海體育學(xué)院競技運(yùn)動學(xué)院（上海 200438）

熱環(huán)境對有氧運(yùn)動能力有明顯影響。研究表明，熱環(huán)境下長時間運(yùn)動會導(dǎo)致熱應(yīng)激，對有氧運(yùn)動能力有不利影響[1]，熱應(yīng)激是由環(huán)境條件（即溫度、濕度、太陽輻射）和代謝產(chǎn)熱相互作用引起生理壓力的增加，表現(xiàn)為核心溫度、皮膚溫度升高，心血管壓力增加，并導(dǎo)致有氧運(yùn)動能力下降[2]。而長期在熱環(huán)境下運(yùn)動能夠誘導(dǎo)熱適應(yīng)，改善有氧運(yùn)動能力。熱適應(yīng)是指反復(fù)暴露于熱環(huán)境下誘導(dǎo)身體發(fā)生適應(yīng)性的變化，減輕生理壓力，表現(xiàn)為運(yùn)動期間更低的核心溫度和心率、更高的出汗率、熱感知程度的改善等，從而改善有氧運(yùn)動能力[3]。

每個恒溫動物都有一個溫度調(diào)節(jié)范圍，稱為熱中性區(qū)[3]。人體在熱中性區(qū)的產(chǎn)熱和散熱保持動態(tài)平衡[4]。熱環(huán)境下長時間運(yùn)動骨骼肌溫度可超過40℃，甚至達(dá)到42℃[5]。溫度會直接或間接影響生物的各種生命活動，而肌肉溫度過高會影響線粒體功能[6]。線粒體約占哺乳動物骨骼肌肌纖維體積的10%～15%，也是氧代謝的主要場所，通過氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）產(chǎn)生能量，約占細(xì)胞耗氧量的85%～90%[7]。因此骨骼肌線粒體是運(yùn)動過程中主要供能的細(xì)胞器，對于有氧運(yùn)動能力非常重要。線粒體生物合成是通過原有線粒體的分裂和復(fù)制增加線粒體數(shù)量，改善線粒體功能[8]。研究表明，輕度熱應(yīng)激能誘導(dǎo)40℃的肌肉高溫，并通過AMP 激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）-NAD 依賴性脫乙酰酶沉默調(diào)節(jié)蛋白1（NAD-dependent deacetylase sirtuin-1，SIRT1）-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-1α，PGC-1α）信號軸誘導(dǎo)線粒體生物合成[9]，表明熱環(huán)境和運(yùn)動誘導(dǎo)的肌肉高溫能夠促進(jìn)線粒體生物合成，進(jìn)而影響線粒體功能。

瞬時受體電位香草酸亞型1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1）是六次跨膜的結(jié)構(gòu)蛋白，可以被高溫（≥40°C）、辣椒素等激活[10]。TRPV1 已被證明存在于骨骼肌細(xì)胞中[11]。Lotteau 等[12]利用45℃的高溫激活小鼠骨骼肌細(xì)胞TRPV1，發(fā)現(xiàn)激活的TRPV1釋放Ca2+，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平提高。而熱環(huán)境下運(yùn)動引起肌肉高溫能否激活TRPV1，激活的TRPV1 能否調(diào)節(jié)線粒體生物合成等問題有待進(jìn)一步研究。

相關(guān)研究報道了肌肉高溫對TRPV1通道的影響以及TRPV1對線粒體生物合成的影響。熱應(yīng)激對有氧運(yùn)動能力有不利影響，而長期熱環(huán)境下訓(xùn)練能扭轉(zhuǎn)有氧運(yùn)動能力的下降。這種現(xiàn)象可能與熱環(huán)境下運(yùn)動誘導(dǎo)的肌肉高溫影響線粒體生物合成有關(guān)，其中TRPV1 可能是介導(dǎo)肌肉高溫影響線粒體生物合成的關(guān)鍵因子。熱環(huán)境下運(yùn)動誘導(dǎo)的肌肉高溫能否通過激活TRPV1調(diào)節(jié)線粒體生物合成有待闡明。因此，本文的目的是探討TRPV1在肌肉高溫影響線粒體生物合成中的可能作用及機(jī)制，為理解高溫與有氧運(yùn)動能力的關(guān)系提供新思路和理論依據(jù)。

1 高溫與線粒體生物合成

線粒體是產(chǎn)生能量、清除隨三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）產(chǎn)生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）、緩沖細(xì)胞質(zhì)Ca2+過載和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等具備重要功能的細(xì)胞器，在應(yīng)對運(yùn)動壓力時會通過增加線粒體生物合成以提高能量生產(chǎn)效率，以滿足肌肉收縮的需求。線粒體生物合成的增加可以提高線粒體功能。線粒體生物合成需要線粒體DNA 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，以及蛋白質(zhì)合成和轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體中，由于氧化磷酸化系統(tǒng)位于線粒體內(nèi)膜，線粒體生物合成的生理意義在于氧化磷酸化的增強(qiáng)，最終提高生成ATP的效率[13]。

1.1 肌肉高溫促進(jìn)線粒體生物合成

人體安靜狀態(tài)下的肌肉溫度在35°C～36°C 范圍內(nèi)，熱環(huán)境下長時間運(yùn)動會導(dǎo)致肌肉溫度超過40℃，甚至達(dá)到42℃[5]。運(yùn)動中積累的熱量并非僅僅是機(jī)體代謝增加的副產(chǎn)品，更代表一種與運(yùn)動相關(guān)的壓力，可能激發(fā)有益的細(xì)胞適應(yīng)。因此肌肉高溫是細(xì)胞的一種壓力來源，線粒體功能也受到肌肉高溫的影響。Zoladz等[14]的研究表明，高溫環(huán)境下耐力訓(xùn)練能使大鼠骨骼肌溫度達(dá)到42℃，增強(qiáng)骨骼肌線粒體氧化能力。

反復(fù)誘導(dǎo)的肌肉高溫能促進(jìn)骨骼肌線粒體生物合成。Liu 等[9]每天用40℃的高溫加熱小鼠C2C12 肌管細(xì)胞，5天后發(fā)現(xiàn)C2C12 肌管細(xì)胞的AMPK活性上調(diào)，SIRT1表達(dá)增加，PGC-1α的表達(dá)也增加，從而促進(jìn)線粒體生物合成。此研究證據(jù)也證實，40℃的肌肉高溫能通過AMPK-SIRT1-PGC-1α通路誘導(dǎo)骨骼肌線粒體生物合成。另一項研究發(fā)現(xiàn)，反復(fù)誘導(dǎo)的肌肉高溫能提高p38 MAPK 的磷酸化程度，促進(jìn)線粒體生物合成。Tamura 等[15]將小鼠放置于40℃的熱環(huán)境中，以25 m/min的速度運(yùn)動30 min，持續(xù)干預(yù)3周后發(fā)現(xiàn)熱環(huán)境下運(yùn)動誘導(dǎo)的肌肉高溫增加檸檬酸合成酶活性和p38 MAPK 的磷酸化程度，促進(jìn)了小鼠骨骼肌線粒體生物合成，從而提高了有氧運(yùn)動能力。此外，還有以人為研究對象的研究報道了肌肉高溫對線粒體生物合成的影響。Hafen 等[16]以20名健康久坐成人（10男、10女）為研究對象，連續(xù)6 天、每天2 小時使用脈沖短波對股外側(cè)肌進(jìn)行加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加熱結(jié)束后肌肉溫度升高至40℃，比對照組的肌肉溫度高了3.9℃，AMPK的磷酸化程度和PGC-1α的表達(dá)增加，熱休克蛋白70 和90 分別增加45%和38%，從而促進(jìn)線粒體生物合成。人體和動物的研究證據(jù)表明反復(fù)誘導(dǎo)的肌肉高溫能夠促進(jìn)骨骼肌線粒體生物合成。

1.2 肌肉高溫與線粒體生物合成因子

肌肉高溫能夠通過調(diào)節(jié)PGC-1α影響線粒體生物合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，長期反復(fù)誘導(dǎo)的肌肉高溫能夠促進(jìn)PGC-1α的表達(dá)和線粒體生物合成，而一次急性誘導(dǎo)的肌肉高溫可能減弱PGC-1α的表達(dá)，不利于線粒體生物合成。線粒體生物合成受轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后加工等幾個步驟調(diào)控[17]。由于線粒體相關(guān)基因由細(xì)胞核DNA和線粒體DNA共同編碼，細(xì)胞核和線粒體協(xié)調(diào)的基因轉(zhuǎn)錄對線粒體生物合成非常重要[18]。PGC-1α是線粒體生物合成和氧化代謝的主要調(diào)節(jié)因子，主要通過激活PGC-1α或增加PGC-1α的含量促進(jìn)線粒體生物合成的基因轉(zhuǎn)錄[19]。激活的PGC-1α從細(xì)胞質(zhì)位移到細(xì)胞核和線粒體，然后與轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）、核呼吸因子1/2（nuclear respiratory factor 1/2，NRF1/2）、p53 和線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcriptional factor A，TFAM）共同促進(jìn)線粒體生物合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。Yamaguchi 等[20]以41℃的高溫環(huán)境培養(yǎng)人類骨骼肌C2C12 細(xì)胞，72 h后發(fā)現(xiàn)人類骨骼肌C2C12細(xì)胞PGC-1α的表達(dá)和PGC-1α mRNA的含量增加，線粒體生物合成增加。該研究表明，41℃的肌細(xì)胞環(huán)境溫度能夠通過促進(jìn)PGC-1α的表達(dá)從而誘導(dǎo)線粒體生物合成。類似研究也表明，40°C 的環(huán)境連續(xù)培養(yǎng)5 天C2C12 細(xì)胞能夠通過AMPKSIRT1-PGC-1α通路誘導(dǎo)骨骼肌線粒體生物合成[9]。而急性肌肉高溫會減弱線粒體生物合成。11名男性運(yùn)動員在33°C、60%相對濕度的環(huán)境下以60%的最大輸出功率騎自行車60 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PGC-1α和PGC-1α mRNA 的表達(dá)減弱，抑制了線粒體生物合成[21]。因此，長期持續(xù)誘導(dǎo)肌肉高溫能夠通過促進(jìn)PGC-1α的表達(dá)提高線粒體生物合成，而急性誘導(dǎo)的肌肉高溫可能減弱PGC-1α的表達(dá)，抑制線粒體生物合成。

PGC-1α的表達(dá)是由各種上游信號分子激活引起的，主要包括AMPK、p38 增殖蛋白激酶（p38 mitogenactivated protein kinase，p38 MAPK）、鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ）、哺乳動物/雷帕霉素復(fù)合物1（Mammalian/mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1）等蛋白分子[22]。Tamura 等[15]研究了急性肌肉高溫對AMPK 的影響，單次暴露于40℃的熱環(huán)境以25 m/min 配速運(yùn)動30 min 后，發(fā)現(xiàn)骨骼肌中AMPK 及其下游的乙酰輔酶 A 羧化酶的磷酸化狀態(tài)降低，而p38 MAPK的磷酸化水平增加，對CaMKⅡ的磷酸化狀態(tài)無明顯影響。而也有研究發(fā)現(xiàn)急性肌肉高溫會增強(qiáng)AMPK的活性。分離的大鼠骨骼肌細(xì)胞在42°C環(huán)境下培養(yǎng)10 min 和30 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AMPK 活性增強(qiáng)，但沒有影響CaMKⅡ的磷酸化狀態(tài)[23]。以上研究表明，肌肉高溫對AMPK 的影響尚無一致觀點(diǎn)。由于AMPK 的活性不僅控制線粒體生物合成，而且還控制葡萄糖代謝、細(xì)胞周期和蛋白質(zhì)代謝[24]，了解肌肉高溫與AMPK活性的關(guān)系也是未來重要的研究方向。

2 肌肉高溫與TRPV1

2.1 TRPV1結(jié)構(gòu)與定位

瞬時受體電位（transient receptor potential，TRP）是細(xì)胞內(nèi)廣泛感知物理和化學(xué)刺激的蛋白傳感器，目前已發(fā)現(xiàn)哺乳動物有28個TRP通道[25]。所有的TRP通道有6個跨膜片段（S1～S6），其他兩個部分N端和C段位于細(xì)胞內(nèi)[26]。TRPV1 是TRP 家族中的1 個蛋白傳感器，結(jié)構(gòu)可分為3 個部分，包括位于細(xì)胞內(nèi)的N 端和C端和6 個具有孔環(huán)區(qū)的跨膜片段（S1～S6），其孔環(huán)區(qū)域形成于S5 和S6 之間，并且是Ca2+通道[27]。TRPV1 的N端有14到18個錨蛋白重復(fù)序列，這些重復(fù)序列可能與感知機(jī)械刺激有關(guān)[28]。TRPV1的N 端包含鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）結(jié)合位點(diǎn)[28，29]。N 端的位點(diǎn)能夠被蛋白激酶磷酸化，其中S116 是磷酸化位點(diǎn)，接頭部分通過前螺旋段將N 端連接到跨膜區(qū)域，并將TPRV1 亞基連接在一起[28]。S116 位點(diǎn)是蛋白激酶 A（protein kinase A，PKA） 使TRPV1 脫 敏 的 磷 酸 化 位 點(diǎn)[30]。TRPV1 的C 端是蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）和4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2）的結(jié)合位點(diǎn)，參與調(diào)節(jié)TRPV1 的活性[31]。TRPV1 的C 端作為Ca2+-CaM 結(jié)合位點(diǎn)參與TRPV1 脫敏[32]。此外，感知溫度的區(qū)域也位于C 端[33]。TRPV1的S1～S6是每個TRPV1 亞基的6 個跨膜螺旋片段，其中S1～S4 是電壓感應(yīng)區(qū)域，S5～S6 是形成孔環(huán)區(qū)域[31]。S1～S4 連接到S5～S6，并作為連接段移動的基礎(chǔ)有助于TRPV1 激活，跨膜區(qū)還包含辣椒素等配體的結(jié)合位點(diǎn)[28]。

TPRV1 于1997年通過在人胚胎腎細(xì)胞中克隆背根神經(jīng)節(jié)表達(dá)的基因而被發(fā)現(xiàn)，對Ca2+具有高度滲透性[34]。TRPV1在中樞組織的腦干、中腦、下丘腦和邊緣系統(tǒng)中高表達(dá)，在外周組織的心臟、脂肪和骨骼肌中廣泛表達(dá)[35]。TRPV1 在不同組織之間的細(xì)胞內(nèi)定位不同。TRPV1 定位在心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)和線粒體外膜中[27，36]。Lotteau 等[12]用免疫熒光共定位的方法確定了TRPV1在小鼠骨骼肌細(xì)胞中的定位，發(fā)現(xiàn)TRPV1 定位在肌漿網(wǎng)而非肌膜，因此TRPV1 被激活后使Ca2+從肌漿網(wǎng)中釋放至胞質(zhì)中。骨骼肌的肌纖維通常分為糖酵解Ⅱ型（快肌纖維）和氧化Ⅰ型（慢肌纖維），慢肌纖維中TRPV1的含量比快肌纖維更多[37]。

2.2 肌肉高溫激活TRPV1

TRPV1 對它所在的細(xì)胞環(huán)境溫度非常敏感，有研究在小鼠骨骼肌中發(fā)現(xiàn)TRPV1 的激活閾值為≥40℃[38]。Ikegami 等[39]以雄性野生大鼠為研究對象，通過玻璃板將其肌肉溫度加熱至40℃，并結(jié)合電刺激誘導(dǎo)30秒/次的等長肌肉收縮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)40℃的肌肉高溫能夠激活TRPV1，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，但隨后的等長收縮又通過抑制TRPV1磷酸化水平降低了細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。此外，Lotteau 等[12]還從野生型雄性小鼠的趾短屈肌中分離出骨骼肌細(xì)胞，通過45℃的高溫激活分離骨骼肌細(xì)胞中的TRPV1，發(fā)現(xiàn)胞質(zhì)中Ca2+濃度增加。隨后又用蘭尼堿受體阻斷劑來抑制蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RyR）釋放Ca2+，發(fā)現(xiàn)激活的TRPV1能影響RyR Ca2+釋放通道，進(jìn)一步提高胞質(zhì)中Ca2+濃度。該研究表明，肌肉高溫激活TRPV1從肌漿網(wǎng)中釋放Ca2+，TRPV1釋放的Ca2+還有可能是激活RyR1的關(guān)鍵信號，從而進(jìn)一步提高胞質(zhì)中Ca2+水平。因此，40℃～45℃的肌肉高溫能激活TRPV1，肌肉收縮類型會影響TRPV1的激活程度，等長收縮會抑制TRPV1磷酸化水平。

TRPV1 參與細(xì)胞環(huán)境溫度檢測，在體溫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[40]。研究證實TRPV1 的C 端及N 端的近端結(jié)構(gòu)域是感知高溫的重要組成部分[41，42]。Yonghak等[43]研究發(fā)現(xiàn)TRPV1 基因敲除小鼠的體溫過高。而TRPV1 拮抗劑在全身給藥后約1 小時內(nèi)引起體溫升高[44]。TRPV1 激動劑能夠降低體溫，可能導(dǎo)致體溫過低，而TRPV1 拮抗劑可以導(dǎo)致體溫過高[45]。因此，TRPV1能夠調(diào)節(jié)體溫，防止體溫過度升高。

3 TRPV1與線粒體生物合成

TRPV1 被長期激活可能促進(jìn)線粒體生物合成，而TRPV1 被急性激活可能抑制線粒體生物合成。Luo 等[37]以C57BL/6J 小鼠為研究對象，連續(xù)4 個月喂養(yǎng)0.01%辣椒素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)辣椒素激活骨骼肌TRPV1 使Ca2+從肌漿網(wǎng)釋放至胞質(zhì)，上調(diào)PGC-1α表達(dá)來促進(jìn)線粒體生物合成，提高有氧運(yùn)動能力。該研究表明，骨骼肌細(xì)胞中TRPV1被長期激活后通過介導(dǎo)Ca2+濃度增加上調(diào)PGC-1α表達(dá)，促進(jìn)線粒體生物合成，改善能量代謝和有氧運(yùn)動能力。而另一項研究發(fā)現(xiàn)，TRPV1 激活抑制線粒體生物合成。Sun 等[46]以大鼠心臟組織來源的H9C2 心臟成肌細(xì)胞系為研究對象，使用辣椒素急性激活TRPV1后觀察到ATP 合酶β的表達(dá)被抑制，線粒體膜電位去極化和ROS 過量產(chǎn)生，表明TRPV1被一次急性激活會抑制線粒體生物合成。

3.1 TRPV1被急性激活會抑制線粒體生物合成

TRPV1 被急性激活誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高可導(dǎo)致線粒體Ca2+過載，產(chǎn)生過量的活性氧不利于線粒體生物合成。辣椒素急性激活TRPV1 抑制了ATP 合酶β的表達(dá)，并導(dǎo)致線粒體膜電位去極化和過量活性氧產(chǎn)生[46]，表明TRPV1 被一次急性激活會抑制線粒體生物合成。TRPV1被急性激活會釋放Ca2+，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高會刺激ROS 的產(chǎn)生，且運(yùn)動過程中ROS主要由骨骼肌線粒體產(chǎn)生[47]。骨骼肌線粒體產(chǎn)生過量的ROS 可導(dǎo)致線粒體蛋白、膜和DNA 氧化損傷，損害線粒體合成ATP 和調(diào)節(jié)代謝的能力[48]。骨骼肌線粒體內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要位點(diǎn)是電子傳遞鏈的復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ，由于線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ的低效率導(dǎo)致電子泄露，從而產(chǎn)生ROS[49]。ROS是氧代謝的副產(chǎn)物，主要特征是最外層電子層包含未配對電子，具備非常高的活性[50]，主要包括超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）和羥基自由基（-OH）等[51]。此外，線粒體Ca2+濃度的增加刺激線粒體一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）產(chǎn)生更多的一氧化氮（nitric oxide，NO）。NO 可以與O2競爭細(xì)胞色素c 氧化酶上的結(jié)合位點(diǎn)，這會阻礙電子流動并減少線粒體O2消耗[52]。電子流動的障礙和局部O2的增加也會促進(jìn)ROS的產(chǎn)生。另一方面，NO容易與超氧化物反應(yīng)并生成過氧亞硝酸鹽。過氧亞硝酸鹽是一種活性強(qiáng)的ROS，可導(dǎo)致細(xì)胞色素c 釋放、脂質(zhì)過氧化等氧化損傷[53]。因此，TRPV1 被急性激活后釋放Ca2+，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度過載，不利于線粒體生物合成。

3.2 TRPV1被長期激活會促進(jìn)線粒體生物合成

Ca2+是細(xì)胞內(nèi)通用的信使，在細(xì)胞多種生理生化反應(yīng)中起到重要調(diào)控作用[54]。研究表明，小鼠喂養(yǎng)4個月的辣椒素后，骨骼肌TRPV1 表達(dá)的增加使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和PGC-1α的表達(dá)增加，從而促進(jìn)線粒體生物合成，以改善有氧運(yùn)動能力[37]。Ito 等[55]連續(xù)13 天給小鼠肌肉注射10 μM的辣椒素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TRPV1被激活后Ca2+從肌漿網(wǎng)釋放至胞質(zhì)，能夠誘導(dǎo)骨骼肌線粒體生物合成。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度對線粒體生物合成非常重要，TRPV1通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度促進(jìn)線粒體生物合成。

TRPV1 被長期激活可能通過Ca2+-CaMKII-p38 MAPK-PGC-1α信號通路促進(jìn)線粒體生物合成（圖1）。Wei 等[56]用0.01% 辣椒素喂養(yǎng)小鼠16 周，激活的TRPV1上調(diào)了小鼠腎臟細(xì)胞PGC-1α的表達(dá)，促進(jìn)線粒體生物合成，改善了腎小球線粒體功能。此項研究還表明，TRPV1 激活能提高AMPK 的活性。Luo 等[37]以C57BL/6J 野生型小鼠和TRPV1 敲除小鼠為研究對象，連續(xù)4 個月喂養(yǎng)0.01%辣椒素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨骼肌中TRPV1 表達(dá)增加，肌漿中Ca2+濃度增加，從而促進(jìn)PGC-1α的表達(dá)和骨骼肌線粒體生物合成增加。而在TRPV1 基因敲除小鼠中未觀察到PGC-1α的表達(dá)和骨骼肌線粒體生物合成增加。因此骨骼肌細(xì)胞TRPV1被長期激活能調(diào)節(jié)肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，促進(jìn)PGC-1α表達(dá)和線粒體生物合成，提高能量代謝效率和有氧運(yùn)動能力。還有研究通過抑制TRPV1 的活性觀察TRPV1 對線粒體生物合成的影響。Zhu 等[57]用30 mg/kg TRPA1 拮抗劑A-967079 抑制敗血癥小鼠TRPV1 的表達(dá)，1 周后發(fā)現(xiàn)TRPV1 拮抗劑使小鼠腎細(xì)胞PGC-1α和TFAM 蛋白水平分別降低了68.3% 和53.15%，表明抑制TRPV1 不利于線粒體生物合成。肌肉中的PGC-1α是線粒體生物合成的必需調(diào)節(jié)因子，研究表明肌肉中PGC-1α和PGC-1β的缺失會導(dǎo)致線粒體呼吸、electron transport chain（ETC）/OXPHOS 基因表達(dá)和有氧運(yùn)動表現(xiàn)明顯下降[58]。轉(zhuǎn)基因小鼠肌肉中PGC-1α的高度表達(dá)促進(jìn)線粒體生物合成[59]。因此，TRPV1被長期激活可通過上調(diào)PGC-1α表達(dá)促進(jìn)線粒體生物合成。TRPV1 被長期激活后還存在TRPV1-Ca2+-CaMKⅡ的信號軸。小鼠持續(xù)16周被喂養(yǎng)0.01% 辣椒素，結(jié)果顯示其腎細(xì)胞的TRPV1 表達(dá)明顯上調(diào)，且CaMKⅡ和AMPK 磷酸化水平明顯升高，通過抑制CaMKⅡ發(fā)現(xiàn)辣椒素激活的TRPV1 對AMPK 的影響被消除，而抑制AMPK不影響TRPV1促進(jìn)CaMKⅡ的磷酸化[56]。此外，Ca2+能夠激活CaMKⅡ，CaMKⅡ激活使p38 MAPK 磷酸化水平增強(qiáng)，p38 MAPK能啟動PGC-1 α轉(zhuǎn)錄[60]，從而促進(jìn)線粒體生物合成。因此，TRPV1被長期激活可能通過Ca2+-CaMKⅡ-p38 MAPK-PGC-1α信號通路促進(jìn)線粒體生物合成。

圖1 TRPV1被長期激活后促進(jìn)線粒體生物合成的信號通路

TRPV1 能否能激活A(yù)MPK 尚無統(tǒng)一觀點(diǎn)。AMPK是PGC-1α重要的調(diào)節(jié)信號蛋白，其激活促進(jìn)線粒體生物合成[61]。AMPK可以磷酸化PGC-1α直接提高線粒體生物合成，也可以通過組蛋白去乙?；岣逷GC-1α的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)線粒體生物合成[60]。運(yùn)動后ATP 水平的消耗會激活A(yù)MPK，AMPK 被證明通過SIRT1 激活PGC-1α誘導(dǎo)線粒體生物合成[62]。40℃的肌肉高溫通過AMPK-SIRT1-PGC-1α通路誘導(dǎo)線粒體生物合成[9]。一些研究也報道了TRPV1 與AMPK 的關(guān)系。Wei 等[63]以1%O2低氧環(huán)境培養(yǎng)C57小鼠分離的原代心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)缺氧激活心肌細(xì)胞TRPV1，提高了AMPK的活性，從而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞自噬以減輕缺氧的損傷。Lu等[64]通過4 周4℃的低溫暴露發(fā)現(xiàn)小鼠心肌細(xì)胞TRPV1 和AMPK 磷酸化水平上調(diào)，而TRPV1 拮抗劑SB366791 組的小鼠冷暴露后心肌細(xì)胞TRPV1 活性下降，從而導(dǎo)致AMPK 磷酸化水平被明顯削弱，表明TRPV1 激活后能夠提高AMPK 的磷酸化程度，提高AMPK 的活性。而也有研究報道激活的TRPV1可能不會提高AMPK的活性。Tedesco等[65]用內(nèi)源性大麻素酰胺喂養(yǎng)4周肥胖小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠白色脂肪TRPV1 和AMPK 的活性增加，而TRPV1 被敲除后內(nèi)源性大麻素酰胺對AMPK 和線粒體生物合成的影響未受到影響，表明內(nèi)源性大麻素酰胺可能不通過激活TRPV1來激活A(yù)MPK。

脫敏是TRPV1 的特征之一，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度是TRPV1脫敏的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。細(xì)胞內(nèi)Ca2+可以通過結(jié)合N 端和C 端調(diào)節(jié)TRPV1 的活性[66]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度較低時會增強(qiáng)TRPV1 活性，而細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度高時會通過負(fù)反饋方式抑制TRPV1 活性，動態(tài)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度[67]。TRPV1 還包含多個磷酸化位點(diǎn)，其中PKA、PKC、CaM 可以通過這些磷酸化位點(diǎn)調(diào)節(jié)TRPV1的活性[68]。PKA 和PKC 可以增加TRPV1 磷酸化程度[69]。此外，Ca2+依賴性機(jī)制也抑制TRPV1的活性，細(xì)胞內(nèi)Ca2+結(jié)合CaM 激活CaM，CaM 去磷酸化TRPV1 使TRPV1 活性降低[70]。CaM 去磷酸化位點(diǎn)是TRPV1 的N末端，PKA和PKC磷酸化TRPV1的位點(diǎn)也是N末端[71]，因此TRPV1 的敏化劑和脫敏劑通過競爭共同調(diào)節(jié)TRPV1 的活性。TRPV1 脫敏的特征可能解釋TRPV1被急性激活后抑制線粒體生物合成，而TRPV1 被長期激活會促進(jìn)線粒體生物合成的現(xiàn)象。

TRPV1 在線粒體生物合成中有重要作用，TRPV1與Ca2+、p38 MAKP 和PGC-1α等線粒體生物合成的關(guān)鍵調(diào)控因子關(guān)系密切。急性激活TRPV1誘導(dǎo)的Ca2+水平升高可能導(dǎo)致線粒體Ca2+過載，產(chǎn)生過量ROS 不利于線粒體生物合成。TRPV1 被長期激活可能通過Ca2+-CaMKII-p38 MAPK-PGC-1α信號通路促進(jìn)線粒體生物合成。

4 總結(jié)

長期誘導(dǎo)肌肉高溫能夠促進(jìn)線粒體生物合成，而一次急性誘導(dǎo)的肌肉高溫會抑制線粒體生物合成，其可能機(jī)制與TRPV1、Ca2+、p38 MAKP和PGC-1α等關(guān)鍵因子有關(guān)。TRPV1 對其所在的細(xì)胞環(huán)境溫度非常敏感，40℃～45℃的高溫能夠激活TRPV1 通道。TRPV1被急性激活后誘導(dǎo)的Ca2+水平升高可導(dǎo)致線粒體Ca2+過載，產(chǎn)生過量ROS 不利于線粒體生物合成。TRPV1被長期激活可能通過Ca2+-CaMKⅡ-p38 MAPK-PGC-1α信號通路促進(jìn)線粒體生物合成。TRPV1 能否影響AMPK 的活性尚無統(tǒng)一觀點(diǎn)。目前仍缺乏直接證據(jù)證明熱環(huán)境下運(yùn)動誘導(dǎo)的肌肉高溫通過激活TRPV1調(diào)節(jié)下游信號分子促進(jìn)線粒體生物合成，肌肉高溫激活TRPV1調(diào)控線粒體生物合成還有待深入研究。