《Life》：Mitochondrial Adaptations to Exercise Training in Equine Skeletal Muscle: A Narrative Review
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马代表了生理学上最特化的运动哺乳动物之一，能够同时承受高强度运动和长时间运动。这种卓越性能能力的核心在于骨骼肌及其线粒体网络的代谢适应性。本叙述性综述综合了来自马、人类和啮齿动物研究中关于运动诱导的马骨骼肌线粒体重塑的当前证据。在PubMed、Web of S
马代表了生理学上最特化的运动哺乳动物之一，能够同时承受高强度运动和长时间运动。这种卓越性能能力的核心在于骨骼肌及其线粒体网络的代谢适应性。本叙述性综述综合了来自马、人类和啮齿动物研究中关于运动诱导的马骨骼肌线粒体重塑的当前证据。在PubMed、Web of Science和Scopus中进行了全面的文献检索，使用了与马运动生理学、线粒体生物学和骨骼肌代谢相关的术语。优先考虑同行评审的原创研究和综述文章。线粒体调节氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）、底物氧化、氧化还原信号以及细胞对运动诱导的代谢应激的反应。训练诱导广泛的线粒体适应，包括线粒体生物发生（mitochondrial biogenesis）、呼吸链重塑、氧化磷酸化效率提高和代谢灵活性（metabolic flexibility）增强。这些适应被认为有助于提高有氧能力、延迟疲劳发生和促进运动后恢复，尽管在马中的直接机制证据仍然有限。在马骨骼肌中，线粒体可塑性与肌纤维组成以及氧化性和糖酵解纤维的分布密切相关。涉及AMP活化蛋白激酶（AMPK）、Ca2+依赖性激酶和转录共激活因子PGC-1α的运动诱导信号通路调节线粒体生物发生和代谢重塑。此外，线粒体动力学（包括融合、分裂和线粒体自噬）在重复训练刺激期间维持线粒体质量和功能效率。在纯血马和标准马中的实验研究表明，训练与马骨骼肌中线粒体密度和呼吸能力的增加相关，直接有助于提高有氧性能和代谢效率。然而，线粒体适应必须放在肌肉骨骼适应的更广泛背景下解释，因为代谢改善可能比肌腱和韧带的结构适应发生得更快。本综述综合了关于运动诱导的马骨骼肌线粒体重塑的当前知识，同时强调了马中可用的机制证据有限以及需要更多标准化的纵向研究。
1. Introduction
马（Equus caballus）是哺乳动物中运动性能生理特化的突出代表，通过旨在最大化速度、耐力和功率输出的选择性育种，现代运动马具备重要的心血管、呼吸和肌肉骨骼能力以支持剧烈运动。骨骼肌是运动期间能量消耗的主要场所，其代谢特征决定运动能力，而线粒体作为氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）的主要场所，在运动期间生成大部分ATP，并参与底物代谢、氧化还原信号、凋亡和钙稳态等多种调控功能。线粒体表型概念涵盖线粒体密度、呼吸能力、底物利用效率和线粒体质量控制机制，且具有高度可塑性，可对运动训练等环境刺激做出响应。训练诱导的线粒体重塑包括生物发生（mitochondrial biogenesis）、氧化磷酸化效率提高、脂肪酸氧化增强和抗氧化防御机制强化，以支持持续运动、延迟疲劳和促进恢复。在马中，由于运动肌肉在剧烈运动期间接近生理极限，线粒体可塑性尤其重要。尽管人类和啮齿动物研究取得了重要进展，但关于马骨骼肌中线粒体适应的专门研究仍然有限。本综述旨在综合当前关于马骨骼肌运动诱导线粒体适应的知识，重点关注分子信号通路、肌纤维组成、代谢灵活性及其对运动性能和训练管理的影响，同时强调急性运动反应与慢性训练适应的区别。
2. Literature Search Strategy and Scope of the Review
本研究作为叙述性综述，在PubMed/MEDLINE、Web of Science Core Collection、Scopus和CAB Abstracts数据库中进行文献检索，检索时间从2025年12月2日至2026年4月5日。使用的检索词包括马特定术语（如“horse”、“equine”）、骨骼肌术语、线粒体生物学术语、运动生理学术语和分子信号学术语。纳入标准为同行评审的原创研究、综述和荟萃分析，优先考虑马研究，同时纳入人类和啮齿动物研究以提供机制见解。排除标准包括非骨骼肌组织研究、无全文的会议摘要和无关药理学干预研究。最终纳入102篇参考文献。证据按来源分为直接马证据、转化证据和一般生物学证据，并在文中明确标注物种来源。
3. Mitochondria as the Bioenergetic Hub of Equine Skeletal Muscle
线粒体是多功能细胞器，通过内线粒体膜上的电子传递链（electron transport chain, ETC）复合物I-IV和ATP合酶（复合物V）进行氧化磷酸化（OXPHOS）合成ATP。底物代谢产生的电子沿复合物传递，驱动质子泵入膜间隙，形成质子动力势以驱动ATP合成。运动期间骨骼肌ATP需求急剧增加，线粒体整合碳水化合物和脂肪酸代谢：碳水化合物经糖酵解生成丙酮酸进入线粒体，经丙酮酸脱氢酶复合物转化为乙酰辅酶A；脂肪酸经β-氧化生成乙酰辅酶A和还原当量。线粒体氧化磷酸化能力和氧利用效率成为持续有氧ATP生成的主要决定因素。训练诱导的线粒体密度和呼吸能力增加直接改善ATP周转和有氧性能。此外，线粒体产生的活性氧（reactive oxygen species, ROS）作为信号分子调节适应性通路。
4. Structural and Functional Features of Equine Skeletal Muscle Relevant to Mitochondrial Adaptation
马骨骼肌纤维主要分为I型（慢速氧化型）、IIA型（快速氧化-糖酵解型）和IIX型（快速糖酵解型）。I型纤维线粒体密度和氧化能力最高，适合耐力运动；IIA型兼具氧化和糖酵解能力；IIX型依赖无氧糖酵解，线粒体密度低，疲劳快。纤维类型分布因品种和运动项目而异，耐力马氧化纤维比例高，冲刺赛马糖酵解纤维比例高。训练可诱导纤维类型从IIX向IIA转变，增加氧化能力。线粒体分布包括肌膜下和肌原纤维间两种群体，可能功能不同。线粒体表型包括线粒体密度、氧化酶活性、呼吸能力和底物利用模式，常用柠檬酸合酶（citrate synthase, CS）活性作为间接标志物，琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase, SDH）和细胞色素c氧化酶（cytochrome c oxidase）提供更多信息。高分辨率呼吸测定法（high-resolution respirometry）可直接评估马骨骼肌线粒体呼吸功能。马研究常以臀中肌（gluteus medius）为采样部位，其线粒体适应直接影响运动性能。
5. Molecular Mechanisms of Exercise-Induced Mitochondrial Remodeling
大多数机制知识源自人类和啮齿动物研究。一次运动激活的信号事件是慢性适应的起始刺激。转录共激活因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha, PGC-1α）是线粒体生物发生的核心调节因子。运动增加AMP/ATP比，激活AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）；肌肉收缩升高细胞内钙，激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶（calcium/calmodulin-dependent protein kinase, CaMK）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase, p38 MAPK）。这些通路汇聚于PGC-1α，后者激活核呼吸因子（nuclear respiratory factors, NRF-1和NRF-2）和线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A, TFAM），促进线粒体DNA复制和蛋白质合成。运动还诱导线粒体动力学（融合和分裂），融合允许线粒体交换物质，分裂促进再分布和受损片段去除。线粒体自噬（mitophagy）选择性降解功能失调的线粒体。活性氧（ROS）在中等水平时作为信号分子刺激线粒体生物发生和抗氧化防御。
6. Metabolic Plasticity and Substrate Utilization During Exercise
骨骼肌代谢可塑性表现为根据运动强度调整底物利用。低强度运动时，脂肪酸氧化是主要ATP来源，适合持续有氧活动；高强度运动时，碳水化合物代谢贡献增大，无氧糖酵解快速供能但产生乳酸。训练提高脂肪酸转运和β-氧化酶表达，增强线粒体密度和呼吸能力，提高乳酸氧化能力，从而延迟乳酸积累并提高乳酸阈值（lactate threshold）。线粒体适应加速运动后恢复，促进ATP和磷酸肌酸再合成、乳酸清除和糖原再合成。营养因素如膳食抗氧化剂和线粒体辅因子可能影响氧化代谢和恢复。
7. Experimental Evidence in Horses
多数马研究采用肌肉活检测量氧化酶活性（如CS、SDH）评估线粒体适应。纯血马研究一致显示训练后酶活性增加，表明线粒体含量提高。高分辨率呼吸测定法直接测量线粒体呼吸功能，证实训练提高运动肌肉的呼吸能力。早期训练阶段线粒体密度增加但单位质量固有功能可能下降，提示先扩增质量后优化效率。纵向研究显示年轻纯血马训练早期线粒体体积密度增加。营养干预如辅酶Q10补充可能影响呼吸能力。现有证据样本量小、训练方案异质、采样肌肉和分析方法不一，限制了直接比较。总体而言，马文献一致支持训练增加线粒体含量和氧化能力，但机制证据有限。
8. From Adaptation to Maladaptation: Oxidative Stress, Recovery, and Overuse Risk
过度训练或恢复不足导致氧化应激，过量ROS损伤线粒体蛋白、脂质和DNA，降低ATP生成并激活炎症。恢复期对线粒体修复、线粒体自噬和新生蛋白质合成至关重要。代谢适应快于结缔组织（肌腱、韧带）的结构适应，可能增加损伤风险。常见过度使用损伤包括肌腱炎、悬韧带损伤和应力性骨损伤。因此训练设计需综合考虑代谢与生物力学适应。
9. Knowledge Gaps and Future Directions
主要知识空白包括：马特异性机制研究不足（多数来自人类或啮齿动物）；样本量小；研究周期短，缺乏长期纵向研究；方法异质性大（训练方案、肌肉部位、分析方法不同）。未来需标准化活检方案和呼吸测定，整合组学技术（转录组学、蛋白质组学、代谢组学）与生理测量，探讨线粒体功能障碍在马肌病中的作用。伦理和成本限制重复活检和大型机制研究，需谨慎推断跨物种结论。
10. Conclusions
线粒体适应是马运动训练生理反应的关键组成部分，包括生物发生、呼吸重塑、代谢灵活性和质量控制。这些变化增强有氧代谢、延迟疲劳并促进高效恢复。未来整合分子生物学、运动生理学和运动医学的研究将进一步阐明线粒体功能在马运动性能中的作用，有助于制定更有效的训练策略。
