解密腸道菌群影響運動積極性

運動可以說是有效和可行的生活方式因素，個人可以利用它來保護自己免受各種疾病的侵害，包括代謝性、心血管、神經(jīng)退行性和腫瘤性疾病。

世界衛(wèi)生組織建議，每周進行150-300分鐘的中等強度運動。

運動的好處具體不用多說了，我們大家都知道，但你有沒有想過，為什么只有一小部分人能堅持呢？

讓我們挪不開腿的除了以上理由之外，有沒有可能存在什么生理瓶頸，阻止了我們進行定期的體育活動呢？

由Lenka Dohnalová領導的賓夕法尼亞大學的研究團隊，開始使用一大群基因多樣性的野生小鼠來回答這個問題。

結果發(fā)現(xiàn)，腸道微生物組占據(jù)了很大的因素，也就是說，“不想運動”這個想法很可能不是因為懶，而是與腸道微生物群相關。

腸道微生物群是如何影響到我們的神經(jīng)系統(tǒng)，促進運動的進行呢？

本文我們來詳細了解一下。

01、人與人之間運動能力的差異與什么相關？

研究人員觀察到，個體間運動能力的差異，表現(xiàn)好的動物比弱的動物快10倍以上。

為了探索這些差異的原因，研究人員對這些小鼠進行了深入的分子和生理學分析。神奇的是，研究人員發(fā)現(xiàn)：

腸道微生物組的因素位居榜首。

我們來看一下研究人員的探索過程。

研究人員首先關注基因組，發(fā)現(xiàn)遺傳對運動能力個體間變異的貢獻很小。

轉向非遺傳參數(shù)并評估它們對運動表現(xiàn)的影響。動物隊列中的血清代謝組、腸道微生物組組成和代謝參數(shù)差異很大。

使用機器學習方法來識別對運動表現(xiàn)有很強預測作用的變量。

發(fā)現(xiàn) 僅基于腸道微生物群 16S rDNA 測序結果的預測所達到的準確度與血清代謝組或所有測量參數(shù)組合所實現(xiàn)的準確度幾乎一樣高。

02、腸道菌群在運動表現(xiàn)中的功能有多重要？

研究人員探究了腸道菌群在運動表現(xiàn)中的功能重要性，并在無菌或接受抗生素治療的小鼠中進行了運動測量實驗（即在確定的微生物群落環(huán)境下）。

發(fā)現(xiàn)在無菌或接受抗生素治療的小鼠中（也就是缺乏微生物群的小鼠），自愿運動和耐力運動能力降低了50%左右。

與特定菌群相關——丹毒絲菌科和毛螺菌科

研究人員使用 SHapley Additive exPlanation (SHAP)評估了預測模型中各個微生物組特征的貢獻。

所有微生物群特征的SHAP值排序有助于預測DO小鼠的運動表現(xiàn)

研究人員確定，這一影響是由特定菌群引起的，包括毛螺菌科(Lachnospiraceae)和丹毒絲菌科(Erysipelotrichaceae)的成員。

這些實驗證明，腸道菌群可能是個體運動能力差異的一個重要影響因素。

03、腸道菌群如何對身體活動產(chǎn)生影響？

與研究人員的預期不同，腸道菌群對身體活動的影響并不是通過與運動經(jīng)典相關的組織，如骨骼肌來介導的。相反，腸道菌群似乎根本上影響了運動對大腦的影響。

劇烈的體育活動會在大腦中引起多種神經(jīng)化學反應，包括紋狀體中多巴胺釋放的激增。有趣的是，在沒有腸道菌群的情況下，這種激增嚴重減弱了。

我們知道，多巴胺的釋放會導致愉悅、動力和獎勵感，這也是為什么有些人在劇烈運動后所經(jīng)歷的“跑步快感”現(xiàn)象。

基于這些發(fā)現(xiàn)，推測：微生物群通過調(diào)節(jié)運動誘導的多巴胺反應來增強運動能力。

通過一系列藥理學和化學遺傳學的介入實驗，發(fā)現(xiàn)多巴胺缺乏確實是導致微生物群消失動物運動能力降低的原因。與此一致的是，恢復多巴胺信號完全恢復了它們的運動能力。

04、微生物如何通過腸道控制大腦的神經(jīng)遞質呢？

微生物群與大腦之間的通信可以通過微生物分子進入全身循環(huán)，或者通過腸道和大腦之間的直接神經(jīng)連接進行。

研究人員沒有找到證據(jù)表明微生物群通過全身介質影響運動能力。相反，抑制與腸道神經(jīng)傳導相關的感覺神經(jīng)元，可以重現(xiàn)微生物群消失對運動的影響，而刺激感覺神經(jīng)元則可以在沒有微生物群的情況下恢復運動能力。

為了確定微生物群在運動過程中如何影響感覺神經(jīng)元的活動，研究人員結合了微生物遺傳學、代謝組學和神經(jīng)元記錄技術。

結果發(fā)現(xiàn)，微生物通過合成脂肪酸酰胺，增強感覺神經(jīng)元的活動，通過內(nèi)源性大麻素受體CB1介導。這種神經(jīng)元活動的增加進而增強了運動過程中的多巴胺信號（見下圖）。

這種途徑可以通過胃腸道干預來調(diào)節(jié)運動表現(xiàn)

例如，用基因工程產(chǎn)生脂肪酸酰胺的細菌定植無菌小鼠，或用含有脂肪酸酰胺的飲食喂養(yǎng)抗生素治療的小鼠，可以恢復它們的運動能力。

然而，使用外周CB1抑制劑或中樞多巴胺受體阻斷劑時，這些干預的積極效果就會被取消掉。

05、結 語

該研究的重要發(fā)現(xiàn)：

微生物群代謝產(chǎn)生脂肪酸酰胺，由腸道神經(jīng)支配神經(jīng)元上的內(nèi)源性大麻素受體CB1感知，這增強了它們在運動中的活性。感覺神經(jīng)元的激活，反過來增強了紋狀體中的多巴胺信號，從而推動了運動表現(xiàn)。

這項發(fā)現(xiàn)有幾個重要的啟示：

胃腸道信號作為大腦中運動反應神經(jīng)元活動的調(diào)節(jié)因子，有可能促進“跑步快感”的產(chǎn)生

這種腸-腦途徑的進化目的尚待確定，推測它可能將動物決定長期進行體育活動與胃腸道的營養(yǎng)狀況聯(lián)系起來。無論是精英運動員還是業(yè)余跑步者，心理狀態(tài)在運動參與和表現(xiàn)中都起著至關重要的作用。

微生物組依賴性途徑，可能有助于更好地理解促使某些個體達到表現(xiàn)的因素

微生物組及其代謝產(chǎn)物的可塑性，為在全球范圍內(nèi)增加運動參與及其健康益處提供了一條潛在途徑。

紋狀體多巴胺是運動以外的動機行為的關鍵介質

這項發(fā)現(xiàn)開啟了利用這一途徑影響其他多巴胺依賴性大腦功能的可能性，如學習、情緒、成癮等領域都可能應用。

總的來說，這項研究為我們打開了一扇了解腸道微生物與運動之間關系的窗戶，為相關領域的深入研究提供了新的啟示。對影響神經(jīng)元活動的微生物組衍生分子的廣闊宇宙的進一步探索，將為胃腸道塑造思維的潛力提供有價值的見解。

當然，這也讓我們看到了腸道菌群檢測在個體運動能力評估中具有巨大潛力，通過微生物群干預，為提升運動積極性，發(fā)展個性化的運動方案和訓練策略提供了新的思路和可能性。