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《自然•医学》:能不能跑,竟也看肠道菌!

  今天,哈佛医学院的George M. Church教授和他团队的研究成果好好地刷了一波屏。他们发现,马拉松运动员的肠道菌群里,存在着一种专吃乳酸的韦荣球菌属菌群,将它们移植到小鼠肠道,可以让小鼠也获得同款超长运动耐力。研究发表在《自然·医学》上[1]。

  肠道微生物提升运动能力,还不是相关性研究!觉得新鲜吧?第一次见吧?是不是已经按捺不住自己的求知欲了?

  人和人之间,运动能力不同,肠道菌群不同,这已经不是什么新鲜事了。当然,运动员和普通人的肠道微生物组成不同,也是已经有研究证明了的。运动员的肠道微生物中,韦荣球菌属、拟杆菌属、普氏菌属、甲烷短杆菌等菌群更加丰富[2,3]。不过,在今天之前,人类对运动员肠道微生物的认知也仅限于这些相关性了,这些菌群具体扮演了什么样的角色,还没人知道。

  我们充满创造力的研究人员偏偏想要弄清楚。于是,在2015年的时候,他们打上了波士顿马拉松运动员们的主意。

  研究人员招募了15名参加马拉松的运动员,当然没忘了招募10名不爱动弹的志愿者作为对照组。在马拉松的前一周和后一周,每天收集志愿者的粪便样本,并进行16SrDNA测序,从而揭开了这项神奇研究的帷幕。

  毋庸置疑,马拉松前后,运动员的肠道微生物特征变化很大。其中变化最大的,也就是这次研究的主角,韦荣球菌。进一步分析发现,韦荣球菌属菌群丰度不仅在运动前后发生了显著变化,变化还是根据距离运动的天数来的,与其他年龄、性别之类的因素关系都不是很大。

  韦荣球菌属菌群的丰度和运动状态相对应,与个体情况无关

  韦荣球菌是口腔、呼吸道和消化道的常住居民了,对乳酸钟爱有加,只以乳酸作为唯一的能量来源。而运动,自然是会大量产生乳酸。见到这么有个性的菌种,还和运动关系如此密切,研究人员有点兴奋,开始大胆猜测韦荣球菌属菌群是否会助于运动能力的提升。

  话不多说,上小鼠实验吧。

  研究人员从运动员的菌群中分离得到了一株非典型韦荣球菌,用不能分解代谢乳酸的保加利亚乳杆菌作为对照,给小鼠进行灌胃。既然移植了马拉松运动员的肠道菌种,小鼠的运动能力也就理所当然地用跑步时间来判断了。

  小鼠被放上了跑步机,记录它们能够坚持的最长时间。结果显示,移植了非典型韦荣球菌的小鼠耐力也像是跑惯了马拉松的,运动时间比对照组长了13%(18分钟vs16分钟)。虽然这2分钟的差距看上去好像没那么厉害,但是高水平的赛事上,失之毫厘差之千里,玩的可都是几微秒的心跳。(这只是小鼠身上体现出来的运动效果,人类所体现出的可就不一定是13%了。)

  移植了韦荣球菌的小鼠(蓝色)平均运动时间长于对照组小鼠(红色)

  知道了韦荣球菌属菌群可以提高运动能力,研究人员还感觉有点意犹未尽。要不接下来,找找机制吧。

  研究人员在运动员群体中得到了运动前后基因组变化的数据,发现甲基丙二酰辅酶A途径的相关基因表达在运动时开始富集。刚好,这也是韦荣球菌属菌群代谢乳酸的途径[4]。韦荣球菌属菌群通过代谢乳酸产生丙酸盐,而丙酸盐的功能有哪些呢?提高小鼠的心律和最大耗氧量[5,6],促进禁食者的脂质氧化[7],妥妥地意味着运动能力增加。

  为了测试韦荣球菌属菌群的运动增强效果是否可以归功于丙酸盐,研究人员再次邀请了小鼠来参与实验。研究人员对小鼠进行了直肠内丙酸盐灌注,以等量生理盐水作为对照。接受了丙酸盐处理的小鼠运动能力提高,在跑步机上坚持的时间显著高于对照组小鼠。

  运动产生的乳酸由肌肉进入肠道,被韦荣球菌代谢生成丙酸盐,提高运动能力,大概就是这么个事儿

  研究人员认为,运动员的高乳酸环境为韦荣球菌属菌群的定植提供了选择性优势,二者相辅相成,造就了运动后韦荣球菌属菌群丰度增加的现象。接下来的实验安排,当然就是想办法将这种肠道微生物以益生菌的形式呈现出来,提升运动员的成绩可以先放到一边,希望可以提升一些糖尿病、心血管疾病等慢性疾病患者的运动能力,有助于他们的治疗和恢复。

  在意识到这项发现的光明前景之后,这篇论文的第一作者,Jonathan Scheiman博士,也迅速地做出了相应的选择——他离开了学术界,转身创建了自己公司,目标是将这些运动相关的益生菌迅速商业化[8]。

  对此,我们祝福他早日成功。

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