腸道菌群是科研界的寵兒了，減肥、阿爾茲海默癥、癌癥治療……都被證明跟它有關(guān)系?，F(xiàn)在，連你能跑多久，也是腸道菌群說(shuō)了算!

近日，《自然-醫(yī)學(xué)》在線(xiàn)發(fā)表了一項(xiàng)最新研究：優(yōu)秀馬拉松運(yùn)動(dòng)員腸道中有一類(lèi)特殊的菌，可以幫助他們提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

論文截圖(圖片來(lái)源：Nature網(wǎng)站)

優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員 有優(yōu)秀的腸道菌群

來(lái)自哈佛大學(xué)的研究人員招募了15名參加馬拉松賽的運(yùn)動(dòng)員，還有10名久坐的人員作為對(duì)照。在馬拉松比賽之前和之后的一周時(shí)間里，研究人員收集他們的糞便樣本，并進(jìn)行了16S核糖體DNA(rDNA)基因測(cè)序。

(圖片來(lái)源：veer圖庫(kù))

明顯增加。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后，馬拉松運(yùn)動(dòng)員腸道菌群中差異最大的微生物是Veillonella屬細(xì)菌，比賽后腸道中Veillonella屬細(xì)菌相對(duì)豐度這是為什么?這個(gè)菌會(huì)不會(huì)跟運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力或運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)有關(guān)呢?

Veillonella屬細(xì)菌數(shù)量明顯增加(圖片來(lái)源：參考資料1)

為了回答上面的問(wèn)題，研究人員從一位運(yùn)動(dòng)員的糞便樣本中分離出一株Veillonella 菌——Veillonella atypica。他們把該菌株接種到小鼠腸道中，結(jié)果讓人感到吃驚，這些小鼠的運(yùn)動(dòng)能力顯著增加了，小鼠在特制的跑步機(jī)(跑輪)上跑的時(shí)間明顯延長(zhǎng)!

接種了Veillonella菌的小鼠跑得更久(圖片來(lái)源：參考資料1)

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步機(jī)制分析，發(fā)現(xiàn)Veillonella菌是利用乳酸作為唯一碳源的。乳酸可是引起運(yùn)動(dòng)后疼痛的主要物質(zhì)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，肌肉消耗葡萄糖的代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生乳酸，由于長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)相對(duì)過(guò)度，氧氣供應(yīng)不足會(huì)形成無(wú)氧代謝，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生的乳酸不能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步分解為水和二氧化碳，從而導(dǎo)致大量乳酸在體內(nèi)堆積。乳酸堆積會(huì)引起局部肌肉的酸痛。(然后你就跑不遠(yuǎn)啦!)

難道這個(gè)菌可以分解運(yùn)動(dòng)后的乳酸，從而幫助運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)?研究人員在一群87名精英運(yùn)動(dòng)員中做了宏基因組分析，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后，代謝乳酸鹽到丙酸鹽的代謝基因相對(duì)豐度明顯增加。此外，他們?cè)谛∈笾惺褂猛凰貥?biāo)記的乳酸鹽后，證明血清中的乳酸鹽可以穿過(guò)上皮屏障進(jìn)入腸腔，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)后血液中積攢的乳酸可以運(yùn)輸?shù)侥c道，腸道中的微生物就可以分解乳酸了。

運(yùn)動(dòng)員腸道微生物群能夠促進(jìn)運(yùn)動(dòng)后的乳酸代謝(圖片來(lái)源：參考資料1)

乳酸可導(dǎo)致酸痛，那么分解乳酸就能提升運(yùn)動(dòng)能力嗎?是去除乳酸起的作用，還是乳酸的分解產(chǎn)物丙酸也有這個(gè)作用呢?要不要試試丙酸是不是也有這個(gè)作用呢?隨后，研究人員在小鼠直腸內(nèi)直接滴注丙酸鹽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅僅這個(gè)乳酸的代謝產(chǎn)物就足以重現(xiàn)用Veillonella菌灌胃觀(guān)察到的增加跑步能力的結(jié)果。這就表明，腸道Veillonella atypica細(xì)菌通過(guò)將運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的乳酸代謝轉(zhuǎn)化為丙酸鹽來(lái)改善運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

腸道菌群與運(yùn)動(dòng)相互作用模型(圖片來(lái)源：參考資料1)

運(yùn)動(dòng)可以改善腸道菌群組成

不但腸道菌群能夠影響運(yùn)動(dòng)能力，運(yùn)動(dòng)也可以影響腸道菌群!

2018年，芬蘭科學(xué)院的研究員發(fā)現(xiàn)，耐力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練改變了腸道菌群的組成。經(jīng)過(guò)六周的訓(xùn)練后，運(yùn)動(dòng)者腸道內(nèi)的有害微生物減少，促進(jìn)新陳代謝相關(guān)的有益微生物(Akkermansia)增加。

此外，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)者與久坐者相比，前者的腸道菌群環(huán)境更有利于健康。研究小組招募了一些習(xí)慣久坐的成年人，在研究開(kāi)始時(shí)對(duì)他們的腸道菌群進(jìn)行采樣，然后實(shí)施運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。期間，每周3次進(jìn)行監(jiān)測(cè)心率的運(yùn)動(dòng)，每次30-60分鐘，持續(xù)6周。在運(yùn)動(dòng)計(jì)劃結(jié)束時(shí)再次對(duì)參與者的腸道菌群進(jìn)行采樣，然后，恢復(fù)到久坐生活模式6周后再次采樣。

(圖片來(lái)源：veer圖庫(kù))

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)期間與久坐期間相比，參與者糞便中的短鏈脂肪酸，特別是丁酸濃度明顯升高，當(dāng)參與者恢復(fù)到久坐的生活方式后，這些短鏈脂肪酸水平再次下降。此外，腸道中產(chǎn)生丁酸的微生物比例也更高。丁酸是腸道內(nèi)微生物酵解產(chǎn)生的短鏈脂肪酸的一種，可以促進(jìn)腸細(xì)胞保持健康，減少炎癥，并可以為腸道提供能量。值得注意的是，這些變化對(duì)瘦人最為明顯，對(duì)胖人變化相對(duì)溫和。

在整個(gè)研究過(guò)程中，參與者都保持正常飲食，僅僅改變了運(yùn)動(dòng)。這就證明了不依賴(lài)于飲食或其他因素，單獨(dú)依靠運(yùn)動(dòng)就可以改善腸道菌群。

還有什么是人體里的微生物不能干的？

有關(guān)人體微生物與疾病和健康的研究是近幾年的熱點(diǎn)。

人體微生物(圖片來(lái)源：http://meeting.bioon.com/2017microbiome/news-detail/2f3c946269e271e5)

在2003年之前，人們只是對(duì)腸道細(xì)菌有所研究。直到2003年，科學(xué)家首次報(bào)道了對(duì)人類(lèi)糞便中非培養(yǎng)的病毒群落的宏基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了病毒、真菌和古生菌等都是我們腸道菌群的重要成員，對(duì)人類(lèi)健康有潛在影響。時(shí)隔一年，2004年，兩項(xiàng)研究揭示了菌群對(duì)粘膜免疫的調(diào)控，揭示了免疫系統(tǒng)如何感知腸道菌群，以及正常條件下細(xì)菌是如何調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)發(fā)育的。這些發(fā)現(xiàn)為對(duì)微生物的免疫應(yīng)答打開(kāi)了一個(gè)新視角——不是作為宿主防御，而是一種共生的生理過(guò)程。

2005年和2006年，人們發(fā)現(xiàn)飲食變化改變了結(jié)腸菌群的降解活性：腸道菌群組內(nèi)含有成千上萬(wàn)的基因，它們參與分解食物，從中獲取能量，對(duì)人體代謝產(chǎn)生影響。在2006年，人們第一次發(fā)現(xiàn)腸道微生物的神奇之處，通過(guò)菌群移植轉(zhuǎn)移居然可以改變宿主的表型。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)糞菌移植可以在小鼠身上復(fù)現(xiàn)人類(lèi)表型。這項(xiàng)首次使用胖人和瘦人糞便的研究，為研究菌群與人類(lèi)表型之間的機(jī)制聯(lián)系鋪平了道路。2010年，研究發(fā)現(xiàn)抗生素會(huì)對(duì)菌群組成和宿主健康造成不良影響，抗生素不僅會(huì)對(duì)引起感染的細(xì)菌起作用，還會(huì)影響原住菌群。如健康個(gè)體使用環(huán)丙沙星，會(huì)影響其糞便樣本中大約三分之一細(xì)菌類(lèi)群的豐度。

更神奇的是，2012年，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)了菌群-腸道-大腦軸的存在，一些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺乏菌群影響了小鼠的行為、腦基因表達(dá)及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。而近期一些人體研究正在揭示菌群與人神經(jīng)系統(tǒng)之間的潛在關(guān)聯(lián)。最近，我們又有新發(fā)現(xiàn)，人的腸道菌群影響會(huì)對(duì)癌癥治療產(chǎn)生應(yīng)答，影響癌癥治療的效果。2018的研究證實(shí)腸道菌群組成影響了黑色素瘤患者、晚期肺癌患者及晚期腎癌患者對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的應(yīng)答及腫瘤控制。

2007年， 人體微生物組計(jì)劃(Human Microbiome Project，HMP)被提出，這一項(xiàng)目不只是2003年完成的人類(lèi)基因組計(jì)劃的延伸，它也是第一個(gè)真正意義上的人體微生物組計(jì)劃，全球其它國(guó)家和組織也陸續(xù)開(kāi)展了各類(lèi)微生物組研究計(jì)劃。

(圖片來(lái)源：http://www.medicalautomation.org/wp-content/uploads/2012/08/Human-Microbiome-project-August-28-2012.png)

HMP目標(biāo)是以沒(méi)有明顯疾病的健康人群為對(duì)象，檢測(cè)腸道，皮膚和女性生殖道等微生物群落組成，描繪人體存在的共同微生物和不同部位的微生物全景圖。此外，HMP還制定了支持可重復(fù)的全身微生物組采樣、數(shù)據(jù)生成的實(shí)驗(yàn)方案、微生物組和流行病學(xué)分析的計(jì)算方法等，并得到了大量數(shù)據(jù)。HMP為我們發(fā)現(xiàn)和理解人體內(nèi)的微生物群體奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也提出了一個(gè)問(wèn)題：微生物在健康與疾病中扮演了什么角色?iHMP回答了此問(wèn)題。

2019年5月30日，在《自然》封面發(fā)布了人類(lèi)微生物組整合計(jì)劃(Integrative Human Microbiome Project，iHMP)的研究成果。作為HMP的第二階段，該計(jì)劃包括了微生物組與早產(chǎn)、微生物組與炎癥性腸病、微生物組與前驅(qū)糖尿病三個(gè)部分，即三種與微生物組關(guān)聯(lián)性最為緊密的生理或病理狀態(tài)。通過(guò)對(duì)這三種疾病與人體微生物的研究進(jìn)一步回答了微生物與人體健康和疾病的關(guān)系：早產(chǎn)，炎癥性腸病和糖尿病都與特定的微生物組成有關(guān)，微生物的紊亂可能影響了人的健康，引起上述疾病的發(fā)生。

2019年5月30日《自然》封面聚焦人類(lèi)微生物組整合計(jì)劃(iHMP)

結(jié)語(yǔ)

目前，我們已經(jīng)知道，腸道菌群組對(duì)我們健康的多個(gè)方面具有巨大的影響，很多因素也都對(duì)腸道菌群組的構(gòu)成產(chǎn)生影響。如果將來(lái)有更多的研究報(bào)道出來(lái)，請(qǐng)不要驚訝。

人體微生物就是我們?nèi)梭w的一個(gè)器官，與身體的其它器官密切聯(lián)系是理所當(dāng)然的，任何身體上的疾病或健康都與人體微生物有關(guān)也就不足為奇了。我們也期待有更多的研究出現(xiàn)，共同揭示人體微生物的奧妙。