腸道菌群：從生命健康到體育運動

梁 茹，周繼遠

（1.北京體育大學，北京 100084；2.深圳北京大學香港科技大學醫學中心北京大學深圳醫院，廣東 深圳 518035）

1 腸道菌群與人類健康的關系

人體內存在約1～2kg細菌，其中90%定值在人體腸道內。就整體而言，人體細胞是由10%人體自身細胞和90%的細菌細胞組成，而人體基因是由約2.3萬的自身基因和超過300萬的細菌基因組成。因此，腸道菌群被認為是人類后天獲得的“第二套基因庫”，也被稱作被人類遺忘的一個重要“器官”。

腸道菌群參與人類生命過程的諸多環節。嬰兒出生后會暴露在不同微生物環境中，最先接觸的微生物會迅速定值在腸道內并形成最初的腸道微生態結構。目前研究認為，分娩方式決定了人類最初的腸道菌群結構特征。順產兒最早接觸的菌群來自于母體陰道，以乳酸桿菌居多，而剖腹產兒最先接觸的是母體皮膚，因此，腸道內初次定值的以葡萄球菌屬、丙酸桿菌屬居多。嬰幼兒在成長過程中，隨著抗生素應用、飲食習慣、運動等多種因素的影響，腸道菌群也發生明顯改變。

大量的研究報道，腸道菌群紊亂與代謝性疾病、炎癥性腸病、動脈粥樣硬化、抑郁癥等發生發展密切相關。其中，肥胖癥是目前研究較早、最為系統的一種疾病。早在2004年，Gordon團隊在美國科學院雜志首次提出，腸道菌群作為一個整體具有調節與脂肪存儲、合成和消耗相關基因表達的作用。在肥胖癥中，腸道菌群可通過下調脂肪消耗相關基因，上調脂肪合成相關基因，從而促使機體向過度積累和合成脂肪的方向發展。該研究一經報道，引起學術界高度關注。該團隊通過進一步的研究發現，給無菌小鼠灌注來自肥胖小鼠的糞便后，其能量吸收率提高同時伴有體質質量的顯著增加；該研究提示，特定的腸道菌群可從食物中攝取更多的能量。該研究首次證明，特定菌群的定值可能與肥胖的發生有關，但尚不清楚為哪些特定細菌參與。2007年Cani等從微生物產物的角度證明，腸道菌群產生的內毒素誘導全身性慢性炎癥是肥胖癥發生中必不可少的因素。因此，調節腸道菌群，降低血漿內毒素濃度是控制肥胖癥發生和進展的治療策略之一。Le Chatelier等通過宏基因組學及代謝組學對比分析169例肥胖丹麥人和123例健康人的糞便及代謝產物發現，2組人群腸道菌群的結構和基因豐富性截然不同。與菌群基因豐富性較高的個體相比，低基因豐富性個體具有顯著的肥胖特征、胰島素抵抗、脂代謝紊亂以及更嚴重的炎癥表型。因此，腸道菌群的基因豐富性及其相關代謝產物可能與肥胖癥發生有關。 然而，以上研究僅僅是從不同層面研究腸道菌群和肥胖癥的相關性，對于肥胖癥發生與腸道菌群的因果關系并無確切的證據。2013年我國學者趙立平教授等報道了一例體重為174.8kg，體質指數為58.8的肥胖癥患者，該患者通過持續23周純谷物飲食及聯合益生元干預后體重減輕51kg，同時患者的ALT、血糖、血脂、CRP等指標均恢復正常。進一步通過高脂飼養無菌小鼠，發現無菌小鼠很難誘發肥胖；當培養肥胖癥患者的糞便同時分離一種叫陰溝腸桿菌的腸道細菌并將該細菌移植到無菌小鼠腸道后引發肥胖。該研究首次證實了腸道細菌可導致肥胖癥發生，也為證明腸道條件致病菌引起肥胖和胰島素抵抗提供有力依據。

目前，對于腸道菌群與疾病發生的研究仍處于早期研究階段，較多的研究僅僅是從菌群多樣性及結構的改變、某種（類）腸道細菌及其相關代謝產物的層面闡述腸道菌群與某類疾病發生的相關性問題。不過，隨著腸道細菌檢測方法、細菌分離及培養技術的不斷提高，未來更多疾病的發生與腸道菌群因果關系將被界定。另外，如何通過調節腸道菌群維持人類健康、防治疾病發生也將是生命健康領域中腸道微生物研究的重要研究方向。

2 運動鍛煉可改變腸道菌群結構及多樣性

運動可以改善健康狀況，提高生活質量，被公眾認為是一種可提高機體免疫力，阻止疾病進展的途徑之一。運動鍛煉在對代謝性疾病如肥胖、糖尿病及心腦血管疾病等可發揮較為有利的影響。以往報道，運動鍛煉可以通過影響激素壓力反應系統如下丘腦-垂體-腎上腺軸和交感神經系統，緩解與壓力相關的疾病，從而有助于減少情緒、生理和代謝反應并增加積極的情緒。此外，體育鍛煉也可以通過促進抗炎癥反應，增加神經可塑性等機制影響人類健康。近年來的研究發現，體育鍛煉與機體的腸道菌群特點的關系較為密切。因此，美國著名學者Tiffany Weir預言，體育鍛煉將成為腸道菌群研究的下一前沿。

目前，動物實驗結果已經表明，運動可影響人體腸道菌群的結構及多樣性。Choi 等研究發現，與久坐的小鼠相比，反復運動的小鼠的腸道菌群構成更為豐富，約有2 510種腸道細菌在2組間存在較大差異，其中，經常運動的小鼠腸道存在較多的Lactobacillales目中的Enterococcus faecium菌， 而Tenericutes門類中的C11_K211菌較少。Queipo-Ortuno等在大鼠實驗中也同樣證實，經常運動的大鼠腸道菌群中Lactobacillales和Blautia coccoides . Eubacterium rectale較多。

那么，運動鍛煉是如何影響腸道菌群呢？Campbell和Wisniewski認為，運動可能通過減少腸道炎癥對腸道微生物產生獨特的影響。但運動的幅度或強度對降低腸道炎癥程度，調節腸道菌群的作用存在較大差異。對于中度運動可以減輕腸道炎癥，對腸道菌群發揮積極作用，而劇烈運動對維持正常的腸道屏障功能會負面影響；這也提示，體育鍛煉尤其對于專業水平運動員中調節腸道菌群的可能存在較為復雜的機制。Allison 和Núria認為，運動誘導壓力的降低可通過下丘腦-垂體腎上腺軸影響腸道微生物（即大腦-微生態軸）。B.ckhed等在其研究中發現，無菌大鼠中5′腺苷單磷酸鹽激活蛋白激酶（pAMPK） 和AMPK-非依賴型FIAF蛋白過表達，而該蛋白在骨骼肌中具有調節葡萄糖攝取和脂質氧化作用。因此，機體可通過肌肉—微生態軸途徑將運動與腸道菌群聯系起來。除此之外，基于膽汁酸調節、免疫調節等途徑，也是聯系運動與微生態之間關聯的重要機制。

目前，運動與腸道菌群相關的研究剛剛起步，大多數局限于動物實驗水平，而對于運動人體與腸道菌群的相關研究同樣較少。然而，可以明確的是，未來圍繞運動鍛煉對腸道內特定細菌和宿主之間相互作用的機制研究，將對體育鍛煉指導人體健康、提高運動員技能發揮將具有較為深遠的現實意義。

3 專業體育運動員與腸道菌群特征分析

近年來，以專業體育運動員為研究對象的相關研究結果指出，運動員具有獨特的腸道菌群結構特征。Clarke等人首次通過分析專業橄欖球運動員的腸道菌群特征發現，與非運動員相比，專業運動員的腸道菌群多樣性較高，其中存在的22個獨特的門類細菌與機體蛋白的消耗及肌酸激酶存在明顯的正相關性。Wiley 等通過宏基因組學及代謝組學方法進一步分析了國際橄欖球聯盟專業球員的腸道菌群特征發現，與久坐的志愿者相比，專業運動員的腸道菌群富有與氨基酸生物合成、碳水化合物代謝和短鏈脂肪酸合成等途徑相關基因及其代謝產物。該研究也為運動、腸道菌群代謝及健康的關系提供了新的支持證據。 Peterse等通過分析自行車專業運動員的腸道菌群特征，高豐度的普氏菌屬與每周訓練時間相關，而普氏菌屬的豐度增加與氨基酸及碳水化合物代謝通路相關，史氏甲烷短桿菌轉錄產物的豐度在職業自行車運動員中更高，該研究指出，運動訓練強度與特定腸道細菌的豐度、轉錄及代謝物水平可能存在明顯的相關性。以上研究均已表明，運動與腸道菌群存在較為重要的關系，某種或某些特有腸道細菌可能參與運動員體能消耗等過程。

影響運動員腸道菌群結構的因素很多，而基于運動員的特有飲食習慣和運動最為重要2個因素。不同于動物實驗研究，對于運動員腸道菌群多樣性是受到運動鍛煉的影響，還是由于與特有飲食習慣如高蛋白飲食的共同作用所致，目前尚無清楚。Cronin等在最新的一項研究中發現，短期鍛煉對腸道菌群多樣性的影響有限，而運動人士長期服用蛋白補劑可顯著改變腸道病毒組的結構，但是腸道菌群的功能活性并未受到短期中等運動或（和）服用蛋白補劑的影響。因此，運動員的飲食習慣、運動與腸道菌群之間的相互關系需要更為精細的后續研究。

4 結 語

隨著腸道菌群相關研究的不斷推進，以調節腸道菌群為目的的治療手段如益生元、糞便移植等已開始應用于臨床實踐中。而運動作為一種大眾化且低成本可增強身體素質，提高健康水平的方式，在實際生活中更應該受到廣泛重視。目前，諸多的研究均已證實，運動可以影響腸道菌群特點，盡管其具體機制尚不完全明確，但可以肯定的是，對于運動-調節腸道菌群將是未來運動指導健康的重要關注點之一。對專業運動員而言，其腸道菌群的結構特征與運動類型、飲食習慣密切相關，而腸道高豐度的特有細菌及其代謝產物可能是維持體育技能發揮的必要條件。因此，未來了解和關注專業運動員的腸道菌群特點，同時將腸道菌群作為運動員健康水平的常規檢測指標具有一定的必然性。