你能跑多久，腸道菌群說了算？

　　來源：科學大院

　　腸道菌群是科研界的寵兒了，減肥、阿爾茲海默症、癌症治療……都被證明跟它有關係。現在，連你能跑多久，也是腸道菌群說了算！

　　近日，《自然-醫學》在線發表了一項最新研究：優秀馬拉松運動員腸道中有一類特殊的菌，可以幫助他們提高運動成績。

論文截圖（圖片來源：Nature網站）

　　優秀的運動員 有優秀的腸道菌群

　　來自哈佛大學的研究人員招募了15名參加馬拉松賽的運動員，還有10名久坐的人員作為對照。在馬拉松比賽之前和之後的一周時間裡，研究人員收集他們的糞便樣本，並進行了16S核糖體DNA（rDNA）基因測序。

（圖片來源：veer圖庫）

　　結果發現，在運動前和運動後，馬拉松運動員腸道菌群中差異最大的微生物是Veillonella屬細菌，比賽後腸道中Veillonella屬細菌相對丰度明顯增加。這是為什麼？這個菌會不會跟運動員的運動能力或運動後的恢復有關呢？

Veillonella屬細菌數量明顯增加（圖片來源：參考資料1）

　　為了回答上面的問題，研究人員從一位運動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，結果讓人感到吃驚，這些小鼠的運動能力顯著增加了，小鼠在特製的跑步機（跑輪）上跑的時間明顯延長！

接種了Veillonella菌的小鼠跑得更久（圖片來源：參考資料1）

　　經過進一步機制分析，發現Veillonella菌是利用乳酸作為唯一碳源的。乳酸可是引起運動後疼痛的主要物質。在運動過程中，肌肉消耗葡萄糖的代謝過程中會產生乳酸，由於長跑運動相對過度，氧氣供應不足會形成無氧代謝，會導致機體內產生的乳酸不能在短時間內進一步分解為水和二氧化碳，從而導致大量乳酸在體內堆積。乳酸堆積會引起局部肌肉的酸痛。（然後你就跑不遠啦！）

　　難道這個菌可以分解運動後的乳酸，從而幫助運動後的恢復？研究人員在一群87名精英運動員中做了宏基因組分析，發現運動後，代謝乳酸鹽到丙酸鹽的代謝基因相對丰度明顯增加。此外，他們在小鼠中使用同位素標記的乳酸鹽後，證明血清中的乳酸鹽可以穿過上皮屏障進入腸腔，也就是說運動後血液中積攢的乳酸可以運輸到腸道，腸道中的微生物就可以分解乳酸了。

運動員腸道微生物群能夠促進運動後的乳酸代謝（圖片來源：參考資料1）

　　乳酸可導致酸痛，那麼分解乳酸就能提升運動能力嗎？是去除乳酸起的作用，還是乳酸的分解產物丙酸也有這個作用呢？要不要試試丙酸是不是也有這個作用呢？隨後，研究人員在小鼠直腸內直接滴注丙酸鹽，結果發現，僅僅這個乳酸的代謝產物就足以重現用Veillonella菌灌胃觀察到的增加跑步能力的結果。這就表明，腸道Veillonella atypica細菌通過將運動誘導的乳酸代謝轉化為丙酸鹽來改善運動時間，提升運動表現。

腸道菌群與運動相互作用模型（圖片來源：參考資料1）

　　運動可以改善腸道菌群組成

　　不但腸道菌群能夠影響運動能力，運動也可以影響腸道菌群！

　　2018年，芬蘭科學院的研究員發現，耐力運動訓練改變了腸道菌群的組成。經過六周的訓練後，運動者腸道內的有害微生物減少，促進新陳代謝相關的有益微生物（Akkermansia）增加。

　　此外，美國伊利諾伊大學的兩項研究發現，運動者與久坐者相比，前者的腸道菌群環境更有利於健康。研究小組招募了一些習慣久坐的成年人，在研究開始時對他們的腸道菌群進行採樣，然後實施運動計劃。期間，每周3次進行監測心率的運動，每次30-60分鐘，持續6周。在運動計劃結束時再次對參與者的腸道菌群進行採樣，然後，恢復到久坐生活模式6周後再次採樣。

（圖片來源：veer圖庫）

　　結果發現，運動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，當參與者恢復到久坐的生活方式後，這些短鏈脂肪酸水平再次下降。此外，腸道中產生丁酸的微生物比例也更高。丁酸是腸道內微生物酵解產生的短鏈脂肪酸的一種，可以促進腸細胞保持健康，減少炎症，並可以為腸道提供能量。值得注意的是，這些變化對瘦人最為明顯，對胖人變化相對溫和。

　　　在整個研究過程中，參與者都保持正常飲食，僅僅改變了運動。這就證明了不依賴於飲食或其他因素，單獨依靠運動就可以改善腸道菌群。

　　還有什麼是人體里的微生物不能幹的？

　　有關人體微生物與疾病和健康的研究是近幾年的熱點。

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

　　在2003年之前，人們只是對腸道細菌有所研究。直到2003年，科學家首次報道了對人類糞便中非培養的病毒群落的宏基因組學分析，發現了病毒、真菌和古生菌等都是我們腸道菌群的重要成員，對人類健康有潛在影響。時隔一年，2004年，兩項研究揭示了菌群對粘膜免疫的調控，揭示了免疫系統如何感知腸道菌群，以及正常條件下細菌是如何調節免疫系統發育的。這些發現為對微生物的免疫應答打開了一個新視角——不是作為宿主防禦，而是一種共生的生理過程。

　　2005年和2006年，人們發現飲食變化改變了結腸菌群的降解活性：腸道菌群組內含有成千上萬的基因，它們參與分解食物，從中獲取能量，對人體代謝產生影響。在2006年，人們第一次發現腸道微生物的神奇之處，通過菌群移植轉移居然可以改變宿主的表型。研究人員發現，通過糞菌移植可以在小鼠身上復現人類表型。這項首次使用胖人和瘦人糞便的研究，為研究菌群與人類表型之間的機制聯繫鋪平了道路。2010年，研究發現抗生素會對菌群組成和宿主健康造成不良影響，抗生素不僅會對引起感染的細菌起作用，還會影響原住菌群。如健康個體使用環丙沙星，會影響其糞便樣本中大約三分之一細菌類群的丰度。

　　更神奇的是，2012年，人類發現了菌群-腸道-大腦軸的存在，一些實驗發現，缺乏菌群影響了小鼠的行為、腦基因表達及神經系統的發育。而近期一些人體研究正在揭示菌群與人神經系統之間的潛在關聯。最近，我們又有新發現，人的腸道菌群影響會對癌症治療產生應答，影響癌症治療的效果。2018的研究證實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免疫檢查點抑製劑治療的應答及腫瘤控制。

　　2007年， 人體微生物組計劃（Human Microbiome Project，HMP）被提出，這一項目不只是2003年完成的人類基因組計劃的延伸，它也是第一個真正意義上的人體微生物組計劃，全球其它國家和組織也陸續開展了各類微生物組研究計劃。

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

　　HMP目標是以沒有明顯疾病的健康人群為對象，檢測腸道，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還制定了支持可重複的全身微生物組採樣、數據生成的實驗方案、微生物組和流行病學分析的計算方法等，並得到了大量數據。HMP為我們發現和理解人體內的微生物群體奠定了基礎，同時也提出了一個問題：微生物在健康與疾病中扮演了什麼角色？iHMP回答了此問題。

　　2019年5月30日，在《自然》封面發布了人類微生物組整合計劃（Integrative Human Microbiome Project，iHMP）的研究成果。作為HMP的第二階段，該計劃包括了微生物組與早產、微生物組與炎症性腸病、微生物組與前驅糖尿病三個部分，即三種與微生物組關聯性最為緊密的生理或病理狀態。通過對這三種疾病與人體微生物的研究進一步回答了微生物與人體健康和疾病的關係：早產，炎症性腸病和糖尿病都與特定的微生物組成有關，微生物的紊亂可能影響了人的健康，引起上述疾病的發生。

2019年5月30日《自然》封面聚焦人類微生物組整合計劃（iHMP）

　　結語

　　目前，我們已經知道，腸道菌群組對我們健康的多個方面具有巨大的影響，很多因素也都對腸道菌群組的構成產生影響。如果將來有更多的研究報道出來，請不要驚訝。

　　人體微生物就是我們人體的一個器官，與身體的其它器官密切聯繫是理所當然的，任何身體上的疾病或健康都與人體微生物有關也就不足為奇了。我們也期待有更多的研究出現，共同揭示人體微生物的奧妙。

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