能不能跑,竟也看腸道菌!

轉化醫學網2019-07-07 00:57:20

 

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之前的各種研究讓我們領教了腸道微生物的“萬能” 之處,可是萬萬沒想到,就連跑步這事兒,它也能“指導”一二!


近日,哈佛醫學院的George M. Church教授和他團隊發表在《自然·醫學》上的一項研究發現,馬拉松運動員的腸道菌羣裏,存在着一種專吃乳酸的韋榮球菌屬菌羣,將它們移植到小鼠腸道,可以讓小鼠也獲得同款超長運動耐力

通訊作者George M. Church教授

 

人和人之間,運動能力不同,腸道菌羣不同,這已經不是新鮮事。運動員和普通人的腸道微生物組成不同,也已有研究證明。運動員的腸道微生物中,韋榮球菌屬、擬桿菌屬、普氏菌屬、甲烷短桿菌等菌羣更加豐富。不過,在今天之前,人類對運動員腸道微生物的認知也僅限於這些相關性了,這些菌羣具體扮演了什麼樣的角色,還沒人知道

 

我們充滿創造力的研究人員偏偏想要弄清楚。於是,在2015年的時候,他們打上了波士頓馬拉松運動員們的主意。

2010年波士頓馬拉松途中盛況

 

研究人員招募了15名參加馬拉松的運動員,當然沒忘了招募10名不愛動彈的志願者作為對照組。在馬拉松的前一週和後一週,每天收集志願者的糞便樣本,並進行16SrDNA測序,從而揭開了這項神奇研究的帷幕。

 

毋庸置疑,馬拉松前後,運動員的腸道微生物特徵變化很大。其中變化最大的,也就是這次研究的主角,韋榮球菌進一步分析發現,韋榮球菌屬菌羣丰度不僅在運動前後發生了顯著變化,變化還是根據距離運動的天數來的,與其他年齡、性別之類的因素關係都不是很大。

韋榮球菌屬菌羣的丰度和運動狀態相對應,與個體情況無關

  

韋榮球菌是口腔、呼吸道和消化道的常住居民了,對乳酸鍾愛有加,只以乳酸作為唯一的能量來源而運動,自然是會大量產生乳酸。見到這麼有個性的菌種,還和運動關係如此密切,研究人員有點興奮,開始大膽猜測韋榮球菌屬菌羣是否會助於運動能力的提升。

 

研究人員從運動員的菌羣中分離得到了一株非典型韋榮球菌,用不能分解代謝乳酸的保加利亞乳桿菌作為對照,給小鼠進行灌胃。既然移植了馬拉松運動員的腸道菌種,小鼠的運動能力也就理所當然地用跑步時間來判斷了。

 

小鼠被放上了跑步機,記錄它們能夠堅持的最長時間。結果顯示,移植了非典型韋榮球菌的小鼠耐力也像是跑慣了馬拉松的,運動時間比對照組長了13%(18分鐘vs16分鐘)。雖然這2分鐘的差距看上去好像沒那麼厲害,但是高水平的賽事上,失之毫釐差之千里,玩的可都是幾微秒的心跳。(這只是小鼠身上體現出來的運動效果,人類所體現出的可就不一定是13%)

移植了韋榮球菌的小鼠(藍色)平均運動時間長於對照組小鼠(紅色)

 

知道了韋榮球菌屬菌羣可以提高運動能力,接下來,研究人員開始了尋找機制之路。

 

研究人員在運動員羣體中得到了運動前後基因組變化的數據,發現甲基丙二酰輔酶A途徑的相關基因表達在運動時開始富集。而這也是韋榮球菌屬菌羣代謝乳酸的途徑。韋榮球菌屬菌羣通過代謝乳酸產生丙酸鹽,這可以提高小鼠的心律和最大耗氧量,促進禁食者的脂質氧化,也意味着運動能力增加。

為了測試韋榮球菌屬菌羣的運動增強效果是否可以歸功於丙酸鹽,研究人員再次邀請了小鼠來參與實驗。研究人員對小鼠進行了直腸內丙酸鹽灌注,以等量生理鹽水作為對照。接受了丙酸鹽處理的小鼠運動能力提高,在跑步機上堅持的時間顯著高於對照組小鼠。

運動產生的乳酸由肌肉進入腸道,被韋榮球菌代謝生成丙酸鹽,提高運動能力,大概就是這麼個事兒

 

研究人員認為,運動員的高乳酸環境為韋榮球菌屬菌羣的定植提供了選擇性優勢,二者相輔相成,造就了運動後韋榮球菌屬菌羣丰度增加的現象。接下來的實驗安排,當然就是想辦法將這種腸道微生物以益生菌的形式呈現出來,提升運動員的成績可以先放到一邊,希望可以提升一些糖尿病、心血管疾病等慢性疾病患者的運動能力,有助於他們的治療和恢復

 

據悉,在意識到這項發現的光明前景之後,這篇論文的第一作者Jonathan Scheiman博士也迅速地做出了相應的選擇。他創建了自己公司,目標是將這些運動相關的益生菌迅速商業化。

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https://hk.wxwenku.com/d/201096137