鍛煉改變腸道微生物，但是其中的作用機制仍不清楚

　　Sara Campbell告訴《科學家》網站，當她2010年第一次在PubMed上輸入“鍛煉（exercise）和微生物組（microbiome）”并按回車鍵時，搜索結果實際上是零。Campbell剛剛開始在美國羅格斯大學擔任運動科學助理教授。作為一名運動員，她在博士和博士后期間研究膽固醇代謝、運動和飲食，她那時就開始猜測鍛煉是否會影響腸道中的微生物。

　　Campbell說，“我們知道鍛煉可以完成所有這些令人難以置信的事情”，比如降低炎癥和增強抗氧化防御。因此，她想到，“好吧，如果宿主和腸道微生物組之間存在共生和互惠，就必須有一些事情發生. . .在運動中腸道微生物發生變化”。當她在PubMed上的搜索結果為空時，她決定：“我必須開展這方面的研究”。

圖片來自Gut Microbes, 2018, doi:10.1080/19490976.2017.1372077。

　　通過與來自羅格斯大學的微生物學家和毒理學家和來自美國俄克拉荷馬市的一名病理學家合作，Campbell設計了一項實驗來分析喂食正常飲食或高脂肪飲食12周的雄性小鼠的糞便樣本。每組中的一些小鼠進行鍛煉，每組中剩下的小鼠保持久坐。結果表明體力活動在小鼠的腸道中產生了獨特的微生物組，與它們的飲食無關：特別地，鍛煉的小鼠的腸道內含有糞桿菌（Faecalibacterium）、梭菌（Clostridium）和Allobaculum，而久坐的小鼠的腸道內則沒有。高脂肪飲食也引起久坐小鼠的腸道中出現炎癥，這在喂食高脂肪飲食并進行鍛煉的小鼠中是觀察不到的。

　　這些研究結果發表于2016年3月，支持了幾年前的一項研究結果，即鍛煉可以防止體重增加，并改變喂食高脂肪食物的肥胖小鼠體內的腸道微生物。他們在2018年發表的一項針對人類的縱向研究也很好地印證了這一點：他們發現身材苗條的久坐不動的人在鍛煉六周后也會在他們的腸道中產生更高水平的梭菌（Clostridiales）、毛螺菌（Lachnospira）、羅氏菌（Roseburia）和糞桿菌，但是當他們停止鍛煉時，這些細菌會恢復到基線水平。開始鍛煉的肥胖者也改變了他們的腸道細菌，但是這些變化不同于在身材苗條的人中觀察到的變化。

　　美國伊利諾伊大學香檳分校研究員Jeffrey Woods說，雖然身材苗條的人和肥胖的人之間的變化存在差異的原因尚不清楚，但是這些結果表明，無論飲食或身體組成如何，鍛煉都會改變人類的腸道菌群。

　　他說，“這是一個相當新的領域，絕對是一個新的運動科學領域”，并解釋說，雖然鍛煉和腸道微生物變化之間的關聯性已建立，“但是鍛煉如何改變這些微生物，我們并不知道。”目前尚不清楚這些變化是否有益于健康，但是有線索表明可能就是如此。

　　鍛煉和腸道存在關聯性的線索

　　針對鍛煉對腸道微生物組的影響，一個主要觀點是，鍛煉會增加產生丁酸的腸道微生物的水平，丁酸是一種短鏈脂肪酸，對人類具有一系列健康益處，比如產生抑制饑餓的飽腹感激素，在支持現有神經云存活和促進新的神經元生長方面發揮著作用。

　　糞桿菌與其他細菌，比如毛螺菌，在鍛煉后似乎在腸道中的豐度增加了，通常會產生短鏈脂肪酸來應對攝入的膳食纖維。在2019年4月發表在Exercise and Sport Science Reviews期刊中的關于體力活動和腸道微生物組組成的一篇綜述中，Woods及其同事們提出鍛煉可能會改變腸道組織中免疫細胞的基因表達，從而導致更少的促炎細胞信號蛋白和更多的抗炎蛋白，以及抗氧化酶的產生。這些免疫細胞位于腸道微生物群落附近，可以產生破壞某些腸道細菌類群的抗菌化合物，同時促進產生丁酸的腸道細菌的生長。鍛煉也可能改變腸道粘液的成分，這將影響生活在那里的細菌物種，比如Akkermansia muciniphila---一種具有抗炎特性的細菌，在鍛煉后，它似乎會大量增加。

　　鍛煉還可以提高人體的核心溫度，減少流向腸道的血液，這可能導致腸道微生物與腸道粘液中的免疫細胞之間發生更直接的接觸，并且有潛力改變腸道微生物的組成。膽汁酸的循環，可以改變腸道微生物群落，也會在鍛煉期間增加，乳酸也會如此，這可能會改變腸道的pH值，從而改變腸道微生物群落的多樣性。Woods 說，“這些是我們可以測試的一些可能的機制，但是它們不容易測試，這是因為很難隔離它們中的任何一個。”

　　鍛煉、微生物和腸道健康

　　這些潛在的機制有助于解釋科學家們在腸道微生物組和腸道健康之間觀察到的一些關聯性。比如，結腸直腸癌患者具有豐度下降的產生丁酸的細菌，比如羅氏菌和毛螺菌。健康細胞中的丁酸促進表觀遺傳修飾，從而導致細胞更新和細胞增殖，而在結腸癌細胞中，丁酸通過表觀遺傳學來抑制細胞增殖并促進細胞死亡，這表明對鍛煉的結腸癌患者有益。

　　為了測量鍛煉對抗腸道炎癥的益處，Woods及其同事們在小鼠中進行了首次鍛煉后糞便微生物組移植，并在2017年公布了他們的研究結果。他們從鍛煉的小鼠和沒有鍛煉的小鼠中提取出糞便物并將其移植到無菌小鼠中。然后，一旦腸道菌群在小鼠受者中建立起來，他們就會讓這些小鼠服用藥物，從而在它們的結腸中引起極度炎癥。與接受來自久坐小鼠的糞便微生物移植的小鼠受者相比，接受來自鍛煉的小鼠的糞便微生物移植的小鼠受者體重減輕并且具有更少的炎癥性疾病癥狀。類似的治療方案是否可以幫助腸易激綜合征---以持續性炎癥為特征---患者仍有待檢驗。

　　還有一個獨立的研究小組使用糞便微生物移植來測試它對肥胖的影響。在去年10月發表的一項研究中，他們報道了將來自鍛煉的小鼠的糞便物移植到喂食高脂肪飲食的肥胖小鼠體內可導致后者體重減輕、空腹血糖水平降低以及更低水平的促炎細胞因子水平。這些研究人員指出，這些研究結果表明來自均衡飲食的或定期鍛煉或者在最好的情況下這兩者結合的小鼠供者的糞便微生物移植可能有助于減輕肥胖對人類的不良影響。

　　最近的一項研究發現，在懷孕期間鍛煉的超重和肥胖的雌性大鼠也將有益于腸道健康的微生物轉移到它們的嬰兒身上。Campbell指出，有初步證據表明體力活動、腸道微生物和心理健康之間存在著潛在的關聯性。她說，“這些相關性已存在。其中的機制. . .是我們將要開始研究的。”

　　參考資料：

　　1.Exercise Changes Our Gut Microbes, But How Isn’t Yet Clear

　　https://www.the-scientist.com/news-opinion/exercise-changes-our-gut-microbes--but-how-isnt-yet-clear-66281

　　2.Sara C. Campbell et al. The Effect of Diet and Exercise on Intestinal Integrity and Microbial Diversity in Mice. PLoS ONE, 2016, doi:10.1371/journal.pone.0150502.

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　　7.Gut Microbes May Play a Role in Mental Health Disorders

　　https://www.the-scientist.com/news-opinion/gut-microbes-may-play-a-role-in-mental-health-disorders-66039

　　8.Shyam Prakaash Bhagavata Srinivasan et al. Impacts of Diet and Exercise on Maternal Gut Microbiota Are Transferred to Offspring. Frontiers in Endocrinology, 2018, doi:10.3389/fendo.2018.00716.

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