肠道菌群：从生命健康到体育运动

梁 茹，周继远

（1.北京体育大学，北京 100084；2.深圳北京大学香港科技大学医学中心北京大学深圳医院，广东 深圳 518035）

1 肠道菌群与人类健康的关系

人体内存在约1～2kg细菌，其中90%定值在人体肠道内。就整体而言，人体细胞是由10%人体自身细胞和90%的细菌细胞组成，而人体基因是由约2.3万的自身基因和超过300万的细菌基因组成。因此，肠道菌群被认为是人类后天获得的“第二套基因库”，也被称作被人类遗忘的一个重要“器官”。

肠道菌群参与人类生命过程的诸多环节。婴儿出生后会暴露在不同微生物环境中，最先接触的微生物会迅速定值在肠道内并形成最初的肠道微生态结构。目前研究认为，分娩方式决定了人类最初的肠道菌群结构特征。顺产儿最早接触的菌群来自于母体阴道，以乳酸杆菌居多，而剖腹产儿最先接触的是母体皮肤，因此，肠道内初次定值的以葡萄球菌属、丙酸杆菌属居多。婴幼儿在成长过程中，随着抗生素应用、饮食习惯、运动等多种因素的影响，肠道菌群也发生明显改变。

大量的研究报道，肠道菌群紊乱与代谢性疾病、炎症性肠病、动脉粥样硬化、抑郁症等发生发展密切相关。其中，肥胖症是目前研究较早、最为系统的一种疾病。早在2004年，Gordon团队在美国科学院杂志首次提出，肠道菌群作为一个整体具有调节与脂肪存储、合成和消耗相关基因表达的作用。在肥胖症中，肠道菌群可通过下调脂肪消耗相关基因，上调脂肪合成相关基因，从而促使机体向过度积累和合成脂肪的方向发展。该研究一经报道，引起学术界高度关注。该团队通过进一步的研究发现，给无菌小鼠灌注来自肥胖小鼠的粪便后，其能量吸收率提高同时伴有体质质量的显著增加；该研究提示，特定的肠道菌群可从食物中摄取更多的能量。该研究首次证明，特定菌群的定值可能与肥胖的发生有关，但尚不清楚为哪些特定细菌参与。2007年Cani等从微生物产物的角度证明，肠道菌群产生的内毒素诱导全身性慢性炎症是肥胖症发生中必不可少的因素。因此，调节肠道菌群，降低血浆内毒素浓度是控制肥胖症发生和进展的治疗策略之一。Le Chatelier等通过宏基因组学及代谢组学对比分析169例肥胖丹麦人和123例健康人的粪便及代谢产物发现，2组人群肠道菌群的结构和基因丰富性截然不同。与菌群基因丰富性较高的个体相比，低基因丰富性个体具有显著的肥胖特征、胰岛素抵抗、脂代谢紊乱以及更严重的炎症表型。因此，肠道菌群的基因丰富性及其相关代谢产物可能与肥胖症发生有关。 然而，以上研究仅仅是从不同层面研究肠道菌群和肥胖症的相关性，对于肥胖症发生与肠道菌群的因果关系并无确切的证据。2013年我国学者赵立平教授等报道了一例体重为174.8kg，体质指数为58.8的肥胖症患者，该患者通过持续23周纯谷物饮食及联合益生元干预后体重减轻51kg，同时患者的ALT、血糖、血脂、CRP等指标均恢复正常。进一步通过高脂饲养无菌小鼠，发现无菌小鼠很难诱发肥胖；当培养肥胖症患者的粪便同时分离一种叫阴沟肠杆菌的肠道细菌并将该细菌移植到无菌小鼠肠道后引发肥胖。该研究首次证实了肠道细菌可导致肥胖症发生，也为证明肠道条件致病菌引起肥胖和胰岛素抵抗提供有力依据。

目前，对于肠道菌群与疾病发生的研究仍处于早期研究阶段，较多的研究仅仅是从菌群多样性及结构的改变、某种（类）肠道细菌及其相关代谢产物的层面阐述肠道菌群与某类疾病发生的相关性问题。不过，随着肠道细菌检测方法、细菌分离及培养技术的不断提高，未来更多疾病的发生与肠道菌群因果关系将被界定。另外，如何通过调节肠道菌群维持人类健康、防治疾病发生也将是生命健康领域中肠道微生物研究的重要研究方向。

2 运动锻炼可改变肠道菌群结构及多样性

运动可以改善健康状况，提高生活质量，被公众认为是一种可提高机体免疫力，阻止疾病进展的途径之一。运动锻炼在对代谢性疾病如肥胖、糖尿病及心脑血管疾病等可发挥较为有利的影响。以往报道，运动锻炼可以通过影响激素压力反应系统如下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统，缓解与压力相关的疾病，从而有助于减少情绪、生理和代谢反应并增加积极的情绪。此外，体育锻炼也可以通过促进抗炎症反应，增加神经可塑性等机制影响人类健康。近年来的研究发现，体育锻炼与机体的肠道菌群特点的关系较为密切。因此，美国著名学者Tiffany Weir预言，体育锻炼将成为肠道菌群研究的下一前沿。

目前，动物实验结果已经表明，运动可影响人体肠道菌群的结构及多样性。Choi 等研究发现，与久坐的小鼠相比，反复运动的小鼠的肠道菌群构成更为丰富，约有2 510种肠道细菌在2组间存在较大差异，其中，经常运动的小鼠肠道存在较多的Lactobacillales目中的Enterococcus faecium菌， 而Tenericutes门类中的C11_K211菌较少。Queipo-Ortuno等在大鼠实验中也同样证实，经常运动的大鼠肠道菌群中Lactobacillales和Blautia coccoides . Eubacterium rectale较多。

那么，运动锻炼是如何影响肠道菌群呢？Campbell和Wisniewski认为，运动可能通过减少肠道炎症对肠道微生物产生独特的影响。但运动的幅度或强度对降低肠道炎症程度，调节肠道菌群的作用存在较大差异。对于中度运动可以减轻肠道炎症，对肠道菌群发挥积极作用，而剧烈运动对维持正常的肠道屏障功能会负面影响；这也提示，体育锻炼尤其对于专业水平运动员中调节肠道菌群的可能存在较为复杂的机制。Allison 和Núria认为，运动诱导压力的降低可通过下丘脑-垂体肾上腺轴影响肠道微生物（即大脑-微生态轴）。B.ckhed等在其研究中发现，无菌大鼠中5′腺苷单磷酸盐激活蛋白激酶（pAMPK） 和AMPK-非依赖型FIAF蛋白过表达，而该蛋白在骨骼肌中具有调节葡萄糖摄取和脂质氧化作用。因此，机体可通过肌肉—微生态轴途径将运动与肠道菌群联系起来。除此之外，基于胆汁酸调节、免疫调节等途径，也是联系运动与微生态之间关联的重要机制。

目前，运动与肠道菌群相关的研究刚刚起步，大多数局限于动物实验水平，而对于运动人体与肠道菌群的相关研究同样较少。然而，可以明确的是，未来围绕运动锻炼对肠道内特定细菌和宿主之间相互作用的机制研究，将对体育锻炼指导人体健康、提高运动员技能发挥将具有较为深远的现实意义。

3 专业体育运动员与肠道菌群特征分析

近年来，以专业体育运动员为研究对象的相关研究结果指出，运动员具有独特的肠道菌群结构特征。Clarke等人首次通过分析专业橄榄球运动员的肠道菌群特征发现，与非运动员相比，专业运动员的肠道菌群多样性较高，其中存在的22个独特的门类细菌与机体蛋白的消耗及肌酸激酶存在明显的正相关性。Wiley 等通过宏基因组学及代谢组学方法进一步分析了国际橄榄球联盟专业球员的肠道菌群特征发现，与久坐的志愿者相比，专业运动员的肠道菌群富有与氨基酸生物合成、碳水化合物代谢和短链脂肪酸合成等途径相关基因及其代谢产物。该研究也为运动、肠道菌群代谢及健康的关系提供了新的支持证据。 Peterse等通过分析自行车专业运动员的肠道菌群特征，高丰度的普氏菌属与每周训练时间相关，而普氏菌属的丰度增加与氨基酸及碳水化合物代谢通路相关，史氏甲烷短杆菌转录产物的丰度在职业自行车运动员中更高，该研究指出，运动训练强度与特定肠道细菌的丰度、转录及代谢物水平可能存在明显的相关性。以上研究均已表明，运动与肠道菌群存在较为重要的关系，某种或某些特有肠道细菌可能参与运动员体能消耗等过程。

影响运动员肠道菌群结构的因素很多，而基于运动员的特有饮食习惯和运动最为重要2个因素。不同于动物实验研究，对于运动员肠道菌群多样性是受到运动锻炼的影响，还是由于与特有饮食习惯如高蛋白饮食的共同作用所致，目前尚无清楚。Cronin等在最新的一项研究中发现，短期锻炼对肠道菌群多样性的影响有限，而运动人士长期服用蛋白补剂可显著改变肠道病毒组的结构，但是肠道菌群的功能活性并未受到短期中等运动或（和）服用蛋白补剂的影响。因此，运动员的饮食习惯、运动与肠道菌群之间的相互关系需要更为精细的后续研究。

4 结 语

随着肠道菌群相关研究的不断推进，以调节肠道菌群为目的的治疗手段如益生元、粪便移植等已开始应用于临床实践中。而运动作为一种大众化且低成本可增强身体素质，提高健康水平的方式，在实际生活中更应该受到广泛重视。目前，诸多的研究均已证实，运动可以影响肠道菌群特点，尽管其具体机制尚不完全明确，但可以肯定的是，对于运动-调节肠道菌群将是未来运动指导健康的重要关注点之一。对专业运动员而言，其肠道菌群的结构特征与运动类型、饮食习惯密切相关，而肠道高丰度的特有细菌及其代谢产物可能是维持体育技能发挥的必要条件。因此，未来了解和关注专业运动员的肠道菌群特点，同时将肠道菌群作为运动员健康水平的常规检测指标具有一定的必然性。