腸道菌群是科學研究界的寵兒。減肥、阿爾茨海默病、癌癥治療……都被證明與它有關?，F(xiàn)在，甚至你能跑多久也取決于你的腸道菌群！

近日，《自然-醫(yī)學》在線發(fā)表了一項最新研究：優(yōu)秀馬拉松運動員的腸道內(nèi)存在一種特殊的細菌，可以幫助他們提高運動成績。

論文截圖（圖片來源：Nature網(wǎng)站）

優(yōu)秀的運動員有優(yōu)秀的腸道菌群

哈佛大學的研究人員招募了15 名馬拉松運動員和10 名久坐的人作為對照。在馬拉松比賽前后的一周內(nèi)，研究人員收集了糞便樣本并對16S 核糖體DNA (rDNA) 基因進行了測序。

（圖片來源：veve畫廊）

明顯增加。

結果表明，馬拉松運動員運動前后腸道菌群差異最大的微生物是韋榮球菌屬細菌。為什么賽后腸道內(nèi)韋榮球菌屬細菌相對較多？這種細菌會和運動員的運動能力有關嗎？還是運動后的恢復？

韋榮球菌屬細菌數(shù)量顯著增加（圖片來源：參考1）

為了回答上述問題，研究人員從一名運動員的糞便樣本中分離出了韋榮氏菌菌株，——非典型韋榮氏菌。他們將這種菌株接種到小鼠腸道中，結果令人驚訝。這些小鼠的運動能力明顯增強，在特制的跑步機（跑輪）上跑步的時間明顯更長！

接種韋榮球菌疫苗的小鼠跑得更久（圖片來源：參考文獻1）

經(jīng)過進一步的機理分析，發(fā)現(xiàn)韋榮球菌以乳酸作為唯一的碳源。乳酸是運動后引起疼痛的主要物質(zhì)。運動時，肌肉消耗的葡萄糖代謝時會產(chǎn)生乳酸。由于相對過量的長跑，供氧不足會形成無氧代謝，導致體內(nèi)產(chǎn)生的乳酸在短時間內(nèi)無法進一步分解為水和二氧化碳。這會導致體內(nèi)積聚大量乳酸。乳酸堆積會導致局部肌肉酸痛。 （那你就跑不了多遠了?。?

這種細菌能否在運動后分解乳酸，從而有助于運動后恢復？研究人員對87名精英運動員進行了宏基因組分析，發(fā)現(xiàn)運動后，將乳酸代謝為丙酸的代謝基因的相對豐度明顯增加。此外，他們在小鼠身上使用同位素標記的乳酸后，證明血清中的乳酸可以穿過上皮屏障進入腸腔，這意味著運動后血液中積累的乳酸可以被轉(zhuǎn)運到腸道，而乳酸可以通過腸道內(nèi)的上皮屏障進入腸腔。在腸道內(nèi)可轉(zhuǎn)運至腸道。微生物可以分解乳酸。

運動員腸道菌群可促進運動后乳酸代謝（圖片來源：參考1）

乳酸會引起酸痛，那么分解乳酸可以提高運動能力嗎？是乳酸的去除，還是乳酸的分解產(chǎn)物丙酸也有這個作用呢？我們是不是應該嘗試看看丙酸是否也有這個作用呢？隨后，研究人員將丙酸鹽直接滴注到小鼠的直腸中，發(fā)現(xiàn)僅這種乳酸代謝物就足以重現(xiàn)通過胃內(nèi)給予韋榮球菌觀察到的跑步能力的增強。這表明腸道非典型韋榮球菌通過將運動誘導的乳酸代謝轉(zhuǎn)化為丙酸來延長運動時間并增強運動表現(xiàn)。

腸道菌群與運動的相互作用模型（圖片來源：參考文獻1）

運動可以改善腸道菌群組成

不僅腸道菌群會影響運動能力，運動也會影響腸道菌群！

2018年，芬蘭科學院的研究人員發(fā)現(xiàn)耐力運動訓練改變了腸道微生物群的組成。經(jīng)過六周的訓練，運動員腸道內(nèi)有害微生物減少，與新陳代謝相關的有益微生物（阿克曼氏菌）增加。

此外，伊利諾伊大學的兩項研究發(fā)現(xiàn)，運動者的腸道菌群環(huán)境比久坐者的腸道菌群環(huán)境更有利于健康。研究小組招募了久坐的成年人，在研究開始時對他們的腸道微生物群進行了采樣，然后實施了鍛煉計劃。在此期間，每周進行3次帶心率監(jiān)測的運動，每次30-60分鐘，持續(xù)6周。在運動計劃結束時再次對參與者的腸道微生物群進行采樣，并在恢復久坐生活方式后6 周再次采樣。

（圖片來源：veve畫廊）

研究發(fā)現(xiàn)，與久坐期間相比，運動期間糞便中短鏈脂肪酸（尤其是丁酸鹽）的濃度顯著升高，而當參與者恢復久坐生活方式時，其水平再次下降。此外，腸道中產(chǎn)生丁酸鹽的微生物比例較高。丁酸鹽是一種由腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸。它可以促進腸道細胞的健康，減少炎癥，為腸道提供能量。值得注意的是，這些變化在瘦人中最為明顯，而在肥胖者中相對輕微。

參與者在整個研究過程中保持正常飲食，僅改變運動方式。這證明，單獨運動就可以改善腸道菌群，而與飲食或其他因素無關。

人體內(nèi)的微生物還有什么不能做的呢？

人類微生物與疾病與健康的研究是近年來的熱門話題。

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

2003年之前，人們只研究腸道細菌。直到2003年，科學家首次報道了對人類糞便中非培養(yǎng)病毒群落的宏基因組分析，發(fā)現(xiàn)病毒、真菌和古細菌都是我們腸道菌群的重要成員，對人類健康具有潛在影響。一年后，即2004 年，兩項研究揭示了微生物群對粘膜免疫的調(diào)節(jié)、免疫系統(tǒng)如何感知腸道微生物群，以及細菌在正常條件下如何調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的發(fā)育。這些發(fā)現(xiàn)為微生物的免疫反應開辟了新的視角，這種反應不是宿主防御，而是共生的生理過程。

2005年和2006年，人們發(fā)現(xiàn)飲食變化改變了結腸菌群的降解活性：腸道菌群含有數(shù)千個基因，這些基因參與分解食物、從中獲取能量并影響人體新陳代謝。 2006年，人們第一次發(fā)現(xiàn)了腸道微生物的神奇，它實際上可以通過細菌移植來改變宿主的表型。研究人員發(fā)現(xiàn)，人類表型可以通過糞便細菌移植在小鼠身上復制。這項利用肥胖和瘦人糞便進行的第一項研究為研究微生物群與人類表型之間的機制聯(lián)系鋪平了道路。 2010年，研究發(fā)現(xiàn)抗生素會對細菌菌群組成和宿主健康產(chǎn)生不利影響。抗生素不僅作用于引起感染的細菌，還會影響原生菌群。健康個體使用環(huán)丙沙星會影響糞便樣本中約三分之一細菌類群的豐度。

更令人驚奇的是，2012年，人類發(fā)現(xiàn)了植物-腸-腦軸的存在。一些實驗發(fā)現(xiàn)，菌群的缺乏會影響小鼠的行為、大腦基因表達和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。最近的一些人類研究揭示了微生物群與人類神經(jīng)系統(tǒng)之間的潛在聯(lián)系。最近，我們有了新發(fā)現(xiàn)，人體腸道菌群可以對癌癥治療產(chǎn)生反應，并影響癌癥治療的有效性。 2018 年的一項研究證實，腸道菌群的組成會影響黑色素瘤、晚期肺癌和晚期腎癌患者對免疫檢查點抑制劑治療的反應和腫瘤控制。

2007年，人類微生物組計劃（HMP）被提出。該項目不僅是2003年完成的人類基因組計劃的延伸，也是第一個真正的人類微生物組計劃。世界其他國家和組織也相繼啟動了各種微生物組研究項目。

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

HMP的目標是針對無明顯疾病的健康人群，檢測腸道、皮膚、女性生殖道的微生物群落組成，對人體內(nèi)存在的常見微生物以及不同部位的微生物進行全景圖人體的。此外，和記醫(yī)藥還開發(fā)了支持可重復的全身微生物組采樣、數(shù)據(jù)生成、微生物組計算方法和流行病學分析等的實驗方案，并獲得了大量數(shù)據(jù)。 HMP為我們發(fā)現(xiàn)和了解人體內(nèi)的微生物群落奠定了基礎，同時也提出了一個問題：微生物在健康和疾病中發(fā)揮什么作用？ iHMP 回答了這個問題。

2019年5月30日，綜合人類微生物組計劃（iHMP）的研究成果在《自然》封面上發(fā)布。作為健康管理計劃的第二階段，該計劃包括三個部分：微生物組與早產(chǎn)、微生物組與炎癥性腸病、微生物組與糖尿病前期，即與微生物組關系最密切的三種生理或病理狀況。通過對這三種疾病與人體微生物的研究，進一步解答了微生物與人類健康和疾病的關系：早產(chǎn)、炎癥性腸病和糖尿病都與特定的微生物成分有關。微生物失調(diào)可能會影響人體健康并引起上述疾病的發(fā)生。

2019 年5 月30 日《自然》 封面聚焦綜合人類微生物組項目(iHMP)

結論

目前我們已經(jīng)知道腸道菌群對我們健康的很多方面都有著巨大的影響，很多因素也會影響腸道菌群的組成。如果未來有更多研究報道，請不要感到驚訝。

人體微生物是我們?nèi)梭w的一個器官，與身體的其他器官有著密切的聯(lián)系。任何身體疾病或健康都與人體微生物有關，這并不奇怪。我們也期待更多的研究，共同揭開人類微生物的奧秘。