Nature：震惊！某些肠道细菌竟能增强运动的动力，提高运动表现

在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员以小鼠为研究对象，发现某些类型的肠道细菌激活了肠道中的神经，从而促进了运动的欲望。他们揭示了这种肠道到大脑的途径，有助于解释为什么一些肠道细菌能促进运动表现。相关研究结果于2022年12月14日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise”。

在这项研究中，这些作者发现在一大群实验室小鼠中，跑步表现的差异主要归因于表现较好的小鼠中存在某些肠道细菌物种。他们将这一效应追溯到这些肠道细菌产生的称为代谢物的小分子---这些代谢物刺激了肠道中的感觉神经，从而增强了运动时控制动机的大脑区域的活动。

论文通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院微生物学助理教授Christoph Thaiss博士说，“如果我们能确认人体存在类似的途径，它可能提供一种有效的方式来提高人们的运动水平，以普遍改善公共健康。”

Thaiss及其同事们开展了这项研究，以广泛寻找决定运动表现的因素。他们记录了遗传多样化小鼠的基因组序列、肠道细菌种类、血液中的代谢物以及其他数据。他们随后测量了它们每天自主在转轮上跑步的数量，以及它们的耐力。他们使用机器学习分析了这些数据，寻找能够最好地解释这些小鼠在跑步性能方面的巨大个体间差异的小鼠属性。他们惊讶地发现，遗传学似乎只占这些性能差异的一小部分，而肠道细菌种群的差异似乎更为重要。事实上，他们观察到，给小鼠服用广谱抗生素来清除它们的肠道细菌，会使它们的跑步表现减少一半左右。

最终，在宾夕法尼亚州和其他地方的十几个独立实验室参与的长达数年的科学侦查工作中，这些作者发现，两种与更好的跑步表现密切相关的细菌物种---直肠真杆菌（Eubacterium rectale）和规则粪球菌（Coprococcus eutactus），产生称为脂肪酸酰胺（fatty acid amide, FAA）的代谢物。脂肪酸酰胺会刺激埋藏在肠道内的感觉神经表面上称为CB1内大麻素受体的受体，而这些感觉神经通过脊柱连接到大脑。在运动时，刺激这些布满CB1受体的感觉神经导致一个叫做腹侧纹状体（ventral striatum）的大脑区域中的神经递质多巴胺水平增加。腹侧纹状体是大脑奖励和动机网络中的一个关键节点。他们得出结论，运动期间该大脑区域的额外多巴胺通过加强运动的欲望而提高了表现。

对多样性远交系小鼠运动表现的预测。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05525-z。

论文共同作者、宾夕法尼亚大学文理学院生物学副教授J. Nicholas Betley博士说，“这种肠道到大脑的动机途径可能已经进化到将营养物可用性和肠道细菌群体的状态与从事长时间体育活动的准备情况联系起来。这一研究方向可以发展成为一个全新的运动生理学分支。”

这些发现开辟了许多科学调查的新途径。例如，实验中有证据表明，表现较好的小鼠经历了更强烈的“跑步愉悦感”---在这种情况下通过疼痛敏感性下降来衡量，这提示着这种众所周知的现象也至少部分地由肠道细菌控制。这些作者如今计划进一步研究，以确认这种肠道到大脑的途径在人类中的存在。

他补充说，除了可能提供廉价、安全、基于饮食的方法让普通人跑步和优化精英运动员的表现之外，对这一途径的探索还可能产生更容易的方法，在成瘾和抑郁症等情况下改变动机和情绪。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Lenka Dohnalová et al. A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise, Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05525-z.