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Nature:肠道细菌通过促进大脑快感,增加对运动的欲望

来源:生物世界 2022-12-21 13:36

研究团队表示,这种从肠道到大脑(gut-to-brain)的通路可能已经进化到将营养可用性和肠道细菌种群状态与进行长时间运动的准备程度联系起来,这一研究方向可能会发展成为运动生理学的一个全新分支。

人类和其他哺乳动物一样,身体被包括细菌病毒真菌在内的数万亿微生物占据,这些微生物被统称为共生菌群。从某种意义上来说,“人”是一个由人体和共生菌群的多元复合体。

人体肠道内寄生着大量微生物,这些肠道微生物群,影响着人类肥胖、肠炎、自身免疫疾病、对癌症治疗药物的反应,甚至影响人类寿命等等。越来越多的证据揭示了人类与这些肠道微生物群之间的相互依赖程度,也强调了脑肠轴的重要性。

宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为:A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise 的研究论文。

研究团队在实验室小鼠中发现,跑步表现好的小鼠很大程度上得益于他们肠道中的两种细菌,该研究还进一步揭示了这些细菌通过产生的小分子代谢物脂肪酸酰胺(FAA)激活肠道神经,进而增加大脑腹侧纹状体的多巴胺水平,从而促进运动欲望这一发现揭示了肠道到大脑的通路,解释了为什么有些细菌能提高运动表现。

该论文的通讯作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院助理教授 Christoph Thaiss 博士表示,如果进一步研究证实人类也存在类似的通路,就可以提供一种有效的方法来提高人们的运动水平,从而普遍改善公众健康。

研究团队之所以开展这项研究,是为了寻找能够决定运动表现的因素。他们记录了多种不同小鼠模型的基因组序列、肠道细菌种类、血液代谢物和其他数据。然后,他们测量了这些小鼠每天自主跑轮的运动量,以及它们的耐力。

然后研究团队使用机器学习(Machine Learning)分析这些实验数据,寻找小鼠属性,以最好地解释它们在跑步表现上的巨大个体差异。

研究团队惊讶地发现,基因只占这些运动表现差异的一小部分,而肠道菌群的差异似乎更重要。给小鼠服用广谱抗生素以清除肠道细菌,会让它们的跑步成绩降低一半左右。

最终,在经过长达数年研究后,研究团队和其他多个独立实验室发现,有两种肠道细菌与更好的运动能力密切相关——直肠真杆菌Eubacterium rectale规则粪球菌Coprococcus eutactus,它们代谢产生了脂肪酸酰胺(FAA)。FAA能够与内源性大麻受体CB1结合并刺激肠内感觉神经,肠内感觉神经通过脊椎与大脑连接。

在运动时,这些布满CB1受体的肠内感觉神经受到刺激,会导致大脑腹侧纹状体(ventral striatum)区域的神经递质多巴胺水平增加。纹状体(striatum)是大脑奖励和动机网络的关键节点,因此,运动时该区域额外的多巴胺水平能够通过加强运动欲望来提高运动表现。

研究团队表示,这种从肠道到大脑(gut-to-brain)的通路可能已经进化到将营养可用性和肠道细菌种群状态与进行长时间运动的准备程度联系起来,这一研究方向可能会发展成为运动生理学的一个全新分支。

这项研究为科学研究开辟了许多新的方向。例如,从实验中得到的证据表明,运动表现更好的小鼠经历了更强烈的“跑者高潮”(Runner's High)——在这种情况下,疼痛敏感性降低,暗示了这一众所周知的现象至少部分是由肠道细菌控制的。

 

研究团队正在计划进一步的研究,以证实在人类存在这种从肠道到大脑的促进运动欲望的通路。这项研究有望提供一种廉价、安全、以饮食为基础的方法,来提高普通人和精英运动员的运动表现,对这一通路的探索还可能产生一种更简单的方法,在成瘾和抑郁等情况下改变动机和情绪。

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