馬拉松運(yùn)動員的糞便與眾不同？其中特有細(xì)菌可提高運(yùn)動能力

王新凱

近日，《Nature Medicine 》發(fā)表了美國哈佛大學(xué)遺傳學(xué)教授喬治·丘奇領(lǐng)導(dǎo)的來自韋斯研究所、哈佛醫(yī)學(xué)院和喬斯林糖尿病中心合作團(tuán)隊的一項最新重磅成果。研究人員在馬拉松運(yùn)動員的腸道微生物群落中發(fā)現(xiàn)了一種能提高運(yùn)動成績的微生物，并且小鼠實(shí)驗證明，移植馬拉松運(yùn)動員身上分離出來這種腸道細(xì)菌，能夠?qū)⑿∈蟮倪\(yùn)動測試表現(xiàn)提高 13%。

這一發(fā)現(xiàn)也為開發(fā)有效提高運(yùn)動成績的益生菌鋪平了道路。“在這個項目開始的時候，我們假設(shè)優(yōu)秀運(yùn)動員的腸道微生物群一定有高度調(diào)整的共同細(xì)菌種類，這可以幫助他們的運(yùn)動表現(xiàn)和身體恢復(fù)，一旦確定這些細(xì)菌種類，可能成為可以提高成績的益生菌的基礎(chǔ)。”研究論文第一作者，哈佛大學(xué)韋斯研究所核心研究成員喬納森·謝爾曼說道。

作為該研究項目的發(fā)起者之一，喬納森·謝爾曼還是與一家與 George Church 聯(lián)合創(chuàng)立的微生物組生物技術(shù)公司 FitBiomics 的 CEO，也曾是一名職業(yè)籃球運(yùn)動員。

喬納森·謝爾曼

與眾不同的運(yùn)動員腸道細(xì)菌

人類微生物組是大量微生物的集合體，寄生在我們器官和皮膚表面，是維持人體整體健康的重要“力量”。人體內(nèi)居住的微生物種類高達(dá)上千種，它們的基因總量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類基因組。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，沒有任何兩個個體擁有完全相同的微生物群，個體的微生物群組成可以隨著飲食、生活方式、抗生素和其他藥物的治療以及其他環(huán)境因素而改變。

腸道微生物

盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)個體微生物群與肥胖、炎癥性腸病、關(guān)節(jié)炎、癌癥和自閉癥等多種疾病之間存在著各種各樣的聯(lián)系，但是目前仍然不確定，如果往好的方向改變微生物群組成，是否能夠促進(jìn)改善身體健康和生理表現(xiàn)。

在最新的這項研究中，由丘奇領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種稱為韋永氏球菌屬的特異性細(xì)菌，在完成42公里比賽的馬拉松運(yùn)動員以及奧運(yùn)會運(yùn)動員群體的腸道菌落中更為豐富。

具體而言，研究人員在運(yùn)動員跑步前一周和跑步后一周每天收集糞便樣本，通過對樣本中DNA序列的分析，研究人員能夠揭示運(yùn)動員腸道微生物的組成，以及確定整個微生物群落中有意義的波動變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最突出的是Veillonella顯著增加。

眾所周知的是，隨著長時間劇烈運(yùn)動，人體內(nèi)會積累乳酸，而 Veillonella 能夠?qū)⑷樗嶙鳛橐环N能量來源。為了進(jìn)一步研究運(yùn)動員體內(nèi)的這種特殊細(xì)菌，研究小組更進(jìn)一步，從馬拉松運(yùn)動員的微生物群中分離出一種被稱為異型微孔菌的單種細(xì)菌，并將其移植到小鼠的腸道中。

有趣的是，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組小鼠相比，移植了從馬拉松運(yùn)動員身上分離出來細(xì)菌的小鼠，在實(shí)驗室跑步機(jī)測試中的表現(xiàn)提高了13%。“我們能夠證明，由毛細(xì)血管推動的運(yùn)動能力提升是由于該細(xì)菌能夠分解乳酸，并產(chǎn)生丙酸鹽（propionate，一種短鏈脂肪酸，SCFA），從而增強(qiáng)身體對運(yùn)動壓力的彈性。”同為研究論文通訊作者之一的喬斯林糖尿病中心微生物學(xué)助理教授阿勒克山達(dá)·科斯蒂奇說道。

開發(fā)提高運(yùn)動能力的益生菌

在優(yōu)秀運(yùn)動員微生物群中發(fā)現(xiàn)的特有細(xì)菌，已經(jīng)在小鼠實(shí)驗中證實(shí)可以提高小鼠的運(yùn)動成績，這也為未來開發(fā)提高運(yùn)動能力的益生菌產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。乳酸產(chǎn)生于運(yùn)動的肌肉中，并進(jìn)入血液系統(tǒng)中循環(huán)，最終被肝臟清除，而生活在腸道內(nèi)的細(xì)菌，怎么會影響到乳酸代謝呢？這兩者之間看起來似乎并沒有明顯的聯(lián)系。

事實(shí)上，研究小組提供的證據(jù)表明，乳酸可以從循環(huán)系統(tǒng)中穿過腸上皮壁進(jìn)入腸腔，在那里，它可以被Veillonella或其他細(xì)菌利用。有趣的是，這種細(xì)菌并沒有充當(dāng)“消滅乳酸”的角色，導(dǎo)致體內(nèi)循環(huán)乳酸水平的大幅下降。相反，細(xì)菌乳酸發(fā)酵的產(chǎn)物，即短鏈脂肪酸丙酸鹽，還能夠從腸道腔回到循環(huán)系統(tǒng)以提高運(yùn)動能力。

研究人員進(jìn)一步證實(shí)，當(dāng)向小鼠腸道內(nèi)腔注入丙酸鹽時，可以再現(xiàn)Veillonella的影響，包括增加跑步機(jī)跑到筋疲力盡的時間、降低極限運(yùn)動小鼠模型腸道中上升炎癥標(biāo)志物的水平。研究人員推測，丙酸鹽可以通過對抗炎癥、作為身體的能量來源以及其他未知的作用來展示它的性能優(yōu)勢。而且值得注意的是，運(yùn)動能力越強(qiáng)，糖尿病患者的病情進(jìn)展越溫和，壽命也越長，這也可能會使Veillonella益生菌治療成為可能。

這項研究很好地驗證了最初的假設(shè)，并提供了人體宿主和微生物群之間代謝共生的最引人注目的例子之一，這種共生關(guān)系不僅可以廣泛應(yīng)用于運(yùn)動員，還可以用于改善患者的健康。“現(xiàn)在，我們已經(jīng)建立了一個平臺來識別與極限運(yùn)動相關(guān)的微生物，我們可以探索其他類型的極限運(yùn)動員或高度適應(yīng)環(huán)境挑戰(zhàn)的個人的微生物群落，發(fā)現(xiàn)更多有益的功能聯(lián)系，并致力于將它們轉(zhuǎn)化為益生菌治療。”

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）