腸道菌群與肥胖的關聯及運動干預策略研究

摘要：腸道菌群的平衡對于機體健康至關重要。當腸道菌群失調時，會引發低度、慢性、全身性的炎癥，進而導致多種代謝性疾病，甚至更嚴重的健康問題。運動作為一種非藥物治療方式，通過動物和人體實驗提供了充足的證據，表明適度運動能夠增加腸道菌群的多樣性，優化腸道結構，減少促炎因子的產生，從而積極調控腸道菌群的功能。本文綜述了運動作為外部應激源對腸道菌群結構和多樣性變化的影響，以及腸道菌群在改善肥胖癥中的機制，旨在為肥胖的預防和治療提供新的思路。

關鍵詞：腸道菌群；肥胖癥；運動干預；炎癥因子;腸道代謝

The Research Status of Exercise Intervention for Obesity from the Perspective of Gut Microbiota

Liu Baojun， Wang Yingsong， Xing Jing*

（School of Sports and Health，Nanjing Sport Institute， Nanjing， Jiangsu 210014， China）

Abstract： The balance of gut microbiota is crucial for human health. When gut microbiota is imbalanced， it can cause low-grade， chronic， systemic inflammation， leading to various metabolic diseases and even more serious health problems. As a non-pharmacological treatment method， exercise has provided sufficient evidence through animal and human experiments， showing that moderate exercise can increase the diversity of gut microbiota， optimize the structure of the gut， reduce the production of pro-inflammatory factors， and thus positively regulate the function of gut microbiota. This review summarizes the effects of exercise as an external stress source on the structure and diversity of gut microbiota， and the mechanisms of gut microbiota in improving obesity， aiming to provide new ideas for the prevention and treatment of obesity.

Keywords： gut microbiota; obesity; exercise intervention; inflammatory factors.

隨著科技的飛速發展和社會的持續進步，肥胖問題在當今時代已經躍升為全球公共健康領域的一項重大關切。它不僅影響著個體的生活質量，還與一系列嚴重的代謝性疾病，如糖尿病、高血壓及心血管疾病等緊密相關。近年來，隨著微生物組學研究的不斷深入，腸道菌群在肥胖癥發生和發展過程中所扮演的關鍵角色逐漸浮出水面，引起了科學界和醫學界的廣泛關注。越來越多的證據表明，腸道微生物的失衡是多種代謝性疾病的重要病因學因素之一。腸道內寄居著數以萬億計的微生物，它們共同構成了一個復雜而精細的生態系統，對宿主的代謝、免疫和營養吸收等方面發揮著至關重要的作用。當這個生態系統的多樣性和結構發生失衡時，可能會觸發一系列病理生理過程，包括胰島素敏感性的下降、全身炎癥反應的加劇以及代謝功能的異常，進而顯著增加個體罹患2型糖尿病、肥胖、高血壓及非酒精性脂肪性肝病等疾病的風險。在這一背景下，尋找有效的干預手段以調節腸道菌群結構，進而預防和治療肥胖癥及其相關代謝性疾病顯得尤為重要。運動作為一種非藥物性、安全且經濟的干預手段，近年來已被多項研究所證實對改善腸道菌群結構和功能具有積極作用。通過運動，不僅可以促進腸道蠕動，增加腸道微生物的多樣性，還可能通過調節宿主代謝和免疫功能，間接影響腸道菌群的生態平衡[1]。本文旨在全面綜述運動對肥胖人群腸道菌群的具體影響及其潛在機制，以期為肥胖癥的防治提供新的思路和策略。通過深入探討運動如何作用于腸道微生物群落，以及這種作用如何進一步影響宿主的代謝健康和疾病風險，我們有望為肥胖癥及其相關代謝性疾病的防控開辟一條全新的路徑。

1.腸道菌群與健康

人體消化道內棲息著一個復雜且多樣化的微生物生態系統，即腸道菌群，其總體質量約為1至2公斤，所含基因數目竟高達人類基因組的150倍，充分展示了微生物世界的遺傳多樣性和復雜性。依據對宿主健康產生的效應差異，腸道菌群可被科學地劃分為益生菌、中性菌及條件致病菌這三大生態類別。益生菌，作為腸道內的關鍵功能性微生物，多為厭氧性物種，它們在調節宿主代謝功能和免疫系統穩態方面扮演著核心角色。通過代謝產生諸如短鏈脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids，SCFAs）等有益代謝產物，益生菌不僅為宿主提供必要的營養支持，還積極參與腸道黏膜屏障的構建與維護，有效抵御外界病原體和有害物質的侵襲，從而維護腸道健康。中性菌則相對中立，它們大多隨著糞便排出體外，不直接對宿主健康產生顯著的正面或負面效應。然而，中性菌的存在豐富了腸道微生物群落的多樣性，對于維持腸道微生態平衡具有不可或缺的作用。條件致病菌則是一種潛在的生態風險因子，它們在正常狀態下與其他菌群保持動態平衡，但當腸道環境失衡或宿主免疫力下降時，它們可能大量增殖并引發疾病。因此，保持益生菌與條件致病菌之間的動態平衡，對于維護宿主的整體健康至關重要[2]。

腸道菌群與肥胖之間存在著密切的關系，特別是在能量吸收和脂肪代謝方面。具體來說，腸道內的微生物群落通過發酵不可消化的碳水化合物（如纖維素）產生SCFA，如乙酸、丙酸和丁酸。這些SCFA不僅能夠為宿主提供額外的能量來源，還參與調節腸道上皮細胞的能量代謝。例如，乙酸可以被腸道上皮細胞直接吸收并利用于脂肪合成，而丙酸則可能通過影響脂肪組織中的基因表達來促進脂肪積累[1]。此外，腸道菌群還能影響（Lipopolysaccharide，LPS）水平，進而抑制LPS誘發的炎癥反應，誘發的炎癥，從而降低肥胖風險[2]。鑒于每個人的腸道菌群構成具有高度的個體差異性，但保持相對穩定的狀態是反映宿主健康水平的重要指標之一[3]。因此，運動作為一種非藥物性干預手段，在預防和控制肥胖及相關炎癥性疾病方面具有巨大潛力。

2.腸道菌群與肥胖癥代謝

肥胖是一種由多種因素引發的慢性代謝病，對人類身心健康及生活質量造成了嚴重影響。據流行病學數據顯示，全球超重與肥胖人群的比例已達到30%，且這一數字還在逐年攀升[4]。公認導致肥胖的因素涵蓋了遺傳、飲食習慣、體育活動以及睡眠等方面。然而，腸道菌群在調節宿主代謝過程中同樣起著舉足輕重的作用，眾多研究均指出腸道菌群失衡與肥胖的發展之間存在著緊密聯系[5]。實驗結果顯示，擁有完整腸道菌群的小鼠，在攝入高脂高熱量食物后更容易變得肥胖。而如果將正常小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠體內，后者也會迅速出現肥胖癥狀。深入分析發現，正常小鼠的腸道內富含SCFAs代謝產物，而肥胖小鼠的腸道菌群結構則出現失衡，具體表現為擬桿菌數量減少，厚壁菌數量增加[6]。因此，腸道菌群的失衡被視為導致肥胖發生發展的關鍵因素之一，這為肥胖的預防和治療提供了新的視角和潛在靶點。

2.1腸道菌群與能量吸收

腸道菌群在宿主的健康和疾病中發揮著重要作用，尤其是在能量代謝方面。腸道菌群能夠分解宿主無法消化的膳食纖維，產生多種代謝產物，其中SCFAs（如乙酸、丙酸和丁酸）是最重要的一類。這些SCFAs不僅能被宿主直接吸收利用，提供能量，還在多種生理過程中起到調節作用，從而增加整體能量攝入。這種能量提取和利用機制對宿主的體重和代謝健康具有深遠影響。研究表明，肥胖個體的腸道菌群具有更高的能量提取能力，能夠更有效地將膳食纖維轉化為可利用的SCFAs。Yang等人的研究[7]發現，將肥胖小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠體內后，受體小鼠的體重顯著增加，結果表明，腸道菌群的組成和功能可以直接影響宿主的體重和脂肪儲存能力。這一發現為理解肥胖的微生物學基礎提供了重要線索，提示腸道菌群在能量平衡和肥胖發生中起著關鍵作用。SCFAs不僅僅是能量的提供者，它們通過多種機制影響宿主的代謝和脂肪儲存過程。SCFAs通過激活特定的G蛋白偶聯受體，在調節脂肪細胞功能方面起著重要作用[8]。G蛋白偶聯受體41（G protein-coupled receptor 41，GPR41）和G蛋白偶聯受體43（G protein-coupled receptor 43，GPR43）是SCFAs的主要受體，這些受體在脂肪細胞和其他代謝相關組織中廣泛表達。SCFAs與這些受體結合后，可以啟動一系列信號傳導途徑，最終導致脂肪細胞的脂肪合成和儲存增加[9]。此外，SCFAs還可以通過影響胰島素敏感性和炎癥反應來調節宿主的代謝狀態。乙酸、丙酸和丁酸等SCFAs能夠提高胰島素敏感性，促進葡萄糖的利用和儲存，從而在一定程度上防止血糖水平的過度升高。然而，過量的SCFAs也可能導致脂肪過度合成和儲存，從而促進肥胖的發生。因此，SCFAs在宿主代謝中的作用是雙重的，既可以有益于代謝健康，也可能在某些條件下促進代謝紊亂和肥胖[10]。腸道菌群通過產生SCFAs宿主的能量代謝和脂肪儲存產生深遠影響，肥胖個體的腸道菌群表現出更高的能量提取能力，這可能通過增加SCFAs的產生和利用，進一步促進脂肪合成和儲存[11]。

2.2腸道菌群與脂肪代謝

腸道菌群在宿主脂肪代謝中扮演著至關重要的角色，通過調節宿主的脂肪生成和分解過程，顯著影響脂肪的代謝。肥胖個體的腸道菌群通常表現出較高的脂肪生成（脂肪合成）和較低的脂肪分解（脂肪氧化）活性[12]。這種調節作用是通過一系列復雜的機制實現的，其中腸道菌群的組成和功能變化起著核心作用。研究發現，肥胖小鼠體內的厚壁菌門比例較高，而擬桿菌門比例較低，這種菌群結構的變化與脂肪生成增加和脂肪分解減少密切相關[13]。厚壁菌門中的某些細菌能夠更有效地分解膳食纖維并產生SCFAs，這些SCFAs不僅可以提供額外的能量，還能通過激活特定的信號通路促進脂肪細胞的脂肪合成[14]。這一發現提示，腸道菌群的組成不僅影響能量提取效率，還通過代謝產物直接調節脂肪代謝過程。

3運動干預對肥胖癥作用機制

3.1運動優化腸道菌群架構，提升短鏈脂肪酸水平

近年來，眾多研究紛紛證實，多樣化的運動干預策略能有效調整宿主腸道菌群的架構與構成，而適量的身體活動能夠增進腸道菌群的多樣性及有益菌群的豐度。SCFAs，具體包含乙酸鹽、丙酸鹽及丁酸鹽，其中丁酸鹽在調節腸道粘膜細胞生長分化、參與能量代謝過程以及通過激活相關通路減輕腸道炎癥方面扮演著重要角色[15] 。丁酸鹽不僅能夠調節腸道粘膜細胞的增殖和分化，參與能量代謝，還能通過激活細胞的NF-κB通路減少腸道炎癥的發生。這一機制說明，丁酸鹽在維持腸道健康和防止炎癥性腸病等疾病方面起著關鍵作用。SCFAs作為腸道菌群的代謝產物，不僅對腸道細胞提供能量，還通過多種途徑影響宿主的全身代謝和免疫功能。運動干預不僅能夠增加腸道菌群的多樣性，還能促進有益代謝產物的生成。這種變化可能與運動對腸道環境的影響有關，例如增加腸道的血流量和氧氣供應，進而支持有益菌群的生長。此外，SCFAs能夠通過激活自由脂肪酸受體2（FFAR2）抑制促炎細胞因子如IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達，從而發揮抗炎作用[22]。這一抗炎作用對于維護宿主的整體健康至關重要，特別是在降低與慢性炎癥相關的疾病風險，如肥胖、糖尿病及心血管疾病等方面。通過減輕炎癥反應，SCFAs有助于提升胰島素敏感性，改善代謝健康狀態，進而減少肥胖及其并發癥的發生概率。

3.2 運動調節腸道菌群平衡，減少脂多糖誘發炎癥

細菌外層所含的復雜成分之一——LPS，作為一種重要的生物活性分子，具備引發機體產生低水平但持續性內源性炎癥反應的能力。這一作用機制主要依賴于LPS與骨骼肌細胞表面廣泛分布的Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）之間的特異性結合。當LPS與TLRs相遇時，會激活一系列復雜的信號轉導通路，進而觸發細胞內促炎細胞因子（如白細胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α等）、趨化因子及共刺激分子相關基因的表達上調。這一系列分子級聯反應共同促進了炎癥反應的啟動和維持，對機體的免疫穩態產生深遠影響[16]。王鵬等人針對一群肥胖的兒童，設計并實施了一項精心策劃的運動干預計劃。該計劃初期以中等強度運動為主，旨在逐步提升參與者的體能和適應性，隨后逐漸過渡到高強度運動階段，以期達到更顯著的生理效應。研究結果顯示，經過為期10周的持續運動訓練后，這些受試者的腸道菌群結構發生了顯著變化，其中雙歧桿菌的豐度呈現出積極的變化趨勢。值得注意的是，白介素-6這一多功能細胞因子的分泌量也顯著增加[17]。IL-6在機體內扮演著雙刃劍的角色，一方面它能作為促炎因子參與炎癥反應，另一方面，更重要的是，它還能刺激抗炎因子的釋放，如IL-10和IL-1受體拮抗劑，并具備抑制腫瘤壞死因子活性的能力，從而有效緩解機體的過度炎癥狀態，促進免疫平衡。此外，運動作為一種非藥物性的干預手段，對腸道菌群的調節作用同樣不容小覷。李可等人的研究進一步證實了這一點。他們對49位超重及肥胖個體實施了系統的運動干預，并觀察到擬桿菌、糞桿菌、丁酸球菌、奧多菌及丁酸菌等有益菌群的豐度顯著提升，而血漿中的LPS濃度則有所下降。這一變化模式表明，運動可能通過改善腸道環境，促進有益菌的生長繁殖，同時抑制有害菌的過度增殖，從而間接降低了LPS向血液循環中的滲漏。特別是，糞桿菌及奧多細菌數量的增加與小巴維單胞菌數量的減少，與血漿LPS水平的降低之間存在密切的關聯性，這進一步提示我們，運動可能通過調整特定腸道菌群的平衡，來影響LPS的代謝和轉運，進而對機體的炎癥狀態產生積極影響[18]。

總體而言，運動借助多種機制維持腸道菌群的平衡狀態，減少革蘭氏陰性菌的產生，從而減輕脂多糖對腸道壁誘發的內源性炎癥，進而降低肥胖的風險。運動不僅直接優化了腸道菌群的組成，還通過抑制炎癥和強化免疫功能，為宿主帶來了全面的健康益處。因此，保持規律且適度的運動應當被視為預防和控制肥胖及其相關炎癥性疾病的關鍵手段之一。

4.總結與展望

通過回顧以往的研究，我們發現運動干預能有效優化腸道菌群的結構與多樣性，進而平衡腸道微生態，為肥胖癥的預防和治療開辟了新的治療途徑。盡管當前肥胖癥患者可采用的腸道菌群干預方法包括糞便菌群移植等，但這些手段在重度肥胖患者中的確切療效仍有待進一步明確。然而，為了更深入地揭示運動對腸道菌群的調節機制及其與肥胖之間的關聯，仍需開展更多基礎與臨床研究。

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