美國賓州大學 Perelman 醫學院 (Pennsylvania Perelman School of Medicine ) 近日發表的一項研究發現，實驗小鼠跑步量表現的差異，主要歸因於某些表現量較高的腸道菌。研究小組將這種效應追溯至細菌產生的代謝物，發現這些代謝物可以活化腸道中的感覺神經，刺激大腦中控制動機的區域，從而促進運動的慾望。
研究團隊的 Christoph Thaiss 博士說：「若能夠證實人類也存在類似的途徑，或許可以提供一種有效的方法來提高人們的運動量，進而提升大眾健康。」 因此，除了可能開發出基於飲食的方法讓一般人提高運動的動機、精進運動員的表現外，新的發現也指出了在這樣的環境中改變動機和情緒的新策略，可能可作為治療成癮和抑鬱症的新方向。
增加特定腸道菌以增加大腦獎賞機制，強化運動效果
該團隊在《 Nature 》雜誌上發表研究表示，鍛鍊身體可說是最重要且最容易獲得健康的生活方式，同時可以預防多種疾病；但鍛煉的過程相當辛苦，還需要在專業、娛樂或治療等各種環境中保持強烈的激勵狀態。因此，無論是競技性運動還是娛樂性運動，激勵持續參與的一項重要因素，是源自長時間身體活動的激勵性快感，它由大腦中運動引起的神經化學變化觸發的。但它如何調節個人參與活動的動機，其機制仍未完全了解。
研究團隊廣泛搜索可能決定運動表現的因素。他們記錄了 199 隻基因多樣化小鼠的基因組序列、腸道菌種類、血液代謝物和其他數據，並透過單核苷酸多態性 ( single nucleotide polymorphism, SNP ) 基因分型、血清代謝組學、糞便樣本的 16S 核醣體 DNA ( ribosomal DNA, rDNA) 定序和多參數代謝分析，對這一群體進行了深入分析。該分析收集每隻小鼠超過 10,500 個數據點 ( data points ) ，總數近 210 萬個數據點。然後，研究人員測量了這些動物每天有意識地轉輪的次數，以及它們的耐力。
研究人員使用機器學習分析了這些數據，以尋找能夠動物在跑步表現中所存在個體間巨大差異的小鼠屬性的原因。他們驚訝地發現，遺傳學似乎只解釋了這些表現差異的一小部分，而腸道菌族群差異的影響似乎要大得多。事實上，科學家們發現，給小鼠服用廣效 ( broad-spectrum ) 抗生素會消耗小鼠的腸道菌，會使動物降低約 50%的跑步表現。
多年來，在賓州大學和其他地方的獨立實驗室持續進行研究後，該團隊發現兩個細菌物種與更好的運動表現密切相關，即直腸真桿菌 ( Eubacterium rectale) 和 Coprococcus eutactus ，它們會產生脂肪酸酰胺 ( fatty acid amides, FAA)，從而刺激被稱為 CB1 的內源性大麻素 ( endocannabinoid ) 受體，此受體位於內臟感覺神經上，通過脊柱連接到大腦。研究顯示，刺激這些佈滿 CB1 受體的神經會導致運動過程中稱為腹面紋狀體 ( ventral striatum ) 的大腦區域中的多巴胺 ( dopamine ) 水平升高。
研究成果有望開創運動生理學的一個全新分支
研究團隊表示，紋狀體是一個與動機行為和身體活動的啟動密切相關的大腦區域。在運動期間，若有額外的多巴胺通過該區域可增強運動慾望來提高表現。同時，參與調節身體活動動機的大腦迴路並不是嚴格意義上的中樞神經系統自主的，而是受到源自腸道微生物群落的外圍影響的影響，這說明了影響個體間鍛煉動力和表現差異性機制的可能基礎。這種從腸道到大腦的動機途徑，可能已進化為將營養物質的可用性和腸道菌種的狀態與準備好進行長時間的體育活動聯繫起來，或許可以為運動生理學開啟新的研究分支。
此外，實驗中有證據表明，通過疼痛敏感度的降低來衡量，表現較好的老鼠經歷了更強烈的「跑步者的快感」，暗示這種眾所周知的現象至少部分也是由腸道控制的細菌。他們指出，「跑步者的快感」背後的神經化學效應，即長時間體力活動後內源性大麻素釋放所驅動的愉悅、獎賞、抗焦慮和鎮痛現象，可能受到胃腸道的影響。
該團隊指出，這些發現可能表明，其他依賴於紋狀體多巴胺信號的行為或許可通過干預生活方式、調整飲食或補充代謝物來改變。該團隊現在計劃進一步研究，以證實人類存在這種從腸道到大腦的通路，並強調如果此方法適用於人類明，刺激運動動機的內感受器可能會提供一個強大的機會，來抵消久坐不動對健康的不利影響。
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