美国宾州大学 Perelman 医学院 (Pennsylvania Perelman School of Medicine ) 近日发表的一项研究发现，实验小鼠跑步量表现的差异，主要归因于某些表现量较高的肠道菌。研究小组将这种效应追溯至细菌产生的代谢物，发现这些代谢物可以活化肠道中的感觉神经，刺激大脑中控制动机的区域，从而促进运动的欲望。
研究团队的 Christoph Thaiss 博士说：“若能够证实人类也存在类似的途径，或许可以提供一种有效的方法来提高人们的运动量，进而提升大众健康。” 因此，除了可能开发出基于饮食的方法让一般人提高运动的动机、精进运动员的表现外，新的发现也指出了在这样的环境中改变动机和情绪的新策略，可能可作为治疗成瘾和抑郁症的新方向。
增加特定肠道菌以增加大脑奖赏机制，强化运动效果
该团队在《 Nature 》杂志上发表研究表示，锻炼身体可说是最重要且最容易获得健康的生活方式，同时可以预防多种疾病；但锻炼的过程相当辛苦，还需要在专业、娱乐或治疗等各种环境中保持强烈的激励状态。因此，无论是竞技性运动还是娱乐性运动，激励持续参与的一项重要因素，是源自长时间身体活动的激励性快感，它由大脑中运动引起的神经化学变化触发的。但它如何调节个人参与活动的动机，其机制仍未完全了解。
研究团队广泛搜索可能决定运动表现的因素。他们记录了 199 只基因多样化小鼠的基因组序列、肠道菌种类、血液代谢物和其他数据，并透过单核苷酸多态性 ( single nucleotide polymorphism, SNP ) 基因分型、血清代谢组学、粪便样本的 16S 核糖体 DNA ( ribosomal DNA, rDNA) 定序和多参数代谢分析，对这一群体进行了深入分析。该分析收集每只小鼠超过 10,500 个数据点 ( data points ) ，总数近 210 万个数据点。然后，研究人员测量了这些动物每天有意识地转轮的次数，以及它们的耐力。
研究人员使用机器学习分析了这些数据，以寻找能够动物在跑步表现中所存在个体间巨大差异的小鼠属性的原因。他们惊讶地发现，遗传学似乎只解释了这些表现差异的一小部分，而肠道菌族群差异的影响似乎要大得多。事实上，科学家们发现，给小鼠服用广效 ( broad-spectrum ) 抗生素会消耗小鼠的肠道菌，会使动物降低约 50%的跑步表现。
多年来，在宾州大学和其他地方的独立实验室持续进行研究后，该团队发现两个细菌物种与更好的运动表现密切相关，即直肠真杆菌 ( Eubacterium rectale) 和 Coprococcus eutactus ，它们会产生脂肪酸酰胺 ( fatty acid amides, FAA)，从而刺激被称为 CB1 的内源性大麻素 ( endocannabinoid ) 受体，此受体位于内脏感觉神经上，通过脊柱连接到大脑。研究显示，刺激这些布满 CB1 受体的神经会导致运动过程中称为腹面纹状体 ( ventral striatum ) 的大脑区域中的多巴胺 ( dopamine ) 水平升高。
研究成果有望开创运动生理学的一个全新分支
研究团队表示，纹状体是一个与动机行为和身体活动的启动密切相关的大脑区域。在运动期间，若有额外的多巴胺通过该区域可增强运动欲望来提高表现。同时，参与调节身体活动动机的大脑回路并不是严格意义上的中枢神经系统自主的，而是受到源自肠道微生物群落的外围影响的影响，这说明了影响个体间锻炼动力和表现差异性机制的可能基础。这种从肠道到大脑的动机途径，可能已进化为将营养物质的可用性和肠道菌种的状态与准备好进行长时间的体育活动联系起来，或许可以为运动生理学开启新的研究分支。
此外，实验中有证据表明，通过疼痛敏感度的降低来衡量，表现较好的老鼠经历了更强烈的“跑步者的快感”，暗示这种众所周知的现象至少部分也是由肠道控制的细菌。他们指出，“跑步者的快感”背后的神经化学效应，即长时间体力活动后内源性大麻素释放所驱动的愉悦、奖赏、抗焦虑和镇痛现象，可能受到胃肠道的影响。
该团队指出，这些发现可能表明，其他依赖于纹状体多巴胺信号的行为或许可通过干预生活方式、调整饮食或补充代谢物来改变。该团队现在计划进一步研究，以证实人类存在这种从肠道到大脑的通路，并强调如果此方法适用于人类明，刺激运动动机的内感受器可能会提供一个强大的机会，来抵消久坐不动对健康的不利影响。
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