《自然?醫學》：能不能跑，竟也看腸道菌！哈佛大牛科學家在馬拉松運動員體內發現專吃乳酸的跑步菌，可顯著增強耐力丨科學大發現

昨天編輯部開會，還在討論說以微生物現在的身份，再出點兒啥重磅研究都不值得稀奇，反正，微生物已經統治一切了。（霧）

但是，搞科研的樂趣就在於，你以為腸道微生物已經家住太平洋了，它還能繼續甩你一臉房產證：我家住銀河系。

在現實生活中，菠菜罐頭沒辦法讓你變成大力水手，但是沒準哪一天，腸道菌群就可以讓你擁有超長耐力，一口氣上五十樓不費勁。（這裡是誇張的修辭手法）

今天，哈佛醫學院的George M. Church教授和他團隊的研究成果好好地刷了一波屏。他們發現，馬拉松運動員的腸道菌群里，存在著一種專吃乳酸的韋榮球菌屬菌群，將它們移植到小鼠腸道，可以讓小鼠也獲得同款超長運動耐力。研究發表在《自然·醫學》上[1]。

腸道微生物提升運動能力，還不是相關性研究！覺得新鮮吧？第一次見吧？是不是已經按捺不住自己的求知慾了？

通訊作者George M. Church教授

（圖源：wiki）

其實，從圖片出處大家就已經發現了，這是一位擁有獨立詞條的偉大科學家

人和人之間，運動能力不同，腸道菌群不同，這已經不是什麼新鮮事了。當然，運動員和普通人的腸道微生物組成不同，也是已經有研究證明了的。運動員的腸道微生物中，韋榮球菌屬、擬桿菌屬、普氏菌屬、甲烷短桿菌等菌群更加豐富[2,3]。不過，在今天之前，人類對運動員腸道微生物的認知也僅限於這些相關性了，這些菌群具體扮演了什麼樣的角色，還沒人知道。

我們充滿創造力的研究人員偏偏想要弄清楚。於是，在2015年的時候，他們打上了波士頓馬拉松運動員們的主意。

波士頓馬拉松是全世界最古老的馬拉松賽事，是世界六大馬拉松之一。圖為2010年波士頓馬拉松途中盛況

（圖源：wiki）

研究人員招募了15名參加馬拉松的運動員，當然沒忘了招募10名不愛動彈的志願者作為對照組。在馬拉松的前一周和後一周，每天收集志願者的糞便樣本，並進行16SrDNA測序，從而揭開了這項神奇研究的帷幕。

毋庸置疑，馬拉松前後，運動員的腸道微生物特徵變化很大。其中變化最大的，也就是這次研究的主角，韋榮球菌。進一步分析發現，韋榮球菌屬菌群丰度不僅在運動前後發生了顯著變化，變化還是根據距離運動的天數來的，與其他年齡、性別之類的因素關係都不是很大。

韋榮球菌屬菌群的丰度和運動狀態相對應，與個體情況無關

韋榮球菌是口腔、呼吸道和消化道的常住居民了，對乳酸鍾愛有加，只以乳酸作為唯一的能量來源。而運動，自然是會大量產生乳酸。見到這麼有個性的菌種，還和運動關係如此密切，研究人員有點興奮，開始大膽猜測韋榮球菌屬菌群是否會助於運動能力的提升。

話不多說，上小鼠實驗吧。

研究人員從運動員的菌群中分離得到了一株非典型韋榮球菌，用不能分解代謝乳酸的保加利亞乳桿菌作為對照，給小鼠進行灌胃。既然移植了馬拉松運動員的腸道菌種，小鼠的運動能力也就理所當然地用跑步時間來判斷了。

小鼠被放上了跑步機，記錄它們能夠堅持的最長時間。結果顯示，移植了非典型韋榮球菌的小鼠耐力也像是跑慣了馬拉松的，運動時間比對照組長了13%（18分鐘vs16分鐘）。雖然這2分鐘的差距看上去好像沒那麼厲害，但是高水平的賽事上，失之毫釐差之千里，玩的可都是幾微秒的心跳。（這只是小鼠身上體現出來的運動效果，人類所體現出的可就不一定是13%了。）

移植了韋榮球菌的小鼠（藍色）平均運動時間長於對照組小鼠（紅色）

知道了韋榮球菌屬菌群可以提高運動能力，研究人員還感覺有點意猶未盡。要不接下來，找找機制吧。

研究人員在運動員群體中得到了運動前後基因組變化的數據，發現甲基丙二醯輔酶A途徑的相關基因表達在運動時開始富集。剛好，這也是韋榮球菌屬菌群代謝乳酸的途徑[4]。韋榮球菌屬菌群通過代謝乳酸產生丙酸鹽，而丙酸鹽的功能有哪些呢？提高小鼠的心律和最大耗氧量[5,6]，促進禁食者的脂質氧化[7]，妥妥地意味著運動能力增加。

來啊運動啊~

（圖源：pixabay.com）

為了測試韋榮球菌屬菌群的運動增強效果是否可以歸功於丙酸鹽，研究人員再次邀請了小鼠來參與實驗。研究人員對小鼠進行了直腸內丙酸鹽灌注，以等量生理鹽水作為對照。接受了丙酸鹽處理的小鼠運動能力提高，在跑步機上堅持的時間顯著高於對照組小鼠。

運動產生的乳酸由肌肉進入腸道，被韋榮球菌代謝生成丙酸鹽，提高運動能力，大概就是這麼個事兒

研究人員認為，運動員的高乳酸環境為韋榮球菌屬菌群的定植提供了選擇性優勢，二者相輔相成，造就了運動後韋榮球菌屬菌群丰度增加的現象。接下來的實驗安排，當然就是想辦法將這種腸道微生物以益生菌的形式呈現出來，提升運動員的成績可以先放到一邊，希望可以提升一些糖尿病、心血管疾病等慢性疾病患者的運動能力，有助於他們的治療和恢復。

在意識到這項發現的光明前景之後，這篇論文的第一作者，Jonathan Scheiman博士，也迅速地做出了相應的選擇——他離開了學術界，轉身創建了自己公司，目標是將這些運動相關的益生菌迅速商業化[8]。

對此，我們祝福他早日成功。

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參考文獻：

[1] Jonathan S, Jacob M. L, Theodore A. C, et, al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a

performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism[J]. Nature Medicine, 2019. DOI:10.1038/s41591-019-0485-4

[2] Petersen L, Bautista E J, Nguyen H, et al. Community characteristics of the gut microbiomes of competitive cyclists[J]. Mbio, 2017, 5(1). DOI:10.1186/s40168-017-0320-4

[3] Clarke S F, Murphy E F, Osullivan O, et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity[J]. Gut, 2014, 63(12): 1913-1920. DOI:10.1136/gutjnl-2013-306541

[4] Ng S K C, Hamilton I R. Carbon dioxide fixation by Veillonella parvula M4 and its relation to propionic acid formation[J]. Canadian journal of microbiology, 1973, 19(6): 715-723. DOI:10.1139/m73-116

[5] Kimura I, Inoue D, Maeda T, et al. Short-chain fatty acids and ketones directly regulate sympathetic nervous system via G protein-coupled receptor 41 (GPR41)[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(19): 8030-8035. DOI:10.1073/pnas.1016088108

[6] Pluznick J. A novel SCFA receptor, the microbiota, and blood pressure regulation[J]. Gut microbes, 2014, 5(2): 202-207. DOI:10.4161/gmic.27492

[7] Chambers E S, Byrne C S, Aspey K, et al. Acute oral sodium propionate supplementation raises resting energy expenditure and lipid oxidation in fasted humans[J]. Diabetes, Obesity and Metabolism, 2018, 20(4): 1034-1039. DOI:10.1111/dom.13159

[8] https://www.kclu.org/post/elite-runners-gut-microbe-makes-mice-more-athletic-could-it-help-rest-us#stream/0

頭圖來源：pixabay.com

本文作者 | 王雪寧

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