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Nature:震驚!某些腸道細菌竟能增強運動的動力,提高運動表現

2022-12-16 10:44   來源:生物谷
在一項新的研究中,研究人員在小鼠中發現某些類型的腸道細菌激活了腸道中的神經,從而促進了運動的欲望。他們揭示了這種腸道到大腦的途徑,有助于解釋為什么一些腸道細菌能促進運動表現。

  在一項新的研究中,來自美國賓夕法尼亞大學的研究人員以小鼠為研究對象,發現某些類型的腸道細菌激活了腸道中的神經,從而促進了運動的欲望。他們揭示了這種腸道到大腦的途徑,有助于解釋為什么一些腸道細菌能促進運動表現。相關研究結果于2022年12月14日在線發表在Nature期刊上,論文標題為“A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise”。

  在這項研究中,這些作者發現在一大群實驗室小鼠中,跑步表現的差異主要歸因于表現較好的小鼠中存在某些腸道細菌物種。他們將這一效應追溯到這些腸道細菌產生的稱為代謝物的小分子---這些代謝物刺激了腸道中的感覺神經,從而增強了運動時控制動機的大腦區域的活動。

  論文通訊作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院微生物學助理教授Christoph Thaiss博士說,“如果我們能確認人體存在類似的途徑,它可能提供一種有效的方式來提高人們的運動水平,以普遍改善公共健康。”

  Thaiss及其同事們開展了這項研究,以廣泛尋找決定運動表現的因素。他們記錄了遺傳多樣化小鼠的基因組序列、腸道細菌種類、血液中的代謝物以及其他數據。他們隨后測量了它們每天自主在轉輪上跑步的數量,以及它們的耐力。他們使用機器學習分析了這些數據,尋找能夠最好地解釋這些小鼠在跑步性能方面的巨大個體間差異的小鼠屬性。他們驚訝地發現,遺傳學似乎只占這些性能差異的一小部分,而腸道細菌種群的差異似乎更為重要。事實上,他們觀察到,給小鼠服用廣譜抗生素來清除它們的腸道細菌,會使它們的跑步表現減少一半左右。

  最終,在賓夕法尼亞州和其他地方的十幾個獨立實驗室參與的長達數年的科學偵查工作中,這些作者發現,兩種與更好的跑步表現密切相關的細菌物種---直腸真桿菌(Eubacterium rectale)和規則糞球菌(Coprococcus eutactus),產生稱為脂肪酸酰胺(fatty acid amide, FAA)的代謝物。脂肪酸酰胺會刺激埋藏在腸道內的感覺神經表面上稱為CB1內大麻素受體的受體,而這些感覺神經通過脊柱連接到大腦。在運動時,刺激這些布滿CB1受體的感覺神經導致一個叫做腹側紋狀體(ventral striatum)的大腦區域中的神經遞質多巴胺水平增加。腹側紋狀體是大腦獎勵和動機網絡中的一個關鍵節點。他們得出結論,運動期間該大腦區域的額外多巴胺通過加強運動的欲望而提高了表現。

  對多樣性遠交系小鼠運動表現的預測。圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05525-z。

  論文共同作者、賓夕法尼亞大學文理學院生物學副教授J. Nicholas Betley博士說,“這種腸道到大腦的動機途徑可能已經進化到將營養物可用性和腸道細菌群體的狀態與從事長時間體育活動的準備情況聯系起來。這一研究方向可以發展成為一個全新的運動生理學分支。”

  這些發現開辟了許多科學調查的新途徑。例如,實驗中有證據表明,表現較好的小鼠經歷了更強烈的“跑步愉悅感”---在這種情況下通過疼痛敏感性下降來衡量,這提示著這種眾所周知的現象也至少部分地由腸道細菌控制。這些作者如今計劃進一步研究,以確認這種腸道到大腦的途徑在人類中的存在。

  他補充說,除了可能提供廉價、安全、基于飲食的方法讓普通人跑步和優化精英運動員的表現之外,對這一途徑的探索還可能產生更容易的方法,在成癮和抑郁癥等情況下改變動機和情緒。


  參考資料:

  Lenka Dohnalová et al.A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise, Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05525-z.

編輯:李娜

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