王新凯

近日，《Nature Medicine 》发表了美国哈佛大学遗传学教授乔治·丘奇领导的来自韦斯研究所、哈佛医学院和乔斯林糖尿病中心合作团队的一项最新重磅成果。研究人员在马拉松运动员的肠道微生物群落中发现了一种能提高运动成绩的微生物，并且小鼠实验证明，移植马拉松运动员身上分离出来这种肠道细菌，能够将小鼠的运动测试表现提高 13%。

这一发现也为开发有效提高运动成绩的益生菌铺平了道路。“在这个项目开始的时候，我们假设优秀运动员的肠道微生物群一定有高度调整的共同细菌种类，这可以帮助他们的运动表现和身体恢复，一旦确定这些细菌种类，可能成为可以提高成绩的益生菌的基础。”研究论文第一作者，哈佛大学韦斯研究所核心研究成员乔纳森·谢尔曼说道。

作为该研究项目的发起者之一，乔纳森·谢尔曼还是与一家与 George Church 联合创立的微生物组生物技术公司 FitBiomics 的 CEO，也曾是一名职业篮球运动员。

乔纳森·谢尔曼

与众不同的运动员肠道细菌

人类微生物组是大量微生物的集合体，寄生在我们器官和皮肤表面，是维持人体整体健康的重要“力量”。人体内居住的微生物种类高达上千种，它们的基因总量甚至远远超过人类基因组。

科学家们还发现，没有任何两个个体拥有完全相同的微生物群，个体的微生物群组成可以随着饮食、生活方式、抗生素和其他药物的治疗以及其他环境因素而改变。

肠道微生物

尽管已经发现个体微生物群与肥胖、炎症性肠病、关节炎、癌症和自闭症等多种疾病之间存在着各种各样的联系，但是目前仍然不确定，如果往好的方向改变微生物群组成，是否能够促进改善身体健康和生理表现。

在最新的这项研究中，由丘奇领导的研究小组发现了一种称为韦永氏球菌属的特异性细菌，在完成42公里比赛的马拉松运动员以及奥运会运动员群体的肠道菌落中更为丰富。

具体而言，研究人员在运动员跑步前一周和跑步后一周每天收集粪便样本，通过对样本中DNA序列的分析，研究人员能够揭示运动员肠道微生物的组成，以及确定整个微生物群落中有意义的波动变化，结果发现最突出的是Veillonella显著增加。

众所周知的是，随着长时间剧烈运动，人体内会积累乳酸，而 Veillonella 能够将乳酸作为一种能量来源。为了进一步研究运动员体内的这种特殊细菌，研究小组更进一步，从马拉松运动员的微生物群中分离出一种被称为异型微孔菌的单种细菌，并将其移植到小鼠的肠道中。

有趣的是，结果发现与对照组小鼠相比，移植了从马拉松运动员身上分离出来细菌的小鼠，在实验室跑步机测试中的表现提高了13%。“我们能够证明，由毛细血管推动的运动能力提升是由于该细菌能够分解乳酸，并产生丙酸盐（propionate，一种短链脂肪酸，SCFA），从而增强身体对运动压力的弹性。”同为研究论文通讯作者之一的乔斯林糖尿病中心微生物学助理教授阿勒克山达·科斯蒂奇说道。

开发提高运动能力的益生菌

在优秀运动员微生物群中发现的特有细菌，已经在小鼠实验中证实可以提高小鼠的运动成绩，這也为未来开发提高运动能力的益生菌产品奠定了基础。乳酸产生于运动的肌肉中，并进入血液系统中循环，最终被肝脏清除，而生活在肠道内的细菌，怎么会影响到乳酸代谢呢？这两者之间看起来似乎并没有明显的联系。

事实上，研究小组提供的证据表明，乳酸可以从循环系统中穿过肠上皮壁进入肠腔，在那里，它可以被Veillonella或其他细菌利用。有趣的是，这种细菌并没有充当“消灭乳酸”的角色，导致体内循环乳酸水平的大幅下降。相反，细菌乳酸发酵的产物，即短链脂肪酸丙酸盐，还能够从肠道腔回到循环系统以提高运动能力。

研究人员进一步证实，当向小鼠肠道内腔注入丙酸盐时，可以再现Veillonella的影响，包括增加跑步机跑到筋疲力尽的时间、降低极限运动小鼠模型肠道中上升炎症标志物的水平。研究人员推测，丙酸盐可以通过对抗炎症、作为身体的能量来源以及其他未知的作用来展示它的性能优势。而且值得注意的是，运动能力越强，糖尿病患者的病情进展越温和，寿命也越长，这也可能会使Veillonella益生菌治疗成为可能。

这项研究很好地验证了最初的假设，并提供了人体宿主和微生物群之间代谢共生的最引人注目的例子之一，这种共生关系不仅可以广泛应用于运动员，还可以用于改善患者的健康。“现在，我们已经建立了一个平台来识别与极限运动相关的微生物，我们可以探索其他类型的极限运动员或高度适应环境挑战的个人的微生物群落，发现更多有益的功能联系，并致力于将它们转化为益生菌治疗。”

（摘自美《深科技》）（编辑/华生）