昨天编辑部开会，还在讨论说以微生物现在的身份，再出点儿啥重磅研究都不值得稀奇，反正，微生物已经统治一切了。（雾）
但是，搞科研的乐趣就在于，你以为肠道微生物已经家住太平洋了，它还能继续甩你一脸房产证：我家住银河系。
在现实生活中，菠菜罐头没办法让你变成大力水手，但是没准哪一天，肠道菌群就可以让你拥有超长耐力，一口气上五十楼不费劲。（这里是夸张的修辞手法）
今天，哈佛医学院的George M. Church教授和他团队的研究成果好好地刷了一波屏。他们发现，马拉松运动员的肠道菌群里，存在着一种专吃乳酸的韦荣球菌属菌群，将它们移植到小鼠肠道，可以让小鼠也获得同款超长运动耐力。研究发表在《自然·医学》上[1]。
肠道微生物提升运动能力，还不是相关性研究！觉得新鲜吧？第一次见吧？是不是已经按捺不住自己的求知欲了？
通讯作者George M. Church教授
（图源：wiki）
其实，从图片出处大家就已经发现了，这是一位拥有独立词条的伟大科学家
人和人之间，运动能力不同，肠道菌群不同，这已经不是什么新鲜事了。当然，运动员和普通人的肠道微生物组成不同，也是已经有研究证明了的。运动员的肠道微生物中，韦荣球菌属、拟杆菌属、普氏菌属、甲烷短杆菌等菌群更加丰富[2,3]。不过，在今天之前，人类对运动员肠道微生物的认知也仅限于这些相关性了，这些菌群具体扮演了什么样的角色，还没人知道。
我们充满创造力的研究人员偏偏想要弄清楚。于是，在2015年的时候，他们打上了波士顿马拉松运动员们的主意。
波士顿马拉松是全世界最古老的马拉松赛事，是世界六大马拉松之一。图为2010年波士顿马拉松途中盛况
（图源：wiki）
研究人员招募了15名参加马拉松的运动员，当然没忘了招募10名不爱动弹的志愿者作为对照组。在马拉松的前一周和后一周，每天收集志愿者的粪便样本，并进行16SrDNA测序，从而揭开了这项神奇研究的帷幕。
毋庸置疑，马拉松前后，运动员的肠道微生物特征变化很大。其中变化最大的，也就是这次研究的主角，韦荣球菌。进一步分析发现，韦荣球菌属菌群丰度不仅在运动前后发生了显著变化，变化还是根据距离运动的天数来的，与其他年龄、性别之类的因素关系都不是很大。
韦荣球菌属菌群的丰度和运动状态相对应，与个体情况无关
韦荣球菌是口腔、呼吸道和消化道的常住居民了，对乳酸钟爱有加，只以乳酸作为唯一的能量来源。而运动，自然是会大量产生乳酸。见到这么有个性的菌种，还和运动关系如此密切，研究人员有点兴奋，开始大胆猜测韦荣球菌属菌群是否会助于运动能力的提升。
话不多说，上小鼠实验吧。
研究人员从运动员的菌群中分离得到了一株非典型韦荣球菌，用不能分解代谢乳酸的保加利亚乳杆菌作为对照，给小鼠进行灌胃。既然移植了马拉松运动员的肠道菌种，小鼠的运动能力也就理所当然地用跑步时间来判断了。
小鼠被放上了跑步机，记录它们能够坚持的最长时间。结果显示，移植了非典型韦荣球菌的小鼠耐力也像是跑惯了马拉松的，运动时间比对照组长了13%（18分钟vs16分钟）。虽然这2分钟的差距看上去好像没那么厉害，但是高水平的赛事上，失之毫厘差之千里，玩的可都是几微秒的心跳。（这只是小鼠身上体现出来的运动效果，人类所体现出的可就不一定是13%了。）
移植了韦荣球菌的小鼠（蓝色）平均运动时间长于对照组小鼠（红色）
知道了韦荣球菌属菌群可以提高运动能力，研究人员还感觉有点意犹未尽。要不接下来，找找机制吧。
研究人员在运动员群体中得到了运动前后基因组变化的数据，发现甲基丙二酰辅酶A途径的相关基因表达在运动时开始富集。刚好，这也是韦荣球菌属菌群代谢乳酸的途径[4]。韦荣球菌属菌群通过代谢乳酸产生丙酸盐，而丙酸盐的功能有哪些呢？提高小鼠的心律和最大耗氧量[5,6]，促进禁食者的脂质氧化[7]，妥妥地意味着运动能力增加。
来啊运动啊~
（图源：pixabay.com）
为了测试韦荣球菌属菌群的运动增强效果是否可以归功于丙酸盐，研究人员再次邀请了小鼠来参与实验。研究人员对小鼠进行了直肠内丙酸盐灌注，以等量生理盐水作为对照。接受了丙酸盐处理的小鼠运动能力提高，在跑步机上坚持的时间显著高于对照组小鼠。
运动产生的乳酸由肌肉进入肠道，被韦荣球菌代谢生成丙酸盐，提高运动能力，大概就是这么个事儿
研究人员认为，运动员的高乳酸环境为韦荣球菌属菌群的定植提供了选择性优势，二者相辅相成，造就了运动后韦荣球菌属菌群丰度增加的现象。接下来的实验安排，当然就是想办法将这种肠道微生物以益生菌的形式呈现出来，提升运动员的成绩可以先放到一边，希望可以提升一些糖尿病、心血管疾病等慢性疾病患者的运动能力，有助于他们的治疗和恢复。
在意识到这项发现的光明前景之后，这篇论文的第一作者，Jonathan Scheiman博士，也迅速地做出了相应的选择——他离开了学术界，转身创建了自己公司，目标是将这些运动相关的益生菌迅速商业化[8]。
对此，我们祝福他早日成功。
编辑神叨叨
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参考文献：
[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
头图来源：pixabay.com
本文作者 | 王雪宁
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