宮瑞光，趙利紅，朱祥飛，陳夏

（1.福州理工學(xué)院，福建福州 350500；2.上饒師范學(xué)院體育學(xué)院，江西上饒 334001）

人體腸道棲居著大量的細(xì)菌、古菌、真菌和病毒等微生物，其中以細(xì)菌為主。腸道細(xì)菌規(guī)模約為人體細(xì)胞總數(shù)的10倍，以嚴(yán)格厭氧菌為主。這些細(xì)菌在人體發(fā)揮著重要作用，參與食物的降解以及維生素、生物活性化合物和激素（如血清素）的合成等。腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變與宿主的代謝、免疫等生理指標(biāo)以及行為都有著高度相關(guān)性。運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體健康有著重要意義，一方面可直接作用于機(jī)體各組織器官，另一方面，運(yùn)動(dòng)能夠顯著改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，繼而通過腸道菌群介導(dǎo)影響機(jī)體健康。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以改變腸道菌群的組成和功能，而且菌群結(jié)構(gòu)的改變只取決于運(yùn)動(dòng)模式。心肺適應(yīng)性較高者往往表現(xiàn)出較高的腸道菌群多樣性和產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌豐度。除此之外，運(yùn)動(dòng)能夠增加宿主腸道微生物源短鏈脂肪酸（SCFA）。SCFA是指碳原子數(shù)為2～6的有機(jī)酸，具有為多種組織提供能量、降低炎癥反應(yīng)、增加胰島素敏感性以及改變中樞神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)等多種作用。消化液、SCFA、膽汁酸和食糜或是食物殘?jiān)餐瑯?gòu)成了腸道的內(nèi)環(huán)境，腸道內(nèi)環(huán)境與腸道菌群構(gòu)成腸道微生態(tài)系統(tǒng)，腸道微生態(tài)系統(tǒng)直接影響著機(jī)體健康狀態(tài)，本文將探討分析運(yùn)動(dòng)同腸道微生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系，為通過運(yùn)動(dòng)改善機(jī)體健康狀態(tài)提供線索和思路。

1 運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群的影響

運(yùn)動(dòng)有助于增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，促進(jìn)糞便及時(shí)排出，從而減少腸黏膜與病原體和有害物質(zhì)的接觸時(shí)間，降低結(jié)腸癌等胃腸道疾病的發(fā)生概率。另外，體育鍛煉還可以影響腸腔內(nèi)容物的特性，特別是微生物群的組成。運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道微生物群的影響在一定程度上獨(dú)立于飲食變化。研究顯示，適度運(yùn)動(dòng)能夠增加小鼠雙歧桿菌等有益菌，改善糖尿病小鼠空腹血糖和胰島素抵抗[1]。但高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)使得胃腸道局部供血不足，影響胃腸道蠕動(dòng)，改變神經(jīng)內(nèi)分泌功能，從而導(dǎo)致出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉和胃腸道出血等癥狀，引發(fā)運(yùn)動(dòng)性胃腸綜合征[2]。一些職業(yè)運(yùn)動(dòng)員患有免疫抑制或胃腸道癥狀，這是因?yàn)檫^度的運(yùn)動(dòng)會(huì)減少腸道血流量，從而可能會(huì)導(dǎo)致微生物失衡和黏膜破壞。腸道黏膜和上皮的通透性增加（腸道屏障）與細(xì)菌/病原體向腸道外器官的轉(zhuǎn)移有關(guān)，表現(xiàn)為腸道或全身性炎癥。另外，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)刺激血液從腸道器官到肌肉的重新分配，頻繁的血液再分配可能通過內(nèi)臟低灌注、局部缺血和隨后的再灌注來(lái)干擾腸道菌群。

訓(xùn)練狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可能會(huì)影響特定細(xì)菌的增殖,一項(xiàng)針對(duì)人類志愿者的研究表明，與低體力活動(dòng)的對(duì)照組相比，優(yōu)秀橄欖球運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)的微生物群落多樣性有所增加。此外，與久坐的男性相比，受過訓(xùn)練的男性糞便樣本中SCFA含量較高。同樣，通過分析不同適應(yīng)度個(gè)體的糞便微生物群，證明心肺適應(yīng)度與腸道微生物多樣性和丁酸鹽濃度的增加呈正相關(guān)[3]。

2 運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道SCFA的影響

在結(jié)腸和盲腸中，復(fù)雜的植物源性多糖被乳酸桿菌、雙歧桿菌、梭狀芽孢桿菌和擬桿菌等腸道微生物消化并隨后發(fā)酵為乙酸、丙酸和丁酸等SCFA和氣體。腸道微生物群的組成、微生物種類之間的代謝相互作用以及主要膳食營(yíng)養(yǎng)元素和微量營(yíng)養(yǎng)元素的數(shù)量和類型取決于腸道微生物產(chǎn)生的SCFA的類型和數(shù)量。產(chǎn)生SCFA的微生物群影響一系列宿主過程，包括控制結(jié)腸pH值，從而影響微生物群組成、腸道運(yùn)動(dòng)、腸道通透性和上皮細(xì)胞增殖。

腸道中的丁酸鹽具有防止黏膜降解的作用。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)條件下，運(yùn)動(dòng)員腸道中的Blautia、Roseburia、Anaerostipes和Butyricicoccus等產(chǎn)丁酸菌相對(duì)豐度增加[4]。丁酸可以直接為腸道上皮細(xì)胞供能，并為修復(fù)損傷供能，從而降低高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)機(jī)體造成的損傷。另外，適度運(yùn)動(dòng)有利于增加腸道菌群多樣性并提高腸道內(nèi)丁酸含量。對(duì)大鼠進(jìn)行的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)組大鼠盲腸SCFA水平高于缺乏運(yùn)動(dòng)對(duì)照組；與對(duì)照組相比，運(yùn)動(dòng)組盲腸內(nèi)容物正丁酸水平顯著升高，且盲腸組織重量和內(nèi)容物含量顯著高于對(duì)照組，盲腸菌群α多樣性提高[5]。

3 運(yùn)動(dòng)與膽汁酸代謝

據(jù)報(bào)道[6]，運(yùn)動(dòng)會(huì)增加胃腸道中初級(jí)膽汁酸的排泄。由于SCFA（特別是丁酸）減少了膽汁酸向次級(jí)膽汁酸的轉(zhuǎn)化，體育鍛煉可能有利于腸腔內(nèi)容物中初級(jí)膽汁酸濃度的升高。初級(jí)膽汁酸具有抗微生物活性。膽酸通過刺激類桿菌的生長(zhǎng)而導(dǎo)致盲腸微生物組分的實(shí)質(zhì)性變化，并刺激梭菌和丹毒類細(xì)菌的生長(zhǎng)，膽汁酸的抗菌活性可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)小鼠的細(xì)菌群落產(chǎn)生選擇性壓力，導(dǎo)致腸道微生物群組成發(fā)生變化。

此外，腸道菌群產(chǎn)生的次級(jí)膽汁酸會(huì)影響線粒體的代謝。腸道菌群可以將初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸。次級(jí)膽汁酸又通過法尼醇X受體（FXR）、G蛋白偶聯(lián)受體5（TGR5）與線粒體相互作用。這些受體又可以調(diào)節(jié)脂肪酸攝取和相關(guān)蛋白的氧化。例如，通過過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPAR-α）和類固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c（SREBP-1c）調(diào)節(jié)機(jī)體脂肪和蛋白的沉積與代謝。

4 運(yùn)動(dòng)與腸道pH值

健康人盲腸pH呈微酸性，而在升結(jié)腸和直腸中接近中性。運(yùn)動(dòng)可改變腸道菌群結(jié)構(gòu)繼而影響SCFA的產(chǎn)量，最終表現(xiàn)出腸道pH值發(fā)生變化。腸腔pH值的改變可能影響結(jié)腸上皮細(xì)胞的生理，如潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸管腔pH值較低。在化學(xué)誘導(dǎo)結(jié)腸癌形成的實(shí)驗(yàn)性嚙齒動(dòng)物模型中，較低的管腔pH值與較高的腫瘤發(fā)生率和上皮細(xì)胞增殖增加有關(guān)；但也有研究顯示，低pH值會(huì)抑制腸內(nèi)微生物群合成次級(jí)膽汁酸。次級(jí)膽汁酸會(huì)導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激造成DNA損傷，影響基因穩(wěn)定性。此外，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)結(jié)腸和直腸上皮細(xì)胞在胞外酸性環(huán)境中，暴露于短鏈脂肪酸的情況下，可由凋亡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閴乃?。低的外部pH值能夠顯著增加人結(jié)腸癌細(xì)胞系中多重耐藥（MDR）蛋白的表達(dá)，從而使癌細(xì)胞對(duì)化療藥物更具耐藥性。因此，腸腔較低的pH值與對(duì)結(jié)腸細(xì)胞的有益和有害作用都有一定的關(guān)聯(lián)。根據(jù)結(jié)腸形成細(xì)胞的狀態(tài)，即健康或腫瘤，這些作用明顯不同。

5 運(yùn)動(dòng)與腸道屏障功能

腸道菌群與腸道屏障功能密切相關(guān)。例如，作為人體必需氨基酸的L-色氨酸在腸道細(xì)菌的作用下可形成代謝產(chǎn)物吲哚。吲哚已被證明是一種有益的管腔化合物，可以增加上皮細(xì)胞緊密連接阻力。運(yùn)動(dòng)可改變腸道菌群結(jié)構(gòu)，其作用機(jī)理可能是運(yùn)動(dòng)會(huì)使得腸道組織細(xì)胞及腸道環(huán)境中的微生物受到氧化損傷刺激，誘導(dǎo)乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽等SCFA產(chǎn)生菌增加，SCFA有助于降低腸道pH值，減少促進(jìn)結(jié)腸酸化的初級(jí)膽汁酸向次級(jí)膽汁酸的轉(zhuǎn)化。腸腔pH值的變化也使其更利于共生細(xì)菌的增殖。SCFA被結(jié)腸形成細(xì)胞吸收后，可參與腸道代謝。乙酸和丙酸主要被其他腸道組織吸收，而丁酸為結(jié)腸細(xì)胞的主要供能物質(zhì)。丁酸鹽可以促進(jìn)細(xì)胞分化和細(xì)胞周期阻滯，并抑制組蛋白脫乙酰酶。丁酸還可通過β-氧化和AMP活化蛋白激酶（AMPK）來(lái)提高結(jié)腸細(xì)胞線粒體代謝水平[7]。

腸道細(xì)菌產(chǎn)生的正丁酸能夠調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞功能和遷移，抑制炎性細(xì)胞因子誘導(dǎo)的血管細(xì)胞粘附分子-1的表達(dá)，增加結(jié)腸上皮中緊密連接蛋白的表達(dá)，并具有抗炎作用。正丁酸和丙酸可以增加經(jīng)皮阻力，從而改善腸屏障功能和減少炎癥，同時(shí)為結(jié)腸細(xì)胞提供了60%～70%的能源物質(zhì)。丁酸鹽可誘導(dǎo)粘蛋白合成，并通過增加緊密連接組件改善腸屏障完整性。粘蛋白是由形成腸道屏障的糖蛋白組成的保護(hù)層，可以降低腸道黏膜的暴露，減少腸黏膜與毒素和細(xì)菌的接觸。粘蛋白層在與腸道微生物群的相互作用中起著重要作用，并可能作為腸道細(xì)菌的基質(zhì)。因此，粘蛋白層有助于調(diào)節(jié)微生物群落組成。大腸中丁酸鹽的產(chǎn)生與熱休克蛋白70（Hsp70）的產(chǎn)生有關(guān)。Hsp70維持腸上皮細(xì)胞的功能和結(jié)構(gòu)特性，以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的劇烈運(yùn)動(dòng)[8]。由于運(yùn)動(dòng)和丁酸能刺激上皮細(xì)胞產(chǎn)生Hsp70，這可能為處于不利條件下的腸上皮細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

體育運(yùn)動(dòng)除傳統(tǒng)已知的可改善呼吸、循環(huán)和內(nèi)分泌等系統(tǒng)的機(jī)能外，還可以通過改變腸道微生態(tài)而影響腸道細(xì)胞能量代謝、腸屏障、炎癥分解和DNA完整性，進(jìn)而影響機(jī)體健康狀態(tài)。因此，對(duì)于一些與胃腸系統(tǒng)有關(guān)的消化和代謝性疾病的治療，也可以通過體育運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)控患者腸道菌群進(jìn)而改善，對(duì)于因超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的身體機(jī)能損傷也有望通過相應(yīng)的訓(xùn)練進(jìn)行恢復(fù)治療。但對(duì)于使用何種運(yùn)動(dòng)形式能達(dá)到對(duì)腸道菌群的精準(zhǔn)調(diào)控及其內(nèi)在機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究。