《Nature》研究：小鼠愛不愛運動受遺傳影響不大，但與腸道微生物有關
文：李林璦
日前，賓州大學（U Penn）佩雷爾曼醫學院（Perelman School of Medicine）的研究團隊發現，腸道中的微生物可能會影響運動的意願。研究指出，腸道微生物所分泌的代謝物會刺激神經元，進而提高大腦中多巴胺濃度，讓實驗動物提高運動表現。該研究發表於《Nature》期刊。
運動會引起大腦神經化學變化而帶來刺激性快感，為了瞭解為何有人喜歡運動、有人不喜歡，賓大微生物學家Christoph Thaiss培育出199隻具遺傳多樣性的小鼠，其中有些小鼠在48小時內在輪子上跑了30多公里，而其他小鼠很少在輪子上跑，將這些小鼠分組後，測量其基因型、血清中代謝物、糞便中的16S核醣體DNA（16S ribosomal DNA, 16S rDNA）定序與代謝體分析。
研究人員觀察到，愛運動的小鼠跟懶惰的小鼠相比，在遺傳基因體學或生化數值上沒有任何顯著差異，顯示遺傳基因對運動能力的影響很低。
但研究人員觀察到，若給予愛運動小鼠抗生素降低腸道微生物時，這些愛運動的小鼠運動能力降低50％，大腦中的多巴胺濃度下降，而多巴胺是與運動帶來快感相關的神經傳導物質，不過在停止抗生素治療後，小鼠又恢復愛運動，表示微生物的影響是立即性且可逆。
研究人員還發現，消除微生物似乎只影響特定運動，不影響一般活動，因為在籠內活動力測試（home-cage activity test）與曠野實驗（Open field test, OFT）中，抗生素治療前後均無顯著差異。
研究團隊還發現，腸道沒有細菌的無菌鼠若攝取愛運動小鼠的腸道微生物後，會變更加活躍。研究人員推測，腸道微生物似乎會發出訊號，干擾大腦中負責分解多巴胺的酵素，使多巴胺在酬償中樞（reward center）累積。
而多巴胺的降解受到單胺氧化酶（Monoamine oxidase, MAO）調控，因此，研究人員進一步透過化學方法阻斷MAO對多巴胺的降解後，確定了增強多巴胺分泌的訊號是從腸道傳遞到大腦紋狀體。
研究團隊發現脊神經對於微生物的訊號更加敏感，且神經末梢受體TRPV1受損的小鼠，其運動表現障礙與抗生素去除微生物小鼠類似，透過刺激脊神經和受體TRPV1，可讓缺乏腸道微生物的小鼠發出增加運動的指令。
研究人員接著解剖這些脊神經進行研究，並將能誘發脊神經傳遞訊號增強多巴胺的腸道微生物與其產生的代謝物——脂肪酸醯胺（fatty acid amide, FFA）餵給已用抗生素將腸道微生物消除的小鼠，發現FFA中的油醯乙醇醯胺（N-oleoylethanolamide）能夠活化這些小鼠脊神經訊號、紋狀體中多巴胺濃度和運動表現。
哈佛醫學院微生物學家Aleksandar Kostic、同時也是正在開發運動益生菌的公司FitBiomics聯合創辦人，他指出，這項研究確定了腸道微生物對運動的重要性，並提供腸道與大腦相互影響的證據，未來有望開發出口服藥片影響腸道微生物，進而誘導人們產生運動的慾望。
Kostic表示，以往研究也發現，馬拉松選手的腸道中有特定微生物濃度很高，顯示腸道中微生物與運動有關，幾乎可以肯定小鼠的試驗結果與人類極為相似。
參考資料
- Gut microbes make mice exercise more. Might they do the same in humans?（Science）
- A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise（Nature）
鄭醫師補充:
關於腸道菌叢的組成菌種會影響腦部，不管是發展、心情、認知功能、專注力甚至是這篇研究提到的運動意願，諸如此類街規因為腸腦軸的互動機制，因此幫助腸道菌叢的健康，可以幫助身體健康，預防退化，相信未來可以見到更多的相關研究發表，也提醒大家，平時多關注自己的腸道健康，留意平時的飲食內容，避開對腸道有害的毒素及來源。
參考文獻:
Dohnalová, L., Lundgren, P., Carty, J.R.E. et al. A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise. Nature 612, 739–747 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05525-z
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05525-z
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