摘 要：目的：研究中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對去卵巢大鼠腸道菌群的影響，探討腸道菌群與骨量之間的相關(guān)性。方法：60只雌性3月齡SPF級Sprague-Dawley大鼠，隨機(jī)分為去卵巢組（OVX組）、去卵巢運(yùn)動組（OVX+EX組）和假手術(shù)組（SHAM組），運(yùn)動結(jié)束后采用雙能X線骨密度儀測定體成分和骨密度，Micro-CT掃描股骨觀察骨微結(jié)構(gòu)，16S rRNA高通量測序分析腸道菌群的變化。 結(jié)果：（1）與SHAM組相比，OVX組大鼠體重、脂肪含量顯著上升，肌肉含量、骨密度均顯著降低，骨小梁微結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠體重和脂肪含量顯著降低，肌肉含量和第4腰椎骨密度顯著升高，股骨骨密度顯著升高，OVX+EX組大鼠骨小梁數(shù)目增加且連續(xù)性提高。（2）與SHAM組相比，OVX組大鼠α多樣性增加，厚壁菌門/擬桿菌門（F/B）顯著降低，普雷沃氏菌的相對豐度增加，顫螺菌屬、瘤胃球菌屬、阿克曼菌屬和糞球菌屬的相對豐度降低；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠厚壁菌門/擬桿菌門的相對豐度顯著升高，普雷沃氏菌的相對豐度降低，瘤胃球菌屬的相對豐度顯著增加。其中，普雷沃氏菌與骨量顯著負(fù)相關(guān)，瘤胃球菌屬與骨量顯著正相關(guān)。 結(jié)論：卵巢切除術(shù)改變了大鼠腸道微生物群的組成，中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動改善了去卵巢大鼠體成分和骨量，其機(jī)制可能通過調(diào)節(jié)大鼠腸道菌群中普雷沃氏菌、瘤胃球菌屬的豐度實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：去卵巢大鼠；中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動；骨密度；骨微結(jié)構(gòu)；腸道菌群

中圖分類號：G804.2"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" 文章編號：1006-2076（2024）06-0118-09

The Effect of Moderate-intensity Treadmill Exercise on Bone Mass and Gut Microbiota in Ovariectomized Rats

LI Ye¹， GAO Li¹， CHENG Xiuguo²， LI Jinying²， YANG Yongjie¹

1.College of Sports and Health，Shandong Sport University，Jinan 250102，Shandong，China;2.Graduate School，Shandong Sport University，Jinan 250102，Shandong，China

Abstract：Objective：To study the effect of moderate intensity treadmill exercise on gut microbiota in ovariectomized rats， and to explore the correlation between gut microbiota and bone mass. Methods： Sixty three-month-old female Sprague-Dawley rats of SPF grade were randomly divided into ovariectomized group （OVX）， ovariectomized exercise group （OVX+EX） and sham-operated group （SHAM）. After exercise， the body composition and bone mineral density were determined by dual-energy X-ray bone densitometry， the bone microstructure was observed by Micro-CT scanning of femur， and the changes of gut microbiota were analyzed by 16S rRNA high-throughput sequencing. Results： （1） Compared with SHAM group， OVX group significantly increased body weight and fat content， significantly decreased muscle content and bone mineral density， and severely damaged trabecular microstructure; Compared with OVX group， body weight and fat content of OVX+EX group were significantly decreased， muscle content and fourth lumbar vertebra bone density were significantly increased， femur bone density was significantly increased， and the number and continuity of bone trabeculae of OVX+EX group were increased. （2） Compared with SHAM group， Alpha diversity increased in OVX group， Firmicutes/Bacteroidetes （F/B） decreased significantly， the relative abundance of Prevoella increased， and the relative abundance of Tremillum， Ruminococcus， Ackermannia and Coprococcus decreased; Compared with OVX group， the relative abundance of F/B in OVX+EX group was significantly increased， the relative abundance of Prevotella was decreased， and the relative abundance of Ruminococcus was significantly increased. Among them， Prevotella was significantly negatively correlated with bone mass， while Ruminococcus was significantly positively correlated with bone mass. Conclusion： Ovariectomy changes the composition of gut microbiota in rats. Moderate intensity treadmill exercise improves the body composition and bone mass of ovariectomized rats， and the mechanism may be achieved by regulating the abundance of Prevotella and Ruminococcus in the gut microbiota of rats.

Key words：ovariectomized rats; moderate intensity treadmill exercise; bone mineral density; bone microstructure; gut microbiota

骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis，OP）是骨量代謝異常的全身性代謝性疾病，其中絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（Postmenopausal osteoporosis， PMOP）是女性最為常見的骨質(zhì)疏松癥類型。2018年，國家衛(wèi)健委發(fā)布的首個(gè)骨質(zhì)疏松癥流行病學(xué)調(diào)查顯示，50歲以上女性骨質(zhì)疏松癥患病率為32.1，65歲以上女性骨質(zhì)疏松癥患病率達(dá)到51.6^［1］。骨質(zhì)疏松及骨質(zhì)疏松性骨折的高風(fēng)險(xiǎn)率和病死率造成了沉重的社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，探索PMOP的發(fā)病機(jī)制并研發(fā)防治PMOP的新策略正成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

腸道菌群是腸道內(nèi)的人體微生物集合^［2］，現(xiàn)有研究已明確腸道菌群失調(diào)是多種代謝性疾病的誘因之一。在骨代謝中，腸道菌群及其代謝物可以改變腸道黏膜上皮組織的通透性進(jìn)而調(diào)節(jié)鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)吸收，并通過介導(dǎo)免疫反應(yīng)等來影響骨代謝平衡^［3］。腸道菌群與PMOP的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，多項(xiàng)動物和人體的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)^［4-6］，腸道微生物對骨密度、骨強(qiáng)度以及骨骼重塑有顯著作用，絕經(jīng)后婦女腸道菌群構(gòu)成的改變和豐度的變化對骨量流失有重大影響。以往針對PMOP的藥物治療往往伴有不良的副作用，而多年的臨床實(shí)踐證明^［7-9］，適量的體育鍛煉對預(yù)防或治療PMOP有較大益處。佟喆等^［10］研究表明，運(yùn)動療法可以通過對鈣的吸收調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)節(jié)因子、激素等參與免疫機(jī)制，進(jìn)而預(yù)防和治療骨量流失、骨質(zhì)疏松癥等?？梢姡阅c道菌群為靶點(diǎn)，通過施加運(yùn)動干預(yù)可有效調(diào)節(jié)腸道菌群的分布和多樣性，促進(jìn)腸道微生態(tài)平衡，進(jìn)而改善機(jī)體骨骼健康。

鑒于此，本研究采用16S rRNA高通量測序篩選中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動干預(yù)去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠的微生物標(biāo)志物，以期通過闡明腸道微生物群與延緩骨質(zhì)疏松作用機(jī)制的聯(lián)系，探討體育運(yùn)動防治PMOP的早期預(yù)防作用及其分子機(jī)制，為臨床探索新的防治方法以及PMOP病人的早期預(yù)防和康復(fù)治療提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 研究對象與方法

本研究整個(gè)設(shè)計(jì)和程序的細(xì)節(jié)均符合《赫爾辛基宣言》，實(shí)驗(yàn)程序經(jīng)過了山東體育學(xué)院倫理委員會的批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號：2021027）。實(shí)驗(yàn)中對實(shí)驗(yàn)動物采用鎮(zhèn)靜、麻醉止痛或無痛苦處死，將痛苦最小化處理，以避免實(shí)驗(yàn)動物的痛苦不適。

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

SPF級3月齡雌性Sprague-Dawley大鼠60只，體重（272±14）g，單籠飼養(yǎng)，自由攝食，以國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動物常規(guī)飼料喂養(yǎng)；通過人工維持12 h/12 h的室內(nèi)明暗交替環(huán)境，室內(nèi)溫度22 ℃～26 ℃，相對濕度45～70。隨機(jī)分為去卵巢組（OVX組）、假手術(shù)組（SHAM組）和去卵巢運(yùn)動干預(yù)組（OVX+EX組）。實(shí)驗(yàn)動物均來自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)有限公司（許可證號：SCXK（京）2016-0006）。

1.2 模型制備

大鼠禁食10～12 h，腹腔注射3戊巴比妥鈉 （1 ml/kg）進(jìn)行麻醉后，取側(cè)臥位，用碘酒、酒精局部消毒皮膚，在雙側(cè)背部中線旁0.5～1.0 cm做縱行切口切開皮膚，向兩側(cè)分離皮膚、筋膜及肌肉，打開左、右腹部肌肉的薄弱部分，可見淡粉紅色的卵巢位于兩側(cè)腎臟外下方，然后輕輕提起卵巢，結(jié)扎后切除，縫合皮膚，另一側(cè)以同樣方法切除卵巢^［11］。SHAM組進(jìn)行假手術(shù)，同樣方式脫毛和切開背部中央皮膚，不切除卵巢，而將其旁邊與卵巢等大的白色脂肪組織切除后縫合部位。手術(shù)后，連續(xù)7天用碘酒給實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行創(chuàng)口消毒，前3天注射青霉素預(yù)防感染。

1.3 運(yùn)動方案

按照相關(guān)研究中采用的負(fù)荷模型標(biāo)準(zhǔn)^［12］，制定中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動負(fù)荷方案。OVX+EX組大鼠術(shù)后1周開始，進(jìn)行7天的適應(yīng)性跑臺（ZH-PT動物實(shí)驗(yàn)跑臺，中國安徽淮北正華生物儀器設(shè)備有限公司）訓(xùn)練；手術(shù)后第3周開始，按照跑速20 m/min，持續(xù)時(shí)間60 min的方案進(jìn)行訓(xùn)練。所有訓(xùn)練均在上午固定時(shí)間進(jìn)行，每周訓(xùn)練5天，共17周。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 大鼠體成分、骨密度的測定

取材前對各組大鼠稱重，麻醉。然后，采用美國GE公司Lunar Prodigy型雙能X線骨密度儀，選用骨密度分析儀中的小動物測量模式，對麻醉后的大鼠全身進(jìn)行測量，并以其解剖學(xué)結(jié)構(gòu)為依據(jù)，對大鼠各部位進(jìn)行分區(qū)，計(jì)算全身脂肪含量和肌肉含量。為防止末次運(yùn)動對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，OVX+EX組大鼠于最后一次訓(xùn)練結(jié)束24～36 h后進(jìn)行取材。取材后對動物實(shí)施安樂死，分離大鼠左側(cè)股骨、脛骨、第4腰椎，剔除軟組織，用浸透生理鹽水的紗布包裹放入試管中并進(jìn)行標(biāo)記，-80 ℃凍存用于測定骨密度。最后，采用NORLAND XR-600骨密度儀測量離體股骨的遠(yuǎn)端、脛骨的近端以及第4腰椎的骨密度和骨礦含量。分離右側(cè)股骨，使用4多聚甲醛固定液固定用于觀察骨微結(jié)構(gòu)。

1.4.2 Micro-CT掃描股骨

各組隨機(jī)抽取3根大鼠右側(cè)股骨，解凍后用SkyScan1172顯微CT對其進(jìn)行掃描（電壓80 kV，電流112 μA， 9 μm×9 μm尺寸的像素點(diǎn)）。興趣區(qū)定位于股骨遠(yuǎn)端生長板剛剛消失后的部位到其上方100層之間，采用計(jì)算機(jī)自動完成圖像的二值化，再進(jìn)行定量分析，得到大鼠股骨遠(yuǎn)端骨松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)指標(biāo)，同時(shí)構(gòu)建三維重建圖像。

1.4.3 大鼠糞便采集和腸道菌群DNA提取測序和生物信息分析

于取材日早上6：00-8：00間收集各組大鼠的糞便，置于帶有相應(yīng)編號的干燥無菌的凍存管中，經(jīng)封裝后放入液氮罐中，-80 ℃保存。采用16S rRNA高通量測序分析大鼠糞便腸道菌群，提取糞便樣本DNA，PCR 擴(kuò)增 16S rRNA 基因 V3～V4 區(qū)，檢測合格的樣品構(gòu)建文庫，最后用合格的文庫進(jìn)行cluster制備和測序，進(jìn)行腸道菌群的結(jié)構(gòu)和豐度分析。

1.5 數(shù)理統(tǒng)計(jì)

采用 SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示。OVX組、SHAM組和OVX+EX組之間骨密度的差異比較采用協(xié)方差分析，其余指標(biāo)的差異比較均采用單因素方差分析，差異出現(xiàn)顯著性時(shí)用LSD進(jìn)行組間多重比較檢驗(yàn)。體成分、骨密度與篩選的差異菌群表達(dá)水平之間的相關(guān)性采用Spearman相關(guān)分析法并生成相關(guān)性分析熱圖，P＜0.05代表顯著性差異，P＜0.01代表非常顯著性差異。采用R語言工具繪制腸道菌群α多樣性、PCA分析和門水平、屬水平的豐度圖。

2 結(jié) 果

2.1 各組大鼠體重、體成分、骨密度比較

各組大鼠體重、體成分和骨密度比較結(jié)果如表1所示。與SHAM組相比，OVX組大鼠體重、脂肪含量顯著上升，肌肉含量、骨密度均顯著降低；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠體重、脂肪含量顯著下降，肌肉含量、骨密度顯著高于OVX組。這表明去卵巢導(dǎo)致體重、體脂的增加和骨質(zhì)流失，而運(yùn)動有助于減緩肌肉含量和骨密度的下降，在一定程度上避免了卵巢切除術(shù)造成的骨質(zhì)流失。

2.2 各組大鼠骨微結(jié)構(gòu)比較

各組大鼠股骨二維和三維結(jié)構(gòu)重建結(jié)果如圖1所示。與SHAM組相比，OVX組大鼠股骨骨小梁微結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重，骨小梁稀疏且骨小梁間出現(xiàn)較大空隙；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠骨小梁數(shù)目增加且連續(xù)性提高。這表明去卵巢大鼠松質(zhì)骨的體積變小，骨小梁數(shù)目減少，厚度降低，而中等強(qiáng)度運(yùn)動顯著增加了松質(zhì)骨的體積和骨小梁的數(shù)目，減少了骨小梁的分離度，使得股骨松質(zhì)骨的骨微結(jié)構(gòu)得到^改善。

2.3 各組大鼠腸道菌群多樣性比較

采用Chao1 指數(shù)和Ace指數(shù)反映樣本群落豐富度，采用Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)反映群落多樣性，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3所示。與SHAM組相比，OVX組大鼠的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)顯著升高；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)顯著降低，各組大鼠間Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)無顯著變化。這表明去卵巢手術(shù)增加了腸道菌群的豐富度，中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動降低了OVX組大鼠腸道菌群豐富度，但二者并不影響其多樣性。此外，SymbolbA@多樣性分析可以評估不同組間微生物群落間的差異，研究主要采用PCA分析方法反映多樣性，結(jié)果表明3組大鼠腸道菌群在結(jié)構(gòu)組成上存在一定差異。

2.4 各組大鼠腸道菌群構(gòu)成及分布豐度分析

厚壁菌門、擬桿菌門是哺乳動物腸道菌群的兩個(gè)主要組成部分，它們在維持腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。基于物種注釋結(jié)果，選取每組在門和屬水平上最大豐度排行前10的菌群，形成物種相對豐度柱狀累加圖（見圖4）。各組大鼠腸道菌群的相對豐度經(jīng)單因素方差分析顯示，在門水平上，與SHAM組相比，OVX組大鼠的厚壁菌門/擬桿菌門（F/B）顯著性降低；屬水平上，OVX組大鼠中普雷沃氏菌的相對豐度顯著增加，瘤胃球菌屬、阿克曼菌屬、顫螺菌屬的相對豐度顯著降低；與OVX組相比，OVX+EX組大鼠的厚壁菌門/擬桿菌門顯著性升高，腸道內(nèi)普雷沃氏菌的相對豐度顯著降低，瘤胃球菌屬、乳桿菌屬、阿克曼菌屬的相對豐度顯著增加。

2.5 關(guān)鍵菌群與體成分、骨密度參數(shù)相關(guān)性分析

關(guān)鍵菌群與體成分、骨密度參數(shù)相關(guān)性分析如圖5所示。普雷沃氏菌與脂肪含量顯著正相關(guān)，與肌肉含量顯著負(fù)相關(guān)，與第4腰椎骨密度顯著負(fù)相關(guān)；瘤胃球菌屬與脂肪含量顯著負(fù)相關(guān)，與肌肉含量、脛骨骨密度顯著正相關(guān)，與第4腰椎骨密度顯著正相關(guān)；顫螺菌屬與體重顯著負(fù)相關(guān)。這表明普雷沃氏菌、瘤胃球菌屬是運(yùn)動影響絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的重要候選生物標(biāo)志物。

3 討 論

3.1 OVX大鼠腸道菌群的結(jié)構(gòu)特征

PMOP是一種發(fā)病率高、危害性大且治療困難的中老年疾病，對其進(jìn)行預(yù)防和治療已引起全球性重視，且越來越多的研究證明了腸道菌群在骨穩(wěn)態(tài)中的調(diào)節(jié)作用。Sjgren等^［13］指出，腸道菌群缺乏的小鼠骨量高于常規(guī)飼養(yǎng)小鼠，首次證明了腸道菌群與骨量具有相關(guān)性，腸道菌群可能是骨量的主要調(diào)節(jié)器。女性絕經(jīng)后，雌激素明顯下降，導(dǎo)致肥胖、肌肉含量下降、脂代謝紊亂、骨密度降低等異常情況。Ohlsson等^［5］發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失衡引起的炎癥狀態(tài)、自身免疫改變造成骨質(zhì)流失和骨形成減少，提示絕經(jīng)后婦女腸道菌群構(gòu)成的改變和豐度的變化對骨量流失有重大影響。

微生物多樣性分析被廣泛認(rèn)為是健康狀況的重要指標(biāo)。Wang等^［14］和Xu等^［15］指出，骨質(zhì)疏松患者的OTU數(shù)量和α多樣性增加。王飆等^［16］指出，骨質(zhì)疏松患者腸道菌群的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)顯著高于健康對照組，Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)在兩組之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。OVX大鼠是研究女性雌激素缺乏導(dǎo)致PMOP的典型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀１狙芯堪l(fā)現(xiàn)，OVX組大鼠的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)顯著性升高，Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)無顯著變化，表明去卵巢增加了大鼠腸道菌群的豐富度，但未改變多樣性。然而，Wang等^［17］的研究發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女的ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)顯著低于骨量正常的絕經(jīng)后婦女，Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)顯示這兩組之間的差異很??；Kuo等^［18］和He等^［19］的研究發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松癥患者的α多樣性下降，提示絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的細(xì)菌豐富性和多樣性均有所減少。綜合來看，由于地理位置、樣本量、分布和患者飲食習(xí)慣的不同，目前臨床研究對PMOP人群腸道菌群的組成特征并沒有達(dá)成一致結(jié)論。

厚壁菌門/擬桿菌門比率（F/B）是檢測某些疾病（如糖尿病、肥胖癥和高血壓等）的重要代表性生物標(biāo)志物。本研究結(jié)果顯示，在門水平上，與SHAM組相比，OVX組大鼠厚壁菌門/擬桿菌門（F/B）顯著性降低。其他研究亦發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松人群^［20］與OVX大鼠^［21］均顯示出厚壁菌門/擬桿菌門（F/B）下降，普雷沃氏菌在骨質(zhì)疏松早期迅速增加并保持較高的豐度，但在后期逐漸減少，表明以α多樣性增加和腸道菌群組成顯著改變?yōu)樘卣鞯哪c道菌群生態(tài)失調(diào)與類固醇缺乏誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥有關(guān)，據(jù)此提出了糞便微生物群的特定變化與類固醇缺乏誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。Yuan等^［22］同樣指出，與SHAM組相比，在門水平上，OVX組大鼠厚壁菌門的相對豐度顯著降低，擬桿菌門的豐度顯著增加；在屬水平上，OVX組大鼠擬桿菌門的Bacteroides和Alloprevotella的豐度增加，而厚壁菌門的乳桿菌和Ruminococcaceae UCG-014的豐度減少，糞便F/B比率與破骨細(xì)胞分化呈負(fù)相關(guān)。Huang等^［23］的研究發(fā)現(xiàn)，中國女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者的腸道中，厚壁菌門的相對豐度低于健康人。綜上所述，推測擬桿菌門和厚壁菌門豐度與骨質(zhì)疏松癥有關(guān)，它們是骨量變化的潛在關(guān)聯(lián)指標(biāo)。

此外，眾多研究表明，雖然對菌門內(nèi)較小分類單位，如“屬”“種”變化的相關(guān)分析更加復(fù)雜，但亦有重要意義，而16S rRNA測序分析物種的鑒定深度可達(dá)屬水平。本研究結(jié)果顯示，在屬水平上，OVX組大鼠中普雷沃氏菌的相對豐度增加，顫螺菌屬、瘤胃球菌屬、阿克曼菌屬、糞球菌屬的相對豐度降低。而魏明等^［24］的研究表明，在門層面上，SHAM組小鼠與OVX組小鼠比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在屬層面上，OVX組小鼠的糞球菌屬及擬桿菌屬比例下降，賴氨酸芽胞桿菌屬增加。梅馮馮^［25］指出，與SHAM組相比，在門水平上，OVX組大鼠的Firmicutes 和 Proteobacteria 顯著降低，而 Bacteroidetes顯著增多；在屬水平上，Alistipes明顯增加。許家豪^［26］指出，圍絕經(jīng)期女性腸道菌群中的厚壁菌與擬桿菌比例較高，變形菌門的相對豐度較低，毛螺旋菌科的相對豐度較高，普雷沃氏菌的相對豐度較低。Das等^［27］和Wei等^［28］指出，骨質(zhì)疏松患者乳酸桿菌和瘤胃球菌的相對豐度增加。結(jié)合上述分析可以推測，本研究中的普雷沃氏菌、顫螺菌屬、瘤胃球菌屬、阿克曼菌屬、糞球菌屬等是與骨質(zhì)減少和骨質(zhì)疏松相關(guān)的高度富集的細(xì)菌類群，可能是早期發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)減少和骨質(zhì)疏松的潛在生物標(biāo)志物，或有助于骨質(zhì)減少和骨質(zhì)疏松的治療和預(yù)防。上述研究結(jié)果存在一定的差異，或許是研究的標(biāo)本來源和樣本數(shù)量的不同、^{16S rRNA}測序深度覆蓋不足以及得到的序列注釋不到種水平等缺陷所導(dǎo)致的。

3.2 中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對OVX大鼠腸道菌群的影響

運(yùn)動作為一種環(huán)境刺激性因素，可以有效調(diào)節(jié)腸道菌群的成分和結(jié)構(gòu)、增加有益菌群數(shù)量、恢復(fù)菌群平衡從而改善機(jī)體健康^［29］。大量橫斷面研究證實(shí)^［30-31］，體力活動或心肺健康與腸道菌群組成之間存在關(guān)聯(lián)。Evans等^［32］觀察到，運(yùn)動引起的厚壁菌/擬桿菌比率變化與動物行走的距離成反比。此外，Choi等^［33］的研究發(fā)現(xiàn)，自愿性車輪行駛可引起小鼠腸道^{2 150}個(gè)分類群豐度的變化，并能夠抵消暴露于多氯聯(lián)苯引起的小鼠腸道微生物豐富度的降低，同時(shí)也增加了大鼠的乳酸桿菌屬和球擬布氏真桿菌群。Morita等^［34］指出，12周的有氧運(yùn)動增加了健康老年婦女腸道微生物群組成中腸道類桿菌的相對豐度，同時(shí)也改善了健康老年婦女的心肺健康，提示運(yùn)動可能是一種優(yōu)化腸道微生物的重要方法。

同時(shí)，體育運(yùn)動可以影響各個(gè)年齡段個(gè)體骨骼發(fā)育的質(zhì)量，機(jī)械負(fù)荷還可以通過影響骨骼的幾何形狀進(jìn)而影響骨強(qiáng)度。Greenhill^［35］的研究指出，鍛煉可通過改善腸道菌群結(jié)構(gòu)提高骨密度，菌群與骨骼的積極變化相關(guān)，如雙歧桿菌科的豐度與骨體積呈正相關(guān)。高脂飲食可以導(dǎo)致小鼠椎骨、脛骨骨小梁減少，骨髓中脂肪增多，腸道菌群失調(diào)，運(yùn)動能夠減少高脂飲食所導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)^［36］。Inchingolo等^［37］的研究發(fā)現(xiàn)，以腸道菌群為靶點(diǎn)，通過菌群定植、益生菌補(bǔ)充和運(yùn)動干預(yù)等不同方式可以延緩骨質(zhì)疏松的發(fā)生。楊啟航等^［38］的研究表明，運(yùn)動作為影響腸道菌群與骨代謝的非藥物干預(yù)手段，可以調(diào)控腸道菌群穩(wěn)態(tài)、改善腸屏障功能、促進(jìn)短鏈脂肪酸和膽汁酸分泌、下調(diào)血清脂多糖水平、降低氧化應(yīng)激，進(jìn)而抑制骨細(xì)胞凋亡、抑制破骨細(xì)胞分化、促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和調(diào)節(jié)骨細(xì)胞營養(yǎng)代謝，從而發(fā)揮防治骨質(zhì)疏松的作用。

本研究結(jié)果顯示，中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動顯著降低了OVX組大鼠普雷沃氏菌的相對豐度，顯著提高了瘤胃球菌屬的相對豐度；相關(guān)性分析顯示普雷沃氏菌與脂肪含量顯著正相關(guān)，與第4腰椎骨密度顯著負(fù)相關(guān)，瘤胃球菌屬與骨密度顯著正相關(guān)。這提示運(yùn)動可能通過影響普雷沃氏菌和瘤胃球菌屬的相對豐度從而改善OVX組大鼠的體成分和骨量。Clarke等^［31］對愛爾蘭橄欖球運(yùn)動員腸道菌群進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其厚壁菌門和瘤胃球菌屬的含量增加，擬桿菌門含量下降。Petriz等^［39］研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動能夠增強(qiáng)大鼠厚壁菌門的豐度，降低擬桿菌門的含量，改變腸道菌群結(jié)構(gòu)成分。胡雙雙等^［40］的研究發(fā)現(xiàn)，6周中低強(qiáng)度運(yùn)動可以顯著提高小鼠腸道菌群的豐度，顯著增加厚壁菌門與放線菌門的豐度。這與本研究中中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動對去卵巢大鼠腸道菌群的影響結(jié)果相一致。

Gorvitovskaia^［41］提出，將普雷沃氏菌和類桿菌解釋為飲食和生活方式的生物標(biāo)志物。Tsai等^［42］的研究表明，腸道微生物群中普氏菌的豐度與II型糖尿病患者的健康飲食呈負(fù)相關(guān)；Ley^［43］的研究證實(shí)普雷沃氏菌菌株與富含植物的飲食有關(guān)，且與慢性炎癥有關(guān)；Choi等^［44］的研究進(jìn)一步顯示，普雷沃氏菌與炎癥性骨質(zhì)流失有關(guān)。因此，上述菌屬仍然被歸類為潛在的致病菌^［45］。Ahmed^［46］的研究發(fā)現(xiàn)，普雷沃氏菌與中老年人的認(rèn)知能力下降有關(guān)，且顯示出了誘導(dǎo)結(jié)締組織降解和牙槽骨吸收的巨大潛力。很多研究表明^{［21，47-48］}，骨質(zhì)疏松大鼠中普雷沃氏菌的相對豐度會增加，因而大多觀點(diǎn)支持屬于擬桿菌門的普雷沃氏菌科負(fù)調(diào)控骨量。Allen等^［49］的研究表明，對小鼠進(jìn)行6周自由輪跑運(yùn)動干預(yù)，可使阿克曼氏菌、瘤胃球菌及毛螺菌科豐度增加，普氏菌降低，該變化有利于抑制腸道炎癥，防止腸道組織損傷。但也有相反的報(bào)道^［17］，口服給予雌性去卵巢C57BL6/J小鼠普雷沃氏菌可以減少骨質(zhì)流失，通過改變IL-1β、TNF-α和其他破骨細(xì)胞因子的表達(dá)抑制破骨細(xì)胞活性發(fā)揮作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動會增加瘤胃球菌的數(shù)量，小鼠自由輪跑運(yùn)動7周后，腸道瘤胃球菌科的豐度增加而理研菌科的豐度降低^［50］，該變化有利于促進(jìn)短鏈脂肪酸的分泌，通過調(diào)節(jié)腸道微生物群的平衡來提高運(yùn)動表現(xiàn)并發(fā)揮抗肥胖作用；小鼠進(jìn)行中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動12周后，瘤胃球菌的豐度增加，大腸桿菌等的豐度降低^［51］，該變化可在一定程度上降低腸道組織中的腫瘤數(shù)量，有利于改善腫瘤疾病。Dabard等^［52］的研究表明，運(yùn)動能夠增加厚壁菌門中產(chǎn)丁酸鹽的菌，如瘤胃球菌屬。而丁酸鹽對腸道能夠起到很好的保護(hù)作用，因而瘤胃球菌屬具有對抗細(xì)菌，保護(hù)宿主不受病原體侵犯的作用。

運(yùn)動干預(yù)與腸道菌群之間的關(guān)系很復(fù)雜，取決于多種因素，包括運(yùn)動類型、運(yùn)動強(qiáng)度、運(yùn)動持續(xù)時(shí)間、運(yùn)動頻率、運(yùn)動時(shí)周圍環(huán)境等。已有的研究表明，適度運(yùn)動可以提高骨量、調(diào)節(jié)腸道菌群組成，但運(yùn)動調(diào)節(jié)特定菌群豐度與成骨、破骨功能之間的相關(guān)性及具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步證實(shí)。本研究的結(jié)果表明，卵巢切除術(shù)改變了大鼠腸道微生物群的組成和功能，中等強(qiáng)度跑臺通過調(diào)節(jié)OVX組大鼠腸道微生物群中普雷沃氏菌和瘤胃球菌的相對豐度來改善骨量。

4 結(jié) 論

卵巢切除術(shù)改變了大鼠腸道微生物群的組成，主要體現(xiàn)在卵巢切除術(shù)改變了大鼠腸道微生物群的組成；中等強(qiáng)度跑臺運(yùn)動可能通過調(diào)節(jié)大鼠腸道菌群中普雷沃氏菌、瘤胃球菌屬的相對豐度改善去卵巢大鼠的體成分和骨量。

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