摘要:腸道菌群的平衡對(duì)于機(jī)體健康至關(guān)重要。當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí),會(huì)引發(fā)低度、慢性、全身性的炎癥,進(jìn)而導(dǎo)致多種代謝性疾病,甚至更嚴(yán)重的健康問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)作為一種非藥物治療方式,通過(guò)動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)提供了充足的證據(jù),表明適度運(yùn)動(dòng)能夠增加腸道菌群的多樣性,優(yōu)化腸道結(jié)構(gòu),減少促炎因子的產(chǎn)生,從而積極調(diào)控腸道菌群的功能。本文綜述了運(yùn)動(dòng)作為外部應(yīng)激源對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)和多樣性變化的影響,以及腸道菌群在改善肥胖癥中的機(jī)制,旨在為肥胖的預(yù)防和治療提供新的思路。
關(guān)鍵詞:腸道菌群;肥胖癥;運(yùn)動(dòng)干預(yù);炎癥因子;腸道代謝
The Research Status of Exercise Intervention for Obesity from the Perspective of Gut Microbiota
Liu Baojun, Wang Yingsong, Xing Jing*
(School of Sports and Health,Nanjing Sport Institute, Nanjing, Jiangsu 210014, China)
Abstract: The balance of gut microbiota is crucial for human health. When gut microbiota is imbalanced, it can cause low-grade, chronic, systemic inflammation, leading to various metabolic diseases and even more serious health problems. As a non-pharmacological treatment method, exercise has provided sufficient evidence through animal and human experiments, showing that moderate exercise can increase the diversity of gut microbiota, optimize the structure of the gut, reduce the production of pro-inflammatory factors, and thus positively regulate the function of gut microbiota. This review summarizes the effects of exercise as an external stress source on the structure and diversity of gut microbiota, and the mechanisms of gut microbiota in improving obesity, aiming to provide new ideas for the prevention and treatment of obesity.
Keywords: gut microbiota; obesity; exercise intervention; inflammatory factors.
隨著科技的飛速發(fā)展和社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步,肥胖問(wèn)題在當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)躍升為全球公共健康領(lǐng)域的一項(xiàng)重大關(guān)切。它不僅影響著個(gè)體的生活質(zhì)量,還與一系列嚴(yán)重的代謝性疾病,如糖尿病、高血壓及心血管疾病等緊密相關(guān)。近年來(lái),隨著微生物組學(xué)研究的不斷深入,腸道菌群在肥胖癥發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中所扮演的關(guān)鍵角色逐漸浮出水面,引起了科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。越來(lái)越多的證據(jù)表明,腸道微生物的失衡是多種代謝性疾病的重要病因?qū)W因素之一。腸道內(nèi)寄居著數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的微生物,它們共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的生態(tài)系統(tǒng),對(duì)宿主的代謝、免疫和營(yíng)養(yǎng)吸收等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。當(dāng)這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和結(jié)構(gòu)發(fā)生失衡時(shí),可能會(huì)觸發(fā)一系列病理生理過(guò)程,包括胰島素敏感性的下降、全身炎癥反應(yīng)的加劇以及代謝功能的異常,進(jìn)而顯著增加個(gè)體罹患2型糖尿病、肥胖、高血壓及非酒精性脂肪性肝病等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。在這一背景下,尋找有效的干預(yù)手段以調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu),進(jìn)而預(yù)防和治療肥胖癥及其相關(guān)代謝性疾病顯得尤為重要。運(yùn)動(dòng)作為一種非藥物性、安全且經(jīng)濟(jì)的干預(yù)手段,近年來(lái)已被多項(xiàng)研究所證實(shí)對(duì)改善腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能具有積極作用。通過(guò)運(yùn)動(dòng),不僅可以促進(jìn)腸道蠕動(dòng),增加腸道微生物的多樣性,還可能通過(guò)調(diào)節(jié)宿主代謝和免疫功能,間接影響腸道菌群的生態(tài)平衡[1]。本文旨在全面綜述運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖人群腸道菌群的具體影響及其潛在機(jī)制,以期為肥胖癥的防治提供新的思路和策略。通過(guò)深入探討運(yùn)動(dòng)如何作用于腸道微生物群落,以及這種作用如何進(jìn)一步影響宿主的代謝健康和疾病風(fēng)險(xiǎn),我們有望為肥胖癥及其相關(guān)代謝性疾病的防控開(kāi)辟一條全新的路徑。
1.腸道菌群與健康
人體消化道內(nèi)棲息著一個(gè)復(fù)雜且多樣化的微生物生態(tài)系統(tǒng),即腸道菌群,其總體質(zhì)量約為1至2公斤,所含基因數(shù)目竟高達(dá)人類(lèi)基因組的150倍,充分展示了微生物世界的遺傳多樣性和復(fù)雜性。依據(jù)對(duì)宿主健康產(chǎn)生的效應(yīng)差異,腸道菌群可被科學(xué)地劃分為益生菌、中性菌及條件致病菌這三大生態(tài)類(lèi)別。益生菌,作為腸道內(nèi)的關(guān)鍵功能性微生物,多為厭氧性物種,它們?cè)谡{(diào)節(jié)宿主代謝功能和免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方面扮演著核心角色。通過(guò)代謝產(chǎn)生諸如短鏈脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids,SCFAs)等有益代謝產(chǎn)物,益生菌不僅為宿主提供必要的營(yíng)養(yǎng)支持,還積極參與腸道黏膜屏障的構(gòu)建與維護(hù),有效抵御外界病原體和有害物質(zhì)的侵襲,從而維護(hù)腸道健康。中性菌則相對(duì)中立,它們大多隨著糞便排出體外,不直接對(duì)宿主健康產(chǎn)生顯著的正面或負(fù)面效應(yīng)。然而,中性菌的存在豐富了腸道微生物群落的多樣性,對(duì)于維持腸道微生態(tài)平衡具有不可或缺的作用。條件致病菌則是一種潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子,它們?cè)谡顟B(tài)下與其他菌群保持動(dòng)態(tài)平衡,但當(dāng)腸道環(huán)境失衡或宿主免疫力下降時(shí),它們可能大量增殖并引發(fā)疾病。因此,保持益生菌與條件致病菌之間的動(dòng)態(tài)平衡,對(duì)于維護(hù)宿主的整體健康至關(guān)重要[2]。
腸道菌群與肥胖之間存在著密切的關(guān)系,特別是在能量吸收和脂肪代謝方面。具體來(lái)說(shuō),腸道內(nèi)的微生物群落通過(guò)發(fā)酵不可消化的碳水化合物(如纖維素)產(chǎn)生SCFA,如乙酸、丙酸和丁酸。這些SCFA不僅能夠?yàn)樗拗魈峁╊~外的能量來(lái)源,還參與調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞的能量代謝。例如,乙酸可以被腸道上皮細(xì)胞直接吸收并利用于脂肪合成,而丙酸則可能通過(guò)影響脂肪組織中的基因表達(dá)來(lái)促進(jìn)脂肪積累[1]。此外,腸道菌群還能影響(Lipopolysaccharide,LPS)水平,進(jìn)而抑制LPS誘發(fā)的炎癥反應(yīng),誘發(fā)的炎癥,從而降低肥胖風(fēng)險(xiǎn)[2]。鑒于每個(gè)人的腸道菌群構(gòu)成具有高度的個(gè)體差異性,但保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)是反映宿主健康水平的重要指標(biāo)之一[3]。因此,運(yùn)動(dòng)作為一種非藥物性干預(yù)手段,在預(yù)防和控制肥胖及相關(guān)炎癥性疾病方面具有巨大潛力。
2.腸道菌群與肥胖癥代謝
肥胖是一種由多種因素引發(fā)的慢性代謝病,對(duì)人類(lèi)身心健康及生活質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響。據(jù)流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,全球超重與肥胖人群的比例已達(dá)到30%,且這一數(shù)字還在逐年攀升[4]。公認(rèn)導(dǎo)致肥胖的因素涵蓋了遺傳、飲食習(xí)慣、體育活動(dòng)以及睡眠等方面。然而,腸道菌群在調(diào)節(jié)宿主代謝過(guò)程中同樣起著舉足輕重的作用,眾多研究均指出腸道菌群失衡與肥胖的發(fā)展之間存在著緊密聯(lián)系[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,擁有完整腸道菌群的小鼠,在攝入高脂高熱量食物后更容易變得肥胖。而如果將正常小鼠的腸道菌群移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi),后者也會(huì)迅速出現(xiàn)肥胖癥狀。深入分析發(fā)現(xiàn),正常小鼠的腸道內(nèi)富含SCFAs代謝產(chǎn)物,而肥胖小鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)則出現(xiàn)失衡,具體表現(xiàn)為擬桿菌數(shù)量減少,厚壁菌數(shù)量增加[6]。因此,腸道菌群的失衡被視為導(dǎo)致肥胖發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素之一,這為肥胖的預(yù)防和治療提供了新的視角和潛在靶點(diǎn)。
2.1腸道菌群與能量吸收
腸道菌群在宿主的健康和疾病中發(fā)揮著重要作用,尤其是在能量代謝方面。腸道菌群能夠分解宿主無(wú)法消化的膳食纖維,產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物,其中SCFAs(如乙酸、丙酸和丁酸)是最重要的一類(lèi)。這些SCFAs不僅能被宿主直接吸收利用,提供能量,還在多種生理過(guò)程中起到調(diào)節(jié)作用,從而增加整體能量攝入。這種能量提取和利用機(jī)制對(duì)宿主的體重和代謝健康具有深遠(yuǎn)影響。研究表明,肥胖個(gè)體的腸道菌群具有更高的能量提取能力,能夠更有效地將膳食纖維轉(zhuǎn)化為可利用的SCFAs。Yang等人的研究[7]發(fā)現(xiàn),將肥胖小鼠的腸道菌群移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi)后,受體小鼠的體重顯著增加,結(jié)果表明,腸道菌群的組成和功能可以直接影響宿主的體重和脂肪儲(chǔ)存能力。這一發(fā)現(xiàn)為理解肥胖的微生物學(xué)基礎(chǔ)提供了重要線索,提示腸道菌群在能量平衡和肥胖發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。SCFAs不僅僅是能量的提供者,它們通過(guò)多種機(jī)制影響宿主的代謝和脂肪儲(chǔ)存過(guò)程。SCFAs通過(guò)激活特定的G蛋白偶聯(lián)受體,在調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞功能方面起著重要作用[8]。G蛋白偶聯(lián)受體41(G protein-coupled receptor 41,GPR41)和G蛋白偶聯(lián)受體43(G protein-coupled receptor 43,GPR43)是SCFAs的主要受體,這些受體在脂肪細(xì)胞和其他代謝相關(guān)組織中廣泛表達(dá)。SCFAs與這些受體結(jié)合后,可以啟動(dòng)一系列信號(hào)傳導(dǎo)途徑,最終導(dǎo)致脂肪細(xì)胞的脂肪合成和儲(chǔ)存增加[9]。此外,SCFAs還可以通過(guò)影響胰島素敏感性和炎癥反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)宿主的代謝狀態(tài)。乙酸、丙酸和丁酸等SCFAs能夠提高胰島素敏感性,促進(jìn)葡萄糖的利用和儲(chǔ)存,從而在一定程度上防止血糖水平的過(guò)度升高。然而,過(guò)量的SCFAs也可能導(dǎo)致脂肪過(guò)度合成和儲(chǔ)存,從而促進(jìn)肥胖的發(fā)生。因此,SCFAs在宿主代謝中的作用是雙重的,既可以有益于代謝健康,也可能在某些條件下促進(jìn)代謝紊亂和肥胖[10]。腸道菌群通過(guò)產(chǎn)生SCFAs宿主的能量代謝和脂肪儲(chǔ)存產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,肥胖個(gè)體的腸道菌群表現(xiàn)出更高的能量提取能力,這可能通過(guò)增加SCFAs的產(chǎn)生和利用,進(jìn)一步促進(jìn)脂肪合成和儲(chǔ)存[11]。
2.2腸道菌群與脂肪代謝
腸道菌群在宿主脂肪代謝中扮演著至關(guān)重要的角色,通過(guò)調(diào)節(jié)宿主的脂肪生成和分解過(guò)程,顯著影響脂肪的代謝。肥胖個(gè)體的腸道菌群通常表現(xiàn)出較高的脂肪生成(脂肪合成)和較低的脂肪分解(脂肪氧化)活性[12]。這種調(diào)節(jié)作用是通過(guò)一系列復(fù)雜的機(jī)制實(shí)現(xiàn)的,其中腸道菌群的組成和功能變化起著核心作用。研究發(fā)現(xiàn),肥胖小鼠體內(nèi)的厚壁菌門(mén)比例較高,而擬桿菌門(mén)比例較低,這種菌群結(jié)構(gòu)的變化與脂肪生成增加和脂肪分解減少密切相關(guān)[13]。厚壁菌門(mén)中的某些細(xì)菌能夠更有效地分解膳食纖維并產(chǎn)生SCFAs,這些SCFAs不僅可以提供額外的能量,還能通過(guò)激活特定的信號(hào)通路促進(jìn)脂肪細(xì)胞的脂肪合成[14]。這一發(fā)現(xiàn)提示,腸道菌群的組成不僅影響能量提取效率,還通過(guò)代謝產(chǎn)物直接調(diào)節(jié)脂肪代謝過(guò)程。
3運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖癥作用機(jī)制
3.1運(yùn)動(dòng)優(yōu)化腸道菌群架構(gòu),提升短鏈脂肪酸水平
近年來(lái),眾多研究紛紛證實(shí),多樣化的運(yùn)動(dòng)干預(yù)策略能有效調(diào)整宿主腸道菌群的架構(gòu)與構(gòu)成,而適量的身體活動(dòng)能夠增進(jìn)腸道菌群的多樣性及有益菌群的豐度。SCFAs,具體包含乙酸鹽、丙酸鹽及丁酸鹽,其中丁酸鹽在調(diào)節(jié)腸道粘膜細(xì)胞生長(zhǎng)分化、參與能量代謝過(guò)程以及通過(guò)激活相關(guān)通路減輕腸道炎癥方面扮演著重要角色[15] 。丁酸鹽不僅能夠調(diào)節(jié)腸道粘膜細(xì)胞的增殖和分化,參與能量代謝,還能通過(guò)激活細(xì)胞的NF-κB通路減少腸道炎癥的發(fā)生。這一機(jī)制說(shuō)明,丁酸鹽在維持腸道健康和防止炎癥性腸病等疾病方面起著關(guān)鍵作用。SCFAs作為腸道菌群的代謝產(chǎn)物,不僅對(duì)腸道細(xì)胞提供能量,還通過(guò)多種途徑影響宿主的全身代謝和免疫功能。運(yùn)動(dòng)干預(yù)不僅能夠增加腸道菌群的多樣性,還能促進(jìn)有益代謝產(chǎn)物的生成。這種變化可能與運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道環(huán)境的影響有關(guān),例如增加腸道的血流量和氧氣供應(yīng),進(jìn)而支持有益菌群的生長(zhǎng)。此外,SCFAs能夠通過(guò)激活自由脂肪酸受體2(FFAR2)抑制促炎細(xì)胞因子如IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達(dá),從而發(fā)揮抗炎作用[22]。這一抗炎作用對(duì)于維護(hù)宿主的整體健康至關(guān)重要,特別是在降低與慢性炎癥相關(guān)的疾病風(fēng)險(xiǎn),如肥胖、糖尿病及心血管疾病等方面。通過(guò)減輕炎癥反應(yīng),SCFAs有助于提升胰島素敏感性,改善代謝健康狀態(tài),進(jìn)而減少肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)生概率。
3.2 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)腸道菌群平衡,減少脂多糖誘發(fā)炎癥
細(xì)菌外層所含的復(fù)雜成分之一——LPS,作為一種重要的生物活性分子,具備引發(fā)機(jī)體產(chǎn)生低水平但持續(xù)性內(nèi)源性炎癥反應(yīng)的能力。這一作用機(jī)制主要依賴于LPS與骨骼肌細(xì)胞表面廣泛分布的Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)之間的特異性結(jié)合。當(dāng)LPS與TLRs相遇時(shí),會(huì)激活一系列復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)促炎細(xì)胞因子(如白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α等)、趨化因子及共刺激分子相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)。這一系列分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)共同促進(jìn)了炎癥反應(yīng)的啟動(dòng)和維持,對(duì)機(jī)體的免疫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[16]。王鵬等人針對(duì)一群肥胖的兒童,設(shè)計(jì)并實(shí)施了一項(xiàng)精心策劃的運(yùn)動(dòng)干預(yù)計(jì)劃。該計(jì)劃初期以中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)為主,旨在逐步提升參與者的體能和適應(yīng)性,隨后逐漸過(guò)渡到高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)階段,以期達(dá)到更顯著的生理效應(yīng)。研究結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)為期10周的持續(xù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后,這些受試者的腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化,其中雙歧桿菌的豐度呈現(xiàn)出積極的變化趨勢(shì)。值得注意的是,白介素-6這一多功能細(xì)胞因子的分泌量也顯著增加[17]。IL-6在機(jī)體內(nèi)扮演著雙刃劍的角色,一方面它能作為促炎因子參與炎癥反應(yīng),另一方面,更重要的是,它還能刺激抗炎因子的釋放,如IL-10和IL-1受體拮抗劑,并具備抑制腫瘤壞死因子活性的能力,從而有效緩解機(jī)體的過(guò)度炎癥狀態(tài),促進(jìn)免疫平衡。此外,運(yùn)動(dòng)作為一種非藥物性的干預(yù)手段,對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用同樣不容小覷。李可等人的研究進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。他們對(duì)49位超重及肥胖個(gè)體實(shí)施了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干預(yù),并觀察到擬桿菌、糞桿菌、丁酸球菌、奧多菌及丁酸菌等有益菌群的豐度顯著提升,而血漿中的LPS濃度則有所下降。這一變化模式表明,運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)改善腸道環(huán)境,促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)繁殖,同時(shí)抑制有害菌的過(guò)度增殖,從而間接降低了LPS向血液循環(huán)中的滲漏。特別是,糞桿菌及奧多細(xì)菌數(shù)量的增加與小巴維單胞菌數(shù)量的減少,與血漿LPS水平的降低之間存在密切的關(guān)聯(lián)性,這進(jìn)一步提示我們,運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)調(diào)整特定腸道菌群的平衡,來(lái)影響LPS的代謝和轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)而對(duì)機(jī)體的炎癥狀態(tài)產(chǎn)生積極影響[18]。
總體而言,運(yùn)動(dòng)借助多種機(jī)制維持腸道菌群的平衡狀態(tài),減少革蘭氏陰性菌的產(chǎn)生,從而減輕脂多糖對(duì)腸道壁誘發(fā)的內(nèi)源性炎癥,進(jìn)而降低肥胖的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)動(dòng)不僅直接優(yōu)化了腸道菌群的組成,還通過(guò)抑制炎癥和強(qiáng)化免疫功能,為宿主帶來(lái)了全面的健康益處。因此,保持規(guī)律且適度的運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)被視為預(yù)防和控制肥胖及其相關(guān)炎癥性疾病的關(guān)鍵手段之一。
4.總結(jié)與展望
通過(guò)回顧以往的研究,我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干預(yù)能有效優(yōu)化腸道菌群的結(jié)構(gòu)與多樣性,進(jìn)而平衡腸道微生態(tài),為肥胖癥的預(yù)防和治療開(kāi)辟了新的治療途徑。盡管當(dāng)前肥胖癥患者可采用的腸道菌群干預(yù)方法包括糞便菌群移植等,但這些手段在重度肥胖患者中的確切療效仍有待進(jìn)一步明確。然而,為了更深入地揭示運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)機(jī)制及其與肥胖之間的關(guān)聯(lián),仍需開(kāi)展更多基礎(chǔ)與臨床研究。
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