腸道菌群：運動影響免疫機能的潛在因素

徐明明，曹建民，曹 卉，相福軍

（北京體育大學，北京 100084）

近年來，人們已經(jīng)逐漸意識到人體的共生菌群對人類生命活動的重大影響和貢獻。但是目前腸道菌群對我們來說依然存在神秘感。目前我們對腸道菌群的理解大多數(shù)是通過糞便抽樣調查采集，只有極少數(shù)研究是通過上皮黏膜活檢得出結論。因此，現(xiàn)有的研究大都是基于對糞便結果的采樣進行分析，其結果并不能完全描述腸道內(nèi)部的真實情況。并且從一些有限的研究中，我們知道小腸含有的細菌豐度和組成與結腸相比有很大的不同，并且小腸動態(tài)變化更大。這些事實說明了我們目前對腸道菌群只窺豹一斑，但是對了解腸道菌群、指導運動實踐而言，目前的諸多研究結論仍有重要意義。

1 腸道菌群影響免疫機能

腸道黏膜是人體中細菌密度最大、數(shù)量最多的場所，大約有10萬個微生物在腸道內(nèi)定植。由于目前研究的局限性，一般認為腸道中含有厚壁菌門和擬桿菌門2個門類的菌群，但是有學者認為，在我們的腸道中至少應有10個不同門類的菌群定植，由于龐大的菌類數(shù)量和同類菌種之間的菌株差異，使得我們不確定哪些微生物對我們正常生命功能和發(fā)育發(fā)揮作用，如已被了解的大腸桿菌通常與結腸直腸癌相關，但是大腸桿菌菌株通常被我們認為是益生菌。根據(jù)定植能力不同，菌群可分為臨時菌群和永久菌群，其中永久性菌群中有一部分已經(jīng)被證實具有免疫調節(jié)作用。在腸道菌群被證明可以調控宿主發(fā)育、膳食、代謝等生命活動，其中免疫被認為是腸道菌群重要的調節(jié)宿主機能的功能。目前認為腸道菌群可以通過2種不同的方式為宿主提供免疫保護。第1種方式是通過直接打擊入侵病原體或動員宿主抗微生物免疫防御來保衛(wèi)宿主黏膜。腸道菌群還可以通過將宿主免疫細胞亞群的發(fā)育指向穩(wěn)定狀態(tài)，并通過這種方式影響粘膜和系統(tǒng)先天免疫應答或者適應性免疫應答。盡管第2種方式不容易被人注意到，但是對影響宿主免疫機能來說卻是同樣重要的。腸道菌群影響各種免疫細胞群的發(fā)育和功能。例如，腸道細菌可以影響自然殺傷細胞（Natural Killer cells，NK cells）功能，作為天然免疫系統(tǒng)中的重要組成部分，NK細胞被認為是在遇到病原體時作出反應的系統(tǒng)。而作為NK細胞啟動所必須I型干擾素是腸道菌群誘導產(chǎn)生的。腸道菌群也在免疫細胞功能和腸道積累中起抑制作用。有研究指出，兒童過早暴露于腸道菌群與免疫介導的疾病，如哮喘和腸炎有關。研究表明，在兒童時期與菌群建立共生關系對建立黏膜不自然殺傷T細胞有影響，并且該影響與日后環(huán)境暴露耐受程度高度相關。早期暴露于腸道菌群改變了宿主的基因調控，導致終生抑制腸和肺中的相關基因表達。這種抑制會導致正常狀態(tài)下結腸和肺中不自然殺傷T細胞豐度的降低，并影響宿主對結腸炎和哮喘的抵抗。十分具有代表性的是脆弱類桿菌，根據(jù)現(xiàn)有研究其具有明顯的免疫調節(jié)功能。近期研究證明，脆弱類桿菌參與到通過Toll樣 受 體（Toll-like receptors，TLRs）介導識別消除病原體的過程中，具體是通過脆弱類桿菌產(chǎn)生和輸出的共生因子多糖A（Polysaccharide A，PSA）通過TLRs介導指示免疫細胞的模式識別受體（Patternrecognition receptors，PRRs）消除病原體，進而抑制腸道炎癥。此外由腸道菌群產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對適當?shù)乃拗鞔x和免疫功能來說是必需物質。由此可見，腸道微生物群可以為激活/抑制免疫系統(tǒng)提供不同信號，從而進行免疫調控。

2 運動影響腸道菌群

參加定期體育鍛煉和適度鍛煉可以改善整體免疫功能，并減少炎癥性疾病的發(fā)生率。這往往與我們過去的認知不同，我們通常認為急性和慢性運動可能誘發(fā)短暫的胃腸道不適的癥狀，這些癥狀在優(yōu)秀耐力運動員中最為常見，并且這種癥狀往往是暫時的。他們的癥狀包括因腸道缺血而產(chǎn)生的惡心、腹瀉和胃腸出血，以及與高運動強度和長時間持續(xù)相關的機械或神經(jīng)內(nèi)分泌因素。這可能是一種通過促使運動員減少運動強度或持續(xù)時間來終止器官損傷的保護性機制。然而，對那些參加短時間內(nèi)的常規(guī)適度運動強度的個人而言，情況往往相反。事實上，參與正常的中等強度運動一直被認為可以抵抗腸道炎性疾病，如腸炎和結腸疾病，并且中等強度的運動通常不會引起胃腸道紊亂。盡管我們并不了解中等強度下對腸胃的保護機制，但是現(xiàn)有研究初步認為與運動調節(jié)腸道菌群有關。對中等強度訓練而言，有研究表明，這種運動模式會改變與宿主健康有關的細菌群落結構和許多分類群，并且在其他研究已經(jīng)證實，菌群群落的結構與豐度都會影響其調控機能。其中有一項研究證明，運動和（或）適應水平是調節(jié)人類腸道微生物群的重要因素。其中一項研究通過實驗探究了在動物體內(nèi)運動對微生物組的影響。實驗結果證明，與靜坐對照組相對比，經(jīng)歷了5周運動的大鼠改變了盲腸微生物組的組成。并且研究者還進一步測試了大鼠盲腸中丁鹽酸的濃度，丁鹽酸是一種重要的短鏈脂肪酸，為結腸上皮細胞提供能源物質，已經(jīng)被證明對宿主有多重收益。與靜坐組大鼠相比，運動組大鼠盲腸丁鹽酸是前者的2倍。另一項研究展示了6周的運動對使用多氯聯(lián)苯（一種致癌毒素）和健康小鼠的影響，他們發(fā)現(xiàn)，運動顯著減少了多氯聯(lián)苯誘導的腸道微生物群變化。對高運動強度急性運動而言，有研究將職業(yè)運動員與不同身體質量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）的普通人群的腸道菌群進行比對，實驗流程是將40名男性精英級專業(yè)橄欖球運動員與另外2組年齡、性別和BMI匹配的久坐控制組進行對比，其中對照組分為低BMI（BMI ＜25） 和 高 BMI（BMI＞ 28）2組。經(jīng)糞便樣品分析顯示，運動員中的腸道菌群更加多樣，包括屬間豐度的特定差異。與高BMI對照組（BMI＞ 28）相比，精英運動員的Akkermansiaceae（科）和Akkermansia（屬）高于對照組，并具有顯著性差異。Akkermansia mucini-philla是一種粘蛋白降解生物，其作為腸道微生物組活性成員的潛在功能，包括改善屏障功能，從而改善小鼠的代謝狀態(tài)，其存在與人體肥胖呈負相關。根據(jù)以上研究可以證明，運動可以從腸道菌群豐度、大小等方面改變腸道菌落，而我們可以明確的是，群落的豐度、大小的改變會引起腸道菌群功能的改變。

3 總結與展望

促進腸道健康功能的策略對整體生理健康、炎癥性疾病的預防和治療具有重要意義。在此之前我們需要對免疫—腸道微生物群關系的性質進行詳細的研究，以揭示胃腸道免疫細胞，腸道微生物群及其與疾病的關系之間的相互作用機制。目前研究結果主要來自動物實驗，今后可能更多的需要來自隨機對照運動試驗的人體數(shù)據(jù)，以充分了解結腸道菌群免疫細胞的變化及運動訓練后和心理壓力下腸道微生物群落特征的變化。了解習慣性運動對腸道微生物群的影響，如運動是否有可能會成為降低腸道疾病，即炎癥性腸病和結腸癌風險的有效途徑，以及減少全身炎癥、改善胰島素敏感性、降低血壓，并幫助減少脂肪量和增加游離脂肪量的有效手段。對腸道菌群的研究手段，不同的研究方式可能得到的結論不同，如溫度梯度凝膠電泳和焦磷酸測序得到的結果可能不同，在分析時應充分考慮到不同的技術手段所帶來的差異。未來研究運動對微生物群的影響的工作應包括靶向蛋白質組學和代謝方法及整個腸道菌群的基因組測序。這些手段將最終提供更多可供比較的數(shù)據(jù)，并有助于更完整地闡述運動，腸道微生物群和免疫之間的關系。