補(bǔ)充益生菌改善運(yùn)動(dòng)應(yīng)激及其機(jī)制研究進(jìn)展

夏亞麗 伊木清

1 上海體育學(xué)院（上海200438）

2 國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所（國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)測(cè)試研究中心）

人體的腸道菌群（gut microbiota，GM）是由數(shù)以萬(wàn)億計(jì)細(xì)菌共同構(gòu)成的復(fù)雜群落，通過(guò)腦-腸軸和肌-腸軸調(diào)節(jié)宿主多種生理過(guò)程，影響機(jī)體的物質(zhì)能量代謝、免疫及下丘腦-垂體-腎上腺軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA axis）等功能[1]。腸道菌群失調(diào)將影響上述功能而導(dǎo)致消化吸收與代謝障礙、炎癥、自主免疫性疾病以及神經(jīng)內(nèi)分泌功能受損等（圖1）[1]。因此，人體胃腸道微生物的組成已成為評(píng)價(jià)機(jī)體健康的一個(gè)重要標(biāo)志。

圖1 腸道菌群的作用與作用機(jī)制（選自文獻(xiàn)[2]）

聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）將益生菌（probiotics）定義為“在適當(dāng)劑量下給宿主帶來(lái)健康益處的活微生物”[3]。益生菌作為一種天然、安全、方便的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)，對(duì)宿主產(chǎn)生健康有益效應(yīng)。研究表明：益生菌具有改善乳糖不耐受、預(yù)防腸道感染、調(diào)節(jié)免疫機(jī)能、降低血清膽固醇、抗腫瘤和調(diào)節(jié)骨量等作用[4-9]。運(yùn)動(dòng)機(jī)體補(bǔ)充益生菌可緩解因大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引發(fā)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及物質(zhì)能量代謝失衡等應(yīng)激反應(yīng)，這可能是改善運(yùn)動(dòng)員整體健康水平和運(yùn)動(dòng)能力的一種重要“治療”方法[10]。

本文以 endurance exercise、physical activity、gut microbiota、probiotics、metabolism、intestinal barrier、inflammation、immunity、oxidative stress、gut-muscle axis、gut-brain axis、exercise performance、mechanism 等關(guān)鍵詞相互組合，于MEDLINE、EMBASE和SCI等數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行了文獻(xiàn)的檢索及引用文獻(xiàn)的追蹤，并就補(bǔ)充益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體物質(zhì)能量代謝、腸道屏障、免疫機(jī)能、氧化應(yīng)激、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)功能和健康狀態(tài)的影響及其作用機(jī)制進(jìn)行了綜述。

1 益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體物質(zhì)能量代謝的影響

腸道微生物群被認(rèn)為是維持人體宿主健康狀態(tài)的基石，其不僅決定了從食物中獲得營(yíng)養(yǎng)和能量的有效性，而且產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)宿主的新陳代謝。

腸道菌群作用于骨骼肌代謝，是論證肌-腸軸存在的形式之一。分析運(yùn)動(dòng)員和久坐人群的腸道微生物群代謝表型及功能元基因組，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)員中與增強(qiáng)肌肉功能有關(guān)的碳水化合物、氨基酸代謝以及糞便代謝物短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFAs）都相對(duì)增加[11]。Zhao等[12]基于非靶向代謝組學(xué)和16S rDNA測(cè)序分析方法，對(duì)半程馬拉松運(yùn)動(dòng)員的糞便代謝產(chǎn)物與微生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果顯示，長(zhǎng)距離耐力跑可引起腸道環(huán)境中某些微生物群（如科氏桿菌科）的豐度及40 種糞便代謝物產(chǎn)生顯著變化，其中有機(jī)酸（主要增加代謝物）和核酸成分（主要減少代謝物）的代謝物差異最大。可見(jiàn)腸道微生物可以通過(guò)調(diào)節(jié)某些細(xì)菌類(lèi)群對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)引起的糞便代謝產(chǎn)物的改變做出快速反應(yīng)。

益生菌直接調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成，改善宿主的蛋白質(zhì)、脂類(lèi)以及碳水化合物代謝，促進(jìn)維生素的產(chǎn)生，有助于宿主的營(yíng)養(yǎng)吸收和能量獲得，進(jìn)而調(diào)節(jié)肝臟、腎臟、肌肉等器官的代謝[13]。Chen 等[14，15]的研究就顯示，與對(duì)照組相比，補(bǔ)充植物乳桿菌TWK10 可降低大鼠運(yùn)動(dòng)后血乳酸和血糖濃度，提高葡萄糖利用率，改善能量供給，增加腓腸肌Ⅰ型肌纖維的數(shù)量和瘦體重，同時(shí)，降低血氨和肌酸激酶（creatine kinase，CK）水平，抵抗疲勞，從而改善運(yùn)動(dòng)機(jī)能。該作者認(rèn)為，腸道微生物群在平衡能量和改善體成分方面參與了宿主代謝表型的形成，從而影響了機(jī)體活動(dòng)，但沒(méi)有解釋這一結(jié)果發(fā)生的細(xì)胞與分子機(jī)制。

1.1 糖代謝和脂代謝

劇烈運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)體加快葡萄糖和脂肪酸氧化，而通過(guò)腸道菌群調(diào)節(jié)其肌肉產(chǎn)能物質(zhì)的可用性是一種有效機(jī)制。

Nay 等[16]用廣譜抗生素干預(yù)小鼠21 天以減少腸道微生物群，發(fā)現(xiàn)其跑步耐力下降，體外收縮實(shí)驗(yàn)中，指長(zhǎng)伸肌疲勞指數(shù)增加；經(jīng)過(guò)10天的腸道菌群自然恢復(fù)后，一些糖代謝標(biāo)志物，例如回腸組織中的G蛋白偶聯(lián)受體41（G protein coupled receptor 41，GPR41）和鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（sodium-glucose cotransporter 1，SGLT-1）基因的表達(dá)與肌糖原水平產(chǎn)生變化，有效地恢復(fù)了肌耐力，可見(jiàn)調(diào)控微生物群落能改變肌肉代謝功能，影響肌肉生物能量的產(chǎn)生。Houghton 的團(tuán)隊(duì)[17]使用可表達(dá)典型肌肉表型標(biāo)志物的分化的人骨骼肌成肌細(xì)胞LHCN-M2作為模型，發(fā)現(xiàn)血液中的微生物群代謝物異香草酸3-O-硫酸鹽（isovanillic acid 3-Osulfate，IVAS）通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)因子4（glucose transporter 4，GLUT 4）和磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol-3-hydroxykinase，PI3K）依賴機(jī)制刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的劑量依賴性增加，此外IVAS 還上調(diào)了GLUT1、GLUT4 和PI3K p85 蛋白，增加了蘇氨酸激酶（protein kinase B，Akt）的磷酸化，可見(jiàn)微生物來(lái)源的酚類(lèi)代謝物可提高人體肌細(xì)胞吸收和代謝葡萄糖的能力，為腸道微生物群與骨骼肌能量來(lái)源、利用提供了一種新的聯(lián)系。微生物群通過(guò)肝腸循環(huán)和腸道代謝影響膽汁酸（bile acids，BAs）代謝，在腸道中，BAs 刺激成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子15 （fibroblast growth factors，F(xiàn)GF15）的分泌，活化下丘腦AgRP/NPY（agouti generelated protein/nerve peptide Y）神經(jīng)元中FGF受體，抑制AgRP/NPY 神經(jīng)元，以改善葡萄糖耐受性，控制葡萄糖穩(wěn)態(tài)[18]。

B?ckhed等[19]的研究證實(shí)，無(wú)菌（germ-free，GF）鼠通過(guò)兩種互補(bǔ)但獨(dú)立的機(jī)制來(lái)維持持久的瘦表型，這兩種機(jī)制均導(dǎo)致脂肪酸代謝的增加。一方面與骨骼肌和肝臟磷酸化的腺苷酸激活蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）及肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（carnitine palmityl transferase-1，CPT-1）水平升高有關(guān)；另一方面，與禁食誘導(dǎo)脂肪因子（fasting induced adipose factor，F(xiàn)iaf）含量升高，誘導(dǎo)了過(guò)氧化物酶體增殖活化受體γ輔激活因子1α（peroxidosome proliferation-activated receptor gamma coactivator 1，PGC-1α）和脂肪酸氧化相關(guān)酶的基因表達(dá)有關(guān)。BAs作為代謝功能的整合者，激活法尼醇X受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR），調(diào)節(jié)類(lèi)固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白-1c（steroid response element binding protein -1c，SREBP-1c）、碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（carbohydrate response element binding protein，ChREBP）和可促進(jìn)脂肪酸攝取和氧化的過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α）[20]。Watanabe 等[21]用BAs 處理棕色脂肪細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加由BAs 與TGR5（takeda G-protein receptor 5 ）結(jié)合而產(chǎn)生的cAMP（cyclic adenosine monophosphate）的產(chǎn)量，提高了細(xì)胞D2（type 2 iodothyronine deiodinase）活性和耗氧量，可見(jiàn)BA-TGR5-cAMP-D2 信號(hào)通路是調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵機(jī)制，可用于改善代謝控制。

腸道微生物群為骨骼肌線粒體提供必要的代謝產(chǎn)物，可調(diào)節(jié)參與線粒體生物發(fā)生的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄輔助激活因子、轉(zhuǎn)錄因子和酶，如NAD 依賴性蛋白脫乙酰基酶sirtuin-1（SIRT1），PGC-1α，AMPK 基因[22]。其中，微生物降解腸道碳水化合物的最終產(chǎn)物SCFAs 構(gòu)成了食物、腸道微生物和宿主物質(zhì)能量代謝之間的聯(lián)系。一系列研究已證實(shí)SCFAs 參與宿主能量代謝，上調(diào)線粒體生物合成的調(diào)節(jié)劑SIRT1[23]，以提高肌細(xì)胞能源生產(chǎn)效率；增加棕色脂肪組織中PGC-1α和解偶聯(lián)蛋白1（uncoupling proteins 1，UCP-1）的蛋白表達(dá)，加速產(chǎn)熱和脂肪酸氧化[24]；通過(guò)直接增加AMP/ATP 比值或間接由游離脂肪酸受體2（free fatty acid receptor 2，F(xiàn)FAR2）-瘦素途徑激活A(yù)MPK[25]；激活調(diào)節(jié)UCP2-AMPK-ACC（uncoupling protein 2-adenosine monophosphate activated protein kinase-acetyl-CoA carboxylase）和PGC-1α通路，以增加ATP的產(chǎn)生，提高肌纖維的代謝效率[26]。

1.2 蛋白質(zhì)和氨基酸代謝

腸道微生物群可提高氨基酸生物利用度，優(yōu)化蛋白質(zhì)的分解、吸收和代謝。使用基因表達(dá)數(shù)據(jù)和組織特異性基因組級(jí)代謝模型（genome-scale metabolic models，GEMs），比較GF 小鼠和常規(guī)小鼠代謝差異，研究人員發(fā)現(xiàn)后者胃腸道中游離氨基酸的分布發(fā)生改變[27]。Li等[28]采用比較基因組分析法，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌ZJ316 有34 個(gè)基因編碼胞內(nèi)肽酶，23 個(gè)基因編碼不同特異性的蛋白酶，并編碼除纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸以外的大多數(shù)氨基酸的完整生物合成途徑，可見(jiàn)益生菌影響了蛋白質(zhì)水解酶系統(tǒng)與氨基酸生物合成。

在一項(xiàng)涉及優(yōu)秀橄欖球運(yùn)動(dòng)員的人體研究中發(fā)現(xiàn)，腸道微生物多樣性指數(shù)與蛋白質(zhì)攝入量和CK濃度呈正相關(guān)[29]。志愿者在進(jìn)行抗阻訓(xùn)練的同時(shí)聯(lián)合補(bǔ)充益生菌BC30 和慢吸收的酪蛋白，結(jié)果顯示益生菌BC30提高蛋白質(zhì)的吸收率，有增加受試者垂直跳躍能力的趨勢(shì)（P=0.10），對(duì)體成分、運(yùn)動(dòng)能力和健康的自我感知均顯示有益作用[30]。鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行常規(guī)訓(xùn)練的同時(shí)補(bǔ)充植物乳桿菌PS128，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其血漿中支鏈氨基酸（branched chain amino acid，BCAAs）含量顯著升高，可見(jiàn)益生菌有效地改善了運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉能量代謝的動(dòng)態(tài)平衡，提高肌肉適應(yīng)能力，維持運(yùn)動(dòng)能力[31]。給男性足球運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充干酪乳桿菌，于力竭運(yùn)動(dòng)后4小時(shí)和1個(gè)月后分別采集尿樣，測(cè)定尿中苯乙酰谷氨酰胺和氨的含量，結(jié)果顯示：以肌酐水平校正后，補(bǔ)充益生菌組苯乙酰谷氨酰胺含量明顯增加，氨含量低于對(duì)照組，表明補(bǔ)充益生菌可能對(duì)控制運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的氨有幫助[32]。

此外，益生菌作為功能性微生物通過(guò)其酶組合物和代謝產(chǎn)物的釋放來(lái)改善食物的營(yíng)養(yǎng)成分，以增加游離氨基酸[33]、生物活性肽[34]、γ-氨基丁酸[35]和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及代謝物的濃度，在宿主能量代謝中發(fā)揮作用。

1.3 維生素代謝

維生素B作為能量產(chǎn)生必需的輔助因子直接參與細(xì)胞的三羧酸循環(huán)，促進(jìn)ATP 生成。Magnúsdóttir 等[36]利用PubSEED 平臺(tái)分析256 株人腸道細(xì)菌的基因組，預(yù)測(cè)40%～65%人的腸道菌群具有8 種B 族維生素的生物合成途徑。對(duì)從健康母乳中分離出的發(fā)酵乳桿菌CECT5716進(jìn)行全基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)該菌株含有核黃素和葉酸生物合成的基因簇[37]。有研究表明：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子PdxR 可激活維生素B6 的活性形式吡哆醛5’-磷酸（pyridoxal 5’-phosphate，PLP）的合成酶基因的表達(dá)，參與調(diào)節(jié)克羅氏芽孢桿菌中維生素B6的合成[38]。

綜上，在大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體新陳代謝加速，糖原儲(chǔ)存減少，供能不足，導(dǎo)致肌肉疲勞，限制運(yùn)動(dòng)能力，而益生菌可改善腸道菌群的組成，提高SCFAs、氨基酸、BAs、維生素等代謝產(chǎn)物水平，以促進(jìn)宿主能量獲取和儲(chǔ)存，提高供能效率，改善肌肉健康，緩解機(jī)體疲勞，提高耐力運(yùn)動(dòng)能力。

2 益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體腸道屏障和免疫機(jī)能的影響

2.1 大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道屏障和免疫機(jī)能的影響

腸道微生物群和黏膜完整性受飲食、環(huán)境和體力活動(dòng)等因素的影響。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體將血液從內(nèi)臟循環(huán)重新分配到呼吸組織和肌肉組織，導(dǎo)致胃腸道局部血流量減少，滲透壓改變，腸系膜血、氧、營(yíng)養(yǎng)素供應(yīng)不足，代謝物清除不足，而持續(xù)的腸道低灌注/缺血引起pH 降低，進(jìn)而導(dǎo)致氧化應(yīng)激，破壞腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白，引起腸細(xì)胞損傷，粘膜破裂，腸屏障區(qū)代謝紊亂[39]；胃腸動(dòng)力增加，改變神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)，極易引起嘔吐、腹痛、腹瀉[40]。

此外，上皮屏障功能失調(diào)引發(fā)“腸漏癥”，細(xì)菌易位，病原體/毒素被吸收到組織和血液中，導(dǎo)致代謝性內(nèi)毒素血癥，這些分子可刺激巨噬細(xì)胞膨脹，激活炎癥細(xì)胞因子合成，提高機(jī)體對(duì)傳染病和自身免疫性疾病的易感性，從而促進(jìn)局部和全身免疫激活[41-42]，如在耐力運(yùn)動(dòng)期間或之后會(huì)發(fā)生短暫免疫抑制，增加運(yùn)動(dòng)員上呼吸道和胃腸道疾病的發(fā)病率。

肌-腸軸理論還認(rèn)為，細(xì)菌膜脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）對(duì)肌肉Toll 樣受體（toll-like receptors，TLRs）的激活是肌肉與微生物交互作用（cross-talk）的另一途徑。Frost 等[43]用LPS 刺激C2C12 成肌細(xì)胞和小鼠骨骼肌，檢測(cè)腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）的調(diào)控，證實(shí)LPS 能刺激骨骼肌中的細(xì)胞因子表達(dá)，導(dǎo)致骨骼肌的代謝和收縮特性受損。

2.2 益生菌改善運(yùn)動(dòng)機(jī)體腸道屏障功能

馬拉松運(yùn)動(dòng)員在比賽前28 天補(bǔ)充益生菌可降低其賽后胃腸道癥狀的發(fā)生率和嚴(yán)重程度，但其確切機(jī)制尚未闡明[44]。23名訓(xùn)練有素的男性服用14周的混合益生菌，可降低大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后糞便中表明腸道通透性增強(qiáng)的連蛋白（zonulin）含量[45]。對(duì)鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行為期12周多株益生菌聯(lián)合補(bǔ)充劑干預(yù)，在耐力訓(xùn)練期間，可以通過(guò)維持腸道通透性，以降低機(jī)體內(nèi)毒素水平，減少胃腸道癥狀[46]。在一項(xiàng)雙盲交叉試驗(yàn)中，10名運(yùn)動(dòng)員服用益生菌膠囊，與補(bǔ)充安慰劑相比，其運(yùn)動(dòng)前后血清LPS 濃度均有中度至大幅度降低，胃腸道不適癥狀輕微減輕，高溫運(yùn)動(dòng)時(shí)的跑步能力提高，但其作用機(jī)制尚不清楚[47]。

現(xiàn)有的研究表明：益生菌具有直接的抗菌活性和調(diào)節(jié)作用，能有效地抑制病原菌的侵襲、定植和易位[48]；促進(jìn)腸粘膜糖蛋白的合成，增強(qiáng)粘膜層的保護(hù)作用[49]；產(chǎn)生廣譜抑菌素、SCAFs等代謝物，降低pH值，或產(chǎn)生對(duì)致病微生物具有毒性作用的有機(jī)酸、細(xì)菌素和生物表面活性劑等物質(zhì)[50]；增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，優(yōu)化絨毛吸收區(qū)功能，產(chǎn)生良性循環(huán)[51]。

研究證實(shí)：鼠李糖乳桿菌（lactobacillus rhamnosus，LGG）通過(guò)抑制核因子κB（NF-κB）信號(hào)通路，減輕促炎細(xì)胞因子對(duì)上皮屏障完整性和炎癥的影響[52]；在小鼠或人結(jié)腸細(xì)胞模型中，LGG 可激活抗凋亡Akt，并通過(guò)TNF-α、IL-1 或干擾素（IFN）抑制促凋亡的p38 MAPK（mitogen activated protein kinase）的激活，阻止細(xì)胞因子誘導(dǎo)的凋亡[53]。因此，益生菌可提高正常情況下促凋亡細(xì)胞因子環(huán)境中腸細(xì)胞的存活率，以緩解因高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引發(fā)的胃腸道屏障損傷。

2.3 益生菌改善運(yùn)動(dòng)機(jī)體免疫機(jī)能

采用雙盲、隨機(jī)、安慰劑對(duì)照的交叉研究方式，對(duì)已補(bǔ)充短雙歧桿菌BR3 和嗜熱鏈球菌FP4 21 天的抗阻訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行一次性大強(qiáng)度離心運(yùn)動(dòng)以造成骨骼肌纖維受損，于運(yùn)動(dòng)前至運(yùn)動(dòng)后72 h 測(cè)定上臂圍、肘關(guān)節(jié)活動(dòng)度、主觀肌肉酸痛度、屈肘等速肌力、血漿IL-6及CK濃度以評(píng)估益生菌對(duì)損傷后的運(yùn)動(dòng)能力及急性炎癥反應(yīng)的影響，結(jié)果顯示補(bǔ)充益生菌可降低安靜狀態(tài)下至運(yùn)動(dòng)后48小時(shí)的IL-6濃度，減輕運(yùn)動(dòng)損傷后的肌肉功能下降癥狀，其潛在機(jī)制有待闡明[54]。

早期研究發(fā)現(xiàn)，與健康運(yùn)動(dòng)員相比，疲勞運(yùn)動(dòng)員血CD4陽(yáng)性T細(xì)胞分泌IFN-γ明顯減少，經(jīng)4周益生菌治療可逆轉(zhuǎn)其T細(xì)胞缺陷，使IFN-γ分泌量增加到與正常人相似的水平[55]。Strasser及其團(tuán)隊(duì)[56]給13名訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充混合益生菌制劑，服用安慰劑的運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)一種或多種上呼吸道感染（upper respiratory tract infection，URTI）癥狀的比例比益生菌組增加了2.2倍，具有顯著性差異，表明補(bǔ)充益生菌可緩解URTI癥狀，預(yù)防感染，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能；在隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照試驗(yàn)中，雖然益生菌組和安慰劑組URTI的發(fā)生率均較低、且組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但發(fā)現(xiàn)定期攝入益生菌減少EB 病毒（EBV）和巨細(xì)胞病毒（CMV）抗體的數(shù)量，顯示其具有免疫調(diào)節(jié)作用[57]。

益生菌可能的作用機(jī)制包括與腸道微生物群、粘膜免疫系統(tǒng)相互作用以及向各種器官和系統(tǒng)發(fā)出免疫信號(hào)；通過(guò)修飾非特異性和體液免疫能力來(lái)增強(qiáng)宿主的免疫功能，如增強(qiáng)非特異性細(xì)胞免疫反應(yīng)，活化巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、抗原特異性細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞，并以特異性和劑量依賴性的應(yīng)答方式釋放各種細(xì)胞因子，改善腸粘膜免疫系統(tǒng)[58]。

綜上，益生菌與腸道微生物之間相互作用，促進(jìn)腸黏膜完整性，預(yù)防內(nèi)毒素易位，縮短運(yùn)動(dòng)員胃腸道癥狀持續(xù)時(shí)間；與粘膜免疫系統(tǒng)相互作用，向各器官和系統(tǒng)發(fā)出免疫信號(hào)，調(diào)節(jié)宿主的免疫和炎癥反應(yīng)，提高機(jī)體免疫功能，降低URTI 癥狀的發(fā)病率、嚴(yán)重程度和/或持續(xù)時(shí)間，一定程度上緩解大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)給機(jī)體帶來(lái)的應(yīng)激反應(yīng)，有助于改善運(yùn)動(dòng)機(jī)能。

3 益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體氧化應(yīng)激的影響

大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，因體能下降、肌肉疲勞、損傷、熱應(yīng)激和缺血再灌注等現(xiàn)象，引起自由基和活性氧（ROS）的增加。因ROS 超過(guò)機(jī)體內(nèi)源性抗氧化防御機(jī)制，使氧化和抗氧化水平失衡，從而導(dǎo)致的氧化應(yīng)激，可促進(jìn)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA 的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、脂質(zhì)過(guò)氧化、DNA 羥化、線粒體功能障礙和細(xì)胞凋亡，損害細(xì)胞活力[59]。

腸道菌群穩(wěn)態(tài)是影響抗氧化內(nèi)源性防御系統(tǒng)及機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力的重要環(huán)境因子。Xu等[60]觀察到氧化狀態(tài)與腸道乳酸菌和雙歧桿菌屬呈負(fù)相關(guān)，與大腸桿菌呈正相關(guān)。Hsu等[61]研究了無(wú)特定病原（SPF）、無(wú)菌（GF）和脆弱擬桿菌（BF）小鼠腸道細(xì)菌與運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)與GF小鼠相比，SPF和BF小鼠的耐力游泳時(shí)間更長(zhǎng)，SPF小鼠血清谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）和過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）水平均高于GF 小鼠，BF 小鼠血清GPx 水平高于GF 小鼠?？梢?jiàn)腸道微生物區(qū)系的缺乏降低了抗氧化酶的活性和整體運(yùn)動(dòng)能力，而益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)，減輕機(jī)體氧化應(yīng)激的反應(yīng)，改善運(yùn)動(dòng)能力。人體研究表明，運(yùn)動(dòng)員在劇烈運(yùn)動(dòng)4周期間服用的副乳桿菌和LGG可發(fā)揮較強(qiáng)的抗氧化活性，使血漿抗氧化水平升高，他們認(rèn)為益生菌產(chǎn)生抗氧化作用的機(jī)制與微生物合成維生素B1、B5和B6等抗氧化物質(zhì)有關(guān)[62]。

相關(guān)研究表明，益生菌的抗氧化應(yīng)激機(jī)制包括以下幾個(gè)方面：益生菌具有螯合金屬離子的能力，干酪乳桿菌KCTC3260通過(guò)螯合Fe2+或Cu2+而具有較高的抗氧化能力[63]；自身具備抗氧化酶系統(tǒng)，發(fā)酵乳桿菌E-3 和E-18 可表達(dá)Mn-SOD[64]、干酪乳桿菌BL23 能生產(chǎn)CAT[65]、發(fā)酵乳桿菌ME-3 具有完整的谷胱甘肽合成系統(tǒng)[66]；產(chǎn)生具有抗氧化活性的多種代謝產(chǎn)物，瑞士乳桿菌CD6 可產(chǎn)生影響DNA 復(fù)制、修復(fù)和甲基化效率的葉酸[67]；介導(dǎo)抗氧化信號(hào)通路，植物乳桿菌FC225 通過(guò)介導(dǎo)核因子NF-E2相關(guān)因子（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）信號(hào)通路的抗氧化酶表達(dá)以達(dá)到抗氧化保護(hù)作用[68]。

因此，腸道微生物狀況對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體抗氧化酶系統(tǒng)的潛在作用至關(guān)重要，補(bǔ)充益生菌有利于減輕氧化應(yīng)激，改善運(yùn)動(dòng)能力。

4 益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響

劇烈運(yùn)動(dòng)引發(fā)機(jī)體生理和心理應(yīng)激反應(yīng)，激活交感神經(jīng)-腎上腺髓質(zhì)和HPA 軸，改變腸道微生物群組成，導(dǎo)致應(yīng)激激素、炎癥細(xì)胞因子和微生物分子釋放入循環(huán)系統(tǒng)，引發(fā)全身炎癥和免疫反應(yīng)[69]。過(guò)度訓(xùn)練和競(jìng)技比賽還可引起晝夜節(jié)奏擾亂、神經(jīng)內(nèi)分泌軸失衡、心理狀態(tài)（情緒、行為和認(rèn)知）變化，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)焦慮、抑郁等情緒障礙，影響睡眠質(zhì)量，導(dǎo)致訓(xùn)練動(dòng)機(jī)降低。

腸道微生物群被認(rèn)為與神經(jīng)內(nèi)分泌免疫通路有關(guān)，產(chǎn)生了腦-腸軸的概念。Allen 等[70]的一項(xiàng)研究表明，微生物群可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)引起的應(yīng)激反應(yīng)，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)中的生理和情緒壓力與腸道微生物組成的變化之間存在高度的相關(guān)性。Clark等[69]也認(rèn)為腸道微生物群具有內(nèi)分泌器官的功能（如分泌血清素、多巴胺或其他神經(jīng)遞質(zhì)），在許多方面促進(jìn)各種神經(jīng)遞質(zhì)和激素的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的情緒、動(dòng)機(jī)和疲勞感。

對(duì)長(zhǎng)期服用嬰兒雙歧桿菌的大鼠進(jìn)行強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)，與對(duì)照組相比，服用益生菌的大鼠血漿中色氨酸和犬尿酸濃度明顯升高，額葉皮層中的5 羥基吲哚乙酸（5-hydroxyindoleacetic acid ，5-HIAA）和杏仁核皮質(zhì)中的二羥苯乙酸（dihydroxy- phenyl acetic acid，DOPAC）含量降低，證明益生菌對(duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)激具有潛在的抗抑郁作用[71]。在人體研究中發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充益生菌可降低對(duì)悲傷情緒的整體認(rèn)知反應(yīng)能力、焦慮樣行為和應(yīng)激水平[72，73]。腸道內(nèi)的益生菌可通過(guò)腦-腸軸調(diào)節(jié)5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）水平，影響情緒障礙者的睡眠參數(shù)，達(dá)到緩解慢性疲勞綜合征的目的[74]。運(yùn)動(dòng)人體中腸道細(xì)菌與大腦相互作用及其機(jī)制仍需更多研究，以充分證實(shí)益生菌具有改善運(yùn)動(dòng)員的情緒、疲勞、抑郁和整體健康的作用。

5 小結(jié)與展望

運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練和比賽中普遍存在機(jī)體疲勞、腸胃不適、肌肉微損傷、免疫力低下、炎癥、抗氧化功能受損、神經(jīng)內(nèi)分泌失衡等運(yùn)動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)，將補(bǔ)充天然、安全的益生菌產(chǎn)品納入其運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)中是很有價(jià)值的。益生菌可優(yōu)化胃腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)機(jī)體新陳代謝、能量供給，提高肌肉質(zhì)量；緩解腸道屏障功能障礙，改善機(jī)體免疫機(jī)能，控制炎癥反應(yīng)；抑制機(jī)體氧化應(yīng)激，減輕氧化損傷；緩解心理應(yīng)激、情緒障礙，提高睡眠質(zhì)量（圖2）。因此，對(duì)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)人群適量補(bǔ)充益生菌有利于改善應(yīng)激反應(yīng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)能。

目前研究表明：具有上述作用的益生菌主要有植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙岐桿菌、嗜熱鏈球菌等。但由于運(yùn)動(dòng)類(lèi)型、訓(xùn)練強(qiáng)度、益生菌補(bǔ)充的類(lèi)型和劑量以及測(cè)評(píng)方式的不同，也有很多研究未能證實(shí)益生菌的有益作用。益生菌的補(bǔ)充取決于菌株、微生物組成和代謝物，目前對(duì)運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充益生菌的菌種選擇和劑量并沒(méi)有明確的建議。未來(lái)，隨著基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等技術(shù)的成熟和廣泛運(yùn)用，應(yīng)針對(duì)性研究特定菌株的定植和對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響，選擇合適的菌種以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)體差異性；進(jìn)行益生菌補(bǔ)充劑的劑量反應(yīng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)結(jié)合運(yùn)動(dòng)、臨床和免疫機(jī)能測(cè)試結(jié)果以及飲食和運(yùn)動(dòng)的平行變化，確定可改善運(yùn)動(dòng)能力和免疫機(jī)能的濃度/劑量，以充分發(fā)揮益生菌的功效。

圖2 補(bǔ)充益生菌改善運(yùn)動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)的作用與作用機(jī)制