6周力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響

摘" 要：目的：中低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)宿主腸道菌群產(chǎn)生有益影響，但高強(qiáng)度或力竭性運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群影響的相關(guān)研究較少。本研究觀察力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)一步理解力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群的影響機(jī)制。方法：12只7周齡SD大鼠分為力竭組和對(duì)照組，力竭組采用遞增運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的力竭運(yùn)動(dòng)為干預(yù)方式對(duì)大鼠進(jìn)行為期6周的干預(yù)，對(duì)照組允許籠中自由活動(dòng)。6周運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后24h內(nèi)收集大鼠新鮮糞便樣品，提取糞便細(xì)菌DNA，16srDNA高通量測(cè)序?qū)Υ笫竽c道菌群進(jìn)行分析。結(jié)果：Alpha多樣性分析顯示：對(duì)照組和力竭組腸道菌群的豐富度存在顯著差異（P＜0.05）。兩組樣本的腸道菌群多樣性差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩組樣本的菌群在門(mén)和綱水平上差異不顯著，在目、科、屬水平上存在顯著差異的菌種，力竭組健康菌種如嗅桿菌科（Odoribacteraceae）、桿菌屬（Odoribacter）、理研菌科（Rikenellaceae）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）等相對(duì)含量顯著低于普通組，而一些有害菌如葡萄球菌科（Staphylococcaceae）等相對(duì)含量顯著高于普通組（P＜0.05）。結(jié)論：力竭性運(yùn)動(dòng)會(huì)改變大鼠腸道菌群的豐度，也會(huì)使部分健康菌種含量降低；部分有害菌種含量增加。

關(guān)鍵詞：腸道菌群；力竭運(yùn)動(dòng)；微生物多樣性

Effect of 6-week Exhaustive Exercise on the Structure of gut

Microbiota in rats

WANG Longfei1， JIANG Dalei2

（1.Henan Normal University College of P.E， Xinxiang Henan， 453000， China;

2.Zhejiang Normal University Hangzhou kindergarteu teacher’s Colleye， Hangzhou Zhejiang， 321004， China.）

Abstract： Objective：Low and medium intensity exercise will have a beneficial impact on the host gut microbiota， but there are few studies on the effects of high intensity or exhaustive exercise on the gut microbiota. This study observed the effect of exhaustive exercise on gut microbiota structure of rats， which is conducive to further understanding the mechanism of exhaustive exercise on intestinal microflora. Methods： twelve SD rats aged 7 weeks were divided into exhaustion group and control group. Exhaustion exercise with increasing exercise intensity was used as intervention mode for 6 weeks. The control group was allowed to move freely in cage. Fresh fecal samples were collected within 24 hours after the 6-week exercise intervention， and fecal bacterial DNA was extracted， and the gut microbiota of rats was analyzed by 16srDNA high-throughput sequencing.Results： Alpha diversity analysis showed that there were significant differences in the richness of gut microbiota between the control group and the exhaustive exercise group （P lt; 0.05）.There was no statistical significance in the diversity of gut microbiota between the two groups （Pgt; 0.05）.There were no significant differences in phylum and class level between the two groups of samples， while there were significant differences in order， family and genus level.The relative content of healthy bacteria such as Odoribacteraceae， Odoribacter， Rikenellaceae and Bifidobacterium in the exhausted group was significantly lower than that in the normal group.The relative content of some harmful bacteria， such as Staphylococcaceae， was significantly higher than that of normal group （Plt; 0.05）.Conclusion： Exhaustive exercise changed the abundance of gut microbiota in rats， and also reduced the content of some healthy bacteria. The content of some harmful bacteria increased.

Key words： Gut microbiota; Exhaustive exercise; Microbial diversity

中圖分類號(hào)：G804.2""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，腸道菌群與宿主間的關(guān)系引起了國(guó)內(nèi)外研究者的重視，并提出了“腸道菌群-腸-腦軸”（micro biota-gut-brain，MGB）的概念，該理論認(rèn)為腸道菌群可以通過(guò)腸道間接影響大腦功能，在腸與腦的信息交流中充當(dāng)重要角色。研究還表明，腸道菌群與一些自身免疫疾病相關(guān)，例如二型糖尿病，肥胖等[1-2]。而且還與精神類疾病有關(guān)，例如中風(fēng)，帕金森，抑郁癥，焦慮癥，自閉癥等[3-4]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于腸道菌群的研究集中在臨床醫(yī)學(xué)和制藥等領(lǐng)域，飲食和藥物是被認(rèn)為是腸道菌群的主要影響因素。近年來(lái)運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群的影響也受到廣泛關(guān)注，運(yùn)動(dòng)作為獨(dú)立的外界環(huán)境刺激，對(duì)宿主各項(xiàng)生理機(jī)能和機(jī)體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)具有積極有效的作用[5]，并有部分研究者開(kāi)展了一些研究。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，宿主的運(yùn)動(dòng)行為會(huì)影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)，不同強(qiáng)度、時(shí)間，甚至宿主自愿與否的運(yùn)動(dòng)行為都能對(duì)腸道菌群產(chǎn)生不同的影響[6]。Clarke[7]金澤宇[8]等人研究表明，運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)的炎癥反應(yīng)比普通人低，同時(shí)腸道菌群的多樣性大大提高，Clarke認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可能是提高人體腸道菌群多樣性及降低體內(nèi)炎性因子的另一種主要方式。此外對(duì)大鼠進(jìn)行短期（6天）的自主運(yùn)動(dòng)，結(jié)果顯示營(yíng)養(yǎng)狀況和體育活動(dòng)會(huì)改變腸道菌群的組成，從而影響菌群的多樣性[9]。Denou E等人[10]對(duì)大鼠分別進(jìn)行高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT）和高脂肪飲食的干預(yù)，研究表明兩組大鼠腸道菌群產(chǎn)生了截然不同的影響，HIIT 改變了菌群的代謝途徑，可以改善一部分由肥胖或高脂肪飲食引起的菌群功能變化。綜合相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)研究都是從運(yùn)動(dòng)帶來(lái)健康效益的角度出發(fā)的，采用的運(yùn)動(dòng)方式都是以中低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行的，研究結(jié)果普遍認(rèn)為中低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)腸道菌群產(chǎn)生有益的干預(yù)效應(yīng)。但有關(guān)力竭性運(yùn)動(dòng)的研究較少，且有研究結(jié)果存在矛盾點(diǎn)，在這一方面來(lái)看，尚需要專門(mén)的研究來(lái)進(jìn)行探討。本研究以此為著眼點(diǎn)，用大鼠作為研究對(duì)象，采用力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行干預(yù)，觀察力竭運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群的影響，有利于進(jìn)一步理解運(yùn)動(dòng)對(duì)腸道菌群影響的機(jī)制。

1" 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及方法

1.1" 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

12只7周齡SPF級(jí)SD雄性大鼠購(gòu)于河南省動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，體重230±10.6g，自由進(jìn)食嚙齒類動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)飼料，燈光模擬晝夜變化，溫度為21-23℃，濕度為40%-60%，購(gòu)入后適應(yīng)性喂養(yǎng)一周。

1.2" 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1" 實(shí)驗(yàn)分組" 將12只大鼠在跑臺(tái)適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)一周，期間以3m/min的速度每天進(jìn)行10min。隨機(jī)平均分為對(duì)照組（N=6）和力竭組（N=6）。

1.2.2" 運(yùn)動(dòng)干預(yù)" 力竭運(yùn)動(dòng)組根據(jù)大鼠最大運(yùn)動(dòng)速度的40±5%進(jìn)行10min熱身，之后提速到50±5%的最大運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)5min，再提速到60±5%的最大運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)10min，最后以大鼠75±5%的最大運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行訓(xùn)練直到力竭。力竭判斷標(biāo)準(zhǔn)：在跑臺(tái)上連續(xù)給大鼠光、電、聲音等刺激，大鼠不能繼續(xù)跑動(dòng)，下跑臺(tái)后大鼠側(cè)臥位靜止喘息，無(wú)逃避行為即可判斷為力竭[11]。最大運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算方法為：每只大鼠在跑臺(tái)開(kāi)始以3m/min的速度運(yùn)動(dòng)5min，之后以1m/min2的加速度進(jìn)行提速，直到大鼠在電刺的條件下不能連續(xù)的沖到跑道最前端（此時(shí)判斷大鼠不能跟上當(dāng)前跑臺(tái)速度），當(dāng)前跑臺(tái)速度為該只大鼠的最大運(yùn)動(dòng)速度。以上干預(yù)時(shí)間持續(xù)6周，每周6為休息時(shí)間。對(duì)照組采用常規(guī)飼養(yǎng)，自由進(jìn)水取食，允許正常的籠內(nèi)活動(dòng)。

1.2.3" 實(shí)驗(yàn)取材" 第6周運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后24min內(nèi)收集大鼠新鮮糞便樣本。采集方法：用溫水浸濕的棉球棒刺激并輕壓大鼠下腹部，采集后收集于對(duì)應(yīng)凍存管并置于無(wú)菌冰盒內(nèi)。立即轉(zhuǎn)移至-80℃低溫冰箱中備用。每組6只大鼠隨機(jī)選取3只大鼠樣本進(jìn)行分析。

1.2.4" 微生物組學(xué)" （1）微生物組總DNA提取

采用QIAamp糞便DNA提取試劑盒進(jìn)行DNA抽提，并對(duì)抽提的DNA進(jìn)行檢測(cè)。采用熒光分光光度計(jì)檢測(cè)DNA的濃度，并用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的質(zhì)量。調(diào)整DNA溶液濃度，DNA工作液保存于4℃，儲(chǔ)存液保存于-20℃。

（2）微生物組測(cè)序

首先對(duì)16srRNA基因可變區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增：針對(duì)樣本DNA可變區(qū)進(jìn)行大批量PCR擴(kuò)增；用2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR產(chǎn)物，然后進(jìn)行切膠回收純化，得到純化的樣本；之后進(jìn)行各樣本定量：利用BioTek酶標(biāo)儀對(duì)各個(gè)樣品定量；最后采用標(biāo)準(zhǔn)的Illumina TruSeq DNA文庫(kù)制備實(shí)驗(yàn)流程構(gòu)建所需的微生物組上機(jī)文庫(kù)[12]。

（3）本實(shí)驗(yàn)測(cè)序引物核苷酸序列：

F：ACTCCTACGGGAGGCAGCA

R：GGACTACHVGGGTWTCTAAT

測(cè)序區(qū)域：16S_V3V4

1.2.5" 統(tǒng)計(jì)方法" 采用非參數(shù)檢驗(yàn)方法Mann-Whitney U對(duì)兩組樣本的OTU數(shù)量，多樣性指數(shù)及菌群相對(duì)含量進(jìn)行了顯著性分析[13]。統(tǒng)計(jì)軟件采用SPSS Statistics 21.0，當(dāng)P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1" 實(shí)驗(yàn)基本情況

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除力竭組1只大鼠出現(xiàn)了1次便血現(xiàn)象外，其余大鼠均表現(xiàn)正常，并能穩(wěn)定完成運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。力竭組大鼠平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間為122.3±19.6min。

2.2" 腸道菌群豐富度及多樣性分析

共獲得532646條有效序列，平均長(zhǎng)度為420.93，對(duì)得到的有效序列進(jìn)行OTUs （Operation taxonomic units） 聚類和豐度分析，即將相似度97%的任意兩條序列聚類成為一個(gè)OTU[14]。

Alpha多樣性是指局部均勻環(huán)境下的物種在豐富度，多樣性等方面的指標(biāo)。通常用Chao1指數(shù)表豐富度，用Shannon（香農(nóng)）指數(shù)表多樣性。通過(guò)繪制稀疏曲線，可以探究樣本Alpha多樣性隨抽平深度的變化趨勢(shì)，從每個(gè)樣本中隨機(jī)抽取一定數(shù)量的序列（不超過(guò)現(xiàn)有樣本測(cè)序量），可以預(yù)測(cè)樣本在不同測(cè)序深度下，所可能包含的物種總數(shù)及其中每個(gè)物種的相對(duì)豐度。當(dāng)曲線達(dá)到平臺(tái)化趨勢(shì)（圖3a，圖3b），表明在本研究中，更多的序列不太可能產(chǎn)生更多的物種。結(jié)果顯示，力竭組香農(nóng)指數(shù)大于對(duì)照組，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），力竭組的Chao1指數(shù)與對(duì)照組存在顯著差異（P＜0.05），表明力竭組菌群豐富度顯著高于對(duì)照組（圖3c）。

2.3" 大鼠腸道菌群的差異物種組間比較

對(duì)得到的OTUs進(jìn)行物種注釋，為了分析各組的優(yōu)勢(shì)菌種，使用QIIME2軟件對(duì)每個(gè)分組中所有樣本的OTUs物種注釋結(jié)果進(jìn)行可視化展示（圖4）。在門(mén)（phylum）水平上的比較結(jié)果顯示，對(duì)照組和力竭組的主要優(yōu)勢(shì)菌種一致，豐度最大的兩個(gè)菌門(mén)分別是厚壁菌門(mén)（Firmicutes）和擬桿菌門(mén)（Bactroidetes）。對(duì)照組這兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)占比分別為44.44%，51.29%，力竭組占比分別為37.33%，59.41%。其余3個(gè)次要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)分別為變形菌門(mén)（Proteobacteria）、TM7和放線菌門(mén)（Actinobacteria）（表1）。幾乎所有序列（＞95%）都屬于這五個(gè)菌門(mén)，從表1可以看出，普通組擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的相對(duì)含量比較接近。而力竭組擬桿菌門(mén)為最優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，比第2優(yōu)勢(shì)菌門(mén)厚壁菌門(mén)相對(duì)含量高出了20%以上。力竭組擬桿菌門(mén)比例大于普通組，且厚壁菌門(mén)比例小于普通組，但兩個(gè)組在不同菌門(mén)上的比例并沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）。

此外我們還檢測(cè)了綱（class）水平上兩組樣品的菌種差異，發(fā)現(xiàn)在豐度最高的10個(gè)菌綱中兩組樣品均不存在顯著性差異（P＞0.05），如擬桿菌門(mén)下的擬桿菌綱Bacteroidia（51.24%vs59.37%，P＞0.05）。厚壁菌門(mén)下的梭菌綱Clostridia（19.51%vs24.20%，P＞0.05），芽孢桿菌綱Bacilli（24.32%vs12.76%，P＞0.05）。變形菌門(mén)下的ε-變形菌綱Epsilonproteobacteria（1.92%vs1.21%，P＞0.05）等（表2）。

在目（Order）水平上我們檢測(cè)了豐度前20的菌群，兩組樣本的主要優(yōu)勢(shì)菌目都為擬桿菌目（Bacteroidales），梭狀芽孢桿菌目（Clostridiales）和乳酸桿菌目（Lactobacillales）。對(duì)20個(gè)菌目分別進(jìn)行了差異分析，結(jié)果顯示力竭組中變形菌門(mén)下的紅螺菌目（Rhodospirillales）；放線菌門(mén)下的雙歧桿菌目（Bifidobacteriales）的相對(duì)含量顯著低于普通組（P＜0.05）；而芽孢桿菌目（Bacillales）和假單孢桿菌目（Pseudomonadales）的相對(duì)含量顯著低于普通組（P＜0.05）。主要優(yōu)勢(shì)菌目中力竭組擬桿菌目（Bacteroidales）、梭狀芽孢桿菌目（Clostridiales）的水平高于普通組；乳酸桿菌目水平低于普通組，但差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

在科（family）水平下我們檢測(cè)了豐度前50的菌科。其中在優(yōu)勢(shì)菌科中，力竭組擬桿菌門(mén)S24-7菌科、毛螺菌科（Lachnospiraceae）水平高于普通組；而乳酸桿菌科（Lactobacillaceae）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、理研菌科（Rikenellaceae）、擬桿菌科（Bacteroidaceae）水平低于普通組，其中只有理研菌科（Rikenellaceae）存在顯著差異，其他菌群差異水平不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在非優(yōu)勢(shì)菌科中，力竭組的嗅桿菌科（Odoribacteraceae）、紅螺菌科（Rhodospirillaceae）、雙歧桿菌科（Bifidobacteriaceae）水平顯著低于普通組（P＜0.05）；而葡萄球菌科（Staphylococcaceae）、韋榮氏球菌科（Veillonellaceae）水平顯著高于普通組。

在屬（genus）水平下，兩組樣本不同菌群的相對(duì)比例見(jiàn)圖7。與普通組相比，力竭組的桿菌屬（Odoribacter）、螺旋桿菌（Flexispira）、AF12、雙歧桿菌（Bifidobacterium）、固氮螺菌（Azospirillum）的相對(duì)含量顯著低于普通組；而葡萄球菌（Staphylococcus）、巨球形菌（Megasphaera）的相對(duì)含量顯著高于普通組（P＜0.05）。兩組樣本優(yōu)勢(shì)菌屬中，普通組的乳酸桿菌（Lactobacillus）、顫螺菌（Oscillospira）、擬桿菌（Bacteroides）和瘤胃球菌（Ruminococcus）相對(duì)含量比力竭組豐富，但差異不具有顯著性（P＞0.05）。

此外，我們還進(jìn)行了LEfSe （LDA Effect Size）分析[15]，LEfSe分析可以直接對(duì)所有分類水平同時(shí)進(jìn)行差異分析，找出分組之間穩(wěn)健的差異物種，即標(biāo)志物種。它的一大特點(diǎn)是可以深入到不同的子分組中，挑取在不同子分組中表現(xiàn)一致的標(biāo)志微生物群落，目前在微生物擴(kuò)增子分析、宏基因組分析等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用，且特別適用于醫(yī)學(xué)研究中尋找生物標(biāo)記物。根據(jù)分析結(jié)果的可視化圖可以看出（圖8），普通組最具優(yōu)勢(shì)的菌群是理研菌科、嗅桿菌科等；力竭組最具優(yōu)勢(shì)的菌群是葡萄球菌科、芽孢桿菌目等。其余未列出的優(yōu)勢(shì)菌群見(jiàn)圖8。

3" 討" 論

腸道菌群多樣性和豐富度的提高預(yù)示著更加健康的腸道環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示力竭運(yùn)動(dòng)顯著提高了腸道菌群的豐富度，但多樣性的差異并不顯著。國(guó)內(nèi)一項(xiàng)研究對(duì)八一游泳女隊(duì)員進(jìn)行低、高強(qiáng)度訓(xùn)練，結(jié)果顯示僅有1名隊(duì)員在不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)干預(yù)后腸道菌群多樣性產(chǎn)生差異，其余無(wú)差異[16]，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的一致性。國(guó)外有研究者招募了優(yōu)秀的橄欖球運(yùn)動(dòng)員[17]，研究結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)員腸道菌群的豐度和多樣性（22個(gè)不同的門(mén)類）顯著增加，并伴隨全身促炎細(xì)胞因子減少。與運(yùn)動(dòng)員或普通人群為研究對(duì)象相比，以動(dòng)物為模型建立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其結(jié)果可能是不同的。

運(yùn)動(dòng)會(huì)改變不同分類水平上菌群的相對(duì)豐度。有研究通過(guò)分析“美國(guó)胃腸道工程”1493個(gè)志愿者的糞便樣本發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)人群厚壁菌門(mén)豐度顯著提高[7]。Liu TW[17]等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示厚壁菌門(mén)和變形桿菌綱豐度降低。出現(xiàn)這種差異可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌?，Liu TW等人的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榍谐殉驳腍FD雌性大鼠，分為高強(qiáng)度跑步（HCR）和低強(qiáng)度跑步（LCR），分別進(jìn)行11周的自主運(yùn)動(dòng)。本研究結(jié)果雖然顯示兩組樣本的腸道菌群在門(mén)綱水平上不存在顯著差異，但已經(jīng)可以看出力竭組厚壁菌門(mén)相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)，擬桿菌門(mén)相對(duì)含量呈上升趨勢(shì)，這一結(jié)果與一項(xiàng)以大鼠高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)為模型結(jié)果一致。

近年來(lái)，大量研究和數(shù)據(jù)顯示，腸道菌群在人類身體健康及胃腸道健康中充當(dāng)著重要角色。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，大鼠的腸道菌群在力竭運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，菌群的豐度發(fā)生了顯著變化，說(shuō)明除飲食和藥物干預(yù)外，運(yùn)動(dòng)也能對(duì)腸道菌群的組成結(jié)構(gòu)及豐度等產(chǎn)生影響，不過(guò)運(yùn)動(dòng)改變腸道菌群的具體途徑尚未定論，其中短鏈脂肪酸（SCFAs）、膽汁酸可能為運(yùn)動(dòng)改變腸道菌群的途徑。有研究顯示運(yùn)動(dòng)可以增加產(chǎn)生丁酸（1種短鏈脂肪酸）的細(xì)菌種類[18-19]。短鏈脂肪酸可以直接為腸道上皮細(xì)胞供能，并在腸道細(xì)胞維持結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定中起到重要作用，還可抵御潰瘍性結(jié)腸炎對(duì)機(jī)體產(chǎn)生危害。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在產(chǎn)生丁酸的菌群中，除了S24-7和毛螺菌科力竭組的相對(duì)含量高于普通組外，其余幾種產(chǎn)丁酸菌的相對(duì)含量均低于普通組。Matsumoto等人[18]的首次表明，動(dòng)物長(zhǎng)期自愿體育鍛煉能夠通過(guò)改變產(chǎn)丁酸的細(xì)菌種類來(lái)改變盲腸中短鏈脂肪酸（丁酸）的產(chǎn)生。Evans[19]等人通過(guò)12周的自主轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)證明了運(yùn)動(dòng)會(huì)使大鼠腸道內(nèi)產(chǎn)生丁酸的菌群相對(duì)比例增加，如S24-7、梭狀芽孢桿菌科、毛螺菌科、理研菌科和瘤胃球菌科。

在一項(xiàng)飲食對(duì)大鼠腸道菌群的影響研究表明，在大鼠飲食中添加膽汁酸后，腸道菌群的種類和數(shù)量都發(fā)生了變化，主要體現(xiàn)為厚壁菌門(mén)（主要是梭狀芽孢桿菌屬）的增加，以及擬桿菌門(mén)的下降[20]。膽汁酸是膽汁的重要成分，主要存在于腸肝循環(huán)系統(tǒng)并通過(guò)再循環(huán)起一定的保護(hù)作用，且有很強(qiáng)的抗菌作用。膽汁酸也被證明可以通過(guò)刺激厚壁菌門(mén)的生長(zhǎng)而損害擬桿菌門(mén)的生長(zhǎng)[21]。由于丁酸可以減少初級(jí)膽汁酸向次級(jí)膽汁酸的轉(zhuǎn)化，因此可以推論，運(yùn)動(dòng)通過(guò)提高丁酸濃度間接提高了膽汁酸的濃度，膽汁酸又對(duì)腸道菌群的改變起到重要作用。而本研究結(jié)果顯示力竭組厚壁菌門(mén)水平低于普通組，擬桿菌門(mén)水平高于普通組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同可能是本研究采用的干預(yù)手段為力竭運(yùn)動(dòng)，與之前的研究中采用的中低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的效果存在較大差異；也可能是飲食存在一定差異。長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行力竭運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致疲勞和代謝物累積，這導(dǎo)致腸道內(nèi)環(huán)境不穩(wěn)定，對(duì)菌群的定植及生長(zhǎng)產(chǎn)生很大影響。

此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顯示，一些健康菌，如嗅桿菌科被證實(shí)可以高效產(chǎn)生isoalloLCA，這是一種可以抵抗多種感染的特殊膽汁酸[22]；如桿菌屬在腸道炎癥和結(jié)腸癌的預(yù)防及治療中起到重要作用[23]；理研菌科的降低會(huì)導(dǎo)致短鏈脂肪酸中的丁酸和戊酸產(chǎn)生降低[24]，但力竭組中以上有益菌種的相對(duì)含量都顯著低于普通組，而可以產(chǎn)生腸毒素的葡萄球菌科相對(duì)含量卻顯著高于普通組，這可能表示長(zhǎng)期大強(qiáng)度力竭性的體育運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)健康菌水平的下降，從而引發(fā)各種腸道炎癥及腸道免疫系統(tǒng)的損傷。事實(shí)上國(guó)內(nèi)一項(xiàng)研究也證實(shí)了長(zhǎng)期大強(qiáng)度力竭運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致大鼠一定程度的腸道功能紊亂，主要體現(xiàn)為雙歧桿菌定植的減少及小腸代謝異常[25]，而本研究也證明了力竭組雙歧桿菌相對(duì)含量顯著低于普通組。

多數(shù)研究都從運(yùn)動(dòng)帶來(lái)健康效益的角度出發(fā)，采用的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方法也大多為中低強(qiáng)度為主，即使有研究者對(duì)長(zhǎng)期從事大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了研究，但人的力竭運(yùn)動(dòng)與大鼠的力竭運(yùn)動(dòng)判斷標(biāo)準(zhǔn)也不相同，因此兩種研究對(duì)象是否能在一起比較也不明確。從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，無(wú)論是產(chǎn)生短鏈脂肪酸的細(xì)菌和部分有益菌種定植的減少，還是部分有害菌種定植的增加，都預(yù)示著長(zhǎng)期力竭性運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)大鼠腸道菌群產(chǎn)生不利影響，無(wú)法達(dá)到運(yùn)動(dòng)的健康效益。

綜上所述，本研究以力竭性運(yùn)動(dòng)為干預(yù)手段，探究大鼠腸道菌群的變化，發(fā)現(xiàn)力竭性運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)腸道菌群的豐度產(chǎn)生明顯的影響，但部分有益菌種菌的相對(duì)含量會(huì)顯著降低，可能因此引發(fā)腸道功能紊亂。但本研究未對(duì)大鼠腸道形態(tài)進(jìn)行分析，也沒(méi)有檢測(cè)腸道內(nèi)容物中短鏈脂肪酸的含量，這在未來(lái)還需要更加深入的研究。

4" 結(jié)" 論

（1）力竭組腸道菌群Chao1指數(shù)顯著高于普通組，香濃指數(shù)無(wú)顯著差異。

（2）門(mén)、綱水平下兩組樣本沒(méi)有顯著差異的菌種。

目水平下力竭組中紅螺菌目、雙歧桿菌目的相對(duì)含量顯著低于普通組；而芽孢桿菌目和假單孢桿菌目的相對(duì)含量顯著低于普通組。

科水平下力竭組的理研菌科、嗅桿菌科、紅螺菌科、雙歧桿菌科水平顯著低于普通組；而葡萄球菌科、韋榮氏球菌科水平顯著高于普通組。

屬水平下力竭組的桿菌屬、螺旋桿菌、AF12、雙歧桿菌、固氮螺菌的相對(duì)含量顯著低于普通組；而葡萄球菌、巨球形菌的相對(duì)含量顯著高于普通組。

（3）部分有益菌種定植減少，部分有害菌種的定植增加。

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