组合益生菌富集肠道菌群糖代谢途径提高跑步爱好者运动表现和训练耐受性

【作者】 刘倩倩； 徐业照； 王竣巍； 万江龙； 尹雨丝； 廖鹏；

【机构】 天津体育学院；

【摘要】 研究目的:改善肠道菌群构成及相对丰度是益生菌促进健康,提高运动表现的潜在机制。早期研究多基于单一菌株的补充,所报道的各种益生菌的促力效果存在较大偏差。方法学限制也导致对研究结果的谨慎结论。目前认为,多菌群富集代谢通路的转变是肠道微生物与人体器官机能交互作用的重要方式;与单一菌株的补充相比,组合益生菌更有利于改变肠道微环境,促进补充菌株肠道定植,从而增强肠道菌群与各脏器的交互作用。本研究观察组合益生菌对进行耐力训练的青年跑步爱好者身体成分、运动表现及肠道菌群构成、相对丰度的影响。我们采用KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）富集分析整合基因组、化学和系统功能信息,将测序所得肠道微生物基因与更高级别的细胞、物种和生态系统水平的系统功能关联起来,可以更为可靠的实现对肠道微生物群落的代谢功能预测。相关领域的研究目前较为少见。研究方法:共同食宿的28名青年跑步爱好者（21.89±0.83岁,21.25±1.60kg/m2）,随机双盲分为益生菌组（P,n=13）和安慰剂组（V,n=15）,进行为期4周负荷递增的耐力训练（5天/周,2h/天）。P组于每日训练后半小时内口服组合益生菌（Lactobacillus plantarum、lactobacillus rhamnosus、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus fermentium、Lactobacillus reuteri、Bifidobacterium lactis、Bifidobacterium breve）,活菌数量>2000亿/剂;V组口服同量等外观淀粉赋形剂。耐力训练前、后InBody770测身体成分,跑台（h/p/cosmos pulsar）递增负荷至最大运动通过Cortex运动心肺测试系统（Metalyzer 3B）测有氧运动能力;收集耐力训练前、后粪便,宏基因测菌群结构并建立KEGG数据库进行富集代谢通路预测;收集训练前和末次训练后24小时空腹静脉血进行相关生化指标检测。研究结果:1)补充前P组和V组身体成分、递增负荷运动中各气体交换指标、血清生化指标无组间差异;2)补充后P组瘦体重较补充前显著增加,V组体脂含量和体脂百分比较补充前显著降低;3)补充后P组和V组最大摄氧量均较补充前显著提高,改变程度无组间差异;与补充前相比,P组补充后运动至力竭的时间和最大运动输出功率显著提高;P组和V组补充后相同亚极量跑速下摄氧量水平较补充前均显著下降,但是补充后相同亚极量跑速下P组每分通气量显著低于V组;4)与补充前相比,补充后P组和V组血清皮质醇水平均显著升高,血清睾酮/皮质醇比值均显著降低;P组补充后血清尿素水平较补充前显著降低;C组补充后肌酸激酶水平较补充前升高明显;5)P组补充后chao1指数较补充前显著升高,V组无显著差异;6)V组p_Bacteroidetes相对丰度显著低于干预前,p_Actinobacteria和p_Firmicutes相对丰度显著高于干预前,P组p_Proteobacteria相对丰度显著低于干预前,且V组Firmicutes/Bacteroidetes比值（F/B）显著高于干预前;与V组相比,P组p_Synergistetes、g_Weissella、g_Ruminococcus₂、g_Faecalibacterium、g_Subdoligranulum、g_Ruminiclostridium₆相对丰度显著降低;g_Lactobacillus、g_Coprococcus₁相对丰度显著升高;7)LEfSe检测（LDA>3）表明,P组补充后发挥主要作用的菌属有Bifidobacterium、Anaerostipes,V组补充后发挥主要作用的菌属有Subdoligranulum、Faecalibacterium;8)KEGG富集分析显示,P组补充后糖代谢通路富集显著高于V组。研究结论:在本研究中,两组受试者最大摄氧量和跑步经济性均较补充前显著提高,表明4周递增负荷耐力训练提高了受试者的有氧运动能力;与补充前相比,补充后两组受试者血清皮质醇水平均显著提高、睾酮/皮质醇比值显著降低,提示耐力训练提高了受试者的训练应激和疲劳程度;但是我们观察到,P组受试者在瘦体重显著提高的同时,运动时间延长、最大运动输出功率升高,V组这些指标则无显著改变。此外,相同亚极量跑速下P组的肺通气水平显著低于V组,均说明本研究采用的组合益生菌能够改善身体成分,提高耐力运动表现。我们还注意到,运动训练导致V组血清肌酸激酶活性显著提高,但对血清尿素水平无显著影响。而P组肌酸激酶活性无显著变化,血清尿素水平则显著下降,表明益生菌补充避免训练导致的骨骼肌损伤,减少了蛋白质分解,训练耐受性提高。在本研究中,P组补充的组合益生菌中Lactobacillus在肠道相对丰度较补充前显著提高,表明组合益生菌肠道定植良好;P组补充后chao1指数较补充前显著升高,V组无显著差异,表明组合益生菌提高了肠道菌群物种丰富度;P组F/B无显著变化,而V组F/B显著升高,表明组合益生菌避免了耐力训练对肠道菌群结构的破坏。进一步的肠道菌群分析表明,P组相对丰度增加的Coprococcus₁和Lactobacillus均可促进碳水化合物吸收,提高血液短链脂肪酸水平,增强骨骼肌糖代谢,有利于提高训练耐受性。益生菌是否可抑制骨骼肌蛋白质分解目前还没有定论。在本研究中,P组增加的有益菌可促进膳食蛋白质代谢;研究报道,这些有益菌可能通过降低骨骼肌炎症减少骨骼肌蛋白质分解,亦可通过短链脂肪酸增加机体对钙的吸收,提高骨密度,均可能是本研究益生菌补充组瘦体重增加的重要因素。更有意义的是,我们通过KEGG富集分析发现,P组补充后糖代谢富集情况高于V组,提示益生菌改善耐力训练代谢模式是跑步爱好者运动表现和训练耐受性提高的潜在机制。更多还原