Nature：依赖于微生物组的肠脑通路调节运动动机

原文题目：A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise

通讯作者：Christoph A. Thaiss

隶属单位：宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院微生物学系

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05525-z

运动可能是最重要和最容易获得的生活方式组成部分，可以预防多种疾病。现代人类社会久坐不动的生活方式增加了代谢、神经和肿瘤疾病的风险，突出表明迫切需要有针对性的努力来扭转这一趋势。运动能力是肌肉骨骼系统、心血管和呼吸因素以及动机状态之间复杂相互作用的结果。在这项研究中，研究人员测试了深度剖析、遗传和宏基因组多样化的远交小鼠的运动表现，并在 gnoctobiotic 和神经生物学干预期间进行了运动研究。研究人员发现了一种代谢物触发的肠脑连接，它调节运动的动机，通过传入的感觉神经元将肠道微生物组与中脑多巴胺信号联系起来。

图1：肠道微生物组对遗传和宏基因组多样性小鼠运动表现的影响

遵守世界卫生组织每周至少150分钟的身体活动的建议将大大减少全球疾病负担。但运动是剧烈的，除了心血管和呼吸健康外，还需要在专业、娱乐或治疗环境中具有强烈的动力状态。在这项研究中，研究人员证明了参与调节身体活动动机的大脑回路不是严格意义上的中枢神经系统自主的，而是由源自肠道微生物群落的外围影响形成的，这表明理解运动动机和表现的个体间变异性的可能机制基础。

图2：有助于运动表现的微生物群成员。

研究人员整合了深度剖析、遗传和宏基因组学多样化的小鼠、在地诺生物条件下进行的运动试验、神经生物学干预和代谢组学，以揭示肠道微生物组对参与运动表现的大脑回路的影响。研究人员的结果表明，肠道微生物组有助于肠道FAA代谢物的产生，这些代谢物触发表达CB1的TRPV1感觉神经元，进而向大脑发送运动诱导的传入信号，并促进纹状体中MAO表达的下调。MAO的这种下调有助于提高多巴胺水平和增强运动能力。在没有微生物组的情况下，传入信号受到抑制，MAO水平持续存在，因此运动引起的多巴胺激增被削弱，对身体表现产生深远的影响。这些发现有几个重要意义。首先，他们认为 “跑步者兴奋 ”背后的神经化学效应，即长时间体力活动后释放的快乐、奖励、焦虑和镇痛现象，可能受胃肠道影响。研究人员一致地发现，运动的镇痛作用同样取决于肠道微生物定植和外周CB1信号传导，表明本研究中发现的途径可能调节运动生理学的其他方面。从进化上讲，肠道代谢物对运动诱导的奖励和动机回路的调节可能有助于将营养可用性和肠道微生物定植状态与从事长期体力活动的准备和能力联系起来。

图3：微生物组影响纹状体中运动诱导的多巴胺反应。

其次，这些结果扩展了研究人员对肠道和纹状体之间神经元通路通信的知识。该研究表明，这种交流通过运动得到增强，运动对纹状体的影响是由肠道代谢物塑造的。它还表明，运动诱导的脊髓感觉神经元活动通过调节MAO驱动纹状体多巴胺信号传导。到目前为止，研究人员的研究还没有发现感觉神经元活动调节纹状体中MAO表达的精确（多突触）回路。对神经元身份和控制前脑MAO水平的多突触回路的更详细的见解将通过专注于胃肠道的非侵入性策略为这种关键酶的调节提供更精确的处理。

图4：微生物组通过传入感觉神经元影响运动表现。

最后，研究人员表示中脑边缘多巴胺依赖性奖励和动机回路可以通过起源于胃肠道的内感受途径进行调节。这一发现可能表明，依赖于纹状体多巴胺信号传导的其他行为同样可以通过生活方式干预、饮食或代谢物补充剂来改变。因此，它为更普遍的“间感受模拟物”概念铺平了道路 - 刺激传入感觉通路的分子，从而通过外周干预影响大脑活动。如果适用于人类，研究人员的研究结果意味着刺激运动动机的内感受模拟物可能提供一个强大的机会来抵消久坐生活方式对健康的有害影响。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05525-z

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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