腸道是充滿微生物的叢林，這些微生物有助於消化食物、調節新陳代謝和抵禦感染。然而，現在的研究提出了另一種方式，即腸道微生物組的影響遠遠超出了其腹部的範圍。賓夕法尼亞大學的科學家在 12 月 14 日的《自然》雜誌上報道說，在老鼠身上，腸道細菌會在運動過程中刺激多巴胺的產生，沒有多巴胺，老鼠就缺乏繼續跑步的動力。

“這是我見過的最全面的研究，”

小西奧多·加蘭 （Theodore Garland Jr。）

說，他是加州大學河濱分校研究老鼠腸-腦軸的進化生理學家，他沒有參與這項研究。

“它 將我們以前在不同背景下知道的許多不同部分或以前所未有的方式孤立的其他部分組合在一起。”

研究合著者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的微生物學家

克里斯托夫·泰斯

說，鍛鍊是“我們擁有的最有效的生活方式干預措施，可以保護我們免受多種疾病的侵害” 。

然而，儘管這是一項非常耗體力的活動，他說個人鍛鍊的成功與否通常取決於他們的精神狀態。

“如果你看看精英運動員所說的話，他們中的許多人會說他們不一定在身體上比他們的競爭對手更好，但他們的思想準備得很好，”他說。

“但是，當談到讓運動員在精神上或動機上為比賽做好準備時，很少有科學證據表明這些方法是如何起作用的。”

先前的研究已經發現，腸道微生物組可以影響肌肉 組織和心血管 健康以及大腦化學。但 Thaiss 旨在將這些發現結合起來，並研究腸道微生物組在運動表現中的更廣泛作用。因此，他和他的同事使用來自八種不同遺傳背景的 199 只異型雜交小鼠進行了一項實驗，以確保任何發現都不僅限於一種品系。研究人員使用多種抗生素改變了小鼠的微生物群落：一些小鼠具有功能齊全的微生物群落，而其他小鼠的腸道微生物群落部分或全部被移除。

然後，他們測試了每隻老鼠在兩種不同設定下跑步時的表現：一種是跑步機，老鼠被迫在跑步機上長時間跑步以測試它們的耐力，另一種是輪子，老鼠可以在輪子上跑得儘可能多，跑得儘可能快。只要他們願意。

儘管所有老鼠都能夠在籠子裡四處走動，但微生物群減少的老鼠在跑步機上運動時比微生物群強健的老鼠更容易疲勞。

他們在方向盤上的時間也減少了，研究人員將其歸因於鍛鍊的動力減少。

Thaiss 然後尋找神經學解釋來解釋各組小鼠之間的行為差異。

他和他的團隊使用 RNA 測序分析了小鼠的紋狀體多刺神經元，這些神經元在運動前後都參與產生行為增強的神經遞質多巴胺，並發現許多通常在運動期間表達的基因在沒有微生物組的情況下受到抑制。

當他進行一項實驗，透過抑制這些神經元來限制運動過程中多巴胺的產生時，其效果與之前實驗中限制或完全去除微生物組的效果相同。

從這些實驗中，Thaiss 推斷出多巴胺的產生是小鼠運動傾向的一個重要因素，並且小鼠的腸道微生物組組成在調節其大腦中的多巴胺方面發揮了一定作用。

然後問題變成了腸道中的微生物如何影響大腦中的多巴胺。

為了找出答案，該團隊使用配製藥物抑制了一組連線胃腸道和大腦的神經元。

在與之前相同的輪子和跑步機實驗中，微生物組健康但腸腦神經元受到抑制的小鼠表現出與微生物組有限的小鼠相同的運動率降低，這表明正是這些神經元的刺激控制了小鼠的運動量。

最後，研究人員用特定的抗生素治療小鼠，以確定觸發神經元的微生物種類。

他們進行了代謝組學分析以確定哪些細菌代謝物觸發了神經反應。

他們發現，由健康小鼠腸道中的某些微生物產生的脂肪酸醯胺 （FAA） 代謝物在運動過程中最為活躍。

這些 FAAs 產生稱為內源性大麻素的神經遞質。

科學家們使用可攝入抑制劑進行了更多實驗，以確定細菌的 FAAs 產生的內源性大麻素在運動過程中刺激胃腸道神經元中的受體，從而觸發隨後刺激大腦中多巴胺產生的神經元。

“他們構建整個故事的方式真的很優雅，”

德國柏林微生物學、傳染病和免疫學研究所的免疫學家

Francesca Ronchi說，他沒有參與這項研究。

她補充說，這篇論文的詳盡性給她留下了深刻的印象。

“你做得再好不過了。”

Thaiss 說，下一步將是將這項研究從老鼠身上轉移到人類身上，並確定我們體內是否存在相同的途徑。

Garland 解釋說，分析人類的動機比小鼠更復雜：與小鼠相比，人的運動動機取決於更多的因素，包括外部因素，例如他們的社會環境和來自家人或朋友的影響。

“當我們的老鼠經常在輪子上奔跑時，我們不會去給他們鼓舞士氣，”他說。

相比之下，在人類中，那些天生擅長某種形式鍛鍊的人可能會得到更多讚揚，從而促使他們進行更多鍛鍊。

儘管如此，Ronchi 說，這些發現有一天可能會揭示刺激需要鍛鍊的人進行鍛鍊的方法，包括癌症、帕金森氏症或阿爾茨海默氏症患者，對他們來說，鍛鍊是緩解症狀的寶貴工具。畢竟，如果人體中確實存在這樣的通路，那麼腸道微生物可能比大腦中的神經元更容易操縱或影響，Thaiss 建議：與挑剔且通常難以接近的神經元不同，腸道細菌可能會受到可攝入治療的影響。“如果我們能夠從胃腸道的角度遠端控制大腦，那麼這將成為一個更容易解決的問題，”他說。“但現在這仍然是科幻小說。”