肠道菌群：运动影响免疫机能的潜在因素

徐明明，曹建民，曹 卉，相福军

（北京体育大学，北京 100084）

近年来，人们已经逐渐意识到人体的共生菌群对人类生命活动的重大影响和贡献。但是目前肠道菌群对我们来说依然存在神秘感。目前我们对肠道菌群的理解大多数是通过粪便抽样调查采集，只有极少数研究是通过上皮黏膜活检得出结论。因此，现有的研究大都是基于对粪便结果的采样进行分析，其结果并不能完全描述肠道内部的真实情况。并且从一些有限的研究中，我们知道小肠含有的细菌丰度和组成与结肠相比有很大的不同，并且小肠动态变化更大。这些事实说明了我们目前对肠道菌群只窥豹一斑，但是对了解肠道菌群、指导运动实践而言，目前的诸多研究结论仍有重要意义。

1 肠道菌群影响免疫机能

肠道黏膜是人体中细菌密度最大、数量最多的场所，大约有10万个微生物在肠道内定植。由于目前研究的局限性，一般认为肠道中含有厚壁菌门和拟杆菌门2个门类的菌群，但是有学者认为，在我们的肠道中至少应有10个不同门类的菌群定植，由于庞大的菌类数量和同类菌种之间的菌株差异，使得我们不确定哪些微生物对我们正常生命功能和发育发挥作用，如已被了解的大肠杆菌通常与结肠直肠癌相关，但是大肠杆菌菌株通常被我们认为是益生菌。根据定植能力不同，菌群可分为临时菌群和永久菌群，其中永久性菌群中有一部分已经被证实具有免疫调节作用。在肠道菌群被证明可以调控宿主发育、膳食、代谢等生命活动，其中免疫被认为是肠道菌群重要的调节宿主机能的功能。目前认为肠道菌群可以通过2种不同的方式为宿主提供免疫保护。第1种方式是通过直接打击入侵病原体或动员宿主抗微生物免疫防御来保卫宿主黏膜。肠道菌群还可以通过将宿主免疫细胞亚群的发育指向稳定状态，并通过这种方式影响粘膜和系统先天免疫应答或者适应性免疫应答。尽管第2种方式不容易被人注意到，但是对影响宿主免疫机能来说却是同样重要的。肠道菌群影响各种免疫细胞群的发育和功能。例如，肠道细菌可以影响自然杀伤细胞（Natural Killer cells，NK cells）功能，作为天然免疫系统中的重要组成部分，NK细胞被认为是在遇到病原体时作出反应的系统。而作为NK细胞启动所必须I型干扰素是肠道菌群诱导产生的。肠道菌群也在免疫细胞功能和肠道积累中起抑制作用。有研究指出，儿童过早暴露于肠道菌群与免疫介导的疾病，如哮喘和肠炎有关。研究表明，在儿童时期与菌群建立共生关系对建立黏膜不自然杀伤T细胞有影响，并且该影响与日后环境暴露耐受程度高度相关。早期暴露于肠道菌群改变了宿主的基因调控，导致终生抑制肠和肺中的相关基因表达。这种抑制会导致正常状态下结肠和肺中不自然杀伤T细胞丰度的降低，并影响宿主对结肠炎和哮喘的抵抗。十分具有代表性的是脆弱类杆菌，根据现有研究其具有明显的免疫调节功能。近期研究证明，脆弱类杆菌参与到通过Toll样 受 体（Toll-like receptors，TLRs）介导识别消除病原体的过程中，具体是通过脆弱类杆菌产生和输出的共生因子多糖A（Polysaccharide A，PSA）通过TLRs介导指示免疫细胞的模式识别受体（Patternrecognition receptors，PRRs）消除病原体，进而抑制肠道炎症。此外由肠道菌群产生的短链脂肪酸对适当的宿主代谢和免疫功能来说是必需物质。由此可见，肠道微生物群可以为激活/抑制免疫系统提供不同信号，从而进行免疫调控。

2 运动影响肠道菌群

参加定期体育锻炼和适度锻炼可以改善整体免疫功能，并减少炎症性疾病的发生率。这往往与我们过去的认知不同，我们通常认为急性和慢性运动可能诱发短暂的胃肠道不适的症状，这些症状在优秀耐力运动员中最为常见，并且这种症状往往是暂时的。他们的症状包括因肠道缺血而产生的恶心、腹泻和胃肠出血，以及与高运动强度和长时间持续相关的机械或神经内分泌因素。这可能是一种通过促使运动员减少运动强度或持续时间来终止器官损伤的保护性机制。然而，对那些参加短时间内的常规适度运动强度的个人而言，情况往往相反。事实上，参与正常的中等强度运动一直被认为可以抵抗肠道炎性疾病，如肠炎和结肠疾病，并且中等强度的运动通常不会引起胃肠道紊乱。尽管我们并不了解中等强度下对肠胃的保护机制，但是现有研究初步认为与运动调节肠道菌群有关。对中等强度训练而言，有研究表明，这种运动模式会改变与宿主健康有关的细菌群落结构和许多分类群，并且在其他研究已经证实，菌群群落的结构与丰度都会影响其调控机能。其中有一项研究证明，运动和（或）适应水平是调节人类肠道微生物群的重要因素。其中一项研究通过实验探究了在动物体内运动对微生物组的影响。实验结果证明，与静坐对照组相对比，经历了5周运动的大鼠改变了盲肠微生物组的组成。并且研究者还进一步测试了大鼠盲肠中丁盐酸的浓度，丁盐酸是一种重要的短链脂肪酸，为结肠上皮细胞提供能源物质，已经被证明对宿主有多重收益。与静坐组大鼠相比，运动组大鼠盲肠丁盐酸是前者的2倍。另一项研究展示了6周的运动对使用多氯联苯（一种致癌毒素）和健康小鼠的影响，他们发现，运动显著减少了多氯联苯诱导的肠道微生物群变化。对高运动强度急性运动而言，有研究将职业运动员与不同身体质量指数（Body Mass Index，BMI）的普通人群的肠道菌群进行比对，实验流程是将40名男性精英级专业橄榄球运动员与另外2组年龄、性别和BMI匹配的久坐控制组进行对比，其中对照组分为低BMI（BMI ＜25） 和 高 BMI（BMI＞ 28）2组。经粪便样品分析显示，运动员中的肠道菌群更加多样，包括属间丰度的特定差异。与高BMI对照组（BMI＞ 28）相比，精英运动员的Akkermansiaceae（科）和Akkermansia（属）高于对照组，并具有显著性差异。Akkermansia mucini-philla是一种粘蛋白降解生物，其作为肠道微生物组活性成员的潜在功能，包括改善屏障功能，从而改善小鼠的代谢状态，其存在与人体肥胖呈负相关。根据以上研究可以证明，运动可以从肠道菌群丰度、大小等方面改变肠道菌落，而我们可以明确的是，群落的丰度、大小的改变会引起肠道菌群功能的改变。

3 总结与展望

促进肠道健康功能的策略对整体生理健康、炎症性疾病的预防和治疗具有重要意义。在此之前我们需要对免疫—肠道微生物群关系的性质进行详细的研究，以揭示胃肠道免疫细胞，肠道微生物群及其与疾病的关系之间的相互作用机制。目前研究结果主要来自动物实验，今后可能更多的需要来自随机对照运动试验的人体数据，以充分了解结肠道菌群免疫细胞的变化及运动训练后和心理压力下肠道微生物群落特征的变化。了解习惯性运动对肠道微生物群的影响，如运动是否有可能会成为降低肠道疾病，即炎症性肠病和结肠癌风险的有效途径，以及减少全身炎症、改善胰岛素敏感性、降低血压，并帮助减少脂肪量和增加游离脂肪量的有效手段。对肠道菌群的研究手段，不同的研究方式可能得到的结论不同，如温度梯度凝胶电泳和焦磷酸测序得到的结果可能不同，在分析时应充分考虑到不同的技术手段所带来的差异。未来研究运动对微生物群的影响的工作应包括靶向蛋白质组学和代谢方法及整个肠道菌群的基因组测序。这些手段将最终提供更多可供比较的数据，并有助于更完整地阐述运动，肠道微生物群和免疫之间的关系。