当老鼠在轮子或跑步机上跑步时，肠道和大脑之间的神经通路会导致多巴胺的释放，但前提是存在强大的微生物组。吨肠道是充满微生物的丛林，这些微生物有助于消化食物、调节新陈代谢和抵御感染。然而，现在的研究提出了另一种方式，即肠道微生物组的影响远远超出了其腹部的范围。宾夕法尼亚大学的科学家在12月14日的《自然》杂志上报道说，在老鼠身上，肠道细菌会在运动过程中刺激多巴胺的产生，没有多巴胺，老鼠就缺乏继续跑步的动力。

拥有健康肠道微生物组的小鼠更有动力去锻炼

“这是我见过的最全面的研究，”小西奥多·加兰(TheodoreGarlandJr.)说，他是加州大学河滨分校研究老鼠肠-脑轴的进化生理学家，他没有参与这项研究。“[它]将我们以前在不同背景下知道的许多不同部分或以前所未有的方式孤立的其他部分组合在一起。”

研究合著者、宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的微生物学家克里斯托夫·泰斯说，锻炼是“我们拥有的最有效的生活方式干预措施，可以保护我们免受多种疾病的侵害”。然而，尽管这是一项非常耗体力的活动，他说个人锻炼的成功与否通常取决于他们的精神状态。“如果你看看精英运动员所说的话，他们中的许多人会说他们不一定在身体上比他们的竞争对手更好，但他们的思想准备得很好，”他说。“但是，当谈到让运动员在精神上或动机上为比赛做好准备时，很少有科学证据表明这些方法是如何起作用的。”

先前的研究已经发现，肠道微生物组可以影响肌肉组织和心血管健康以及大脑化学。但Thaiss旨在将这些发现结合起来，并研究肠道微生物组在运动表现中的更广泛作用。因此，他和他的同事使用来自八种不同遗传背景的199只异型杂交小鼠进行了一项实验，以确保任何发现都不仅限于一种品系。研究人员使用多种抗生素改变了小鼠的微生物群落：一些小鼠具有功能齐全的微生物群落，而其他小鼠的肠道微生物群落部分或全部被移除。

然后，他们测试了每只老鼠在两种不同设置下跑步时的表现：一种是跑步机，老鼠被迫在跑步机上长时间跑步以测试它们的耐力，另一种是轮子，老鼠可以在轮子上跑得尽可能多，跑得尽可能快。只要他们愿意。尽管所有老鼠都能够在笼子里四处走动，但微生物群减少的老鼠在跑步机上运动时比微生物群强健的老鼠更容易疲劳。他们在方向盘上的时间也减少了，研究人员将其归因于锻炼的动力减少。

Thaiss然后寻找神经学解释来解释各组小鼠之间的行为差​​异。他和他的团队使用RNA测序分析了小鼠的纹状体多刺神经元，这些神经元在运动前后都参与产生行为增强的神经递质多巴胺，并发现许多通常在运动期间表达的基因在没有微生物组的情况下受到抑制。当他进行一项实验，通过抑制这些神经元来限制运动过程中多巴胺的产生时，其效果与之前实验中限制或完全去除微生物组的效果相同。从这些实验中，Thaiss推断出多巴胺的产生是小鼠运动倾向的一个重要因素，并且小鼠的肠道微生物组组成在调节其大脑中的多巴胺方面发挥了一定作用。

然后问题变成了肠道中的微生物如何影响大脑中的多巴胺。为了找出答案，该团队使用配制药物抑制了一组连接胃肠道和大脑的神经元。在与之前相同的轮子和跑步机实验中，微生物组健康但肠脑神经元受到抑制的小鼠表现出与微生物组有限的小鼠相同的运动率降低，这表明正是这些神经元的刺激控制了小鼠的运动量。最后，研究人员用特定的抗生素治疗小鼠，以确定触发神经元的微生物种类。他们进行了代谢组学分析以确定哪些细菌代谢物触发了神经反应。

他们发现，由健康小鼠肠道中的某些微生物产生的脂肪酸酰胺(FAA)代谢物在运动过程中最为活跃。这些FAAs产生称为内源性大麻素的神经递质。科学家们使用可摄入抑制剂进行了更多实验，以确定细菌的FAAs产生的内源性大麻素在运动过程中刺激胃肠道神经元中的受体，从而触发随后刺激大脑中多巴胺产生的神经元。

“他们构建整个故事的方式真的很优雅，”德国柏林微生物学、传染病和免疫学研究所的免疫学家FrancescaRonchi说，他没有参与这项研究。她补充说，这篇论文的详尽性给她留下了深刻的印象。“你做得再好不过了。”

Thaiss说，下一步将是将这项研究从老鼠身上转移到人类身上，并确定我们体内是否存在相同的途径。Garland解释说，分析人类的动机比小鼠更复杂：与小鼠相比，人的运动动机取决于更多的因素，包括外部因素，例如他们的社会环境和来自家人或朋友的影响。“当我们的老鼠经常在轮子上奔跑时，我们不会去给他们鼓舞士气，”他说。相比之下，在人类中，那些天生擅长某种形式锻炼的人可能会得到更多赞扬，从而促使他们进行更多锻炼。