自愿运动重塑了肠道菌群和色氨酸代谢，并对大脑的记忆中心——海马体产生影响。
“我们观察到运动驱动的色氨酸代谢肠道菌群变化、循环代谢物的改变，以及背侧海马体中芳香烃受体表达的降低。”——约内·M·诺兰教授，科克大学学院
爱尔兰科克郡科克市，2026年3月10日 /EINPresswire.com/——当一只老鼠开始奔跑时，有些事情发生了。不是那些显而易见的事——加快的心跳、发热的肌肉、爪子敲击转轮的有节奏的敲击声。而是某种更安静的事。某种始于肠道盘曲的黑暗之中、通过血液和生物化学一路传送到海马体的事——那片海马形状的薄组织，记忆在此形成，情绪在此扎根。一项发表在《脑医学》（Brain Medicine）期刊（由Genomic Press出版）上的新研究，开始绘制这段隐秘的旅程。研究人员发现的结果表明，运动会刺激肠道细菌与大脑之间的一种分子联系。
这项研究由科克大学学院解剖学与神经科学系的玛丽亚·乔凡娜·卡鲁索和资深作者约内·M·诺兰领导，共同资深作者还包括莎拉·尼古拉斯和奥利维亚·F·奥利里。他们研究了当成年雄性Sprague-Dawley大鼠在八周内自由使用跑轮时，肠道菌群、循环代谢物和海马体基因表达会发生什么变化。运动的动物平均每天跑5.24公里。而久坐的对照组则没有这样的机会。两者之间出现的差异并非像骨折那样戏剧性，而是微妙、分层且可能具有深远意义的。
研究团队发现，运动降低了两个细菌属——Alistipes和Clostridium——的相对丰度，这两个属都与色氨酸代谢有关。色氨酸是一种必需氨基酸，也是血清素的前体，因此是肠-脑信号传递中的重要分子。大部分色氨酸通过肝脏中的犬尿氨酸途径代谢，其余部分则由肠道微生物分解为色胺或各种吲哚衍生物（其中一些能穿过血脑屏障），或转化为血清素（但在肠道中产生的血清素无法穿过血脑屏障）。这种区别至关重要，因为肠道微生物可能影响色氨酸在竞争性代谢途径中的分配，包括那些与大脑功能相关的途径。通过改变微生物群的组成，运动可能会改变神经活性信号传导。
利用对粪便样本进行16S rRNA基因扩增子测序（一种通过遗传特征识别微生物群落的技术），研究人员发现运动增加了微生物的优势度（Berger-Parker指数：p = 0.05），但没有增加丰富度（观测ASVs：p = 0.18），导致整体熵值下降（Shannon指数：p = 0.05）。运动组和久坐组之间的β多样性存在显著差异（Bray-Curtis PERMANOVA，R² = 0.148，p = 0.001）。在属水平上，Clostridium的Log2倍数变化为−4.05（p = 0.001，q = 0.06），Alistipes的Log2倍数变化为−1.55（p = 0.0007，q = 0.06）。运动还增加了按体重归一化的盲肠重量，作者认为这可能与发酵作用增强有关。
研究人员随后进行了非靶向血清代谢组学分析。在符合差异丰度检验标准的474种代谢物中，有七种在两组间存在显著差异。其中，推测的色氨酸衍生物5-羟色醇在运动组中含量增加（β = 1.06；p < 0.05；FDR = 0.01）。这种化合物是血清素的分解产物，当血清素通过还原途径（而非更常见的氧化途径，后者生成5-羟基吲哚乙酸）代谢时产生。运动后其在血清中的丰度增加，可能反映了外周血清素周转率升高，表明色氨酸代谢的一个分支发生了转变。作者指出，5-羟色醇是在最低置信度注释级别（第3级）下鉴定的。
差异丰度代谢物的通路分析支持了这一更广泛的模式。在显著富集的前10条通路中，包括色氨酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成。研究人员还发现Clostridium属丰度与血清中2-氧吲哚（一种吲哚衍生物）水平之间存在负相关名义关联（β = −0.18，p < 0.05，FDR = 0.2）。该关联在FDR校正后不再显著，作者将其视为提示性而非结论性。但它指向运动响应性肠道微生物与循环色氨酸代谢物之间可能存在的机制联系。
色氨酸衍生物（如吲哚和氧吲哚）是芳香烃受体（AhR）的配体，AhR是一种转录因子，介导色氨酸代谢性肠道微生物对神经元功能的影响。在海马体中，运动特异性地降低了背侧区域（p = 0.05）中AhR转录本的水平，该区域主要参与记忆相关过程。腹侧海马体（与情绪更紧密相关的区域）未出现显著变化。在两个海马区域中，相关转录本——芳香烃受体核转位蛋白（Arnt）或Cyp1a1——均未检测到统计学显著变化。
背侧海马体是空间记忆和情境记忆的中枢。作者指出，他们的结果与先前发现一致：运动对成年雄性大鼠行为和成年海马神经发生的影响沿长轴分布，背侧区域尤其容易受到运动诱导的刺激。
对肠脑模块（根据KEGG直系同源推断的参与肠-脑通讯的功能单元）的分析进一步强化了色氨酸这条线索。研究人员发现九个模块发生了显著变化（q < 0.2），包括乙酸和谷氨酸合成增加，以及GABA合成减少。值得注意的是，色氨酸合成的肠脑模块在运动后得到增强。这一推断的功能分析表明，运动不仅与微生物组成的改变相关，还与微生物组代谢反应的变化相关，这些变化可能与神经化学有关。
“AhR表达特异性地在背侧海马体中降低，而非腹侧海马体，这一点尤其有趣，”共同资深作者、科克大学学院解剖学与神经科学系及APC微生物组爱尔兰的奥利维亚·F·奥利里教授说。“这两个海马亚区功能不同。背侧海马体更密切参与记忆，而腹侧海马体则与情绪和焦虑更相关。我们观察到的区域特异性提出了可能性：运动引起的肠道源性色氨酸代谢物变化可能优先影响记忆相关回路，但这需要行为学数据来证实。”
作者承认，在当前研究中未进行行为测试，并且确认AhR表达变化与海马体依赖行为之间的关联将巩固所观察到的运动诱导背侧海马体AhR表达下降的功能作用。他们指出，尽管小鼠中AhR的敲除显示该受体负向调节海马体过程（包括成年海马体神经发生），但AhR也与阿尔茨海默病神经病理学的有害影响有关，且敲除模型与运动等刺激引发的生理反应不可同日而语。他们进一步承认，这些发现可能不适用于成年雌性啮齿动物、更宽的年龄范围或不同的运动模式。
16S rRNA基因扩增子测序有限的分类分辨率也限制了结果解释，因为同一属内的微生物物种可能对代谢功能有不同的贡献。而5-羟色醇在最低置信度注释级别的鉴定，也是团队坦诚指出的局限性。
“当我们看到Alistipes和Clostridium这两个在色氨酸代谢中具有确定作用的菌属均被运动显著减少时，那是研究开始成型的时刻，”第一作者、科克大学学院解剖学与神经科学系及APC微生物组爱尔兰的博士研究员玛丽亚·乔凡娜·卡鲁索说。“血清代谢组学随后告诉我们，运动动物的色氨酸代谢确实增强，其中5-羟色醇（一种血清素分解产物）是差异丰度化合物之一。将这些微生物变化与循环代谢物联系起来，再追踪到海马体中的特定受体，才使我们能够提出这整套运动响应性的肠-脑通路。”
剩下的是一幅连贯的图景。我们早已知道运动能改善情绪、增强记忆力。多年来我们一直怀疑肠道菌群在大脑健康中扮演着角色。这项研究以严谨的方法和适度的结论约束，描绘了这两个事实可能如何相连。肠道不仅仅消化食物。它还在书写给大脑的化学信函。而运动，似乎改变了笔迹。
该研究由爱尔兰研究署（原爱尔兰科学基金会）根据拨款号SFI/FFP/6820资助。所有动物实验均根据爱尔兰健康产品监管局颁发的许可进行，符合欧洲共同体理事会指令（2010/63/EU），并获得了科克大学学院动物实验伦理委员会的批准。
对于任何一个曾因散步而感到更清晰、因跑步而感到更平静、因骑了一小时自行车而感到更敏锐的人来说，这项研究提供了一种悄然革命性的东西：一个始于肠道黑暗、拥挤、惊人沟通的世界，而非肌肉或肺部的分子解释。细菌注意到你在移动，它们告诉了你大脑。
这项在《脑医学》期刊上发表的同行评议研究论文，标题为“运动通过肠道微生物诱导成年大鼠与海马体功能相关的色氨酸代谢变化”，自2026年3月10日起通过开放获取免费提供。
完整引用：Caruso MG, Dohm-Hansen S, Williams ZAP, English JA, Lavelle A, Nicolas S et al. 运动通过肠道微生物诱导成年大鼠与海马体功能相关的色氨酸代谢变化. Brain Medicine 2025. DOI: [已删除]. Epub 2026 Mar 10.
关于《脑医学》：《脑医学》（ISSN: 2997-2639，在线；2997-2647，印刷版）是一本由纽约Genomic Press出版的同行评议医学研究期刊。它是从基础神经科学创新到脑医学转化研究跨学科途径的新家园。该期刊范围包括脑部疾病的潜在科学、病因、结果、治疗和社会影响，涵盖所有临床学科及其交叉领域。
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