自愿运动重塑肠道微生物群和色氨酸代谢，并对大脑记忆中心海马体产生影响。
当一只老鼠开始奔跑时，有些事情就会发生。并非那些显而易见的事情——加速的心跳、发热的肌肉、爪子敲击滚轮的节奏性声音。而是更安静的事情。一些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情——海马体是那个海马形状的薄片组织，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，已经开始绘制这段隐秘旅程的路线图，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产生分子层面的联系。
这项研究由爱尔兰科克大学学院解剖学与神经科学系的Maria Giovanna Caruso和资深作者Yvonne M. Nolan领导，共同资深作者还包括Sarah Nicolas和Olivia F. O'Leary。研究调查了当成年雄性Sprague-Dawley大鼠被允许连续八周自由使用跑轮时，其肠道微生物群、循环代谢物和海马体基因表达发生了什么变化。这些运动的动物平均每天跑5.24公里。它们的久坐同伴则没有这个机会。所出现的差异并非像骨折那样戏剧性。它们是微妙的、分层的，并且可能具有重要影响。
研究团队发现，运动降低了两种细菌属（Alistipes和Clostridium）的相对丰度，这两种细菌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，使其成为肠道到大脑信号传导中的一个重要分子。大多数色氨酸通过犬尿氨酸途径在肝脏中代谢。其余部分则由肠道微生物分解为色胺或各种吲哚衍生物，其中一些可以穿过血脑屏障，或者分解为血清素，但肠道产生的血清素无法穿过该屏障。
这种区别很重要，因为肠道微生物可能影响色氨酸如何在相互竞争的代谢途径中进行分配，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。
利用粪便样本的16S rRNA基因扩增子测序（一种通过基因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优势度，但未增加丰富度，导致整体熵值（Shannon指数）下降。运动组和久坐组动物之间的Beta多样性存在显著差异。在属水平上，Clostridium属的Log2倍变化为-4.05，Alistipes属的Log2倍变化为-1.55。运动还增加了按体重归一化的盲肠重量，作者认为这一发现可能与发酵作用增强有关。
研究人员接下来进行了非靶向血清代谢组学分析。在符合差异丰度检测标准的474种代谢物中，有七种在组间存在显著差异。其中，推定的色氨酸衍生物5-羟基色醇在运动大鼠中含量增加。这种化合物是一种血清素分解代谢产物，当血清素通过还原途径（而非产生5-羟基吲哚乙酸的更常见氧化途径）代谢时产生。运动后其在血清中丰度的增加可能反映了外周血清素周转率的提高，表明色氨酸代谢的一个分支发生了变化。作者指出一个注意事项：5-羟基色醇是在最低置信度注释水平（3级）上被鉴定的。
对差异丰度代谢物的通路分析支持了更广泛的模式。在显著富集的前十条通路中，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菌属的丰度与血清中2-氧代吲哚（一种吲哚衍生物）水平之间存在负名义关联。该关联在FDR校正后不再显著，作者将其作为提示性而非结论性的证据。但它指向了运动响应的肠道微生物与循环色氨酸代谢物之间可能存在机制联系。
色氨酸衍生物（如吲哚和氧代吲哚）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的AhR转录本水平，而背侧海马体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。在两个海马体区域中，相关转录本（AhR核转位因子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所在地。作者指出，他们的结果与先前的研究结果一致，这些研究表明运动对成年雄性大鼠行为和成海马神经发生的影响沿纵轴分布，其中背侧区域特别容易受到运动诱导的刺激。
对肠道-大脑模块（从KEGG直系同源物推断出的参与肠道-大脑通讯的功能单元）的分析进一步证实了色氨酸这条线索。研究人员发现九个模块发生了显著变化，包括乙酸和谷氨酸合成增加以及GABA减少。值得注意的是，运动增强了色氨酸合成的肠道-大脑模块。这项推断出的功能分析表明，运动不仅与微生物组成的改变有关，还与可能对神经化学重要的微生物组代谢反应变化有关。
“AhR表达特异性地在背侧海马体中减少，而非腹侧海马体，这一点特别有趣，”共同资深作者、科克大学学院解剖学与神经科学系及APC微生物组爱尔兰研究所的Olivia F. O'Leary教授说。“这两个海马体亚区功能不同。背侧海马体更密切地参与记忆，而腹侧海马体则更多地与情绪和焦虑相关。我们观察到的区域特异性提出了可能性，即运动诱导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，尽管我们需要行为学数据来证实这一点。”
作者承认当前研究未进行行为测试，并且确认AhR表达变化与海马依赖性行为之间的相关性将巩固所观察到的运动诱导的背侧海马体AhR表达下降的功能性作用。他们指出，虽然小鼠中AhR敲除已显示该受体负向调节包括成年海马神经发生在内的海马过程，但AhR也被认为对阿尔茨海默病神经病理学有不利影响，并且敲除模型无法与对运动等刺激的生理反应相提并论。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、更广泛的年龄范围或多样化的运动模式。
16S rRNA基因扩增子测序有限的分类学分辨率也限制了结果的解释，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-羟基色醇在最低置信度注释水平上的鉴定也是团队坦诚提出的一个注意事项。
“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都因运动而显著减少时，研究就开始成形了，”第一作者、科克大学学院解剖学与神经科学系及APC微生物组爱尔兰研究所的博士研究员Maria Giovanna Caruso说。“血清代谢组学随后向我们展示了运动动物的色氨酸代谢确实增强了，5-羟基色醇（一种血清素分解代谢产物）是差异丰度的化合物之一。将这些微生物变化与循环代谢物联系起来，进而与海马体中一个特定的受体联系起来，才使我们能够提出这是一个响应运动的、整合性的肠道-大脑通路。”
剩下的是一幅连贯的图景。我们早就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微生物群在大脑健康中发挥作用。这项研究采用严谨的方法论并对其结论持适当克制态度，提供了这两者如何可能相互联系的图景。肠道不仅仅是在消化食物。它正在给大脑撰写化学信件。而运动，似乎改变了笔迹。
这项研究由爱尔兰研究基金会根据资助编号SFI/FFP/6820提供资金。所有动物程序均根据爱尔兰健康产品监管局颁发的许可证进行，符合欧洲共同体理事会指令（2010/63/EU），并得到科克大学学院动物实验伦理委员会的批准。
对于任何曾在散步后感到思路更清晰、跑步后感到更平静、骑一小时后自行车后感到更敏锐的人来说，这项研究提供了一些悄然革命性的东西：一个从肌肉或肺部开始，却在肠道那个黑暗、拥挤、惊人地善于交流的世界中展开的分子解释。细菌注意到你在运动。然后它们告诉了你的大脑。
这篇同行评审的研究文章标题为“运动诱导成年大鼠肠道微生物色氨酸代谢变化，并与海马体功能相关”，于2026年3月10日以开放获取形式在《脑医学》期刊上免费发布。
完整引用：Caruso MG, Dohm-Hansen S, Williams ZAP, English JA, Lavelle A, Nicolas S 等. 运动诱导成年大鼠肠道微生物色氨酸代谢变化，并与海马体功能相关. 脑医学 2025. DOI: [DOI链接]. Epub 2026 Mar 10.
关于《脑医学》：《脑医学》是一本由Genomic Press（纽约）出版的同行评审医学研究期刊。《脑医学》是跨学科通路的新家园，从基础神经科学的创新到脑医学转化研究。期刊范围包括脑部疾病的潜在科学、成因、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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