综述：运动诱导的短链脂肪酸在肠-肌轴中的作用：对肌肉减少症预防和治疗的启示

本综述系统探讨了运动通过调节肠道菌群增加短链脂肪酸（SCFAs）水平，进而经肠-肌轴改善肌肉蛋白质代谢、抑制炎症反应、增强胰岛素敏感性和线粒体功能的多重机制，为运动干预预防和治疗年龄相关性肌肉减少症（sarcopenia）提供了新的科学视角和策略方向。

　　

1 引言

肌肉减少症是一种与年龄相关的退行性疾病，以骨骼肌质量、力量和功能进行性下降为特征，已成为全球日益关注的公共卫生问题。其发病机制复杂，与合成代谢抵抗、慢性低度炎症、线粒体功能障碍和胰岛素抵抗等多种因素密切相关。近年来，肠道菌群失调被发现在肌肉减少症的发生发展中扮演关键角色。衰老常伴随肠道微生物多样性减少、有害菌增加和有益菌减少，这些变化可能通过促进全身炎症、损害肌肉蛋白质合成和改变葡萄糖代谢来破坏宿主代谢稳态。肠道菌群主要通过其代谢产物影响宿主代谢和肌肉健康，其中短链脂肪酸（SCFAs）作为膳食纤维微生物发酵的主要产物，是连接肠道菌群与骨骼肌稳态的关键介质。

2 SCFAs概述

SCFAs是含有1至6个碳原子的小分子羧酸，主要由肠道菌群对不可消化多糖的厌氧发酵产生。其中乙酸、丙酸和丁酸是主要的SCFAs，约占总量95%，平均摩尔比为3:1:1。SCFAs的生物合成具有分类和代谢特异性：乙酸主要通过Wood–Ljungdahl途径或丙酮酸氧化脱羧产生；丙酸通过琥珀酸途径或乳酸途径生成；丁酸则通过丁酸产生菌的磷酸转丁酰酶或丁酸激酶等酶催化形成。SCFAs在肠道上皮细胞中扩散后，丁酸作为关键能源通过氧化分解代谢被利用，其余SCFAs迅速解离为SCFA^?和H⁺，通过顶端转运蛋白被吸收。

3 年龄相关的肠道菌群失调和肌肉减少症中SCFA产生菌减少

随着年龄增长，肠道菌群发生显著改变，包括微生物多样性降低、SCFA产生菌相对丰度减少以及促炎和潜在致病菌增加。横断面研究显示，老年人中SCFA产生菌明显减少，特别是厚壁菌门（Firmicutes）显著减少。超过65%的老年人表现出厚壁菌门与拟杆菌门（F/B）比例失衡，这是微生物失调的标志。类似研究发现，与年轻人相比，老年人显示关键SCFA产生菌（如乳杆菌和双歧杆菌）丰度降低，而革兰氏阴性、内毒素产生和促炎细菌丰度增加。

4 SCFAs：肠-肌轴中的关键参与者

肠道菌群在食物消化和能量获取、营养代谢和吸收、免疫调节以及胃肠道屏障完整性维持等多个重要生理过程中发挥重要作用。"肠-肌轴"概念强调了肠道微生物生态与骨骼肌健康之间的双向调节关系。SCFAs作为肠道菌群的主要代谢产物，是肠-肌轴的关键介质。纵向研究表明，较高的膳食SCFA摄入量与社区居住老年人肌肉力量下降风险显著降低相关。动物研究显示，年轻小鼠向老年小鼠的粪便微生物移植（FMT）显著提高了血清SCFA水平，增强了肌肉质量和握力，并减少了全身炎症。

5 运动对老年人SCFA产生菌和SCFA水平的影响

运动是肠道菌群的强大调节剂，促进SCFA产生菌的生长从而增加SCFA产量。在老年人中，有氧运动、抗阻运动和组合运动等多种运动方式已被广泛研究作为预防和管理肌肉减少症的干预措施。

5.1 有氧运动

有氧运动可以积极调节肠道菌群组成，特别是增加老年人中SCFA产生菌的丰度。大规模观察性研究显示，与久坐人群相比，经常进行有氧体育活动的老年人表现出显著更高的厚壁菌门和疣微菌门相对丰度。有趣的是，这些效应在超重老年人中特别明显，表明运动诱导的肠道菌群重塑可能对代谢受损人群特别有益。

5.2 抗阻运动

抗阻运动是指应用外部负荷（如哑铃、阻力带或器械）刺激肌肉收缩，从而增强肌肉力量和肌肉质量的体育锻炼。尽管抗阻运动被广泛认为是预防和治疗老年人肌肉减少症的有效干预措施，但目前关于抗阻运动对老年人群SCFA水平影响的证据有限且不一致。

5.3 组合运动

组合运动是指在一个干预计划中整合有氧和抗阻训练，被广泛认为是一种有效策略，可以协同利用两种模式各自的益处。通过同时改善心血管耐力和增加肌肉力量和质量，组合运动可能提供更全面的健康益处，特别是在老年人中。

6 运动诱导的SCFAs在预防和治疗肌肉减少症中的机制

运动诱导的SCFA水平升高可能在介导体育活动对老年人骨骼肌健康的有益效应中发挥关键作用。SCFAs作为重要的信号分子，影响多种生理过程，包括肌肉蛋白质周转、炎症调节、线粒体稳态和代谢功能。

6.1 改善肌肉蛋白质代谢

骨骼肌质量主要通过蛋白质合成和降解之间的动态平衡来维持。其中mTORC通路是肌肉蛋白质合成的关键调节器。相反，肌肉蛋白质降解主要由两个分解代谢系统介导：泛素-蛋白酶体系统（UPS）和自噬-溶酶体途径。

6.2 减少炎症反应

衰老与慢性低度全身炎症状态相关，称为"炎症衰老"（inflammaging），其特征是细胞因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（IL-6）的循环水平持续升高。驱动炎症衰老的核心机制之一是肠道菌群失调。

6.3 改善胰岛素抵抗

胰岛素抵抗的发生率随着年龄增长而增加。随着年龄增长，肌间脂肪和肌细胞内脂质（IMCL）的异常积累，以及促炎细胞因子水平的升高，降低了骨骼肌、肝脏和其他外周组织中的胰岛素敏感性。

6.4 改善线粒体功能障碍

线粒体功能随着年龄增长逐渐下降。研究表明，老年人肠道中丁酸产生菌的数量显著减少，这导致抗氧化能力下降、活性氧（ROS）水平增加，并诱导线粒体DNA（mtDNA）的氧化损伤，最终导致线粒体功能障碍。

7 总结与展望

总之，SCFAs可能作为运动对肌肉减少症预防和治疗效应的关键介质。现有证据表明，各种运动方式，特别是组合运动，可以显著增加老年人肠道中SCFA产生菌的相对丰度，从而增强SCFA产量。此外，SCFAs可能通过激活GPR41/43信号通路、抑制HDAC活性和改善肠道屏障功能等机制发挥作用，从而促进肌肉蛋白质合成、抑制炎症反应、增强线粒体功能和改善胰岛素敏感性，最终有助于减轻年龄相关性肌肉萎缩。