肠道微生物丁酸盐通过肠-肌肉轴提升赛马运动表现的多组学解析

本研究针对赛马优异运动表现背后的肠道微生物机制展开，通过多组学分析发现丁酸盐(butyrate)合成菌群在赛马肠道显著富集。团队结合GC-MS检测和小鼠模型验证，首次揭示微生物丁酸盐通过调节肌纤维类型、增强线粒体功能等机制提升运动耐力，该发现为通过靶向调控肠道菌群改善运动表现提供了新策略。

　　

在竞技体育和动物赛跑领域，运动表现的生物学基础始终是研究热点。赛马(Thoroughbred horse)作为自然界卓越的运动健将，其爆发力和耐力背后隐藏着怎样的生理奥秘？近年来越来越多证据表明，肠道微生物可能通过代谢产物影响宿主运动能力，但具体机制尤其是微生物功能与运动表现的直接关联仍不明确。这项由国内团队完成的研究，首次系统揭示了肠道微生物丁酸盐作为"运动增强因子"的作用机制。

为探究这一问题，研究人员采用多组学整合分析策略：收集58匹赛马和65匹非赛马粪便样本进行宏基因组、宏转录组测序；通过GC-MS检测短链脂肪酸(SCFAs)含量；建立小鼠丁酸盐干预模型进行跑步机耐力测试；结合qPCR、组织学分析肌肉适应性改变；并重新分析人类运动员公开数据集验证发现普适性。关键技术包括跨物种比较宏基因组学、代谢组学-转录组学关联分析、以及肠道-肌肉轴功能验证体系。

微生物丁酸盐合成通路在赛马肠道显著富集
宏基因组分析发现赛马肠道中Olivibacter、Prevotella等丁酸盐产生菌显著增多。KEGG通路显示丁酸盐代谢(butanoate metabolism)是唯一在赛马中富集的碳水化合物代谢途径，关键酶如丁酸激酶(buk)基因丰度显著升高。宏转录组进一步证实丁酸盐合成相关基因(如trans-2-enoyl-CoA reductase和butyrate kinase)表达量较对照组提升40倍和3倍。

赛马粪便丁酸盐含量显著升高
GC-MS检测显示赛马粪便中丁酸盐浓度较非赛马高8.6倍(P<0.001)，占总SCFAs的8.1%。其他短链脂肪酸如丙酸盐(propionate)、异丁酸盐(iso-butyrate)等也显著增加，但丁酸盐差异最为突出。

丁酸盐直接增强小鼠运动表现
持续6周0.1M丁酸钠干预使小鼠跑步机力竭时间显著延长(P<0.05)，握力提高15%。血清丁酸盐检测证实外源补充能有效进入循环系统(P<0.01)，而其他SCFAs无变化。

丁酸盐重塑肌肉生理特征
qPCR显示丁酸盐组骨骼肌中：肌源性因子Myog、快肌纤维标志物Myh²、线粒体生物发生调控因子Ppargc1^a表达上调；肌纤维直径增加18%(P<0.05)；线粒体功能基因ATPase⁶、Cyt^b等表达增强；三羧酸循环关键酶SDH、LDH活性提升。提示丁酸盐通过促进快慢肌纤维转化和增强氧化磷酸化能力提升运动表现。

人类运动员存在类似菌群特征
对职业橄榄球运动员数据分析发现，其肠道中Bacteroides、Veillonella等丁酸盐产生菌同样富集，且丁酸盐合成通路关键酶基因显著增多，证实该机制的跨物种保守性。

这项发表在《npj Biofilms and Microbiomes》的研究，首次建立了"微生物-丁酸盐-肠肌肉轴-运动表现"的完整理论框架。发现不仅解释了赛马卓越运动能力的潜在机制，更为开发基于菌群干预的运动增强策略提供了分子靶点。通过补充丁酸盐或定向富集产丁酸菌，可能成为提升竞技体育表现和康复医学训练效果的新途径。该研究同时提示，肠道菌群功能分析或可作为选拔优秀运动苗子的生物标志物，在动物育种和人类运动员筛选领域具有转化应用前景。