竞技长跑运动员不同训练阶段饮食摄入与肠道菌群组成的探索性纵向研究

《Nutrients》：Revealing Hidden Patterns: Harnessing Correspondence Analysis to Explore Maternal Lifestyle Profiles and Gestational Weight Gain

　　

背景/目的：在这项探索性纵向研究中，研究人员考察了竞技长跑运动员在准备期、比赛期和过渡期的饮食摄入与肠道菌群（gut microbiota），并探讨了与特定阶段饮食摄入相关的微生物模式。方法：七名竞技长跑运动员在三个训练阶段接受了评估。在每个阶段，评估了饮食摄入和身体成分，并收集粪便样本。使用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成。采用重复测量方法并进行多重检验校正来评估与阶段相关的分类学差异，并使用DESeq2进行差异丰度分析，将参与者身份作为区组因素。此外，基于能量、碳水化合物和蛋白质摄入的探索性k-means聚类用于表征饮食摄入模式。结果：能量、蛋白质和脂肪摄入在不同训练阶段间存在显著差异，而碳水化合物摄入未达到统计学显著性。探索性α多样性和β多样性分析未发现跨阶段的统计学显著差异。在门水平，Synergistetes在FDR校正后显示出整体阶段效应，但经Bonferroni校正后，没有成对比较保持显著。在DESeq2分析中，Haemophilus在过渡期比准备期更丰富，Enterococcus在准备期比过渡期更丰富，Cronobacter在准备期比比赛期更丰富（所有校正后p < 0.05）。探索性饮食聚类发现了额外的与聚类相关的微生物差异，但聚类成员与训练阶段基本重叠。结论：饮食摄入在竞技训练周期中有所变化。在这个小队列中，群落水平多样性结果仅供探索性目的。经多重检验校正后，只有有限数量的分类群显示出阶段相关差异。由于饮食摄入和训练阶段同时变化，聚类相关的微生物发现应被解释为营养与训练背景相结合下的探索性模式，而非独立的饮食效应。

论文解读

肠道菌群是一个动态且代谢活跃的生态系统，在维持宿主稳态、调节能量代谢以及调控免疫和炎症反应中发挥关键作用；其代谢产物尤其是短链脂肪酸（SCFAs）可能通过影响线粒体功能、底物利用和代谢调节来影响运动表现。耐力运动员因长期进行高容量氧化代谢和高碳水化合物周转，其肠道微生物功能可能被塑造为有利于底物利用、胃肠耐受和恢复。现有证据提示，耐力训练与产SCFA菌群富集及黏蛋白降解物种维持相关。饮食摄入是肠道菌群最有力的调节因素之一，而耐力运动员在准备、比赛和过渡阶段的能量及宏量营养素摄入存在差异，反映了训练需求和竞技目标的不同。然而，关于肠道菌群如何响应周期化耐力训练中动态营养和训练环境的变化，目前仍存在知识空白，且既往研究多为横断面设计，结果并不一致。尽管少数纵向研究报告了群落水平多样性变化有限而特定分类群变化明显，但竞技长跑运动员在完整训练周期中各阶段肠道菌群组成和多样性的变化仍未得到充分表征。因此，本研究旨在纵向表征准备期、比赛期和过渡期的肠道菌群组成与多样性，探索微生物模式与阶段特异性饮食摄入的对应关系，并采用探索性饮食聚类来表征高、低摄入模式下伴随的微生物特征。

该研究采用纵向观察设计，招募了7名来自某大学田径队的健康竞技长跑运动员（5名男性、2名女性），训练经验为7至16年。研究人员在每个训练阶段评估了饮食摄入和身体成分，并收集粪便样本；采用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成。结果显示，能量、蛋白质和脂肪摄入在不同训练阶段间存在显著差异，而碳水化合物摄入未达统计学显著性；α多样性和β多样性未见显著阶段差异。同时，经过多重检验校正后，仅发现少数分类群存在阶段相关差异，包括门水平Synergistetes的整体效应，以及DESeq2分析中Haemophilus、Enterococcus和Cronobacter等属的丰度变化。此外，探索性饮食聚类识别出额外微生物差异，但聚类归属与训练阶段高度重叠。该研究的主要意义在于为竞技长跑运动员训练周期中饮食-微生物关系提供了描述性纵向证据，并筛选出值得在更大样本中验证的候选分类群。

关键技术方法方面，研究人员使用了16S rRNA基因测序（V3-V4区）对粪便样本进行菌群组成分析；采用重复测量方差分析和Friedman检验评估阶段间差异，并应用Benjamini-Hochberg FDR及Bonferroni校正控制多重检验；使用DESeq2进行差异丰度分析，以参与者身份作为区组因素；通过Observed Species和Shannon指数评估α多样性，基于UniFrac距离和主坐标分析（PCoA）及PERMANOVA评估β多样性；并采用k-means聚类（k=2）基于标准化能量、碳水化合物和蛋白质摄入进行饮食模式识别。

研究结果如下：3.1 研究人群特征：通过生物电阻抗分析发现，体质量在三个训练阶段间有显著总体效应（p=0.002），比赛期体质量显著高于准备期；绝对骨骼肌质量也有显著总体效应（p=0.042），但成对比较无显著差异；骨骼肌质量百分比、脂肪量和脂肪百分比无显著差异。3.2 各训练阶段的宏量营养素和能量摄入：通过重复测量方差分析发现，每日每公斤体质量能量摄入、蛋白质和脂肪摄入在不同阶段间差异显著，比赛期和过渡期能量及脂肪摄入均高于准备期，比赛期蛋白质摄入高于准备期；碳水化合物摄入未达统计学显著（p=0.051）。3.3 各训练阶段的肠道菌群组成：通过16S rRNA测序和Friedman检验，门水平Synergistetes在FDR校正后显示整体阶段效应（padj=0.018），但Bonferroni校正后无显著成对差异；属水平多个属（如Haemophilus、Roseburia等）存在名义差异，但FDR校正后均不显著。3.4 各训练阶段的α多样性和β多样性分析：采用Kruskal-Wallis检验和PERMANOVA分析，最早的无校正p值均>0.05，但由于未对运动员内重复观察进行调整，这些结果仅为探索性描述。3.5 各训练阶段的分类群丰度变化：DESeq2分析显示，过渡期相比准备期，Ha