《Nutrients》：Time-Dependent Differences in the Human Milk Proteome After Preterm Birth: A Paired Two-Stage Proteomic Study
Nina Mól,
Magdalena Zasada,
Maciej Suski,
Wojciech Zasada and
Przemko Kwinta
编辑推荐：
本综述通过一项对照研究，探讨了饮食类型（高脂饮食HFD与正常饲料NC）与运动模式（强迫性跑步与自愿跑轮）如何独立及协同地塑造大鼠肠道菌群。研究发现，高脂饮食虽增加了菌群的α多样性，但也导致了菌群失调。而结构化的运动，特别是强迫性跑步运动，能有效调节高脂饮食诱导的菌群结构变化，显著富集有益菌属（如Akkermansia muciniphila），减少潜在致病菌，从而展现出改善代谢健康的潜力。
引言
哺乳动物胃肠道中定植着数万亿微生物，统称为肠道菌群，它们在宿主的生理功能中扮演着关键角色，包括能量稳态、代谢调节和内分泌功能。菌群失调与肥胖、2型糖尿病（T2D）和非酒精性脂肪肝病（NAFLD）等代谢性疾病密切相关。饮食和体力活动是塑造肠道菌群结构的主要环境因素，然而，不同运动模式与饮食模式之间如何交互作用以影响肠道微生物组，目前仍不完全清楚。本研究旨在探究饮食类型（正常饲料[NC] 与高脂饮食[HFD]）和运动模式（对照组[C]、自愿运动[V] 和强迫运动[F]）对大鼠肠道菌群多样性、分类组成以及特定细菌丰度的综合和交互影响。
材料与方法
研究纳入了63只Wistar大鼠，按饮食摄入和运动状态随机分为6个实验组。运动方案为期8周，强迫运动组（F）在跑步机上进行标准化运动，自愿运动组（V）可自由使用跑轮，对照组（C）保持久坐。实验结束后收集盲肠粪便样本，通过牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technologies）对全长16S rRNA基因进行测序，评估α多样性（Shannon指数、Sobs指数）和β多样性（Bray–Curtis相异性指数），并在门、属、种水平分析菌群分类组成。
结果
对研究动物特征的观察显示，高脂饮食与自愿运动距离的减少相关。无论饮食条件如何，与强迫运动相比，自愿运动与大鼠总体体重增加呈减弱趋势。
在肠道菌群α多样性方面，高脂饮食组在所有运动条件下均表现出显著高于对应正常饲料组的Shannon多样性指数（HFD组：3.47–3.63 vs. NC组：2.76–2.94）。在所有高脂饮食组中，物种丰富度也持续高于正常饲料组。强迫运动与自愿运动相比，能引起更大的多样性变化。值得注意的是，高脂饮食条件下观察到的α多样性增加，并不一定意味着微生物健康的改善，这一点将在讨论部分结合菌群失调进行解读。
在β多样性方面，PERMANOVA分析表明，饮食类型和运动均显著影响肠道菌群组成。主坐标分析（PCoA）图显示，两种饮食组之间存在明显分离，高脂饮食组在图的右侧聚集，而正常饲料组在左侧聚集。这凸显了饮食对微生物群落结构的主导效应。在两个饮食组内部，还观察到运动引起的亚聚类效应，尤其在正常饲料条件下，强迫运动组形成了独立的集群，而对照组和自愿运动组存在大量重叠，表明强迫运动在正常饮食条件下对菌群组成的影响更强。
在分类学组成上，所有组别中肠道微生物组主要由四个门主导：厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、脱铁杆菌门（Deferribacterota）和变形菌门（Proteobacteria）。高脂饮食降低了厚壁菌门的相对丰度，而变形菌门的相对丰度在高脂饮食组中有所增加。疣微菌门（Verrucomicrobiota）仅在进行了运动的高脂饮食组中被检测到，其相对丰度在V-HFD组为2.6%，在F-HFD组为1.6%。
在属和种水平的分析中，正常饲料组的优势菌属包括乳杆菌属（Lactobacillus）、Kineothrix和Eisenbergiella，而高脂饮食组的特征则是肽球菌属（Peptococcus）、Romboutsia和Blautia的相对丰度更高。运动模式调节了这些模式，自愿和强迫运动都与有益代谢功能相关的菌属富集有关。尤其值得注意的是Akkermansia（疣微菌门的一个属），它仅在进行了运动的高脂饮食组中被检测到，且在自愿和强迫运动下均显著增加。在种水平上，Akkermansia muciniphila在进行了运动的高脂饮食组中表现出显著更高的相对丰度。此外，高脂饮食与几种潜在致病菌（如痢疾杆菌（Shigella flexneri）、弗格森埃希菌（Escherichia fergusonii）、宋内志贺菌（Shigella sonnei）和奇异变形杆菌（Proteus mirabilis））的富集相关。值得注意的是，在高脂饮食条件下的强迫运动完全消除了对这些物种的检测，表明结构化运动对饮食诱导的病原菌富集具有保护作用。
相关性分析显示，在强迫运动的高脂饮食组（F-HFD）中，Akkermansia属的相对丰度与平均运动距离呈显著正相关，与基线体重呈显著负相关。
讨论
本研究表明，饮食和运动以协同而非等级的方式相互作用，共同塑造肠道微生物的多样性、组成和功能潜力。尽管高脂饮食是整体微生物结构的主要驱动因素，但运动模式关键性地调节了具有既定代谢相关性的特定细菌类群的丰度。
虽然高脂饮食增加了总体微生物多样性，但它促进了菌群失调，其特征是潜在致病菌或机会性菌群的富集，可能导致代谢功能障碍。而运动对整体α多样性的影响比饮食更温和，但作用模式复杂。在正常饲料条件下，两种运动模式都适度增加了α多样性，其中强迫运动效应更强。自愿运动的NC组（V-NC）在所有条件下表现出最低的多样性，这可能反映了自愿运动作为实验模型的内在局限性，即个体动物在总距离、运动时段和节律模式上存在高度异质性，导致微生物反应的高个体间变异性。
在门水平上，高脂饮食显著降低了厚壁菌门的丰度，而拟杆菌门、放线菌门和变形菌门在高脂饮食组中发生了变化。尤其值得注意的是，疣微菌门（以Akkermansia muciniphila为代表）仅在进行了运动的高脂饮食组中出现。这种运动依赖性的富集与多项研究结果一致，表明体育锻炼可促进Akkermansia的扩张。
在属和种水平上，不同的饮食-运动交互模式显现出来。正常饲料条件以纤维降解和肠道屏障维持相关的细菌为特征，而高脂饮食条件则以脂质代谢相关的细菌为主。强迫运动在高脂饮食条件下促进了与有益肠道健康代谢物产生相关的物种（如Ruthenibacterium lactatiformans和Desulfonispora thiosulfatigenes）。在功能上，包括Coprococcus、Butyricicoccus、Blautia、Anaerostipes、Oscillospiraceae incertae sedis和Roseburia在内的几种已知的短链脂肪酸（SCFAs）产生菌属，均受到饮食和运动的显著调节。结构化运动，尤其是在高脂饮食条件下的强迫跑步机运动，引起了最显著的富集。
Akkermansia muciniphila是运动-饮食相互作用的一个关键生物标志物。它仅出现在进行了运动的高脂饮食组中，并表现出与运动距离的正剂量依赖关系以及与体重的负相关。这表明，运动强度而非自愿活动本身，是Akkermansia富集的主要驱动力。从转化角度来看，这些发现表明，在摄入致肥胖饮食的个体中，结构化、中等强度的运动可能比自我指导的体力活动更能有效缓解饮食引起的肠道菌群失调。
然而，必须谨慎解释强迫跑步模式的转化相关性，特别是考虑到神经内分泌激活可能独立地影响微生物重塑。未来的研究需要结合更长的干预周期、连续粪便采样、直接功能测量（如短链脂肪酸定量、炎症细胞因子和肠道通透性标志物）以及整合代谢组学和宏转录组学分析，以进一步阐明运动介导的微生物重塑的机制通路。此外，还需要在人群中进行转化研究，以确定根据FITT原则设计的结构化运动计划能否在摄入致肥胖饮食的个体中产生类似的微生物组益处。
结论
本研究证明，饮食组成和运动模式独立且协同地塑造了大鼠的肠道微生物群落。尽管高脂饮食增加了整体微生物多样性，但它促进了以富集潜在致病菌为特征的菌群失调状态。相比之下，结构化的强迫运动显著减轻了高脂饮食诱导的菌群失调，促进了代谢有益菌属的扩增，包括Akkermansia、Blautia、Coprococcus和Roseburia，这些菌属与改善的代谢调节和肠道屏障完整性相关。值得注意的是，Akkermansia muciniphila仅在进行了运动的高脂饮食组中出现，并且与运动强度呈正相关，与体重呈负相关，支持其作为运动介导代谢益处的潜在生物标志物。
总的来说，这些发现强调了运动模式是肠道微生物组对饮食反应的关键决定因素，超越了单纯的体力活动效果。虽然饮食仍然是整体微生物结构的主要驱动因素，但运动——特别是标准化的、足够强度的运动——可以有选择地调节关键的功能类群，并部分抵消饮食诱导的菌群失调。从临床角度来看，这些结果支持将具有可控强度和频率的结构化运动计划，作为饮食干预的补充策略，用于管理肠道菌群失调及相关代谢紊乱的建议。
