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本综述创新性地提出肠道神经系统（ENS）是解释个体运动反应差异和运动期间快速肠道功能变化的关键整合者，它作为“第二大脑”，在运动应激的几分钟内即可整合机械、免疫和微生物信号，通过神经和体液通路调节肠道功能、塑造微生物生态，并将信号传递至肌肉与大脑，从而介导运动适应与表现。
运动带来的益处因人而异，其背后的生物学机制尚未完全阐明。虽然肠道菌群及其代谢物（如短链脂肪酸SCFAs、胆汁酸、色氨酸衍生物）在解释长期训练适应中扮演重要角色，但这些代谢物的作用时间尺度是数小时到数天，难以解释在运动开始数分钟内就出现的胃肠道症状、屏障功能变化及运动表现的快速波动。这篇综述提出，肠道神经系统（ENS）——一个通常被称为“第二大脑”的复杂内在神经网络——填补了这一关键空白，成为一个实时的微生物群-神经交互界面。
以代谢物为中心的理论模型在解释快速运动反应方面的局限性
微生物代谢物驱动着诸如改善胰岛素敏感性、增强脂质氧化和骨骼肌线粒体功能等长期运动适应。然而，这些效应主要通过相对缓慢的系统性信号传导实现。例如，高强度运动可在30-60分钟内就引发胃肠道（GI）症状和可测量的屏障破坏（如连蛋白和乳果糖:甘露醇比值升高），这一速度远快于代谢物的动力学变化。这表明，除了代谢物之外，必然存在额外的、快速的调节层。ENS具备响应迅速、控制局部的特性，使其成为填补这一“时间差”的理想候选者。
ENS是运动过程中的快速调节器
急性运动会迅速对胃肠道施加应激，包括内脏灌注减少、机械牵张和儿茶酚胺激增。ENS通过其固有的感觉神经元（如IPANs）和机械敏感通道（如Piezo1），能够即时感知管腔扩张和剪切力，从而触发快速的肠道反射。例如，表达Piezo1的胆碱能神经元可增强蠕动活性，而胶质细胞-VIP信号则能区域特异性地部署黏液并稳定屏障。与全身循环的代谢物不同，ENS的调控具有空间限制性，能在一次运动过程中协调、局部地改变上皮通透性、黏液分泌和通过时间，从而塑造营养通量、管腔氧气可用性和微生物生态位结构。
ENS-免疫交互作为运动中的快速调控界面
高强度运动引起的肠道屏障短暂破坏会引发快速的免疫反应。ENS通过释放血管活性肠肽（VIP）、P物质、降钙素基因相关肽（CGRP）等神经免疫介质，实时调节巨噬细胞激活状态、肥大细胞脱颗粒和先天性淋巴细胞活性，从而校准运动应激期间的局部炎症水平。有趣的是，这种ENS-免疫调控并非孤立运作，而是深受肠道菌群调节。菌群代谢物如短链脂肪酸（通过GPR41/43受体）和色氨酸衍生吲哚（通过芳香烃受体AhR），能够影响基线免疫激活和神经元兴奋性，从而设定ENS-免疫电路对外界应激的敏感度阈值。因此，菌群在ENS-免疫回路的上游发挥作用，调节其敏感性。
ENS驱动肠道微环境与微生物生态的调节
ENS在运动期间主要通过间接的生态约束而非直接靶向微生物来重塑肠道微环境。ENS回路通过调节肠道动力、黏膜灌注、分泌和血管张力，动态改变营养可用性、管腔氧梯度和通过时间，这些是关键的控制微生物竞争和空间分布的参数。例如，运动激活的机械敏感ENS通路（如表达Piezo1的神经元）可在数分钟内增强蠕动，这有利于适应快速周转的微生物类群，同时限制了生长缓慢或与炎症相关的微生物的扩张。此外，ENS对上皮分泌和黏液部署的控制，通过改变底物可及性和物理分隔，进一步促进了微生物生态位的重组。
微生物群-ENS信号的双向性与运动反应性
ENS与肠道菌群的关系是双向的。一方面，特定共生菌（如多形拟杆菌）对ENS的正常发育和神经递质合成能力至关重要。菌群代谢物（如短链脂肪酸、吲哚、γ-氨基丁酸GABA）可通过特定受体通路调节ENS神经元活动，微调运动应激下的肠道反射。有研究表明，由特定共生菌产生的脂肪酸酰胺可通过激活ENS神经元上的大麻素受体CB1，增强大脑奖励相关区域的多巴胺信号，从而增加运动动机。另一方面，ENS通过调节肠道生理功能（如动力、分泌、免疫）来塑造菌群生存的微环境。例如，ENS神经元释放的白细胞介素-18（IL-18）对维持共生菌群和防御感染至关重要。ENS释放的三磷酸腺苷（ATP）等小分子可直接与细菌膜上的嘌呤能受体结合，影响生物膜形成。这些效应发生在与单次运动时段相容的时间尺度上。
菌群对肌肉的影响：ENS依赖与非ENS依赖途径
肠道菌群通过不同机制影响骨骼肌对运动的适应。非ENS依赖途径主要涉及短链脂肪酸、色氨酸衍生物等运动反应性菌群代谢物，它们通过血液循环系统性地调节肌肉能量利用、胰岛素敏感性和线粒体功能，作用时间在数小时至数天。相比之下，ENS依赖途径提供了一个更快速的通道，肠腔信号可通过激活肠道感觉神经元和迷走神经传入纤维，将信息传递至中枢运动、自主神经和动机回路，从而有可能在运动期间调节疲劳感知、配速行为和耐力表现，而无需可检测的肌肉质量或心肺功能变化。ENS在运动期间的活动可能会根据菌群组成和代谢物可用性来放大或减弱这些信号，这为无法用肌肉内在因素解释的个体间感知用力与表现差异提供了合理解释。
神经-肠表型作为一个概念框架
个体在运动反应上存在巨大差异，这部分异质性可能反映了ENS在身体应激下整合和优先处理微生物、免疫及神经体液输入方式的差异。这些动态的ENS功能状态可被称为“神经-肠表型”。例如，以兴奋性/肾上腺素能信号增强为特征的状态，可能与高强度运动期间肠道转运加快、屏障稳定性下降和胃肠道症状增加相关。相反，非肾上腺素能非胆碱能（NANC）通路（特别是富含VIP的回路）参与度更高的表型，可能与更好的肠道屏障完整性、更有利的菌群代谢（如色氨酸代谢）以及可能更佳的运动耐受性相关。重要的是，神经-肠表型是动态可塑的，受早期菌群定植、生活方式、环境压力和训练史的影响。
迈向在人体中验证ENS-菌群-运动相互作用
在人体中验证这一框架面临方法学挑战，因为ENS活性难以在体直接测量。然而，非侵入性生理监测（如胃肠转运、屏障标志物、自主神经指数）结合多组学分析（代谢组学），为间接探究运动期间的神经-肠功能提供了可能。急性运动挑战范式结合时间分辨采样，有助于区分快速的神经源性调节与缓慢的菌群驱动适应。根据胃肠道症状易感性、迷走神经张力或基线转运特征对参与者进行分层，可能揭示在群体平均分析中被掩盖的不同神经-肠反应模式。
局限性与未来方向
现有框架的主要局限性在于，大部分机制证据来自动物模型，而人体ENS活性的直接测量仍属间接。此外，菌群分析的时间分辨率常常不足以捕捉ENS介导的快速变化。衰老可能改变运动期间的ENS-菌群信号传导，但这方面的研究仍很有限。未来的研究应优先采用整合多模态方法，结合神经、微生物、免疫和代谢指标，横跨急性和慢性运动范式，以完善这一模型，并最终将其转化为个性化运动与代谢健康干预的有效策略。
