肠道微生物和肌肉衰老

人体由大约30万亿个细胞组成，这些细胞与不同的微生物群落共生。为了更好地理解人类超有机体的本质，美国国家卫生研究所发起了人类微生物组项目（HMP），这是一项国际公共卫生倡议，旨在描述与人类健康和疾病相关的微生物特征。利用宏基因组学领域的进展，人类微生物组项目相关研究采用高通量16S rRNA基因测序来简化肠道微生物群落的分析。

人类肠道微生物群主要由拟杆菌和厚壁菌组成，它们共同占所有系统发育类型的90%以上，并进一步细分为100多种不同的细菌物种。肠道微生物群的组成在整个生命周期中都是动态的，从出生到3岁左右经历了快速的变化，之后开始稳定。然而，在随后的年龄，微生物组成受到各种因素的影响，会发生异常变化。尽管这种明显的年龄相关微生物失衡的根本原因尚未确定，但越来越多的研究表明肠道生态与癌症、心血管疾病、肥胖症、糖尿病和肌肉萎缩之间存在关联，从而强调了其相关性，一些最普遍的情况困扰着当今社会的老年人。

肠道微生物群正在成为人类健康和疾病的重要贡献者，其影响在老年人中尤为明显。因此，肠道微生物群与其他器官系统之间的相互作用是最近科学研究的焦点。此外，肠-肌肉通讯通路的存在已经被提出。

Ridaura及其同事的一项开创性研究强调了肠道微生物群对人体生理学的转化能力，他们证明，从肥胖的人身上移植到瘦肉动物身上的粪便微生物群会促使身体成分发生变化，与捐赠者的表型相一致，强调通过微生物交换的代谢表型的传播效应。

无菌小鼠被用来研究微生物群和不同器官之间的功能联系。抗生素治疗是一种公认的诱导短期肠道菌群耗竭的程序，用于研究其对宿主器官的影响。最后，抗生素治疗的另一个优点是，它允许随后通过自然补种恢复健康的肠道微生物群。

在健康条件下，肠道微生物群和骨骼肌之间功能联系的体内机制，微生物群调节对骨骼肌功能产生的影响。

肠道微生物群是否直接影响骨骼肌功能尚不清楚。Nay等人研究了肠道菌群调节对小鼠骨骼肌功能的影响，并探讨了其潜在的机制。他们测定了用广谱抗生素混合物治疗21天后和自然补种10天后肠道微生物群耗竭的后果。在肠道菌群缺失的小鼠中，跑步耐力降低，在离体收缩试验中，趾长伸肌疲劳指数也降低。重要的是，通过自然补种，肌肉耐力得到有效的正常化。这些耐力变化与肌肉质量、纤维类型或线粒体功能的变化无关。然而，一些相关的葡萄糖代谢标志物，如回肠短脂肪酸链和葡萄糖转运蛋白G蛋白偶联受体41和钠-葡萄糖共转运蛋白1的基因表达以及肌肉糖原水平，与抗生素治疗21天和重新播种后观察到的肌肉耐力变化平行。由于糖原是长时间运动的关键能量基质，通过肠道微生物群调节其肌肉可用性代表了一种有助于肠道微生物群骨骼肌轴的有效机制。他们的研究结果有力地支持了肠道细菌是宿主最佳骨骼肌功能所必需的假说。

在动物和人类身上提出了在人类年龄相关性肌减少症的发病机制中存在肠-肌肉轴。Siddhart及其同事强调了微生物组和骨骼肌之间的相互作用，他们证明了肠道微生物组的年龄相关变化与肌肉骨骼功能的生理衰退有关。未来的研究将需要确定细菌种类和/或潜在的机制和可能的代谢物，这些代谢物有助于肠道微生物群和骨骼肌之间的功能联系。我们的工作为开发基于肠道微生物群调节的肌肉相关疾病、肌肉废弃和运动训练的新治疗策略开辟了广阔的前景。

在肠道慢性炎症的小鼠模型中，共生大肠杆菌水平的恢复有效地防止了骨骼肌萎缩。此外，通过合生元治疗恢复“健康”的微生物群可以延长生存期，减少癌症模型小鼠的癌症增殖和恶病质发展。肠道微生物群也可能影响肌肉代谢和纤维表型，从而影响运动表现。无菌小鼠复制了供体骨骼肌的纤维特性和脂质代谢特征。有趣的是，在小鼠中补充益生菌还可以改善肌肉质量，促进与增加肌肉耐力相关的缓慢和氧化的肌肉表型，并减少运动引起的肌肉损伤。