小动物跑步机助力大麻二酚通过重塑肠道菌群促进小鼠耐力运动研究
2025-08-19 来源:本站 点击次数:80
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此篇文章首次揭示了大麻二酚（CBD）通过重塑肠道微生物群，显著提升小鼠耐力运动表现的机制。CBD口服给药不仅促进了肌肉向氧化型纤维转化和线粒体生物合成，激活了AMPK、CREB和PGC-1α等关键代谢通路，还显著改变了肠道菌群结构，特别增加了双歧杆菌动物株（Bifidobacterium animalis，命名为KBP-1）的丰度。进一步实验表明，抗生素干预破坏了CBD的运动耐力提升效果，而单独给予KBP-1菌株同样能改善运动表现和肌肉代谢特征。全基因组分析显示KBP-1富含支链氨基酸合成及乳酸代谢相关基因，提示其通过调节能量代谢促进耐力提升。该研究不仅揭示了CBD与肠道微生物协同促进肌肉功能的全新生物学机制，也为开发基于CBD和益生菌的运动性能增强策略提供了理论依据。
1. CBD可通过调控肌肉纤维类型转化和增强线粒体功能显著提升小鼠运动耐力
作者通过系统性实验（图1a）证实，CBD处理（30 mg/kg/天，4周）可显著提升小鼠运动耐力，表现为跑步距离增加和力竭时间延长（图1b-d）。组织学观察显示CBD组后肢肌肉色泽更红（图1e），分子检测证实其促进腓肠肌中氧化型肌纤维（MyHC-I/IIa）增加而糖酵解型纤维（MyHC-IIb）减少（图1f-g），SDH染色显示氧化代谢活性增强（图1h）。机制研究发现CBD通过增加融合线粒体数量（图1i）、提升mtDNA含量（图1j）、上调呼吸链复合体蛋白表达（图1k）以及激活AMPK/PKA-CREB-PGC-1α通路（图1l），全面增强肌肉氧化代谢能力，从而改善运动表现。结果表明，CBD通过促进肌肉氧化型纤维转化、增强线粒体生物合成及功能，并激活AMPK/PKA-CREB-PGC-1α通路，显著提升小鼠运动耐力和抗疲劳能力。
图1.CBD给药可提高小鼠的耐力运动表现并促进线粒体生物合成
2. CBD给药可诱导肠道微生物群落结构改变
接下来，作者发现CBD处理显著改变了肠道菌群组成：在门水平上增加了芽孢杆菌门（Bacillota）和放线菌门（Actinomycetota）的丰度（图2a）；在科水平上显著提升了丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）和双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）的比例，同时降低了颤螺旋菌科（Oscillospiraceae）和普雷沃菌属（Pervotella）的比例（图2b）；在属水平上，Allobaculum、Faecalibaculum（丹毒丝菌科）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）显著增加（图2c-e）。虽然α多样性无显著变化（图2f,g），但主坐标分析显示组间菌群结构存在显著差异（P=0.03）（图2h），且丹毒丝菌科和双歧杆菌科的丰度与CBD提升的肌肉耐力呈正相关（图2i）。因此，CBD显著改变肠道菌群组成，特异性增加与肌肉耐力正相关的丹毒丝菌科和双歧杆菌科丰度，并引起整体菌群结构重塑。
图2.CBD给药改变肠道菌群组成
3. ABX干预消除了CBD对运动性能的促进作用
进一步实验表明，抗生素（ABX）联合处理阻断了CBD的运动增强效应。实验设计示意图（图3a）展示CBD与多西环素（ABX）的给药时间安排，二者同日分时段给药。抗生素（ABX）处理完全阻断了CBD对运动表现的改善作用：在行为学测试中，ABX处理组小鼠的跑步机耐力（图3b）和疲劳阈值（图3c-d）均未表现出CBD单独给药时的提升效果；在组织学分析中，ABX也抑制了CBD诱导的腓肠肌氧化型肌纤维（I/IIa型）比例的增加（图3e-f）。这些结果证明CBD的运动增强效应完全依赖于完整的肠道菌群功能。
图3.抗生素（ABX）的给药抵消了CBD对运动表现提升的作用
4. 抗生素治疗削弱了CBD对骨骼肌的影响效应
其次，抗生素（ABX）处理完全阻断了CBD对肌肉代谢的多层次调控作用，具体表现为：（1）在基因表达层面，ABX抑制了CBD诱导的腓肠肌中线粒体功能相关基因的上调表达（图4a）；（2）在能量代谢层面，ABX消除了CBD对呼吸交换率（RER）的降低效应（图4b）；（3）在信号通路层面，ABX阻断了CBD对AMPK/p-CREB/PGC-1α信号通路的激活（图4c）；（4）在菌群组成层面，ABX抵消了CBD诱导的芽孢杆菌门和放线菌门丰度增加（图4d），特别是显著降低了丹毒丝菌科和双歧杆菌科的相对丰度（图4e）；（5）在菌群多样性层面，虽然α多样性无显著变化（图4f,g），但β多样性分析显示ABX引起菌群结构的显著改变（P=0.002）（图4h）。这些结果证明抗生素处理完全阻断了CBD对肌肉代谢的调控作用，包括抑制线粒体功能基因表达、消除呼吸交换率降低效应、阻断AMPK/p-CREB/PGC-1α通路激活，并逆转CBD诱导的肠道菌群组成改变（降低芽孢杆菌门/放线菌门及特定菌科丰度）和β多样性变化。
图4.抗生素处理减弱了CBD对骨骼肌的作用
5. 小鼠经动物双歧杆菌干预后，运动能力明显提升
为了证明双歧杆菌有何作用，作者开展了进一步实验。图5a为实验设计示意图。在接下来的实验中证实动物双歧杆菌（B菌）处理组与CBD处理组均能显著提升小鼠的运动耐力表现，具体表现为跑步时间延长、跑步距离增加以及力竭时间推迟（图5b-d）。免疫染色结果显示，动物双歧杆菌（B菌）处理组小鼠腓肠肌（GAS）中MyHC I型（慢肌纤维标志物）阳性区域面积较对照组显著增加，且分布模式与CBD处理组相似，提示B菌处理可促进骨骼肌向氧化型肌纤维转化（图5e）。与此同时，B菌处理还诱导了肌纤维向氧化型转化，表现为SDH阳性纤维密度显著增加（图5f），并降低了呼吸交换率（RER），提示脂肪酸代谢效率提升（图5g）。这些变化趋势与CBD处理组的效应高度一致，表明动物双歧杆菌可能是介导CBD运动增强作用的关键微生物。相比之下，啮齿类粪杆菌（F菌）处理组未观察到上述效应。各组在食物摄入量、体重及肌肉重量方面均无显著差异。
图5.动物双歧杆菌处理可提高小鼠的运动表现
6. ABX的给药消除了CBD对运动表现增强的影响
此外，作者证实B菌处理降低了血清乳酸水平并提高了酮体β-羟基丁酸浓度，且未引起血糖水平变化，表明运动耐力得到改善（图6a-c）；肠道菌群组成分析显示α多样性未受影响，但存在显著组成差异：基于非加权UniFrac的主坐标分析表明组间存在显著分离（图6d-h）；全基因组分析鉴定该菌为动物双歧杆菌KBP-1，其高表达支链氨基酸代谢相关基因（图6i-l），提示这些基因可能通过调节能量代谢增强肌肉耐力。因此，B菌处理通过降低血清乳酸、提升β-羟基丁酸（不影响血糖）改善运动耐力，并改变肠道菌群组成；全基因组分析显示该菌株（鉴定为动物双歧杆菌KBP-1）高表达支链氨基酸代谢基因，提示其通过代谢调控增强肌肉功能。
图6.抗生素（ABX）的使用抵消了CBD对运动能力提升的作用
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