老鼠奔跑时，肠道细菌重写了与大脑的化学对话

爱尔兰芒斯特省科克市，2026年3月10日 — 当一只老鼠开始奔跑，某种变化便悄然发生。不是那些显而易见的变化——加速的心跳、升温的肌肉、爪子击打跑轮的节奏声——而是更为安静的某种事物。它起始于肠道盘旋的幽暗之处，借由血液与生化信号，一路传递至海马体。那是一片海马形状的薄薄组织，记忆在此成形，情绪在此扎根。发表于Genomic Press旗下期刊《脑医学》的一项新研究，已开始绘制这段隐秘的旅程。研究者的发现表明，运动激活了肠道细菌与大脑之间的分子联系。

这项研究由爱尔兰科克大学解剖与神经科学系的Maria Giovanna Caruso主导，通讯作者为Yvonne M. Nolan教授，共同通讯作者为Sarah Nicolas与Olivia F. O'Leary教授。研究考察了成年雄性Sprague-Dawley大鼠在自由使用跑轮八周后，其肠道微生物群、循环代谢物及海马基因表达所发生的变化。运动组大鼠平均每日奔跑5.24公里，而久坐对照组则无此机会。由此呈现的差异，并非骨折那般显而易见，而是细微、层叠、却可能意义深远的。

研究团队发现，运动降低了两种细菌属的相对丰度：Alistipes 与 Clostridium，二者均与色氨酸代谢相关。色氨酸是一种必需氨基酸，也是血清素的前体，在肠-脑信号传导中具有重要地位。大部分色氨酸经由犬尿氨酸途径在肝脏代谢；其余则由肠道微生物降解为色胺或多种吲哚衍生物，其中一些可穿越血脑屏障，或在肠道中转化为血清素（肠道产生的血清素无法进入大脑）。这一区别至关重要，因为肠道微生物可能影响色氨酸在各竞争代谢途径中的分配，包括与脑功能相关的途径。通过改变微生物群的组成，运动或许会改变神经活性信号。

研究者使用粪便材料的16S rRNA基因扩增子测序发现，运动增加了微生物优势度（Berger-Parker指数：p = 0.05），但未显著提高丰富度（观测ASVs：p = 0.18），同时整体熵值降低（Shannon指数：p = 0.05）。运动组与久坐组的β多样性差异显著（Bray-Curtis PERMANOVA，R² = 0.148，p = 0.001）。在属水平，Clostridium的Log2倍数变化为 −4.05（p = 0.001，q = 0.06），Alistipes 为 −1.55（p = 0.0007，q = 0.06）。运动还增加了按体重归一化的盲肠重量，作者认为这可能与发酵功能增强有关。

研究者随后进行了非靶向血清代谢组学分析。在符合差异丰度检验标准的474种代谢物中，有7种在两组间存在显著差异。其中，色氨酸推测衍生物5-羟基色醇在运动大鼠中含量升高（β = 1.06；p < 0.05；FDR = 0.01）。该化合物是血清素经还原途径代谢后的分解产物，有别于更常见的氧化途径（后者产生5-羟基吲哚乙酸）。运动后其血清含量升高，可能反映外周血清素代谢周转率提高，提示色氨酸代谢某一分支发生了转变。作者指出一点需要注意：5-羟基色醇的鉴定处于最低可信度注释水平（3级）。

差异丰度代谢物的通路分析支持了这一整体规律。在显著富集的前10条通路中，包括色氨酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成。研究者还发现，Clostridium 属丰度与血清中吲哚衍生物2-草酰吲哚水平之间存在负名义关联（β = −0.18，p < 0.05，FDR = 0.2）。该关联在FDR校正后未能保持显著性，作者将其定性为提示性而非结论性。然而这一结果指向了运动响应性肠道微生物与循环色氨酸代谢物之间潜在的机制联系。

随后，研究者考察了这些外周变化是否伴随着与色氨酸信号相关的脑标志物差异。

色氨酸衍生物如吲哚与草酰吲哚，是芳香烃受体（AhR）的配体。AhR是一种转录因子，介导色氨酸代谢肠道微生物对神经元功能的影响。在海马体中，运动特异性降低了背侧区域AhR的转录水平（p = 0.05），而背侧海马体主要参与记忆相关过程。腹侧海马体（与情绪联系更为密切）则未见显著变化。在两个海马区域，与其相关的转录本——芳香烃受体核转位蛋白（Arnt）及Cyp1a1——均未检测到统计学显著变化。

背侧海马体是空间记忆与情境记忆的核心区域。作者指出，本研究结果与此前的发现相吻合：在成年雄性大鼠中，运动对行为与海马神经发生的影响沿纵轴分布，背侧区域对运动诱导的刺激尤为敏感。

肠-脑模块分析（基于KEGG直系同源物推断的肠-脑通信功能单元）进一步强化了色氨酸这条线索。研究者发现九个模块发生了显著变化（q < 0.2），包括乙酸盐与谷氨酸合成增加，以及GABA减少。值得注意的是，色氨酸合成的肠-脑模块在运动后得到增强。这一推断性功能分析提示，运动不仅与微生物组成的改变相关，也与微生物代谢响应的变化相关，而这些变化可能与神经化学具有重要关联。

"最令我们印象深刻的，是多层次分析所呈现的证据汇聚，"通讯作者、科克大学解剖与神经科学系及APC Microbiome Ireland教授Yvonne M. Nolan如是说。"我们观察到运动驱动了特定色氨酸代谢肠道细菌的变化，血清中循环色氨酸代谢物发生相应改变，继而芳香烃受体表达在背侧海马体中选择性降低。每一项发现单独来看都值得关注。合而观之，它们共同勾勒出一条连贯的生物学通路，肠道微生物群或许正是通过这条通路，介导了运动对记忆关键脑区的有益效应。"

这项研究的说服力，不在于任何单一发现，而在于证据的汇聚。已知可代谢色氨酸的细菌属随运动而减少。血清代谢组学揭示色氨酸代谢增强，一种血清素分解产物位列差异丰度化合物之中。其中一个细菌属与循环吲哚衍生物之间存在名义关联。而在大脑中，一种对色氨酸代谢物有所应答的受体，在海马体中与记忆最为密切的区域被特异性下调。每一块拼图单独看来都颇有价值，合在一起，则勾勒出一条从跑轮到海马体基因表达的可信生物学路径。

"AhR表达仅在背侧海马体中降低，而腹侧海马体未见变化，这一点尤为耐人寻味，"共同通讯作者、科克大学解剖与神经科学系及APC Microbiome Ireland教授Olivia F. O'Leary说道。"这两个海马亚区的功能不同。背侧海马体与记忆关系更为密切，腹侧则与情绪和焦虑联系更紧。我们观察到的区域特异性提示了这样一种可能：运动诱导的肠道色氨酸代谢物变化，可能选择性地影响与记忆相关的神经回路。当然，这一点还需要行为数据加以证实。"

作者承认，本研究未开展行为学测试，而要确认AhR表达变化与海马依赖性行为之间的相关性，将有助于巩固运动诱导背侧海马体AhR表达降低这一功能意义。他们指出，尽管小鼠AhR基因敲除模型已显示该受体对海马过程（包括成体海马神经发生）具有负调控作用，AhR也曾被关联至阿尔茨海默病神经病理的有害效应，但基因敲除模型与运动等生理刺激下的生理应答并不可比。作者亦承认，这些发现可能无法推广至成年雌性啮齿动物、更宽泛的年龄范围或不同的运动范式。

16S rRNA基因扩增子测序有限的分类学分辨率也制约了结论的解读，因为同一属内不同菌种对代谢功能的贡献可能存在差异。此外，5-羟基色醇处于最低可信度注释水平这一点，是研究团队以审慎态度明确提出的局限。

"当我们看到Alistipes和Clostridium——两个在色氨酸代谢中具有确立角色的属——均因运动而显著减少时，研究的轮廓开始清晰，"第一作者、科克大学解剖与神经科学系及APC Microbiome Ireland博士研究员Maria Giovanna Caruso说。"血清代谢组学随后告诉我们，运动动物体内色氨酸代谢确实得到增强，5-羟基色醇这一血清素分解产物位列差异丰度化合物之中。将这些微生物变化与循环代谢物相连，再延伸至海马体中的特定受体，使我们得以提出这一整合的、对运动有所应答的肠-脑通路。"

然而，留存于此的是一幅连贯的图景。我们早已知道运动能够改善情绪、增强记忆。多年来，我们一直怀疑肠道微生物群在脑健康中扮演着某种角色。这项研究，以严谨的方法论展开，以审慎的态度收尾，为这两个真理如何彼此关联，描绘出了一幅可信的图像。肠道不仅仅在消化食物。它在向大脑书写化学的信笺。而运动，似乎改变了书写的笔迹。

本研究由爱尔兰研究机构（原爱尔兰科学基金会）资助，资助编号SFI/FFP/6820。全部动物实验程序依据爱尔兰健康产品监管局颁发的许可证执行，符合欧洲共同体理事会指令（2010/63/EU），并获科克大学动物实验伦理委员会批准。

对于每一位曾在散步后思维变得清晰、在跑步后心情趋于平静、在骑行一小时后感到头脑更加敏锐的人，这项研究带来了某种安静的革命性启示：一种分子层面的解释，起点不在肌肉，也不在肺部，而在肠道那个幽暗、拥挤、惊人善于沟通的世界之中。细菌察觉到你在运动。它们将这一消息，告诉了你的大脑。

这篇发表于《脑医学》的研究论文题为"Exercise induces changes in tryptophan metabolism by gut microbes associated with hippocampal function in adult rats"，自2026年3月10日起通过开放获取方式免费发布，链接如下：https://doi.org/10.61373/bm026r.0009。

完整引用格式为：Caruso MG, Dohm-Hansen S, Williams ZAP, English JA, Lavelle A, Nicolas S et al. Exercise induces changes in tryptophan metabolism by gut microbes associated with hippocampal function in adult rats. Brain Medicine 2025. DOI: https://doi.org/10.61373/bm026r.0009. Epub 2026 Mar 10.

关于《脑医学》： 《脑医学》（ISSN：2997-2639，在线版；2997-2647，印刷版）是由Genomic Press（纽约）出版的高质量医学研究期刊。《脑医学》致力于基础神经科学创新到脑医学转化研究之间的跨学科路径，覆盖范围涵盖各临床学科及其交叉领域的脑部疾病的基础科学、成因、结果、治疗及社会影响。

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