运动员肠道微生物群功能丰富，可在运动后将乳酸代谢为丙酸

甲基丙二酰辅酶A途径和插入片段在一对从运动员粪便样本的宏基因组测序创建的非冗余基因目录中显示出显著的差异表达基因家族通路宽度。运动后，甲基丙二酰辅酶A途径中每种酶的对数转化相对丰度增加。细菌系统发育树，显示有能力利用乳酸作为碳源的微生物的多样性。在参考基因组中，甲基丙二酰辅酶A途径中将乳酸分解为乙酸盐和丙酸盐的酶的流行率代表乳酸加工微生物的子集。

血清乳酸穿过上皮屏障进入肠腔，结肠丙酸盐滴注足以提高跑步机运行时间。

使用指定菌株生长48小时后，在废培养基中检测到短链脂肪酸。结肠内注射丙酸盐可提高小鼠的最大运行时间。葡萄糖在肌肉中转化为乳酸，通过血液循环进入肝脏，然后通过糖异生作用在肝脏中转化回葡萄糖。首先，肌肉中产生的乳酸通过血液循环进入肠腔。在肠道中，它充当特定微生物的碳源，包括韦荣氏球菌菌。这导致观察到的肠道细脉菌大量繁殖，以及短链脂肪酸副产物（主要是丙酸）的产生，这些副产物由宿主通过肠上皮吸收。血液中存在微生物来源的短链脂肪酸为三羧酸循环提供能量补充，通过将运动副产物转化为性能增强分子，由运动员肠道微生物组的自然发生成员介导，通过某些未知机制改善运动成绩。

韦荣氏球菌物种通过甲基丙二酰辅酶a途径将乳酸代谢为短链脂肪酸s醋酸盐和丙酸盐。乳酸脱氢酶是负责乳酸代谢第一步的酶，存在于系统发育多样的细菌群中。查询NCBI中的微生物分离菌株基因组注释表明，与非典型韦洛内拉不同，许多其他微生物理论上能够通过乳酸脱氢酶利用乳酸，但不具备将乳酸转化为丙酸的完整途径。其他专性厌氧菌，如仙人掌厌氧菌和真杆菌，通常通过不同途径将乳酸发酵成丁酸。hallii真杆菌也能产生丙酸，但这已被证明是1,2-丙二醇的生物转化，而不是从乳酸到丙酸的完整途径。值得注意的是，NCBI上的Viillonella dispar和韦荣氏球菌 parvula的参考基因组均未注释为具有丙酸生产所需的琥珀酸辅酶A转移酶；这可能是注释错误，因为我们通过质谱法对这些物种的分离物进行丙酸生产验证。这些结果表明，不仅运动后运动员体内的韦荣氏球菌属丰富，而且韦荣氏球菌属物种用于乳酸代谢的代谢途径也丰富。这一结果增加了运动期间肌肉活动产生的全身乳酸可能进入胃肠道腔并被韦荣氏球菌代谢的可能性。

为了确定系统性乳酸是否能够穿过上皮屏障进入肠腔，他们将13C3乳酸钠尾静脉注射到被非典型韦荣氏球菌或保加利亚乳杆菌定植的小鼠体内，并在注射后12分钟处死。之所以选择这个时间点，是因为这是在中试实验中观察到血清乳酸水平在尾静脉注射后恢复到基线水平的最早时间。在心脏穿刺后立即收集血清和血浆，并通过从小鼠身上移除结肠和盲肠并轻轻取样组织内表面来收集肠腔内容物。通过对这些组织进行液相色谱和质谱分析（LC-MS），能够确定血清和血浆以及结肠和ceca管腔中存在的13C3标记乳酸。无法在这些组织中检测到任何13C3标记的丙酸盐，但是从尾静脉注射到牺牲的12分钟时间点可能不足以使标记的乳酸盐通过肠道屏障被肠道微静脉代谢成丙酸盐。

通过证明血清乳酸能够进入肠腔，他们试图确定韦洛内拉定植是否可以作为代谢“库”积极限制血乳酸水平。为了测试韦洛内拉在体内加速血乳酸清除的能力，他们在小鼠腹腔内注射乳酸钠，并随时间监测血乳酸。治疗组之间的基础乳酸水平和峰值乳酸水平均无显著差异。绝大多数乳酸处理发生在肝脏，尽管全身乳酸渗入肠腔，但没有观察到接种韦荣氏球菌后乳酸清除率的变化。

丙酸盐已被证明可增加心率、VO₂max，并影响小鼠的血压，以及提高禁食人类的静息能量消耗和脂质氧化。为了测试韦荣氏球菌的运动增强效应是否至少部分归因于丙酸盐，在小鼠跑步机模型中进行了丙酸直肠内滴注。丙酸盐是经直肠而非经口引入的，因为结肠吸收为丙酸盐进入体循环提供了更直接的途径，反映了来源于丙酸盐的静脉奈拉的位置。直肠内丙酸盐滴注与生理盐水载体相比，导致跑步机运行时间增加，类似于非典型韦荣氏球菌灌胃。在韦荣氏球菌灌胃实验中，在跑步机运行40分钟后对血清进行了相同的炎症细胞因子试验，但未发现细胞因子水平存在显著差异。因此，将丙酸盐引入结肠足以通过一种不影响所测炎症细胞因子的机制导致运动表型增强。

将计算方法、多组数据收集方法和实验验证相结合，有望成为一种处理过去十年中提出的未经验证的宏基因组关联的方法。根据这一原理，他们观察到：1）在两个独立的运动员队列中，运动后肠道微生物群中的韦荣氏球菌数量增加；2） 在运动员运动后的宏基因组样本中，韦荣氏球菌甲基丙二酰辅酶A途径过度表达；3） 全身乳酸能穿过肠道屏障进入肠腔；4） 在小鼠的纵向AB/BA交叉研究中，接种韦荣氏球菌可改善跑步机性能；5）通过结肠内输注丙酸可改善小鼠的跑步机性能。

这些数据说明了一个模型，在该模型中，运动过程中产生的全身乳酸穿过肠腔，在结肠中由微静脉内拉代谢成丙酸盐，从而促进运动成绩。静脉内拉的肠道定植可能通过提供另一种乳酸处理方法来增加三羧酸循环，其中全身乳酸转化为短链脂肪酸，重新进入循环。短链脂肪酸进入盆腔神经丛时在结肠的乙状结肠和直肠区域被吸收，绕过肝脏，经腔静脉引流，直接到达体循环。微生物组衍生的短链脂肪酸然后直接和急性增强性能，这表明在持续的运动中产生的乳酸可以被微生物群利用，并转化为这些短链脂肪酸，从而提高运动成绩。

研究证明微生物组可能是身体表现的关键组成部分，并从中获益。一个重要的问题是，这种有助于提高成绩的有机体最初是如何在运动员中变得更加普遍的。运动员的高乳酸环境为乳酸代谢生物体（如韦荣氏球菌）的定殖提供了选择性优势。未来的研究需要帮助解释为什么人们明显偏爱韦洛内拉，而不是其他许多乳酸代谢生物中的一种。因此，身体活跃的宿主中的韦荣氏球菌是人类微生物群中共生关系的潜在例子。