周 敏，汪凱歌，張 濂，馬 曦*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193； 2.河南科技學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院，新鄉(xiāng) 453003)

畜牧業(yè)飼料端農(nóng)藥殘留及養(yǎng)殖端抗生素濫用引起的耐藥菌問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著肉蛋奶等副產(chǎn)品的安全。同時(shí)，消費(fèi)者愈加意識(shí)到優(yōu)質(zhì)、綠色的農(nóng)畜產(chǎn)品對(duì)人類生存和發(fā)展的重要性及必要性。多年來(lái)，畜牧養(yǎng)殖追求高瘦肉率及肉產(chǎn)量，而肉的色澤、嫩度、風(fēng)味等品質(zhì)未得到重視，使之有所下降，因此如何生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)綠色的健康肉來(lái)獲取更多消費(fèi)者的信任，擴(kuò)大中高端肉品市場(chǎng)以獲取更大的經(jīng)濟(jì)收益是目前畜牧養(yǎng)殖面臨的重要挑戰(zhàn)之一。營(yíng)養(yǎng)干預(yù)(日糧營(yíng)養(yǎng)水平；飼料原料；維生素、氨基酸類似物、不飽和脂肪酸、中草藥類添加劑等)是畜禽養(yǎng)殖中較常見(jiàn)的改善肉質(zhì)的方式，但應(yīng)用效果有限。近年來(lái),隨著對(duì)腸道微生物功能的不斷挖掘，無(wú)菌小鼠、抗生素清菌、糞菌移植等模型與手段的廣泛應(yīng)用，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在維持骨骼肌功能和代謝等方面的必要性也被證實(shí)。因此，以腸道菌群及部分相關(guān)代謝產(chǎn)物為靶點(diǎn)，調(diào)控機(jī)體骨骼肌功能和代謝，或是未來(lái)有效提高肌肉產(chǎn)量和改善肉品質(zhì)的新手段。

1 骨骼肌對(duì)動(dòng)物機(jī)體的重要意義

骨骼肌約占動(dòng)物機(jī)體體重的40%，是機(jī)體占比重最大的器官之一。骨骼肌的質(zhì)量不僅影響著人或動(dòng)物機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力和健康狀態(tài)，還直接影響著畜禽瘦肉的產(chǎn)量和品質(zhì)。脊椎動(dòng)物骨骼肌的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜且有序的過(guò)程。在胚胎階段，主要集中在肌細(xì)胞發(fā)生、肌纖維成熟組裝和數(shù)量的累積。動(dòng)物出生以后，骨骼肌的發(fā)育則主要依賴于原有肌纖維形態(tài)和類型的改變。對(duì)于畜禽動(dòng)物來(lái)說(shuō)，肌肉的代謝類型在很大程度上由組成肌肉的肌纖維類型決定，而肌纖維類型直接與肌纖維數(shù)量、直徑、長(zhǎng)度、肉色、pH、嫩度、系水力等指標(biāo)密切相關(guān)。肌纖維類型主要根據(jù)肌纖維形態(tài)、代謝酶活、肌球蛋白重鏈亞型和收縮功能等因素分為慢速氧化型肌纖維、快速/慢速酵解型肌纖維(表1)。此外，肌內(nèi)脂肪沉積量和脂肪酸的組成直接影響著肌肉嫩度、多汁性、風(fēng)味等指標(biāo)。

表1 不同肌纖維類型的生理生化特性Table 1 Physiological and biochemical properties of the different myofiber types

哺乳動(dòng)物胃腸道內(nèi)棲息著數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的微生物，其作為一個(gè)代謝器官可與機(jī)體其他代謝器官協(xié)同調(diào)控動(dòng)物體代謝。隨著測(cè)序技術(shù)的不斷升級(jí)和生物信息學(xué)分析的不斷完善，作為宿主第二基因組的腸道微生物的演替規(guī)律以及調(diào)控功能被大量挖掘與證實(shí)。腸道微生物不僅可以直接影響腸道健康，還可以通過(guò)其代謝產(chǎn)物靶向大腦、肝、肌肉和生殖系統(tǒng)等遠(yuǎn)端器官。其中，早在2007年有研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠可上調(diào)肌肉一磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)活性來(lái)促進(jìn)肌肉脂肪酸分解。這一發(fā)現(xiàn)為腸道-肌肉軸的深入研究奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，從腸道微生物及其代謝產(chǎn)物入手，尋找調(diào)控骨骼肌糖脂代謝、生物功能等代謝過(guò)程的關(guān)鍵物質(zhì)及潛在機(jī)制，對(duì)改善肉質(zhì)有著不容忽視的意義。

2 腸道菌群與骨骼肌代謝和功能

2.1 腸道菌群對(duì)骨骼肌代謝的影響

腸道微生物可調(diào)節(jié)宿主能量穩(wěn)態(tài)、脂代謝和糖代謝。脂質(zhì)代謝包括脂肪酸、甘油三酯和膽固醇等脂質(zhì)的生物合成和降解，而脂代謝的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致血脂水平異常、異位脂質(zhì)沉積和相關(guān)代謝疾病。骨骼肌是脂肪儲(chǔ)存和利用的重要部位，而肌肉中脂肪的沉積可直接影響骨骼肌的系水力、嫩度和風(fēng)味等。前人研究表明，腸道菌群可影響鼠肌肉脂肪代謝和骨骼肌質(zhì)量。脂肪或瘦肉型豬的微生物移植給無(wú)菌小鼠后，無(wú)菌小鼠重現(xiàn)了供體骨骼肌纖維類型和脂質(zhì)代謝譜。有趣的是，與正常小鼠相比，無(wú)菌鼠腸道禁食誘導(dǎo)脂肪因子(fasting-induced adipose factor，)表達(dá)更高，F(xiàn)iaf是一種循環(huán)脂蛋白脂肪酶抑制劑，抑制其表達(dá)可促進(jìn)微生物誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中甘油三酯的沉積。Fiaf是一種糖蛋白，可以通過(guò)激活骨骼肌中的AMPK信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)脂肪酸氧化，并通過(guò)抑制脂蛋白脂肪酶活性來(lái)減弱肌肉對(duì)脂質(zhì)的攝取能力(圖1)。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPARs)是轉(zhuǎn)錄因子核受體家族的成員，受脂肪酸及其代謝產(chǎn)物的調(diào)控。PPARs參與調(diào)控機(jī)體發(fā)育、代謝、細(xì)胞進(jìn)程和炎癥相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。PPARs也在肌肉中表達(dá)，并在配體激活時(shí)產(chǎn)生特異性反應(yīng)，它還參與脂肪酸氧化，在運(yùn)動(dòng)、禁食和胰島素抵抗期間產(chǎn)生能量。PPARs還是控制肌肉活動(dòng)和體溫調(diào)節(jié)過(guò)程的關(guān)鍵參與者。其中，PPARα和PPARβ/δ均參與調(diào)控脂肪酸攝取和線粒體β氧化的編碼基因，如36、脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase，)、脂肪酸結(jié)合蛋白3(fatty acid binding protein3，3)、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(carnitine palmitoyl transferase 1，1)等。PPARβ/δ也參與能量代謝、線粒體生物發(fā)生和纖維類型轉(zhuǎn)換。PPARδ在脂肪細(xì)胞中表達(dá)較高，但它也與肌肉和其他器官的脂質(zhì)沉積有關(guān)。研究表明，一些細(xì)菌(如厚壁菌、梭桿菌、放線桿菌、糞腸球菌等)及其代謝產(chǎn)物(如丁酸和丙酸)都可以影響PPARγ的表達(dá)和活性(圖1)。盡管所有3種PPARs在骨骼肌中均有不同程度的表達(dá)，但它們之間獨(dú)立作用或者互補(bǔ)效應(yīng)仍不完全明確。此外，靶向調(diào)控PPARs或其他肌肉脂肪沉積關(guān)鍵基因的核心微生物或其代謝產(chǎn)物尚待探究。無(wú)菌小鼠和無(wú)特定病原體小鼠脂代謝對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群誘導(dǎo)肝產(chǎn)生單不飽和脂肪酸和延長(zhǎng)多不飽和脂肪酸，腸道微生物群產(chǎn)生的醋酸鹽被用作肝脂肪酸合成的前體。緊接著，益生菌干預(yù)研究為腸道菌群在調(diào)節(jié)宿主脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中的作用提供了進(jìn)一步的證據(jù)。喂食高脂高膽固醇飲食的小鼠中，彎曲乳桿菌()單獨(dú)使用或與植物乳桿菌()配伍都能降低血漿和肝中的膽固醇，并且這兩種菌對(duì)調(diào)控肝組織的甘油三酯代謝有協(xié)同效應(yīng)。類似地，高脂誘導(dǎo)的肥胖大鼠中，雙歧桿菌降低了循環(huán)甘油三酯和低密度脂蛋白水平，并增加了高密度脂蛋白水平。盡管上述研究并未對(duì)骨骼肌脂代謝進(jìn)行直接檢測(cè)，但為接下來(lái)探究調(diào)控骨骼肌脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵菌群及機(jī)制提供了參考，研究者可從參與調(diào)控脂肪代謝的營(yíng)養(yǎng)素或益生菌入手，建立營(yíng)養(yǎng)干預(yù)手段改善肌肉脂肪代謝的模型，進(jìn)一步篩選發(fā)揮介導(dǎo)作用的主要微生物群或代謝小分子。

短鏈脂肪酸可通過(guò)與其受體FFAR1和FFAR4結(jié)合，進(jìn)而影響胃腸激素的分泌，胃腸激素信號(hào)可通過(guò)迷走神經(jīng)傳到下丘腦，胰高血糖素樣肽-1還可通過(guò)影響胰島素和胰高血糖素的分泌來(lái)影響糖代謝；初級(jí)膽汁酸在腸道微生物的作用下形成次級(jí)膽汁酸，其通過(guò)與受體TGR5結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控機(jī)體能量代謝；腸道中Fiaf以及PPARs等基因可通過(guò)影響脂肪酸攝取、線粒體β氧化等途徑影響機(jī)體脂代謝Short chain fatty acids affect the secretion of gastrointestinal hormones by binding to their receptors FFAR1 and FFAR4. Gastrointestinal hormone signals can be transmitted to the hypothalamus through the vagus nerve. Glucagon like peptide-1 can also affect glucose metabolism by affecting the secretion of insulin and glucagon. Microorganisms can metabolize primary bile acids into secondary bile acids, which regulate energy metabolism by binding to receptor TGR5. Genes such as Fiaf and PPARs in the intestine can affect fatty acid intake and mitochondria β oxidation and other pathways to affect lipid metabolism圖1 菌群及代謝產(chǎn)物對(duì)骨骼肌代謝的影響Fig.1 The effects of microbiota and its metabolites in muscle metabolism

骨骼肌是一個(gè)巨大的代謝器官，是葡萄糖最主要的利用者。葡萄糖通過(guò)胰島素介導(dǎo)的攝取途徑進(jìn)入骨骼肌細(xì)胞，代謝產(chǎn)生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，多余的葡萄糖則儲(chǔ)存為肌糖原。骨骼肌代謝直接影響著全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性。骨骼肌中底物的可用性與肌肉耐力密切相關(guān)，如糖原和甘油三酯，這兩種關(guān)鍵的能量底物在長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)中對(duì)于調(diào)節(jié)肌肉能力發(fā)揮了重要作用。此外，能量底物消耗的減少，尤其是葡萄糖，可能是由于腸道微生物群的失衡導(dǎo)致肌肉糖原儲(chǔ)存量減少，進(jìn)而降低骨骼肌耐力。在回腸中，短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G蛋白偶聯(lián)受體41(glucose transporter G protein coupled receptor 41，41)和鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(sodium glucose cotransporter1，1)基因的表達(dá)模式與骨骼肌耐力有一定的相關(guān)性。這提示，菌群可能通過(guò)其代謝產(chǎn)物影響葡萄糖代謝進(jìn)而影響骨骼肌功能。GPR41有助于腸內(nèi)分泌細(xì)胞活化，并通過(guò)調(diào)控胰高血糖素樣肽1的釋放來(lái)調(diào)節(jié)葡萄糖介導(dǎo)的胰島素分泌?？偟膩?lái)說(shuō)，腸道微生物、代謝產(chǎn)物及其受體均參與了骨骼肌及機(jī)體的葡萄糖代謝過(guò)程，盡管早期的研究提供了可靠的結(jié)果，但同時(shí)也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

2.2 腸道菌群對(duì)骨骼肌功能的影響

近年來(lái)，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物的功能被大量挖掘。目前有大量文獻(xiàn)顯示，腸-腦軸、腸-肝軸、腸-脂軸、腸-免疫軸等途徑均與腸道菌群調(diào)控機(jī)體能量代謝有關(guān)。此外，隨著無(wú)菌或轉(zhuǎn)基因小鼠、抗生素清菌、益生菌灌注及糞菌移植等模型與手段的應(yīng)用，已有足夠的證據(jù)表明腸道-微生物-骨骼肌軸的存在。Lahiri等發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠骨骼肌會(huì)出現(xiàn)一定程度的萎縮，并且胰島素生長(zhǎng)因子1水平以及與骨骼肌生長(zhǎng)、線粒體功能、肌肉-神經(jīng)信號(hào)傳遞相關(guān)的基因和蛋白表達(dá)均降低。此外，無(wú)菌小鼠和抗生素清菌鼠均觀察到其抓力、游泳或跑步耐力等運(yùn)動(dòng)能力明顯下降；而移植來(lái)自無(wú)病原體小鼠的腸道微生物或益生菌給無(wú)菌小鼠后，小鼠骨骼肌質(zhì)量增加，肌肉萎縮標(biāo)志物減少，肌肉氧化代謝能力增強(qiáng)，這一結(jié)果提示，腸道微生物在骨骼肌正常發(fā)育過(guò)程中是必不可少的。緊接著，研究人員發(fā)現(xiàn)，飼喂外源短鏈脂肪酸可部分逆轉(zhuǎn)無(wú)菌小鼠骨骼肌的損傷，這提示微生物代謝產(chǎn)物在腸-肌軸中也發(fā)揮了重要的作用。在腸道慢性炎癥小鼠模型中，恢復(fù)大腸桿菌水平可有效防止骨骼肌萎縮。另外，關(guān)于豬的研究表明，抗生素處理可增加背最長(zhǎng)肌肌纖維密度和肌球蛋白重鏈I(myosin heavy chain I，)、肌球蛋白重鏈IIB(myosin heavy chain IIB，)型肌纖維相關(guān)基因的表達(dá)，還增加了背最長(zhǎng)肌脂肪酸攝取和從頭合成相關(guān)基因的表達(dá)，降低了甘油三酯水解相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而增加了背最長(zhǎng)肌肌內(nèi)脂肪的含量，結(jié)果證實(shí)了抗生素使用對(duì)其生長(zhǎng)性能、肌纖維組成和肌脂代謝的影響，這可能與腸道微生物菌群的改變有關(guān)，提示腸道微生物可能是調(diào)節(jié)宿主骨骼肌特性的潛在靶點(diǎn)。另有研究表明，骨骼肌纖維類型的比例也受腸道菌群的調(diào)控，無(wú)菌小鼠中，肌肉肌纖維類型相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平受到抑制，從而影響運(yùn)動(dòng)能力。此外，給小鼠補(bǔ)充益生菌也能改善肌肉質(zhì)量，促進(jìn)與肌肉耐力相關(guān)的慢速氧化型肌纖維的形成，并能減緩運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的肌肉損傷。外源植物乳桿菌TWK10、短鏈脂肪酸(丁酸和乙酸)均可影響氧化型肌纖維的比例，進(jìn)而影響肌肉功能。此外，干酪乳桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌可增加小鼠肌肉質(zhì)量，直腸真桿菌、植物乳桿菌和球形梭菌的定植可提高無(wú)菌小鼠的能量代謝。

骨骼肌與免疫系統(tǒng)也存在著緊密且復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。骨骼肌可通過(guò)分泌細(xì)胞因子影響免疫細(xì)胞活性，而免疫細(xì)胞也可通過(guò)其產(chǎn)生的細(xì)胞因子影響骨骼肌功能。當(dāng)誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子合成的細(xì)菌數(shù)量增加時(shí)，血漿中脂多糖含量升高，并增強(qiáng)核因子κB(nuclear factor kappa-B，-)的表達(dá)，-的升高，可能會(huì)影響骨骼肌代謝和線粒體生物合成，進(jìn)而影響骨骼肌功能。結(jié)腸中未消化蛋白質(zhì)的發(fā)酵，伴隨著氨、生物胺、吲哚化合物和酚等副產(chǎn)物的產(chǎn)生，對(duì)腸道、代謝、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)有著潛在的危害。這些副產(chǎn)物可能會(huì)加劇炎癥反應(yīng)，增加組織通透性，加劇胃腸道癥狀。運(yùn)動(dòng)過(guò)程，活性氧產(chǎn)生增多，會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)和蛋白質(zhì)過(guò)氧化，肌肉細(xì)胞膜成分遭到破壞，從而干擾肌肉功能。過(guò)度訓(xùn)練和缺乏運(yùn)動(dòng)都會(huì)增加氧化應(yīng)激。而活性氧的產(chǎn)生被證明可以激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，-1)蛋白，增強(qiáng)線粒體生物合成，從而改善機(jī)體有氧代謝能力。腸道微生物也可能有助于減弱氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體的損傷作用。植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌等菌種均能提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性。此外，乳酸桿菌屬、乳酸球菌屬和雙歧桿菌屬均被證明能提高谷胱甘肽(glutathione，GSH)水平。因此，微生物對(duì)于骨骼肌免疫也是極其重要的。上述結(jié)果均提示，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物對(duì)于骨骼肌質(zhì)量、纖維類型、運(yùn)動(dòng)能力及免疫的維持是必不可少的，可作為潛在的調(diào)控骨骼肌功能和代謝的有效手段，上述研究為改善畜禽肉品質(zhì)提供了新靶點(diǎn)和新思路。

3 微生物代謝產(chǎn)物與骨骼肌代謝和功能

腸道菌群主要以食源性、不被消化酶消化的有機(jī)物，還有內(nèi)源性的分泌物(黏多糖、細(xì)胞碎片等)為底物，合成并調(diào)節(jié)組胺、血清胺、γ-氨基丁酸、一氧化氮、硫化氫等神經(jīng)遞質(zhì)分子。這些物質(zhì)會(huì)通過(guò)群體感應(yīng)機(jī)制影響細(xì)菌之間的相互作用和腸道免疫，還可能涉及腸道神經(jīng)回路/迷走神經(jīng)在內(nèi)的神經(jīng)內(nèi)分泌回路等。另外，其他的微生物代謝產(chǎn)物，比如SCFAs、酚類產(chǎn)物、膽汁酸、共軛亞油酸等可以通過(guò)調(diào)控腸道通透性、直接或間接靶向骨骼肌來(lái)改善肌肉葡萄糖穩(wěn)態(tài)、能量消耗、蛋白質(zhì)合成和生理功能(圖1)。值得關(guān)注的是，群體感應(yīng)小分子(來(lái)源于葡萄球菌、腸球菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌等)于2019年首次被證明可以調(diào)控C2C12成肌細(xì)胞的活力、成肌分化、線粒體功能和蛋白質(zhì)代謝等過(guò)程，這表明群體感應(yīng)分子參與了腸-肌軸，為肌肉疾病的診斷和治療靶點(diǎn)開(kāi)辟了新方向。

3.1 短鏈脂肪酸

SCFAs是不可消化碳水化合物(特別是膳食纖維和抗性淀粉)在后腸段被微生物發(fā)酵的主要代謝產(chǎn)物，可從腸腔被吸收，到機(jī)體遠(yuǎn)端器官發(fā)揮作用。短鏈脂肪酸對(duì)血糖、胰島素反應(yīng)以及骨骼肌功能的作用已經(jīng)在許多研究中被證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠補(bǔ)充SCFAs可通過(guò)改善肌肉力量，部分逆轉(zhuǎn)了無(wú)菌引起的骨骼肌損傷。外源持續(xù)注射醋酸鹽恢復(fù)了抗生素處理小鼠的運(yùn)動(dòng)耐受力。Zarrinpar等強(qiáng)調(diào)，抗生素清菌減少了腸道SCFAs的產(chǎn)生，結(jié)腸細(xì)胞失去其主要能量來(lái)源丁酸，從而降低血糖并提高胰島素敏感性。體外試驗(yàn)與體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果類似，均表明微生物衍生的酚類代謝物(花青素3-O-糖苷)以劑量依賴的方式，促進(jìn)人骨骼肌成肌細(xì)胞的葡萄糖攝取。SCFAs可靶向腸道、脂肪組織和骨骼肌，通過(guò)直接或間接作用影響肌肉代謝。在腸內(nèi)分泌細(xì)胞中，它們可通過(guò)與G蛋白的結(jié)合受體-游離脂肪酸受體(free fatty acid receptor，F(xiàn)FAR)1和FFAR3結(jié)合，促進(jìn)厭食肽PYY(peptide YY)和胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide-1，GLP-1)的分泌，進(jìn)而調(diào)控胰島素敏感性和食欲。丁酸鹽、丙酸鹽和琥珀酸鹽(丙酸鹽的前體)還可以激活腸細(xì)胞中糖異生，從而將信號(hào)傳導(dǎo)到胃腸神經(jīng)和大腦來(lái)改善胰島素敏感性和代謝。丁酸可通過(guò)上調(diào)抗炎調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和直接減少脂肪組織源性促炎細(xì)胞因子和趨化因子的分泌，來(lái)預(yù)防輕度炎癥對(duì)骨骼肌的負(fù)面影響。呂曉婷研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度乙酸鈉、丁酸鈉、丙酸鈉能調(diào)節(jié)AMPK磷酸化水平進(jìn)而提高C2C12成肌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取能力，還能顯著抑制骨骼肌炎癥因子的表達(dá)來(lái)緩解胰島素抵抗引起的慢性炎癥。目前，盡管對(duì)SCFAs介導(dǎo)的腸-肌軸研究有一定的進(jìn)展，但如何將現(xiàn)有結(jié)果更好地應(yīng)用到畜禽養(yǎng)殖中，來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，仍面臨許多困難(比如機(jī)體不同生理狀態(tài)、干預(yù)時(shí)間、劑量、配合比例等問(wèn)題)。

3.2 膽汁酸

膽汁酸(bile acids，BAs)由肝中的膽固醇合成，隨后分泌、濃縮和儲(chǔ)存在膽囊中。當(dāng)動(dòng)物采食后，胃腸激素膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)刺激膽囊釋放膽汁進(jìn)入十二指腸，其中BAs有助于消化和吸收脂質(zhì)及脂溶性維生素。此外，BAs作為一種具有代謝效應(yīng)的信號(hào)分子，可通過(guò)與核受體法尼糖X受體(farnese X receptor，F(xiàn)XR)、孕烷X受體(pregnane X receptor，PXR)、G蛋白偶聯(lián)受體(如GPBAR-1)等受體的相互作用，來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體能量、葡萄糖和脂質(zhì)代謝。而腸道菌群在BAs代謝中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用，主要負(fù)責(zé)初級(jí)BAs向次級(jí)BAs的轉(zhuǎn)化。其中，GPBAR-1不僅在腸道中表達(dá)，在膽囊、骨骼肌、棕色脂肪中也表達(dá)，且具有代謝活性。次級(jí)膽汁酸通過(guò)與膽汁酸受體(G protein-coupled receptor for bile acids，TGR5)結(jié)合發(fā)揮一定的作用。重要的是，次級(jí)和三級(jí)膽汁酸(如熊去氧膽酸)也可能通過(guò)激活骨骼肌中的TGR5來(lái)促進(jìn)能量消耗，從而局部激活I(lǐng)I型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶(type II iodothyronine deiodinase，DIO2)。DIO2產(chǎn)生或?qū)⒎腔钚约谞钕偎?T)轉(zhuǎn)化為活性T甲狀腺激素，這是代謝和能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)。目前對(duì)于BAs的研究，主要集中在腸-肝軸，而在腸-肌軸的功能及作用機(jī)制相對(duì)較少，但膽汁酸對(duì)于機(jī)體脂肪代謝有著非常重要的作用，揭示其對(duì)骨骼肌脂肪代謝的作用及機(jī)制，對(duì)于改善肌內(nèi)脂肪含量有著不可忽視的潛在價(jià)值。

3.3 TMA和TMAO

三甲胺(trimethylamine，TMA)是微生物代謝肉類和其他含有磷脂酰膽堿或L-肉堿的產(chǎn)品(包括雞蛋、魚(yú)類和甲殼類動(dòng)物)產(chǎn)生的。TMA可被轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide，TMAO)，與炎癥、心組織代謝和腎疾病密切相關(guān)。此外，TMA和TMAO還可參與脂質(zhì)代謝并能在骨骼肌中被吸收。據(jù)報(bào)道，在杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良患者中TMA與肌肉收縮所用能量底物總肌酸的比例降低，這表明TMA在肌肉中可能有著特殊的作用。而早在1999年，?verland等通過(guò)試驗(yàn)提出，TMAO降低胴體脂肪含量的適宜添加量為1 000～2 000 mg·kg日糧。緊接著，2002年有研究報(bào)道，1 000 mg·kgTMAO飼糧能明顯提高杜×長(zhǎng)×嘉生長(zhǎng)肥育豬胴體瘦肉率、股四頭肌率。該研究結(jié)果提示，低劑量TMAO可能通過(guò)提高血清GH、降低血清胰島素以及促進(jìn)脂肪分解來(lái)減少體脂沉積。而對(duì)于TMAO與腸道菌群之間的交流串?dāng)_作用是否在其調(diào)控機(jī)體脂肪代謝過(guò)程中發(fā)揮一定的作用，目前尚不明確。

4 調(diào)控微生物-腸-肌軸的潛在手段

4.1 營(yíng)養(yǎng)素

日糧蛋白和氨基酸組成、脂肪、碳水化合物、微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均能調(diào)控腸道菌群。其中，支鏈氨基酸(branched chain amino acids，BCAAs)主要在骨骼肌中代謝，多種代謝中產(chǎn)物作為代謝和信號(hào)分子，不僅能作用于骨骼肌本身，還能調(diào)控脂肪、肝等多個(gè)組織的穩(wěn)態(tài)。BCAAs和相關(guān)代謝產(chǎn)物在肥胖人體受試者和高脂飲食大鼠的腓腸肌中的潛在危害作用已被證實(shí)，它們與胰島素抵抗和不完全脂質(zhì)氧化有關(guān)。最近，在小鼠和人類相關(guān)研究中，也顯示了血清BCAAs與胰島素抵抗之間存在正相關(guān)。通過(guò)比較分析胰島素抵抗個(gè)體血清BCAAs水平與腸道微生物關(guān)聯(lián)情況，普氏桿菌和普通擬桿菌被確定為介導(dǎo)BCAAs合成與胰島素抵抗的主要物種。此外，在小鼠試驗(yàn)中，研究人員證明普氏桿菌可誘導(dǎo)胰島素抵抗、加重葡萄糖不耐受，并增加BCAAs的循環(huán)水平。另有研究表明，小鼠脛骨前肌中BCAAs代謝相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)可引起肌肉重量、后肢握力和自發(fā)性活動(dòng)的減少。外源補(bǔ)充BCAAs可以緩解運(yùn)動(dòng)引起的肌肉疲勞和損傷、調(diào)控骨骼肌蛋白合成，另外，運(yùn)動(dòng)也能通過(guò)上調(diào)BCAAs代謝酶活性促進(jìn)其代謝，進(jìn)而通過(guò)影響其代謝產(chǎn)物的水平影響骨骼肌代謝。近年來(lái)，棗粉、美洲大蠊蟲(chóng)粉、茶葉渣等物質(zhì)也被證實(shí)可改善畜禽肉品質(zhì)，而上述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是否對(duì)腸道菌群有潛在的調(diào)控作用還未可知，隨著研究的不斷深入，相信不久的將來(lái)微生物介導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控骨骼肌的機(jī)制會(huì)更加詳盡。營(yíng)養(yǎng)素為腸道菌群提供發(fā)酵底物，可一定程度上靶向馴化腸道菌群(高產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物)以調(diào)控宿主代謝，因此，營(yíng)養(yǎng)素調(diào)控腸道菌群的地位不容忽視。盡管目前營(yíng)養(yǎng)素對(duì)于菌群及宿主代謝的影響多集中在驗(yàn)證單一營(yíng)養(yǎng)素的作用，而如何在動(dòng)物機(jī)體不同生長(zhǎng)階段和生理狀態(tài)配制特定日糧還有待進(jìn)一步深究。

4.2 益生菌

近年來(lái)，益生菌改善畜禽肉品質(zhì)的研究頻頻被報(bào)道。丁酸梭菌可降低北京鴨的料重比，改善肌肉pH、紅度、肌苷酸、肌內(nèi)脂肪含量、風(fēng)味氨基酸和必需氨基酸濃度，進(jìn)而改善動(dòng)物胴體品質(zhì)?？莶菅挎邨U菌、地衣芽孢桿菌、乳桿菌、酵母菌、糞鏈球菌和屎鏈球菌均被報(bào)道能顯著降低不同品種肉鴨腹部脂肪沉積量，進(jìn)而改善胴體品質(zhì)。丁酸梭菌被證實(shí)可通過(guò)調(diào)控脂肪酸代謝相關(guān)酶活及基因表達(dá)促進(jìn)肌內(nèi)脂肪的沉積。此外，乳酸菌、羅伊氏乳桿菌等益生菌可通過(guò)調(diào)控飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸比例，將脂肪氧化為小分子物質(zhì)進(jìn)而改善肉的風(fēng)味。上述研究?jī)H限于益生菌對(duì)肉品質(zhì)表觀指標(biāo)的檢測(cè)，并未進(jìn)一步探究微生物及其代謝產(chǎn)物是否介導(dǎo)了上述功能。

評(píng)估益生菌對(duì)肌肉功能潛在影響的研究目前較少且分散，但仍然有令人精神鼓舞的成果。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充可增加小鼠肌肉質(zhì)量，增加與游泳力竭運(yùn)動(dòng)中與耐力相關(guān)的慢速氧化型肌纖維，并且減少氧化損傷，但不能提高無(wú)菌小鼠的肌肉耐力，這說(shuō)明益生菌對(duì)肌肉能力的調(diào)控需要其他菌群的參與。訓(xùn)練期間補(bǔ)充從奧運(yùn)會(huì)舉重金牌得主體內(nèi)分離得到的長(zhǎng)雙歧桿菌亞種OLP-01，能增加受試者握力和耐力。此外，PS128可提高鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的耐力跑成績(jī)，這一效果可能與微生物組成和較高濃度的SCFAs有關(guān)。上述研究表明，外源補(bǔ)充益生菌可通過(guò)調(diào)控腸道微生物群結(jié)構(gòu)及代謝產(chǎn)物水平進(jìn)而改善骨骼肌功能，但大多數(shù)研究主要集中在鼠和人，在畜禽方面的研究則主要聚焦在表觀肉質(zhì)的評(píng)定，微生物及其代謝產(chǎn)物介導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制研究相對(duì)較少。盡管如此，鼠及人上關(guān)于益生菌-微生物-骨骼肌的相關(guān)研究，仍為改善畜禽肉質(zhì)提供了一定的理論參考。

4.3 運(yùn) 動(dòng)

2014年首次證實(shí)運(yùn)動(dòng)可以調(diào)控微生物組成。腸道菌群不僅受日糧影響，也受到機(jī)體運(yùn)動(dòng)的影響，運(yùn)動(dòng)引起的微生物多樣性有益于宿主健康。小鼠運(yùn)動(dòng)后，可檢測(cè)到更高水平的丁酸或產(chǎn)丁酸菌。此外，通過(guò)6周的有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，年輕瘦人的腸道微生物組成和身體功能的改善與SCFAs產(chǎn)生能力和糞便SCFAs含量增加相關(guān)，并且其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肥胖參與者。這提示，微生物代謝產(chǎn)物介導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)對(duì)于機(jī)體的有益作用。一些乳酸菌或雙歧桿菌菌株已被證明可增加肌肉重量和肌纖維大小。研究發(fā)現(xiàn)，自由采食且運(yùn)動(dòng)，可增加小鼠乳酸桿菌和雙歧桿菌屬的豐度。這意味著，運(yùn)動(dòng)和益生菌在調(diào)控骨骼肌功能上有相似的作用機(jī)理，總體來(lái)說(shuō)，這些結(jié)果鼓勵(lì)廣泛的研究進(jìn)一步闡述運(yùn)動(dòng)與微生物之間的良性作用，運(yùn)動(dòng)對(duì)于腸道炎癥、肌肉穩(wěn)態(tài)都有重要的作用。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、方式和運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)于不同生理狀態(tài)下的動(dòng)物體產(chǎn)生的影響也有差異。值得注意的是，一旦運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練停止，運(yùn)動(dòng)引起的微生物變化在很大程度上會(huì)被逆轉(zhuǎn)，這說(shuō)明菌群穩(wěn)態(tài)的維持并不是一朝一夕，而是一場(chǎng)持久戰(zhàn)。根據(jù)以往的研究不難發(fā)現(xiàn)，飲食和運(yùn)動(dòng)對(duì)于腸道菌群和代謝產(chǎn)物的組成和豐度有一定的交叉影響，此外，單一干預(yù)方式對(duì)調(diào)控機(jī)體能量代謝的持久優(yōu)勢(shì)非常有限，因此推測(cè)，組合單一干預(yù)方式，或許能起到加倍的效果。飲食干預(yù)從微生物發(fā)酵底物入手，可以從根本上形成健康穩(wěn)定的菌群，而運(yùn)動(dòng)、益生菌等其他干預(yù)手段可以為維持菌群平衡錦上添花。

5 小 結(jié)

目前，對(duì)于微生物-腸道-骨骼肌軸的研究大多集中在小鼠或人上，而對(duì)于畜禽養(yǎng)殖過(guò)程，益生菌或營(yíng)養(yǎng)素改善肉質(zhì)的研究主要聚焦在表觀的肉品質(zhì)指標(biāo)(肉色、pH、滴水損失、蒸煮損失、剪切力等)，并未深層次挖掘菌群或其代謝物的潛在作用?；谇捌谘芯?，有大量文獻(xiàn)闡述微生物及其代謝產(chǎn)物與骨骼肌代謝和功能的關(guān)系，并且報(bào)道了參與其中的部分菌株與主要代謝產(chǎn)物，因此，不同骨骼肌模型(瘦肉型與脂肪型豬；無(wú)菌小鼠與正常菌群鼠；肌肉萎縮與正常肌肉等)的差異微生物與代謝產(chǎn)物，可作為潛在的調(diào)控骨骼肌代謝與功能的靶點(diǎn)。腸道微生物結(jié)構(gòu)與組成是極其不穩(wěn)定的，除了遺傳和環(huán)境因素外，飼糧是影響菌群結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)鍵因素。除了對(duì)日糧組成(蛋白、脂肪、纖維、淀粉等)進(jìn)行干預(yù)外，益生菌、益生元、植物提取物、糞菌移植等手段也可以調(diào)控菌群組成。近年來(lái)，對(duì)于植物提取小分子的篩選發(fā)現(xiàn)，番茄紅素、甜菜堿、雷公藤甲素等小分子物質(zhì)也能調(diào)控骨骼肌肌肉及脂肪代謝，這些研究為尋找改善肉質(zhì)的潛在物質(zhì)提供了參考與數(shù)據(jù)支持。而微生物-腸道-骨骼肌軸的存在，從菌群或其代謝產(chǎn)物入手無(wú)疑為改善肉質(zhì)提供了更多的干預(yù)手段，對(duì)于標(biāo)志菌群或標(biāo)志代謝產(chǎn)物的鑒定與篩選也將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)橛行┐x產(chǎn)物過(guò)量會(huì)有負(fù)面影響，如何通過(guò)特定飲食或其他干預(yù)手段靶向控制核心差異菌群豐度及其代謝產(chǎn)物水平也是充滿挑戰(zhàn)的難題。