▫️文章题目：Multiomic analysis of different horse breeds reveals that gut microbial butyrate enhances racehorse athletic performance

▫️发表期刊：npj Biofilms and Microbiomes

▫️组学技术：宏基因组｜宏转录组｜短链脂肪酸靶向代谢组

▫️模型：赛马 + 小鼠 + 人类运动员公共数据集

研究背景

运动表现受遗传、训练以及肠道微生物共同调控，已有研究发现肠道菌群可影响宿主运动能力，但肠道菌群代谢物调控赛马竞技性能的因果机制尚不清晰；丁酸盐作为关键的肠道微生物短链脂肪酸代谢物，在马匹运动生理中的功能缺少多组学联合证据，赛马既是高价值运动动物模型，也可为人类运动生理学提供参考，因此该研究借助多组学结合动物模型，探究肠道微生物及其代谢产物丁酸盐对赛马运动能力的作用。

研究思路

研究结论

本研究证实，产丁酸细菌和 / 或丁酸盐可跨物种提升机体运动表现。产丁酸细菌有潜力开发为新型益生菌，通过调控肠道微生物组来改善运动能力。肠道中的若干产丁酸细菌或者血液中的丁酸盐浓度，可作为候选优秀运动员优化运动训练的潜在生物标志物。因此，作者提出“微生物‑肠道‑骨骼肌‑线粒体轴”的协同调控模型，用以阐释宿主运动能力的增强机制。本研究结果为通过研究肠道微生物生态系统来提升宿主运动表现提供了新见解与研究范式。

结果展示

图1 | 参与丁酸盐合成的肠道微生物与赛马的运动表现存在显著相关性。

A：组装完成的MAGs基础信息；通过PhyloPhlAn软件构建的赛马与非赛马肠道MAGs系统发育树——彩色圆圈代表各MAGs；

B：对所有赛马（n = 58）及非赛马样本（包括伊利马（n = 35）、藏马（n = 10）、云南矮种马（n = 10）和阿克泰克马（n = 10））的分类学组成进行主坐标分析（PCoA）；

C：赛马与非赛马肠道中丰度差异最大的30个MAGs；颜色由蓝色渐变为红色，表示MAGs丰度递增；

D：赛马与非赛马之间参与丁酸盐合成关键酶编码基因的丰度差异——在丁酸盐合成通路中，对在赛马与至少一种非赛马品种间丰度存在显著差异的酶以红色标注。

图 2｜与非赛马相比，赛马肠道内丁酸盐合成水平显著升高。

A 柱状图：基于马粪便宏转录组分析，展示编码丁酸盐合成关键酶的转录本丰度。

B 小提琴图（Pod plots）：靶向代谢组检测得到的赛马与非赛马粪便短链脂肪酸（SCFA）浓度。括号内的数值代表赛马肠道中对应短链脂肪酸相对非赛马的含量变化倍数。

图 3｜丁酸钠灌胃可延长小鼠跑步机力竭运动时间。丁酸钠灌胃能够显著提升小鼠血清中的丁酸盐浓度，在不改变其他短链脂肪酸含量的前提下，显著改善小鼠的运动能力（A）与肌肉抓力（B）。靶向代谢组学结果表明（C），丁酸盐水平显著升高。* 代表差异显著，** 代表差异高度显著。

图 4｜丁酸盐处理对小鼠肌肉与线粒体产生有益作用。

A：与肌纤维类型相关基因的相对表达；

B：苏木精‑伊红（HE）染色的骨骼肌代表性图片；

C：对照组与丁酸盐处理组小鼠的平均肌纤维直径；

D：丁酸盐处理小鼠线粒体功能相关基因的相对表达；

E：能量代谢相关基因的相对表达；

F：对照组与丁酸盐处理组小鼠腓肠肌中线粒体 DNA（mtDNA）与核 DNA 比值的定量分析。以 β‑actin 作为内参基因。

图 5｜独立队列的人类运动员与对照人群的肠道微生物组分析。

A：人类运动员（n=10）与对照组（n=10）肠道微生物物种组成的主坐标分析（PCoA）。

B：编码丁酸盐合成酶的基因在人类运动员肠道微生物中富集。柱状图展示人类运动员与对照组之间，丁酸盐合成关键酶编码基因的丰度差异。

图 6｜微生物组‑肠道‑肌肉轴的机制模型：丁酸盐由特定微生物大量生成，被宿主吸收后进入血液循环并发挥作用。

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