編者按：

龍沙公司（Lonza）是一家全球領先的綜合營養(yǎng)食品解決方案供應商，該公司致力于發(fā)展營養(yǎng)科學，提高運動表現(xiàn)，并且通過提供營養(yǎng)補充劑來增強人類的身體素質(zhì)，推動人類在健康和運動領域的發(fā)展。

今天，我們特別編譯發(fā)表在 Nature Portfolio 上關于龍沙公司三種有助于運動表現(xiàn)的新成分的文章。希望本文能夠為相關的產(chǎn)業(yè)人士和讀者帶來一些啟發(fā)和幫助。

不斷提升的運動表現(xiàn)

在過去的幾十年里，各種各樣的人以前所未有的速度將人類的運動表現(xiàn)推向了極限。這就像一場革命，幾乎瞬間就發(fā)生了，它重新定義了人類運動極限的可能性。

盡管這些進步就發(fā)生在數(shù)百萬人的面前，但仍然令人費解。人類現(xiàn)在除了可以跑得更快、跳得更高之外，還能在 100 英尺高的海浪上披荊斬棘，從 100 英尺高的懸崖上一躍而下，就像是在表演令人難以置信的特技。

應用科學與運動表現(xiàn)研究所（Applied Science and Performance Institute）是佛羅里達州坦帕市（Tampa）的一所運動科學機構。

該公司的席執(zhí)行官 Jacob M. Wilson 表示：“這些極限運動看起來是違背現(xiàn)實的，但實際上是循序漸進的，在看似不可能的運動背后，是一系列高效體育訓練、營養(yǎng)搭配、科學技術、創(chuàng)新、勇氣和毅力所產(chǎn)生的結果。”

泡菜、微生物和人類運動表現(xiàn)

人體腸道微生物組也許是近年來運動表現(xiàn)方向發(fā)展最快的研究領域。從我們的消化道到皮膚，人體里充滿了微生物。研究表明，微生物細胞的數(shù)量比人類細胞多出 9 萬億（微生物 39 萬億個細胞，人類 30 萬億個細胞），并且含有高達 2000 萬個基因的微生物組，大大超過了人類的 20000 個基因[1]。

這些復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)以萬億的代謝產(chǎn)物，稱為代謝組?？偟膩碚f，微生物組和代謝組與人類形成了復雜的共生關系?？茖W家們才剛剛開始解開這種相互作用的謎團，這些發(fā)現(xiàn)對人類運動表現(xiàn)的作用還處于起步階段。

不過，幾個獨立研究小組已經(jīng)提出了腸道菌群在提高全身瘦肉質(zhì)量、骨骼肌質(zhì)量和生理功能（定義為腸-肌軸）上的作用[2]。

實驗表明，與對照組小鼠相比，無菌小鼠的肌肉質(zhì)量與體重的比例更低，握力和耐力降低，抗疲勞能力受損。此外，把來自對照小鼠的細菌移植到無菌小鼠體內(nèi)，或在無菌小鼠的飼料中添加短鏈脂肪酸丁酸鹽均有助于恢復無菌小鼠中的缺陷[2]。這些結果都表明了代謝產(chǎn)物、微生物和身體功能之間存在著聯(lián)系。

腸道菌群能夠幫助宿主消化膳食中的營養(yǎng)素，提高運動過程中的能量產(chǎn)生，這對于運動機能表現(xiàn)優(yōu)秀的個體來說，更有利于他們的新陳代謝。探索性研究表明，與久坐不動的對照組相比，運動員體內(nèi)的腸道菌群中控制碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝途徑更豐富[3]。

對大量志愿者（從兒童到老年人）的研究發(fā)現(xiàn)，運動頻率與厚壁菌門（Firmicutes）有關[2]。厚壁菌門的主要代謝終產(chǎn)物是丁酸鹽，它對人體的能量代謝和運動表現(xiàn)有多種影響。在耐力優(yōu)秀的運動員和職業(yè)橄欖球運動員身上也發(fā)現(xiàn)了相似的結果，他們體內(nèi)的厚壁菌門與擬桿菌門的比例都更高[3]。研究還表明，隨著運動強度的增加，這些細菌（厚壁菌門）的數(shù)量也會增加[2]。

生合生物科技公司（Synbio Tech Inc.）是一家總部位于臺灣的益生菌和微生物研究公司，該公司的研究人員進行了廣泛的研究，確定了潛在的益生菌，這些益生菌可以改變運動對腸道健康的影響，同時改善耐力和機體成分。

研究人員比較感興趣的領域是發(fā)酵食品。發(fā)酵食品和飲料是人類消費的第一批加工食品。越來越清楚的是，發(fā)酵食品可以提高營養(yǎng)和功能特性。許多發(fā)酵食品含有活的微生物，其中一些微生物在基因上與健康和運動人群中鑒定的菌株相似[4]。

泡菜是一種以卷心菜為原料發(fā)酵而成的食品，作為被廣泛研究的發(fā)酵食品，它被認為具有抗氧化、抗菌和免疫刺激作用[4]。泡菜富含乳酸菌屬（屬于厚壁菌門）。大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與人們所認為的泡菜的益處類似，產(chǎn)生丁酸鹽的乳酸菌也具有有益的生物學效應，這些發(fā)現(xiàn)促使研究人員從發(fā)酵的臺灣泡菜中分離出一株名為 TWK10 的植物乳桿菌，并對其進行了大量的研究。

圖1. 植物乳桿菌 TWK10 與腸道健康、運動表行間的關聯(lián)。

TWK10與運動表現(xiàn)

研究團隊對 TWK10 進行了探索性試驗，連續(xù) 6 周每天給予小鼠零、中等濃度（2.05×10[8]個菌落形成單位；CFU/kg/day）、高濃度（1.03×10[9]個菌落形成單位；CFU/kg/day）的植物乳桿菌 TWK10 [5]。

結果表明，植物乳桿菌 TWK10 能夠增加機體的肌肉質(zhì)量，并且發(fā)現(xiàn)隨著 TWK10 濃度的增加，握力和耐力也隨之增加，同時能夠減少肌肉損傷的血清標志物。

這些結果與較低的血清乳酸水平有關，血清乳酸是厭氧代謝產(chǎn)物的一個標志。而厭氧代謝產(chǎn)物的變化是一個與運動狀態(tài)緊密相關的重要衡量標準：在相對較高的強度下，乳酸減少和脂肪代謝高是優(yōu)秀運動員的標志，包括超級馬拉松運動員和環(huán)法自行車賽選手。

如前所述，與非運動員相比，運動員體內(nèi)產(chǎn)生丁酸鹽的細菌更多，脂肪代謝也更強。鑒于此，一項在小鼠上進行的研究，探討了植物乳桿菌 TWK10 是否會影響產(chǎn)生丁酸鹽的微生物以及調(diào)節(jié)脂肪氧化的 β 氧化基因[6]。

研究結果表明，TWK10 可以上調(diào) β 氧化過程中的關鍵酶，包括長鏈脂肪酸?；o酶 A 合成酶，從而促進脂肪氧化。

此外，添加植物乳桿菌 TWK10 還能夠上調(diào)與脂肪酸轉運有關的兩種蛋白質(zhì)——微粒體甘油三酯轉運蛋白的大亞基和蛋白質(zhì)二硫化物異構酶 A4。蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)顯示，肝臟中的脂肪酸氧化為其他器官提供了能量來源，而非為肝臟本身提供能量。

最后研究還發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌 TWK10 能夠誘導結腸菌群向產(chǎn)生丁酸的細菌門改變。在這些初步結果的基礎之上，龍沙和生合生技的研究人員進一步研究了植物乳桿菌 TWK10 發(fā)揮其有益作用的確切機制。

在小鼠模型的基礎上，研究人員在年輕的健康參與者中，進行了為期 6 周的雙盲安慰劑對照的臨床試驗，對參與者分別補充低劑量（3×10[10] CFU /day，等同于 100 mg）和高劑量（9×10[10] CFU /day）的植物乳桿菌 TWK10 [7]。

結果與小鼠試驗相似，與安慰劑相比，植物乳桿菌 TWK10 以劑量依賴性的方式提高了運動表現(xiàn)。另外，在運動過程中，補充 TWK10 的參與者的血糖濃度更高，這表明 TWK10 能提高運動過程中的能量攝取。除此之外，補充 TWK10 之后，血清乳酸和血氨水平顯著降低，表明 TWK10 可以減輕運動性疲勞，增加肌肉含量，減少脂肪含量。

綜上所述，從圖 1 可以看出，補充植物乳桿菌 TWK10 是一種有效的、有針對性的益生菌，可以改善多種運動指標，提高脂肪代謝，改善機體成分。

圖2. T. chuii 補充劑可改善氧化還原平衡。

海洋浮游植物與肌肉恢復

浮游植物（Phytoplankton）一詞來源于希臘語中的植物（phyton）和浮游生物（plankton）。人們常常錯誤地認為浮游植物是一種水生植物或海草，而不包括各種各樣的真核生物，其實浮游植物主要是單細胞微生物，也被稱為微藻或海藻。海洋浮游植物由于太小或太弱，無法逆流而行，所以通常漂浮在水面上。

海洋浮游植物通過光合作用獲得生長和生存所需要的能量，因此必須留在光照充足的水生環(huán)境中。雖然海洋浮游植物占地球上光合作用生物量的不到 1%，但卻占地球光合作用凈初級生產(chǎn)量的 45%以上[8]。

目前海洋微藻有 5 萬多種，但已被充分研究的種類卻很少。海藻這類微生物含有許多重要的生物活性化合物，如抗氧化劑、維生素、脂肪酸、甾醇、氨基酸和類胡蘿卜素。這些成分表明，微藻可以作為一種功能性食品，甚至可能有益于健康，但在如何充分利用微藻營養(yǎng)成分的工業(yè)進展甚微[10]。

西班牙加的斯（Cadiz）一家開發(fā)微藻產(chǎn)品和營養(yǎng)成分的公司——Fitoplancton Marino，開發(fā)了一種凍干微藻制劑——Tetraselmis chuii strain CCFM 03，它在可控條件下生長，以確保得到較高的超氧化物歧化酶（SOD）活性（>30000 U/g）。

龍沙公司的研究人員已經(jīng)將這種成分開發(fā)用于運動營養(yǎng)。在一項急性運動試驗中，對耐力訓練的人補充微量（25mg）的 T. chuii。結果顯示，在完成了一系列高強度交叉訓練方案后，這些人依然能夠維持肌肉性能，并且產(chǎn)生較少的肌肉損傷。這些交叉訓練方案包括一系列力量訓練（例如，深蹲推進、反向劃船和后弓步）和爆炸性力量訓練（例如，壺鈴擺動、抱球旋轉和深蹲跳）。

此外，結果還表明，一種肌肉損傷的生物標志物——肌酸激酶，在補充 T. chuii 的實驗組中顯著低于安慰劑組（-14%）。與安慰劑組相比，T. chuii 組的肌肉力量（+15%）和絕對肌力（+12%）更高[11]。

除了上述研究外，龍沙公司的研究人員還進行了一項跟蹤研究，調(diào)查了在一種運動模型中補充 T. chuii 的長期影響。這項研究為期五周，該試驗計劃在第 2 周和第 5 周進行非功能性過度伸展實驗。

非功能性過度伸展是由于過度運動訓練和恢復不足引起的一種情況，會導致機體運動表現(xiàn)下降，通常需要幾天到幾周才能完全恢復[12]。在這項研究中，過度伸展明顯發(fā)生，因為在兩個過度伸展周結束時，T. chuii 組和安慰劑組的爆發(fā)力顯著下降。

在試驗期間，參與者每周鍛煉五天，完成 124 組阻力訓練，也就是說，平均每天要做 25 組訓練。在完成最后一次訓練的 7 天后，T. chuii 組的爆發(fā)力已恢復到基線水平，而安慰劑組的爆發(fā)力仍低于基線水平。另外，T. chuii 組參與者的感知恢復水平（通過感知恢復量表來衡量）也高于安慰劑組[13]。

急性和長期的研究結果均表明，補充 T. chuii 有助于運動恢復，并可減少壓力訓練產(chǎn)生的肌肉損傷。

圖3. T.chuii 調(diào)節(jié)肌肉恢復。

如何調(diào)節(jié)肌肉恢復

值得深入探索的是，這種獨特的 T. chuii 制劑是如何產(chǎn)生這樣的結果的。

要回答這個問題，首先要了解活性氧（ROS）對運動性肌肉損傷的影響。在劇烈運動期間，氧氣攝入量是休息水平的 20 倍。由于需要大量的氧氣，會導致線粒體釋放活性氧，如果不加以調(diào)控，活性氧濃度的增加將超過系統(tǒng)的抗氧化能力，并將生理環(huán)境轉變?yōu)榇傺趸癄顟B(tài)（圖 2），這是導致氧化應激的根本機制。

如果過度暴露在氧化應激下，細胞的完整性和功能就會改變，導致肌肉損傷、運動表現(xiàn)下降。

龍沙公司研究中使用的 T. chuii 具有很強的抗氧化性，研究人員發(fā)現(xiàn)，給大鼠補充 T. chuii，并且每周進行 5 天的跑步運動，6 周后發(fā)現(xiàn)大鼠肌肉中產(chǎn)生了大量的抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶[11]，這些酶能夠加速促氧化分子轉化為中性分子，從而減少氧化應激。

從分子學的角度來看，肌肉恢復的調(diào)節(jié)，是由一系列驅動衛(wèi)星細胞行為的復雜的肌源性調(diào)節(jié)因子決定的。衛(wèi)星細胞對受損肌肉組織的恢復至關重要，如果抑制衛(wèi)星細胞的激活，最終將無法抵消劇烈運動所產(chǎn)生的應激。

目前已知能夠正向調(diào)控促進肌肉恢復的衛(wèi)星細胞過程的因子，包括成肌分化因子（MyoD）和神經(jīng)細胞粘附分子（NCAM）。相反，肌肉抑制素、肌肉萎縮 F-box（MAFbx）和肌肉環(huán)指蛋白 1（MuRF1）通過抑制衛(wèi)星細胞進程和增加蛋白質(zhì)分解，來阻礙肌肉恢復。

龍沙公司對運動大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，T.chuii 提高了肌分化因子和神經(jīng)細胞粘附分子的表達，同時降低了肌生成抑制素、肌肉萎縮 F-box 和肌肉環(huán)指蛋白 1 的表達（圖 3）[12]。這一結果進一步強調(diào)了營養(yǎng)對生理恢復機制的重要性。

在最近的一項體外研究中，補充 T. chuii 能增加人骨骼肌成肌細胞核因子 E2 相關因子 2（NRF2）和血紅素加氧酶 1 的基因表達[14]，這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，因為 NRF2 能夠調(diào)節(jié)約 200 個細胞保護基因的表達，是抗氧化機制的主要調(diào)節(jié)因子。

研究表明，NRF2 通過抵消氧化應激的損傷效應，介導氧化還原反應[5]。如前所述，T. chuii 能夠減少肌肉中的氧化應激，為衛(wèi)星細胞周期的發(fā)展提供更有利的環(huán)境。

此外，必需脂肪酸已被證明對骨骼肌干細胞的成肌因子有調(diào)節(jié)作用，有可能促進運動恢復。T. chuii 富含大量的必需脂肪酸和抗氧化劑，能夠提供有利的營養(yǎng)成分，加速修復受損的肌肉組織。

總的來說，結合急性和慢性運動模型試驗，似乎已經(jīng)能夠證明 T. chuii 能夠減少肌肉損傷，提高感知恢復，并且防止肌力、力量和快速力量的下降。這些有益的結果，得益于運動期間添加的微量 T.chuii，其可能是通過增加氧化能力，并調(diào)節(jié)某些肌源性細胞周期調(diào)節(jié)因子來產(chǎn)生這些益處的。

圖4. 左旋肉堿對健康和運動表象的影響

對左旋肉堿的新認識

龍沙消費者健康公司廣泛研究的最后一個領域是外源性左旋肉堿（L-Carnitine）補充劑，這種補充劑在減肥、衰老、抗炎、心血管健康、運動表現(xiàn)和恢復等領域有超過 30 年的臨床支持（圖 4）。

左旋肉堿是一種化合物，在能量產(chǎn)生中起著關鍵作用。左旋肉堿的主要代謝功能是將長鏈脂肪酸運輸?shù)骄€粒體基質(zhì)中進行 β-氧化，它對于線粒體功能是至關重要的。左旋肉堿在機體內(nèi)可以由賴氨酸和蛋氨酸合成，但這一過程僅占左旋肉堿每天需要量的 25%左右，人體需要的大部分左旋肉堿必須通過飲食來獲取。

除了雜食性飲食外，直接在膳食中補充左旋肉堿已經(jīng)被證明能夠增強組織對它的攝取。龍沙公司已經(jīng)生產(chǎn)出了左旋肉堿酒石酸鹽，這是一種穩(wěn)定的結晶鹽補充劑，是目前市場上濃度最高的非吸濕性鹽。

左旋肉堿主要儲存在骨骼肌和心肌中，因為這些組織具有很高的線粒體密度和能量需求。由于它在線粒體健康中的作用，左旋肉堿可能在體能、身體組成、炎癥和運動后的恢復中發(fā)揮關鍵作用。

在訓練中補充左旋肉堿已被證明可以提高最大耗氧量、耐力、力量、訓練量，并在各種活動中減少血液中的乳酸[16]。此外，參加團體項目的運動員在補充左旋肉堿后，能夠提高運動效率，主要表現(xiàn)為提高運動速度和減少生理損傷[17]，而且每天補充 1 到 2 克左旋肉堿就能夠達到以上提到的效果。

長時間或高強度的運動，如跑步或阻力訓練，會損害肌肉收縮蛋白，增加肌肉酸痛和炎癥，損害肌肉功能數(shù)天或數(shù)周。補充左旋肉堿已經(jīng)被證明能夠有效地改善運動后的恢復，比如減少肌肉損傷、氧化應激以及肌肉酸痛/壓痛，還可以抑制各種運動后機體體能的下降[18]。

越來越多的證據(jù)表明，左旋肉堿可以通過增加抗氧化狀態(tài)和抑制血管內(nèi)皮細胞中左旋肉堿的消耗，來促進運動后的恢復。這些結果改善了能量代謝和血液流動，從而降低了新陳代謝、氧化應激和肌肉收縮組織的結構損傷[18]。

在過去的四十年里，人們對運動生理反應的性別差異進行了廣泛的研究。然而，性別特異性膳食補充對運動后恢復效果的研究直到最近才成為焦點。研究已經(jīng)揭示了女性對運動的生理反應的某些特異性，并確定了性別是一個需要控制的重要變量，以便設計強有力的研究方案。

研究表明，男性和女性在無氧運動和力量方面產(chǎn)生的差異是由肌肉、脂肪含量、合成代謝激素狀況和營養(yǎng)的不同造成的[19]。盡管有這些因素的影響，但在很多情況下，受過訓練的女性的運動表現(xiàn)也可以遠超過未受過訓練的男性。

在這種背景下，越來越多的研究將焦點轉向營養(yǎng)補充劑對運動中性別特異性恢復的影響，從而有助于更好地理解男性和女性之間的相似點和差異。

龍沙消費者健康公司正在通過一項針對男性和女性的試驗來解決這個問題，主要目的是研究在高強度運動后，左旋肉堿如何影響肌肉損傷指數(shù)的恢復。

已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，左旋肉堿對體能恢復的生化指標有良好的影響，并且與性別無關[18]。研究表明，無論男女，每天補充左旋肉堿均可以幫助普通和精英運動員強身健體，提高運動表現(xiàn)，促進運動后的恢復。

展望

運動員們承受著沉重的生理壓力，比賽、訓練和運動后的恢復都會影響他們的表現(xiàn)。為了解決運動后恢復不足的問題，運動員通常通過運動營養(yǎng)和補充劑來提高恢復和表現(xiàn)。植物乳桿菌 TWK10、T.chuii 和左旋肉堿提供了有吸引力的營養(yǎng)策略，這對運動員來說可能是非常有益的。

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原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/d42473-021-00084-9

作者｜Shane E. Durkee, Zainulabedin M. Saiyed

編譯｜書7464

審校｜617

編輯｜笑咲返回搜狐，查看更多

責任編輯：