《Applied Biological Chemistry》：Ergothioneine alleviates exercise-induced fatigue associated with modulation of muscle transcriptome and gut microbiota
编辑推荐：
疲劳常发生于长时间体力活动之后。研究采用负重力竭游泳诱导的过度训练模型，以评估麦角硫因是否能够缓解运动诱导性疲劳，并考察其是否与肠道微生物群变化及疲劳相关基因转录改变有关。研究人员通过游泳、握力和转棒实验测定运动耐力，并采用旷场实验和高架十字迷宫实验评估自主活
疲劳常发生于长时间体力活动之后。研究采用负重力竭游泳诱导的过度训练模型，以评估麦角硫因是否能够缓解运动诱导性疲劳，并考察其是否与肠道微生物群变化及疲劳相关基因转录改变有关。研究人员通过游泳、握力和转棒实验测定运动耐力，并采用旷场实验和高架十字迷宫实验评估自主活动能力。利用血清生化标志物评估氧化应激和肌肉损伤，并通过16S rRNA基因测序分析肠道微生物群组成。过度训练小鼠表现为运动耐力下降、炎性细胞因子水平升高以及肠道微生物群失衡。低剂量和高剂量麦角硫因补充均显著改善耐力，并降低白细胞介素-6（IL-6）、血尿素氮（BUN）和肌酸激酶（CK）水平。麦角硫因还通过提高Akkermansiaceae和Muribaculum的丰度，并降低Desulfobacterota、Campylobacterota和Erysipelotrichaceae的丰度，恢复肠道微生物群组成。转录组分析表明，麦角硫因的抗疲劳作用与AMP活化蛋白激酶（AMPK）和过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路的变化相关。这些结果提示，麦角硫因可减轻运动诱导性疲劳，其机制可能涉及对肠道微生物群以及炎症和代谢相关通路的调控。
该论文发表于《Applied Biological Chemistry》，围绕麦角硫因对运动诱导性疲劳的干预作用展开，研究背景建立在过度训练可引发运动能力下降、氧化应激增强、炎症反应激活以及肠道微生物群失衡这一认识之上。运动诱导性疲劳通常表现为肌力下降、耐力减退、能量代谢紊乱和氧化还原失衡，既涉及外周疲劳，也涉及中枢疲劳。现有研究提示，过度训练不仅损害骨骼肌功能，还可能通过“微生物群-肠-肌肉轴”影响全身代谢和炎症状态。然而，针对安全、有效的膳食活性成分以减轻过度训练不良效应的证据仍较有限。麦角硫因作为一种主要来源于食物的含硫氨基酸，具有抗氧化、抗炎和改善线粒体功能等生物学活性，但其是否能够缓解运动诱导性疲劳、并通过调控肠道微生物群和骨骼肌分子通路发挥作用，尚缺乏系统研究。因此，研究人员采用小鼠过度训练模型，从行为学、生化指标、肌肉转录组和肠道菌群多个层面评估麦角硫因的抗疲劳潜力，并以β-烟酰胺单核苷酸（NMN，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD
+前体）作为阳性对照。
在技术方法上，研究以C57BL/6J雄性小鼠为对象，建立持续8周的负重力竭游泳过度训练模型，并设置对照组、过度训练组、麦角硫因低剂量组、麦角硫因高剂量组及NMN组。主要采用游泳力竭、握力、转棒、旷场和高架十字迷宫实验评估疲劳相关行为；采用血清炎症、肝功能、肌损伤和激素指标以及肌肉、肝糖原和氧化应激指标评价生理状态；采用骨骼肌H&E染色观察组织形态；以16S rRNA测序分析粪便微生物群；以RNA-Seq和RT-qPCR分析腓肠肌转录变化。
一、Effects of Ergothioneine and NMN on body weight and organ weights of mice
研究首先考察体重和器官重量变化。结果显示，各组体重总体均上升，但过度训练组增重速度较慢。研究末期，过度训练组骨骼肌重量较对照组显著下降，而肝脏和脑重量未见明显差异。这一结果说明，过度训练主要与骨骼肌质量下降相关，为后续疲劳和肌肉损伤分析提供了形态学背景。
二、Ergothioneine and NMN improved fatigue-like behavior in overtrained mice
通过游泳力竭、握力和转棒实验，研究人员证实过度训练显著降低运动耐力和肌肉功能。与过度训练组相比，麦角硫因低、高剂量以及NMN均明显延长力竭游泳时间，提高握力。转棒实验中，仅高剂量麦角硫因使停留时间达到显著改善，提示麦角硫因具有明确的抗疲劳作用，且在部分指标上呈现剂量依赖趋势。
三、Ergothioneine and NMN attenuated reductions in locomotor activity in overtrained mice
在旷场实验中，过度训练组总移动距离、中央区移动距离和中央区停留时间下降；麦角硫因和NMN干预后，总移动距离和中央区移动距离增加，其中高剂量麦角硫因优于低剂量。高架十字迷宫结果显示，过度训练组开放臂进入次数和停留时间减少、闭合臂停留时间延长；麦角硫因和NMN可逆转上述变化。作者据此将其解释为过度训练导致自主活动降低，而麦角硫因可部分缓解这一变化。
四、Impact of ergothioneine and NMN on inflammatory and muscle injury markers in overtrained mice
血清生化结果表明，过度训练显著升高白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、血尿素氮（BUN）、肌酸激酶（CK）和肌酐（CRE）水平。麦角硫因和NMN显著降低IL-6、ALT、AST、BUN和CK，其中高剂量麦角硫因在降低BUN方面优于低剂量。同时，过度训练组睾酮/皮质醇（Testosterone/Cortisol）比值下降，而麦角硫因和NMN均可显著提高这一比值。结果说明，麦角硫因能够减轻过度训练相关炎症反应、组织损伤和分解代谢状态。
五、Effects of ergothioneine and NMN on glycogen and oxidative stress markers in mice
过度训练组肌糖原和肝糖原储备下降，提示能量底物耗竭；高剂量麦角硫因可显著提高肌糖原，但对肝糖原无显著影响。氧化应激方面，过度训练组超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，高剂量麦角硫因和NMN可降低丙二醛（MDA）水平，而低、高剂量麦角硫因和NMN均提高SOD活性，高剂量作用更强。该部分结果表明，麦角硫因可增强抗氧化防御并改善与疲劳相关的能量代谢状态。
六、Effects of ergothioneine and NMN on skeletal muscle morphology in mice
H&E染色显示，过度训练导致骨骼肌横切和纵切面均出现肌纤维间隙增大、肌原纤维排列疏松紊乱等病理改变。麦角硫因和NMN干预后，肌纤维排列更为整齐致密，肌纤维间隙缩小。由此可见，麦角硫因对过度训练引起的骨骼肌结构损伤具有保护作用。
七、Ergothioneine modulates gut microbiota composition in overtrained mice
16S rRNA测序显示，过度训练改变了肠道微生物群结构，主坐标分析（PCoA）和非度量多维尺度分析（NMDS）均表明菌群组成偏离对照组。麦角硫因补充后，菌群结构相对过度训练组发生重塑。在门水平，麦角硫因提高Verrucomicrobiota丰度，降低Proteobacteria和Campylobacterota丰度；在科水平，提高Akkermansiaceae，降低Erysipelotrichaceae；在属水平，提高Akkermansia和Muribaculum，降低Allobaculum。LEfSe分析进一步显示，过度训练组富集的差异菌群主要属于Firmicutes和Proteobacteria，而麦角硫因组富集菌群主要属于Cyanobacteria和Bacteroidota。该结果支持麦角硫因可纠正过度训练相关肠道菌群失衡。
八、Analysis of the relationship between gut microbiota and inflammatory factors, as well as oxidative stress indicators
Spearman相关性分析表明，Verrucomicrobiota、Akkermansiaceae、Akkermansia和Muribaculum与SOD呈显著正相关、与MDA呈显著负相关；Campylobacterota和Desulfobacterota_I与IL-1β、IL-6呈显著正相关；Erysipelotrichaceae等菌群与MDA正相关、与SOD负相关。该部分结果说明，麦角硫因所引起的菌群变化与炎症降低和氧化应激改善具有相关性，但论文将这种关系谨慎界定为相关而非直接因果。
九、Characterization of the mechanism of action of ergothioneine on exercise-induced fatigue by RNA-Seq analysis
为探讨分子机制，研究人员对对照组、过度训练组和高剂量麦角硫因组腓肠肌进行转录组测序。主成分分析（PCA）显示，过度训练可显著改变肌肉转录谱，而麦角硫因干预后整体表达模式趋于回归。差异表达分析发现，过度训练相较对照组存在284个差异表达基因（DEGs），而麦角硫因相较过度训练组存在256个DEGs，两组比较共有106个共同差异基因。聚类结果提示，麦角硫因可下调与脂质代谢、炎症信号和运动能力相关的疲劳相关基因表达。GO富集分析显示，这些共同差异基因主要涉及细胞过程、生物学调控、刺激应答和代谢过程等；KEGG富集分析则显示其主要聚集于过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路、脂肪细胞脂解调控通路、AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号通路和突触囊泡循环通路。
十、Effect of ergothioneine on the transcription of exercise-induced fatigue-related genes
RT-qPCR进一步验证了关键疲劳相关基因的转录变化。过度训练组中，干扰素调节因子4（Irf4）、磷酸二酯酶3b（Pde3b）、C-C基序趋化因子受体2（Ccr2）、Leptin、硬脂酰辅酶A去饱和酶1（Scd1）和昼夜节律调节因子2（Per2）mRNA水平均上调；麦角硫因干预后，这些基因转录水平均下降。该结果与转录组测序趋势一致，支持麦角硫因通过调控炎症、脂质代谢、糖原储备、肌肉恢复及节律相关基因参与抗疲劳过程。
讨论部分指出，过度训练所致疲劳是运动能力下降、氧化应激增强、炎症反应激活、能量代谢紊乱和肠道菌群失衡共同作用的结果。麦角硫因在该模型中提高游泳耐力、握力和部分协调能力指标，改善自主活动下降，降低IL-6、CK、BUN和MDA，提高SOD活性、睾酮/皮质醇比值以及肌糖原含量，并缓解骨骼肌组织损伤。结合既有研究，作者认为这些效应与其抗氧化、抗炎和线粒体功能调节特性相一致。转录组结果进一步提示，其作用可能与AMPK和PPAR等能量代谢及炎症调控通路有关。与此同时，麦角硫因可逆转部分不利菌群升高并增加有益菌丰度，且这些菌群变化与氧化应激和炎症指标改善相关，提示肠道微生物群调控可能是其抗疲劳机制的组成部分。论文同时强调，本研究的转录组和肠道菌群分析样本量较小，且缺乏蛋白水平验证和代谢组学支持，因此相关通路结论更应视为预测性线索。
研究结论部分可译为：麦角硫因能够增强运动耐力、减轻运动诱导性疲劳、降低部分血清炎症因子水平，并减少骨骼肌损伤标志物。麦角硫因补充与运动诱导性疲劳小鼠肠道微生物群组成变化相关。转录组富集分析提示，过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路、脂肪细胞脂解调控通路以及AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号通路可能参与其作用机制。
