研究背景

自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）主要表现为社会交往障碍、沟通受损及重复刻板行为。ASD的病理机制仍高度复杂，涉及中枢神经系统、免疫调控以及外周代谢等多个层级。目前，临床干预手段以行为训练和药物治疗为主，整体疗效有限，且缺乏明确的生物学靶点。越来越多的研究表明，ASD并非单纯的“大脑疾病”，肠道微生态失衡及其与中枢神经系统之间的双向调控在疾病发生发展中可能发挥重要作用。在此背景下，“肠道微生物-肠-脑轴”被提出作为理解ASD病理机制的重要理论框架。与此同时，运动干预被认为是一种安全、可行的非药物治疗策略，能够在一定程度上改善ASD相关行为，但运动如何通过生物学途径影响脑功能及行为表型，其机制仍缺乏系统阐释，尤其是肠道微生物在其中的介导作用尚不明确。

 

论文概要

近日，华南理工大学吴凯与广州体育学院侯晓晖联合在国际期刊BMC Microbiology发表研究论文，题为：“Gut microbiota mediates the beneficial effects of exercise on autism-like behaviors”。研究聚焦“运动-肠道微生物-行为表型”这一核心问题，系统评估了运动干预对自闭症样行为及其外周生物学特征的影响。结果表明，运动可重塑肠道微生物组成并伴随关键代谢物变化，这些改变与中枢神经递质状态及行为改善密切相关，提示运动通过调节肠道微生态在整体上缓解自闭症样行为。华南理工大学生物医学科学与工程学院吴凯教授与广州体育学院侯晓晖副校长为论文共同通讯作者，绍兴文理学院钟救根博士与华南理工大学博士生朱宝圆为共同第一作者。

 

结果分析

（1）运动干预改善自闭症样核心行为表型

研究系统评估了运动干预对自闭症样行为的影响。结果显示，规律运动干预后，模型动物的社会行为出现稳定改善：社会互动时间明显延长，对陌生个体的探索意愿增强，且对社会新奇刺激的反应能力得到一定程度恢复。这些变化共同表明，运动干预能够有效缓解自闭症模型中典型的社交回避和社会兴趣减弱表型。值得注意的是，这种改善并不伴随整体活动能力的同步增强，而更可能针对与社交功能相关的神经行为通路产生了选择性调节作用。

图1. 运动干预显著改善自闭症样核心行为表型

 

（2）运动显著重塑肠道微生物群组成与生态结构

在确认行为改善效应后，研究进一步分析了肠道微生物组的变化特征。结果发现，运动干预引发了肠道微生物群落结构的系统性重塑，其影响并不仅限于个别菌属的波动，而体现在整体生态结构的重新排列上。与自闭症模型组相比，运动干预组的肠道菌群组成明显偏离自闭症样模式，在群落结构空间中向对照状态发生“回拉”。尽管整体多样性指数变化有限，但菌群丰富度与群落构成比例的调整，提示自闭症样状态更多体现为生态结构失衡，而非简单的多样性下降。在具体菌群层面，运动干预显著增加了多种与代谢稳态和宿主健康密切相关的有益菌属，同时降低了在自闭症模型中异常富集的部分菌群。这些变化共同指向一个结论：肠道微生物并非被动响应运动刺激，而是运动干预产生系统性生物学效应的重要组成部分。

图2. 运动干预重塑自闭症模型的肠道微生物群结构

 

（3）肠道微生物功能改变指向神经调控相关代谢

在群落结构改变的基础上，研究进一步关注肠道微生物功能层面的潜在影响。结果显示，多条与神经调控、代谢稳态密切相关的神经递质、代谢物发生显著改变。其中，短链脂肪酸等关键代谢产物在自闭症模型中显著失衡，而运动干预能够在不同程度上恢复其水平，提示肠道代谢环境得到改善。与此同时，前额叶等脑区中多种与神经递质代谢相关的分子也出现了与运动干预相一致的调节趋势，整体状态更接近对照水平。这些发现表明，运动并非仅通过改变肠道菌群“组成”，而是通过调节微生物代谢功能，影响外周代谢信号与中枢神经化学环境之间的动态平衡，为理解运动如何跨系统调控脑功能提供了关键线索。

图3. 运动干预调节与神经功能相关的代谢特征

 

（4）因果验证：肠道微生物在运动效应中发挥关键介导作用

为了进一步验证肠道微生物在运动改善自闭症样行为中的因果作用，研究采用粪菌移植策略进行了直接检验。结果显示，来自运动干预个体的肠道菌群在移植至受体动物后，能够在一定程度上复制行为改善效应，表现为社会兴趣增强和社交行为恢复。相比之下，仅接受对照处理的受体动物并未出现类似变化，说明行为改善并非由操作过程本身引起，而依赖于特定的微生物生态输入。同时，受体动物的肠道菌群结构及代谢特征也随之发生调整，呈现出向运动干预状态靠拢的趋势。这一系列结果从因果层面证实，肠道微生物在运动干预与行为改善之间并非简单相关，而是发挥了实质性的介导作用，为运动作为非药物干预策略在自闭症相关研究中的应用提供了生物学依据。

图4. 肠道微生物介导运动改善自闭症样行为的因果证据

 

结论与讨论

本研究从行为表型、肠道微生物结构与代谢到因果机制验证等多个层级，系统揭示了运动改善自闭症样行为的生物学基础。研究结果表明，运动的有益效应并非仅通过中枢神经系统直接实现，而是涉及肠道微生态在内的跨系统协同调控过程。该研究不仅为理解运动干预在ASD中的作用机制提供了新的科学证据，也为基于肠道微生物调控的非药物干预策略提供了重要理论支持。

 

作者介绍

通讯作者简介：侯晓晖，医学博士，三级教授，博士生导师，广州体育学院副校长。长期从事运动医学、运动康复与适应体育相关研究，重点关注运动干预在神经发育障碍、慢性疾病及康复医学中的应用机制。主持国家社科基金、广东省科技计划及多项省部级与国际合作项目，发表学术论文30余篇，主编或参编教材与专著10部。现任中国康复医学会体育保健专业委员会常委、中国体育科学学会运动医学分会委员、广东省康复医学会体育与运动康复分会会长。

通讯作者简介：吴凯，华南理工大学生物医学科学与工程学院教授、博士生导师，国家重点研发计划首席科学家，广东省杰出青年基金获得者。长期聚焦精神神经疾病的脑功能网络损伤机制及其与微生态系统的交互关系，主持国家重点研发计划、国家自然科学基金及广东省重点项目等科研课题20余项，以通讯作者身份在PNAS、Advanced Science、Research、Journal of Translational medicine及NeuroImage等国际高水平期刊发表论文160余篇。

第一作者简介：钟救根，博士，绍兴文理学院康复医学系专任教师。主要从事运动与脑健康、特殊人群运动康复相关研究，重点关注运动干预在自闭症等神经发育障碍中的肠–脑轴机制。主讲《神经康复学》《运动控制与学习》等课程。近年来以第一作者或共同第一作者发表多篇论文。参与多项国家及省部级科研项目，研究内容涵盖运动调控肠道微生物、神经递质与神经炎症机制。

第一作者简介：朱宝圆，华南理工大学材料科学与工程学院博士研究生。主要研究方向为精神疾病相关的人体健康微生态。

 

课题组前期相关论文：

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