Involvement of gut microbiome-derived monoamines in the induction mechanism of voluntary physical activity behavior

• Project/Area Number: 19K11612
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
• Research Institution: Ritsumeikan University (2020-2021); National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition (2019)
• Principal Investigator: Murakami Haruka 立命館大学, スポーツ健康科学部, 教授 (20344880)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 腸内細菌 / モノアミン / ドーパミン / 運動意欲 / 身体活動 / 腸内細菌叢 / 運動行動

Outline of Research at the Start

セロトニンやドーパミンなどの報償作用を持つモノアミンは、腸内細菌により産生され人の脳へ作用することが示唆されている。一方、脳内のセロトニンやドーパミンは、運動行動と関連すること報告されている。これらのことから、本研究は、腸内細菌により産生されたモノアミンが、日常の身体活動・運動行動に影響しているかを明らかにすることを目的に検討を行う。具体的には、現在進行している腸内細菌研究において血中モノアミン濃度を測定し、また身体活動・運動行動に対する意欲や運動習慣、日常身体活動を調査する。これにより腸内細菌叢－血中モノアミン濃度－身体活動・運動行動に対する意欲－身体活動・運動行動との関連を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to clarify the pathway of gut microbiome - blood monoamine - exercise motivation and behavior. One hundred eleven adults participated in this study. We evaluated the motivation to exercise using a questionnaire and the level of daily physical activity using an accelerometer. The composition of the gut microbiome and the blood dopamine concentration were also analyzed. Several gut bacteria, such as Bacteroides and Slackia, have been shown to be significantly associated with exercise motivation and daily physical activity level. Bacillus, which produces dopamine, significantly showed a positive correlation with exercise motivation, but no significant correlation with blood dopamine concentration. Although some gut microbiome have been associated with exercise motivation, further research for dopamine-mediated pathways is needed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

適切な身体活動量や運動の実施は、生活習慣病や認知症等の発症リスクを低下させることが報告されおり、一般的にも身体活動や運動の重要性は広く知られている。しかしながら、我々の身体活動は年々減少しており、その重要性は認知しているものの、それを“行動”として起こすことの困難さを示している。本研究のような運動の意欲や行動の誘発の基礎にある生体内メカニズムが明らかになることで、そのメカニズムに即したアプローチ方法への構築へとつながり、国民の身体活動増大や運動習慣の形成につながるものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Comprehensive analysis of gut microbiota of a healthy population and covariates affecting microbial variation in two large Japanese cohorts (2021)
  • Author(s): Park J, Kato K, Murakami H, Hosomi K, Tanisawa K, Nakagata T, Ohno H, Konishi K, Kawashima H, Chen YA, Mohsen A, Xiao JZ, Odamaki T, Kunisawa J, Mizuguchi K, Miyachi M
  • Journal Title: BMC Microbiol Volume: 21 Issue: 1 Pages: 151-151
  • DOI: 10.1186/s12866-021-02215-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of a 1-year intervention comprising brief counselling sessions and low-dose physical activity recommendations in Japanese adults, and retention of the effect at 2 years: a randomized trial (2021)
  • Author(s): Tripette J, Gando Y, Murakami H, Kawakami R, Tanisawa K, Ohno H, Konishi K, Tanimoto M, Tanaka N, Kawano H, Yamamoto K, Morishita A, Iemitsu M, Sanada K, Miyatake N, Miyachi M
  • Journal Title: BMC Sports Sci Med Rehabil Volume: 13 Issue: 1 Pages: 133-133
  • DOI: 10.1186/s13102-021-00360-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Accuracy of 12 Wearable Devices for Estimating Physical Activity Energy Expenditure Using a Metabolic Chamber and the Doubly Labeled Water Method: A Validation Study. (2019)
  • Author(s): Murakami H, Kawakami R, Nakae S, Yamada Y, Nakata Y, Ohkawara K, Sasai H, Ishikawa-Takata K, Tanaka S, Miyachi M.
  • Journal Title: JMIR mHealth and uHealth Volume: 7 Issue: 8 Pages: e13938-e13938
  • DOI: 10.2196/13938
  • NAID: 120007127814
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 日本人における身体活動量とコリバクチン産生菌の関連 (2022)
  • Author(s): 二宮友佳, 中潟崇, 南里妃名子, 大野治美, 谷澤薫平, 小西可奈, 村上晴香, 恒松雄太, 佐藤道大, 渡辺賢二, 宮地元彦
  • Organizer: 第23回日本健康支援学会年次学術大会
• [Presentation] A study of gut microbial variations associated with phenotypic metadata in a healthy Japanese population (2019)
  • Author(s): Park J, Chen Y-A, Mohsen A, Kawashima H, Hosomi K, Tanisawa K, Ohno H, Konishi K, Natsume-Kitatani Y, Murakami H, Miyachi M, Kunisawa J, Mizuguchi K.
  • Organizer: International Society For Computational Biology
  • Int'l Joint Research