最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，研究人员利用深度鸟枪法宏基因组测序技术，调查了新加坡老年人肠道微生物组的功能，揭示了其在老龄化过程中的重要作用。
背景
亚洲慢性老龄化相关疾病发病率的上升归因于快速的人口结构变化。缺乏高质量的体内数据使得难以理解肠道微生物变量在健康老龄化中的复杂作用。因此，迫切需要找到适合亚洲文化的促进健康老龄化的饮食、营养和药物疗法。
多项研究发现了肠道微生物群与年龄之间的关联，存在不同的性别和年龄轨迹。健康的衰老和虚弱指数与肠道微生物群状态有关，组成多样性可能是健康老龄化的生物标志物。然而，队列规模和年龄范围限制了使用鸟枪法宏基因组学定义老年人肠道微生物组的努力。
研究概况
在这项研究中，研究人员调查了新加坡社区居住的八十多岁老人的肠道微生物组在物种水平上的变化。
研究数据集包括SG90（234名77至97岁的个体）、SPMP（109名53至74岁的个体）、2型糖尿病研究（171名21至70岁的个体）和CPE（82名21至80岁的个体）。参与者提供了血液样本，用于检测空腹血糖、甘油三酯、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）、总胆固醇、高敏C反应蛋白（hs-CRP）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和维生素B12水平。
他们的粪便样本进行了鸟枪法宏基因组测序，以揭示高分辨率的物种水平分类谱型。研究人员使用年龄组作为协变量校正了这些谱型的批次效应。他们从粪便样本中提取脱氧核糖核酸（DNA），进行富集聚合酶链式反应（PCR）。
研究人员进行了联合物种水平分析，量化了基因表达和途径丰度。代谢途径分析指出了四种主要的丁酸盐生产途径。团队还进行了功能和微生物多样性分析。他们将肠道微生物与心脏代谢健康、肝脏健康和炎症的主要标志物联系起来，以确定与健康老龄化相关的其他肠道微生物功能。
“健康老龄化”是指在成长过程中保持身体、心理和社会福祉的过程。它意味着减少与年龄相关的疾病和残疾，保持独立性，并继续积极参与生活。这一概念涉及维持高质量的生活，保持身体活动，并通过生活方式、饮食和医疗护理管理健康风险。研究经常关注识别可以促进长寿和减少慢性病发生率的因素，如肠道健康。
研究人员给C57BL6/J小鼠补充了4%的钙α-酮戊二酸（AKG），并在三个月后分析了它们的粪便鸟枪法宏基因组序列。代谢网络分析得出了关于肠道微生物的代谢支持指数（MSI）值。HMP统一代谢分析网络（HUMAnN2）使用京都基因与基因组百科全书（KEGG）作为参考，确定了肠道宏基因组中微生物途径的相对丰度。
广义线性模型（GLM）和逻辑回归结合置换多变量方差分析（PERMANOVA）识别了与年龄和临床表型相关的肠道微生物。为了评估研究结果的可重复性，研究人员在六个额外的西方和亚洲来源的队列中确定了微生物关联。他们使用累积和缩放（CSS）、总和缩放（TSS）和关联分析技术对数据进行了标准化。
结果
研究发现，随着年龄的增长，肠道微生物组发生了特定的变化，表现为微生物丰富度、厚壁菌门和副梭菌属数量的减少。相反，老化增加了β多样性，以及阿西多米诺科凯科属、木聚糖分解拟杆菌和沙氏艾利斯特氏菌的数量。这些变化表明，老年人的代谢途径可能扩展到使用氨基酸（如L-赖氨酸）作为前体，而不是通过丙酮酸到丁酸的生产途径。高龄减少了丁酸盐生产至关重要的罗斯拜里亚菌和普拉梭菌的数量。
将这些发现扩展到主要临床参数，研究人员发现了超过十种与炎症、心血管代谢和肝功能相关的稳健关系。这些包括致病菌如肺炎克雷伯菌和潜在益生菌如戈德斯坦氏副拟杆菌。研究结果强调了微生物组作为健康老龄化指标的重要性。
年轻人群体内的糖代谢途径更为发达，而单糖、二糖和多糖分解在老年人中更为发达。健康的90岁以上人群中，微生物糖酵解途径更为普遍。年轻人倾向于拥有更多的微生物脂质代谢途径，而老年人则有更多的氨基酸代谢途径。
膳食AKG补充剂在老年小鼠中增强了寿命，减轻了炎症，并降低了虚弱指标。AKG补充小鼠的粪便样本鸟枪法宏基因组序列显示，在健康的老年小鼠中，丁酸合成途径有类似的增加。将赖氨酸转化为丁酸的途径显示出最高的富集。升高的hs-CRP水平与大肠杆菌和链球菌属有关，这两种细菌都与类风湿性关节炎有关，后者通常在中年时发展。
结论
该研究展示了与老龄化相关的微生物丰富度和功能群落的变化，特别是在老年的亚洲人肠道中。拟杆菌属物种是最主要的贡献者。研究人员发现了肠道微生物与临床标志物和老龄化相关症状之间强烈的物种水平相关性。物种丰富度随年龄下降，但在极端年龄范围内β多样性增加。
丰富度和独特性趋势在不同队列之间的差异需要进一步的研究，可能需要使用一致的数据集和长读测序。发现的关系可以用作健康老龄化的生物标志物，以及识别那些患老龄化相关疾病风险较高的个体。
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