張娜娜，潘 飛，欒 哲，楊云生

1 解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 100853；2 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 消化內(nèi)科 全軍消化內(nèi)科研究所 ，北京100853

隨著現(xiàn)代醫(yī)療及生活水平的提高，人群壽命延長，預(yù)計(jì)到2050年全世界65歲及以上人口達(dá)16億，80歲及以上人口達(dá)4.37億[1]。增齡過程中伴隨的多種年齡相關(guān)疾病影響衰老人群生活質(zhì)量，也給國家和社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。如何降低衰老過程中共患病發(fā)生率、促進(jìn)長壽成為目前的研究重點(diǎn)。長壽反映了機(jī)體在衰老過程中維持生命所必需的平衡狀態(tài)的能力，是遺傳、環(huán)境及隨機(jī)化因素等共同作用的結(jié)果，后兩者是影響壽命、引起慢性病的更為重要的因素，主要包括飲食、運(yùn)動(dòng)、微生態(tài)、空氣、職業(yè)和心理等。長壽人群是研究中重要的樣本來源，但目前缺乏對長壽的遺傳學(xué)或人口統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)準(zhǔn)確定義，我國研究普遍將80歲以上人群納入長壽人群組[2]。腸道微生態(tài)在代謝疾病、心血管疾病、神經(jīng)變性疾病及免疫方面起著重要作用。本文通過對現(xiàn)有的腸道微生態(tài)與長壽相關(guān)性研究歸納總結(jié)，對長壽的潛在微生態(tài)機(jī)制進(jìn)行介紹。此外，目前已有通過干預(yù)腸道微生態(tài)促進(jìn)長壽的動(dòng)物研究報(bào)道[3]。本文將進(jìn)行簡要描述以期對長壽與腸道微生態(tài)的相互關(guān)系做出闡釋，促進(jìn)腸道微生態(tài)與長壽的進(jìn)一步研究。

1 長壽人群中腸道微生態(tài)變化

機(jī)體從出生開始即暴露于微生物世界。有研究表明，嬰兒在出生時(shí)即開始腸道微生物定植，生產(chǎn)方式及后續(xù)的喂養(yǎng)方式均會(huì)影響定植菌群種類，且2～3歲腸道微生態(tài)即與成年人腸道微生態(tài)相似，并在很長一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，中年期再發(fā)生變化[4]。Vaiserman等[5]的研究提出，腸道微生物的早期定植可影響宿主與細(xì)菌的共生相互作用，進(jìn)一步影響以后疾病的發(fā)生。Cryan等[6]研究報(bào)道，個(gè)人從出生到衰老，經(jīng)過嬰兒期、兒童期、青春期及成年期，在整個(gè)生命周期過程中微生物多樣性的變化伴隨著神經(jīng)發(fā)育的典型變化，提示了特定的生命階段發(fā)生著特定的神經(jīng)變化過程。

長壽人群自身的腸道微生態(tài)呈現(xiàn)出與一般人群相獨(dú)立的特征，我們前期對海南百歲老人的隊(duì)列研究描述了百歲老人死亡前0～6個(gè)月和死亡前7～17個(gè)月的腸道微生態(tài)變化，對其進(jìn)行了宏基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)嗜黏蛋白-艾克曼菌(Akkermansia muciniphila)等8種菌種在死亡前0～6個(gè)月明顯減少，而長鏈雙歧桿菌(Bifidobacterium longum)和布氏瘤胃球菌(Ruminococcus bromii)則明顯增加[7]。Biagi等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，隨年齡增加，毛螺菌科(Lachnospiraceae)和瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)減少，而顫螺菌科(Oscillospira)增加，且105歲以上人群的Akkermansia菌及Christensenellaceae菌豐度顯著增加?；讦?多樣性升高有助于維持腸道微生態(tài)動(dòng)態(tài)平衡及受干擾狀態(tài)下快速恢復(fù)的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)百歲老人的α-多樣性要高于衰老人群，但仍無定論。Biagi等[3]比較了39名99～109歲人群與15名22～48歲人群，發(fā)現(xiàn)前者α-多樣性增加。Kong等[8-9]比較了67名90～102歲人群與47名24～64歲人群，與Biagi的結(jié)論一致。有研究比較了70～82歲間的健康衰老與非健康衰老人群，發(fā)現(xiàn)健康衰老人群唾液微生物組α-多樣性增加[10]。但Odamaki[11]等研究了367名0～104歲人群，發(fā)現(xiàn)百歲老人人群的α-多樣性下降。此外，Aleman和Valenzano[12]還發(fā)現(xiàn)，增齡過程中伴隨著菌群多樣性的減少，且這種減少與腸道細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成變化相匹配，推測此種變化可能與種間及種內(nèi)細(xì)菌相互競爭引起部分菌種成為優(yōu)勢菌種及病原菌株出現(xiàn)，從而引起年齡相關(guān)的宿主功能下降有關(guān)。這些研究提示，長壽人群腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)有其特點(diǎn)，但研究樣本有限，且人群相關(guān)研究的影響因子眾多，如人種差異、性別、藥物、飲食、有無共患病、環(huán)境因素及生活狀態(tài)等[13]。因此，長壽人群的標(biāo)志性菌群變化仍需要進(jìn)一步研究確定。

2 腸道微生態(tài)影響長壽的相關(guān)機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)超過100歲的長壽人群其腸道微生態(tài)發(fā)生了更深遠(yuǎn)的、適應(yīng)性的重塑。年輕人群相關(guān)的優(yōu)勢菌群如擬桿菌門在百歲老人中豐度下降，大量的新腸道微生態(tài)構(gòu)成成分，包括病原體(變形菌門等)及外來菌群被獲得[14]。此外，百歲老人的腸道微生態(tài)多樣性更高，這與增齡過程中多樣性下降的變化不一致。提示超過一定的年齡后，腸道微生態(tài)的變化很可能是促進(jìn)長壽的關(guān)鍵要素。此外腸道微生態(tài)與免疫、代謝、內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)均有密切的聯(lián)系，腸腦軸、腸肝軸、腸肺軸、腸腎軸等腸道微生態(tài)-器官軸揭示了腸道微生態(tài)與阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)等多種疾病間相互關(guān)系的潛在機(jī)制，為腸道微生態(tài)與長壽相關(guān)性的研究提供基礎(chǔ)。

短鏈脂肪酸是腸道微生物代謝膳食纖維產(chǎn)生的，可通過局部作用于腸道或發(fā)揮其內(nèi)分泌特性作用于肝臟、脂肪組織、腦及肌肉[15-17]，從而調(diào)節(jié)機(jī)體能量、葡萄糖和脂質(zhì)的代謝，影響機(jī)體健康。腸道微生物可代謝氨基酸產(chǎn)生氨基酸衍生物或神經(jīng)遞質(zhì)，進(jìn)一步影響代謝及胃腸道生理，同時(shí)神經(jīng)遞質(zhì)將大腦與腸神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，對認(rèn)知和行為產(chǎn)生影響[17]。

膽汁酸由肝代謝膽固醇產(chǎn)生，在腸道內(nèi)經(jīng)腸道微生物代謝降解，參與機(jī)體多種代謝通路的調(diào)節(jié)，還可通過直接或間接激活小腸內(nèi)固有免疫作用于腸道微生物，影響其構(gòu)成[18]。Parséus等[19]發(fā)現(xiàn)腸道微生物通過膽汁酸核受體(FXR)信號(hào)通路促進(jìn)脂肪組織炎癥反應(yīng)、增加肝脂肪攝入，促進(jìn)了飲食誘導(dǎo)的肥胖。Bárcena等[20]通過研究移植腸道微生態(tài)制品后壽命延長的早衰小鼠，發(fā)現(xiàn)其膽汁酸含量升高，推測膽汁酸在通過腸道微生態(tài)制品延長壽命的過程中起著一定的作用。Viltard等[21]通過比較長壽小鼠及野生型小鼠的代謝組學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)了長壽小鼠十二烷二酸、亞精胺、鵝去氧膽酸、脫氧膽酸、熊去氧膽酸等代謝物增加，十二烷二酸可增加二型糖尿病患者的血糖控制水平，延緩其肌力下降，通過補(bǔ)充亞精胺可延長小鼠壽命。提示代謝產(chǎn)物可能是長壽的重要因素之一，具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

線粒體是體內(nèi)參與供能的最重要細(xì)胞器，而且參與細(xì)胞凋亡、胞質(zhì)鈣調(diào)節(jié)及活性氧介導(dǎo)的信號(hào)通路。其功能失調(diào)伴隨著組織和器官功能下降，這也是衰老進(jìn)程的一個(gè)重要特征，針對線粒體的干預(yù)可能會(huì)影響健康及壽命。核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是一種氧化還原調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，與線粒體生物合成、線粒體自噬及線粒體完整性相關(guān)。針對AD小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，其腦內(nèi)存在Nrf2-ARE信號(hào)通路失衡，暗示了線粒體與AD的相關(guān)性[22]。與此同時(shí)，F(xiàn)ang等[23]發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)線粒體自噬可改善AD模型小鼠認(rèn)知，抑制神經(jīng)炎癥。AD作為目前引起認(rèn)知功能下降最主要的疾病，影響著人類的壽命，進(jìn)一步暗示了線粒體在健康衰老方面所起的作用。而Wang和Wu[24]的研究表明其來源于立克次體，提示線粒體可能參與了通過腸道微生態(tài)延長壽命的作用機(jī)制。

3 腸道微生態(tài)為靶向的長壽干預(yù)研究

研究發(fā)現(xiàn)，將衰老小鼠的腸道微生態(tài)移植給成年小鼠，可引起成年小鼠表現(xiàn)出肥胖表型[25]，促進(jìn)炎性反應(yīng)發(fā)生[26]，損害空間記憶和學(xué)習(xí)能力[27]，使成年小鼠出現(xiàn)衰老表型，提示腸道微生態(tài)隨著衰老進(jìn)程發(fā)生著相應(yīng)的適應(yīng)性變化及通過改變腸道微生態(tài)來延長壽命的可能性。目前針對腸道微生態(tài)干預(yù)影響壽命的研究仍以動(dòng)物研究為主。Obata等[28]發(fā)現(xiàn)將果蠅于生命早期瞬時(shí)暴露于低劑量氧化劑，可減少其體內(nèi)醋桿菌科細(xì)菌數(shù)量，重塑果蠅腸道菌群，最終延長果蠅壽命，且此種變化并非是氧化劑暴露引起的線粒體病所造成。他們還發(fā)現(xiàn)醋桿菌科細(xì)菌可促進(jìn)年齡相關(guān)的腸道功能失調(diào)，縮短生命。Smith等[29]將年輕非洲綠松石鳉的腸道微生物移植給中年非洲綠松石鳉，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，移植組的壽命延長，行為下降出現(xiàn)時(shí)間延遲，且腸道菌群與年輕非洲綠松石鳉更相似。Stebegg等[30]將3月齡小鼠糞菌移植給21月齡小鼠，強(qiáng)化了后者的腸派氏淋巴結(jié)中生發(fā)中心的反應(yīng)，從而改善了其腸免疫功能。Bárcena等[20]將年幼小鼠的糞菌移植給衰老小鼠，發(fā)現(xiàn)與未移植組相比，移植組的衰老小鼠的中位生存期延長13.5%，最大生存期延長9%。他們還單純給衰老小鼠補(bǔ)充Akkermansia菌，并與未補(bǔ)充組比較，發(fā)現(xiàn)前者壽命延長，因Akkermansia菌與體內(nèi)次級膽汁酸水平相關(guān)，因此推測膽汁酸可能與腸道微生態(tài)相互作用，與壽命延長有相關(guān)性。Kundu等[31]將24月齡C57BL/6小鼠的糞菌移植給5～6周齡無菌的C57小鼠，發(fā)現(xiàn)后者海馬組織出現(xiàn)了新生神經(jīng)元的增生，腸道長度延長，宏基因組學(xué)分析還發(fā)現(xiàn)其腸道內(nèi)產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌富集度升高，這種升高與成纖維細(xì)胞生長因子21增加有關(guān)，而成纖維細(xì)胞生長因子21是一種重要的延長壽命的因子，提示老齡小鼠糞菌移植對年輕敏感小鼠的有益作用。還有一些研究通過給老年人群補(bǔ)充益生菌，發(fā)現(xiàn)其具有改善認(rèn)知作用。Chung等[32]給60～75歲健康老年人補(bǔ)充牛奶發(fā)酵得到的瑞士乳桿菌IDCC3801，持續(xù)12周，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知功能改善?？防锵拗?caloric restriction，CR)是一種通過限制熱量攝入來調(diào)節(jié)健康的方式。通過CR可刺激棕色脂肪組織發(fā)育，延長壽命。Fabbiano等[33]的研究表明這種作用可能與腸道微生態(tài)相關(guān)，他們發(fā)現(xiàn)卡路里限制引起腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)及功能改變，抑制LPS-TLR4信號(hào)通路，提高葡萄糖控制水平，增加胰島素敏感度，促進(jìn)2型免疫反應(yīng)，最終引起脂肪組織棕色化，改善機(jī)體代謝水平。這些干預(yù)及機(jī)制的研究仍處在初步探索階段，對特征性菌種的鑒定及其功能機(jī)制和相關(guān)代謝物的探索仍匱乏，需后續(xù)研究進(jìn)一步揭示。

4 結(jié)語

長壽是多種因素綜合作用的結(jié)果，受遺傳與后天多種因素的影響。針對同卵雙胞胎的研究發(fā)現(xiàn)，其腸道微生態(tài)的相似性要高于不相關(guān)人群。這揭示了宿主遺傳基因?qū)ξ⑸飿?gòu)成的影響，其中與體質(zhì)量指數(shù)相關(guān)的Christensenellaceae菌受遺傳的影響最大，提示遺傳構(gòu)成通過影響腸道微生物調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝平衡的可能性[34]。同時(shí)，飲食及環(huán)境也影響著腸道微生態(tài)。Fontana和Partridge[35]指出，限制部分氨基酸攝入，增加纖維素?cái)z入，可改變腸道微生物來源的代謝物，從而抑制炎癥反應(yīng)，促進(jìn)免疫耐受，進(jìn)一步影響健康壽命，促進(jìn)長壽。與此同時(shí)，長壽人群具有地區(qū)聚集性和家族聚集性，提示飲食和環(huán)境的重要作用。腸道微生態(tài)作為長壽干預(yù)的重要靶點(diǎn)有著巨大的潛在意義，需要開展多中心、多人群、時(shí)間更長、樣本量更大的觀察隨訪和隨機(jī)對照研究，尋找整個(gè)生命周期過程中腸道微生態(tài)發(fā)生變化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步應(yīng)用微流控、培養(yǎng)組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等尖端技術(shù)探索引起衰老的腸道微生態(tài)相關(guān)的生物標(biāo)志物，為促進(jìn)健康衰老及長壽提供靶點(diǎn)和研究方向。