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衰老通常伴随着心血管、神经和免疫系统等一系列疾病的风险增加。

虽然在理解微生物组导致与衰老相关的个别疾病的细胞和分子机制方面取得了显著进展，我们在之前的文章也有这方面的阐述：

肠道微生物群与健康长寿

肠道微生物群的老化及其对宿主免疫力的影响

但微生物组对衰老过程的实际影响或操纵微生物组促进健康衰老的潜力仍不清楚。

这方面的研究因许多导致衰老和年龄相关表型的人口统计学因素而变得更加复杂。在世界各地几乎所有的人口中，女性的寿命都显著高于男性，世界卫生组织的大多数常见的与年龄相关的死亡原因都是性二型的，导致这些性二型表型的机制仍然知之甚少。

研究表明，人类微生物组在衰老个体中发生了改变，微生物组影响了模式生物的寿命。

本文重点介绍了最近在人类和模式生物中进行的研究，这些研究表明微生物组与多种年龄相关疾病有关，重点关注癌症、肥胖、2型糖尿病和帕金森氏病。同时解释了为什么性别是理解微生物组如何塑造衰老的关键差距。这些讨论共同强调了微生物组在整个生命周期中的广泛影响，以及在这一跨学科领域快速展开新发现的潜力。

01
微生物组与衰老

通过微生物组预测年龄

人类微生物组与年龄之间的总体关联足够强，因此可以通过微生物组精确预测生物年龄。

在生命早期就证明了这一概念，在营养不良的情况下，在健康个体中建立的“微生物群成熟度指数”被推迟了。

最近，机器学习工具能够根据远端肠道宏基因组数据准确预测成年人的年龄，平均绝对误差为6至8岁。

其他部位菌群也与年龄相关

在其他身体部位发现的微生物群的组成也与年龄有关，包括皮肤和口腔在内。皮肤微生物群甚至在尸体解剖后被用于确定尸体的年龄，强调与人类微生物群的时间关系涵盖了整个生命周期以及生命周期结束后。

在法医学中有应用前景

这一领域的持续进展对法医学有着明确的影响，有助于采用新的方法来识别嫌疑人，甚至可能识别他们的年龄。微生物组特征也与老年人的生存有关，这进一步强调了了解微生物组如何在衰老中改变的重要性。

对百岁老人的研究促进健康衰老

对百岁老人（100岁以上的人）的研究为可能促进健康衰老的微生物组成分提供了有价值的见解。

健康的百岁老人和虚弱的老人

doi.org/10.1371/journal.pbio.3002087

百岁老人比年轻人表现出更高的细菌多样性，且Alistipes、Parabacteroides、Clostridium等丰度较高。

与这些分类变化一致的是，百岁老人体内也富含多种微生物代谢产物，包括肠道细菌产生的抗炎胆汁酸。

需要进行后续研究，测试特定细菌种类、基因和代谢产物在促进健康衰老中的因果作用；然而，这些数据清楚地表明，处于寿命极端的个体拥有独特的微生物类群和代谢最终产物。

虚弱老年人：肠道菌群多样性低，皮肤菌群中多种潜在的致病菌

虚弱也与人类肠道微生物组的个体间差异有关（图1）。经过年龄调整后，与不太虚弱的个体相比，虚弱的老年个体肠道细菌多样性降低。

对居住在社区和护理机构的老年人的纵向分析揭示了与虚弱相关的皮肤、口腔和肠道微生物群的差异。

在虚弱的老年人的皮肤上观察到多种潜在致病细菌，以及大量抗生素耐药性基因。与百岁老人一样，微生物群在导致虚弱中的因果作用仍有待确定，特别是考虑到许多可能解释人类微生物群中这些与虚弱相关的差异的混杂因素。

什么因素影响老年微生物组变化？

年龄与生活方式的多个方面和宿主生物学的变化有关，这些变化可以解释人类微生物群中观察到的许多或所有差异。

衰老伴随着宿主免疫受损，这可能导致以前被免疫系统控制的微生物的扩张，这可能解释了虚弱的老年人中潜在细菌病原体的富集。

饮食也是一个明显的混淆因素，因为疗养院居民更受限制的饮食可能是一些老年人肠道微生物群变化的关键驱动因素。

肠道运动通常也会随着年龄的增长而减慢，这可能会对肠道微生物群产生下游影响。

最后，老龄化健康的社会决定因素，如独居、住院护理的可能性增加、行动不便和人际关系的丧失，都可能影响微生物组。

考虑到可能起作用的众多因素，最近的一项研究采取了一种更为综合的方法，证明了肠道微生物组与整体生活史之间的联系，其中包括有关药物、体育活动、饮食和血液标志物的信息。因此，微生物组随年龄的变化似乎是由许多宿主和环境因素的净影响驱动的。

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这些结果强调，人类微生物组是衰老过程中一个重要但研究不足的方面。鉴于这种微生物生态系统的复杂性，解开因果关系在人类中是难以解决的，这推动了我们在下一节中讨论的模式生物的新兴工作。

02
微生物组影响模型生物的寿命

▼ 无菌模式生物研究

对无菌模式生物的研究，为微生物组在决定宿主寿命方面的因果作用提供了有力的支持，包括对蠕虫、苍蝇、鱼和小鼠的研究。

综合考虑，以下讨论的研究结果表明，人类微生物组在寿命中也起着因果作用；然而，将与衰老相关的人类微生物组的特定方面直接“反向翻译”为这些模式生物仍有待探索。

生命早期接触微生物组有利于延长寿命

跨多个模型系统的研究表明，在早期接触微生物组有利于延长寿命。这在斑马鱼中最为显著，由于表皮退化表型，可能是由于营养不足，斑马鱼在无菌条件下无法成熟。同样，胚胎发育过程中的细菌定植延长了黑腹果蝇的寿命。

然而，以上结果与来自无菌秀丽隐杆线虫、无菌小鼠和无菌大鼠的数据相冲突，这些动物的寿命都比传统饲养的对照动物更长。因此，微生物在生命早期定植的潜在好处可能会被生命后期的有害影响所抵消。

微生物组可能缩短老年动物的寿命

在秀丽隐杆线虫中，大肠杆菌的胃肠道积累会导致与年龄相关的死亡。将无菌条件下的无菌果蝇去除后，成年果蝇的寿命会缩短。

最近，人们用非洲绿松石溪鱼研究了微生物组对衰老动物的有害影响。使用抗生素治疗的中年鱼（9.5周龄）比未经治疗的鱼活得更长，这表明微生物群会损害老年鱼的寿命。

值得注意的是，6周大的溪鱼的胃肠道微生物群显著延长了中年溪鱼群体的寿命。

▼ 哺乳动物研究

基于微生物组的干预措施延长寿命

这些发现也与哺乳动物有关。在2种早衰症小鼠模型中的研究，支持了基于微生物组的干预措施延长寿命的潜力。

早衰小鼠的肠道微生物群发生了改变，包括了Lmna^G609G/G609G模型中的Akkermansia muciniphila的显著减少，该模型含有导致最常见的人类早衰综合征的核膜层粘连蛋白A/C点突变。

正如在鳉鱼中一样，野生型小鼠的粪便微生物群移植（FMT）显著增加了转基因过早衰老受体小鼠的寿命。

人类肠道微生物群的常见菌群疣微菌属(Verrucomicrobium) A.muciniphila足以延长小鼠的寿命。

这些结果为确定微生物群依赖性寿命变化的细胞和分子机制迈出了重要一步，也是将这些结果潜在地转化为人类的重要一步。

▼ 作用机制

微生物增加膳食营养素的消化吸收

多种模式生物的研究结果支持的一种机制是，微生物组可能通过增加膳食营养素的可利用性来缩短寿命。因此，微生物组的差异可能会抵消甚至加剧热量限制的影响，从而延长多种物种的寿命。

简言之，微生物组对植物多糖的消化、脂质的吸收和氨基酸的吸收至关重要。关于肠道微生物组在营养中作用的我们也有多篇文章提及：

肠道微生物在天然产物生物转化中的潜在作用

如何调节肠道菌群？常见天然物质、益生菌、益生元的介绍

掌握饮食健康：了解你的宏量营养素摄入

微生物定植激活多种被抑制途径，从而延长寿命

微生物定植还可以激活被热量限制抑制的多种途径（延长寿命），包括胰岛素样生长因子1和AMP活化蛋白激酶。值得注意的是，与传统饲养的对照动物小鼠相比，当热量受到限制时，无菌小鼠失去了寿命优势。

此外，最近对人类和小鼠模型的研究表明，热量限制会以促进减肥的方式扰乱人类肠道微生物组。大量数据也表明微生物组与营养不良有关。

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需要做更多的工作来解开饮食和微生物组之间的这些复杂相互作用，以及它们对宿主健康和寿命的长期影响。

03
微生物组和年龄相关疾病

从前面了解的内容我们可以看到，微生物组可以通过影响疾病的风险和治疗来影响寿命。

最近的研究支持宿主年龄导致疾病相关微生物组和健康个体微生物组之间的差异。

鉴于涵盖多个疾病领域的大量文献，我们选择将以下部分重点放在3个年龄相关疾病领域：

• 癌症
• 代谢性疾病（肥胖和2型糖尿病）
• 帕金森病

这里讨论的研究强调了将机制和转化微生物组研究配对的潜力，以及这些方法对其他年龄相关疾病的可推广性。

研究人员认为，所有这些途径的净效应通过决定疾病的风险和治疗来决定寿命。

微生物组与3种不同的年龄相关疾病有关的一些机制

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04
微生物组影响癌症风险和治疗结果

癌症与年龄有关：

20岁以下：每10万人中有25例以下

45至49岁：每10万人为350例

60岁及以上：每10万人中有1000例以上

大多数癌症类型，包括乳腺癌、前列腺癌和结肠直肠癌，都遵循这一趋势。

▼
肠道菌群在癌症风险中的因果作用

单个物种的影响：具核梭杆菌

最近，将结直肠癌肿瘤与邻近的非恶性粘膜进行比较，发现具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)显著富集。

具核梭杆菌在结肠癌中因果作用的证据来自小鼠，在小鼠中，这种细菌激活信号通路，促进髓样细胞浸润，并表达促炎和致癌基因。

整体微生物组：评估疾病状态

除了具核梭杆菌等单个物种外，整个微生物组都可以作为疾病状态的有价值的生物标志物。使用肠道微生物组数据作为筛查工具可将结直肠腺瘤预测成功率提高50倍以上。

肠道微生物组也与其他器官中发现的癌症有关，包括肝脏、前列腺和乳腺。

扩展阅读：

深度解析 | 肠道菌群与慢性肝病，肝癌

肠-肝轴：宿主-微生物群相互作用影响肝癌发生

新冠肺炎和乳腺癌：与肠道菌群有关？

此外，全身发现的肿瘤通常含有可检测的微生物，包括细菌和真菌，这表明微生物组可能对肿瘤进展具有局部和全身影响。

▼
肠道菌群在癌症治疗结果方面的广泛作用

改变免疫力

癌症化疗和免疫治疗工作强调了微生物组在塑造癌症治疗结果中的广泛作用。从对免疫疗法反应良好的黑色素瘤患者通过粪菌移植到其他患者之后，一部分受试者的肿瘤大小减小。这些研究强调了肠道微生物组的变化如何改变宿主免疫力，从而改变对免疫检查点阻断的反应性。

代谢抗癌药物

除了免疫相互作用外，微生物组还可以通过将抗癌药物代谢为下游代谢产物，使其活性增加或降低，从而直接影响抗癌药物。

选择性抑制重新激活抗癌药物伊立替康（β-葡萄糖醛酸酶）的细菌酶可以挽救胃肠道毒性，而细菌前TA操纵子的高水平表达会干扰卡培他滨（抗癌药物5-氟尿嘧啶的口服形式）的疗效。

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在了解微生物组如何影响癌症风险、治疗和生存方面取得的持续进展，对解决这一影响全球人口老龄化的毁灭性疾病具有深远的意义。

05
宿主代谢和微生物组之间的相互作用

代谢性疾病的常见医疗干预措施对肠道菌群有深远的影响

肥胖和2型糖尿病都与年龄有关，并且与微生物组有着广泛的联系。在人类中，由于糖尿病药物二甲双胍、胃旁路手术和减肥饮食的混杂影响，与这些疾病的一致微生物组相关性一直难以实现。

扩展阅读：

体重增长：目前为止我们所知道的一切（更新你的减肥工具箱）

种族之间的差异也可能起到一定作用，例如，在美国的一个队列中，在东亚个体中没有检测到与肥胖相关的白人肠道微生物群差异。

总之，这些结果强调，旨在改善代谢性疾病的常见医疗干预措施对肠道微生物组有着深远的影响，而肠道微生物组也可能与衰老过程有关。此外，所涉及的特定微生物物种、基因和途径可能因个体和队列而异，这促使人们努力实现基于微生物组的精准营养和医学。

微生物组可以通过多种途径影响与肥胖和2型糖尿病相关的表型

如上所述，微生物组可以通过帮助消化饮食中其他无法获得的成分来促进热量摄入，这与最近在人类中的数据一致。该数据显示，抗生素万古霉素治疗后，饮食能量收获显著减少。

反过来，微生物组也会影响宿主的能量消耗，部分是通过改变宿主基因表达和酶活性。

最近，对A.muciniphila的研究已经鉴定出一种细菌蛋白，该蛋白足以改善小鼠的糖耐量并挽救代谢性疾病表型。

额外的研究已经确定了一种单独的粘蛋白原蛋白，该蛋白足以改善小鼠的糖耐量并挽救代谢性疾病表型。这些发现与来自人类的数据一致，这些数据支持灭菌的A. muciniphila的安全性和益处。

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未来重要的是，要了解微生物组对衰老个体宿主能量学的影响是如何变化的，特别是考虑到饮食摄入和药物使用的伴随变化。

06
肠道和大脑之间的联系：对神经疾病的深入了解

微生物组也可能在多种神经系统疾病的病因和治疗中发挥因果作用，这些疾病的风险和/或严重程度随着年龄的增长而增加，包括阿尔茨海默病、多发性硬化症和帕金森病。

扩展阅读：

阿尔茨海默病de饮食-微生物-脑轴

肠道微生物群在多发性硬化中的作用

在这里，我们重点关注帕金森病，因为最近在理解其与肠道微生物组的关系以及与衰老的明确联系方面取得了进展。

95%以上的帕金森病病例发生在50岁以上的人群中；然而，人口老龄化不足以解释帕金森病发病率的上升，这涉及到微生物组等因素。

胃肠道与帕金森症有关

便秘是一种早期症状；淀粉样蛋白α-突触核蛋白在到达中枢神经系统之前在迷走神经（连接大脑和肠道）中发现；迷走神经干切断术（切除胃食管交界处的迷走神经）可降低近50%的帕金森病风险。

然而，尽管胃肠道和帕金森氏症之间有许多联系，但微生物组的作用直到最近才成为焦点。

肠道菌群与大脑沟通影响帕金森病的发病机制

帕金森病小鼠模型中的微生物群发生了改变，其中α-突触核蛋白过表达（ASO模型）。与对照组相比，ASO-无菌小鼠以及帕金森病的替代小鼠模型与受影响小鼠或人类的肠道微生物群的定殖会加剧大脑病理和运动功能障碍。

细菌淀粉样蛋白也可能引发疾病，如大肠杆菌制造的细胞表面淀粉样curli蛋白。

最近研究表明，肠道细菌也会影响宿主淀粉样蛋白的产生，因为细菌硝酸盐的减少会刺激α-突触核蛋白的肠道聚集。

再加上来自帕金森病患者和健康个体的越来越多的宏基因组数据，表明多种不同的微生物组依赖性细胞和分子机制可能共同驱动帕金森病患者的疾病。

肠道菌群也可能导致帕金森病治疗结果的个体间差异

帕金森病的治疗通常从小分子药物左旋多巴（L-多巴）开始，左旋多巴在中枢神经系统中转化为多巴胺，从而缓解神经元多巴胺耗竭引起的帕金森病症状。

左旋多巴通常与卡比多巴（一种脱羟基酶抑制剂）配对使用，可降低药物的外周代谢。然而，卡比多巴不会抑制肠道细菌酶酪氨酸脱羧酶（TyrDC），该酶催化肠道细菌在胃肠道内将左旋多巴代谢为间酪胺的第一步。相反，化合物(S)-α-氟甲基酪氨酸可用于特异性抑制细菌TyrDC，导致小鼠血清L-多巴增加。

值得注意的是，帕金森病患者的TyrDC水平随着时间的推移而增加，并与多种帕金森病药物治疗的胃肠道不良反应有关。

TyrDC可能只是肠道细菌代谢的多种途径之一；产孢梭菌也可以使左旋多巴脱氨化。

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需要更多研究来了解这些和其他途径在模型生物和帕金森病患者中的相对贡献，以及它们对药物疗效和不良反应的下游影响。

这一概念也可以更广泛地应用于其他用于治疗神经疾病的药物；例如，阿尔茨海默病药物加兰他敏和美金刚，在体外生长过程中被人体肠道细菌分离株耗尽。

扩展阅读：

肠道微生物与帕金森以及相关影响因素

07
性别是理解微生物组如何影响衰老的关键差距

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衰老 & 性别

衰老在男性和女性中有着根本的区别，在寿命、虚弱和与年龄相关的疾病方面有着广泛的差异。女性的虚弱贯穿一生，晚年达到残疾高峰。然而，在世界上几乎所有的人口中，女性的寿命都比男性长。即使根据社会经济地位、种族和教育程度进行调整，这些数据仍然有效。

多种分子机制导致衰老过程中的两性异形，包括内分泌和宿主遗传差异。例如，尽管存在相互矛盾的发现，报告存在更温和甚至相反的影响，但一些报告表明，在人类和小鼠中，卵巢切除术会降低健康寿命。

男性性腺和激素会对寿命产生负面影响

一些证据支持男性性腺和激素会对寿命产生负面影响，虽然也是一个争论的话题。例如，对太监的研究表明，阉割可以延长男性的寿命，对啮齿动物的研究表明某些外源性雄激素会缩短寿命。此外，在小鼠身上进行的性腺交换实验支持了卵巢（以及可能的激素）可以显著延长寿命的结论。

大多数与衰老相关的疾病也是性二型的，包括上面强调的3个疾病领域。

癌症：

女人和女孩的癌症发病率和生存率较高，许多非生产性癌症在发病率上具有强烈的性别偏见，尤其是内分泌癌（女性偏见）和卡波西肉瘤（男性偏见）。

代谢性疾病：

与男性相比，女性肥胖的风险增加，但患2型糖尿病的风险相当。

神经退行性疾病：

神经退行性疾病的严重程度和风险与性别有关：例如，男性患帕金森病的风险更高，但女性表现出更严重的疾病。

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性别 & 微生物组

初步数据表明，性激素是这种关系的重要介质。在人类中，从青春期到更年期的平均年龄，性别与肠道微生物群的差异有关，这与性激素是差异的重要驱动因素的假设一致。反过来，微生物组也可能在控制性激素水平方面发挥重要作用。

相对于CONV-R动物，无菌小鼠的性激素水平发生了变化：无菌雄性的睾酮和β-雌二醇较低，而无菌雌性的孕酮和β-雄二醇较低。

肠道细菌β-葡糖苷酸酶可以重新激活雌激素葡糖苷酸，这与人类的数据一致，这些数据将抗生素与血清性激素浓度降低和性激素偶联物粪便排泄增加联系起来。此外，循环性激素水平与肠道微生物群的多样性和组成有关。

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性别 & 微生物组 & 衰老

虽然关于性别、微生物组和衰老交叉的文献仍然很少，但一些初步观察结果突出了这一研究方向的价值。

对无菌小鼠的研究表明，雌性的长寿优势需要微生物群。

一项针对1型糖尿病非肥胖糖尿病模型的开创性研究表明，微生物组的性别差异会影响自身免疫性疾病。雄性CONV-R小鼠免受糖尿病的影响，但由于睾酮水平下降，无菌雄性小鼠的这种差异消失了。

值得注意的是，将雄性相关肠道微生物群移植到雌性受体中足以预防疾病。这些影响可能与睾酮有关：最近一项关于小鼠饮食诱导肥胖的研究表明，雌激素诱导的肠道微生物组差异可能会保护其免受代谢疾病的影响。

微生物组与衰老研究中生物性别的考虑

编辑​

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今后，至关重要的是要确定性别改变微生物组的机制，以及年龄相关疾病和整体寿命的下游后果。在这样做的过程中，研究人员应该考虑重要因素，以了解生物性别如何影响微生物组对衰老表型的影响。

08
结 语

本文讨论了新出现的证据支持微生物组在衰老和年龄相关疾病中的作用。这些发现对生物医学和其他生物学领域具有广泛的意义。

从事微生物组的研究人员最好在研究中控制或考虑年龄、性别和其他人口统计变量。反过来，衰老和许多年龄相关疾病领域的研究人员应该考虑微生物组在研究中的潜在作用；例如，收集用于微生物组分析的探索性样本；控制与微生物组相关的变量，如饮食起居；或使用无菌模型。

通过合作，这一跨学科研究领域有望迅速发展，并可能解决长期存在的问题，即控制微生物群落结构和功能的因素，以及年龄相关疾病风险和治疗结果个体间差异的驱动因素。

当然，我们需要的并不是在微生物组和衰老领域大肆宣传，而是优先考虑旨在理解基本生物过程的严谨、机制性和实验可处理的工作，这一点至关重要。

虽然说长生不老这个目标可能还有很长的路要走，但也许这条结合微生物组的研究路线，可以帮助我们实现活得更长，生命质量更高。

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