欒 哲 閆 斌 孫 剛

(解放軍總醫(yī)院海南分院消化內(nèi)科，海南 三亞 572000)

關(guān)于衰老及長(zhǎng)壽機(jī)制的研究，自生命科學(xué)誕生之初，便一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。年齡是各種慢性疾病如心血管疾病、癌癥、2型糖尿病、神經(jīng)退行性疾病等的主要危險(xiǎn)因子，近年來提出的炎癥衰老概念指出，年齡增加導(dǎo)致的免疫衰退及伴隨發(fā)生的炎癥網(wǎng)絡(luò)激活及衰老相關(guān)因子的釋放，包括炎癥前介質(zhì)等，是影響人健康狀態(tài)及壽命長(zhǎng)短的重要因素〔1,2〕。如何保持高齡老人在生命終末期的健康質(zhì)量，具有巨大的科研價(jià)值〔3,4〕。長(zhǎng)壽狀態(tài)的獲得是由基因、環(huán)境和隨機(jī)因素等共同決定的，腸道菌群以其對(duì)人體免疫和代謝活動(dòng)等多方面影響，被認(rèn)為是影響人健康長(zhǎng)壽的決定因素〔5,6〕。

1 腸道微生態(tài)研究在長(zhǎng)壽研究中的必要性

腸道菌群在長(zhǎng)壽/衰老進(jìn)程中起重要調(diào)節(jié)作用，是影響人壽命長(zhǎng)短的不可忽略因素〔7〕。人體腸道內(nèi)聚集的微生物，數(shù)目達(dá)1 012～1 014個(gè)，微生物包含的基因數(shù)目超過987萬個(gè)，是人體自身基因數(shù)目的幾百倍〔8,9〕。腸道菌群作為伴隨人生命過程始終的重要參與者，自五億年前就和人類一起共同演化，在腸道免疫穩(wěn)態(tài)維持、營(yíng)養(yǎng)及代謝、抵御病原微生物方面均起到重要作用。

早在十九世紀(jì)初，俄國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者伊力亞·梅契尼科夫?qū)Ρ＜永麃嗛L(zhǎng)壽人群研究后，提出了“腸道中的乳酸桿菌有助長(zhǎng)壽”的理論并系統(tǒng)闡述了“有益細(xì)菌”的觀點(diǎn)〔10〕。然而，直到近幾年測(cè)序技術(shù)及代謝組學(xué)技術(shù)得到發(fā)展后，腸道菌群與人體之間復(fù)雜關(guān)系，才逐漸得到認(rèn)識(shí)。人作為一個(gè)復(fù)雜共生有機(jī)體，人體和腸道菌群之間的微妙關(guān)系，已經(jīng)超越了單純的宿主-寄生關(guān)系〔11,12〕。人類基因組計(jì)劃完成后，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手開展“人類第二基因組計(jì)劃”，即對(duì)人類各部位微生物群落進(jìn)行基因組學(xué)分析，其中占重要比重的即腸道微生態(tài)研究。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院于2008年啟動(dòng)了為期5年的人類微生物組計(jì)劃(HMP)，總預(yù)算達(dá)7.45億元人民幣(1.15億美元)，累計(jì)投入超過12.95億元人民幣(2億美元)，旨在探索研究與人類健康和疾病相關(guān)的微生物群落，歐盟也緊隨其后啟動(dòng)了人類腸道宏基因組計(jì)劃(MetaHIT)。2016年5月13日，白宮宣布啟動(dòng)國(guó)家微生物組計(jì)劃(NMI)，這也是奧巴馬政府繼“腦計(jì)劃”、“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃”之后推出的又一個(gè)重大國(guó)家科研計(jì)劃，由此可見，深入研究腸道微生態(tài)在全面了解人體方面具有極其重要的意義〔13,14〕。

2 長(zhǎng)壽與腸道微生態(tài)

動(dòng)物研究方面，Conley等〔2〕指出，老齡小鼠可以產(chǎn)生更多的單細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1，該蛋白可作為炎癥衰老的標(biāo)志物。利用16s rDNA測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)年輕和老齡小鼠糞便菌群在不同種屬間存在豐度上的差異，包括瘤胃球菌屬、梭桿菌屬和腸桿菌屬。有幾種菌群表現(xiàn)出了豐度與MCP-1變化保持一致的特點(diǎn)，這些MCP-1相關(guān)操作分類單元(OTUs)有隨年齡而分層的現(xiàn)象。韓國(guó)學(xué)者Kim等〔11〕同樣針對(duì)小鼠進(jìn)行的衰老與腸道菌群之間關(guān)系的研究表明，衰老對(duì)腸道菌群構(gòu)成的影響作用顯著，在門水平，衰老伴隨的是厚壁菌門和放線菌門的增加，擬桿菌門和無壁菌門則減少，由此導(dǎo)致厚壁菌門/擬桿菌門比的增加。以上動(dòng)物研究表明，腸道菌群構(gòu)成受年齡影響，腸道菌群與年齡之間存在相關(guān)性，腸道菌群可能在年齡相關(guān)免疫衰老進(jìn)程中起調(diào)節(jié)作用。在人體腸道菌群中，是否也存在一種或幾種“關(guān)鍵菌群”，通過與人體之間復(fù)雜的相互作用，最終對(duì)人的壽命產(chǎn)生有益影響。

年齡增長(zhǎng)顯著影響人腸道菌群構(gòu)成和宿主-菌群之間的共生關(guān)系，這一觀點(diǎn)在針對(duì)高齡長(zhǎng)壽人群，特別是百歲以上老人的研究中得到了證實(shí)。菌群構(gòu)成方面，意大利Biagi等〔7〕利用16s RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)意大利北部高齡長(zhǎng)壽老人(n=21,平均年齡100.5歲)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)年輕成人(平均年齡30歲)和低齡老人(平均年齡70歲)在腸道菌群構(gòu)成和豐度上高度相似，而高齡長(zhǎng)壽老人腸道菌群與前兩者相比多樣性顯著減低，性別因素在年齡相關(guān)腸道菌群構(gòu)成上無明顯影響。通過檢測(cè)血液中的炎癥標(biāo)志物可以發(fā)現(xiàn)高齡長(zhǎng)壽老人腸道結(jié)構(gòu)改變與炎癥衰老相關(guān)，特別是腸道內(nèi)柔嫩梭菌類群減少，柔嫩梭菌先前被證實(shí)具有抗炎作用〔15,16〕。鑒于腸道菌群在宿主生理功能和健康狀態(tài)中的重要地位，年齡相關(guān)的腸道菌群構(gòu)成改變可視為身體功能弱化的結(jié)果。宿主-菌群之間的共生關(guān)系方面，Collino等〔17〕同樣針對(duì)意大利北部143名高齡長(zhǎng)壽老人的血液和尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，與低齡老人組相比，高齡長(zhǎng)壽老人體內(nèi)脂質(zhì)、多種氨基酸及腸道菌群的代謝都存在差異。高齡長(zhǎng)壽老人體內(nèi)脂質(zhì)組的特異性改變反映了高齡長(zhǎng)壽老人在應(yīng)對(duì)體內(nèi)氧化應(yīng)激及慢性炎癥方面的獨(dú)特能力。2-羥苯甲酸(HB)有抗炎和抑制環(huán)氧合酶(COX)-2轉(zhuǎn)錄的作用，廣泛存在于大多數(shù)水果和蔬菜中，苯乙酰谷氨酰胺(PAG)和甲酚硫酸鹽(PCS)是腸道細(xì)菌對(duì)芳香族氨基酸代謝后產(chǎn)物，這三種化合物可被視作長(zhǎng)壽標(biāo)志物，在高齡長(zhǎng)壽老人尿液中含量均高于低齡老人組。進(jìn)一步比對(duì)研究發(fā)現(xiàn)，PAG與PCS的增加與變形菌門的某些菌屬呈正相關(guān)，2-HB增加則與變形桿菌屬細(xì)菌呈正相關(guān)。特別有趣的是，梭菌屬Ⅳ和梭菌屬ⅪVa一樣，其發(fā)酵產(chǎn)物丁酸鹽是腸細(xì)胞的重要能源，對(duì)慢性炎癥有保護(hù)作用，這一點(diǎn)已經(jīng)被前研究所證實(shí)〔6〕，然而在本次觀察中，ⅪVa梭菌屬細(xì)菌卻與PAG/PCS呈負(fù)相關(guān)，由此可見，不同菌群對(duì)長(zhǎng)壽的貢獻(xiàn)可能并不相同。

既然年齡的增長(zhǎng)能顯著影響腸道菌群的構(gòu)成及其代謝，而且不同菌群對(duì)長(zhǎng)壽的貢獻(xiàn)并不相同，那么是否存在某幾種特定菌群或特定模式的腸道菌群構(gòu)成，能反過來影響人類的壽命，成為了進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

有研究〔5〕通過分析長(zhǎng)壽老人腸道菌群發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，存在以擬桿菌科、毛螺菌科、瘤胃菌科等為代表的核心腸道菌群，其豐富逐漸減少，次優(yōu)勢(shì)地位的腸道菌群的增加則和長(zhǎng)壽有關(guān)，長(zhǎng)壽老人健康相關(guān)腸道菌群如雙歧桿菌、艾克曼嗜黏膜蛋白菌和氣球?qū)偌?xì)菌的高出現(xiàn)率和富集可能與長(zhǎng)壽相關(guān)。針對(duì)該假設(shè)，同類研究多停留在尋找和分離益生菌的階段，其中，雙歧桿菌和乳酸桿菌的研究占到絕對(duì)多數(shù)。最近，有學(xué)者〔18〕系統(tǒng)論述了雙歧桿菌在人體健康和衰老中的益處。生命不同階段，雙歧桿菌菌屬的構(gòu)成會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，強(qiáng)調(diào)了其有益性，某些特定的菌株已經(jīng)用來作為益生菌應(yīng)用，而且少有不良反應(yīng)報(bào)道(僅有幾例敗血癥報(bào)道)〔7,19〕。一項(xiàng)研究〔20〕在韓國(guó)8個(gè)長(zhǎng)壽村隨機(jī)挑選了69名80歲以上健康長(zhǎng)壽老人，從老人腸道內(nèi)菌群中篩選益生菌，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵乳桿菌是最多見的菌群，其中最優(yōu)的則是發(fā)酵乳桿菌PL9988型。該菌在結(jié)合腸上皮細(xì)胞，增強(qiáng)宿主免疫、抗炎和抗氧化方面最有優(yōu)勢(shì)。2016年，一項(xiàng)最新研究針對(duì)367例日本常住居民(0～104歲)的糞便樣本進(jìn)行細(xì)菌16S rDNA基因 V3～V4區(qū)高通量測(cè)序，以觀察不同年齡段人群腸道微生態(tài)的差異，除少數(shù)剛出生嬰兒在斷奶前和斷奶后收集兩次以上之外，只是在某一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行了樣本的單次采集，而沒有進(jìn)行動(dòng)態(tài)隨訪。所得到的結(jié)果雖然表明不同年齡段在腸道微生態(tài)構(gòu)成方面的確有差異，但是有其局限性，無法反映長(zhǎng)壽老人腸道菌群動(dòng)態(tài)變化〔21〕。國(guó)內(nèi)有關(guān)百歲老人腸道內(nèi)細(xì)菌的研究最早可以追溯到1994年，針對(duì)長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)廣西巴馬瑤族自治縣百歲老人腸道內(nèi)雙歧桿菌進(jìn)行分離培養(yǎng)的研究，然而，由于當(dāng)時(shí)缺乏高通量測(cè)序技術(shù)，研究?jī)H停留在腸道內(nèi)雙歧桿菌的定量研究層面，并未涉及腸道微生態(tài)〔22〕。2011年，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員基于巴馬自治縣百歲老人腸道微生態(tài)與分布地域關(guān)系的研究〔19〕，選取年齡75～109歲老人17名，按年齡和地域劃分為三組，其中第一組納入6名生活在農(nóng)村的百歲老人(平均年齡106歲)，農(nóng)村低齡老人組納入75～83歲老人4名，城市老人組則由巴馬縣城內(nèi)居住的76～83歲老人7名組成。收集老人糞便后進(jìn)行變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析后顯示，共檢測(cè)到11條與年齡和地域相關(guān)的條帶，其中4條和年齡、居住地均相關(guān)，說明年齡和居住地可能影響腸道微生態(tài)構(gòu)成，為進(jìn)一步尋找益生菌的存在奠定基礎(chǔ)；目前國(guó)內(nèi)研究多是在國(guó)外同類型研究基礎(chǔ)上，對(duì)本國(guó)長(zhǎng)壽老人進(jìn)行相應(yīng)研究，從一定程度上可以揭示不同人種間長(zhǎng)壽老人腸道菌群構(gòu)成區(qū)別及生活環(huán)境、年齡因素對(duì)腸道菌群的影響，對(duì)解釋腸道微生態(tài)與長(zhǎng)壽關(guān)系有一定意義〔19,22～25〕。

3 現(xiàn)有研究的不足及前景展望

現(xiàn)階段針對(duì)百歲老人的腸道菌群的研究，基本可以分為兩種類型，一種是分析百歲老人腸道菌群與所居住地域、飲食結(jié)構(gòu)、生活方式的相關(guān)性及對(duì)腸道菌群構(gòu)成產(chǎn)生的影響，屬于描述層面，研究目的更多的還是找尋長(zhǎng)壽相關(guān)的健康生活方式。另一種則致力于通過對(duì)比不同年齡段人群腸道微生態(tài)與百歲老人的不同，試圖分離出一種或幾種長(zhǎng)壽相關(guān)菌群，從而為后續(xù)開發(fā)長(zhǎng)壽益生菌奠定基礎(chǔ)，有研究還將長(zhǎng)壽老人的后代納入進(jìn)來〔7,17〕，因?yàn)橹坝醒芯繉?duì)長(zhǎng)壽老人后代和非長(zhǎng)壽老人后代進(jìn)行的對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)壽老人的后代往往更加健康，年齡相關(guān)疾病的起始發(fā)病年齡也較晚〔26〕，盡管長(zhǎng)壽老人在血清和尿液代謝組學(xué)層面與前兩者顯著不同，然而長(zhǎng)壽老人后代和非長(zhǎng)壽老人后代之間并未發(fā)現(xiàn)明顯意義上的差異〔17〕。眾所周知，腸道微生態(tài)是一個(gè)復(fù)雜的共生系統(tǒng)，通過基因傳遞和代謝交換，無時(shí)無刻不在和人體宿主之間進(jìn)行相互作用。以上兩種研究策略均為橫斷面研究，并未從根本上對(duì)百歲老人腸道微生態(tài)的動(dòng)態(tài)變化有清晰的認(rèn)識(shí)，表明了長(zhǎng)壽人群腸道微生態(tài)的構(gòu)成具有一定特點(diǎn)，但花費(fèi)較大，也未能很好地揭示腸道微生態(tài)與長(zhǎng)壽/衰老之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。普遍缺乏一個(gè)序貫性、前瞻性的觀察過程，老人從健康的長(zhǎng)壽狀態(tài)到逐漸衰弱直至死亡，期間是否存在某種特定菌群變化，在其中起到關(guān)鍵性作用，尚無研究論證。針對(duì)同一位老人，監(jiān)測(cè)其在不同狀態(tài)下(健康/疾病/臨終)腸道微生態(tài)的變化，可能對(duì)揭示腸道微生態(tài)與長(zhǎng)壽/衰老之間的關(guān)系具有非常重大的意義。此外，通過納入和老人長(zhǎng)期共同生活的直系子女、長(zhǎng)壽老人夫妻及長(zhǎng)壽家系進(jìn)行研究，有望進(jìn)一步探討遺傳、環(huán)境等因素對(duì)腸道微生態(tài)的影響。

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