长寿与肠道微生态的研究进展

栾 哲 闫 斌 孙 刚

(解放军总医院海南分院消化内科，海南 三亚 572000)

关于衰老及长寿机制的研究，自生命科学诞生之初，便一直是该领域的热点问题。年龄是各种慢性疾病如心血管疾病、癌症、2型糖尿病、神经退行性疾病等的主要危险因子，近年来提出的炎症衰老概念指出，年龄增加导致的免疫衰退及伴随发生的炎症网络激活及衰老相关因子的释放，包括炎症前介质等，是影响人健康状态及寿命长短的重要因素〔1,2〕。如何保持高龄老人在生命终末期的健康质量，具有巨大的科研价值〔3,4〕。长寿状态的获得是由基因、环境和随机因素等共同决定的，肠道菌群以其对人体免疫和代谢活动等多方面影响，被认为是影响人健康长寿的决定因素〔5,6〕。

1 肠道微生态研究在长寿研究中的必要性

肠道菌群在长寿/衰老进程中起重要调节作用，是影响人寿命长短的不可忽略因素〔7〕。人体肠道内聚集的微生物，数目达1 012～1 014个，微生物包含的基因数目超过987万个，是人体自身基因数目的几百倍〔8,9〕。肠道菌群作为伴随人生命过程始终的重要参与者，自五亿年前就和人类一起共同演化，在肠道免疫稳态维持、营养及代谢、抵御病原微生物方面均起到重要作用。

早在十九世纪初，俄国诺贝尔奖获得者伊力亚·梅契尼科夫对保加利亚长寿人群研究后，提出了“肠道中的乳酸杆菌有助长寿”的理论并系统阐述了“有益细菌”的观点〔10〕。然而，直到近几年测序技术及代谢组学技术得到发展后，肠道菌群与人体之间复杂关系，才逐渐得到认识。人作为一个复杂共生有机体，人体和肠道菌群之间的微妙关系，已经超越了单纯的宿主-寄生关系〔11,12〕。人类基因组计划完成后，国外研究机构已经着手开展“人类第二基因组计划”，即对人类各部位微生物群落进行基因组学分析，其中占重要比重的即肠道微生态研究。美国国立卫生研究院于2008年启动了为期5年的人类微生物组计划(HMP)，总预算达7.45亿元人民币(1.15亿美元)，累计投入超过12.95亿元人民币(2亿美元)，旨在探索研究与人类健康和疾病相关的微生物群落，欧盟也紧随其后启动了人类肠道宏基因组计划(MetaHIT)。2016年5月13日，白宫宣布启动国家微生物组计划(NMI)，这也是奥巴马政府继“脑计划”、“精准医学计划”之后推出的又一个重大国家科研计划，由此可见，深入研究肠道微生态在全面了解人体方面具有极其重要的意义〔13,14〕。

2 长寿与肠道微生态

动物研究方面，Conley等〔2〕指出，老龄小鼠可以产生更多的单细胞趋化蛋白(MCP)-1，该蛋白可作为炎症衰老的标志物。利用16s rDNA测序技术，发现年轻和老龄小鼠粪便菌群在不同种属间存在丰度上的差异，包括瘤胃球菌属、梭杆菌属和肠杆菌属。有几种菌群表现出了丰度与MCP-1变化保持一致的特点，这些MCP-1相关操作分类单元(OTUs)有随年龄而分层的现象。韩国学者Kim等〔11〕同样针对小鼠进行的衰老与肠道菌群之间关系的研究表明，衰老对肠道菌群构成的影响作用显著，在门水平，衰老伴随的是厚壁菌门和放线菌门的增加，拟杆菌门和无壁菌门则减少，由此导致厚壁菌门/拟杆菌门比的增加。以上动物研究表明，肠道菌群构成受年龄影响，肠道菌群与年龄之间存在相关性，肠道菌群可能在年龄相关免疫衰老进程中起调节作用。在人体肠道菌群中，是否也存在一种或几种“关键菌群”，通过与人体之间复杂的相互作用，最终对人的寿命产生有益影响。

年龄增长显著影响人肠道菌群构成和宿主-菌群之间的共生关系，这一观点在针对高龄长寿人群，特别是百岁以上老人的研究中得到了证实。菌群构成方面，意大利Biagi等〔7〕利用16s RNA测序技术对意大利北部高龄长寿老人(n=21,平均年龄100.5岁)进行研究，发现年轻成人(平均年龄30岁)和低龄老人(平均年龄70岁)在肠道菌群构成和丰度上高度相似，而高龄长寿老人肠道菌群与前两者相比多样性显著减低，性别因素在年龄相关肠道菌群构成上无明显影响。通过检测血液中的炎症标志物可以发现高龄长寿老人肠道结构改变与炎症衰老相关，特别是肠道内柔嫩梭菌类群减少，柔嫩梭菌先前被证实具有抗炎作用〔15,16〕。鉴于肠道菌群在宿主生理功能和健康状态中的重要地位，年龄相关的肠道菌群构成改变可视为身体功能弱化的结果。宿主-菌群之间的共生关系方面，Collino等〔17〕同样针对意大利北部143名高龄长寿老人的血液和尿液进行代谢组学分析后发现，与低龄老人组相比，高龄长寿老人体内脂质、多种氨基酸及肠道菌群的代谢都存在差异。高龄长寿老人体内脂质组的特异性改变反映了高龄长寿老人在应对体内氧化应激及慢性炎症方面的独特能力。2-羟苯甲酸(HB)有抗炎和抑制环氧合酶(COX)-2转录的作用，广泛存在于大多数水果和蔬菜中，苯乙酰谷氨酰胺(PAG)和甲酚硫酸盐(PCS)是肠道细菌对芳香族氨基酸代谢后产物，这三种化合物可被视作长寿标志物，在高龄长寿老人尿液中含量均高于低龄老人组。进一步比对研究发现，PAG与PCS的增加与变形菌门的某些菌属呈正相关，2-HB增加则与变形杆菌属细菌呈正相关。特别有趣的是，梭菌属Ⅳ和梭菌属ⅪVa一样，其发酵产物丁酸盐是肠细胞的重要能源，对慢性炎症有保护作用，这一点已经被前研究所证实〔6〕，然而在本次观察中，ⅪVa梭菌属细菌却与PAG/PCS呈负相关，由此可见，不同菌群对长寿的贡献可能并不相同。

既然年龄的增长能显著影响肠道菌群的构成及其代谢，而且不同菌群对长寿的贡献并不相同，那么是否存在某几种特定菌群或特定模式的肠道菌群构成，能反过来影响人类的寿命，成为了进一步研究的重点。

有研究〔5〕通过分析长寿老人肠道菌群发现，随着年龄的增加，存在以拟杆菌科、毛螺菌科、瘤胃菌科等为代表的核心肠道菌群，其丰富逐渐减少，次优势地位的肠道菌群的增加则和长寿有关，长寿老人健康相关肠道菌群如双歧杆菌、艾克曼嗜黏膜蛋白菌和气球属细菌的高出现率和富集可能与长寿相关。针对该假设，同类研究多停留在寻找和分离益生菌的阶段，其中，双歧杆菌和乳酸杆菌的研究占到绝对多数。最近，有学者〔18〕系统论述了双歧杆菌在人体健康和衰老中的益处。生命不同阶段，双歧杆菌菌属的构成会发生相应变化，强调了其有益性，某些特定的菌株已经用来作为益生菌应用，而且少有不良反应报道(仅有几例败血症报道)〔7,19〕。一项研究〔20〕在韩国8个长寿村随机挑选了69名80岁以上健康长寿老人，从老人肠道内菌群中筛选益生菌，发现发酵乳杆菌是最多见的菌群，其中最优的则是发酵乳杆菌PL9988型。该菌在结合肠上皮细胞，增强宿主免疫、抗炎和抗氧化方面最有优势。2016年，一项最新研究针对367例日本常住居民(0～104岁)的粪便样本进行细菌16S rDNA基因 V3～V4区高通量测序，以观察不同年龄段人群肠道微生态的差异，除少数刚出生婴儿在断奶前和断奶后收集两次以上之外，只是在某一时间点进行了样本的单次采集，而没有进行动态随访。所得到的结果虽然表明不同年龄段在肠道微生态构成方面的确有差异，但是有其局限性，无法反映长寿老人肠道菌群动态变化〔21〕。国内有关百岁老人肠道内细菌的研究最早可以追溯到1994年，针对长寿之乡广西巴马瑶族自治县百岁老人肠道内双歧杆菌进行分离培养的研究，然而，由于当时缺乏高通量测序技术，研究仅停留在肠道内双歧杆菌的定量研究层面，并未涉及肠道微生态〔22〕。2011年，中国农业大学研究人员基于巴马自治县百岁老人肠道微生态与分布地域关系的研究〔19〕，选取年龄75～109岁老人17名，按年龄和地域划分为三组，其中第一组纳入6名生活在农村的百岁老人(平均年龄106岁)，农村低龄老人组纳入75～83岁老人4名，城市老人组则由巴马县城内居住的76～83岁老人7名组成。收集老人粪便后进行变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析后显示，共检测到11条与年龄和地域相关的条带，其中4条和年龄、居住地均相关，说明年龄和居住地可能影响肠道微生态构成，为进一步寻找益生菌的存在奠定基础；目前国内研究多是在国外同类型研究基础上，对本国长寿老人进行相应研究，从一定程度上可以揭示不同人种间长寿老人肠道菌群构成区别及生活环境、年龄因素对肠道菌群的影响，对解释肠道微生态与长寿关系有一定意义〔19,22～25〕。

3 现有研究的不足及前景展望

现阶段针对百岁老人的肠道菌群的研究，基本可以分为两种类型，一种是分析百岁老人肠道菌群与所居住地域、饮食结构、生活方式的相关性及对肠道菌群构成产生的影响，属于描述层面，研究目的更多的还是找寻长寿相关的健康生活方式。另一种则致力于通过对比不同年龄段人群肠道微生态与百岁老人的不同，试图分离出一种或几种长寿相关菌群，从而为后续开发长寿益生菌奠定基础，有研究还将长寿老人的后代纳入进来〔7,17〕，因为之前有研究对长寿老人后代和非长寿老人后代进行的对照研究发现，长寿老人的后代往往更加健康，年龄相关疾病的起始发病年龄也较晚〔26〕，尽管长寿老人在血清和尿液代谢组学层面与前两者显著不同，然而长寿老人后代和非长寿老人后代之间并未发现明显意义上的差异〔17〕。众所周知，肠道微生态是一个复杂的共生系统，通过基因传递和代谢交换，无时无刻不在和人体宿主之间进行相互作用。以上两种研究策略均为横断面研究，并未从根本上对百岁老人肠道微生态的动态变化有清晰的认识，表明了长寿人群肠道微生态的构成具有一定特点，但花费较大，也未能很好地揭示肠道微生态与长寿/衰老之间的动态关系。普遍缺乏一个序贯性、前瞻性的观察过程，老人从健康的长寿状态到逐渐衰弱直至死亡，期间是否存在某种特定菌群变化，在其中起到关键性作用，尚无研究论证。针对同一位老人，监测其在不同状态下(健康/疾病/临终)肠道微生态的变化，可能对揭示肠道微生态与长寿/衰老之间的关系具有非常重大的意义。此外，通过纳入和老人长期共同生活的直系子女、长寿老人夫妻及长寿家系进行研究，有望进一步探讨遗传、环境等因素对肠道微生态的影响。

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