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手機(jī)又找不到了，鑰匙放哪兒了！那個誰誰誰叫什么名字來著？轉(zhuǎn)身是要去干什么來著？人一旦上了年紀(jì)，就會出現(xiàn)諸如此類丟三落四、記憶力下降、反應(yīng)遲鈍等問題，也就是常說的“認(rèn)知功能下降”，這給老年人的日常生活帶來了諸多煩惱。
到底是什么原因?qū)е隆袄蟻砗俊?、“老人愛忘事”呢?/p>
本糕（根據(jù)既往好多好多科學(xué)研究和好多好多文獻(xiàn)報道）盲猜：腸道菌群！
一提到腸道菌群，奇點糕還是有那么億點點激動，畢竟“腸腦軸”、“腸道是人體的第二大腦”可不是隨便喊出來的。
這不，科學(xué)家們又在“腸腦軸”上發(fā)現(xiàn)了重磅級信息——
近日，路易斯維爾大學(xué)Huang-Ge Zhang團(tuán)隊在《細(xì)胞》的旗下子刊Cell Host & Microbe雜志上發(fā)表重要研究成果[1]，他們發(fā)現(xiàn)腸菌的特定代謝產(chǎn)物竟會導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙！在衰老過程中，占比增加的瘤胃球菌科可產(chǎn)生代謝物異戊胺（IAA），調(diào)節(jié)促炎和促凋亡因子S100A8的表達(dá)，介導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，最終促進(jìn)認(rèn)知功能下降；通過瘤胃球菌特異性噬菌體—肌尾噬菌體抑制腸菌“作怪”，則可以改善認(rèn)知功能！
隨著年齡的增長，學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知功能會越來越差。研究表明腸道菌群在認(rèn)知功能中發(fā)揮重要的作用，隨著年齡的增長，腸道菌群及其相關(guān)的腸源性小分子代謝產(chǎn)物發(fā)生變化，通過“腸腦軸”影響著大腦的認(rèn)知功能[2]。
衰老伴隨著腸道菌群改變和認(rèn)知功能衰退，但衰老相關(guān)的菌群變化如何調(diào)節(jié)認(rèn)知功能？腸道菌群代謝產(chǎn)物在衰老過程中起著什么樣的調(diào)節(jié)作用呢？
我們對此知之甚少。
為此，該研究團(tuán)隊深入探討了腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對衰老相關(guān)認(rèn)知功能的作用及影響。
讓我們一起來看看實驗是如何開展的吧。
大腦神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及星型膠質(zhì)細(xì)胞是參與調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的重要組成部分[3]。為了篩選出與認(rèn)知功能障礙最相關(guān)的細(xì)胞類型，該研究首先通過比較2月齡、12月齡、18月齡、24月齡的小鼠大腦各種細(xì)胞的凋亡程度，發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡最明顯，也是最早出現(xiàn)凋亡現(xiàn)象的神經(jīng)細(xì)胞類型（12月齡時就出現(xiàn)明顯的差異）。
因此，小膠質(zhì)細(xì)胞是在衰老過程中最早出現(xiàn)凋亡的中樞神經(jīng)細(xì)胞類型，也是調(diào)節(jié)大腦認(rèn)知功能最關(guān)鍵的細(xì)胞。
不同神經(jīng)細(xì)胞隨小鼠年齡的凋亡情況
為了找到小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)衰老相關(guān)認(rèn)知功能障礙的分子機(jī)制，作者提取年輕小鼠（2月齡）和衰老小鼠（12月齡）大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞并外送轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)有14個基因在衰老小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞中上調(diào)。
通過qPCR和WB分析進(jìn)一步驗證只有S100A8和S100A9在衰老小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)。同時，TUNEL染色及caspase-3在小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)說明衰老小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞存在凋亡現(xiàn)象。
S100A8和S100A9形成的異源二聚體可以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡和多種炎癥因子的釋放，與認(rèn)知功能和衰老密切相關(guān)[4]。為了進(jìn)一步研究S100A8/A9與小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡之間的關(guān)系，作者結(jié)合細(xì)胞實驗，通過CRISPR-Cas9技術(shù)分別敲除和過表達(dá)小膠質(zhì)細(xì)胞中S100A8和S100A9，發(fā)現(xiàn)只有S100A8對小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡有調(diào)控作用，而S100A9對小膠質(zhì)細(xì)胞不存在調(diào)節(jié)作用。
以上說明在衰老過程中S100A8的上調(diào)促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡。
衰老小鼠大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡增加
看到這里，我們不禁會問：是什么導(dǎo)致促炎和促凋亡因子S100A8在衰老過程中上調(diào)呢？
由于腸道菌群可以通過分泌多種代謝產(chǎn)物影響宿主的神經(jīng)功能[5]，為了探討在衰老過程中腸道菌群代謝產(chǎn)物是否促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡，作者通過代謝組學(xué)技術(shù)和高效液相色譜分析技術(shù)比較了無菌小鼠（GF級）和常規(guī)小鼠（SPF級）腸道中代謝產(chǎn)物的差異，發(fā)現(xiàn)腸源性代謝產(chǎn)物IAA濃度在SPF級衰老小鼠中增加，而在無菌小鼠中這種變化并不明顯。
并且在衰老小鼠中IAA的濃度變化與大腦S100A8的表達(dá)正相關(guān)。
在提取的小膠質(zhì)細(xì)胞中添加IAA可以促進(jìn)凋亡指標(biāo)caspase-3上調(diào)，但敲除S100A8可以逆轉(zhuǎn)IAA對小膠質(zhì)細(xì)胞的促凋亡作用。
以上說明在衰老過程中，腸道菌群代謝產(chǎn)物IAA與S100A8上調(diào)密切相關(guān)，IAA可以通過S100A8促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡。
IAA通過S100A8促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡
腸道菌群是調(diào)節(jié)腸源性代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的重要參與者。
順藤摸瓜，為了進(jìn)一步確定調(diào)節(jié)衰老與認(rèn)知最關(guān)鍵的腸道微生物，作者納入健康的年輕受試者和老年受試者，運用高通量測序分析比較兩組人群中腸道菌群的結(jié)構(gòu)差異，發(fā)現(xiàn)瘤胃球菌科在老年人群中高度富集。
與人群的研究相一致的是，衰老小鼠的瘤胃球菌也高度富集！
考慮到腸道菌群噬菌體在塑造腸道菌群組成中具有重要的調(diào)節(jié)作用[6]，本研究運用Virus-Host DB和qPCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)肌尾噬菌體是影響瘤胃球菌科組成的關(guān)鍵噬菌體。
提取并接種年輕受試者糞便中的瘤胃球菌科特異性噬菌體（phageTSD-27），灌胃給衰老小鼠后，可以抑制小鼠體內(nèi)瘤胃球菌科的相對豐度，降低IAA的濃度，并且衰老小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞中S100A8及caspase-3的表達(dá)在補(bǔ)充噬菌體后也下降。
以上說明，在衰老情況下，肌尾噬菌體減少，導(dǎo)致瘤胃球菌科相對豐度增加，代謝產(chǎn)物IAA增多，誘導(dǎo)S100A8的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡。
噬菌體phageTSD-27逆轉(zhuǎn)衰老引起的S100A81及caspase-3表達(dá)上調(diào)
好啦，做到這一步，其實整個研究的思路就展現(xiàn)得差不多了。
但是到底IAA怎么作用于S100A8的呢？
為了回答這一問題，作者運用單鏈凝膠轉(zhuǎn)移技術(shù)（SSGS）、表面等離子共振分析和DNA解鏈實驗，發(fā)現(xiàn)IAA識別并結(jié)合到S100A8啟動子區(qū)域，促進(jìn)發(fā)夾結(jié)構(gòu)展開，暴露轉(zhuǎn)錄因子p53的結(jié)合位點，使p53結(jié)合到S100A8啟動子并增加S100A8的表達(dá)，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生凋亡。
也就是說，從腸道菌群釋放的小分子能夠直接結(jié)合基因組DNA，作為轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)控因子，招募轉(zhuǎn)錄因子在基因啟動子區(qū)的聚集，從而促進(jìn)基因的表達(dá)。
鑒定IAA結(jié)合S100A8的啟動子區(qū)域
既然上述實驗證實了衰老過程中伴隨IAA和噬菌體的改變，并且這些變化促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡，影響大腦的認(rèn)知功能，那是不是意味著補(bǔ)充噬菌體就可以逆轉(zhuǎn)衰老帶來的認(rèn)知功能障礙呢？
在本研究的最后，作者通過給年輕小鼠灌胃IAA，運用水迷宮實驗（MWM）、T字迷宮交替實驗（TMSA）、新事物辨別實驗（NOR）評估年輕小鼠的認(rèn)知功能，發(fā)現(xiàn)IAA灌胃后年輕小鼠的認(rèn)知功能明顯下降。
而給衰老小鼠灌胃噬菌體phageTSD-27可以改善小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，腦組織中促炎和促凋亡指標(biāo)S100A8和caspase-3的表達(dá)在IAA補(bǔ)充后上調(diào)，phageTSD-27補(bǔ)充后下調(diào)。
以上說明補(bǔ)充IAA確實促進(jìn)認(rèn)知功能障礙，而通過噬菌體也確實可以改善認(rèn)知功能。
Morris水迷宮實驗證實IAA和噬菌體對認(rèn)知功能障礙的調(diào)節(jié)作用
總的來說，本研究發(fā)現(xiàn)在衰老過程中存在噬菌體-菌群-代謝軸的功能失調(diào)，這種失調(diào)導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，最終引起認(rèn)知功能下降；通過補(bǔ)充特異性噬菌體，調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，能逆轉(zhuǎn)衰老引起的認(rèn)知功能障礙，這為改善大腦認(rèn)知功能提供了新的思路和新的治療靶點。
衰老導(dǎo)致瘤胃球菌科相對豐度增加，腸源性代謝產(chǎn)物IAA升高，IAA與S100A8結(jié)合促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，引起認(rèn)知功能障礙；肌尾噬菌體可抑制瘤胃球菌科，逆轉(zhuǎn)衰老引起的認(rèn)知功能障礙
所以，依奇點糕本糕這個“腸菌迷”來看，那個真正陪著你的大腦一起慢慢變老的，可能就是腸道菌群。
所以，要想保持“年輕”的大腦，咱先想辦法保證菌群“不老”！
參考文獻(xiàn)：
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本文作者丨黃 琴
責(zé)任編輯丨代絲雨
