枯草芽孢杆菌TO-A通过调控gpx-7表达抑制秀丽隐杆线虫衰老相关运动功能衰退的机制研究

《Communications Biology》：Bacillus subtilis TO-A suppresses the age-related decline in locomotion in Caenorhabditis elegans

本研究针对老龄化社会中日益突出的肌肉减少症（sarcopenia）防治难题，探索了益生菌枯草芽孢杆菌TO-A（BSTOA）对秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）衰老过程中运动功能的保护作用。研究人员通过行为学测试、肌动蛋白染色、抗氧化基因表达分析和过氧化胁迫实验，发现BSTOA喂养能显著维持老年线虫的摆动频率、咽泵速率和运动速度，并保护体壁肌结构完整性。其作用机制与抑制衰老相关gpx-7基因表达下降密切相关，且该效果在gpx-7突变体中消失。该研究为益生菌干预年龄相关性运动功能衰退提供了新的靶点和理论依据，发表于《Communications Biology》。

　　

随着全球人口老龄化加剧，肌肉减少症（sarcopenia）已成为影响健康寿命的关键因素。这一年龄相关性骨骼肌质量与功能下降的疾病，目前缺乏有效治疗手段。在寻求干预策略的过程中，益生菌因其调节肠道微生物群和免疫功能的潜力受到关注，但其在延缓运动功能衰老中的作用机制尚不明确。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）因其短生命周期、清晰的肌肉退化表型和高度保守的衰老通路，成为研究年龄相关性运动衰退的理想模型。

本研究以益生菌枯草芽孢杆菌TO-A（BSTOA）为对象，探究其能否抑制线虫衰老过程中的运动功能衰退。研究人员通过同步化培养线虫，分别以大肠杆菌OP50（OP50）和BSTOA作为饲料，比较年轻成虫（OP50_day1）与老年线虫（OP50_day13和BSTOA_day13）在运动行为、肌肉结构、抗氧化基因表达和胁迫耐受性方面的差异。

关键技术方法包括：（1）运动功能评估（摆动频率、咽泵频率、排便周期和运动速度）；（2）肌动蛋白荧光染色观察体壁肌结构；（3）实时定量PCR（qPCR）分析衰老与氧化应激相关基因表达；（4）帕拉夸特（paraquat）胁迫实验检测氧化应激耐受性；（5）利用gpx-4和gpx-7突变体验证基因功能。所有线虫菌株均来自国际资源中心（CGC和NBRP）。

维持老年线虫运动功能的作用

通过对比老年线虫的运动参数，发现BSTOA喂养组（BSTOA_day13）的摆动频率和咽泵频率显著高于OP50喂养组（OP50_day13），排便周期缩短，运动速度维持在年轻成虫水平。肌动蛋白染色显示，BSTOA_day13线虫的体壁肌纤维结构完整性（83.3%）接近年轻成虫（76.0%），远优于OP50_day13（26.7%）。

老年线虫基因表达特征

qPCR分析发现，BSTOA_day13线虫中多个氧化应激相关基因（如gst-4、gst-38、asm-3）表达显著上调，而衰老相关基因（如eps-8、rac-2）表达模式与OP50_day13差异明显。热图分析进一步显示，BSTOA特异性调控氧化应激通路基因的表达谱。

运动功能与氧化应激：BSTOA与BS168的对比

与寿命延长菌株BS168相比，BSTOA能独特维持老年线虫的运动功能和氧化应激耐受性。帕拉夸特实验中，BSTOA_day13存活率高达87%，而BS168_day13和OP50_day13均降至10%。基因表达比较发现，BSTOA显著抑制了gpx-7的年龄相关性表达下降，使其在老年线虫中保持年轻成虫水平的2倍表达量。

gpx-7基因在BSTOA保护作用中的关键角色

在gpx-7突变体中，BSTOA喂养未能改善老年线虫的摆动频率，但其对排便周期、咽泵频率和帕拉夸特耐受性的提升作用仍存在。这表明gpx-7特异性参与BSTOA介导的运动功能维持，而其他生理功能的保护可能依赖不同通路。

研究结论指出，BSTOA通过抑制gpx-7的年龄相关性表达下降，延缓体壁肌结构退化，从而维持运动功能并增强氧化应激耐受性。该作用独立于寿命延长效应，凸显了BSTOA在促进健康衰老中的独特价值。未来研究可进一步探索BSTOA对肌肉再生和多重组织抗衰老的协同机制，为益生菌应用于人类肌肉减少症防治提供理论依据。