唾液乳杆菌衍生的吲哚-3-乙酸通过激活AHR-PARP1轴促进DNA修复，从而减缓肠道老化

《Advanced Science》：Lactobacillus Salivarius-Derived Indole-3-Acetic Acid Promotes AHR-PARP1 Axis-Mediated DNA Repair to Mitigate Intestinal Aging

肠道菌群中的乳酸杆菌 salivarius 通过代谢产生吲哚-3-乙酸（IAA），激活芳烃受体（AHR）-聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1）轴，修复DNA损伤并改善肠道屏障功能，缓解衰老相关肠道功能障碍。

　　在生物医学研究领域，近年来关于衰老及其相关疾病的研究不断深入，揭示了多种与衰老机制相关的分子通路和生物标志物。其中，**芳香烃受体（AHR）** 和 **多聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1）** 作为关键的调控因子，其在对抗衰老中的作用逐渐受到关注。然而，AHR与PARP1之间的相互作用如何通过DNA修复机制影响衰老过程，仍是一个未完全阐明的科学问题。本研究通过结合临床样本和动物实验，首次揭示了**IAA（吲哚-3-乙酸）** 作为AHR的内源性配体，来源于**唾液乳杆菌（Lactobacillus salivarius）** 而非宿主细胞，能够通过激活AHR并增强PARP1的活性，从而有效缓解肠道衰老现象。这一发现不仅拓展了我们对AHR-PARP1轴在DNA修复中作用的理解，也为干预衰老相关疾病提供了新的思路。

### 肠道衰老的特征与机制

肠道是人体重要的代谢器官，其功能的衰退往往与衰老密切相关。随着年龄增长，肠道微生物群落的多样性显著下降，功能发生改变，尤其是**色氨酸代谢途径**的活性减弱，导致一些关键的代谢产物如IAA、IAld等的水平降低。这些代谢产物通常作为AHR的配体，参与调节宿主的免疫应答、细胞增殖和分化等过程。肠道屏障功能的破坏是肠道衰老的重要标志之一，它会导致肠道通透性增加，细菌成分进入血液循环，引发全身性慢性炎症（inflammaging）和免疫系统功能下降（immune aging）。因此，改善肠道屏障功能成为对抗衰老相关疾病的重要策略。

本研究通过分析年轻和老年个体的粪便样本，发现**唾液乳杆菌的相对丰度**以及**IAA的浓度均显著降低**。同时，在老年小鼠的肠道中也观察到类似的变化，提示肠道微生物群和其代谢产物的失衡可能与衰老相关疾病的发生密切相关。此外，通过**动物实验**和**体外模型**进一步验证了IAA对肠道衰老的缓解作用，包括改善肠道结构、减少炎症因子水平、降低细胞凋亡率和DNA损伤等。

### IAA的来源与作用机制

IAA的产生主要依赖于肠道菌群，尤其是**唾液乳杆菌**。研究发现，唾液乳杆菌通过其自身的**ALDH（醛脱氢酶）** 催化作用，将**IAld（吲哚-3-乙醛）** 转化为IAA，而不是由宿主细胞完成这一过程。为了验证这一假设，研究人员通过抑制ALDH活性，发现IAA的产生受到显著抑制，而细胞生长并未受到影响，进一步说明IAA的合成主要依赖于细菌的代谢能力。同时，通过体内实验和体外实验，发现**活体唾液乳杆菌（LLS）** 能够显著提高IAA的水平，并改善肠道屏障功能，而**灭活的唾液乳杆菌（KLS）** 则未能实现类似效果，说明IAA的作用依赖于其由活菌产生的特性。

此外，研究还发现，IAA能够通过激活AHR，进而促进PARP1的表达和其介导的DNA修复过程。通过基因表达分析和蛋白质水平检测，研究人员确认了IAA对**PARP1基因表达的显著增强**，并进一步通过**免疫荧光染色**观察到IAA诱导的**PARylation（多聚ADP-核糖化）** 信号显著增加。这表明IAA在激活AHR后，通过调控PARP1的表达和活性，有效增强了DNA修复能力，从而抑制了细胞衰老和炎症反应。

### AHR-PARP1轴的调控作用

AHR是一种重要的配体激活型转录因子，其功能依赖于与特定配体的结合。IAA作为AHR的内源性配体，能够与AHR结合并激活其下游信号通路。在肠道中，AHR的激活对维持屏障功能、调节免疫反应和促进DNA修复具有重要作用。PARP1则是一种核心的DNA损伤感应和修复蛋白，其通过多聚ADP-核糖化（PARylation）招募修复相关因子，参与修复DNA损伤，尤其是单链断裂（SSBs）和双链断裂（DSBs）。然而，长期的DNA损伤会导致PARP1的持续激活，从而消耗大量NAD?，造成细胞能量失衡、代谢紊乱和线粒体功能障碍，进一步加剧衰老进程。

本研究通过构建**肠道特异性AHR敲除小鼠（AhrΔIEC）**，发现IAA对肠道衰老的缓解作用在AHR缺失的模型中被显著削弱，说明AHR的参与是IAA发挥作用的关键。此外，通过**双荧光素酶报告基因实验**，研究人员确认了AHR能够结合PARP1的启动子区域，尤其是其**XRE（芳香烃受体反应元件）**。这一结合促进了PARP1的表达和PARylation，从而增强了DNA修复能力，改善了肠道的衰老表型。

### IAA对肠道屏障功能的修复作用

肠道屏障功能的破坏是衰老过程中常见的现象，它不仅影响营养吸收，还可能导致病原体易位和系统性炎症。本研究通过**H&E染色**和**AB-PAS染色**发现，IAA补充能够显著改善老年小鼠的肠道结构，包括增加**杯状细胞数量**和**黏液层厚度**，这些指标均在老年个体中出现明显下降。同时，IAA的补充显著降低了血清和肠道组织中**促炎性细胞因子（如TNF-α、IL-6和IL-1β）** 的水平，进一步支持其在抑制炎症反应方面的功能。

此外，通过**TEER（跨上皮电阻）**和**FD-4渗透性实验**，研究人员发现IAA能够显著恢复肠道上皮屏障的完整性，降低其通透性。这一发现表明，IAA不仅通过调控AHR-PARP1轴促进DNA修复，还通过增强肠道屏障功能，减少病原体易位和炎症反应，从而延缓衰老过程。

### IAA对细胞衰老的调控作用

细胞衰老是衰老过程中的另一个关键特征，它会导致细胞功能下降、增殖能力减弱和炎症因子释放增加。本研究通过**Caco-2细胞模型**，模拟细胞衰老过程，发现IAA能够显著减少**细胞凋亡率**和**DNA损伤程度**，并通过**qRT-PCR**和**Western blot**验证了这一效应。同时，IAA对**PARP1基因表达的调控**也得到了进一步证实，说明其通过促进DNA修复和抑制细胞衰老的机制。

在**PARP1敲除模型**中，研究人员发现IAA的补充未能显著改善细胞衰老的表型，进一步支持了PARP1在IAA介导的DNA修复过程中的核心作用。此外，**PARP1过表达模型**也显示，PARP1的增加能够有效恢复肠道屏障功能和细胞活性，说明PARP1在维持肠道稳态中的重要性。这些结果表明，AHR-PARP1轴在调控DNA修复和细胞衰老中发挥关键作用，而IAA作为AHR的激活剂，是这一调控过程的重要媒介。

### AHR-PARP1轴的临床意义

本研究的发现具有重要的临床意义。首先，IAA的产生依赖于肠道微生物群，尤其是唾液乳杆菌，提示通过调节肠道菌群可能成为延缓衰老的潜在策略。其次，AHR-PARP1轴的激活不仅有助于修复DNA损伤，还能够改善肠道屏障功能，抑制炎症反应，从而延缓衰老相关疾病的发生。例如，已有研究表明，IAA在调节肠道与骨骼之间的“肠-骨轴”中发挥重要作用，能够有效改善骨质疏松症。此外，IAA还可能通过影响其他器官的功能，如脑组织和免疫系统，从而对全身性衰老产生广泛影响。

然而，尽管IAA在体内具有显著的抗衰老作用，但其作用机制仍需进一步探索。例如，IAA在肠道中的浓度高于肝脏，说明其作用可能更偏向于局部效应，而非全身性。此外，IAA的补充是否能够通过特定的肠道菌群调控方式（如靶向递送）实现更有效的干预，仍需进一步研究。此外，IAA的长期使用是否会导致其他副作用，如对其他代谢通路的影响，也需要关注。

### 未来研究方向

尽管本研究已经揭示了IAA在对抗肠道衰老中的重要作用，但其作用的具体细胞类型、分子机制以及临床应用的可行性仍需深入研究。例如，IAA是否能够通过影响其他类型的肠道上皮细胞（如肠上皮细胞、免疫细胞等）实现更广泛的保护作用？此外，IAA的代谢途径是否具有个体差异？不同人群的肠道菌群组成是否会影响IAA的产生和作用效果？这些问题都需要进一步的实验和临床研究来解答。

此外，IAA的补充是否能够通过调控AHR-PARP1轴影响其他器官的衰老进程？例如，已有研究表明，AHR的激活能够影响神经系统的衰老，而PARP1的表达在某些长寿物种中较高，这提示IAA可能通过影响多个器官的DNA修复能力，从而延缓整体衰老。然而，这些效应是否在所有个体中均一致，以及如何优化IAA的补充策略，以达到最佳的抗衰老效果，仍需进一步探讨。

### 总结

综上所述，本研究揭示了**AHR-PARP1轴在对抗肠道衰老中的关键作用**，并首次证明**IAA作为唾液乳杆菌的代谢产物，能够通过激活AHR，促进PARP1介导的DNA修复过程，从而改善肠道屏障功能，抑制炎症反应和细胞衰老**。这一发现不仅为理解肠道衰老的分子机制提供了新的视角，也为开发针对肠道衰老的干预策略提供了理论依据。未来的研究应进一步探讨IAA的作用机制，评估其在不同人群中的适用性，并探索其在其他衰老相关疾病中的潜在应用价值。