健康老年人肠道菌群特征与自发性皮层活动的关联性研究：揭示肠-脑轴在认知衰老中的潜在调控机制

本研究通过分析健康老年人的肠道菌群组成与脑电活动，首次揭示了非病理性菌群特征（如Prevotella 9和Bacteroides主导的肠型）与后扣带回皮层（PCC）、楔前叶等记忆与情绪相关脑区的θ波段自发活动显著相关。研究人员结合16S rRNA测序和EEG源密度分析技术，证实肠道菌群可能通过迷走神经通路调控大脑默认网络关键节点，为通过营养干预延缓年龄相关认知衰退提供了新靶点。

　　

研究背景与意义

随着全球老龄化加剧，理解认知功能自然衰退的机制成为迫切需求。近年研究发现肠道微生物与大脑之间存在被称为"肠-脑轴"的双向通讯系统，其中肠道菌群通过迷走神经、免疫调节和代谢产物等途径影响中枢神经系统。虽然已有研究揭示菌群失调与阿尔茨海默病、抑郁症等神经精神疾病的关联，但健康人群的菌群差异如何影响大脑活动仍是未解之谜。这项发表在《Scientific Reports》的研究首次聚焦健康老年人群体，探索非病理性菌群特征与自发脑电活动的关联，为通过膳食干预延缓认知衰退提供了科学依据。

关键技术方法

研究纳入54名55岁以上健康受试者，采集粪便样本进行16S rRNA基因V3-V4区测序（使用Silva数据库分类），同步记录静息态脑电图（EEG）并采用源密度分析定位脑区活动。通过X-Means算法将菌群组成聚类，比较不同集群的脑电活动差异，并利用线性模型分析菌群丰度与脑区活动的定量关系。认知功能通过迷你精神状态检查（MMSE）等量表评估。

主要研究结果

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   菌群特征聚类分析

   X-Means算法识别出3个菌群集群：集群A（26人）以Bacteroides为主，集群B（22人）Bacteroides和Barnesiella共主导，集群C（6人）以Prevotella 9为特征。血液检测显示集群C的平均红细胞体积（MCV）和肾上腺素水平显著差异。

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   自发脑电活动差异

   集群C在θ波段（4-8Hz）表现出显著更强的后扣带回皮层（PCC）和楔前叶活动（p<0.01），这些区域与默认模式网络(DMN)密切相关。集群B在睁眼状态下的右侧额下回低α波段（8-10Hz）活动更活跃。

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   菌群-脑活动线性模型

   Prevotella 9的丰度对PCC/楔前叶θ活动的预测贡献最大（R²=0.846），其可能通过产生短链脂肪酸（SCFAs）如丙酸盐影响迷走神经信号传导。

结论与讨论

该研究首次证实健康老年人的肠道菌群特征与特定脑区自发活动存在显著关联：Prevotella 9主导的菌群特征（集群C）与后部默认网络关键节点（PCC/楔前叶）的θ振荡增强相关，这些区域涉及情景记忆和自我参照处理；而Bacteroides主导的集群则与额叶工作记忆区活动相关。研究者提出迷走神经通路可能是关键中介——肠道菌群代谢产物（如丙酸盐）可能通过激活迷走神经末梢，经孤束核（NTS）-蓝斑（LC）-后扣带回通路调控皮层活动。

尽管样本量限制（特别是集群C仅6人）需要谨慎解读，但该发现为"营养-菌群-脑功能"干预策略提供了重要靶点。未来可通过膳食纤维等干预增加Prevotella 9丰度，可能有助于维持老年认知功能。研究创新性地将微生物组学与神经电生理结合，为理解肠-脑轴在生理状态下的作用机制开辟了新视角。