《npj Dementia》：Gut microbial signatures associated with cognitive performance in older adults from the long-lived Okinawan population
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近期横断面研究报告了老年人肠道微生物群与认知功能之间的关联。然而，这一关系尚未在日本冲绳得到探索，该地区历史上以卓越的人类长寿而闻名。在本项横断面研究中，研究人员从日本冲绳县招募了155名年龄≥65岁的社区居住成年人。受试者接受了全面的神经心理学评估，并根据蒙
近期横断面研究报告了老年人肠道微生物群与认知功能之间的关联。然而，这一关系尚未在日本冲绳得到探索，该地区历史上以卓越的人类长寿而闻名。在本项横断面研究中，研究人员从日本冲绳县招募了155名年龄≥65岁的社区居住成年人。受试者接受了全面的神经心理学评估，并根据蒙特利尔认知评估-日本版（Montreal Cognitive Assessment-Japanese version, MoCA-J）和临床痴呆评定量表（Clinical Dementia Rating, CDR）评分被分类为认知正常、轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI）或痴呆。研究人员利用16S rRNA基因扩增子和全基因组鸟枪法测序分析了他们的肠道微生物群。研究发现，肠道微生物α多样性和群落结构均与认知状态和表现评分显著相关。物种水平分析显示，一种抗炎细菌Fusicatenibacter saccharivorans与认知表现评分呈正相关，并且与Faecalibacterium prausnitzii共存，后者是一种在阿尔茨海默病小鼠模型中改善认知损伤的物种。相反，指示黏膜屏障功能障碍的黏蛋白降解通路在MCI组中富集。总之，研究人员的发现提供了与老年人认知表现相关的微生物和功能特征的见解。需要进一步的纵向研究、独立队列中的重复研究以及实验验证来确认这些发现。
一、研究背景与科学问题
痴呆症是一种以记忆力、推理能力和日常生活功能受损为特征的进行性神经退行性疾病。随着全球人口快速老龄化，其患病率持续上升，预计到2050年将超过1.5亿人，给个人和社会带来沉重的生理、心理和经济负担。日本作为全球老龄化最快的国家之一，自2015年起已将痴呆症列为主要死因，凸显了预防策略的紧迫性。轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）被认为是介于正常衰老与痴呆之间的过渡阶段，约15%~20%的60岁以上老年人患有MCI，其中每年有8%~15%会进展为痴呆，因此早期识别和干预至关重要。
近年来，关于肠-脑轴的研究揭示了老年人肠道微生物群与认知功能之间的关联，尤其是抗炎细菌与更好的认知表现存在一致性联系。例如，在中国泰州的大型社区队列中发现Fusicatenibacter saccharivorans与认知评分呈正相关，而在日本草津的研究则显示MCI患者体内Faecalibacterium丰度降低，且其丰度与MCI组的认知测试得分正相关。此外，分离出的Faecalibacterium prausnitzii能够改善β-淀粉样蛋白（Aβ）诱导的小鼠认知损伤，提示肠道微生物可能成为预防干预的潜在靶点。
尽管已有诸多研究探讨肠道微生物与认知功能的关系，但鲜有关注日本冲绳地区的老年人。冲绳历史上以卓越的人类长寿著称，虽然近年生活方式西化导致肥胖等年龄相关疾病增加，但二战前出生的冲绳出生队列仍表现出相对较低的死亡率。此前报道的微生物-认知关联是否也能在这一历史长寿人群中观察到尚不清楚。为此，研究人员开展了一项横断面研究，对冲绳县社区居住的老年人进行肠道微生物组学分析，旨在鉴定与该人群认知表现相关的微生物特征、功能及基因水平的关联。
二、关键技术与方法
本研究采用的主要技术方法包括：从日本冲绳县宜野湾市23个邻里协会招募155名年龄≥65岁的社区居住老年人，通过蒙特利尔认知评估-日本版（MoCA-J）和临床痴呆评定量表（CDR）评分将受试者分为认知正常组（n=34）、MCI组（n=111）和痴呆组（n=10）；粪便样本分别进行16S rRNA基因扩增子测序（V3-V4区，Illumina NextSeq 1000平台）和全基因组鸟枪法测序（Illumina NovaSeq 6000平台）；16S数据经QIIME2流程处理获得扩增子序列变体（ASV）和属水平相对丰度，计算Chao1指数、Shannon指数和Faith系统发育多样性等α多样性指标及Bray-Curtis距离；鸟枪法测序数据经质量控制后，使用MetaPhlAn4进行物种水平分类谱分析，使用HUMAnN3进行KEGG直系同源（KO）功能谱分析；统计建模采用MaAsLin2线性回归模型并以年龄作为协变量，使用Benjamini-Hochberg方法校正多重检验（Q<0.1为显著）。
三、主要研究结果
参与者特征描述： 研究人员通过比较认知正常组与MCI组及痴呆组的临床参数，发现MCI组有11项、痴呆组有12项临床指标与正常组存在显著差异（Q<0.1）。认知表现与年龄的相关性最强（如符号数字模式测验SDMT与年龄的Spearman相关系数ρ=?0.734），表明年龄可能是肠道微生物与认知功能关联的混杂因素。
认知功能与肠道微生物α多样性和群落结构相关： 以年龄为协变量的线性回归模型显示，正常组的α多样性指标（Chao1、Shannon、Faith's PD）总体上低于MCI和痴呆组，但校正后均不显著（Q>0.1）。基于Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（NMDS）显示NMDS1载荷随认知功能下降而降低（Jonckheere-Terpstra检验，P=0.0199）。进一步分析发现，MMSE评分与Chao1指数（P=4.34×10?3）、Shannon指数（P=0.0228）和Faith's PD（P=2.91×10?3）呈负相关，而NMDS1载荷与MMSE评分正相关（P=0.0110）、与连线测试A型（TMT-A）评分负相关（P=0.0377）。
特定肠道微生物随认知功能协同变化： 属水平分析未发现组间显著差异。全基因组鸟枪法测序成功获得148份样本数据（正常31例、MCI 107例、痴呆10例）。物种水平分析显示，Bifidobacterium adolescentis在痴呆组中显著高于正常组（Q=0.0923）。通过分析物种丰度与认知评分的关系，共鉴定出11种与认知表现评分显著相关的物种（Q<0.1），其中4种属于Oscillospiraceae科（某些成员可产生脱氧胆酸和石胆酸），而具有抗炎特性的Fusicatenibacter saccharivorans与SDMT评分呈正相关（Q=0.0471）。
膳食多样性与F. saccharivorans丰度的关联： F. saccharivorans丰度与基于问卷的食物多样性评分呈正相关（Spearman秩相关检验，P=0.0147，ρ=0.200），提示饮食习惯可能影响该菌的丰度。
MCI组中F. prausnitzii-F. saccharivorans-SDMT完整网络： 在MCI组中，共现/排斥网络分析揭示了一个由F. prausnitzii、F. saccharivorans和SDMT组成的完全正向关系图，表明这两种菌在MCI组的认知表现相关微生物网络中紧密相连。
MCI和痴呆组中肠道微生物碳水化合物降解通路富集： 在KO水平比较中，MCI组和痴呆组分别有4个和7个KO显著差异（Q<0.1）。对这些上调的KO进行代谢模块富集分析，发现24个代谢模块显著富集，其中23个与碳水化合物降解相关。值得注意的是，EPM0229（黏蛋白降解模块）在MCI组中富集，提示肠道黏液屏障完整性受损。
认知相关物种和KO与其他临床测量无显著关联： 除年龄与K15923（α-L-岩藻糖苷酶2，黏蛋白降解通路中的酶）存在负相关外（Q<0.1），认知相关的细菌类群和基因与其他临床指标均无显著关联。经年龄校正后，K15923在MCI组中的丰度仍显著高于正常组（Wilcoxon秩和检验，P=5.37×10?4），提示该KO的差异对认知状态的影响可能大于年龄本身。
四、讨论与结论
本研究发现，不同于以往报道的低多样性常与疾病相关的观点，冲绳老年人中几种认知表现评分与肠道微生物α多样性呈显著负相关，这可能反映了认知受损个体因衰老导致肠道环境不稳定，使其微生物群更易受外界扰动。整体肠道微生物群落结构与认知状态的关联与多个既往队列研究一致，支持了肠道微生物结构改变可能与认知状态相关的观点。
在物种层面，F. saccharivorans与认知功能评分的正相关与中国大型队列研究结果一致，该菌在溃疡性结肠炎活动期患者中减少，并在炎症性肠病小鼠模型中通过诱导白细胞介素-10发挥抗炎作用，提示其可能通过抗炎特性与老年人认知功能正相关。网络分析首次在MCI组中发现F. prausnitzii与F. saccharivorans共存并与认知表现构成完整正相关网络，提示认知相关的微生物物种可能在MCI群体中形成相互连接的生态网络。
功能分析首次在MCI老年人中发现微生物黏蛋白降解基因的富集，表明肠道黏液屏障完整性受损。既往研究已证实黏液屏障功能障碍与肠道炎症相关，而炎症性肠病患者认知功能受损风险升高，支持了肠道炎症与认知损害之间的潜在联系。
研究结论： 这项针对日本冲绳县155名社区居住老年人的横断面研究，首次在该以人类长寿闻名的地区表征了与认知功能相关的特异性微生物特征。研究发现肠道微生物α多样性和群落结构与认知状态显著相关；F. saccharivorans与认知评分正相关且与膳食多样性正相关；F. prausnitzii与F. saccharivorans在MCI组中形成正相关共现网络；MCI组中黏蛋白降解通路富集。这些发现为理解老年人认知表现相关的微生物和功能特征提供了新见解，但需进一步的纵向研究、更大独立队列的重复研究和实验验证来确定这些微生物特征是否有助于维持老年人的认知健康。
