《FEBS Letters》：Microbiome-blood–brain barrier interactions in aging — mechanisms and therapeutic potential
年龄相关的神经血管完整性下降正日益被认为是认知障碍和神经退行性易感性的一个促成因素。一个核心特征是源于内皮细胞衰老、屏障调节改变和慢性低度炎症的血脑屏障（BBB）功能障碍。与此同时，衰老重塑了肠道微生物群（GM），表现为多样性降低、产短链脂肪酸的共生菌减少以及促炎菌群的扩张。汇聚的证据表明，与年龄相关的肠道微生物群变化改变了微生物组功能，并可能通过微生物代谢物、免疫-内皮信号传导和全身代谢途径调节BBB生理学。这些数据将肠-脑轴定位为神经血管衰老的一个重要（但非唯一）调节因子。临床前和新出现的人类数据表明，菌群失调降低了BBB功能障碍的阈值，而实验模型中以微生物组为靶点的干预措施可以改善屏障相关的特征。值得注意的是，目前尚无人体试验证明，使用经过验证的神经影像学或液体生物标志物，微生物组调节能够预防或逆转BBB损伤。本综述综合了衰老过程中微生物群-BBB相互作用的机制，区分了相关性（correlation）与因果关系（causation），并概述了饮食、益生菌和基于粪便微生物群的策略在保护老年人神经血管健康方面的转化机会与局限性。
**衰老中的血脑屏障：结构与功能衰退**
正常衰老伴随着BBB进行性的结构和分子变化，这些变化共同损害了屏障及其调节功能。这些变化包括通透性增加、衰老以及免疫细胞运输失调，从而加剧神经炎症。
**衰老过程中BBB通透性增加**
BBB衰老最一致且功能相关的特征之一是屏障通透性的进行性增加。在人类中，动态对比增强磁共振成像显示，在正常衰老过程中会发生BBB破坏，海马体尤为脆弱，这种功能障碍在轻度认知障碍患者中进一步加剧。值得注意的是，BBB渗漏先于海马萎缩和认知能力下降，这表明通透性增加是大脑衰老的一个早期且有临床意义的标志，而非神经退行性变的继发性后果。后续研究发现，与年龄相关的BBB功能障碍可以独立于β-淀粉样蛋白（Aβ）和tau病理学来预测认知能力下降，支持了神经退行性疾病进展中存在血管优先或平行通路。这些观察结果与一个更广泛的概念框架一致，即BBB和神经血管单元功能障碍是衰老和神经退行性疾病中认知能力下降的上游因素。
从机制上讲，与衰老相关的BBB通透性增加并非主要源于广泛的紧密连接（TJ）解组装或细胞旁渗漏性增加。相反，越来越多的证据表明，脑内皮细胞（BECs）中的运输选择性受损和囊泡运输增强是主要原因。在生理性衰老过程中，小示踪剂的细胞旁通透性基本保持不变，但衰老的大脑表现出血浆蛋白（如白蛋白和免疫球蛋白G）渗漏增加。在小鼠中，血浆蛋白运输随着年龄增长从网格蛋白包被的囊泡转向小窝，这与小窝介导的非特异性转胞吞作用增加一致。这与MFSD2A作为成年BBB中小窝介导的非特异性转胞吞作用的内源性抑制因子的作用相符，MFSD2A的缺失会增加非选择性囊泡运输。急性模型进一步表明，在BBB破坏期间，跨细胞和细胞旁通路可以被差异性地、甚至逐步地募集，这在解释衰老研究时强调了通路特异性读数的重要性。
衰老还通过改变运输系统和液体清除来重塑屏障功能，从而改变表观通透性和大脑暴露程度。转运蛋白通路可能受到基因型和年龄的影响。例如，ApoE4改变血管BBB结构和炎症信号，并可能降低参与β-淀粉样蛋白处理的细胞表面脂蛋白受体水平，这说明了运输调节在衰老过程中如何塑造屏障功能。同时，多种对流依赖的清除过程在健康衰老中下降：脑脊液（CSF）周转减慢，老年啮齿动物中血管周围水通道蛋白-4的定位受损，动脉顺应性降低，以及类淋巴/血管周围运动减弱。这些变化共同不成比例地阻碍了肽和较大溶质的清除，并可能增加它们在大脑中的停留时间。这些运输和流体动力学变化与转胞吞作用相互作用，产生区域和货物特异性的“渗漏”模式，这些模式不一定反映TJ失败。重要的是，尽管在老年啮齿动物模型中，特别是在全身性炎症或菌群失调的情况下，已报道了TJ蛋白的减少，但在人类生理性衰老过程中并未一致观察到此类变化。即使是BBB通透性的微小增加也很重要：星形胶质细胞对白蛋白的摄取可触发适应不良信号，导致进行性BBB功能障碍和衰老中的网络过度兴奋性。
在分子水平上，衰老通过降低内皮细胞的恢复力进一步损害BBB完整性。对人类和小鼠BBB样本的比较转录组学分析表明，衰老主要与参与血管张力调节、细胞-细胞粘附和TJ维持能力的内皮细胞基因的转录下调（而非激活）相关。重要的是，内皮细胞基因表达的协调丧失限制了衰老BBB的适应能力，使其在全身性炎症或代谢应激的情况下更容易发生通透性增加。
BECs的这些变化伴随着神经血管单元内的结构变化。周细胞覆盖率下降，且极易受到氧化应激的影响，导致屏障失调和血流改变。实验性周细胞损失会迅速破坏BBB功能并在体内引发神经退行性变，强调了周细胞在维持屏障完整性中的因果作用。基底膜以区域特异性方式随年龄增厚，包括在胶质侧沉积脂滴/聚集体，这很可能反映了星形胶质细胞的代谢并影响微血管功能。在人类、非人灵长类动物和啮齿动物中，反应性星形胶质细胞的数量随衰老而增加，而血管覆盖率和aquaporin-4的表达则下降。此外，改变的星形胶质细胞-内皮细胞相互作用进一步降低了屏障的稳健性，并增加了在应激下渗漏的易感性。
对年龄相关BBB变化的解释因评估屏障功能的方式不同而变得复杂。小分子示踪剂主要反映细胞旁通透性，而白蛋白、免疫球蛋白G或内源性血浆蛋白则报告囊泡/转胞吞途径和运输选择性的变化。这些读数囊括了不同的机制，可能得出关于BBB完整性的看似不同的结论，特别是在紧密连接方面，强调在比较人类和动物数据时，需要将测量方法与潜在通路相匹配。
**内皮细胞衰老是BBB功能障碍的一个驱动因素**
细胞衰老是衰老的一个核心标志，并日益被认为是BBB衰退的关键因素。衰老被定义为一种由深刻的功能和分泌变化引起的稳定增殖停滞状态。它已被特别涉及在BECs中。对老年小鼠的转录组学和单细胞分析揭示了表达衰老相关基因（包括Cdkn1a (p21) 和Cdkn2a (p16)）的BEC群体扩增，特别是在海马和皮层区域。一致地，老年小鼠显示出增加的p16+和p21+ BECs数量。衰老的BECs还表现出功能改变，包括转运蛋白表达减少和基础通透性增加。
内皮细胞衰老的一个决定性特征是获得衰老相关分泌表型（SASP）。这种表型的特征是释放促炎细胞因子、趋化因子和损伤相关分子模式（DAMPs）。在衰老的BECs中，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）从细胞核转移到细胞质，并被释放到细胞外，在那里它作为一种强效的炎症信号，进一步加剧屏障功能障碍。总之，这些变化将内皮细胞衰老定位为BBB衰老、慢性炎症和神经退行性变易感性增加之间的核心机制联系。
**改变的免疫细胞运输和神经炎性衰老**
衰老过程中的BBB功能障碍与免疫监视的改变和进入中枢神经系统（CNS）的免疫细胞运输增加密切相关。神经炎症是生理性大脑衰老的一个标志，通常被称为神经炎性衰老，反映了由胶质细胞、内皮细胞和外周免疫细胞群相互作用驱动的慢性、低度炎症信号状态。
实验研究表明，与年轻动物相比，中年和老年小鼠表现出外周免疫细胞（包括CD3+ T细胞和Iba1+/Tmem119-巨噬细胞）浸润增加，这与年龄相关的屏障脆弱性和功能障碍一致。单细胞转录组学分析进一步揭示，衰老的小胶质细胞采用促炎表型，特征为分泌趋化因子如CCL3和细胞因子如肿瘤坏死因子（TNF）。这些信号上调内皮细胞粘附分子，从而促进白细胞粘附和跨内皮迁移。
同时，遗传和疾病相关因素加剧了免疫相关的BBB功能障碍。载脂蛋白E4（ApoE4），阿尔茨海默病（AD）最强的遗传风险因素，加速BBB破坏并促进周细胞损失，导致毛细血管稳定性受损和免疫细胞浸润增加。人类3D神经血管模型以及AD和帕金森病（PD）患者的死后研究显示，在脆弱脑区域中BBB通透性增加、血清蛋白外渗和血管炎症。
**BBB衰老的区域和细胞异质性**
与年龄相关的BBB功能障碍并非在大脑中均匀发生，而是表现出明显的区域和细胞异质性。人类和动物模型中的影像学和组织病理学研究一致地确定海马体特别容易受到早期BBB功能障碍的影响，而皮层和皮层下区域通常表现出延迟或较轻微的变化。这种区域易感性可能反映了小动脉、毛细血管和小静脉之间在血管密度、代谢需求、周细胞覆盖率、基底膜组成、星形胶质细胞表型和基线炎症状态方面的差异。
在细胞水平上，神经血管单元的组成部分表现出不同的衰老轨迹。BECs早期表现出转运蛋白和屏障支持基因的转录下调，而周细胞损失和基底膜增厚在衰老后期成为屏障脆弱性的突出贡献者。周细胞可能通过血小板衍生生长因子受体-β（PDGFRβ）信号传导的年龄相关改变而失去与BECs的接触，即使约20%的周细胞损失也足以在应激下损害屏障功能。星形胶质细胞则经历年龄依赖性的向反应性表型的转变，这会改变内皮信号传导，并在屏障破坏后放大炎症反应，而不一定取代终足覆盖。这些细胞类型特异性的改变相互作用，形成局部的BBB脆弱性，而不是产生均匀的屏障失效。
重要的是，这种异质性对微生物组-BBB的相互作用具有影响。微生物组来源的炎症和代谢信号不太可能平等地影响所有脑血管区域，而是优先针对恢复力降低或存在预先存在的结构损害的血管床。因此，认识区域和细胞异质性对于解释实验结果以及理解年龄相关的微生物组重塑如何选择性地加剧脆弱脑区域的BBB功能障碍至关重要。
总之，这些发现将衰老的BBB确定为一个动态且区域易感的界面，它积极地塑造并被慢性神经炎症过程和神经退行性易感性所塑造。重要的是，这些年龄相关的变化受到血管和免疫稳态的全身性调节因子的强烈影响。其中，肠道微生物群（GM）已作为一个重要的上游调节因子出现，将微生物组来源的炎症和代谢信号定位为衰老过程中BBB功能障碍的关键贡献者，这将在以下章节中讨论。
**与年龄相关的GM组成和微生物组功能改变**
与BBB的年龄相关变化平行，衰老与GM组成和肠道微生物组功能能力的可重复性改变相关。以下部分总结了衰老过程中微生物组重塑的关键特征，为随后讨论的微生物组-BBB相互作用提供背景。在此，研究人员使用GM指代与年龄相关的微生物群落组成变化，使用肠道微生物组指代微生物功能能力和代谢产出的改变。
**与年龄相关的GM组成重塑**
老年人通常表现出GM菌群失调，其特征是微生物多样性降低、有益共生菌耗竭和潜在有害细菌富集。在保护性共生菌中，特别是阿克曼氏菌属（Akkermansia）、乳杆菌属（Lactobacillus spp.）和双歧杆菌属（Bifidobacterium spp.），它们在肠道屏障维持和免疫调节中已确立的作用被减弱。这些菌群的丧失为产生内毒素的致病菌群创造了有利环境，从而使宿主易患肠道炎症和免疫失调。一致地，老年人经常表现出机会性菌群的过度生长，如肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、埃希氏菌属（Escherichia）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、拟杆菌属（Bacteroides）、副拟杆菌属（Parabacteroides）和粪球菌属（Coprococcus）。当这些菌群扩增超过稳态水平时，它们可以促进慢性低度炎症，并导致年龄相关的疾病易感性。与这些观察结果一致，另一项针对健康泰国老年人的研究显示，拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度增加，同时产短链脂肪酸（SCFA）的菌群减少。
因果证据由粪便微生物群移植（FMT）研究提供，将来自老年小鼠的GM移植到年轻的无菌受体中，导致有益共生菌和SCFA生产者粪杆菌属（Faecalibacterium）丰度降低，促炎菌群水平升高，以及肠道通透性、炎症和氧化应激增加。
除了组成变化，与衰老相关的GM菌群失调还伴随着对宿主免疫和血管稳态具有重要意义的全身性后果。老年人表现出循环炎症介质，包括白细胞介素（IL）-6和TNF，其水平与革兰氏阴性菌群的富集和产丁酸共生菌的耗竭相关。与年龄相关的微生物群改变进一步与全身性暴露于微生物衍生产物，如脂多糖（LPS），以及肠道和外周组织中先天免疫信号通路的激活增加相关。总之，这些变化导致了衰老特征性的慢性低度炎症环境，并为微生物组来源的信号可以影响远端血管屏障（包括BBB）提供了全身性背景。
**年龄相关的微生物衍生代谢物减少**
与年龄相关的微生物多样性降低伴随着肠道微生物组代谢产出的功能性下降，导致关键微生物衍生代谢物的产生减少和全身可获得性改变。其中，SCFAs是受衰老影响的最广泛表征的微生物组来源信号分子类别。SCFAs（主要是乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐）是肠道中膳食纤维细菌发酵的主要产物。SCFAs（特别是丁酸盐）水平随年龄增长而下降，并且与年龄依赖性的SCFA生产者（包括乳杆菌属和双歧杆菌属物种以及关键的产丁酸菌，如直肠真杆菌、柔嫩梭菌和瘤胃球菌科成员）的丧失密切相关。支持这些观察结果，衰老小鼠中的整合宏基因组学和代谢组学分析揭示了参与丁酸合成和宿主利用的微生物途径显著减少，表明由年龄相关的微生物组功能障碍驱动的微生物群-宿主代谢耦合受损。在功能上，丁酸盐调节免疫细胞反应，因此其年龄相关的下降可能导致老年人免疫调节受损。
除了SCFAs，与衰老相关的菌群失调也影响参与芳香族氨基酸代谢的微生物途径。GM有助于几种主要的色氨酸衍生代谢途径，包括犬尿氨酸途径、血清素途径以及吲哚和吲哚衍生代谢物的产生。衰老与这些途径相对贡献的变化有关，证据来自28月龄小鼠中循环色氨酸和吲哚衍生物减少以及犬尿氨酸水平增加，表明宿主-微生物色氨酸利用随年龄的再平衡。与此一致，联合粪便宏基因组学和血清代谢组学分析显示了与年龄相关的吲哚-3-乙酸减少以及产生吲哚的菌群丰度降低，进一步支持了衰老过程中微生物组来源的色氨酸信号传导的功能性下降。重要的是，几种微生物组来源的吲哚通过芳烃受体（AhR）发出信号，以促进中枢神经系统相关细胞中的抗氧化反应、免疫静止和屏障支持程序。它们的年龄相关下降因此可能导致神经血管恢复力降低。
胆汁酸代谢的改变进一步加剧了肠道微生物组与衰老相关的代谢表型，反映了年龄依赖性的微生物群驱动的胆汁酸转化。胆汁酸作为关键的代谢和免疫调节信号分子，其组成由微生物转化塑造。老年人表现出与年轻受试者不同的餐后胆汁酸模式，衰老与循环中初级胆汁酸和氨水平增加相关。同时，向细菌衍生的次级胆汁酸的转变与年龄相关的认知能力下降有关，突出了胆汁酸代谢作为衰老中微生物组驱动的代谢重塑的另一个轴。值得注意的是，疏水性次级胆汁酸与内皮功能障碍和屏障损伤有关，而初级胆汁酸可能通过受体介导的信号通路发挥中性或依赖上下文的保护作用。
**年龄相关菌群失调的生活方式调节因素**
生活方式因素在衰老过程中显著调节GM组成。久坐行为与体重指数增加和加速的生物衰老有关。它也与GM多样性降低相关。相比之下，较高水平的体力活动与产SCFA细菌的丰度增加相关。同时，多药治疗和营养不良（由于食欲减退和功能限制在老年人中普遍存在）与GM菌群失调相关，包括大肠杆菌等病原体的富集和不良的炎症特征。
**衰老相关菌群失调与神经退行性疾病的交叉**
在正常衰老过程中观察到的几种GM改变在年龄相关的神经系统疾病中重复出现。一项基于人群的老年人研究报告了在认知能力下降或痴呆高风险个体中可重复的GM变化。这些变化的特征是微生物多样性降低和产SCFA的菌群（如瘤胃球菌科和双歧杆菌科）的耗竭。在实验性AD小鼠中，GM菌群失调伴随着乳杆菌属在属水平上的过度表达，而通过膳食纤维补充（同时富集产SCFA的梭菌目）可以恢复。较高的丁酸盐摄入也与老年个体更好的认知功能相关。
此外，对患有轻度认知障碍和AD的老年人进行的临床代谢组学分析揭示了其他GM衍生代谢物的变化。与认知正常的对照组相比，AD患者表现出较低的血清初级胆汁酸浓度和较高水平的细菌产生的次级胆汁酸，包括脱氧胆酸及其甘氨酸和牛磺酸结合形式。虽然犬尿氨酸和犬尿喹啉酸作为宿主色氨酸代谢的标志物在AD患者中保持不变，但血清素前体5-羟色氨酸显著下降，而吲哚-3-丙酮酸在轻度认知障碍和AD中富集。血清吲哚-3-乙酸水平升高与认知功能差相关。重要的是，这些发现突显了色氨酸衍生的吲哚代谢物发挥环境和代谢物特异性的效应，以至于衰老的特征是具有稳态和屏障支持功能的微生物组来源吲哚的减少，而神经退行性疾病状态可能涉及与炎症、清除受损或代谢失调相关的不同吲哚中间体的积累。
在帕金森病中，菌群失调的GM促进了肠道炎症、上皮屏障破坏和全身免疫改变，包括通过回肠粘膜中受损的Th17稳态免疫导致CD4+ T细胞减少和促炎细胞因子增加，这可能增加BBB的脆弱性。同样，脑卒中后认知障碍患者表现出肠杆菌科丰度增加、肠道Toll样受体4表达升高、循环LPS和LPS结合蛋白升高、粪便丁酸盐减少，以及肠道和认知功能障碍加剧。
总之，衰老与GM的深刻重塑相关，其特征是微生物多样性降低、产SCFA和屏障支持的菌群丧失、促炎致病菌群扩增以及肠道通透性增加。这些微生物群驱动的组成变化和微生物组驱动的功能变化促进了全身性炎症、内毒素血症和代谢失调，这是炎性衰老的核心特征，它超越了肠道，并为后续章节讨论的微生物组驱动的BBB完整性调节提供了机制基础。
**机制：从微生物组信号到BBB衰老**
鉴于BBB对循环炎症介质和微生物组衍生代谢物的反应性，与年龄相关的GM组成和微生物组功能改变可能导致BBB功能障碍。尽管在衰老中的直接证据仍然有限，但来自GM耗竭、FMT和年龄相关疾病模型的汇聚数据支持了肠道微生物组在调节BBB完整性和恢复力中的作用。本节综合了将微生物组衍生信号与BBB调节联系起来的现有证据，并重点讨论了在衰老中可能失调的机制。
**肠道微生物组作为基线BBB完整性的调节因子**
来自微生物群耗竭模型的证据表明，GM是正常BBB发育和维持所必需的。无菌小鼠表现出BBB通透性增加，伴随TJ蛋白（包括occludin和claudin-5）表达降低，而周细胞覆盖率与无特定病原体小鼠相似。这突出了细胞旁屏障特性对微生物组衍生信号的发育和实验依赖性。类似地，抗生素诱导的GM耗竭会降低TJ蛋白表达并增加细胞旁BBB通透性。这些变化可能反映了微生物丧失和代谢应激的综合效应，而非生理性衰老本身，并且它们伴随着空间记忆障碍。
GM依赖的屏障调节的破坏并非仅限于BBB。在其他屏障界面，包括血-脑脊液屏障，无菌和抗生素处理的小鼠表现出改变的TJ组织和增加的屏障通透性，而星形胶质细胞的数量或形态没有变化。
总之，这些发现确立了肠道微生物组作为生理条件下CNS屏障完整性的决定因素，并为年龄相关的菌群失调如何可能损害BBB功能提供了机制框架。
**GM菌群失调与衰老中的BBB脆弱性**
将微生物组特征与BBB改变联系起来的人类研究主要是相关性的，而因果推断主要来自实验模型。这一区别在跨物种和背景进行外推时很重要。
在患有冠心病的老年患者中，产SCFA的菌群（包括粪杆菌属和颤螺菌属）丰度降低与海马BBB通透性增加和认知障碍相关。在老年小鼠中，向致病菌群（如螺杆菌属）的转变和粪杆菌属丰度的降低与大脑和肠道中TJ蛋白水平降低相关，表明细胞旁通透性增加。这些变化与神经炎症（包括大脑LPS水平增加）、内皮肿胀和基底膜异常同时发生，提示了潜在的GM-BBB相互作用。
FMT研究进一步支持了与年龄相关的GM状态与脑血管功能障碍之间的因果联系。将来自老年供体的GM移植到年轻受体小鼠体内，会诱导大脑内的血管炎症和氧化应激。其他研究报告了BBB处葡萄糖转运蛋白表达降低、星形胶质细胞反应性增加以及在无明显屏障破坏情况下的认知缺陷。这些发现表明，微生物组对BBB的影响可能首先表现为功能性失调，然后才出现明显的通透性变化。在老年小鼠中，抗生素介导的衰老微生物群抑制可逆转全身性内皮功能障碍，减少动脉硬化，并减轻血管氧化应激和炎症。该工作未评估BBB通透性，因此与脑血管屏障的相关性仍属推断。
关键的是，虽然老年供体微生物群移植可以在年轻小鼠中诱导BBB相关的变化，但尚不清楚对老年个体微生物组的非侵入性调节是否可以在没有同时干预的情况下逆转BBB衰老。目前缺乏使用BBB特异性读数的直接人体证据。
尽管许多微生物组衍生代谢物已被证明在实验系统中调节BBB特性，但年龄相关的内源性代谢物谱变化是否足以在体内导致BBB功能障碍尚不完全清楚。总体而言，现有数据支持一个模型，即与衰老相关的菌群失调不会直接导致BBB破坏，而是在血管应激、炎症或神经退行性过程的背景下降低了屏障功能障碍的阈值。
**损害BBB功能的微生物组来源的炎症和代谢信号**
许多与衰老相关的BBB相关信号并非源于微生物存在本身的变化，而是源于微生物组来源的炎症和代谢产物的年龄依赖性重塑。
如上所述，与年龄相关的GM菌群失调伴随着全身性暴露于微生物组来源的炎症和代谢信号增加。这些信号可能直接靶向大脑内皮。其中，从革兰氏阴性菌释放的LPS是连接肠道屏障功能障碍与BBB损伤的关键介质。循环LPS加剧了老年小鼠的全身性炎症和内皮功能障碍。在急性或慢性炎症挑战条件下，它还增加细胞旁BBB通透性，降低TJ蛋白表达。从机制上讲，内皮Toll样受体4（TLR4）驱动对LPS的细胞反应。在BECs中，这种先天激活包括caspase-11依赖的gasdermin D切割，导致孔形成和屏障破坏。
除了直接的内皮效应，微生物组驱动的炎症信号通过免疫-内皮串扰被放大。BECs表达促炎细胞因子如IL-6、TNF和其他因子的受体，以及包括Toll样受体和炎症小体在内的模式识别受体。这种受体库使BECs能够感知全身性炎症信号。BBB处的周细胞和星形胶质细胞也表达Toll样受体并对微生物和内源性配体做出反应。在人类周细胞中，LPS或HMGB1上调细胞因子、趋化因子和粘附分子（ICAM-1， VCAM-1），这些变化可能在炎症期间促进白细胞粘附和运输。持续暴露于细胞因子会诱导内皮激活，上下文依赖性地下调TJ蛋白，增加细胞旁屏障通透性。同时，炎症信号促进星形胶质细胞反应性并损害通常抑制通透性的SHH信号，从而在衰老中放大细胞因子驱动的内皮反应。Toll样受体2的基因缺失导致TJ蛋白（包括zonula occludens-1， occludin和claudin-5）表达降低和BBB通透性增加。这些观察结果为年龄相关的炎性衰老与BBB功能障碍之间的机制联系提供了证据。
与此同时，与衰老相关的菌群失调改变了与心血管和脑血管疾病相关的微生物组衍生代谢物的循环水平。一个例子是氧化三甲胺（TMAO），它随年龄增长而增加，并在小鼠和细胞模型中诱导衰老和内皮功能障碍。从机制上讲，TMAO促进内皮和星形胶质细胞炎症，损害一氧化氮生物利用度，增强白细胞粘附，并通过氧化应激和线粒体功能障碍加速细胞衰老。总的来说，这些过程将BBB功能障碍转向增加囊泡通量和运输失调（跨细胞通透性）。
微生物组衍生代谢物可能类似地促进内皮衰老。用特定细菌菌株，如梭菌属ASF356，定植年轻小鼠，会增加循环苯乙酸（PAA）水平，并通过线粒体活性氧（ROS）产生诱导内皮衰老和血管生成损伤，可能在应激下增加跨细胞通透性。总之，这些发现表明，与年龄相关的微生物组重塑改变了到达脑血管系统的代谢物平衡。其模式是暴露于促炎和促衰老信号增加，同时通常支持内皮恢复力和屏障调节的保护性代谢物（包括SCFAs、特定的色氨酸衍生吲哚和稳态胆汁酸谱）的伴随减少。
综合来看，现有证据支持一个模型，即与衰老相关的微生物组变化不会直接诱导BBB破坏，而是在存在全身性炎症、代谢疾病或神经退行性病理等汇聚应激源时，降低了屏障功能障碍的阈值。
**调节GM和微生物组对BBB健康衰老的治疗潜力**
BBB稳定化是改变衰老和神经退行性疾病中认知能力下降轨迹的一种可行策略。迄今为止，尚无基于微生物组的干预措施使用经过验证的通透性或神经影像学生物标志物在人体中直接证明BBB保护作用。大多数人类证据是间接的。最近的证据强调了靶向微生物组以保存或恢复BBB完整性的治疗潜力，特别是在衰老、神经炎症和年龄相关的神经系统疾病的背景下。临床前研究表明，益生菌、益生元、后生元、SCFA补充剂、饮食干预和FMT可以增强BBB功能和恢复力，减少神经炎症，并支持神经营养信号传导。本节重点关注已证明与衰老和以BBB功能障碍为特征的年龄相关神经系统疾病相关的基于微生物组的干预措施的临床前证据。在人类中，这些干预措施在老年人和神经退行性疾病患者中减少全身性炎症、改善肠道屏障完整性和调节认知结果。这些效应间接支持BBB保护。然而，目前缺乏BBB通透性的直接测量。在本节中，基于GM的干预措施指主要改变GM组成的策略，而靶向微生物组的干预措施调节微生物代谢产出或信号传导能力。
**益生菌和益生元**
益生菌可以通过调节GM组成和减少全身性及神经炎症来增强BBB完整性。在老年小鼠中，口服乳杆菌益生菌混合物在菌群失调和术后应激条件下加强了海马TJ组织，降低了对FITC-葡聚糖的BBB通透性，并减轻了术后认知功能障碍。Probiotic-4，一种包含乳双歧杆菌、干酪乳杆菌、两歧双歧杆菌和嗜酸乳杆菌的多菌株配方，改善了衰老加速小鼠易感8系小鼠的BBB功能，上调了肠道和脑微血管中的TJ蛋白表达，恢复了内皮超微结构，并减轻了神经炎症，表明益生菌可以通过调节微生物组驱动的炎症信号来保护衰老的大脑。
进一步研究证实了益生菌在多种年龄相关神经系统疾病模型中的更广泛应用。在经历实验性缺血性卒中的小鼠中，施用选定的乳杆菌菌株可减少全身性炎症，恢复claudin-5表达，并限制伊文思蓝外渗。在帕金森病小鼠中，聚甘露糖醛酸和鼠李糖乳杆菌GG的合生元组合协同增强TJ蛋白，提升神经营养因子的mRNA表达，并比单独治疗更有效地减轻神经炎症。在一个人源化AD小鼠模型中，施用由具有记录在案的微生物组调节特性的婴儿肠道来源乳杆菌和肠球菌菌株组成的特定益生菌混合物，可减弱小胶质细胞活化和神经炎症信号，同时增强BBB处的TJ完整性。在肌萎缩侧索硬化症转基因小鼠模型中，益生菌补充剂保存了claudin-5和zonula occludens-1的表达，表明屏障完整性得到保护。总之，这些研究强调了益生菌在各种神经和发育背景下增强BBB完整性、调节神经炎症和促进神经营养信号传导的能力。在这些模型中，TJ保护主要发生在炎症、神经退行性或缺血性应激下，而非生理性衰老过程中。
益生元影响免疫反应、神经炎症和BBB功能。在转基因AD模型中，补充益生元纤维菊粉减少了分离的脑毛细血管中occludin和claudin-1的表达，表明连接蛋白组分的上下文依赖性（context-dependent）或补偿性重塑，而非均匀的屏障增强。补充低聚木糖（一种益生元纤维）可保护人源化AD小鼠中手术诱导应激下的BBB超微结构，保存TJ蛋白并防止基底层塌陷。这些发现表明，益生元通过重塑GM组成和下游微生物组代谢活动来增强BBB稳定性和神经保护。
**粪便微生物群移植**
FMT是一种新兴的基于GM的技术，通过内窥镜、灌肠或口服给药等方式将供体粪便引入受体，以恢复受体肠道中的供体GM。目前正在探索其用于各种胃肠道和神经系统疾病。异时性FMT研究测试了老年GM移植是否足以诱导BBB和大脑衰老表型，以及年轻的微生物组是否可以逆转它们。将来自老年供体的GM移植到年轻受体中，加速了肠道屏障功能障碍和中枢神经系统炎症特征，而反方向移植则改善了炎症，恢复了屏障完整性的某些方面，并改善了相关的功能结果。将健康人类GM移植到MPTP处理的小鼠中，恢复了黑质纹状体周细胞覆盖率和BBB完整性标志物，同时减少了星形胶质细胞和小胶质细胞的活化以及神经退行性变。此外，来自丁酸钠处理的db/db小鼠的FMT可有效保存缺血性卒中后的BBB完整性。接受来自未处理db/db供体GM的小鼠表现出严重的BBB破坏，包括内皮糖萼降解和TJ蛋白丢失。相比之下，来自丁酸钠处理供体的FMT维持了更厚、完整的糖萼层，减少了syndecan-1和硫酸乙酰肝素的脱落，并恢复了zonula occludens-1， occludin和claudin-4的表达。这些研究共同强调了FMT在病理或代谢应激条件下，通过调节GM来修复或恢复BBB功能和内皮稳态的能力。
**SCFA补充剂和饮食干预**
除了直接重塑GM组成的干预措施，针对微生物组来源代谢产物的策略为在衰老过程中保存BBB完整性提供了另一种途径。如上所述，随着年龄增长，粪便SCFAs进行性下降。反过来，补充丁酸钠可增加海马TJ蛋白表达，减少FITC-葡聚糖BBB渗漏，并改善老年菌群失调动物的术后认知功能障碍。在实验性AD小鼠模型中，粪便SCFA水平降低与脑屏障完整性受损相关。口服补充丙酸盐或丁酸盐可增加TJ蛋白表达并改善屏障功能，在血-脑脊液屏障处效果更明显，在BBB处有适度改善。在自发性高血压大鼠中，延髓头端腹外侧区BBB通透性增加，表现为伊文思蓝和葡聚糖渗漏增强以及TJ超微结构破坏。用乙酸盐处理可显著降低BBB通透性，部分恢复TJ完整性，并星形胶质细胞形态正常化。此外，乙酸盐通过减轻氧化应激和减弱由微生物组衍生代谢物PAA诱导的衰老相关分泌表型，拯救内皮细胞免于衰老诱导。值得注意的是，TJ相关效应主要在动物模型的菌群失调、神经退行性变或血管病理学背景下观察到，而生理性衰老的特征更多是运输和转胞吞作用的改变，而非一致的TJ丢失。
在分子水平上，SCFAs抑制I类和II类组蛋白去乙酰化酶，从而增加染色质可及性并促进内皮细胞中屏障支持的转录程序。这些包括参与TJ维持、抗炎信号传导和氧化应激抗性的基因。与此表观遗传机制一致，SCFA补充剂可恢复无菌和疾病模型中的BBB完整性。丙酸盐和丁酸盐降低细胞旁通透性，增强claudin-5， occludin和ZO-1的稳定性，并保护BECs免受炎症破坏。乙酸盐进一步通过恢复NAD+-SIRT1信号传导、抑制NFkB依赖的衰老相关分泌表型和增强NRF2介导的抗氧化反应来减轻内皮衰老。这些表观遗传介导的效应与观察到的SCFA益处的上下文依赖性一致，即当BBB受到挑战时，这种益处最为明显，而不是在生理性衰老过程中。
饮食是GM组成和微生物组功能产出的主要决定因素。尽管生物衰老伴随着进行性的生理和微生物组改变，但饮食干预具有减轻年龄相关发病率和死亡率的巨大潜力。在中年大鼠中，持续12周的地中海饮食增加了GM多样性，并产生了与西方饮食相比不同的特征。然而，尽管地中海饮食喂养的大鼠occludin mRNA有适度增加，但饮食组之间的BBB结构和TJ蛋白表达没有变化。这些发现表明，短期饮食差异（地中海饮食与西方饮食之间的差异）在分子水平上不会显著影响BBB完整性。这些发现与BBB改变在衰老过程中优先涉及运输和功能适应而非明显的TJ丢失的证据一致。
此外，生酮饮食有效挽救了转基因ALS小鼠的BBB破坏和出生后致死率。在对照喂养的突变体中，伊文思蓝外渗表明BBB渗漏，而生酮饮食喂养的小鼠表现出完整的BBB，脑脑血管内皮细胞的坏死性凋亡减少，以及皮层和丘脑中嗜中性粒细胞浸润降低。生酮饮食还抑制了促炎细胞因子表达，从而稳定了BBB完整性并延长了生存期。与随意喂养的对照组相比，进行40%热量限制的老年小鼠表现出改善的BBB功能，伴随皮层毛细血管中脑血流量和P-糖蛋白外排转运蛋白活性增加，表明在热量限制条件下清除能力增强且BBB完整性得到加强。限制性喂养还减弱了暂时性实验性局灶性脑缺血后大脑炎症细胞因子和趋化因子水平，并减少了免疫细胞浸润。热量限制的小鼠表现出伊文思蓝和IgG渗漏减少，表明BBB破坏受限。限制性喂养还在缺血应激条件下增强了TJ蛋白表达并减少了进入大脑的免疫细胞浸润。电子显微镜证实了热量限制小鼠中完整的内皮和基底膜结构以及星形胶质细胞终足肿胀减少。此外，间歇性禁食在慢性脑低灌注小鼠模型中保护了BBB。与随意喂养的小鼠在双侧颈总动脉狭窄15-30天后表现出BBB通透性增加和TJ蛋白减少不同，间歇性禁食维持或增加了皮层、海马体和全脑中的TJ蛋白表达，增强了脑血流量恢复，并减少了氧化应激。
总之，这些发现表明，SCFA补充剂和饮食干预可以通过调节炎症和氧化应激来有效保存BBB完整性和功能，突显了饮食作为一种通过肠-脑轴促进脑血管健康的强大且可及的策略。
**转化障碍
