《Aging Cell》：Lactiplantibacillus plantarum AS21 Attenuates Sex-Biased Glucose Intolerance in Aging Mice via Gut Mucosal Microbiota-Derived Citrulline
编辑推荐：
衰老相关的代谢衰退，尤其是葡萄糖耐受不良，是老龄化人群中日益严峻的挑战。益生菌是宿主代谢的潜在调节因子；然而，性别差异如何影响其在缓解代谢性衰老中的功效仍知之甚少。研究人员将植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）AS21给予自
衰老相关的代谢衰退，尤其是葡萄糖耐受不良，是老龄化人群中日益严峻的挑战。益生菌是宿主代谢的潜在调节因子；然而，性别差异如何影响其在缓解代谢性衰老中的功效仍知之甚少。研究人员将植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）AS21给予自然衰老的雄性和雌性小鼠长达6个月。观察到代谢衰退存在显著的性二态性，衰老雄性较雌性表现出更严重的葡萄糖耐受不良。同时，循环瓜氨酸（citrulline）水平在雄性中耗竭而在雌性中升高。AS21干预显著改善衰老雄性的葡萄糖耐受不良，而对代谢稳定的雌性影响极小。微生物组分析显示，AS21重塑了雄性黏膜相关微生物群落，伴随微生物瓜氨酸生物合成基因（argF、argI）丰度增加及循环瓜氨酸恢复。相比之下，雌性维持稳定的代谢与瓜氨酸谱，微生物改变有限。此外，直接补充瓜氨酸重现了上述代谢获益，改善葡萄糖耐受、增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）并刺激胰高血糖素样肽-1（GLP-1）释放。综上，这些发现表明AS21缓解雄性小鼠年龄相关葡萄糖失调——该获益与微生物组驱动的瓜氨酸代谢恢复密切相关，凸显其作为针对代谢性衰老的性别特异性、微生物组靶向策略的潜力。
研究背景与立项依据：衰老伴随代谢稳态失衡，葡萄糖耐受不良是老龄化人群核心健康威胁之一。现有干预多面向已发疾病，对前期糖尿病（prediabetes）等可逆窗口缺乏精准手段。生物性别作为衰老生物学基本变量，塑造了葡萄糖调控与代谢脆弱性的分化轨迹，但多数益生菌研究未整合性别维度。肠道微生物组经氨基酸代谢层面对宿主代谢的调控近年才被关注，其中瓜氨酸（一种非蛋白源性氨基酸，主要由小肠合成，参与氮平衡、氧化还原与肠屏障功能）在衰老模型中呈一致性下降，但其与性别偏倚性糖代谢衰退的因果关联未知。该研究于《Aging Cell》发表，旨在揭示植物乳杆菌AS21经黏膜微生物组瓜氨酸代谢缓解衰老雄性小鼠糖耐量受损的机制，为性别特异性微生物靶向干预提供证据。
主要关键技术方法：研究采用自然衰老C57BL/6J小鼠队列（14与18月龄起步，干预至24月龄，雌雄各n=8）及15月龄雄性高脂饮食联合低剂量链脲佐菌素（HFD+STZ）前期糖尿病模型（n=10/组）；通过口服灌胃给予AS21（1×109 CFU）或PBS对照6个月。代谢表型以口服葡萄糖耐受试验（OGTT）、胰岛素耐受试验（ITT）及GSIS评价；血清瓜氨酸与代谢物经非靶向UHPLC–MS/MS及靶向LC–MS/MS定量；结肠黏膜微生物组进行宏基因组测序（Illumina NovaSeq 6000）并以MAG（metagenome-assembled genome）重构溯源argF/argI；体外建立黏膜微生物组与AS21活菌/上清/裂解物共培养体系验证瓜氨酸合成；以STC-1肠内分泌细胞系考察瓜氨酸对GLP-1分泌、Slc6a14转运及线粒体/DNA应激的保护；并系统回顾2015–2026年临床瓜氨酸血糖结局研究。
研究结果
3.1 AS21维持雄性小鼠衰老过程葡萄糖稳态：自然衰老模型中，24月龄雄性OGTT曲线下面积（AUC）显著高于20月龄雄性，雌性无此年龄差异；ITT未见组间大变。AS21长期干预仅于雄性显著降低空腹血糖、血清IL-6与IFN-γ，提升脂联素（APN）与IL-10，减轻体重增长而不改摄食量，证明代谢保护具雄性特异性。
3.2 衰老期循环瓜氨酸呈性别二态性下降：血清非靶向代谢组与精氨酸生物合成通路富集交叉分析锁定瓜氨酸为唯一跨组共有差异代谢物；ELISA证实雄性随龄（3→24月龄）循环瓜氨酸线性耗竭，雌性稳定，AS21部分恢复雄性水平。相关分析示瓜氨酸与OGTT AUC、IL-6负关联。
3.3 衰老雄性小鼠瓜氨酸周转增强且代谢脆弱：回肠Otc与肾Ass1表达于雄性偏高，提示代偿性肠合成与肾利用增强；肝SOD活性降、MDA升，AS21逆转之且不改肠组织内瓜氨酸含量，排除宿主合成主导循环池波动。
3.4 AS21以性别依赖方式增强微生物瓜氨酸合成潜能：黏膜宏基因组示雄性衰老α多样性升高、Campylobacterota与Helicobacter富集；AS21于两性均上调精氨酸/脯氨酸代谢KO，但关键基因K00611（argF/argI）显著富集仅见于雄性，溯源至Helicobacter apodemus（MAG.H58.6携保守argF）；雌性基线K00611高且H. bilis贡献大，AS21抬升H. apodemus同时压低H. bilis，净增益不显著。
3.5 AS21增强微生物体外瓜氨酸产能：黏膜微生物共培养中，活AS21、上清、热灭活菌均时效依赖升瓜氨酸，活菌额外重塑群落（扩Lactobacillus、Veillonella等）并上调K00611/K00812/K00620；AS21分泌α-酮戊二酸（AKG）作前体，但单补AKG不复制活菌的基因上调效应，证群落重构而非底物供给为主因。
3.6 AS21与瓜氨酸补充改善前期糖尿病小鼠糖稳态：HFD+STZ雄性中，两者均降空腹/餐后血糖、改ITT低血糖反弹、恢复GSIS与HOMA-β、抑IL-6/IL-1β/TNF-α；AS21兼控体重，瓜氨酸限此效，提示内源微生物恢复更接近生理暴露。
3.7 瓜氨酸增强肠内分泌细胞GLP-1产生与韧性：STC-1中500 μM瓜氨酸经Slc6a14促Gcg表达与GLP-1分泌强于10 mM葡萄糖；彗星试验与JC-10染色示其减UVC/H2O2致DNA尾矩与线粒膜电位去极化约10%。
讨论与结论翻译：性别差异是衰老生物学基本特征，塑造后期代谢病分化轨迹，但性别偏倚代谢脆弱机制未明。微生物组经氨基酸代谢调控宿主稳态的作用新近显现。本研究识别微生物瓜氨酸代谢与衰老糖失调性别偏倚的新链接：自然衰老雄性糖耐量受损伴循环瓜氨酸耗竭，AS21部分恢复雄性能量平衡，关联黏膜微生物瓜氨酸合成能力增强与循环瓜氨酸回升。雌性或因基线稳定而少响应，反映基线宿主–微生物状态差异而非反向调控。瓜氨酸既为活性调节子亦为系统代谢指标；AS21效力主赖群落重构而非单前体供给。恢复瓜氨酸代谢下游促GSIS、升GLP-1、抗炎并护肠内分泌细胞线粒体。局限含缺体内因果消融（如敲除黏膜微生物argF/argI或阻断宿主利用）与人体队列待扩。综上，研究揭示衰老期循环瓜氨酸性别特异性改变，雄性耗竭伴糖稳态恶化；AS21经微生物重构与增强雄性黏膜微生物瓜氨酸合成改善糖失调，辅证瓜氨酸于incretin介导糖调控之角色，确立AS21为靶向微生物氨基酸代谢以应对性别偏倚代谢性衰老之潜在策略。
