肠道炎症与年龄和阿尔茨海默病病理学相关：一项人类队列研究

肠道炎症与年龄和阿尔茨海默病病理学相关：一项人类队列研究

研究表明，慢性低水平炎症（“炎症衰老”）可能是与年龄相关的疾病的介质，肠道微生物可能通过破坏肠道屏障来促进炎症。

尽管衰老和阿尔茨海默病（AD）与肠道微生物群组成的变化有关，但肠道炎症的具体作用尚不清楚。刚刚，来自威斯康星州阿尔茨海默病研究中心和威斯康星大学医学与公共卫生学院的研究人员分析了中老年人粪便中的钙卫蛋白水平，这是肠道炎症的标志物，似乎会影响肠道屏障的完整性。 （出现问题时就会出现水平升高），探讨其与衰老和阿尔茨海默病病理学的关系。

研究的主要结果：钙卫蛋白水平在老年和AD患者中升高，钙卫蛋白水平与AD痴呆患者较高的淀粉样蛋白负荷相关。此外，钙卫蛋白水平与 AD 患者的脑脊液标志物相关，甚至在认知未受损的参与者中也与较低的言语记忆功能相关。

编者注：

高龄人群和 AD 患者的钙卫蛋白水平升高：这意味着老年人和已被诊断患有 AD 的患者的粪便钙卫蛋白水平通常高于年轻人或未患 AD 的患者。高的。钙卫蛋白是一种发出炎症信号的蛋白质，因此这可能表明随着年龄的增长或 AD 的情况，体内有更多的炎症。

钙卫蛋白水平与患有痴呆症的 AD 患者较高的淀粉样蛋白负荷相关：这表明粪便钙卫蛋白水平与患有认知障碍的 AD 患者大脑中淀粉样蛋白的积累密切相关。淀粉样蛋白积累是AD的一个关键病理特征，它形成的斑块会破坏脑细胞的功能。

钙卫蛋白水平还与 AD 患者的脑脊液标志物相关：脑脊液中的某些标志物（如淀粉样蛋白和 tau 蛋白）可用于诊断和监测 AD。这一发现表明粪便钙卫蛋白水平可能与这些脑脊液标志物的变化有关，这可能有助于了解疾病的进展和诊断。

即使在认知功能未受损的参与者中，也与较低的言语记忆功能相关：这意味着即使在那些尚未表现出认知功能显着下降的人中，粪便钙卫蛋白水平较高的个体言语记忆能力也较差。这可能表明钙卫蛋白水平升高是早期风险因素或未来可能出现认知问题的警告信号。

该研究的具体操作细节包括如何测量钙卫蛋白水平、如何评估淀粉样蛋白负荷（例如 PET 扫描或其他成像技术）以及两者之间关联的统计显着性。

这些结果支持了肠-脑轴的概念，其中肠道炎症可能通过影响全身的炎症状态来影响大脑的健康和功能。这些发现还表明，钙卫蛋白可能是一种有价值的生物标志物，不仅有助于诊断 AD，还可以预测认知正常的老年人未来的认知能力下降。

谷河一直关注并积累肠道菌群与年龄相关认知能力下降以及衰老与阿尔茨海默病的关系的研究。未来，我们计划通过生物技术和大数据分析，将重要的生物标志物钙卫蛋白添加到菌群检测报告中，从而为客户提供更全面的健康信息，帮助他们及早发现潜在的认知问题。衰退和神经退行性疾病的风险。

研究背景与基础

肠道菌群变化→肠道屏障功能下降→“炎症老化”

肠道微生物群可能会导致“炎症衰老”，这是一种以慢性低度全身炎症为特征的状态，这种炎症不是由感染等急性因素引起的，但这一过程的生理机制尚未完全了解。

随着年龄的增长，微生物群组成的变化可能会在肠道内产生炎症环境，导致上皮屏障降解，使肠腔内的细菌成分（如脂多糖和肽聚糖片段）进入体循环并引发外周炎症反应。有证据支持这一假设的屏障降解成分，表明肠道通透性随着年龄和年龄相关疾病的增加而增加。例如，诱导肠道炎症的高迁移率族蛋白 1 与高龄、慢性炎症标志物、虚弱和营养吸收受损有关。

注：High Group 1（简称 HMG1 或 HMGB1）是一种非基团蛋白，因其在电泳过程中的高迁移率而得名，因为它们相对较小，带电，并且在胶中迁移速度较快。

HMGB1是细胞中非常重要的核蛋白。它参与多种细胞过程，包括DNA修复、细胞分化、细胞死亡和基因转录调控。此外，HMGB1还在细胞外发挥作用，可以作为细胞外信号分子参与炎症反应、组织修复、肿瘤发生等过程。当细胞受损或受到应激时，HMGB1可以释放到细胞外，作为炎症介质，促进免疫细胞的激活和炎症反应的发生。

HMGB1功能异常与多种疾病有关，包括自身免疫性疾病、癌症、心血管疾病和神经退行性疾病。因此，它是医学研究的重要靶点，并可能成为治疗这些疾病的潜在药物靶点。

此外，在老年人中，肠道通透性增加在患有 2 型糖尿病和肠易激综合征等炎症性疾病的个体中更为常见。然而，对健康老年人肠道通透性的研究很少且不一致，因此尚不清楚炎症和通透性增加是否先于年龄相关疾病的发作。

肠道菌群失调和肠道炎症可能导致阿尔茨海默病的发病机制

随着年龄相关神经退行性疾病研究的深入，越来越多的证据表明肠道菌群失调和外周炎症与阿尔茨海默病（AD）有关，并可能促进AD的病理发展。

AD 的特点是大脑中β淀粉样蛋白 (Aβ) 和磷酸化 tau (pTau) 的积累，并伴有小胶质细胞和星形胶质细胞的激活以及相关的神经炎症。肠道菌群失调和肠道细菌衍生的代谢物与炎症、临床前认知能力下降和 AD 诊断相关，但它们与病理学的机制关系尚不清楚。

最近的研究发现，肠易激综合症 (IBS) 与患 AD 痴呆的较高风险相关。由于IBS可能通过微生物失调诱导肠道通透性，这也表明肠道炎症和通透性可能在AD中发挥作用。

研究方法和技术

组对象

参与者是从威斯康星州阿尔茨海默病研究中心 (ADRC) 临床核心和威斯康星州阿尔茨海默病预防登记处 (WRAP) 招募的，这两项前瞻性队列研究专门招募中老年人作为研究对象。

入组时，参与者接受了全面的认知评估、病史和家族史访谈以及 APOE 基因分型。参与者还接受了纵向认知评估和实验室测试，部分参与者接受了腰椎穿刺和/或 11C-B (PiB) PET 神经影像学检查，以量化 AD 病理的程度。

这项研究更有价值的是，这些参与者还参与了另一个名为微生物组和阿尔茨海默病风险研究（MARS）的项目。 MARS 项目的目的是通过收集和分析参与者的粪便样本来研究肠道微生物在阿尔茨海默氏病的发展中可能发挥的作用。该研究包括在过去两年内提供粪便样本并完成认知功能评估和淀粉样蛋白状态测试的参与者。这些测试可以帮助确定他们是否具有 AD 的生物标志物或症状。

入学要求

临床诊断

根据国家老龄化研究所-阿尔茨海默病协会 (NIA-AA) 工作组 2011 年制定的诊断标准，参与者被确定为认知功能完好，但患有 AD 引起的轻度认知障碍或 AD 痴呆。该团队可能包括医生、神经心理学家和其他专业人员，他们共同评估患者的症状和测试结果以确定诊断。

淀粉样蛋白状态

通过分析脑脊液样本或进行正电子发射断层扫描（PET）神经成像程序，在腰椎穿刺期间收集脑脊液样本，该程序在最接近收集粪便样本的时间进行。

淀粉样蛋白阳性指标

总体PiB分布体积比(DVR)大于1.19。

通过专家目视检查评估的 18F-AV45 PET 阳性。

脑脊液中Aβ42/Aβ40比值小于0.046。

考核方法

淀粉样蛋白状态仅根据生物标志物变量进行评估，仅查看这些特定的测试结果，而不考虑可能影响实验的其他变量。这样做是为了确保评估准确且不受其他因素干扰。

简单地说，上述方法是根据一系列生物标志物检测结果来判断一个人是否患有AD或其早期症状，并且这个判断过程是严格按照既定的科学标准进行的。

研究人员根据临床诊断和淀粉样β蛋白（Aβ）的存在与否将参与者分为三组：

检验与测试

该研究的参与者接受了一系列测试和调查。

例行检查

首先，通过测量身高和体重来计算每个人的体重指数（BMI），并进行常规血液检查。该研究还包括对参与者的 APOE 基因 ε2、ε3 和 ε4 等位基因进行分型，这是通过特定的聚合酶链式反应 (PCR) 实验完成的。

APOE风险评分

此外，我们根据阿尔茨海默病神经影像计划中经神经病理学证实的病例计算了 APOE 风险评分，这是与阿尔茨海默病风险相关的指标。

问卷调查

在收集粪便样本的同时，参与者填写了调查问卷，记录他们当前的饮食习惯、药物使用情况、胃肠道和心血管疾病史，以及可能影响肠道微生物组组成的生活方式因素，例如早期微生物暴露和当前接触的微生物家庭宠物或其他动物。收集数据是为了帮助研究人员了解这些因素如何影响肠道健康以及相关疾病的风险。

多种生物标志物检测

在这项研究中，研究人员在罗氏研究平台上使用先进的原型测试来测量多种生物标志物。这些生物标志物包括与阿尔茨海默氏病相关的标志物（例如，Aβ42/Aβ40比率、/Aβ42比率、总tau蛋白[tTau]）、神经胶质活化标志物（例如，YKL-40、GFAP、S100B）、轴突变性标志物（例如， 、神经丝轻蛋白[NfL]）、突触变性标记物（例如神经粒蛋白、α-突触核蛋白）和炎症标记物（例如IL-6）。

在本研究中，脑脊液中IL-6水平被用作反映全身炎症状态的生物标志物。这些测量有助于研究人员更好地了解与神经退行性疾病相关的生物过程以及它们如何与炎症相互作用。

神经心理学评估

用于评估认知功能的两项心理测试：雷伊听觉言语学习测试 (RAVLT) 和线索测试 (TMT) B 部分。RAVLT 评估言语学习和记忆能力，要求参与者在五次试验中记住并重复 15 个单词的列表。 RAVLT分数反映了参与者记住单词的能力，其中试验1-5的分数是五次尝试中记住的单词总数，试验7的分数是延迟后可以回忆起的单词数。

TMT的B部分评估执行功能，即高级认知处理能力，并要求参与者将一系列按数字和字母顺序印在纸上的图标连接起来。测试的分数是完成任务所需的时间。这些测试通常用于评估认知能力下降的早期阶段，例如阿尔茨海默病，并在分析中考虑年龄、性别、教育程度和淀粉样蛋白（与阿尔茨海默病相关的蛋白质）状态。因素。

粪便收集、处理和钙卫蛋白测量

粪便收集和处理

研究中收集粪便样本的过程。参与者按照特定方法在家中采集粪便样本并记录采集时间。然后，他们将样品放入装有冷冻胶囊的隔热盒中，并通过隔夜快递将其发送至威斯康星大学麦迪逊分校。

粪便钙卫蛋白测定

这篇文章描述了测量粪便样品中钙卫蛋白浓度的实验方法。钙卫蛋白是一种标记炎症的蛋白质，其水平可以通过酶联免疫吸附测定（ELISA）来测量。使用 620 nm 参考滤光片在 450 nm 波长下进行测量。

统计方法

钙卫蛋白水平的测量

研究人员使用两个粪便样本的平均值来估计参与者的平均钙卫蛋白水平，并将数据前移（增加 11.3 μg/g）并进行对数转换，以线性化 ELISA 测试的结果。

多元线性回归分析

研究人员使用多元线性回归分析了钙卫蛋白水平与年龄、AD 诊断/淀粉样蛋白积累、整体 PiB DVR（一种 PET 扫描测量）、脑脊液生物标志物水平和认知功能测试分数之间的关系。

模型中的交互

在全球 PiB DVR 模型中，我们纳入了钙卫蛋白水平和疾病阶段之间的相互作用，以探讨它们如何共同影响 AD。

协变量

在进行模型分析时，研究人员考虑了可能影响结果的其他变量（协变量），例如性别和体重指数（因为它们与肠道微生物组相关，而肠道微生物组又与炎症过程相关），以及年龄、性别、淀粉蛋白确诊、APOE 基因风险评分（因为它们与 AD 病理相关）。

模型构建过程

首先，研究人员测试了包括所有潜在协变量的完整模型。如果某些影响在整个模型中并不显着，他们会使用模型构建方法来简化模型并找出真正影响结果的因素。

统计分析工具

研究人员使用R语言包进行回归分析，并使用最大似然估计和-校正来调整模型残差的不均匀性。

统计显着性调整

为了控制误报发现率（I类错误），采用-方法进行调整。调整后的P值称为Q值。

显着性和子集分析

如果发现某些效应在整个参与者组中显着（Q 值小于 0.05），则在认知正常 (CU) 参与者的子集中重新评估模型，以确认结果是否仍然成立。

研究成果

在这项研究中，共有 125 名参与者（79 名认知正常的淀粉样蛋白阴性，33 名认知正常的淀粉样蛋白阳性，13 名阿尔茨海默病淀粉样蛋白阳性）提供了粪便样本。 ，评估钙卫蛋白水平。

在阿尔茨海默病的生物学和临床阶段，各组之间在性别构成、平均体重指数、粪便样本的布里斯托尔粪便形态评分以及样本采集和储存之间的时间间隔方面没有显着差异。尽管受教育程度普遍较高，但 AD Aβ+ 组参与者的受教育年限明显较低。

老年参与者和阿尔茨海默病淀粉样蛋白呈阳性的参与者的钙卫蛋白较高

结果显示，即使在控制了疾病阶段、性别和体重指数等因素后，年龄的增加仍然与钙卫蛋白水平的增加显着相关肠道炎症与年龄和阿尔茨海默病病理学相关：一项人类队列研究，这意味着老年人的肠道炎症水平更高。当仅考虑认知正常的参与者时，这种关联也成立。

此外，研究发现，无论年龄大小，淀粉样蛋白阳性的阿尔茨海默病参与者的钙卫蛋白水平显着高于认知正常的淀粉样蛋白阴性和阳性参与者。 。这可能表明患有阿尔茨海默病的人肠道炎症水平较高。

A) 所有疾病状态下参与者年龄与粪便钙卫蛋白水平之间的关系

B) 参与者年龄与认知能力下降前粪便钙卫蛋白水平之间的关系。控制疾病阶段、性别和 BMI 的 Beta 系数（多元回归）

钙卫蛋白与疾病状态相关。粪便钙卫蛋白被认为升高至 43.2 μg/g 或 1.6 log(μg/g)，由灰色水平线表示并由 ELISA 标准曲线定义。未控制的协变量的 P 值（多元回归）。

在一项年龄与 AD Aβ+ 状态和钙卫蛋白水平之间关联的研究中，对钙卫蛋白水平的目视检查显示，尽管年龄因素并不显着 (P=0.40)，但一些认知正常的 Aβ- 参与者 (n =10)，钙卫蛋白水平仍高于 ELISA 的高阈值。

在一项研究中，为了找出认知功能正常但大脑中没有淀粉样蛋白沉积物 (Aβ-) 的参与者中钙卫蛋白水平较高的原因，研究人员观察了参与者报告的健康状况。分析了可能影响肠道微生物组组成的药物使用、饮食习惯和其他生活方式因素。

在所有分析的因素中，高钙卫蛋白组和低钙卫蛋白组之间炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）和益生菌的使用率没有显着差异。

唯一显着的差异是，高钙卫蛋白组中有更多人报告使用质子泵抑制剂（PPI），这是一类用于减少胃酸分泌的药物。具体来说，四名钙卫蛋白水平较高的参与者报告了 PPI 的使用，这表明 PPI 的使用与高钙卫蛋白水平之间可能存在某种关联。

肠道炎症如何影响大脑中淀粉样蛋白 (Aβ) 的积累

该研究的目的是探索肠道炎症如何影响大脑中淀粉样蛋白（Aβ）的积累，淀粉样蛋白是一种与阿尔茨海默病（AD）相关的蛋白质。研究人员使用一种名为 PiB PET 的神经成像技术来测量大脑中的 Aβ 负荷，并测量粪便钙卫蛋白水平作为肠道炎症的指标。

研究结果显示，在患有 AD 且脑部 Aβ 积聚（AD Aβ+）的参与者中，肠道炎症（通过钙卫蛋白水平反映）与脑部 Aβ 负荷呈正相关，即肠道炎症越严重，大脑中的 Aβ 负荷越高。 Aβ的积累越大。在考虑了年龄、性别、APOE 遗传风险评分和体重指数 (BMI) 等因素后，这种关系仍然显着。然而，在认知功能正常且大脑中 Aβ 积累 (CU Aβ+) 的参与者中，肠道炎症与大脑 Aβ 负荷之间没有发现显着关联。

钙卫蛋白-AD 痴呆相互作用对全球 PiB DVR 的影响

此外，该研究还检验了年龄是否会干扰肠道炎症与大脑 Aβ 负荷之间的关系。结果表明，即使不考虑其他变量，肠道炎症与年龄之间的相互作用也不显着，这意味着肠道炎症与大脑中淀粉样蛋白积累之间的关系具有病理特异性。而且这种关系不受年龄的影响。

简而言之，这项研究发现，在患有阿尔茨海默氏病和大脑中淀粉样蛋白积聚的患者中，肠道炎症可能会加剧大脑中淀粉样蛋白的积聚，但这种关系在认知方面不太明显。这在正常人群中并不明显，而且这种关系似乎与年龄无关。

这种更直接的解释是肠道炎症与大脑Aβ负荷之间存在一定的关系。这种关系是“病理特异性的”，这意味着它特定于某种病理状态，可能是阿尔茨海默病。 。此外，结果表明这种关系在统计上与年龄无关。换句话说，无论年龄如何，肠道炎症和大脑中淀粉样蛋白积累之间的联系似乎都是一致的。

具体来说，“即使不考虑其他变量”这一点表明研究人员在分析数据时没有控制其他可能影响结果的因素，例如性别、遗传背景、生活方式等。即使在这种简化的情况下分析发现，年龄与肠道炎症的交互作用并未达到统计学显着性，说明年龄并不是这种关系的决定性因素。

该研究的发现可能对理解阿尔茨海默病的发病机制和潜在的治疗靶点具有重要意义，因为它表明肠道健康与大脑中淀粉样蛋白积累之间可能存在直接联系，并且这种联系不会随着年龄而改变。

脑脊液生物标志物和认知功能随钙卫蛋白水平的变化而变化

研究人员发现肠道中的钙卫蛋白水平与阿尔茨海默病的一些关键生物标志物之间存在显着关联：具体而言，钙卫蛋白水平较高的个体脑脊液中的 Aβ42/Aβ40 比率较高。越低，/Aβ42比率越高，神经丝蛋白(NfL)的浓度也越高。这些生物标志物通常与阿尔茨海默病、神经炎症和神经变性的病理特征相关。

然而，当研究人员在统计分析中考虑到多重比较的校正（即考虑到同时检验多个假设可能导致偶然的显着性发现的问题）并调整参与者年龄和疾病阶段（可能影响生物标志物水平的因素）后的对象），上述显着相关性消失。

这表明最初观察到的关联可能在统计上不稳健，或者这些关联可能是由于未考虑的其他变量而不是钙卫蛋白直接影响这些生物标志物水平。简而言之，这项研究的结果表明，钙卫蛋白和阿尔茨海默病生物标志物之间的关系可能不像最初观察到的那么强烈或直接。

脑脊液生物标志物与粪便钙卫蛋白相关。 Beta 系数和 P 值（多元回归）是在不控制协变量的情况下估计的。

结果讨论与分析

炎症衰老是一种随年龄增长而发生的持续性轻度炎症状态，可能与肠道微生物组成的变化和肠壁屏障的选择性减弱有关。这些炎症可能导致多种疾病的发生，包括阿尔茨海默病。为了更好地了解肠道炎症与年龄以及阿尔茨海默病标志物之间的关系，研究人员测量了认知功能正常但大脑淀粉样蛋白（Aβ-和Aβ+）水平不同以及阿尔茨海默病的个体。阿尔茨海默病 (AD Aβ+) 患者粪便中的钙卫蛋白水平。

研究发现，肠道炎症的程度与个体的年龄、是否患有阿尔茨海默病、阿尔茨海默病个体大脑皮层淀粉样蛋白沉积量以及脑脊液中阿尔茨海默病与阿尔茨海默病的关联有关。 。神经退行性疾病相关生物标志物的水平。这表明肠道炎症可能与年龄相关疾病的发展有关，特别是阿尔茨海默病。

虽然本研究发现肠道炎症可能会加重阿尔茨海默病的发展，但由于横断面分析，不能排除AD病理的发展可能会加重肠道炎症的可能性。然而值得注意的是，即使在认知正常（CU）的参与者中也观察到肠道炎症与记忆功能之间的关联。

先前的研究发现，认知功能障碍与克罗恩病和肠易激综合征（IBS）等其他疾病的肠道炎症有关。

这些疾病被排除在本研究之外，因此钙卫蛋白水平通常低于患有这些疾病的患者。结合之前对 IBS 和炎症性肠病 (IBD) 的研究，作者推测，显示钙卫蛋白和记忆功能之间关系的结果表明，减少肠道炎症的干预措施可能有益于老年人的认知功能。

这项研究发现，即使在健康的成年人中，肠道炎症水平也可能升高。使用质子泵抑制剂 (PPI) 的参与者中，钙卫蛋白水平较高。 PPI的使用与微生物群的α多样性降低、包括肠球菌属在内的细菌种类丰度增加以及包括双歧杆菌属在内的细菌种类丰度减少有关。

肠球菌在大鼠皮质神经元中产生神经原纤维缠结表位，而双歧杆菌在阿尔茨海默病患者和对照组中的丰度存在差异。双歧杆菌产生多种可以减轻 AD 危险因素的分子，包括可用于降低血压的血管紧张素 I 转换酶抑制肽，以及有助于维持肠道屏障的短链脂肪酸。除 PPI 的使用外，没有发现与高钙卫蛋白水平相关的疾病趋势。

健康参与者中钙卫蛋白升高的鉴定可能提供确定其与后期疾病发展的关联的机会，并可能揭示恢复肠道屏障功能的干预点。未来需要进行纵向研究来确定高肠道炎症是否预示着随后时间点出现更大的病理变化并加速认知能力下降。

研究差距和局限性

本文探讨了年龄、阿尔茨海默病 (AD) 和钙卫蛋白（一种与炎症相关的蛋白质）之间的关系。然而，该研究也有一些局限性：

参与者缺乏多样性：参与者主要是受过良好教育的白人，这可能不能代表整个人口。

缺乏纵向研究：对参与者进行连续采样可以帮助更好地了解肠道炎症如何随着时间的推移影响 AD。

缺乏肠道微生物组数据：该研究没有包括肠道微生物组的数据，这对于了解肠道通透性和全身炎症的影响非常重要。

缺乏血液炎症生物标志物：没有测量血液中的炎症标志物，例如血液中的微生物易位和脂多糖 (LPS) 水平，这些数据对于了解肠道微生物组与 AD 病理学之间的联系非常重要。

使用脑脊液IL-6作为间接测量：该研究使用脑脊液IL-6作为血液炎症的间接指标。尽管脑脊液和血浆中的IL-6水平在某些情况下存在相关性，但本研究中脑脊液IL-6和钙卫蛋白水平之间的关系并不显着，这表明未来的研究需要直接在血液中测量IL-6。

参考：

MB、KL、KR、SJ、-Sis NJ、Kerby RL、Chin N、Sun Y、Hoeft A、Y、Vogt NM、TJ、SC、S、G、I、Wild N、H、K、Rey FE、BB ，TK。肠道与年龄的关系：一项人类研究。科学报告。2023 年 11 月 14 日；13(1):18924。