腸道微生物組變化與表觀遺傳時鐘年齡加速和身體健康相關的研究
表觀遺傳時鐘是一種基于DNA甲基化水平的生物標志物，能夠準確預測個體的生物學年齡，并與多種疾病和死亡風險相關。研究表明，健康的生活方式，特別是規律的體育鍛煉，能夠延緩衰老過程，降低生活方式相關疾病的發生率。此外，腸道微生物組在人體健康中扮演著重要角色，其組成會隨著年齡的增長而發生變化，但其與表觀遺傳時鐘之間的關系尚未明確。
近日，匈牙利體育科學大學體育科學研究所/日本早稻田大學Zsolt Radák團隊探討了腸道微生物組與表觀遺傳年齡加速及身體素質（physical fitness）之間的關系。研究通過收集健康活躍個體的糞便樣本、血液樣本以及運動相關數據，利用表觀遺傳時鐘分析個體的生物學年齡，并研究腸道微生物組與這些因素之間的相關性。研究結果揭示了腸道微生物組多樣性與表觀遺傳年齡加速之間的聯系，并指出某些特定細菌種類與健康狀態和運動能力的關系。相關研究成果以《Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness》為題發表于《Aging Cell》期刊。
標題：Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness（腸道微生物組的改變與表觀遺傳年齡加速和身體素質有關）
發表時間：2024-02-27
發表期刊：Aging Cell
影響因子： IF8 /Q1
技術平臺：宏基因組、表觀遺傳時鐘等（易基因金牌產品）
表觀遺傳時鐘可以檢測衰老過程，并預測疾病的發生率和死亡率。較高的身體素質水平與較慢的衰老過程和更健康的壽命相關。腸道微生物組在多種疾病以及衰老過程中會發生變化，但其與表觀遺傳時鐘的關系尚未被深入研究。本研究從身體活躍的個體中收集了宏基因組學（糞便樣本）、表觀遺傳學（血液樣本）和運動相關數據，并通過應用表觀遺傳衰老時鐘，研究了腸道菌群、基于血液的表觀遺傳年齡加速和身體健康（身體素質）之間的關系。分析結果表明，身體活躍的中年/老年個體腸道微生物組的熵（entropy）增加與表觀遺傳衰老加速、身體素質下降或健康狀況受損相關。此外研究結果還表明，較慢的表觀遺傳衰老和較高的身體素質水平與一些通常具有抗炎作用的細菌種類豐度變化相關。總之，本研究數據表明，微生物組變化可能與表觀遺傳年齡加速和身體素質相關。
研究方法
（1）健康活躍男性和女性的腸道微生物組特征
研究發現，健康活躍個體的腸道微生物組在門水平上以厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidetes）為主，且男性和女性在微生物組組成上存在顯著差異。如女性的厚壁菌門豐度相對較低，而變形菌門（Proteobacteria）相對豐度較高。此外，某些特定細菌種類（如大腸桿菌Escherichia coli）在女性中更為常見。
（a）從80名年齡在38-84歲之間的健康活躍個體中收集了宏基因組學、表觀遺傳學和運動相關數據，并研究表觀遺傳年齡加速、腸道菌群和身體素質之間的關系。
（b）研究樣本包括45名女性和34名男性，覆蓋了38個不同的年齡組，年齡范圍為38-84歲。
（c）分別展示男性和女性的門水平分布（僅顯示豐度較高的門）。
（d）比較男性和女性在不同門水平上的平均相對豐度差異。
（2）微生物組與表觀遺傳衰老時鐘的關聯
研究結果表明，腸道微生物組多樣性與表觀遺傳時鐘年齡加速之間存在顯著正相關。具體來說，某些細菌門（如男性中的放線菌門Actinobacteria和變形菌門Proteobacteria，女性中的擬桿菌門Bacteroidetes）的相對豐度與表觀遺傳年齡加速呈正相關。此外，某些特定細菌種類（如男性中的Collinsella aerofaciens和Escherichia coli，女性中的Bacteroides uniformis和Bacteroides vulgatus）也與表觀遺傳年齡加速顯著相關。
（H） 實際年齡與表觀遺傳時鐘預測值之間的Pearson相關性。
（I） 實際年齡、年齡加速和衰老速度之間的Pearson相關性。 
圖3：腸道微生物組與表觀遺傳衰老時鐘的相關性
（a-b） 腸道微生物組多樣性（通過相對豐度的香農熵(Shannon entropy)測量）在種（s）、屬（g）、科（f）、目（o）、綱（c）、門（p）和界（k）水平上與實際年齡、表觀遺傳年齡加速以及衰老速度的相關性分析。
（c-d） 對門水平相對豐度的類似相關性分析。
（e-f） 對腸道微生物組中豐富物種的類似相關性分析。括號形式顯示門，縮寫為門前四個字母。
（g-h）對腸道微生物組中最為富集的細菌代謝通路（spwy.，superpathway；bios.，biosynthesis）的類似相關性分析。
（3）微生物組與運動相關參數的相關性分析
研究結果表明，腸道微生物組多樣性與運動能力參數之間存在顯著負相關。如在男性中，微生物組多樣性與最大攝氧量（VO2max）、垂直跳躍高度（JumpMax）和氧化還原平衡（Redox Balance）呈負相關，而與甘油三酯水平呈正相關。在女性中，微生物組多樣性與體重指數（BMI）和認知測試表現呈負相關。此外，某些特定細菌種類（如男性中的Fusicatenibacter saccharivorans，女性中的Roseburia faecis）與運動能力參數顯著相關。
（c-d） 對門水平相對豐度的類似相關性分析。
（e-f） 對腸道微生物組中豐富物種的類似相關性分析。
（g-h） 對腸道微生物組中最富集的細菌代謝通路的類似相關性分析。
（4）飲食和藥物使用與健康活躍個體的運動相關參數、表觀遺傳時鐘和腸道微生物組的關聯
研究還探討了飲食和藥物使用對運動能力、表觀遺傳時鐘和腸道微生物組的影響。例如，素食者與非素食者相比，高密度脂蛋白（HDL）水平更高。使用降壓藥物的個體表觀遺傳年齡預測值更高，而握力（GripMax）與降壓藥物使用呈負相關。此外，某些特定細菌種類（如Roseburia faecis）的豐度與降壓藥物使用顯著相關。
易小結
本研究通過宏基因組學、表觀遺傳衰老時鐘和運動相關參數研究揭示了腸道微生物組與表觀遺傳年齡加速和運動能力之間的顯著關聯。這些發現強調了腸道微生物組在健康衰老中的重要作用，并為開發基于腸道微生物組的健康干預措施提供了理論依據。填補了腸道微生物組與表觀遺傳時鐘之間關系的研究空白。通過揭示腸道微生物組與生物學年齡及運動能力之間的聯系，為理解衰老過程提供新的視角。此外，研究結果還強調了體育鍛煉在維持健康微生物組和延緩衰老中的重要作用。
未來的研究可以進一步探討腸道微生物組與表觀遺傳時鐘之間的因果關系，并研究飲食、運動和藥物干預對腸道微生物組和表觀遺傳年齡的影響。
參考文獻：Torma F, et al. Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness. Aging Cell. 2024 Feb 27:e14101. doi: 10.1111/acel.14101.
近日，匈牙利體育科學大學體育科學研究所/日本早稻田大學Zsolt Radák團隊探討了腸道微生物組與表觀遺傳年齡加速及身體素質（physical fitness）之間的關系。研究通過收集健康活躍個體的糞便樣本、血液樣本以及運動相關數據，利用表觀遺傳時鐘分析個體的生物學年齡，并研究腸道微生物組與這些因素之間的相關性。研究結果揭示了腸道微生物組多樣性與表觀遺傳年齡加速之間的聯系，并指出某些特定細菌種類與健康狀態和運動能力的關系。相關研究成果以《Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness》為題發表于《Aging Cell》期刊。
標題：Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness（腸道微生物組的改變與表觀遺傳年齡加速和身體素質有關）
發表期刊：Aging Cell
影響因子： IF8 /Q1
技術平臺：宏基因組、表觀遺傳時鐘等（易基因金牌產品）
表觀遺傳時鐘可以檢測衰老過程，并預測疾病的發生率和死亡率。較高的身體素質水平與較慢的衰老過程和更健康的壽命相關。腸道微生物組在多種疾病以及衰老過程中會發生變化，但其與表觀遺傳時鐘的關系尚未被深入研究。本研究從身體活躍的個體中收集了宏基因組學（糞便樣本）、表觀遺傳學（血液樣本）和運動相關數據，并通過應用表觀遺傳衰老時鐘，研究了腸道菌群、基于血液的表觀遺傳年齡加速和身體健康（身體素質）之間的關系。分析結果表明，身體活躍的中年/老年個體腸道微生物組的熵（entropy）增加與表觀遺傳衰老加速、身體素質下降或健康狀況受損相關。此外研究結果還表明，較慢的表觀遺傳衰老和較高的身體素質水平與一些通常具有抗炎作用的細菌種類豐度變化相關。總之，本研究數據表明，微生物組變化可能與表觀遺傳年齡加速和身體素質相關。
研究方法
- 研究共納入80名年齡在38~84歲之間的健康活躍個體，收集其糞便樣本、血液樣本，并進行運動能力測試。
- 對糞便樣本進行宏基因組測序，分析腸道微生物組組成和多樣性。
- 利用多種表觀遺傳衰老時鐘（如Horvath泛組織時鐘、Hannum時鐘、PhenoAge時鐘等）計算個體的表觀遺傳年齡，并計算表觀遺傳年齡加速值。
- 分析評估腸道微生物組與表觀遺傳年齡加速、運動能力參數之間的關系。
（1）健康活躍男性和女性的腸道微生物組特征
研究發現，健康活躍個體的腸道微生物組在門水平上以厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidetes）為主，且男性和女性在微生物組組成上存在顯著差異。如女性的厚壁菌門豐度相對較低，而變形菌門（Proteobacteria）相對豐度較高。此外，某些特定細菌種類（如大腸桿菌Escherichia coli）在女性中更為常見。
圖1：中年/老年健康活躍男性和女性的腸道微生物組特征
（a）從80名年齡在38-84歲之間的健康活躍個體中收集了宏基因組學、表觀遺傳學和運動相關數據，并研究表觀遺傳年齡加速、腸道菌群和身體素質之間的關系。
（b）研究樣本包括45名女性和34名男性，覆蓋了38個不同的年齡組，年齡范圍為38-84歲。
（c）分別展示男性和女性的門水平分布（僅顯示豐度較高的門）。
（d）比較男性和女性在不同門水平上的平均相對豐度差異。
（2）微生物組與表觀遺傳衰老時鐘的關聯
研究結果表明，腸道微生物組多樣性與表觀遺傳時鐘年齡加速之間存在顯著正相關。具體來說，某些細菌門（如男性中的放線菌門Actinobacteria和變形菌門Proteobacteria，女性中的擬桿菌門Bacteroidetes）的相對豐度與表觀遺傳年齡加速呈正相關。此外，某些特定細菌種類（如男性中的Collinsella aerofaciens和Escherichia coli，女性中的Bacteroides uniformis和Bacteroides vulgatus）也與表觀遺傳年齡加速顯著相關。
圖2：隊列中應用的表觀遺傳衰老時鐘
（A-G） 六種表觀遺傳時鐘（Horvath clock、Hannum clock、SkinBlood clock、PhenoAge clock、GrimAge clock、DNAmFitAge clock）預測的生物學年齡（即表觀遺傳年齡）以及通過DunedinPACE計算的衰老速度。（H） 實際年齡與表觀遺傳時鐘預測值之間的Pearson相關性。
（I） 實際年齡、年齡加速和衰老速度之間的Pearson相關性。
圖3：腸道微生物組與表觀遺傳衰老時鐘的相關性
（c-d） 對門水平相對豐度的類似相關性分析。
（e-f） 對腸道微生物組中豐富物種的類似相關性分析。括號形式顯示門，縮寫為門前四個字母。
（g-h）對腸道微生物組中最為富集的細菌代謝通路（spwy.，superpathway；bios.，biosynthesis）的類似相關性分析。
（3）微生物組與運動相關參數的相關性分析
研究結果表明，腸道微生物組多樣性與運動能力參數之間存在顯著負相關。如在男性中，微生物組多樣性與最大攝氧量（VO2max）、垂直跳躍高度（JumpMax）和氧化還原平衡（Redox Balance）呈負相關，而與甘油三酯水平呈正相關。在女性中，微生物組多樣性與體重指數（BMI）和認知測試表現呈負相關。此外，某些特定細菌種類（如男性中的Fusicatenibacter saccharivorans，女性中的Roseburia faecis）與運動能力參數顯著相關。
圖4：腸道微生物組與運動相關測量指標的相關性分析
（a-b） 腸道微生物組多樣性在種（s）、屬（g）、科（f）、目（o）、綱（c）、門（p）和界（k）水平上與運動相關參數的相關性分析。（c-d） 對門水平相對豐度的類似相關性分析。
（e-f） 對腸道微生物組中豐富物種的類似相關性分析。
（g-h） 對腸道微生物組中最富集的細菌代謝通路的類似相關性分析。
（4）飲食和藥物使用與健康活躍個體的運動相關參數、表觀遺傳時鐘和腸道微生物組的關聯
研究還探討了飲食和藥物使用對運動能力、表觀遺傳時鐘和腸道微生物組的影響。例如，素食者與非素食者相比，高密度脂蛋白（HDL）水平更高。使用降壓藥物的個體表觀遺傳年齡預測值更高，而握力（GripMax）與降壓藥物使用呈負相關。此外，某些特定細菌種類（如Roseburia faecis）的豐度與降壓藥物使用顯著相關。
易小結
本研究通過宏基因組學、表觀遺傳衰老時鐘和運動相關參數研究揭示了腸道微生物組與表觀遺傳年齡加速和運動能力之間的顯著關聯。這些發現強調了腸道微生物組在健康衰老中的重要作用，并為開發基于腸道微生物組的健康干預措施提供了理論依據。填補了腸道微生物組與表觀遺傳時鐘之間關系的研究空白。通過揭示腸道微生物組與生物學年齡及運動能力之間的聯系，為理解衰老過程提供新的視角。此外，研究結果還強調了體育鍛煉在維持健康微生物組和延緩衰老中的重要作用。
未來的研究可以進一步探討腸道微生物組與表觀遺傳時鐘之間的因果關系，并研究飲食、運動和藥物干預對腸道微生物組和表觀遺傳年齡的影響。
參考文獻：Torma F, et al. Alterations of the gut microbiome are associated with epigenetic age acceleration and physical fitness. Aging Cell. 2024 Feb 27:e14101. doi: 10.1111/acel.14101.
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