原始研究的文章

前面。老化,2022年10月20日
秒。衰老、代谢及氧化还原生物学
卷3 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fragi.2022.1002405

口语和粪便的探索性研究微生物在人类健康的老化

新周 ^1、2、3*^__,

Baohong王 ⁴ ^__,

帕特里克·c·Demkowicz ^1、5 ^__, www.雷竞技rebatfrontiersin.org

Jethro美国约翰逊^1、6,

Yanfei陈 ^1、4,

丹尼尔·j·Spakowicz ^1、7,

燕郊周 ^1,8,

后多赛特 ^1,8,

Lei陈 ^1、9, www.雷竞技rebatfrontiersin.org

艾丽卡Sodergren¹,

乔治·a·Kuchel ^1,10和

乔治·m·魏因斯托克 ¹*

¹法明顿,杰克逊实验室基因组医学CT,美国
²康涅狄格大学遗传学和基因组科学健康中心,法明顿,CT,美国
³斯坦福大学医学院遗传学系,斯坦福,加州,美国
⁴国家重点实验室诊断和治疗传染病的第一附属医院、医学院、浙江大学医学院,杭州的城市,中国
⁵耶鲁大学医学院的纽黑文,美国CT
⁶牛津大学微生物研究中心,肯尼迪风湿病学研究所,牛津大学,英国牛津大学
⁷哥伦布俄亥俄州立大学综合癌症中心的,哦,美国
⁸康涅狄格大学医学系的健康中心,法明顿,CT,美国
⁹上海免疫学研究所、上海交通大学医学院,上海,中国
¹⁰康州大学老龄化研究中心,康涅狄格大学健康中心,法明顿,CT,美国

越来越多的证据表明已经联系一个改变宿主粪便微生物组成与健康状况、常见的慢性疾病,制度化在脆弱的老年人。然而,较少的研究描述了微生物变化在健康老年人没有混淆的疾病或条件,以及老化的影响微生物在不同的身体网站仍然是未知的。使用16 s核糖体RNA基因测序,我们重建口腔的构成和粪便微生物在年轻(23-32;意味着= 25岁)和老年(69 - 94;意味着= 77岁)健康的社区研究对象。身体在这两个网站,我们确定了小细菌变化操作分类单元(辣子鸡)年轻的和年长的科目。然而,占主导地位的细菌物种的组成健康老年群体的微生物组没有明显不同于年轻的群体,这表明占主导地位的细菌种类与健康老龄化相对稳定。此外,潜在的致病性的相对丰度属等罗思氏菌属和支原体在健康的口腔微生物丰富老年群体相对于年轻群体。我们也发现了几个辣子鸡患病率在40%以上,一些更常见的年轻和其他健康的老年人。口腔疾病和粪便样本差异与衰老变化,这表明微生物组的成员可能会影响老化的组织方式不同。这是第一个研究调查口腔和粪便微生物在人类老龄化的背景下,并提供洞察老化和微生物之间的相互作用在两个不同的临床相关的网站。

介绍

先进的年龄是伴随着不可避免的,然而高度可变,涉及不同的组织和器官的生理功能下降(Lopez-Otin et al ., 2013)。在成人最常见的慢性疾病,如痴呆、癌症和心血管疾病,老化代表最重要的风险因素(珀西瓦尔,2009)。老年人也常常影响因素从社会和行为生理和生物包括改变饮食习惯,减少体育锻炼(2007年的游艇),肠道蠕动减弱(O’mahony et al ., 2002),免疫功能下降(戈麦斯et al ., 2005;肖et al ., 2010),肠道干细胞再生能力下降(哦,et al ., 2014)。总的来说,这些变化可能改变基本的生物过程在许多不同的组织,同时也影响和被影响主机微生物(Tiihonen et al ., 2010),这是社区生活在人体的微生物。

大量的微生物在人体,对人类健康产生深远的影响(组et al ., 2009;人类微生物组项目,2012;高et al ., 2022)。人类的唾液含有10⁸到10⁹微生物每毫升(珀西瓦尔,2009)和肠道港口至少3.9×10¹³微生物/成人(发送方et al ., 2016)。唾液菌群(他et al ., 2015年)和粪便菌群(Henao-Mejia et al ., 2012)是密切相关的各种疾病的发病和进展(周et al ., 2019;周et al ., 2020)。中断与健康有关的微生物组成称为失调(Tamboli et al ., 2004)。例如,唾液微生物生态失调与牙周炎有关(Faveri et al ., 2008),呼吸系统感染(de Steenhuijsen Piters et al ., 2016)和阿尔茨海默病(Shoemark和艾伦,2015年)。相比之下,粪便微生物生态失调与炎症性肠病(Manichanh et al ., 2012)、弱点(范Tongeren et al ., 2005;2012年et al .,前景并不乐观)和机会性感染的风险更高(Sekirov et al ., 2008)。

从不同的角度看,细菌可以作为干预肠道的机会性感染等疾病。粪便微生物群移植是一个新颖的技术,重建健康的细菌社区患者有害肠道菌群(Aroniadis布兰德,2013;年轻,2016)。例如,口服混合细菌的公式是临床上用于复发性的管理艰难梭状芽胞杆菌感染(Khanna et al ., 2016)。最近的一项研究报道某些振兴那年轻的微生物群年龄鳉鱼的影响(史密斯et al ., 2017和老鼠Thevaranjan et al ., 2017粪便微生物群移植后)。因此,了解微生物在年轻人和老年人的构成可能有助于解释各种老年疾病的高频率和提供机械的见解,可能导致治疗。

健康的肠道细菌社区的概念在很大程度上基于研究在人类和大多数报道都集中在年轻的成年人(组et al ., 2009)。很少有研究的上下文中系统地评估了微生物无病老化;最近的一项研究在中国人口(扁et al ., 2017)表明,衰老并不影响粪便微生物组成。然而,其他研究表明,微生物在老年人比年轻人更不稳定(2011年et al .,前景并不乐观;杰弗瑞et al ., 2016)。此外,几项研究已经报道的相对丰度梭菌属的(比亚吉et al ., 2010;2011年et al .,前景并不乐观;萨拉斯瓦提Sitaraman, 2014),Alistipes(2012年et al .,前景并不乐观;Langille et al ., 2014微生物)组织社区更大年龄主机。此外,由于非年龄因素,如被制度化,居住地,和饮食,可以影响微生物(人类微生物组项目,2012),通常很难区分变化与衰老有关与多样混杂造成的疾病和因素。

这些混杂因素可能导致不一致的文献报道。例如,拟杆菌,这是一个杰出的人类肠道微生物组的成员,被证明是提高老年人在一些研究(霍普金斯和麦克法兰,2002;2011年et al .,前景并不乐观)和减少在其他(Woodmansey et al ., 2004)。这也是最近观察到属辣子鸡拟杆菌改变不同的老化老microbiome-focused ELDERMET (http://eldermet.ucc.ie)群(库萨克et al ., 2013;杰弗瑞et al ., 2016)。这表明研究细菌微生物群组成OTU级别可能需要充分理解年龄组之间的差异。

我们比较了口语和粪便微生物健康的年轻人和老年人。通过这种方式,我们减少了可能的混杂微生物疾病和药物的影响。所有受试者社区和完全独立和弱点是排除的干扰降到最低脆弱,残疾,或生活在一个制度化的设置。我们收集唾液和粪便样本每个主题,以确定这些组织的细菌微生物群遵循相同的模式的变化在衰老。

方法

主题招聘

所有研究批准后,康涅狄格大学健康中心的机构审查委员会(数量:14 - 194 j - 3)。知情同意后,口服和粪便微生物样本来自10个健康的年轻(HY, 23-32;意味着= 25岁)和13个健康的老(HO 69 - 94;意味着= 77岁)志愿者驻留在大哈特福德,CT,美国地区使用服务老龄康州大学中心的招聘和社区服务研究中心(http://health.uconn.edu/aging/research/research-cores/)。招聘标准建立了选择健康成人经历“老化”,是典型的健康状况的反思在相应年龄段的人口(雷斯尼克,斯蒂芬妮和她的2009)。选择这种类型的队列会增加我们的概括性研究,这些研究结果的可能性可以被转换到一般人群(雷斯尼克,斯蒂芬妮和她的2009)。受试者仔细排除可能混淆的疾病和药物的筛选。那些报道慢性或最近的(即。,within 2 weeks) infections were also excluded. Subjects could have chronic diseases but were excluded if the following were present: congestive heart failure, kidney disease (serum creatinine >1.2 mg/dl in men and >1.1 mg/dl in women), diabetes mellitus requiring medications, use of antibiotics, immunosuppressive disorders or the use of immunosuppressive agents including oral prednisone in doses >10 mg day. Since declines in self-reported physical performance are highly predictive of frailty and subsequent disability and mortality (哈代et al ., 2011),所有科目都质疑他们行走的能力。对于那些自我报告无法走(哈代et al ., 2011)、“定时去”(拉)执行测试和测量时间从坐姿站起来,走10英尺,回到坐在椅子上(Podsiadlo和理查德森,1991年)。拖船> 10分被认为是脆弱的风险增加的迹象,导致被排除在研究(罗克伍德et al ., 2000)。

样品收集

收集粪便样本使用Fisherbrand™便桶标本收集系统(热费希尔科学、沃尔瑟姆,妈,美国)。唾液样本收集通过询问每一个主题,让唾液收集在他们口中至少1分钟。这个话题接着问口水到标记50毫升集合管(猎鹰、无菌锥形聚丙烯管与平顶建筑物螺钉帽)。这个过程被重复多次收集唾液(2 - 5毫升)的大卷。口腔微生物组样本使用全方位从舌头的背™样本收集棉签和抽汲1厘米²中心的5 s的舌头。后立即抽汲,每个拭子都出现了莫生物PowerSoil DNA隔离设备(莫生物实验室,卡尔斯巴德、钙、美国)与750年收集管ul肾上腺素组缓冲管(C1)。海绵拭子是压在管壁多次20年代,确保从拭子细菌转移到解决方案。标本的收集管一直冷到准备处理。

DNA测序

新鲜样本存储在-80°C后立即收集微生物分析。总DNA提取粪便样本使用权力土壤DNA提取工具包(莫生物实验室,卡尔斯巴德、钙、美国)根据制造商的协议。细菌16 s rRNA基因DNA放大使用27 f / 534 r引物组(27 f 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′, 534 r 5′-ATTACCGCGGCTGCTGG-3′)。PCR反应进行使用Phusion高保真PCR反应混合液(表达载体,卡尔斯巴德、钙、美国)在下列条件:95°C 2分钟(1周期),95°C 20 s / 56为30°C s / 72°C 1分钟(30周期)。PCR产品条形码和纯化使用Agencourt AMPure XP珠子(美国贝克曼库尔特,沥青,CA)根据制造商的协议。图书馆准备MiSeq Illumina公司的协议平台。Illumina公司MiSeq系统进行DNA测序。

测序数据分析

生读是过滤根据序列长度和质量。Filter-pass读取装配使用Flash汇编软件,重叠的最低要求是30 bp和最大比例10%(不匹配Magoc扎尔茨贝格,2011)。组装后,嵌合序列被使用USEARCH软件基于UCHIME算法(埃德加et al ., 2011)。从每个序列条形码被删除后,操作分类单位(辣子鸡)计算使用新创OTU选择协议以95%的相似性阈值(具体地说,一个集群在98%相似性第一,然后集群USEARCH建议的输出在95%相似性http://www.drive5.com/usearch/manual/uparse_otu_radius.html)。辣子鸡是由比较序列的分类任务的核糖体数据库项目(RDP) (王et al ., 2007)https://rdp.cme.msu.edu/截止0.8 (2009年et al .,前景并不乐观)。总共599211组装读取来自46个样品平均读13026年和6099年的标准推导的深度。阅读深度从3700年到29332年不等。多元树绘制使用生命之树v1.0 (Letunic博克,2007;Letunic博克,2011)。规范化的深度序列样本,3700年从每个读取被随机挑选样本α多样性分析,统计学意义的差异计算使用未配对t以及与韦尔奇的修正。R包“Phyloseq”是用于α和β多样性不同分析(McMurdie和福尔摩斯,2013)。双面的学生的t以及用于测试意义对于正态分布的变量,否则Mann-WhitneyU测试是用于测试的意义。线性判别分析基于效应大小(LEfSe) (Segata et al ., 2011与web工具执行)http://galaxyproject.org/。统计测试完成R包“plyr”和“ggplot2”(韦翰,2009)。能力评估是使用R包执行“压水式反应堆。创建“情节GraphPad Prism 6.00版本的Mac (GraphPad软件、拉霍亚加州,美国)。

结果

概述研究的数据集

口头和粪便微生物通过收集唾液和粪便样本进行调查,分别从每个受试者招募了23日的这项研究中,其中包括10位年轻个体(年龄23-32)和13老年人(年龄在69 - 94年)(表1)。从样本中提取总DNA, 16 s rRNA基因放大并进行DNA测序。总数量548辣子鸡中描述的生成方法。辣子鸡,不到五读取被排除在数据集。唾液样本产生381个辣子鸡,而粪便样本产生405辣子鸡。此外,唾液样本有120 young-related辣子鸡和35 aged-related辣子鸡,而粪便样本包含39 young-related辣子鸡和150年aged-related辣子鸡(表2)。

表1

表1。对象的特征。

表2

表2。OTU由每个方法的总结。

细菌菌群年轻和老年群体的丰富性

菌群的多样性是一个至关重要的方面的微生物(人类微生物组项目,2012)。丰富(不同的细菌总数分类)和多样性(不同细菌的数量变化类型)被对待每个OTU计算每个样本分类。

估计物种丰富度,我们分析数据用观察到的物种和Chao1指数(休斯et al ., 2001)。物种的数量在唾液样本从旧组明显低于年轻群体。尽管不那么明显,类似的趋势观察在计算Chao1指数。凳子从旧的队列显示一个更高的平均值对观察到的物种相比,年轻的群体,和Chao1指数表现出类似的趋势。我们认为这是因为单例和双张中的一张牌作出更大贡献的总方差比唾液凳子(图1一个)。接下来,我们应用香农熵和倒生的辛普森指数来衡量细菌群落的生态多样性。像我们为物种丰富度的观测,香农熵的唾液从旧的群体表现出较低的价值相比,年轻的群体,有粪便样本反转模式(图1 b)。倒生的辛普森指数提供了一个更高的体重比香农熵丰富的分类法。这是另一个证据表明细菌年轻人口差异和年龄队列驻留在丰富的生物在细菌的微生物群。

图1

图1。生态系统微生物的丰富性和多样性。(一)微生物丰富的唾液和粪便样本(*p< 0.05;* *p< 0.01)。(B)微生物香农多样性和逆辛普森指数的唾液和粪便样本。(C)在不同的年龄段Renyi微生物的多样性。X设在代表alpha值增加(alpha值表明更高的重量占主导地位的生物多样性在计算);Y设在多样性指数计算是基于每个alpha值(*p< 0.05。t以及Holm-Sidak校正)。

进一步了解这些差异的多样性和执行一个全面的比较关于微生物生态学在这些科目的性质,我们绘制Renyi多样性(李et al ., 2012)的微生物种群对年轻和老年人群身体每个网站。的alpha值Renyi多样性发展,高等数学的体重被分配到相对丰度较高的类群。的斜率曲线显示了微生物群落的均匀度,即。,一个小社区的曲线斜率表示高均匀度(图1 c)。与上述倾向,多样性的差异的重要性是少当alpha值增加,这表明细菌群体有更多的相似之处当评估最多的物种。这再次证明了年轻和年老人群之间的差异是由于non-dominate生物。

在微生物群落特征的分类性能

理解细菌社区的组织的主要分类,我们构建了一个基于层次聚类树在20最丰富的辣子鸡46样本(补充图S1A)。正如所料,唾液和粪便样本显然形成了两个截然不同的主要分支。然而,话题# 107的唾液样本也包含代表辣子鸡粪便样本中发现,这是否是真正的微生物组成这个主题反映了严重的回流或样本污染发生期间或之后样本集合是未知的。我们没有注意到一个额外的分支年龄因素在排名前20位的辣子鸡。这表明,占主导地位的细菌微生物在很大程度上是在健康人体内稳定整个老化过程。

接下来,我们检查了下β不同基于所有可用的辣子鸡未加权的UniFrac距离(Lozupone et al ., 2007)。该方法采用β不同计算基于系统发育树。根据主坐标分析(PCoA)情节,粪便细菌微生物群落结构从老年人似乎不同于年轻人(PERMANOVA:公关> (F)值= 0.047)。岁组的唾液细菌微生物群落结构非常类似于年轻群体(PERMANOVA:公关> (F)值= 0.519)(补充图印地)。结合基于集群的结果分析,我们推断的细菌类型和丰富微生物人口作为一个整体随着年龄相差不大。作为我们独特设计的一个好处,我们也可以比较两两不同的年龄组之间的唾液和粪便微生物。与PREMANOVA结果一致,整体的不同粪便微生物组明显高于之间唾液微生物(补充图就是S1C)。populational然而,唾液样本显示了一个高一级的不同老年人比年轻的人口,和粪便样本中这一趋势并不明显(补充图S1D)。

大量的细菌分类随着年龄的变化

虽然样本两个年龄组的并不会形成不同的分支,有证据表明从生态多样性估计一些类群可能有不同的人群之间的分布丰度。计算两组不同的类群,我们执行一个线性判别分析根据效果(LEfSe) (Segata et al ., 2011)。我们确定了29个辣子鸡统计更丰富的年轻群体和两个辣子鸡年长组内唾液样本在显著性水平为0.05的阶乘克鲁斯卡尔-沃利斯检验。的顺序细菌性的的类Bacteroidia的门拟杆菌门更丰富的在年轻人群中,和微球菌科的家庭更丰富的老集团(图2一个)。对粪便样本,我们能够确定13辣子鸡、更丰富的年轻群体24辣子鸡更丰富的年长组。除了单一的辣子鸡,有两个集群高年龄人群。一个集群是订单Coriobacteriales,因此,家庭Coriobacteriaceae门放线菌和类放线菌;另一个集群是Victivallaceae家庭、秩序Victivallales、类Lentisphaeria和门Lentisphaerae(图2 b)。

图2

图2。微生物调制的年龄。细菌分类随着年龄改变。数据绘制与线性判别分析分数log10转换。绿条表明这种分类法更丰富的年轻军团和红酒吧表示与年龄群体分类更丰富。(一)唾液样本。(B)粪便样本。

自LEfSe辣子鸡小姐有可能以较低的频率,我们应用两个额外的方法来识别分类与跨组织不同的分布。随机森林(Breiman 2001)是其中一个最准确的机器学习方法分类变量和因素是最受欢迎的分类技术(骑士et al ., 2011;Statnikov et al ., 2013)。它生成一个重要性得分为每个变量表示这个变量是多么准确区分群体。我们削减辣子鸡,全局变量小于0.005在每个网站删除背景,因此,258辣子鸡的粪便样本和155辣子鸡的唾液样本。然后,我们生成的列表30辣子鸡重要性最高的值(补充图S2)。

对低丰度样品组之间却表现出不同的分布,随机森林会给低价值重要性以来控制分类计算是基于总体样本。为了弥补这一点,我们另外标识出现在一个年龄段的辣子鸡但缺乏另一个(独立于他们的丰富),我们叫他们“二进制”辣子鸡。在所有唾液样本,年轻的人口有103二进制辣子鸡和老年人口有27个。在粪便样本中,年轻人有24个二进制辣子鸡和老年人口131 (表2)。维恩图显示三种方法之间的关系和提供补充图S4。

结合上述三个过程,我们能够确定155年辣子鸡唾液样本和189年从381年辣子鸡辣子鸡从405年在粪便样本辣子鸡(表2)。我们认为这些辣子鸡细菌分类随着年龄改变。这些读数对应辣子鸡,占据了大约10%的唾液样本和30%的粪便样本的相对丰度,尽管由辣子鸡的50%左右。同时,与年龄相关的辣子鸡显示与年龄分布(补充图S3)为年轻群体似乎有更高比例的年轻cohort-related辣子鸡的年龄群。我们也调查了肠道菌群易位的可能性与一些先前的报道。我们发现六个最丰富的唾液类群相对较高(W = 38,p= 0.10)的粪便微生物旧个人(平均相对丰度= 0.0832%)相比,年轻的个体(平均相对丰度= 0.0357%),这表明唾液微生物转移到肠道的趋势(补充图S7)。这唾液微生物易位的影响是不明显的,年轻的和老群有类似的平均相对丰度(年轻的平均相对丰度:0.0499%,旧值相对丰度:0.145%,W = 61,p= 0.83)粪便的主要微生物组的唾液样本。

检测老年性辣子鸡、增加统计确定提供参考类似的研究在未来,我们执行的权力分析/缺乏研究。我们发现,辣子鸡,出现在至少40%的每个同龄组在统计学上更可靠(补充图S8)。因此,我们这一标准适用于“二进制”辣子鸡当结合三种方法。在155年唾液与年龄相关的辣子鸡,120多或只存在于年轻人群而35辣子鸡发生在年长组(表2)。对于young-related辣子鸡,10人被这三种方法,属于属普氏菌,Soonwooa,密螺旋体属,弯曲杆菌,Dialister和Capnocytophaga(补充图S4)。总共23唾液样本中43.06%的读取一个年轻群体属于属普氏菌,紧随其后的是不保密的Prevotellaceae(12.89%)和Capnocytophaga(7.53%)(补充图S5A)。先进的与年龄相关的辣子鸡的唾液样本(补充图S5B),罗思氏菌属占据了整个高级老年人口的81.15%,紧随其后Capnocytophaga(10.21%)和普氏菌(3.37%)。我们还发现一组普遍的细菌在一个队列(至少40%),显示一个明显的分布与年龄增长有关的(图3和补充图S6)。例如,OTU_197 (补充图S6B)Tannerella在年龄更普遍和丰富的唾液样本比年轻的唾液样本。鉴于这一事实Tannerella连翘和梅毒denticola是三个主要的病原体之一参与牙周炎(Scapoli et al ., 2012),这可能是证据表明口腔环境更容易Tannerella当老化的增长。此外,OTU_190 (补充图S6A)属于一种普氏菌。年轻的唾液中发现这个OTU只能军团,仅出现在164年读入整个序列。同样的模式在粪便样本被发现OTU_447 (补充图S6C)。这些损失普氏菌也许不会影响整个物种普氏菌人口的整体普氏菌丰富,但它是非常有趣的,为什么一个特定的物种可能在衰老过程中出现或消失。

图3

图3。为每个核心微生物代表辣子鸡。每一个辣子鸡的相对丰度是策划。(一)年轻群体代表OTU唾液样本,(B)年龄群代表OTU唾液样本,(C)年轻群体代表OTU在粪便样本,(D)年龄在粪便样本群体代表。每个点代表一个主题的X设在表现这一主题的年龄和Y设在显示读取的百分比的OTU属于每个样本。列出总读过样品和主题。标题显示门、阶级秩序、家庭,属,和OTU号码,而“未分类”表示这OTU只能以更高的分类等级分类。

在粪便样本,39个辣子鸡更丰富或只存在于年轻人群和150年辣子鸡发生在老群(图4和补充图S5)。年轻人群体相关的微生物(补充图S5C),85.12%属于拟杆菌。这与一些先前的报道是一致的(Bartosch et al ., 2004;Woodmansey et al ., 2004;范Tongeren et al ., 2005)。的十大最主要属年轻cohort-related粪便微生物,一半属于订单梭菌属的,这表明订单梭菌属的可能大幅受到年龄的影响。Dialister之前已经报道过那么丰富的超过70岁的人口在韩国(公园et al ., 2015),这个属的丰度也被认为与衰老(比亚吉et al ., 2010)。更丰富的53属中老年人群体(图3),LachnospiraceaeIncertae基准和不保密的Lachnospiraceae有助于整个人口的26.26%。6.7%属于拟杆菌,这个核心人口的5.87%Alistipes,据报道更丰富老年人鼠标肠道(Langille et al ., 2014)和相关的更脆弱的欧洲人口老龄化(2012年et al .,前景并不乐观)。值得注意的是,在150名年龄在凳子的辣子鸡,更丰富的人口,其中的7.23%不保密的Ruminococcaceae年轻组(0.56%),2.24%的人非保密梭菌的在年轻人群(0.35%),3.5%的人非机密的细菌和2.86%不保密的Prevotellaceae。

图4

图4。先进的与年龄相关的微生物粪便样本。先进的与年龄相关的粪便微生物人口由150辣子鸡53属下面给出的15个最常见类群,其余38属合并,显示为“他人。“丰度比例确定为每个OTU读取的数量除以总数读取对于此示例。圆图显示了一个百分比的情节相结合,这是每个物种的总丰度的百分比在所有23个人。

讨论

几十年前细菌微生物群变化与年龄增长有关的描述(骑士et al ., 2011),但考虑到潜在的混杂因素,如不同的慢性疾病,脆弱,药物,或制度化,它不可能辨别微生物变化归因于正常的衰老过程。然而,建议这种与年龄有关的微生物的变化可能导致慢性炎症,代表生物老化的特点之一(Scapoli et al ., 2012)。我们的研究,我们所知,第一个凳子和唾液微生物分析报告在健康老龄化的背景下进行的。尽管小样本大小和低统计力量(补充图S9),我们仍然发现一些唾液和粪便微生物的特点不同年龄健康个体和年轻的控制。此外,机会性致病属两岁被发现丰富的唾液和粪便样本,如属的成员罗思氏菌属,支原体,月形单胞菌属,Tannerella,Alistipes。通过结合三种比较方法,更重要的是,我们发现唾液中主要细菌的组成相对较相似,但在凳子上稍微不同的健康年龄和年轻人,这表明,占主导地位的细菌社区没有显著受到年龄的影响。这是第一个研究调查与年龄相关的唾液和粪便中微生物的变化同样精心挑选健康的人群。我们的结果表明,占主导地位的细菌可能发挥重要作用在维护人类健康状况的衰老过程。

下一代测序时代之前,几岁人的变化显示使用文化方法(霍普金斯et al ., 2001)和基于q-PCR 16 s rRNA基因筛查(他et al ., 2003年)。最近,新一代测序的应用16 s rRNA基因使得细菌微生物的研究更加全面。采用这种技术,一些报告关注欧洲人口表明微生物成分的区别是受到年龄的影响,生活方式,和地理位置(2011年et al .,前景并不乐观;2012年et al .,前景并不乐观;Yatsunenko et al ., 2012)。一些报告显示,减少肠道菌群丰富性和多样性与住院治疗和抗生素治疗(Bartosch et al ., 2004),这可能是一个签名的失调(Langille et al ., 2014;奥图尔和杰弗瑞,2015年)。我们提出本研究作为小说的调查重点理解社区的人都生活在相对健康。在我们的研究中,年龄的肠道微生物群表明更高的生态丰富性和多样性的趋势。这与年龄有关的细菌浓缩之前已经报道过了黑腹果蝇(任et al ., 2007)。在不需抗生素的老年人,增加项兼性厌氧菌(已报告Woodmansey et al ., 2004)。我们相信增加肠道微生物多样性岁人群可以归因于某些新出现的细菌或等抑制因子的减少与年龄有关的肠道免疫功能下降(免疫衰老)(Franceschi et al ., 2000;Ostan et al ., 2008)。某些细菌群体,如梭菌属的近日,在体内细菌组成的变化被认为是有害的奥图尔和杰弗瑞,2015年),我们发现9种属于梭菌属的更丰富的肠道微生物群的年龄群至少有50%的发病率。

除了肠道微生物群人口,我们注意到老年人口腔微生物显示相同的人口多样性下降。我们认为有几个因素可能导致这种观察。这可能是由于不同的局部免疫系统对细菌在肠道和口腔环境(et al ., 2007年;珀西瓦尔,2009),可能以不同的方式影响微生物群。值得注意的是,唾液代表一个富氧环境,而肠道港口更厌氧细菌。因此,相反的趋势,我们观察到的唾液和粪便微生物老年人人口可能导致增加氧化应激。在唾液样本中,我们观察到厌氧细菌的减少普氏菌和非保密Prevotellaceae增加有氧细菌罗思氏菌属。口腔也代表了一个非常不同的环境中,细菌数量减少和降低多样性可能与损失有关的牙齿和口腔干燥,这两个是非常常见的老年人口(彼得森和山本,2005)。

还有其他混杂变量,比如饮食,吸烟,饮酒,可能导致肠道和唾液微生物的多样性变化。之前发现吸烟能降低肠道(Opstelten et al ., 2016;Gui et al ., 2021)和唾液(贾et al ., 2021)微生物多样性和促进生态失调(吴et al ., 2016;黄和史,2019年)在这两个网站。酒精的使用也被肠道微生物多样性下降密切相关(巴贾杰2019;飞利浦et al ., 2022和提高口语风扇et al ., 2018;廖et al ., 2022)微生物多样性。此外,酒精使用与pathobionts,他们可以有一个长期的增长对微生物的影响(Vetreno et al ., 2021;一天,熊本,2022年)。这些成立因素应该涵盖的后续研究来创建一个更全面的理解他们的角色在微生物和健康老龄化。

在这项研究中,我们没有看到辣子鸡的戏剧性的变化与年轻人相比,老年人唾液微生物。然而,我们注意到一些辣子鸡微小的变化。例如,增加一个支原体OTU (OTU_128)可能是一个指标之间的不平衡口腔社区老年人可能创造更高的对病原菌的物种,如肺炎支原体,建立殖民统治,这是符合广泛报道肺炎支原体年长的成年人感染(Miyashita et al ., 2008;高桥et al ., 2009;帕洛特et al ., 2016)。同时,增加了丰富的属罗思氏菌属老年人最近积极与衰老和增加相关肺炎(de Steenhuijsen Piters et al ., 2016)。在口腔微生物,这也与牙周疾病相关(属金姆和Reboli, 2015年)。因此,唾液微生物群落变化当老化也可能有助于解释增加肺炎和牙周疾病频率在老年人群中(Huttner et al ., 2009;克莱恩和Bowdish, 2016)。一项研究关注口腔微生物表明牙周炎患者(发送方et al ., 2016)显示低唾液细菌生态多样性由于过度生长月形单胞菌属和链球菌。这些细菌生态失衡可能导致牙周炎的炎症状态。我们注意到一种月形单胞菌属13 (OTU_394)出现在8岁组只有两个年轻的人群以及新出现的Tannerella物种如前所述;这些细菌中发现的年龄群,与牙周炎强烈建议唾液微生物之间的关系和牙周炎的出现(Faveri et al ., 2008;Scapoli et al ., 2012)。

另外,属拟杆菌是占主导地位的年轻人cohort-related粪便样本的微生物,与一些先前的报道是一致的(Bartosch et al ., 2004;Woodmansey et al ., 2004;范Tongeren et al ., 2005)。属的比例拟杆菌在先进的与年龄相关的微生物却降低了,这可能是与增加其他未分类细菌有关。与我们的研究结果不一致,Bacteroides-Prevotella组还发现在年龄人口下降以及住院患者(萨拉斯瓦提Sitaraman, 2014)。值得注意的是,并不是所有cross-phylum差异与年龄有关。在替换的拟杆菌属,三个老年人表现出增加普氏菌也可以促炎(谢尔et al ., 2013;莫雷诺,2015)在一定条件下。此外,炎症刺激的持续时间表示生物背景有利于对衰老相关疾病的易感性/障碍(Franceschi et al ., 2000)。此外,我们发现三种Alistipes显示高年龄人群的患病率和丰富。有趣的是,Alistipes人类衰老相关(2012年et al .,前景并不乐观和老鼠Langille et al ., 2014)。在人类的一项研究中,这个Alistipes属与长期停留在有关医疗设施和增加的弱点(2012年et al .,前景并不乐观)。微生物被报告为健康状况的指标(吉泽章et al ., 2013)。虽然这些疾病的机制指标来存在于唾液或粪便尚未完全解释说,这些发现表明,微生物可能代表一个歧视性的与年龄有关的疾病的生物标记物的重要来源。

大部分的与年龄相关的微生物,我们确定是不同的在健康老年人代表一个小组织,占据了整个微生物社区的一小部分。最近的一些报告指出,单一种类的细菌,而不是属或更高的分类,可以有一个特定的字符,调节免疫系统或调节的寿命(中川et al ., 2016;罗西et al ., 2016)。我们想re-emphasis发现细菌主要是相对稳定在唾液和粪便健康老年人和年轻人之间。这些发现表明,占主导地位的细菌的发展史是人类衰老过程相对稳定的健康。在协议与我们的研究中,主要由粪便微生物群的百岁老人拟杆菌门和厚壁菌门,占总额的93%细菌(比亚吉et al ., 2010)。明显的变化可以发现更频繁地在健康对照组之间的成分占主导地位的细菌和疾病或病理状态。例如,门的比例厚壁菌门和类梭状芽胞杆菌显著降低糖尿病组(Franceschi et al ., 2000)。已经证明了其他人类肠道失调疾病,如肥胖患者恩伯et al ., 2006;恩伯et al ., 2009),代谢综合征(Vrieze et al ., 2012;墨菲et al ., 2013)、糖尿病(拉森et al ., 2010;秦et al ., 2012)和心血管疾病(王et al ., 2011)。因此,相对稳定和占主导地位的微生物群年龄群体意味着占主导地位的细菌可能会发挥重要作用在维护人类健康状态。值得考虑的是稳定的“占主导地位的细菌”可能是一个生物标志物来评估老年人群的健康状况。

数据可用性声明

在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以找到如下:NCBI BioProject ID: PRJNA865362。

道德声明

研究涉及人类受试者进行审核和批准。所有研究批准后,康涅狄格大学健康中心的机构审查委员会(数量:14 - 194 j - 3)。

作者的贡献

XZ、GW和GK设计研究。XZ、BW和PD执行数据收集和主要计算分析。JJ, YC、DS和YZ改善统计方法提供了重要的分析和建模。码、LC、XZ手稿在所有上市的帮助下作者写道。

资金

这项工作的支持与资助Evnin家族的椅子养老GW和老年旅游者的椅子和老年医学门将。从奖学金NIA-K01AG070310 DS获得支持。PD接到杰克逊实验室暑期学生基金支持。BW得到中国国家重点研发项目的支持2021 yfa1301001。XZ获得斯坦福大学奖学金的支持老化和Ethnogeriatrics (SAGE)研究中心在NIH / NIA格兰特P30AG059307。圣人中心是资源的一部分少数衰老研究中心(RCMAR)项目由国家老龄研究所(NIA)在国家卫生研究院(NIH)。其内容仅作者的责任,并不一定代表NIA的官方观点或美国国立卫生研究院。

确认

我们非常感谢所有参与者的捐赠,承诺,和贡献。我们要感谢太太希拉资产阶级对她管理援助。我们还要感谢约瑟夫·布朗先生和实验室工作的丹尼尔·菲利普斯的支持和管理。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fragi.2022.1002405/full补充材料

引用

Aroniadis, o . C。,Brandt, L. J. (2013). Fecal microbiota transplantation: Past, present and future.咕咕叫。当今。杂志。29日,79 - 84。doi: 10.1097 / MOG.0b013e32835a4b3e