全球宏基因组衰老图谱识别出与疾病风险相关的微生物群相位转变

随着年龄增长，肠道微生物为何重要

我们的肠道寄居着数万亿微生物，帮助消化食物、训练免疫系统并影响整体健康。但这些微小伙伴并不会在一生中保持不变。本研究汇集了来自8000多名成年人的全球肠道微生物数据，提出一个简单却重要的问题：肠道微生物群随年龄是平滑、持续变化，还是会经历突发的转变，从而影响疾病风险和健康衰老？

一场全球肠道衰老的巡礼

研究者整合了来自五大洲、28个国家的8115份粪便DNA样本数据，并加入了一个独立的中国队列（2200多人）。他们关注未服用抗生素的成年人，使用标准化方法描述了哪些微生物物种存在及其丰度。尽管不同地区间存在显著差异，他们仍发现一组在各大洲中随年龄呈相似升降趋势的细菌。某些物种如青少年双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）在年轻成年人中更常见，而其他物种，包括黏液革兰阴性杆菌（Akkermansia muciniphila）和甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii），则在老年人中更为丰盛。

从肠道微生物构建生物学年龄钟

为了把这个目录变成“年龄钟”，团队训练了一个机器学习模型，仅凭肠道微生物便估计个体年龄。将模型预测年龄与实际年龄在数千个样本间比较时，出现了一个显著模式。微生物年龄并非在成年期平滑上升，而是在约40岁和56岁附近出现两个关键转折点。40岁之前，预测的微生物年龄逐步上升；在40到56岁之间，变化较为温和；但在约56岁之后，预测的微生物年龄急剧上升，更多物种在丰度上发生改变，这提示晚年肠道生态系统行为发生了转变。

中年肠道稳定性的转变

随后，科学家将肠道生态系统视为一个生态群落来研究。使用比较随机漂变与更有结构性变化的模型，他们发现中年成年人（40至56岁）拥有最稳定和最可预测的微生物群落。相比之下，年轻人，尤其是老年人表现出更脆弱的生态系统特征，许多物种的“生态位”更窄、恢复力下降，尤其在70岁以后更为明显。这意味着在五十多岁末期，肠道可能变得不那么灵活，微生物趋于专业化并在日益缩小的资源上竞争，可能使系统对压力和疾病更为敏感。

微生物年龄与疾病之间的联系

由于年龄钟综合反映了许多微妙变化，作者探讨了这种微生物年龄与常见疾病的关系。他们发现较高的微生物年龄与结直肠癌的发生几率持续相关，不过在56岁以上人群中这种关联减弱。相反，在老年人中，较高的微生物年龄与自身免疫性疾病和肥胖的发生率较低相关。微生物年龄区分患者与健康人群的能力也取决于年龄与疾病类型：对肝硬化来说在所有年龄段均表现良好；对结直肠癌在年轻成年人中最有用；对自身免疫病在56岁后最具信息量，但对神经系统和代谢性疾病（如糖尿病）则价值有限。

熟悉微生物内的遗传变化

研究超越了物种计数，考察了单一细菌类型内的遗传差异。有17种物种在其基因组内容上随年龄表现出清晰变化。在某些物种中，不同分支或谱系在年轻人或老年人中更为常见。大肠埃希菌（Escherichia coli）尤为突出：在老年人中，E. coli菌株中富集了与细胞运动、需氧能量利用以及遗传物质交换相关的基因。这些特征或有助于细菌适应老化的肠道上皮，但也可能通过将更活跃移动的微生物带近肠壁、与免疫系统更频繁接触而促进炎症。

对健康衰老的含义

通过将全球数据、生态学理论与基因学细节编织在一起，作者表明人类肠道微生物组在五十多岁时经历了一个关键的转变阶段。此时，群落变得不那么灵活，许多物种丰度发生转移，某些细菌菌株获得了适应老年肠道环境的新遗传工具。与此同时，微生物年龄与疾病风险的关联呈现年龄特异性变化。这些发现表明，任何试图引导微生物组以实现更健康衰老的干预，很可能需要根据生命阶段进行定制，既关注哪些微生物存在，也关注在老龄肠道中哪些菌株占优。

引用: Fu, J., Zhang, J., He, R. et al. A global metagenomic atlas of aging identifies a microbiota phase transition associated with disease risk. npj Biofilms Microbiomes 12, 97 (2026). https://doi.org/10.1038/s41522-026-00970-4

关键词: 肠道微生物组, 衰老, 微生物年龄钟, 疾病风险, 宏基因组学