CN111458490B - 长寿家族的肠道代谢图谱的建立及其在增龄健康领域的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了长寿家族的肠道代谢图谱的建立及其在增龄健康领域的应用，根据不同长寿个体的粪便代谢物进行研究，从粪便代谢物角度为肠道健康和长寿进行新的研究，可以更全面的观察到家族型长寿人群肠道的菌群代谢轮廓变化及稳定影响人群寿命的代谢特征，同时也为家族型长寿人群肠道微生物的代谢产物与机体互作的机制研究提供新的方法和思路，使抗衰老的治疗机理提供新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及分子生物医学领域，特别涉及长寿家族的肠道代谢图谱的建立及其在增龄健康领域的应用。
背景技术
衰老、长寿的研究一直是生命科学领域的热点问题，但至今仍未阐明。衰老是由遗传、年龄、生活环境、饮食等共同影响的，是一个复杂的多因素过程。衰老必然伴随着代谢状态的改变，机体的代谢产物水平对健康长寿具有重要作用，很多疾病和炎症的发生都和代谢失衡有关。目前，对机体健康、疾病的研究聚焦在肠道微生态领域，肠道菌群与宿主在一同进化过程中，其菌群的构成和多样性受到宿主内在因素或者是外在环境因素的影响，如基因遗传、年龄、性别、生活环境、饮食等。
肠道微生物是人体最庞大、最复杂的微生态系统，被称作第二基因组。人体肠道系统中约有500-1000种细菌，这些细菌可分为有益菌、有害菌与中性菌三大类。其中有益菌具有人体不具备的代谢功能，能够合成多种人体生长发育必须的维生素、氨基酸，参与糖类和蛋白质的代谢，同时还能促进矿物元素的吸收。而这些营养物质对人类健康有着重要作用，一旦缺少就会引起多种疾病，如糖尿病、炎症性肠病、心理疾病、中枢神经系统(CNC)疾病、癌症等。可见肠道微生物与人体的免疫系统、新陈代谢、营养吸收甚至心理状态都密不可分。
研究表明，肠道益生菌在人体肠道中的定殖丰度直接影响人体健康水平，对人的健康与长寿至关重要。随着人年龄的增长，人体肠道内的益生菌丰度逐渐降低，老年人肠道内益生菌数量与青少年时期相比约下降至原来的1/1000～1/100，但研究发现长寿老人肠道中益生菌的数量比其他老年人群均值高出60倍。研究发现长寿老人粪便中存在像长双歧杆菌(B.longum)、罗伊氏乳杆菌(L.reuteri)、约氏乳杆菌(L.johnsonii)、鼠李糖乳杆菌(L.rhamnosus)等核心菌。对中国的长寿老人进行研究，从一定程度上揭示了年龄因素对肠道菌群的影响，对于解释肠道微生态与长寿关系有一定的意义。但肠道菌群及其代谢产物如何与宿主互相作用从而影响机体的健康和寿命则鲜有报道。
小分子代谢物作为细胞调控过程的终产物，其种类和数量的变化被视为生命体对基因或环境变化的最终响应。GC-MS、LC-MS和NMR等高通量、高灵敏度的代谢组学检测技术，是目前代谢物检测的主流方法。有研究报道巴马长寿人群尿液中的18种特征代谢物，包括5-羟基-L色氨酸、咖啡酸、D-核糖、吲哚、组胺、L-谷氨酰胺、L组氨酸、L蛋氨酸、焦谷氨酸、磷脂酰胆碱等，差异代谢物主要参与了氨基酸代谢、磷脂代谢。但研究家族型的长寿人群的粪便代谢组研究尚未报道。
根据现有问题，对家族型的长寿人群的粪便代谢组进行研究成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供机体健康和增龄相关的粪便代谢标志物及其应用。
本发明对长寿家族和非长寿家族人群的粪便进行了非靶向代谢检测，进而观察家族型长寿人群肠道的菌群代谢轮廓变化及稳定影响人群寿命的代谢特征。长寿家族人群的纳入标准：老人90岁以上，并且父母或兄弟姐妹有90岁以上人群。选取的是中国南部地区的一个群体，两组的长寿人群均为自然环境下的长寿标本，非医疗照护下的高龄人群，且两组人群都是无心脑血管疾病及认知障碍的健康群体。
在进行大规模人群的采样时，由于受试者人数多，地域分布广，工作量大，现场采样条件限制等原因，对新鲜样品进行冷冻保存很难实现。粪便菌群又极易受温度和氧气的影响，室温条件下的粪便样本，菌群会产生不同程度的发酵，随着样本保藏的时间越长菌群构成与原始样本的相似性越低，其代谢产物也会产生变化，不能真实反映机体原本的代谢轮廓。发明人为解决这一问题，采样后加入了代谢物保护剂，有效防止常温下样本中微生物的代谢物质组分及浓度发生改变，减少代谢产物的变化，真实反映机体原本的代谢情况。
同时，也实现了代谢物的快速提取，缩短样本前处理时间。
在本发明的第一方面，本发明提出了：
定量粪便代谢物含量的试剂在制备诊断肠道健康试剂中的应用，所述血清代谢物包括白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valeric acid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)、金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonic acid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)。
进一步地，白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valeric acid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)六种代谢物丰度的上调标志着肠道健康风险低。本实施例中，六种代谢物在长寿家族人群中表达量升高。
进一步地，金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonic acid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)十种代谢物丰度下调标志着肠道健康风险低。本实施例中，十种代谢物在长寿家族人群中表达量降低。
进一步地，差异代谢参与了精氨酸生物合成(Arginine biosynthesis)、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢(D-Glutamine and D-glutamate metabolism)、黄铜和黄酮醇代谢Flavone and flavonol biosynthesis、对氨基苯甲酸甲酯降解(Aminobenzoatedegradation)、二萜类合成(Diterpenoid biosynthesis)。
在本发明的第二方面，本发明提出了：定量粪便代谢物含量的试剂在制备预测寿命试剂中的应用，其中粪便代谢物选自白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valericacid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)、金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonic acid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)中的至少一种。
定量粪便代谢物含量在制备延缓衰老或延长寿命试剂中的应用，其中粪便代谢物选自白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valeric acid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)、金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonic acid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)中的至少一种。
本发明的第三方面，本发明提出了：
粪便代谢物在制备调理产品中的应用，其中包括影响机体白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valeric acid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)、金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonic acid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)代谢物合成的营养素产品、参与上述代谢物合成的微生态制剂、活菌类药物和粪菌移植产品。
本发明的第四方面，本发明提出了：
一种诊断肠道健康风险的产品，白桦脂醇、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、α-二甲基戊酸、R-(-)-扁桃酸、对氨基马尿酸、3-羟基-十四酸六种代谢物丰度的上调标志着肠道健康风险低；
一种诊断肠道健康风险的产品，金合欢素、新松脂酸、白桦脂酮酸、甘草次酸、磷脂酰乙醇胺、5-戊内酯、瓜氨酸、β-前列腺素E2、异紫堇定碱、磷脂酰胆碱十种代谢物丰度下调标志着肠道健康风险低。
本发明的有益效果是：
本发明提供长寿家族的肠道代谢图谱的建立及其在增龄健康领域的应用，根据不同长寿个体的粪便代谢物进行研究，从粪便代谢物角度为肠道健康和长寿进行新的研究，同时也为家族型长寿人群肠道微生物的代谢产物与机体互作的机制研究提供新的方法和思路，使抗衰老的治疗机理更加明确。
附图说明
图1离子流图，其中A为QC样本正离子流图谱；B为QC样本负离子流图谱。
图2粪便代谢物火山图：在长寿家族和非常长寿家族组中的表达。
图3差异粪便代谢物热图聚类分析；在长寿家族和非常长寿家族组中的表达。
具体实施方式
下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。
表1粪便代谢物
实施例1
发明人基于测定的总计44例长寿家族(85.2±12.5)、127例非长寿家族(82.2±10.8)人群的粪便样本代谢物结果分析，鉴别出其中的代谢标志物。
其中，长寿家族和非长寿家族组差异代谢物的相对丰度如表2。
表2长寿家族和非长寿家族组差异代谢物的相对丰度
通过对长寿家族个体和非长寿家族个体粪便样本的代谢物丰度进行差异比较分析(表2)，白桦脂醇(Betulin)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、α-二甲基戊酸(α-dimethyl valeric acid)、R-(-)-扁桃酸(R-(-)-Mandelic acid)、对氨基马尿酸(Aminohippuric acid)、3-羟基-十四酸(3-hydroxy-tetradecanoic acid)在长寿家族人群中的含量显著高于非长寿家族，且有统计学意义。
金合欢素(Acacetin)、新松脂酸(Neoabietic acid)、白桦脂酮酸(Betulonicacid)、甘草次酸(Enoxolone)、磷脂酰乙醇胺(PE)、5-戊内酯(5-Valerolactone)、瓜氨酸(Citrulline)、β-前列腺素E2(β-PGE2)、异紫堇定碱(Isocorydine)、磷脂酰胆碱(PC)在长寿家族人群中的含量显著低于非长寿家族，且有统计学意义。
上述代谢物的变化趋势标志着机体的健康状况。
标志物及预测模型效果验证
发明人另外收集了64个样品作为测试集，其中30人为长寿家族人群，34人为非长寿家族人群。所述的代谢标志物在人群中的丰度情况如表3所示：
表3长寿家族和非长寿家族组差异代谢物的相对丰度
预测结果如表4：
表4长寿家族模型评估混淆矩阵
由上述结果可知，本发明中的标志物及预测模型表现良好。对于长寿分类模型，模型预测了31个阳性结果，通过混淆矩阵评估，其中25个真阳性，6个假阳性，5个假阴性，准确度达到了82.81％(表3)。
Claims (2)
1.定量粪便代谢物含量的试剂在制备诊断肠道健康试剂中的应用，其特征在于，粪便代谢物为白桦脂醇、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、α-二甲基戊酸、R-(-)-扁桃酸、对氨基马尿酸、3-羟基-十四酸、金合欢素、新松脂酸、白桦脂酮酸、甘草次酸、磷脂酰乙醇胺、5-戊内酯、瓜氨酸、β-前列腺素E2、异紫堇定碱、磷脂酰胆碱的组合；所述白桦脂醇、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、α-二甲基戊酸、R-(-)-扁桃酸、对氨基马尿酸、3-羟基-十四酸六种代谢物丰度的上调标志着肠道健康风险低；金合欢素、新松脂酸、白桦脂酮酸、甘草次酸、磷脂酰乙醇胺、5-戊内酯、瓜氨酸、β-前列腺素E2、异紫堇定碱、磷脂酰胆碱十种代谢物丰度下调标志着肠道健康风险低。
2.定量粪便代谢物含量的试剂在制备预测寿命试剂中的应用，其特征在于，粪便代谢物选自白桦脂醇、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、α-二甲基戊酸、R-(-)-扁桃酸、对氨基马尿酸、3-羟基-十四酸、金合欢素、新松脂酸、白桦脂酮酸、甘草次酸、磷脂酰乙醇胺、5-戊内酯、瓜氨酸、β-前列腺素E2、异紫堇定碱、磷脂酰胆碱的组合；所述白桦脂醇、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、α-二甲基戊酸、R-(-)-扁桃酸、对氨基马尿酸、3-羟基-十四酸六种代谢物丰度的上调标志着预测寿命的风险高；金合欢素、新松脂酸、白桦脂酮酸、甘草次酸、磷脂酰乙醇胺、5-戊内酯、瓜氨酸、β-前列腺素E2、异紫堇定碱、磷脂酰胆碱十种代谢物丰度下调标志着预测寿命的风险高。
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