人体的胃肠道中存在10~100万亿微生物，其中包括细菌、真菌、原生动物、病毒以及古细菌等，这些微生物的基因总和是人类基因总数的100多倍，不仅扩展了宿主的基因库，而且构成宿主的肠道微生态环境稳态，参与宿主的代谢、免疫功能^[1]。近年来，随着高通量测序技术的不断发展与成熟，越来越多的研究证实，肠道菌群与肥胖、糖尿病等代谢性疾病^[2]、炎症性肠病^[3]、胃肠道及其他恶性肿瘤^[4]、心脑血管疾病^[5]和自身免疫性疾病^[6]密切相关，并在调节胰岛素敏感性、脂肪储存和体重方面发挥关键作用^[7]。

然而，肠道菌群往往受到宿主饮食习惯、基因组及环境因素的影响而存在差异，为真实世界研究带来了很大困难。因此在无特定致病菌环境中饲养的实验大鼠成为肠道菌群相关研究的重要工具动物。既往研究发现，在相同的饲养环境中，大鼠的性别、年龄、品系以及来源是决定大鼠肠道菌群多样性及差异性的主要内源性因素^[8]。但自然衰老大鼠的肠道菌群丰度及多样性的演变过程却鲜有报道。本研究旨在通过对在无特定致病菌环境中饲养的相同品系的衰老雄性大鼠不同月龄时的肠道菌群进行16s核糖体RNA检测，探究大鼠在自然衰老过程中的肠道菌群丰度及多样性演变，为老龄大鼠及人群的肠道菌群及疾病研究提供数据参考。

在机体自然衰老过程中，肠道是起始器官，包括肠道组织退行性变、肌层增厚等组织学改变^[9]，从而导致肠壁黏膜功能、肠道通透性均会发生相应的衰老性变化^[10]，从而影响肠道菌群的生存环境，改变肠道菌群的稳态及功能，甚至发生菌群易位等现象，从而导致免疫调节异常及相关疾病^[11]。越来越多研究者意识到肠道菌群是促进宿主机体发育和稳态的重要生理因素，并且在不同的生命周期中，肠道菌群随着宿主的年龄变化而变化^[12]。但不同个体间菌群差异较大，易受饮食习惯、健康状态、治疗药物及宿主基因组的影响，为人群中肠道菌群的进一步研究带来很大困难。因此，本文拟通过对无菌大鼠衰老过程中肠道菌群变化趋势的探究，为衰老人群相关疾病的研究提供理论基础。

Yang等^[13]研究显示，年龄会影响大鼠肠道菌群厚壁菌门/拟杆菌门比值，老龄鼠体内拟杆菌门更多，厚壁菌门更少。在本研究中也得到相似的结果，自然衰老的大鼠随着月龄的增加，厚壁菌门逐渐减少，拟杆菌门逐渐增多。拟杆菌门属于革兰氏阴性菌，既往研究发现其基因组中富含大量碳水化合物活性酶基因，能够降解和发酵多种膳食纤维，以乙酸盐和丙酸盐为主要代谢产物^[14]。另有研究发现，拟杆菌门具有多种产生维生素和辅酶的基因，在宿主的食物消化和营养利用中发挥重要作用^[15]。厚壁菌门属革兰氏阳性菌，研究发现其基因组中富含生物合成及膜转运相关基因，可产生丁氨酸及多种B族维生素^[16]。另有研究发现，厚壁菌门丰度升高可能与抗炎和改善肠道屏障相关^[17]。综上所述，很多学者认为，由厚壁菌门增加或拟杆菌门减少引起的厚壁菌门/拟杆菌门比值增加是肠道菌群失调的标志，但这种菌群失调对老龄鼠及人群的消化系统、免疫系统及神经系统等多个系统功能的影响有待进一步研究。

既往对肠道菌群的研究年龄跨度大，多将老年人群与年轻人群的肠道菌群进行对比研究。比如，Biagi等^[18]研究发现，在半超级百岁(105岁及以上)老人的肠道微生物群中，发现了不同于年轻人的肠道菌群微生态，这些人群肠道内的健康菌落包括疣微菌门的阿克曼菌属(Akkermansia)、放线菌门的双歧杆菌属(Bifidobacterium)和厚壁菌门的克里斯滕森菌科(Christensenellaceae)等。另有研究发现，中老年人的肠道菌群与其一生中其他时期显著不同，拟杆菌数量相对较多，且难辨梭菌菌群分布模式也发生了改变^[19]。而以月为计量单位对衰老大鼠肠道菌群的演变过程进行详细探究却鲜有人为。本研究发现，19~21月龄大鼠肠道菌群的组成相似，以厚壁菌门和拟杆菌门为主，且占比接近，22~24月龄大鼠厚壁菌门相对丰度显著减少，而拟杆菌门相对丰度显著增多。在β多样性的PCoA分析中也同样发现，19~21月龄大鼠肠道菌群结构相似，22~24月龄大鼠肠道菌群结构相似。这提示衰老大鼠的肠道菌群组成并未以月的速度进行演变，而是在3个月左右的时间中存在明显差异。这一结果为今后大鼠肠道菌群的研究周期提供了基础，可有效降低实验成本，提高实验效率。

本研究通过对不同月龄大鼠的肠道菌群进行LEfSe分析发现，在科和属水平上，月龄越小的大鼠肠道益生菌丰度越高。比如拟杆菌门的拟杆菌科及乳杆菌科丰度在19月龄大鼠粪便中显著增高。既往研究显示，拟杆菌科的某些菌株不仅参与完善宿主免疫T细胞的功能，同时也参与结肠神经元活动的调节^[20]，Yoshida等^[21]发现拟杆菌科的菌株可以减少肠道其他微生物脂多糖的产生，降低内毒素的释放入血，从而有效抑制促炎反应。既往大量研究显示，乳杆菌科的多种菌株通过参与合成多种消化酶、氨基酸和维生素帮助宿主对食物进行消化吸收和营养利用，同时具有免疫调节功能和增强肠道黏膜屏障的功能^[22]。因此拟杆菌和乳杆菌制剂已经作为益生菌被广泛应用到多种疾病的治疗中。在本研究中，随着衰老大鼠的月龄不断增加，致病菌丰度也随之增多。如在21月龄大鼠粪便中丰度增高的毛螺菌科，曾被证实在高脂饲料诱导的小鼠模型中丰度显著增加^[23]。研究发现，肠杆菌丰度与宿主体内胆固醇和胰岛素等肥胖相关指标的水平成正相关，同时与肿瘤坏死因子α、白细胞介素6等炎性相关因子的水平也呈正相关，提示肠杆菌可能参与宿主体内促炎反应^[24]。本研究也发现，在自然衰老的大鼠粪便样本中，随着月龄的增加，肠杆菌科相对丰度显著增多，但这类致病菌如何参与大鼠的衰老过程有待进一步研究。

综上所述，自然衰老的大鼠随着月龄的不断增加，肠道菌群的丰度及多样性均呈下降趋势，厚壁菌门逐渐减少，拟杆菌门逐渐增多。在科和属水平上，拟杆菌科及乳杆菌科等益生菌相对丰度在月龄较小的大鼠肠道菌群中显著增高，而肠球菌科、链球菌科及毛螺菌科等致病菌相对丰度在月龄较大的大鼠样本中显著增高。本研究为衰老大鼠和人群的肠道菌群及相关疾病研究提供重要依据。