第一部分 脑肠轴相关标志物和长寿之乡居民认知功能的相关性研究目的增龄过程中大脑会发生退行性改变,进而导致大脑认知功能下降。脑肠轴不仅可影响生命周期,还可对人体健康寿命如大脑认知功能产生影响。然而目前关于脑肠轴与认知功能之间的研究多集中在模式动物和一般人群中,缺乏远离抗生素干扰影响的自然长寿人群研究证据。因此本研究基于本组已建立的自然长寿人群队列（Clinical Trials名称:So Mi LY、编号:NCT04210934）建立包括代谢物、神经递质、脑肠肽、炎症因子和肠道菌群的脑肠轴综合评估体系;并基于粪便宏基因组测序和血清非靶向代谢组学在横断面设计上评价肠道菌群和目标标志物与认知功能的相关性。此外建立复合抗生素清除自身肠道菌群和小鼠粪菌移植（Fecal microbiota transplantation,FMT）方法体系,并通过人源高龄认知衰弱粪菌对小鼠进行FMT干预,以评估不同FMT方法和干预时间的作用效果及对小鼠回肠、结肠和体外粪便肠道菌群的改变情况,同时检测小鼠血清、脑脊液和脑肠肽相关标志物的变化规律,初步评价脑肠轴与认知功能的因果效应及驱动价值。材料与方法（1）人群研究:本研究基于本组在广西永福长寿之乡（由中国老年学和老年医学学会认定的第一批“中国长寿之乡”）建立的So Mi LY研究,采用整群抽样和连续入组方法纳入长寿人群（年龄大于等于90岁）及当地对照人群,按全分析集（57-111岁;n=68）和长寿子集（90-111岁;n=52）分别进行分析,此外本研究还纳入100例增龄人群（以<10岁、25-45岁、60-69岁、70-79岁和80-89岁为分组,每组20人且男女比例1:1）。根据简易智力状态检查量表（MMSE）对研究人群认知功能状态分组,参考MMSE文盲切点值将研究人群划分为痴呆组（MMSE≤17）和对照组（MMSE>17）,此外还采用三分位法将研究人群划分为认知功能较差（MMSE<12）、一般（12?MMSE<18）和较好（MMSE?18）三组。根据文献检索方法建立代谢物、神经递质、脑肠肽和炎症因子多维度脑肠轴综合评价体系。基于LC-MS/MS（液相色谱串联质谱法）对研究人群进行血清非靶向代谢组学测定并通过代谢物的分子式及分子量筛选出脑肠轴相关代谢物,分别在全分析集和长寿子集中比较不同认知功能组间目标代谢物的差异及其与MMSE的相关性,并进一步在增龄人群中验证目标代谢物随增龄变化趋势。基于华大宏基因组测序平台对研究人群粪便进行肠道菌群检测,分别在全分析集和长寿子集中比较不同认知功能组间肠道菌群Alpha多样性、属水平菌群相对丰度和Beta多样性差异并分析差异菌群与差异代谢物的相关性。（2）动物研究:建立氨苄青霉素、甲硝唑、硫酸新霉素和万古霉素的复合抗生素清除C57BL/6J小鼠自身肠道菌群方法,并进一步通过灌胃和灌肠方法建立人源高龄认知衰弱粪菌FMT体系。采用16sr DNA测序法评价FMT干预后小鼠不同肠道部位菌群改变情况,并通过新物体识别行为学测试法评估小鼠短期学习记忆认知功能变化。在出现认知功能下降表型后评价小鼠血清、脑脊液和海马组织脑肠轴相关标志物的变化规律。结果（1）建立血清脑肠轴相关标志物综合评价体系,其中代谢物8个包括短链脂肪酸、色氨酸和氧化三甲胺等;脑肠肽17个包括5-羟色胺、多巴胺和神经肽Y等;炎症因子6个包括IL-1、IL-6和TNF-α等。（2）从血清代谢组学数据库中靶向筛选到9个目标代谢物包括丙酸、色氨酸和氧化三甲胺等。在全分析集中发现与认知功能较差组相比,认知功能较好组色氨酸水平较高而丙酸水平较低,且色氨酸与MMSE呈显著正相关（P=0.003）;在长寿子集中发现痴呆组丙酸水平显著高于对照组,色氨酸与MMSE呈显著正相关（P=0.026）而丙酸与MMSE呈显著负相关（P=0.022）。在增龄人群中发现谷氨酸和多巴胺随增龄呈上升趋势,色氨酸、5-羟色胺和γ-氨基丁酸随增龄呈下降趋势。按性别分层后,男性人群中随增龄多巴胺呈上升趋势而5-羟色胺呈下降趋势;女性人群中随增龄多巴胺和谷氨酸呈上升趋势,而色氨酸、5-羟色胺和γ-氨基丁酸呈下降趋势。（3）在全分析集和长寿子集中发现,肠道菌群Alpha多样性Chao1和Shannon指数在不同认知功能组间无显著差异。在全分析集和长寿子集中发现Anaerostipes（粪厌氧棒状菌属）、Blautia（布劳特氏菌属）和Dorea（多尔氏菌属）等11个菌属在认知功能较好组相对丰度更高;而Akkermansia（阿克曼菌属）、Bilophila（嗜胆菌属）和Odoribacter（气味杆菌属）等12个菌属在认知功能较好组相对丰度更低。（4）在全分析集中发现痴呆组和对照组存在不同的菌群聚类特征,且识别到Akkermansia（艾克曼菌属）、Odoribacter（气味杆菌属）、Methanobrevibacter（甲烷短杆菌属）和Parabacteroides（副拟杆菌属）4个菌属在痴呆组更为聚集,而Anaerostipes（粪厌氧棒状菌）、Blautia（布劳特氏菌属）、Dorea（多尔氏菌属）和Lachnospira（毛螺菌属）4个菌属在对照组中更为聚集。（5）在全分析集中发现Blautia（布劳特氏菌属）和Dorea（多尔氏菌属）与色氨酸水平显著正相关,而Roseburia（罗氏菌属）与丙酸水平显著负相关。（6）成功建立复合抗生素小鼠自身肠道菌群清除及灌胃和灌肠FMT体系。（7）抗生素干预后组与抗生素干预前组相比识别系数下降19.30%;FMT两周后与抗生素干预后组相比,空白对照、灌胃和灌肠组识别系数分别上升14.08%、32.87%和37.86%;FMT四周后与FMT两周组相比,灌胃和灌肠组识别系数分别下降14.36%和14.60%。结论（1）本研究建立了脑肠轴综合评估体系,包括色氨酸和丙酸等8个代谢物,5-羟色胺和多巴胺等17个脑肠肽和IL-6、TNF-α等6个炎症因子。（2）血清代谢物色氨酸表现为认知功能保护因素且随增龄呈下降趋势,丙酸表现为认知功能危险因素且随增龄无显著变化趋势。（3）不同认知功能组间肠道菌群Alpha多样性无显著差异,而认知功能较好组Anaerostipes（粪厌氧棒状菌属）、Blautia（布劳特氏菌属）和Dorea（多尔氏菌属）等11个菌属相对丰度较高,而Akkermansia（阿克曼菌属）、Bilophila（嗜胆菌属）和Odoribacter（气味杆菌属）等12个菌属在认知功能较好组相对丰度较低。（4）肠道菌群Blautia（布劳特氏菌属）和Dorea（多尔氏菌属）菌属与代谢物色氨酸水平显著正相关,Roseburia（罗氏菌属）与丙酸水平显著负相关,肠道菌群可能是通过影响脑肠轴相关标志物进而对大脑认知功能产生影响。（5）复合抗生素干预和人源衰弱痴呆FMT对小鼠认知功能的影响虽未达到统计学显著性但仍发现下降趋势,说明正常肠道菌群对认知功能具有重要作用且人源衰弱痴呆粪菌可造成认知功能下降,未来需扩大样本量和延长干预时间进一步验证其因果关系和驱动价值。第二部分基于公共数据库分析微量元素与非酒精性脂肪肝的关系目的微量元素与胰岛素抵抗、氧化应激和炎症反应之间密切相关,且这些因素在非酒精性脂肪肝（non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD）的发病机制中发挥重要作用。因此本研究基于美国国家营养与健康调查（NHANES）公共数据库分析微量元素与NAFLD之间的独立作用关系。材料与方法（1）选取NHANES数据库中2011-2012与2013-2014两个年份的数据,经过纳入排除最终纳入3211名研究对象。（2）采用非侵入性指标肝脂肪变性指数（hepatic steatosis index,HSI）和美国脂肪肝指数（US fatty liver index,USFLI）进行NAFLD判定。（3）通过比较NAFLD与非NAFLD组之间8种微量元素铜、锌、硒、铅、镉、汞、铁和钙的分布差异,筛选出两组间显著差异的微量元素并筛选出本研究的主要分析元素铜。（4）接下来分别采用Logistic回归模型、平滑曲线拟合和限制性立方样条分析血清铜与HSI、USFLI和NAFLD的之间作用关系及其剂量反应关系。并根据性别、年龄和胰岛素抵抗指数HOMA-IR进行分层分析。结果（1）NAFLD与对照组间6种微量元素铜、铅、镉、汞、铁和钙存在显著差异而2种微量元素锌和硒无显著差异。（2）血清铜与NAFLD的进一步分析发现,女性血清铜水平显著高于男性（女性:20.68±4.88μmol/L;男性:16.68±3.30μmol/L;P<0.001）;随着血清铜水平升高,由HSI和USFLI定义的NAFLD患病风险均增加。平滑曲线拟合分析结果显示随着血清铜水平升高指数HSI、USFLI及NAFLD患病率均增加。剂量反应关系分析显示当血清铜达到17.63和18.06μmol/L时,NAFLDHSI和NAFLDUSFLI患病风险增加1倍。分层分析发现血清铜与NAFLD之间的危险作用关系在女性和中年人群中更显著。结论（1）微量元素铜、铅、镉、汞、铁和钙可能与NAFLD之间存在关联。（2）过量血清铜水平与NAFLD患病风险显著独立相关,且这种危险关系在女性和中年人群中更为显著。需从公共卫生角度注意过量铜暴露所带来的危害作用,且需要更多前瞻性研究来验证铜对NAFLD的因果作用。