肠道炎症与年龄和阿尔茨海默病病理学相关：一项人类队列研究

谷禾健康

​阿尔茨海默

研究表明，慢性低水平的炎症（“炎症衰老”）可能是年龄相关疾病的一个介导因素，而肠道微生物通过破坏肠道屏障可能会促进炎症。

虽然老化和阿尔茨海默病（AD）与肠道微生物群组成的改变有关，但是肠道炎症的具体作用尚不清楚。刚刚，美国威斯康星州阿尔茨海默病研究中心与威斯康星大学医学与公共卫生学院研究人员通过分析中老年人粪便中的钙卫蛋白水平（一种肠道炎症标志物，在肠道屏障完整性出现问题时会出现水平升高的情况），来探讨其与老龄化及阿尔茨海默病病理之间的关系。

研究主要结果：高龄和AD患者中钙卫蛋白水平升高，且AD痴呆患者中钙卫蛋白水平与淀粉样蛋白负荷更高相关。此外，钙卫蛋白水平还与AD患者脑脊液标志物以及即使在认知未受损的参与者中也与较低的言语记忆功能相关。

小编注释：

• 高龄和AD患者中钙卫蛋白水平升高： 这意味着在年纪较大的人群和那些已经被诊断为AD的患者中，粪便中钙卫蛋白的水平通常比年纪较轻或没有AD的人更高。钙卫蛋白是一种标志炎症的蛋白质，因此这可能表明随着年龄的增长或在AD的情况下，身体中存在更多的炎症。
• AD痴呆患者中钙卫蛋白水平与淀粉样蛋白负荷更高相关： 这表明在有认知障碍的AD患者中，粪便中的钙卫蛋白水平与大脑中淀粉样蛋白的积累有很强的相关性。淀粉样蛋白积累是AD的一个关键病理特征，它形成的斑块会破坏脑细胞的功能。
• 钙卫蛋白水平还与AD患者脑脊液标志物相关： 脑脊液中的某些标志物（比如淀粉样蛋白和tau蛋白）可以用来诊断和监测AD。这个发现表明粪便中的钙卫蛋白水平可能与这些脑脊液标志物的变化有关，这可能有助于了解疾病的进展和诊断。
• 即使在认知未受损的参与者中也与较低的言语记忆功能相关： 这意味着即使在那些认知功能尚未出现明显下降的人中，粪便中钙卫蛋白水平较高的个体也表现出较差的言语记忆能力。这可能表明钙卫蛋白水平的升高是一个早期的风险因素或预警信号，暗示未来可能出现认知问题。

这项研究的具体操作细节包括钙卫蛋白水平的测量方法、淀粉样蛋白负荷的评估手段（如PET扫描或其他成像技术），以及这两者之间关联的统计显著性。

这项结果支持了肠-脑轴的概念，即肠道炎症可能通过影响全身的炎症状态，进而影响大脑健康和功能。这些发现也提示钙卫蛋白可能是一个有价值的生物标志物，不仅可以帮助诊断AD，还可以在认知正常的年长者中预测未来的认知衰退。

谷禾一直在关注和积累关于肠道菌群与年龄相关的认知衰退以及老化和阿尔茨海默病的研究。未来，我们打算通过生物技术和大数据分析将钙卫蛋白这个重要的生物标志物加入到我们的菌群检测报告中，从而为客户提供更加全面的健康信息，帮助他们在早期识别潜在的认知衰退和神经退行性疾病的风险。

研究背景与基础

肠道菌群变化→肠道屏障功能下降→“炎症衰老”

肠道菌群可能促成“炎症衰老”，这是一种以慢性低度全身性炎症为特征的状态，且不是由急性因素如感染引起的，然而这一过程的生理机制尚不完全清楚。

随着年龄增长，微生物群组成的变化可能会在肠道内产生炎症环境，导致上皮屏障退化，使得肠腔内的细菌成分例如脂多糖和肽聚糖碎片进入全身循环，引发外周炎症反应。证据支持这一假设中的屏障退化部分，表明肠道通透性随着年龄增长和与年龄相关的疾病而增加。例如，诱发肠道炎症的高迁移率族蛋白1与高龄、慢性炎症标志物、虚弱和营养吸收受损等因素相关。

注：高迁移率族蛋白1（High Mobility Group Protein 1，简称HMG1或HMGB1）是一种非组蛋白质，得名于它们在电泳过程中的高迁移率，这是因为它们相对较小、带电并且在凝胶中迁移得比较快。

HMGB1是细胞内一种非常重要的核蛋白，它参与多种细胞过程，包括DNA修复、细胞分化、细胞死亡以及基因的转录调控。此外，HMGB1也在细胞外发挥作用，可以作为细胞外信号分子，参与炎症反应、组织修复和肿瘤发生等过程。当细胞受到损伤或处于应激状态时，HMGB1可以被释放到细胞外并作为一种炎症介质，促进免疫细胞的活化和炎症反应的发生。

HMGB1的功能异常与多种疾病有关，包括自身免疫疾病、癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等。因此，它是医学研究中的一个重要靶标，并且可能成为治疗这些疾病的潜在药物靶点。

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此外，在老年人中，患有炎症性疾病如2型糖尿病和肠易激综合征的个体更常见肠道通透性增高。然而，在健康老年成年人中进行的肠道通透性研究较少，且结果并不一致，因此在年龄相关疾病出现之前，是否会出现增高的炎症和通透性仍不清楚。

肠道菌群失调和肠道炎症可能促进阿尔茨海默病的发病

随着年龄增长相关的神经退行性疾病研究的深入，越来越多的证据表明肠道菌群失调和外周炎症与阿尔茨海默病（AD）有关，并可能促进AD的病理发展。

AD的特征是大脑中淀粉样β蛋白（Aβ）和磷酸化tau蛋白（pTau）的聚集，伴随着小胶质细胞和星形胶质细胞的激活以及相关的神经炎症。肠道菌群失调和肠道细菌衍生的代谢产物与炎症、临床前认知下降和AD诊断有关，但它们与病理之间的机制性关系尚未明确。

最近的研究发现，肠易激综合征（IBS）与发展成AD痴呆的风险较高有关。由于IBS可能通过微生物菌群失调诱发肠道通透性，这也预示了肠道炎症和通透性在AD中可能扮演角色。

研究方法与技术

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入组对象

参与者来自威斯康星州阿尔茨海默病研究中心（ADRC）的临床核心和威斯康星州阿尔茨海默病预防登记处（WRAP），两个前瞻性队列研究，专门招募中老年人作为研究对象。

在入选时，参与者接受了全面的认知评估、医疗和家族史访谈，以及APOE基因分型检查。参与者还接受了纵向的认知评估和实验室测试，部分参与者进行了腰椎穿刺和/或11C-Pittsburgh compound B (PiB) PET神经影像学检查以量化AD病理程度。

该研究比较有价值的是：这些参与者同时还参与了另一个名为微生物组与阿尔茨海默病风险研究（MARS）的项目。MARS项目的目的是通过收集和分析参与者的粪便样本来研究肠道微生物在阿尔茨海默病发展中可能扮演的角色。研究纳入的参与者是在过去两年内提供了粪便样本，并且完成了认知功能评估和淀粉样蛋白状态的检测的人。这些检测有助于确定他们是否有AD的生物标志物或症状。

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入组要求

临床诊断

根据2011年美国国家衰老研究所-阿尔茨海默病协会（NIA-AA）的工作组制定的诊断标准，确定参与者是否认知无损、患有由AD引起的轻度认知障碍，或是AD痴呆。这个小组可能包括医生、神经心理学家和其他专业人员，共同评估患者的症状和测试结果，以确定诊断。

淀粉样蛋白状态

通过分析脑脊液样本或进行正电子发射断层扫描（PET）神经影像学程序来确定脑脊液样本是在腰椎穿刺过程中收集，而PET扫描则是在与收集粪便样本最接近的时间进行。

淀粉样蛋白阳性的指标

总体 PiB 分布体积比 (DVR) 大于 1.19。

通过专家视觉检查评定的18F-AV45 PET阳性。

脑脊液中Aβ42/Aβ40比值小于0.046。

评定方式

淀粉样蛋白状态的评定是单独根据生物标志物变量进行的，即只看这些特定的测试结果，而不考虑其他可能影响实验的变量。这样做是为了确保评定的准确性，不受其他因素干扰。

简单来说，以上方法根据一系列生物标志物检测结果来确定一个人是否有AD或其前期症状，并且这个确定过程是严格按照既定的科学标准来执行的。

研究者们将参与者按照临床诊断和淀粉样β蛋白（Aβ）的存在与否分为三组：

• 认知未受损且Aβ阴性（CU Aβ−）
• 认知未受损且Aβ阳性（CU Aβ+）
• 确诊有Aβ阳性的AD痴呆（AD Aβ+）

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检查和测试

研究的参与者接受了一系列检测和调查。

常规检查

首先，通过测量身高和体重来计算每个人的体质指数（BMI），并进行了常规血液检查。研究还包括了对参与者APOE基因ε2、ε3、ε4等位基因的分型，这是通过特定的聚合酶链反应（PCR）实验完成的。

APOE风险评分

此外，研究根据阿尔茨海默病神经影像学倡议中经神经病理学确认的病例，计算了一个APOE风险评分，这是一个与阿尔茨海默病风险相关的指标。

问卷调查

在收集粪便样本的同时，参与者填写了问卷，记录了他们目前的饮食习惯、药物使用情况、胃肠疾病和心血管疾病的历史，以及可能影响肠道微生物组成的生活方式因素，例如早期的微生物暴露和目前与家庭宠物或其他动物的接触情况。这些数据的收集旨在帮助研究人员了解这些因素如何可能影响肠道健康和相关疾病的风险。

多种生物标志物测定

在该研究中，研究人员使用罗氏公司的NeuroToolKit研究平台上的高级原型测试来测量多种生物标志物。这些生物标志物包括与阿尔茨海默病相关的标志物（如Aβ42/Aβ40比率、pTau181/Aβ42比率、总tau蛋白[tTau]）、神经胶质细胞活化的指标（如YKL-40、GFAP、sTREM2、S100B）、轴突退化的指标（如神经丝轻蛋白[NfL]）、突触退化的指标（如神经颗粒蛋白、α-突触核蛋白）以及炎症的指标（如IL-6）。

在这项研究中，脑脊液中的IL-6水平被用作反映全身炎症状态的生物标志物。这些测量有助于研究人员更好地了解与神经退行性疾病相关的生物学过程，以及它们是如何与炎症相互作用的。

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神经心理学评估

两种用于评估认知功能的心理测试：Rey 听觉言语学习测试（RAVLT）和Trail Making Test（TMT）B部分。RAVLT用于评估言语学习和记忆能力，要求参与者在五次试验中记忆并重复一个包含15个单词的列表。RAVLT的得分反映了参与者记忆单词的能力，其中1-5试次的得分是五次尝试中记住的总单词数，第7试次得分是在延迟一段时间后能够回忆的单词数。

TMT B部分评估执行功能，即高级认知处理能力，要求参与者按照数字和字母的顺序连接一系列打印在纸上的图标，测试的得分是完成任务所需的时间。这些测试通常用于评估阿尔茨海默病等认知衰退疾病的早期阶段，并且在分析时会考虑到年龄、性别、教育程度以及淀粉样蛋白（与阿尔茨海默病相关的蛋白）状态等因素。

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粪便收集、处理和钙卫蛋白测量

粪便收集、处理

研究中收集粪便样本的过程。参与者在家里依照特定的方法收集了粪便样本，并记录了收集的时间。然后他们将样本放入有冷冻胶囊的保温盒中，通过隔夜快递发送到威斯康星大学麦迪逊分校。

粪便钙卫蛋白测定

这段话描述了一种测量粪便样本中钙卫蛋白浓度的实验方法。钙卫蛋白是一种标志炎症的蛋白质，其水平可以通过酶联免疫吸附测定法（ELISA）来测定。测量是在450纳米波长下进行的，同时使用620纳米作为参考滤光片。

统计方法

钙卫蛋白水平的测量

研究者使用两个粪便样本的平均值来估计参与者的平均钙卫蛋白水平，并对数据进行了正向平移（增加了11.3微克/克）和对数转换，以便线性化ELISA测试的结果。

多元线性回归分析

研究者使用多元线性回归来分析钙卫蛋白水平与年龄、AD诊断/淀粉样蛋白积累、全球PiB DVR（一种PET扫描测量）、脑脊液生物标志物水平和认知功能测试分数之间的关系。

模型中的交互作用

在全球PiB DVR模型中，研究者包含了钙卫蛋白水平与疾病阶段之间的交互作用，以探究它们如何共同影响AD。

协变量

在进行模型分析时，研究者考虑了可能影响结果的其他变量（协变量），例如性别和BMI（因为它们与肠道微生物组有关，后者又与炎症过程有关），以及年龄、性别、淀粉样蛋白确认的诊断、APOE基因风险评分（因为它们与AD病理学有关）。

模型构建过程

首先，研究者测试了包含所有潜在协变量的完整模型。如果在完整模型中某些效应不显著，他们会采用模型构建方法来简化模型，并找出真正影响结果的因素。

统计分析工具

研究者使用R语言的lavaan包进行回归分析，采用最大似然估计和Satorra-Bentler校正来调整模型残差的不均匀性。

统计显著性调整

为了控制假阳性发现率（第一类错误），使用了Benjamini-Hochberg方法进行调整。调整后的P值称为Q值。

显著性和子集分析

如果在整个参与者群体中发现某些效应是显著的（Q值小于0.05），研究者会在一个认知正常（CU）的参与者子集中重新评估这些模型，以确认这些发现是否依然成立。

研究结果

在这项研究中，共有125名参与者（认知正常的淀粉样蛋白阴性79人、认知正常的淀粉样蛋白阳性33人、阿尔茨海默病淀粉样蛋白阳性13人）提供了粪便样本，用以评估钙卫蛋白的水平。

在生物学和临床阿尔茨海默病阶段，各组参与者在性别构成、平均体重指数、粪便样本的布里斯托尔粪便形态学分数以及样本采集与存储的时间间隔上均无显著差异。尽管受教育程度普遍较高，但AD Aβ+组参与者的教育年限明显较低。

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年龄较大的参与者和阿尔茨海默病淀粉样蛋白阳性的患者中，钙卫蛋白较高

研究结果显示，即使在控制了疾病阶段、性别和体重指数等因素后，年龄的增长仍与钙卫蛋白水平的增加显著相关，意味着年纪越大，肠道炎症的水平越高。这种关联在仅考虑认知正常的参与者时也是成立的。

此外，研究还发现，在未考虑年龄的情况下，患有阿尔茨海默病且淀粉样蛋白阳性的参与者的钙卫蛋白水平显著高于认知正常的淀粉样蛋白阴性和阳性的参与者。这可能表明阿尔茨海默病患者的肠道炎症水平更高。

编辑​

A) 所有疾病状态下参与者年龄与粪便钙卫蛋白水平之间的关系

B) 参与者年龄与认知能力下降前粪便钙卫蛋白水平之间的关系。β 系数（多元回归）根据疾病阶段、性别和 BMI 进行控制

钙卫蛋白与疾病状态相关。粪便钙卫蛋白被认为升高至 43.2 μg/g 或 1.6 log(μg/g)，由灰色水平线表示并由 ELISA 标准曲线定义。P – 值（多元回归）对于协变量不受控制。

对年龄和AD Aβ+状态与钙卫蛋白水平的关联研究中，通过对钙卫蛋白水平的视觉检查发现，即使年龄因素不显著（P=0.40），部分认知正常Aβ-的参与者（n=10）的钙卫蛋白水平仍高于ELISA的高阈值。

在一项研究中，为了找出认知功能正常但脑内无淀粉样蛋白沉积（Aβ-）的参与者中，为什么有些人的钙卫蛋白水平较高，研究人员对参与者报告的健康状况、药物使用情况、饮食习惯以及其他可能会影响肠道微生物组成的生活方式进行了分析。

在分析的所有因素中，像炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）和益生菌使用等的比例在高钙卫蛋白组和低钙卫蛋白组之间没有显著差异。

唯一一个显著的差异是，高钙卫蛋白组中更多的人报告使用了质子泵抑制剂（PPI），这是一类用于减少胃酸分泌的药物。具体来说，有4名高钙卫蛋白水平的参与者报告使用了PPI，这表明PPI的使用可能与高钙卫蛋白水平之间存在某种关联。

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肠道炎症如何影响大脑中淀粉样蛋白（Aβ）的积累

研究的目的是探讨肠道炎症如何影响大脑中淀粉样蛋白（Aβ）的积累，这种蛋白质积累与阿尔茨海默病 (AD) 有关。研究人员使用了一种名为PiB PET的神经影像技术来衡量大脑中的Aβ负荷，并且测量了粪便中的钙卫蛋白水平，作为肠道炎症的指标。

研究结果表明，在有AD且大脑中有Aβ积累的参与者（AD Aβ+）中，肠道炎症（通过钙卫蛋白水平体现）与大脑Aβ负荷正相关，即肠道炎症越严重，大脑中Aβ的积累越多。这种关系在考虑了年龄、性别、APOE基因风险评分和体重指数（BMI）等因素后仍然显著。然而，在认知功能正常且大脑中有Aβ积累的参与者（CU Aβ+）中，肠道炎症与大脑Aβ负荷之间没有发现显著的关联。

钙卫蛋白与 AD 痴呆相互作用对全局 PiB DVR 的影响

此外，研究还考察了年龄是否会干扰肠道炎症和大脑Aβ负荷之间的关系。结果显示，即使在没有考虑其他变量的情况下，肠道炎症与年龄之间的交互作用也不显著，这意味着肠道炎症与大脑中淀粉样蛋白的积累之间的关系具有病理特异性，而且这种关系不受年龄的影响。

简而言之，这项研究发现，在有阿尔茨海默病且大脑中有淀粉样蛋白积累的人群中，肠道炎症可能会加剧大脑中淀粉样蛋白的积累，但这种关系在认知正常的人群中并不明显，并且这种关系似乎与年龄无关。

这个更直白的解读就是，肠道炎症与大脑Aβ负荷之间存在一定的关联，这种关系具有“病理特异性”，意味着它特定于某种病理状态，可能是指阿尔茨海默病。此外，结果还表明，这种关系在统计学上不受年龄的影响。换句话说，不管年龄大小，肠道炎症与大脑中淀粉样蛋白积累之间的关联性似乎是一致的。

具体来说，“即使在没有考虑其他变量的情况下”这一点表明，研究者在分析数据时没有控制其他可能影响结果的因素，比如性别、遗传背景、生活方式等。即使在这种简化的分析中，年龄和肠道炎症之间的交互作用也没有达到统计学上的显著性，这意味着年龄不是这种关系的决定性因素。

这项研究的发现对于理解阿尔茨海默病的病理机制和潜在的治疗靶标可能具有重要意义，因为它提示肠道健康和大脑淀粉样蛋白积累之间可能存在直接的联系，而这种联系不会随着年龄的增长而改变。

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脑脊液生物标志物和认知功能随钙卫蛋白水平变化

研究者发现肠道中的钙卫蛋白水平与阿尔茨海默病的一些关键生物标志物之间存在显著关联：具体来说，钙卫蛋白水平较高的个体，在脑脊液中Aβ42/Aβ40的比例较低，pTau181/Aβ42的比例较高，神经丝蛋白（NfL）的浓度也较高。这些生物标志物通常与阿尔茨海默病的病理特征、神经炎症和神经退化有关。

然而，当研究者在统计分析中考虑了多重比较的校正（即考虑了同时检验多个假设可能导致偶然发现显著性的问题）以及调整了参与者的年龄和疾病阶段（这些因素可能影响生物标志物的水平）之后，上述的显著关联消失了。

这表明最初观察到的关联可能不具备统计上的稳健性，或者说这些关联可能是由于其他未考虑的变量造成的，而不是钙卫蛋白直接影响这些生物标志物水平。简而言之，这项研究的结果表明，钙卫蛋白与阿尔茨海默病生物标志物之间的关系可能不像最初观察到的那样强烈或直接。

脑脊液生物标志物与粪便钙卫蛋白相关。 β 系数和 P 值（多元回归）是在不控制协变量的情况下估计的。

结果讨论与分析

炎症性衰老是一种随着年龄增长而出现的持续性轻度炎症状态，它可能与肠道微生物组成的改变和肠壁屏障选择性的减弱有关。这些炎症可能会促进包括阿尔茨海默病在内的多种疾病的发展。为了更好地了解肠道炎症与年龄以及阿尔茨海默病标志物之间的关系，研究人员测量了认知功能正常但脑淀粉样蛋白水平不同（Aβ- 和 Aβ+）的个体以及阿尔茨海默病患者（AD Aβ+）的粪便中的钙卫蛋白水平。

研究发现，肠道炎症的程度与个体的年龄、是否患有阿尔茨海默病、患有阿尔茨海默病个体大脑皮层中的淀粉样蛋白沉积量，以及脑脊液中与阿尔茨海默病和神经退行性疾病相关的生物标志物的水平有关。这表明肠道炎症可能与年龄相关的疾病进程，特别是阿尔茨海默病的发展有关联。

本研究虽然发现肠道炎症可能加剧阿尔茨海默病的发展，但由于采用的是横断面分析，不能排除AD病理发展可能加剧肠道炎症的可能性。然而值得注意的是，即使在认知正常（CU）参与者中，也观察到肠道炎症与记忆功能之间存在关联。

以前的研究已经发现，在克罗恩病和肠易激综合征（IBS）等其他疾病中，认知功能障碍与肠道炎症相关。

本研究排除了这些疾病，因此钙卫蛋白水平普遍低于这些疾病患者。结合以往关于IBS和炎症性肠病（IBD）的研究，作者推测结果显示钙卫蛋白与记忆功能之间的关系，这表明减轻肠道炎症的干预措施可能对老年人的认知功能有益。

本研究发现，即使健康成年人，肠道炎症水平也可能升高。使用质子泵抑制剂（PPI）的参与者中有较大比例的高钙卫蛋白水平。PPI使用与微生物群α多样性降低、包括肠球菌属在内的菌群丰度增高以及包括双歧杆菌属在内的菌群丰度降低相关。

肠球菌属能在大鼠皮层神经元中产生神经纤维缠结表位，而双歧杆菌属在阿尔茨海默病患者与对照组中的丰度不同。双歧杆菌属产生的多种分子可能减轻AD的风险因素，包括可用于降低血压的血管紧张素I转换酶抑制肽，以及有助于维持肠道屏障的短链脂肪酸。除PPI使用外，没有发现与高钙卫蛋白水平相关的疾病趋势。

在健康参与者中识别出升高的钙卫蛋白，可能提供了确定其与后期疾病发展关联的机会，并可能揭示恢复肠道屏障功能的干预点。未来的纵向研究需要确定肠道高炎症是否预示着更大的病理变化和随后时间点加速的认知下降。

研究不足和局限性

本文探讨了年龄、阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，简称 AD）与钙卫蛋白（一种与炎症相关的蛋白）之间的关系。但是该研究也存在几个局限性：

• 参与者缺乏多样性：参与者主要是受过良好教育的白人，这可能不足以代表整个人群。
• 缺乏纵向研究：对参与者的持续采样可以帮助更好地理解肠道炎症如何随时间影响AD。
• 缺乏肠道微生物组数据：研究中没有包括肠道微生物组的数据，这些数据对于了解肠道通透性和系统性炎症的影响很重要。
• 缺乏血液炎症生物标志物：没有测量血液中的炎症标志物，如血液中的微生物易位和脂多糖（LPS）水平，这些数据对于了解肠道微生物组与AD病理之间的联系很重要。
• 使用脑脊液IL-6作为间接测量：研究中使用脑脊液中的IL-6作为血液炎症的间接指标。尽管在某些情况下脑脊液和血浆中的IL-6水平是相关的，但本研究中脑脊液IL-6与钙卫蛋白水平之间的关系并不显著，这表明需要未来研究中直接在血液中测量IL-6。

参考文献：

Heston MB, Hanslik KL, Zarbock KR, Harding SJ, Davenport-Sis NJ, Kerby RL, Chin N, Sun Y, Hoeft A, Deming Y, Vogt NM, Betthauser TJ, Johnson SC, Asthana S, Kollmorgen G, Suridjan I, Wild N, Zetterberg H, Blennow K, Rey FE, Bendlin BB, Ulland TK. Gut inflammation associated with age and Alzheimer’s disease pathology: a human cohort study. Sci Rep. 2023 Nov 14;13(1):18924.