背景:衰老是几乎所有生物都要经历不可避免的生命过程。近年来,随着生活水平的提高和医疗服务的进步,人均寿命得到明显的延长。世界卫生组织预计在2050年60岁以上老年人口的比例将会超过20%。衰老会引起人体全身生理功能减退,并导致基因组不稳定、线粒体功能障碍和认知功能下降等变化。因此,衰老成为肿瘤、炎症和神经退行性疾病的重要危险因素之一。其中,中枢神经系统（central nervous system,CNS）对衰老引起的变化尤为敏感,表现为脑组织体积缩小、脑内炎症增加和认知功能下降。如何延缓甚至逆转这个过程已经成为当今衰老研究的热点。肠道菌群被定义为驻留在胃肠道中的细菌、古细菌和真核生物的一类统称。肠道菌群除了参与调控肠道微环境稳态,还通过调节血脑屏障形成、小胶质细胞功能和突触重塑参与了神经系统功能形成和调控,进而影响学习和记忆功能。尽管肠道菌群与神经退行性疾病的研究众多,目前尚缺乏采用肠道菌群干预认知老化,从而延缓认知老化的实验研究。正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography,PET）是一种能够在活体无创反映机体细胞和分子水平活动的分子影像技术。18氟-脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose,18F-FDG)作为葡萄糖类似物,能够反映机体细胞内葡萄糖的摄取情况,在活体水平实时监测葡萄糖代谢的变化,已用于多种神经系统疾病的诊断。本研究旨在通过描绘衰老小鼠中肠道菌群、认知和神经炎症的变化;进一步选取14月龄和18月龄两个时间节点,探索年轻小鼠肠道菌群移植对认知老化是否具有改善作用及其潜在机制,并进一步运用18F-FDG PET在体评估年轻小鼠肠道菌群移植对衰老小鼠认知改善作用和效果,为肠道菌群移植的临床转化提供实验依据。第一部分衰老对小鼠肠道菌群的影响本部分研究通过肠道菌群测序对比年轻小鼠和衰老小鼠肠道菌群组成差别,寻找衰老过程中显著变化的肠道菌群。结果显示衰老小鼠中肠道菌群的丰富程度低于年轻小鼠。Beta多样性分析表明衰老小鼠和年轻小鼠肠道菌群组成具有较大的差异。衰老小鼠中,毛螺菌科（Lachnospiraceae）、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）、螺杆菌科（Helicobacteraceae）、Mucispirillum、脱铁杆菌科（Deferribacteraceae）、Saccharimonadaceae、红杆菌科（Rhodobacteraceae）和Francisellaceae的丰度水平升高,而艾克曼菌科（Akkermansiaceae）、艾克曼菌属（Akkermansia）、拟普雷沃菌属（Alloprevotella）、肠杆菌属（Faecallibaculum）、Terrimicrobiaceae的丰度显著降低。该部分研究结果为后续研究年轻小鼠肠道菌群移植改善衰老小鼠认知功能提供了实验基础。第二部分衰老对小鼠认知和神经炎症的影响该部分研究主要探究了衰老对小鼠认知功能、脑内葡萄糖代谢、血脑屏障通透性和神经炎症水平的影响。行为学实验显示,衰老小鼠的运动和认知能力明显下降。18F-FDG小动物正电子发射计算机断层成像（micro PET）扫描显示,衰老小鼠皮质区、海马和纹状体区的代谢显著下降。Western blotting印迹实验显示衰老小鼠血脑屏障紧密连接蛋白表达明显降低,并且实时荧光定量聚合酶反应（Real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-q PCR）显示衰老小鼠脑内炎症因子表达明显升高。此外,衰老小鼠海马部位小胶质细胞数量也显著增加。综上结果,衰老可能通过提高血脑屏障通透性进而促进脑内炎症水平,导致脑内细胞利用葡萄糖的能力进一步下降,并最终引起认知功能减退。第三部分年轻小鼠肠道菌群移植对衰老小鼠的认知改善作用该部分研究在前两部分研究基础上,探究年轻小鼠肠道菌群移植能否改善衰老小鼠的认知功能及其可能的机制。我们选取两个年龄（14月龄和18月龄）的衰老小鼠进行年轻小鼠肠道菌群移植,并在移植完成时、移植1月后和移植5月后三个不同的时间点进行认知功能评估;在移植完成时和移植5月后分别进行18F-FDG micro PET扫描;最后再进行离体组织学评价。结果显示,14月龄衰老小鼠接受年轻小鼠肠道菌群移植后能够提高脑内纹状体和海马部位的葡萄糖代谢,改善衰老小鼠的认知功能;进一步分子生物学实验结果显示14月龄衰老小鼠接受年轻小鼠肠道菌群移植后其血浆中肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor alpha,TNF-α）表达水平、血脑屏障（Blood-brain barrier,BBB）通透性和脑内炎症因子TNF-α表达水平降低,纹状体和海马部位活化小胶质细胞数量减少。然而,18月龄衰老小鼠接受年轻小鼠肠道菌群移植后仅在移植完成时脑内葡萄糖代谢得到改善,而认知功能没有明显变化。