Multivariable-adjusted multi-omics signatures reveal gut microbial functional alterations and metabolic dysregulation in intrinsic capacity decline - 19/08/26

Doi : 10.1016/j.jnha.2026.100945 
Ye Liu a, b, 1, Chi Zhang a, 1, Yushan Zhang c, Jing Pang a, Jie Zhang c, Jing Li c, Hong Shi c, Xin He d, Yuting Kang e, , Ji Shen c,
a Department of Basic Innovation Research, Beijing Hospital, National Center for Gerontology, National Clinical Research Center for Gerontology, The Key Laboratory of Geriatrics of NHC, Beijing Key Laboratory of Aging Mechanism and Intervention Research on Aging-Related Diseases, Institute of Geriatric Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China 
b Department of Microbiology, Tumor and Cell Biology, Karolinska Institutet, Solna, 171 65, Sweden 
c Department of Geriatrics, Beijing Hospital, National Center for Gerontology, National Clinical Research Center for Gerontology, The Key Laboratory of Geriatrics of NHC, Institute of Geriatric Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China 
d Shaanxi Centre of Stem Cells Engineering and Technology, Key Laboratory of Livestock Biology, College of Veterinary Medicine, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China 
e Department of Scientific Research, Beijing Hospital, National Center for Gerontology, National Clinical Research Center for Gerontology, The Key Laboratory of Geriatrics of NHC, Institute of Geriatric Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China 

Corresponding authors.

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Abstract

Background

Intrinsic capacity (IC) decline is inherently correlated with aging, yet distinguishing specific IC-related biomarkers from general physiological aging markers remains a significant challenge. We aimed to identify multi-omics signatures associated with IC decline after adjustment for relevant covariates and to explore the functional pathways potentially involved in IC decline.

Methods

We analyzed 110 fecal (metagenomics) and 121 serum (untargeted metabolomics) samples from older adults at Beijing Hospital. Multivariable models were applied adjusting for age, sex, Charlson Comorbidity Index (CCI), fish intake, and fruit intake frequency. Differential analyses and network-based mediation approaches were used to assess microbiome–metabolome–IC associations.

Results

After multivariable adjustment, 57 bacterial species and 56 serum metabolites were associated with IC status. The normal IC group showed enrichment of multiple taxa, including Lactobacillus zeae and Paenibacillus glucanolyticus . IC decline was associated with concurrent alterations in amino acid and carnitine-related metabolic pathways, including changes in L-serine, Cysteine, N6,N6,N6-trimethyl-L-lysine, and carnitine C5-OH. Network-based mediation analysis identified overlapping associations among senescence-related metabolites (N1,N8-diacetylspermidine), dietary-derived microbial products (3-(3-hydroxyphenyl)-3-hydroxypropanoic acid), and secondary bile acids (3-epideoxycholic acid), suggesting a structured microbiome–metabolome architecture linked to IC variation.

Conclusions

This study identifies a multi-omics signature associated with IC decline after adjustment for major demographic, clinical, and dietary factors. The findings reveal concurrent alterations in circulating metabolites related to nutrient and carnitine metabolism, alongside compositional and functional differences in the gut microbiome. Together, these parallel findings characterize a multi-omics profile associated with functional decline. These results provide hypotheses for future validation in longitudinal studies.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Intrinsic capacity, Gut microbiota, Metabolomics, Metagenomics


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