丁酸盐或可缓解睡眠不足引起的肠道粘膜损伤

丁酸盐或可缓解睡眠不足引起的肠道粘膜损伤

睡眠不足是现代社会中常见的健康问题，它不仅影响我们的精神状态，还可能对身体健康造成严重影响。最新研究表明，睡眠不足与肠道健康之间存在密切联系，特别是通过影响肠道微生物群和代谢产物丁酸盐的生成。本文将为您揭示这一重要发现及其背后的科学机制。

研究背景与目的

睡眠不足是肠道疾病发生的关键因素。本研究旨在阐明睡眠不足如何介导肠道微生物群，代谢产物丁酸盐紊乱如何诱导肠道粘膜损伤，丁酸盐如何改善肠道粘膜损伤。针对睡眠和肠道健康问题，发起了一项问卷调查，并探讨了睡眠不足对肠道微生物群和代谢产物组成的影响。此外，使用添加或不添加丁酸盐的72小时睡眠剥夺(SD)小鼠模型来揭示丁酸盐改善SD引起的小肠损伤的效果，41.76%的人患有各种肠道疾病。

图1 SD和SR志愿者的实验设置和睡眠分析

研究方法与结果

问卷调查结果

在睡眠时间少于7小时的85.39%的学生中，41.76%的学生患有各种肠道疾病，这表明睡眠不足与肠道疾病之间有很高的相关性。

心率与睡眠质量分析

与SD0组相比，SD组睡前和醒来后的心率分别显著降低20.1 %和16.8 %。SR组与对照组SR0组相比，睡眠心率和唤醒心率分别增加了22.4 % 和17.2 %。在SD和SR组中，深度睡眠时间较SD0和SR0组分别显著减少了18.6 %和16.2 %，而浅睡眠时间则明显上调了238.6 %和32.1 %。然而，经过7天的恢复期后，与SD1组相比，SD2组的深度睡眠时间增加(10.6 %)，浅睡眠时间减少(8.2 %)，但均未恢复到对照组SD0水平。

肠道微生物群分析

16S rRNA结果显示SR0组和SR组肠道微生物群a多样性和b多样性之间没有显著的差异；SD1、SD2组ACE、Chao1、Shannon指数(图2E-G)分别明显上调(12.0-13.8%、13.8-16.4%、8.19-10.1%)，Simpson指数(图2H)较SD0组明显降低21.0-31.9%。

图2 α多样性包括多样性和丰富度，β多样性表示SD0、SD1、SD2、SR0和SR组中的分散程度

肠道菌群成分分析

1. SD明显降低了拟杆菌和放线菌的含量，上调了厚壁菌门和变形菌门的含量，7天恢复期后厚壁杆菌门和拟杆菌门的含量恢复。

2. 门水平分析显示SR和SR0组的结果相似。然而，属含量统计表明，与SR0组相比，SR组粪杆菌、酸胺球菌属和双歧杆菌的含量显著降低，但类杆菌、阿加杆菌属、小杆菌属和大肠志贺氏杆菌的含量上调。同样，与SD0和SR0组相比，SD1组和SR组的粪便微生物群厚壁菌与拟杆菌的比率(F/B比率)显著降低，这导致了粪便微生物群相关疾病。

图3 SD0、SD1、SD2、SR0和SR组的粪便微生物群组成

优势细菌群落分析

1. SD0组中优势群落是毛螺菌科和罗斯伯里亚，SD1组中是霍尔德曼氏菌属、巨 球藻属和红环藻科，以及SD2组中是链球菌属、毛螺菌科和丙酸杆菌科。SD0和SD2组中的大多数细菌都是丁酸产生菌，包括毛螺菌科和罗斯伯里亚。此外，SR0组中的主要细菌是巨单胞菌、粪杆菌和毛螺菌科，它们是益生菌，而SR组中的细菌是厌氧菌属、芽孢杆菌和韦荣球菌科，它们是致病菌。

2. SD和SR对乙酸和丙酸的含量没有，但与SD0和SR0组相比，SD1组丁酸含量分别降低了53.1%,SR组降低了30.7%。但经过7天的恢复期后，SD2组丁酸盐含量较SD1组增加了46.5%，未能恢复到对照SD0水平。

图4 SD0、SD1、SD2、SR0和SR组的粪便微生物群中的优势细菌群落

丁酸盐干预效果

1)α-多样性分析结果显示，与对照组相比，睡眠剥夺小鼠的粪便微生物群的丰富度和多样性显著降低，而添加丁酸盐可以抑制这一过程。

2)与CON组相比，睡眠剥夺小鼠十二指肠、空肠、回肠每100个吸收细胞数量明显减少32.9-50%，而丁酸抑制这一过程，小肠杯状细胞数量上调35.4-50.2%，丁酸组与CON组无明显差异。这些结果表明，丁酸盐可显著改善SD诱导的肠道消化吸收能力和黏膜损伤。

3)免疫组化染色显示，SD减弱了小肠细胞的增殖能力，增加了细胞的凋亡水平。丁酸补充恢复了这一过程。

图5 补充丁酸盐对睡眠剥夺诱导的小鼠小肠结构损伤的影响

免疫组化结果

免疫组化结果表明，与对照组相比，睡眠剥夺小鼠十二指肠中溶菌酶、分泌型IgA(S-IgA)、CD41、CD81 T细胞和防御素-3的水平降低了28.1-45.5%，空肠中降低了32-52%，回肠中降低了30.1-56.5%，丁酸盐干预抑制了这一过程。

图6 补充丁酸盐对睡眠剥夺诱导的小鼠小肠黏膜损伤的影响

氧化应激影响

与CON组相比，SD组的十二指肠中ROS和脂质过氧化产物MDA的含量明显增加了32.0-47.8%，空肠中ROS的含量增加了25.8-45.1%，回肠中ROS含量增加了21.6-44.7%。相反，在丁酸盐干预后，SD对ROS、MDA、T-AOC和CAT含量被抑制。

图7补充丁酸盐对睡眠剥夺诱导的小鼠小肠氧化应激的影响

信号蛋白表达水平

丁酸改善SD和sr引起的肠功能障碍的可行机制是在lps处理的IECs中探索的(图8)。在使用RGFP966(一种HDAC3拮抗剂)(模仿丁酸盐的作用)治疗后，结果表明p-P65减少、LDH指数、P - gsk -3β、β-catenin、Nrf2、cyclin D1和细胞增殖上调。用HDAC3激动剂ITSA-1治疗，抵消了丁酸盐的改善作用，并不能抑制LPS引起的影响，这表明丁酸盐通过抑制HDAC3来改善LPS诱导的炎症反应。

同样，与对照组相比，Nrf2拮抗剂ML385治疗诱导p-P65升高和LDH指数和cyclin D1下调，但对HDAC3、P- GSK -3β和β-catenin蛋白的表达水平无影响。与此同时，与LPS组相比，抑制NF-kB通路激活的PDTC (P65拮抗剂)治疗导致细胞增殖上调和cyclin D1和LDH指数下调。这表明lps处理的IECs的炎症反应是通过NF-kB通路激活引发的，进一步证实了Nrf2-NF-kB通路在lps处理的IECs中的重要作用。因此，丁酸盐通过hdac3介导的GSK-3b-b-catenin-Nrf2-NF-kB通路发挥其作用。

图8丁酸盐补充对LPS处理的IEC中信号蛋白表达水平的影响

研究结论

由睡眠不足引起的根治性炎症性肠病(IBD)是一个严重的全球公共卫生威胁。丁酸酯是短链脂肪酸的一种，对其有多种作用。然而，现有的研究主要集中在睡眠不足引起的结肠损伤，而小肠的变化往往被忽视。本研究旨在揭示睡眠不足对肠道菌群及其代谢产物的影响，并进一步揭示丁酸盐对睡眠不足(SD)诱导的人和小鼠小肠黏膜损伤的改善作用。我们的研究表明丁酸盐可以作为益生菌用于恢复SD诱导的IBD，并有助于更好地理解控制丁酸盐有益作用的机制。