文献解读|Microbiol Spectr（5.465）：多组学分析揭示异常代谢和免疫与失眠相关的肠道菌群

在临床失眠患者的粪便中，已发现了较正常人改变的肠道微生物群，除了肠道微生物群的组成外，失眠症患者的信号通路和代谢功能也受到干扰。已有研究发现失眠患者的炎性细胞因子增加，肠道菌群组成也有改变。还有研究表明，睡眠不足或减少会导致外周代谢发生变化。然而，几乎没有研究使用综合方法来探索肠道菌群、血清代谢物和炎症细胞因子在失眠症中的相互关系。在本研究中，作者分析了失眠患者的肠道微生物群、血清代谢物和炎症细胞因子，并将它们与具有良好睡眠史的对照参与者进行了比较。本研究通过16S rRNA测序、炎症因子的酶联免疫吸附测定(ELISA)和非靶向代谢组学，揭示了代谢、免疫和肠道微生物群之间的联系。

在门水平上（图1A），失眠组和健康对照组肠道菌群中拟杆菌的相对丰度分别为54.69%±16.75%和57.17%±19.33%，厚壁菌门在失眠组中占33.64%±12.93%，在健康对照组中占32.02%±18.05%，变形菌门在失眠组和健康对照组中分别占10.62%±12.14%和8.43%±9.98%。

在属水平上（图1B），失眠组和健康对照组肠道菌群中拟杆菌的相对丰度分别为31.36%±21.71%和33.54%±22.60%，其次是普氏菌，其相对丰度在失眠组和对照组中分别为18.07%±24.35%和20.63%±26.28%。

对于alpha 多样性（图1C和D），在Chao1 指数和扩增子序列变异 (ASV)上，健康对照组 (HC)明显高于失眠组 (INS)。主坐标分析（PCoA）可用于比较两组之间的细菌群落模式差异。结果（图1E）表明，失眠组和健康对照组之间的社区模式存在显著差异。

图1

图1E图注：不同颜色表示不同分组，每个点代表一个样本，坐标轴括号中的百分比代表了对应的坐标轴所能解释的样本差异数据比例。两个点的投影距离越近，表示群落组成越相似

作者使用ELISA检测了血清炎症因子，包括白细胞介素1β (IL-1β)、肿瘤坏死因子(TNF-α)和白细胞介素 (IL)-6。结果发现：失眠组的IL-1β显着升高（失眠组为2.315±2.202 pg/mL，健康对照组为0.967±0.745 pg/mL）。同时，失眠组的TNF-α显着降低（失眠组为2.055±1.619 pg/mL，健康对照组为3.234±1.520 pg/mL）。两组之间的IL-6水平是一致的（失眠组为1.842±1.396 pg/mL，健康对照组为1.805±1.541pg/mL）。

如图2所示，失眠组有5个代谢途径与健康对照组有明显差异：甘油磷脂代谢；谷胱甘肽代谢; 氮代谢；丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢；氨酰-tRNA生物合成。

图2

为了解失眠组的肠道微生物群与炎症因子之间的潜在相关性，作者进行了Spearman 相关性分析（图3）。发现失眠组的大多数属种与TNF-α呈正相关性，而乳酸杆菌（Lactobacillus）和链球菌（Streptococcus）与TNF-α呈负相关，值得注意的是这两种菌在失眠组中显著增加（图4）。IL-1β与大多数属种呈负相关，只有乳酸杆菌与其呈正相关。

图3

图4

健康对照组 (HC 绿色) 失眠组 (INS 红色)

作者分析了各种代谢物与肠道微生物群之间的相关性（图5）。大多数在失眠组中显著增加的代谢物与增加的肠道细菌呈正相关，而与失眠组中显著减少的肠道细菌呈负相关，反之亦然。这表明代谢的变化可能部分是由于肠道微生物群导致的。失眠组血清中许多氨基酸和短肽减少，如天冬氨酸、 苯丙氨酸等，大多数与失眠组肠道菌群中显著减少的普雷沃氏菌属呈正相关，这表明普氏菌可能通过促进宿主体内相关氨基酸的产生而发挥保护作用。

图5