基于肠道菌群介导β-羟丁酸调控BDNF-TrkB信号通路影响脑组织γ-氨基丁酸生成与失眠障碍REM期睡眠的分子机制研究

Increasing evidence has shown that gut microbiota are closely associated with sleep-wake regulation. However, the molecular mechanism of gut microbiota on insomnia disorder remains unknown. Our preliminary studies have shown that gut microbiota homeostasis is the key factor associated with insomnia disorder, especially Bacteroides, Clostridiales, and Roseburia, which are three key microbiota to distinguish the healthy population and patients with insomnia disorder and closely associated with the REM sleep stability. Recent studies have shown that β-hydroxybutyrate from Clostridiales and Roseburia could selectively affect the BDNF production. BDNF interacting with TrkB promote neurotransmitter releases, activate the intracellular signaling pathway and regulates the activity GABAergic neuron. Meanwhile, BDNF could regulates REM sleep stability. In present study, we sought to take further step to investigate the relationship between gut microbiota and the metabolites on the development and progression of insomnia disorder. Furthermore, the molecular mechanisms of insomnia disorder will be further explored by investigating the microbiota transplantation and metabolites supplementation on experimental mice. The current attempt will provide clinical and therapeutic strategies for the treatment of insomnia disorder.

研究发现肠道菌群与睡眠的调节密切相关，但肠道菌群在失眠障碍中的病理生理机制目前国内外均未见相关研究报道。我们的预实验结果显示失眠障碍患者存在肠道菌群紊乱，且拟杆菌门、梭菌目和罗氏菌属是区分正常人群和失眠障碍患者的3个关键菌种，且与快速眼动（REM）睡眠密切相关。另有研究表明，梭菌目和罗氏菌属能分泌β-羟丁酸并可选择性作用于脑源性神经营养因子（BDNF）生成。BDNF与TrkB结合后能促进神经递质的释放，激活细胞内信号传导通路，调控GABA能神经元的传递。同时，脑干中BDNF可调控REM期睡眠稳定性。本研究拟在此基础上，从大样本量临床随访研究中进一步证实肠道菌群及其代谢产物与失眠障碍发生、发展的联系；同时，通过肠道菌群移植和代谢产物干扰等动物实验进一步探讨肠道菌群及其代谢产物在失眠障碍中的分子调控机制。此研究能够为肠道菌群精准靶向治疗失眠障碍提供理论和实践依据。

本项目利用16s rDNA测序及宏基因组测序技术，通过对失眠障碍受试者及正常对照受试者肠道菌群的比较，明确了失眠障碍受试者与正常对照受试者肠道菌群结构以及代谢功能的差异。基于16s rDNA测序，多样性分析结果显示失眠障碍组与正常对照组α多样性及β多样性均存在显著差异；PICRUSt分析显示组间多条KEGG通路存在显著差异，表明组间肠道菌群功能存在差异；基于图论算法及共发生网络分析，发现失眠障碍对肠道菌群的相互作用存在干扰；冗余分析进一步表明失眠障碍相关临床指标与肠道菌群的改变密切相关；通过随机森林算法结合交叉验证，鉴定g__Bacteroides和o__Clostridiale为区分失眠障碍受试者与正常对照受试者的关键菌；此外，本项目利用人工神经网络建立了基于肠道微生物区系相对丰度的失眠诊断和睡眠质量评估的预测模型。基于宏基因组测序，本研究发现慢性失眠障碍人群核心肠道微生物的物种丰富度显著小于健康对照人群，且在物种结构组成上存在显著差异；基于随机森林算法和共发生网络分析，发现了8种与睡眠指标密切相关的核心肠道菌种在慢性失眠障碍人群肠道中显著低于健康对照人群，且在肠道菌群网络中起到关键作用，并可构建慢性失眠障碍临床辅助诊断工具；慢性失眠障碍人群与健康对照人群的核心微生物功能基因丰富度差别不大，但是其结构组成存在显著差异；基于6种功能基因数据库注释结果，除Go注释效果较差外，核心微生物功能基因可以有效鉴别慢性失眠障碍人群，并可构建慢性失眠障碍临床辅助诊断工具。此外，本研究发现失眠障碍患者存在肠道黏膜屏障功能受损，失眠障碍组物种相对丰度矩阵与二胺氧化酶、细菌内毒素显著相关。以上研究结果均为肠道菌群参与失眠障碍的发生、发展提供证据支持。基于本项目研究数据的一系列论文将陆续发表。

内容获取失败，请点击重试