在現如今的快節奏生活中，熬夜晚睡已經成為當代“搬磚人”的生活標籤。“報復性熬夜”、“朋克養生”、“越晚越嗨”等已經是老生常談的話題了。社會的壓力和忙碌的工作告訴我們，熬最長的夜，缺最多的覺，睡不夠就對了。
然而，科學家告訴你，
熬夜促炎傷腦
！
近日，北京大學第六人民醫院的陸林院士研究團隊在《自然》的旗下子刊
Molecular Psychiatry
發表重要研究成果，他們發現
睡眠剝奪（SD）引起腸道菌群紊亂，促進炎症訊號通路TLR4/NF-κB的啟用，誘導中樞神經炎症及小膠質細胞的活化，最終導致認知功能受損
［1］。
論文首頁截圖
睡眠剝奪影響著世界數百萬人的身心健康，良好的睡眠可以改善人的認知功能，提高工作效率，相反，
睡眠不足或睡眠作息不規律則會損害認知功能，注意力渙散
［2］。此外，睡眠不足也會增加罹患神經精神性、代謝性、炎症性等疾病的風險［3，4］。睡眠剝奪可以導致中樞和外周免疫炎症反應的啟用，釋放相關促炎細胞因子，引起神經功能受損，但其中的具體調節機制還不清楚。
近年來，多項研究表明，腸道菌群調節宿主免疫應答，與認知功能和多種神經精神性疾病密切相關［5，6］。腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸（SCFAs）是腸腦軸的重要媒介，具有維持腸道免疫功能，保護腸屏障通透性的作用［7］。
已有研究表明，SCFAs可以抑制脂多糖（LPS）和巨噬細胞相關的炎症細胞因子如TNFα、IL-6等的釋放［8］。除此之外，SCFAs還影響中樞小膠質細胞的成熟和分化，調節中樞神經炎症的發展［9］。
腸道菌群及其代謝產物SCFAs對神經功能的調節通路
睡眠障礙可以導致腸道菌群紊亂
［10］，但腸道微生物失調僅僅只是睡眠障礙的不良後果之一嗎？還是作為媒介，調節睡眠剝奪後的對身體造成的一系列不良影響呢？腸道菌群與睡眠障礙之間的因果關係是怎樣的呢？
為了回答這一問題，研究團隊在臨床實驗和動物實驗中探討了睡眠剝奪對腸道菌群的影響，並進一步研究了腸道菌群紊亂對睡眠剝奪後免疫炎症反應和認知功能損害的調節機制。
首先，讓我們來看看臨床實驗部分是怎麼開展的。
研究人員招募了
25名健康參與者
，年齡在19-24歲之間，這些參與者在過去6個月保持規律的作息時間，以減小先前睡眠不足對研究結果的影響（睡覺時間11：00 PM ±30 min，起床時間7：00 AM ±30min）。
在正式實驗之前，所有的參與者透過佩戴手腕式睡眠監測儀，記錄1周的睡眠作息時間。
之後參與者被要求在呼吸睡眠監測中心（北大第六人民醫院）適應2天，每晚維持8小時的睡眠時間，適應期過後，每名參與者執行長達40小時的睡眠剝奪（SD），再恢復8小時的睡眠時長（RS）。
期間收集參與者基線時、SD24小時、SD40小時的空腹血標本及大便標本。
睡眠剝奪臨床試驗流程圖
研究人員發現，相對於基線水平而言，
SD後參與者的注意力及警覺性變差，蒙特利爾認知評估量表（MoCA）總分下降，其中記憶領域的評分受影響最大
。由於睡眠剝奪對神經內分泌存在影響，研究人員也檢測了參與者的血清皮質醇水平，發現SD後明顯增高，說明睡眠剝奪影響下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA軸）。
先前有研究報道急性睡眠缺失可以誘導外周迴圈中NK-κB訊號通路迅速啟用［11］。研究人員也檢測了參與者的血清炎性細胞因子的表達水平，發現
睡眠剝奪後TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎因子水平增加，而抗炎因子IL-10表達水平降低
。
LPS可以作用於血清脂多糖結合蛋白（LBP）和CD14蛋白，啟用細胞表面受體TLR4，導致NF-κB轉錄因子啟用，釋放促炎細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6，加劇機體炎症反應［12］。
為了證實LPS/TLR4訊號通路的啟用，研究人員檢測了SD後參與者血清中TLR4訊號通路的相關分子，發現相對於基線水平，
SD後參與者血清中LBP和LBP/CD14的比值增加。這說明SD導致認知功能受損，外周炎症反應加劇
。
睡眠剝奪後參與者的精神運動警覺性測試（PVT）及迴圈中免疫炎症反應
那睡眠剝奪對腸道菌群及其代謝產物的影響又是怎樣的呢？
研究人員將收集的基線、SD後24小時、SD後40小時的大便標本做16srRNA測序發現：SD後的腸道菌群α多樣性明顯下降；採用主座標分析（PCoA）不同時間點樣本間的腸道菌群結構差異。
結果發現SD前後樣本間UniFrac距離較遠，說明與基線相比，
SD後參與者的腸道菌群組成發生改變
；進一步透過線性判別分析發現，
在菌屬水平上，SD後參與者體內的SCFAs相關腸道菌群的相對丰度明顯下調，包括Alloprevotella、Allobaculum、Elusimicrobium、Prevotella
。
質譜分析進一步證實
SD後參與者大便標本中的乙酸、丙酸、丁酸水平下降
。
睡眠剝奪前後的腸道菌群及代謝產物SCFAs的變化
由於腸道屏障介導了腸道菌群與免疫系統的互作，那睡眠剝奪是否對屏障功能存在影響呢？
研究人員檢測了參與者血清連蛋白和S100β的表達水平
（前者為腸屏障通透性的標誌物，後者為血腦屏障的標誌物）
，發現
睡眠剝奪後兩者的表達都明顯升高了
。因此，睡眠剝奪可以導致腸道菌群紊亂，SCFAs濃度減少，並且破壞生理屏障功能。
睡眠剝奪後腸屏障及血腦屏障相關標誌物的表達水平變化
既然腸道菌群可以調節免疫炎症反應，而睡眠剝奪又與炎症啟用相關，那腸道菌群是否可以調節SD後免疫炎症反應，導致認知功能受損呢？
與常規飼養的無特定病原體小鼠（SPF）相比，無菌小鼠（GF）的腸道菌群缺失，是研究腸道菌群功能和作用的重要工具。在動物實驗中，研究人員採用GF小鼠和SPF小鼠兩種模型，隨機分為SD組和對照組。在SD組，小鼠經歷長達24小時的睡眠剝奪，再恢復3小時睡眠。
小鼠睡眠剝奪及行為測試試驗流程圖
與臨床實驗結果一致的是，
SD可以增加SPF鼠和GF鼠的血清皮質醇水平
。
在SPF小鼠中，SD處理後可導致炎症因子TNFα、IL-1β、IL-6表達水平明顯增加，IL-10水平下降，而GF小鼠在SD後的炎症因子表達水平未見明顯變化，這說明
SD誘導的免疫炎症反應在腸道菌群缺失的情況下會減弱
。
GF小鼠和SPF小鼠在睡眠剝奪後的皮質醇水平及免疫炎症反應的變化
完整的腸屏障可以防止微生物入侵，抑制腸道菌群對免疫炎症反應的啟用。在SPF小鼠中，腸屏障通透性標誌物Muc2和PAS+杯狀細胞在SD處理後明顯減少，而在GF小鼠中，SD處理後腸屏障功能無明顯變化，同時血腦屏障的標誌物S100β也有類似的變化。
接著研究人員利用新事物識別實驗（NOR）和Y型迷宮實驗評估小鼠的認知功能。他們發現
SD可以使得SPF小鼠表現出更差的空間記憶功能，而對GF小鼠的認知功能無明顯影響
。以上結果說明：
腸道菌群在SD誘導的炎症反應和認知損傷中起著重要的調節作用
。
GF小鼠和SPF小鼠在睡眠剝奪後的生理屏障改變及行為學測試
那睡眠剝奪誘導的腸道菌群紊亂究竟是怎樣調節免疫炎症反應，使認知功能受損的呢？
為了探討SD誘導的腸道菌群紊亂對炎症反應的調節作用，研究人員最後對無菌小鼠進行了糞菌移植實驗（FMT）。將參與者基線時的糞菌和SD40小時後的糞菌分別移植給GF小鼠，持續2周後評估兩組小鼠的炎症反應狀態。
與移植基線時糞菌的小鼠（rBL）相比，
。
這說明
移植SD後的糞菌可以啟用TLR4/NF-κB炎症訊號通路，增加腸屏障通透性
。
糞菌移植試驗流程圖及不同組別小鼠的免疫炎症反應及生理屏障的差異
最後，由於睡眠剝奪影響多個大腦區域的功能，包括海馬（HPC）和內側額葉皮質區（mPFC），這些腦區域與認知功能密切相關。相比於rBL組，rSD組的HPC和mPFC組織中IL-1β、IL-6水平更高，而IL-10水平更低，並且Iba1+細胞數量在HPC和mPFC區域也較多，說明
。
研究人員再次利用新事物識別實驗（NOR）和Y型迷宮實驗評估小鼠認知功能，發現rSD組的小鼠記憶功能表現更差。這說明
睡眠剝奪誘導的腸道菌群紊亂，可以調節中樞小膠質細胞活化及外周TLG4/NF-κB免疫炎症訊號通路的啟用，影響認知功能。
移植基線時的糞菌和SD40小時後的糞菌對受體小鼠的中樞神經炎症及認知功能的影響
總的來說，研究人員完成了睡眠剝奪損害認知功能的機制探索，證實了睡眠剝奪與腸道菌群之間的因果聯絡——睡眠剝奪誘導腸道菌群紊亂，啟用中樞及外周免疫炎症反應，最終損害認知功能。
這一結論為腸腦軸相關研究提供了重要的理論支援，也為調節睡眠剝奪給身體帶來的一系列不良影響提供潛在治療靶點。
圖文摘要：腸道菌群調節睡眠剝奪後的免疫炎症反應，促進SD相關的認知功能受損
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參考文獻
［1］。 Wang Z， Chen WH， Li SX， et al。 Gut microbiota modulates the inflammatory response and cognitive impairment induced by sleep deprivation。 Mol Psychiatry。 2021；10。1038/s41380-021-01113-1。 doi：10。1038/s41380-021-01113-1
［2］。 Kreutzmann JC， Havekes R， Abel T， Meerlo P。 Sleep deprivation and hippocampal vulnerability： changes in neuronal plasticity， neurogenesis and cognitive function。 Neuroscience。 2015；309：173-190。 doi：10。1016/j。neuroscience。2015。04。053
［3］。 Wang YH， Wang J， Chen SH， et al。 Association of Longitudinal Patterns of Habitual Sleep Duration With Risk of Cardiovascular Events and All-Cause Mortality。 JAMA Netw Open。 2020；3（5）：e205246。 Published 2020 May 1。 doi：10。1001/jamanetworkopen。2020。5246
［4］。 Irwin MR。 Sleep and inflammation： partners in sickness and in health。 Nat Rev Immunol。 2019；19（11）：702-715。 doi：10。1038/s41577-019-0190-z
［5］。 Pearson-Leary J， Zhao C， Bittinger K， et al。 The gut microbiome regulates the increases in depressive-type behaviors and in inflammatory processes in the ventral hippocampus of stress vulnerable rats。 Mol Psychiatry。 2020；25（5）：1068-1079。 doi：10。1038/s41380-019-0380-x
［6］。 An Q， Li C， Chen Y， et al。 Scaffold hopping of agomelatine leads to enhanced antidepressant effects by modulation of gut microbiota and host immune responses。 Pharmacol Biochem Behav。 2020；192：172910。 doi：10。1016/j。pbb。2020。172910
［7］。 Koh A， De Vadder F， Kovatcheva-Datchary P， Bäckhed F。 From Dietary Fiber to Host Physiology： Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites。 Cell。 2016；165（6）：1332-1345。 doi：10。1016/j。cell。2016。05。041
［8］。 Vinolo MA， Rodrigues HG， Nachbar RT， Curi R。 Regulation of inflammation by short chain fatty acids。 Nutrients。 2011；3（10）：858-876。 doi：10。3390/nu3100858
［9］。 Li JM， Yu R， Zhang LP， et al。 Dietary fructose-induced gut dysbiosis promotes mouse hippocampal neuroinflammation： a benefit of short-chain fatty acids。 Microbiome。 2019；7（1）：98。 Published 2019 Jun 29。 doi：10。1186/s40168-019-0713-7
［10］。 Benedict C， Vogel H， Jonas W， et al。 Gut microbiota and glucometabolic alterations in response to recurrent partial sleep deprivation in normal-weight young individuals。 Mol Metab。 2016；5（12）：1175-1186。 Published 2016 Oct 24。 doi：10。1016/j。molmet。2016。10。003
［11］。 Irwin MR， Wang M， Ribeiro D， et al。 Sleep loss activates cellular inflammatory signaling。 Biol Psychiatry。 2008；64（6）：538-540。 doi：10。1016/j。biopsych。2008。05。004
［12］。 Laugerette F， Alligier M， Bastard JP， et al。 Overfeeding increases postprandial endotoxemia in men： Inflammatory outcome may depend on LPS transporters LBP and sCD14。 Mol Nutr Food Res。 2014；58（7）：1513-1518。 doi：10。1002/mnfr。201400044