В систематическом обзоре, опубликованном в Nutrients, исследователи описали кишечную микробиоту и метаболические изменения, общие для метаболического синдрома (METS) и нарушений сна.

Исследование: Ось микробиота–кишечник–мозг при метаболическом синдроме и нарушениях сна: систематический обзор. Фото предоставлено: Kmpzzz/Shutterstock.com

Общие сведения

Одним из ключевых посредников связи между нарушениями сна и MetS является диета. Тем не менее, научных доказательств ее влияния на метаболизм человека и сон недостаточно.

Более того, исследования не раскрыли биологических механизмов, управляющих сложными перекрестными помехами между нейроэндокринными, иммунными и метаболическими путями, которые связывают нарушения сна с METS.

Кроме того, несколько факторов, таких как курение, употребление алкоголя и неправильное питание, могут привести к дисбактериозу кишечника, который, в свою очередь, отрицательно влияет на ось кишечник–мозг. Однако, как именно кишечная микробиота влияет на гомеостаз сна и MetS, остается неясным.

Методология исследования

Исследователи провели два отдельных тщательных поиска литературы в базах данных Medline-Pubmed, чтобы проанализировать обсервационные исследования и рандомизированные клинические испытания (РКИ), опубликованные за последние десять лет, изучающие микробный состав у взрослых с METS и нарушениями сна.

Поиск по базе данных вернул 117 статей, из которых они отобрали 59 статей для расширенного полнотекстового поиска. Окончательный набор образцов включал 36 статей, 11 для нарушений сна и 25 для MetS.

Ось кишечник-мозг

Связь между кишечником и мозгом облегчается множеством путей. Один из таких путей включает афферентный блуждающий нерв, который иннервирует кишечник и передает сигналы в центральную нервную систему (ЦНС).

Этот нерв реагирует на различные вещества, такие как микробные нейротрансмиттеры, гормоны, жирные кислоты и цитокины.

Среди разнообразных нейромодуляторов особенно выделяются ацетилхолин (ACh), норадреналин (NE) и γ-аминомасляная кислота (ГАМК).

Они вырабатываются и метаболизируются кишечными микробами, играя решающую роль в прямой и косвенной стимуляции связи между афферентными нейронами кишечника и ЦНС.

В частности, исследования выявили, что штаммы Lactobacillus и Bifidobacterium spp. могут синтезировать ГАМК. Этот синтез влияет на неврологические функции, включая модуляцию нарушений сна и памяти.

Кроме того, кишечный микроб Clostridium sporogenes превращает триптофан (Trp) в 5-гидрокси-триптофан, предшественник серотонина.

Это преобразование усиливает ингибирующий нейрорегуляторный эффект L-триптофана (Trp) за счет взаимодействия с рецепторами, ассоциированными со следами аминов.

Более того, кишечный микробиом участвует в нейропротекторных эффектах мелатонина против когнитивных нарушений, вызванных недосыпанием (SD), как было продемонстрировано в исследованиях на мышах.

Кишечный микробиом также влияет на активность иммунных клеток, как прямо, так и косвенно, что, в свою очередь, способствует регулированию циркадных часов.

Например, Lactobacillus rhamnosum может стимулировать регуляторные Т-клетки как косвенно, посредством модуляции иммунной сигнализации через компоненты клеточной стенки микроорганизма, такие как липополисахариды (LPS), так и напрямую, через рецепторы распознавания образов (PRRs).

Наконец, известно, что кишечные микробы модулируют экспрессию генов, регулирующих циркадные ритмы, таких как Rev-ERBA.

Микробиологические механизмы, влияющие на нарушения сна и METS

Исследования, включенные в этот обзор, продемонстрировали, как внутренние биологические часы (или циркадный ритм) изменяют метаболический гомеостаз, и любые изменения в пищевом и метаболическом статусе влияют на циркадный ритм; таким образом, эта связь была взаимной.

Более того, любое нарушение тонкого циркадного ритма приводит к внутренней десинхронии и органной недостаточности, что обычно наблюдается при расстройствах сна, таких как апноэ во сне, нарколепсия, бессонница и нарушения циркадного ритма сна, классифицируемых на основе их клинических проявлений.

В нескольких контролируемых исследованиях рассматривалась необходимость установления причинно-следственной связи между продолжительностью сна и желудочно-кишечными расстройствами (ЖКТ).

Они обнаружили, что нейрометаболиты и аминокислоты кишечных микробов, такие как Trp и альфа-лактальбумин (A-LAC), влияют на ось кишечно–мозговая во время сна.

Таким образом, многие исследования показали, что потребление продуктов, богатых Trp, таких как молоко, связано с улучшением качества сна.

В ходе РКИ Schaafsma et al. показало, что трехнедельное употребление молочных продуктов у испытуемых с нарушениями сна эффективно улучшило их питтсбургский индекс качества сна (PSQI) и снизило уровень холестерина в крови.

Интересно, что образцы кала, собранные в конце исследования, показали обилие Bifidobacteraceae. Этот кишечный микроб продуцирует активную форму ГАМК; таким образом, он является ключевым игроком на оси стресс / тревога / сон.

MetS представляет собой совокупность дислипидемии, гипертонии, центрального ожирения, нарушения чувствительности к инсулину и системного воспаления низкой степени выраженности и является хорошо узнаваемым маркером микробного дисбиоза при MetS.

Кроме того, у пациентов с MetS наблюдается дефицит кишечных микробов, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA).

Некоторые исследования, включенные в этот обзор, показали, что метаболические нарушения, наблюдаемые при METS, были вызваны снижением бактериальной активности по деконъюгации первичных желчных кислот.

Другие исследования показали, что метаболиты микробного происхождения, называемые ароматическими аминокислотами с разветвленной цепью (BCAA), например лейцин, были вовлечены в инсулинорезистентность, связанную с ожирением, через mTOR-зависимый механизм.

Все больше и больше исследований также указывают на важность времени и ритмичности кормления в формировании сообществ кишечной микробиоты, которые могут этого достичь.

Таким образом, только долгосрочные диетические вмешательства могут навсегда изменить микробный состав кишечника для улучшения MetS.

Более того, многочисленные исследования на животных и на людях продемонстрировали, что более высокое потребление пищевых волокон приводит к более высокой распространенности бактерий-продуцентов SCFA в кишечнике, которые благотворно влияют на гомеостаз глюкозы и улучшают метаболические параметры у METS.

Интересно, что этот эффект коррелирует с обогащением бифидобактериями, наблюдаемым в случае улучшения сна.

Выводы

В целом, в этом обзоре подчеркивается важность диет, богатых клетчаткой, для модулирования полезных бактерий в составе кишечной микробиоты у пациентов с метастазами и нарушениями сна.

При нарушениях сна потенциальной общей микробиологической характеристикой является более низкое содержание продуцентов бутирата (SCFA), особенно Faecalibacterium prausnitzii, в сочетании с уменьшением количества некоторых представителей семейства Lachnospiraceae, таких как Roseburia, и повышением количества Bacteroidetes.

Эта закономерность аналогична наблюдаемому снижению продуцентов SCFA у METS. Поскольку когорты MetS, обследованные в этом обзоре, были более крупными, более контролируемыми и лучше таксономически определены, их микробный состав более последователен для дальнейшего изучения.