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科研动态

PNAS:睡眠限制会改变人和大鼠的肠道菌群吗?
发布时间:2017-08-11 16:08   点击率:
导读
睡眠不足是现代社会的一个典型现象,并因此导致一些严重的健康问题,包括代谢疾病,如肥胖和糖尿病,心血管疾病以及神经认知损伤等。同样,在这些疾病的发生过程中通常会伴随着肠道微生物群落的改变,因此,本研究假设睡眠不足会扰乱肠道微生物,进而促进疾病的发生。研究中,分别比较分析了受睡眠限制和正常睡眠情况下人和大鼠的肠道微生物的变化。研究结果表明,睡眠限制会影响大鼠肠道微生物多样性,而不影响其组成,同时,睡眠限制对人的肠道微生物的多样性和组成均无显著影响。因此,肠道微生物对睡眠限制具有较强的“抵抗力”。

文献信息
题目:Human and rat gut microbiome composition is maintained following sleep restriction
译文:睡眠限制后,人和大鼠的肠道微生物组成维持不变
期刊:PNAS
发表时间:2017        IF=9.661
通讯作者:Amita Sehgal
单位:宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院

材料与方法
大鼠实验
实验材料:12周成年雄性大鼠
昼夜周期:光照:黑暗=12h:12h
分组设置及样本量:实验组8只大鼠,对照组10只大鼠,每只取3个时间点(图中箭头指示)的样本,共54个样本。
取样:第4、11、15天光照阶段的最后4h内,将实验组、对照组大鼠移至新的鼠笼取粪便样,并测量体重。

临床实验
分组设置及样本量:实验一5个人,实验二6个人,共41个样本。
取样:测试者排便时用灭菌卫生纸取样,-80℃保存备用。
TIB:time-in-bed床上度过的时间。

测序手段及平台
16S rDNA V1-V2区;Illumina Miseq测序

研究成果
1. 研究结果表明,大鼠实验中,对照组和实验组大鼠在各个时期的肠道微生物多样性上没有显著差别,但实验组中,睡眠限制期大鼠的肠道微生物多样性显著低于基线期的微生物多样性,经过恢复期后,大鼠肠道微生物多样性并没有达到一个很好的恢复水平。PCoA分析结果表明对照组和实验组大鼠肠道微生物群落组成没有显著差别。对对照组和实验组大鼠肠道微生物进行Weighted-UniFrac距离分析,结果表明不管是在组间还是在组内,大鼠个体之间的肠道微生物组成没有显著差异(图1)。

 
图1 (A)大鼠睡眠限制实验设计;(B)对照组以及实验组大鼠在基线期、睡眠限制期和睡眠恢复期肠道微生物多样性;(C)对照组和实验组大鼠肠道微生物群落组成比较分析;(D)对照组和实验组大鼠组间以及组内个体之间肠道微生物组成比较分析。

2. 睡眠限制对厚壁菌:拟杆菌的比例(F:B)没有显著影响,这一比例通常被认为与脂肪含量和炎症有关。只有一个OTU,即TM7-3a,其在睡眠限制期的多度显著高于对照组同时期的多度。
 
图2 (A)实验组与对照组在各个时期微生物群落热图比较分析;(B)对3个在对照组和实验组中多度存在显著差异的OTU进行同时期的多度比较分析。

3. 对人的睡眠限制实验中肠道微生物群落进行分析,结果表明,睡眠限制不影响人体肠道微生物组成。
 

图3 (A)人睡眠限制实验设计;(B)人粪便样品的选择过程以及最终用于分析的样品数;(C)睡眠限制和正常睡眠期人体肠道微生物组成比较分析。

4. 睡眠限制对人体肠道微生物群落影响实验方案二的分析结果显示,睡眠限制不影响肠道微生物多样性。在门的水平上进行比较分析,结果显示,睡眠限制不影响各个门的微生物OTU在不同时期所占的比例。同样,肠道微生物组成不受睡眠限制的影响,不管是第一次还是第二次睡眠限制。
 
图4 (A)基线期、睡眠限制期和恢复期肠道微生物多样性;(B)基线期、睡眠限制期和恢复期肠道微生物在门的水平上所占比例;(C)基线期、睡眠限制期和恢复期肠道微生物的组成。

5. 睡眠限制分别影响了大鼠体重的正常增加以及人的警觉性和反应速度。
 
图5 (A)睡眠限制和正常睡眠处理下大鼠体重的增加情况;(B)基线期与睡眠限制情况下人的警觉性;(C)基线期与睡眠限制情况下人的反应时间。

研究结论
睡眠限制影响了大鼠肠道微生物多样性,却不影响其组成,同样的,睡眠限制对人体肠道微生物多样性和组成都没有影响。尽管睡眠限制对大鼠体重的增加和人的BMI指数以及认知反应有显著的影响。此项研究表明,睡眠限制与肠道微生物独立作用于一些代谢性疾病的发生,二者之间没有很强的相关关系。后续的研究可能会利用宏基因组测序研究睡眠限制是否有改变微生物功能的可能。

亮点
1. 从动物以及人体两个方面分别验证睡眠限制对肠道微生物的影响。
2. 检测了一些基本的相关生理指标和人体行为数据,证明是睡眠限制引起了这些指标的变化,而不是肠道微生物。