Микробиом кишечника влияет на бессонницу, а бессонница влияет на микробиом

От бессонницы страдает 10–20% населения мира, а ведь это состояние способно привести к развитию других расстройств, например, депрессии. Бессонница может быть первым симптомом многих расстройств, но она также часто сосуществует с психическими и физическими проблемами. У людей с этим расстройством выявляли изменения в микробиоте кишечника, но причинно-следственной связи показано не было.

Микробиота кишечника человека состоит из множества бактерий, грибков и вирусов. У взрослых здоровых людей преобладают типы Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria. Микробиота кишечника меняется с возрастом, диетой и стрессом, а также во время беременности у женщин. При нарушении разнообразия и состава микробиоты может вырасти риск развития системных заболеваний, таких как аллергии, ожирение, метаболический синдром и аутоиммунные заболевания. Исследователи из Китая и России использовали менделевскую рандомизацию, чтобы изучить взаимное влияние микробиоты и бессонницы.

Микробиота кишечника влияет на развитие энтеральной нервной системы (ЭНС), которая регулирует перистальтику кишечника. У мышей без собственной микробиоты симпатические нейроны демонстрируют признаки повышенной активности c-FOS и гиперактивации, а нормальная микробиота ограничивает активацию этих нейронов, выделяя короткоцепочечные жирные кислоты, такие как масляная кислота. Кроме того, микробиота влияет на ЭНС через 5-гидрокситриптамин-зависимые цепи. Лишение сна, а также ограничение его продолжительности и фрагментация могут вызывать изменения в составе микробиоты кишечника. ЭНС и центральная нервная система связаны в первую очередь через блуждающий нерв, образуя ось кишечник-мозг. Это важнейший коммуникационный путь, посредством которого дисбактериоз оказывает значительное влияние на патофизиологию мозга и способствует развитию множества нейропсихиатрических состояний, таких как легкие когнитивные нарушения, депрессия и болезнь Альцгеймера. Учитывая эту связь, можно ожидать взаимное влияние между бессонницей и составом кишечной микробиоты.

Авторы использовали данные GWAS о бессоннице (386 533 участника) в сочетании с двумя наборами данных о микробиоте кишечника от альянса MiBioGen (18 340 участников) и нидерландского проекта «Микробиом» (8208 участников).

Чтобы выбрать инструментальные переменные, авторы провели скрининг 211 бактериальных таксонов из MiBioGen и 207 таксонов из проекта «Микробиом». Двухвыборочная менделевская рандомизация с использованием данных MiBioGen позволяет предположить, что рода Clostridium innocuum, Prevotella 7, Lachnoclostridium, ParaPrevotella, семейство XIII, группа AD3011, Rikenellaceae RC9, а также Parabacteroides, класс Negativicutes и отряд Selenomonadales, могут повышать риск бессонницы (отношение шансов (OR): от 1,01 до 1,04). Рода Coprococcus и Lactococcus, семейство Actinomycetaceae и отряд Actinomycetales, вероятно, снижают риск этого состояния (OR: от 0,97 до 0,99).

Анализ нидерландского набора данных показал, что рода Pseudoflavonifractor и Anaerotruncus, неклассифицированный вид Veillonella, вид Bacteroides massiliensis и B. faecis связаны с повышенным риском бессонницы (OR: от 1,01 до 1,02), в то время как род Odoribacter, семейство Clostridiaceae, а также виды Ruminococcus Torques и R. lactaris способствуют снижению риска бессонницы (OR: от 0,97 до 0,98). Однако после коррекции на ложноположительные результаты выявленная причинно-следственная связь осталась значимой только для рода Clostridium innocuum.

Анализ методом обратной менделевской рандомизации показал, что бессонница может быть причиной снижения численности 7 таксонов (OR: от 0,21 до 0,57) и повышения численности 12 таксонов (OR: от 1,65 до 4,43). В частности, для рода Odoribacter была выявлена значимая положительная причинно-следственная связь.

Полученные данные согласуются с результатами многих предыдущих исследований, которые предполагали наличие взаимосвязи между бессонницей и микробиотой кишечника, в основном через ось кишечник–мозг. Считается, что кишечный микробиом регулирует ось кишечник–мозг через эндокринные, нейрональные и иммунные сигнальные пути. Помимо синтеза витамина К и витаминов группы В, кишечная микробиота также производит другие метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты, а также биоактивные производные триптофана и других аминокислот. В частности, бактерии рода C. innocuum могут синтезировать ацетат, в то время как бактерии рода Coprococcus 1 синтезируют пропионат. Кроме того, бактерии рода C. innocuum способны метаболизировать триптофан с помощью своей триптофаназы. Триптофан, выступая в качестве предшественника L-5-гидрокситриптофана, помогает синтезировать серотонин; впоследствии серотонин преобразуется в мелатонин. Серотонин и мелатонин регулируют режим сна и участвуют в регуляции эмоций, познавательных способностей, реакции на вознаграждение, обучения, памяти и многих других психофизиологических процессов. Рецепторы короткоцепочечных жирных кислот FFAR2 и FFAR3 экспрессируются в мозге. Интересно, что у младенцев высокие концентрации пропионата в фекалиях связаны с более длительной продолжительностью непрерывного сна, тогда как у пожилых людей с симптомами бессонницы более высокие концентрации ацетата, бутирата и пропионата связаны с низким качеством сна.

С другой стороны, длительная бессонница может привести к изменениям в микробном сообществе за счет усиления экспрессии генов вирулентности, что может быть вызвано медиаторами стресса. Трансплантация микробиоты кишечника человека от людей с бессонницей мышам без собственной микробиоты вызывает повышение уровня интерлейкина 6 в сыворотке. Уровни некоторых нейротрансмиттеров, таких как серотонин и дофамин, также могут изменяться при бессоннице и, в свою очередь, влиять на микробиоту кишечника.

Выявлены бактериальные биомаркеры бессонницы