Кишечная микробиота и инверсия сна

Известно, что различные факторы образа жизни человека и окружающей среды влияют на сон. За последнее десятилетие выросло число взрослых людей и детей, страдающих хроническим нарушением сна. Доказано, что недостаток сна и нарушение циркадных ритмов связаны с неблагоприятными метаболическими последствиями для здоровья. Зачастую данные нарушения сочетаются с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, сопровождающимися дисбиозом. В последние годы было проведено значительное число исследований на животных моделях, показывающих взаимосвязь между микробиотой кишечника и функциями мозга. На основе их ученые наглядно демонстрировали роль кишечной микробиоты в регулировании работы головного мозга, сна и поведения. Число исследований, проведенных с вовлечением добровольцев, в настоящее время ограниченно. Бактерии, составляющие микробиоту кишечника, оказывают значительное непосредственное влияние на состояние здоровья человека, синтезируя и секретируя биологически активные вещества, такие как витамины, незаменимые аминокислоты, липиды и другие. Также они способны оказывать опосредованное влияние путем модуляции метаболических процессов и иммунной системы. Изменения в микробном разнообразии кишечника происходят при недостатке сна и смещении циркадных ритмов, что способно привести к изменениям в структуре и функциях микроорганизмов, живущих в кишечнике. Это, в свою очередь, может привести к изменению в составе и количестве синтезируемых данными микроорганизмами метаболитов (таких как короткоцепочечные жирные кислоты и вторичные желчные кислоты), что способствует развитию хронического воспаления, увеличению массы тела и эндокринным изменениям. В данной статье представлен обзор литературы, посвященный вопросам взаимовлияния микробиоты кишечника и процессов, происходящих во время сна.

1. Benedict C, Vogel H, Jonas W, et al. Gut microbiota and glucomet-abolic alterations in response to recurrent partial sleep deprivation in normal-weight young individuals. Mol Metab. 2016;5(12):1175-1186. doi: https://doi.org/10.1016/j.molmet.2016.10.003

2. Bowers SJ, Vargas F, Gonzalez A, et al. Repeated Sleep Disruption in Mice Leads to Persistent Shifts in the Fecal Microbiome and Metabolome. PLoS One. 2020;15(2):e0229001. doi: https://doi.org/10.1371/journal.ponne.022900

3. Bridgman SL, Kozyrskyj AL, Scott JA, et al. Gut microbiota and allergic disease in children. Ann Allergy Asthma Immunol. 2016(2);116:99-105. doi: https://doi.org/10.1016/j.anai.2015.10.001

4. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Effect of short sleep duration on daily activities — United States, 2005-2008. Morb Mortal Wkly Rep. 2011;60(8):239-242.

5. Cox LM, Yamanishi S, Sohn J, et al. Altering the intestinal microbiota during a critical developmental window has lasting metabolic consequences. Cell. 2014;158(4):705-721. doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.05.052

6. Dalile B, Van Oudenhove L, Vervliet B, Verbeke K. The role of short-chain fatty acids in microbiota-gut-brain communication. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2019;16(8):461-478. doi: https://doi.org/10.1038/s41575-019-0157-3

7. Chih-Yuan K, Qing-Quan L, Huan-Zhang S, et al. Gut microbiota in obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome: disease-related dysbiosis and metabolic comorbidities. Clin Sci. 2019;133(7):905-917. doi: https://doi.org/10.1042/CS20180891

8. Eckburg PB, Bik EM, Bernstein CN, et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science. 2005;308(5728):1635-1638. doi: https://doi.org/10.1126/science.1110591

9. Fouhy F, Ross RP, Fitzgerald GF, et al. Composition of the early intestinal microbiota. Gut Microbes. 2012;3(3):203-220. doi: https://doi.org/10.4161/gmic.20169

10. Gao T, Wang Z, Dong Y, et al. Role of melatonin in sleep deprivation-induced intestinal barrier dysfunction in mice. J Pineal Res. 2019;67(1):e12574. doi: https://doi.org/10.1111/jpi.12574

11. Halal CSE, Matijasevich A, Howe LD, et al. Short sleep duration in the first years of life and obesity/overweight at age 4 years: a birth cohort study. J Pediatr. 2016;168:99-103. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2015.09.074

12. Sleep disorders and sleep deprivation: an unmet public health problem (2, Sleep Physiology). Institute of Medicine (US) committee on sleep medicine and research. Colten HR, Altevogt BM, eds. Washington, DC: National Academies Press (US); 2006. doi: https://doi.org/10.17226/11617

13. Kinnucan JA, Rubin DT, Ali T. Sleep and inflammatory bowel disease: exploring the relationship between sleep disturbances and inflammation. Gastroenterol Hepatol (N Y). 2013;9(11):718-727.

14. Irwin MR. Sleep and inflammation: partners in sickness and in health. Nat Rev Immunol. 2019;19(11):702-715. doi: https://doi.org/10.1038/s41577-019-0190-z

15. Konturek PC, Brzozowski T, Konturek SJ. Gut clock:implicationof circadian rhythms in the gastrointestinal tract. J Physiol Pharmacol. 2011;62(2):139-150.

16. Kozyrskyj AL, Bridgman SL, Tun HM. The impact of birth and postnatal medical interventions on infant gut microbiota. In: Microbiota in health and disease: from pregnancy to childhood. Browne PD, Claassen E, Cabana MD, eds. 2017. pp. 79-104. doi: https://doi.org/10.3920/978-90-8686-839-1_4

17. Kozyrskyj AL, Kendall GE, Zubrick SR, et al. Frequent nocturnal awakening in early life is associated with nonatopic asthma in children. Eur Respir J. 2009;34(6):1288-1295. doi: https://doi.org/10.1183/09031936.00040509

18. Kunz D, Mahlberg R, Muller C, et al. Melatonin in patients with reduced REM sleep duration: two randomized controlled trials. J Clin Endocrinol Metab. 2004;89(1):128-134. doi: https://doi.org/10.1210/jc.2002-021057

19. Kunze KN, Hanlon EC, Prachand VN, Brady MJ. Peripheral circadian misalignment: contributor to systemic insulin resistance and potential intervention to improve bariatric surgical outcomes. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2016;311(3):R558-R563. doi: https://doi.org/10.1152/ajpregu.00175.2016

20. Landman C, Quevrain E. Gut microbiota: description, role and pathophysiologic implications. Rev Med Interne. 2016;37(6):418-423. doi: https://doi.org/10.1016/j.revmed.2015.12.012

21. Li Y, Hao Y, Fan F, Zhang B. The role of microbiome in insomnia, circadian disturbance and depression. Front Psychiatry. 2018;9:669. doi: https://doi.org/10.3389/fpsyt.2018.00669

22. Liang X, Bushman FD, FitzGerald GA. Rhythmicity of the intestinal microbiota is regulated by gender and the host circadian clock. Proc Natl Acad Sci. 2015;112(33):10479-10484. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1501305112

23. Luyster FS, Strollo PJ, Zee PC, et al. Sleep: a health imperative. Sleep. 2012;35(6):727-734. doi: https://doi.org/10.5665/sleep.1846

24. Boulange CL, Neves AL, Chilloux J, et al. Impact of the GM on inflammation, obesity, and metabolic disease. Genome Med. 2016;8(1):42. doi: https://doi.org/10.1186/s13073-016-0303-2

25. Moreno-Indias I, Torres M, Montserrat JM, et al. Intermittent hypoxia alters gut microbiota diversity in a mouse model of sleep apnoea. Eur Respir J. 2015;45(4):1055-1065. doi: https://doi.org/10.1183/09031936.00184314

26. Poroyko VA, Carreras A, Khalyfa A, et al. Chronic sleep disruption alters gut microbiota, induces systemic and adipose tissue inflammation and insulin resistance in mice. Sci Rep. 2016;6:35405. doi: https://doi.org/10.1038/srep35405

27. Parkar SG, Kalsbeek A, Cheeseman JF. Potential role for the gut microbiota in modulating host circadian rhythms and metabolic health. Microorganisms. 2019;7(2):41. doi: https://doi.org/10.3390/microorganisms7020041

28. Robles-Vera I, Toral M, Romero M, et al. Antihypertensive effects of probiotics. Curr Hypertens Rep. 2017;19(4):26. doi: https://doi.org/10.1007/s11906-017-0723-4

29. Singh RK, Chang HW, Yan D, et al. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J Transl Med. 2017;15(1):73. doi: https://doi.org/10.1186/s12967-017-1175-y

30. Smith RP, Easson C, Lyle SM, et al. Gut microbiome diversity is associated with sleep physiology in humans. PLoS One. 2019;14(10):e0222394. doi: https://doi.org/10.1371/journal

31. Risnes KR, Belanger K, Murk W, Bracken MB. Antibiotic exposure by 6 months and asthma and allergy at 6 years findings in a cohort of 1,401 US children. Am J Epidemiol. 2011;173(3):310-318. doi: https://doi.org/10.1093/aje/kwq400

32. Sonnenburg J, Sonnenburg E. Assembling Our Lifelong Community of Companions. In: The Good Gut. Taking Control of Your Weight, Your Mood, and Your Long-Term Health. New York: Penguin Publishing Group; 2015. pp. 45-57.

33. Tobaldini E, Costantino G, Solbiati M, et al. Sleep, sleep deprivation, autonomic nervous system and cardiovascular diseases. Neurosci Biobehav Rev. 2017;74(Pt B):321-329. doi: https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.07.004

34. Vinolo MA, Rodrigues HG, Nachbar RT, Curi R. Regulation of inflammation by short chain fatty acids. Nutrients. 2011;3(10):858-876. doi: https://doi.org/10.3390/nu3100858

35. Voigt RM, Forsyth CB, Green SJ, et al. Circadian rhythm and the gut microbiome. Int Rev Neurobiol. 2016;131:193-205. doi: https://doi.org/10.1016/bs.irn.2016.07.002

36. Wu G, Tang W, He Y, et al. Light exposure influences the diurnal oscillation of gut microbiota in mice. Biochem Biophys Res Commun. 2018;501(1):16-23. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.04.095

37. Zhang SL, Bai L, Goel N, et al. Human and rat gut microbiome composition is maintained following sleep restriction. Proc Natl Acad Sci. 2017;114(8):E1564-E1571. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1620673114

38. Game ME, Chatterjee S, Abel T. Sleep deprivation and the epigenome. Front Neural Circuits. 2018;12:14. doi: https://doi.org/10.3389/fe.cir.2018.00014

39. Grinkevich LN. The role of microRNAs in learning and long-term memory. Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii. 2020;24(8):885-896. doi: https://doi.org/10.18699/VJ20.687

40. Nilsson EK, Bostrom AE, Mwinyi J, Schioth HB. Epigenomics of total acute sleep deprivation in relation to genome-wide DNA methylation profiles and RNA expression. OMICS. 2016;20(6):334-342. doi: https://doi.org/10.1089/omi.2016.0041

41. Saus E, Soria V, Escaramis G, et al. Genetic variants and abnormal processing of pre-miR-182, a circadian clock modulator, in major depression patients with late insomnia. Hum Mol Genet. 2010;19(20):4017-4025. doi: https://doi.org/10.1093hmgddq316

42. Karabulut S, Korkmaz Bayramov K, Bayramov R, et al. Effects of post-learning REM sleep deprivation on hippocampal plasticity-related genes and microRNA in mice. Behav Brain Res. 2019;361:7-13. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbr.2018.12.045

43. Aten S, Hansen KF, Snider K, et al. miR-132 couples the circadian clock to daily rhythms of neuronal plasticity and cognition. Learn Mem. 2015;25(5):214-229. doi: https://doi.org/10.1101Im.047191.117

44. Havekes R, Abel T. The tired hippocampus: the molecular impact of sleep deprivation on hippocampal function. Curr Opin Neurobiol. 2017:44:13-19. doi: https://doi.org/10.1016/j.ccmb.2017.02.005

45. Murphy CP, Singewald N. Potential of microRNAs as novel targets in the alleviation of pathological fear. Genes Brain Behav. 2018;17(3):el2427. doi: https://doi.org/10.11ll/gbb.12427

46. Dinan K, Dinan TG. Gut Microbes and Neuropathology: Is There a Causal Nexus? Pathogens. 2022;11(7):796. doi: https://doi.org/10.3390/pathogens11070796