中国慢性失眠患者肠道菌群特征及其与亚油酸代谢通路的关联研究

《Biological Rhythm Research》：Fecal microbiota characteristics of Chinese patients with chronic insomnia: a preliminary cross-sectional study

本研究通过16S rDNA测序技术，首次系统揭示中国慢性失眠患者肠道菌群β多样性显著改变，普雷沃菌属（Prevotella）和克雷伯菌属（Klebsiella）丰度异常，并发现亚油酸代谢通路（ko00561）下调。这些发现为阐释肠道微生物群通过菌-脑轴（gut-brain axis）参与失眠躯体高觉醒（hyperarousal）病理机制提供了新证据。

　　

引言

慢性失眠作为患病率高达16.2%的公共卫生问题，其病理机制尚未完全阐明。近年来，菌-脑轴（gut-brain axis）研究提示肠道微生物群可能通过神经内分泌、免疫和代谢途径参与睡眠-觉醒调节。然而，既往研究存在诊断标准不统一（如过度依赖DSM-5）、混杂因素控制不足等局限。本研究严格依据国际睡眠障碍分类第三版（ICSD-3）诊断标准，纳入经半结构化访谈筛查的14例慢性失眠患者与10例健康对照，在控制体重指数（BMI）、药物使用等混杂因素基础上，采用16S rDNA扩增子测序技术，系统性分析肠道菌群结构、多样性及代谢功能的改变。

方法

研究对象为2021年6月至2022年2月就诊于中南大学湘雅二医院精神科的成年患者及健康志愿者。所有参与者均签署知情同意书，研究获伦理委员会批准（批准号：(2021)国伦审[科]第(036)号）。纳入标准包括：年龄20-55岁、汉族、BMI 18-27.5 kg/m²，且排除重大躯体疾病、其他睡眠障碍、近期抗生素/益生菌使用及烟酒滥用等干扰因素。采用Illumina HiSeq 2500平台进行测序，获得2,016,439条高质量序列（Clean Tags），平均每样本84,018条。使用Mothur和R软件进行生物信息学分析，包括α多样性（Shannon指数）、β多样性（加权/未加权UniFrac距离）、主坐标分析（PCoA）及PERMANOVA检验。差异菌群鉴定采用Metastats分析，功能预测通过PICRUSt2工具结合KEGG/COG数据库完成。

结果

人口统计学数据

两组在性别（χ²=0.086, p=0.770）、BMI（t=0.134, p=0.895）、嗜睡量表（ESS）、抑郁自评量表（SDS）及焦虑自评量表（SAS）评分上无显著差异，但失眠组年龄较高（Z=4.116, p<0.001），失眠严重指数量表（ISI）评分显著升高（t=12.468, p<0.001）。鉴于既往大规模研究提示中国成人肠道菌群年龄差异较小，研究者认为年龄差异对结果影响有限。

菌群多样性分析

α多样性分析显示，失眠组与对照组的Shannon指数无统计学差异（t=0.821, p=0.421）。然而，β多样性分析揭示，基于未加权UniFrac算法的PCoA分析表明两组间菌群结构存在显著分离（R²=0.139, p=0.005），而加权UniFrac结果未达显著性（R²=0.039, p=0.529），提示慢性失眠患者肠道微生物群落构成发生特异性改变。

菌群结构差异

Metastats分析识别出两个菌属丰度存在组间差异：普雷沃菌属（Prevotella）中Prevotella_2亚群在失眠组显著升高，而Prevotella_7亚群降低；克雷伯菌属（Klebsiella）丰度亦发生改变（p<0.05）。该结果与既往关于失眠及相关高觉醒状态（如疲劳、焦虑）研究中普雷沃菌变化的报道一致。

功能预测分析

PICRUSt2功能预测发现，失眠组唯一显著下调的代谢通路为亚油酸代谢（ko00561）途径（t=2.141, p=0.043）。该通路与脂肪酸衍生物合成及神经炎症调节密切相关，其异常可能通过影响内源性睡眠物质（如前列腺素）的生成参与失眠病理过程。

讨论

本研究首次在严格控混杂因素条件下，证实中国慢性失眠患者存在肠道菌群β多样性紊乱、普雷沃菌/克雷伯菌丰度异常及亚油酸代谢通路抑制。这些发现为失眠的“高觉醒假说”（hyperarousal hypothesis）提供了微生物-代谢新视角：普雷沃菌作为短链脂肪酸（SCFAs）产生菌，其失衡可能通过破坏肠屏障完整性、诱发系统性炎症，进而激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴，加剧躯体高觉醒；同时，亚油酸代谢障碍可能影响神经递质前体及炎症介质平衡，共同导致睡眠-觉醒周期失调。值得注意的是，普雷沃菌不同亚群（Prevotella_2与Prevotella_7）的相反变化趋势提示菌株水平功能异质性，需后续宏基因组学验证。

局限与展望

本研究样本量较小，未进行血液/粪便代谢物检测，且功能预测依赖于间接推断。未来需扩大样本、结合宏基因组/代谢组学及动物模型，深入探讨特定菌株与失眠严重程度的因果关系，并为开发靶向菌群干预（如益生菌、膳食调节）提供依据。

结论

慢性失眠患者肠道菌群结构及功能存在特异性改变，尤其普雷沃菌丰度变化与亚油酸代谢通路下调可能成为潜在生物标志物及治疗靶点。研究为从微生物-脑轴角度理解失眠机制及开发精准菌群干预策略奠定了理论基础。