Бессонница и микробиота: клинико-патофизиологические взаимосвязи

Введение. Микробиота кишечника играет важную роль в поддержании здоровья человека. Ось «мозг – кишечник» в настоящее время активно изучается. В процессе проведения исследований было отмечено, что микробиота кишечника демонстрирует циркадные ритмы, которые взаимодействуют с циркадными ритмами хозяина. Хроническая бессонница в свою очередь может нарушить микробные циркадные ритмы, тем самым влияя на состав и функцию микробиоты кишечника. Смена часовых поясов при джетла́г-синдроме способствует значительному увеличению массы тела и содержания глюкозы в крови за счет влияния на состав кишечного микробиома человека. При смене дня и ночи количество Paraprevotella, Fusobacteria и Fusobacteriales в кишечной микрофлоре увеличивается. Блуждающий нерв, взаимодействуя с кишечной нервной системой, высвобождает никотиновые холинергические сигналы для активации клеток кишечной глии, которые могут секретировать S-нитрозоглутатион для увеличения экспрессии белков плотных контактов. 5-гидрокситриптамин является ингибирующим нейромедиатором, который синтезируется и распределяется примерно на 90% в энтерохромаффинных клетках. Нарушения сна возникают при снижении уровня 5-гидрокситриптамина в головном мозге. В настоящее время доказано, что дисбактериоз микробиоты кишечника связан с развитием психоневрологических заболеваний и оказывает существенное влияние на метаболическое здоровье человека. Кишечная микробиота принимает важное участие в двунаправленной связи между мозгом, иммунной системой и кишечником (ось «мозг – кишечник – иммунитет»). С одной стороны, микробиота стимулирует врожденный иммунитет, активируя лимфоидную ткань, расположенную в кишечной системе; с другой стороны, взаимодействия между бактериальными фрагментами и рецепторами (такими как TLR9 и инфламмасома) на поверхности эпителиальных и иммунных клеток активируют специфические системные и местные иммунные реакции.

Результаты. В обзорной статье представлены современные данные о механизмах, путем которых кишечная микробиота может влиять на психическое состояние, качество сна и циркадный ритм хозяина, отмечено воздействие регулярных стрессов на состав микробиоты. Намечены стратегии по улучшению качества сна, основывающиеся на корректировке образа жизни, индивидуальном питании, приеме пребиотиков и психобиотиков для противодействия дисбактериозу, потенциально связанному с нарушениями сна.

1. Wang Q., Gao T., Zhang W., et al. Causal relationship between the gut microbiota and insomnia: a two-sample Mendelian randomization study. Front Cell Infect Microbiol. 2024; 14: 1279218.

2. Nie L., Xiang Q., Lin Y., et al. Correlation between symptoms and cognitive function changes in patients with primary insomnia and pathways in gut microbiota. Biochem Biophys Rep. 2024; 37: 101629.

3. Barone M., Martucci M., Sciara G., et al. Towards a personalized prediction, prevention and therapy of insomnia: gut microbiota profile can discriminate between paradoxical and objective insomnia in post-menopausal women. EPMA J. 2024; 15 (3): 471-489.

4. Xie F., Feng Z., Xu B. Metabolic Characteristics of Gut Microbiota and Insomnia: Evidence from a Mendelian Randomization Analysis. Nutrients. 2024; 16 (17): 2943.

5. Chen H. W., Zhou R., Cao B. F., еt al. The predictive, preventive, and personalized medicine of insomnia: gut microbiota and inflammation. EPMA J. 2023; 14 (4): 571-583.

6. Li F. J., Zhang R. Y., Li J. Y., еt al. Pain, obesity, adenosine salvage disruption, and smoking behavior mediate the effect of gut microbiota on sleep disorders: results from network Mendelian randomization and 16S rDNA sequencing. Front Microbiol. 2024; 15: 1413218.

7. Guo J., Guo J., Rao X., et al. Exploring the pathogenesis of insomnia and acupuncture intervention strategies based on the microbiota-gut-brain axis. Front Microbiol. 2024; 15: 1456848.

8. Bilal M., Nashwan A. J. Challenges in integrating traditional Chinese medicine and gut microbiota research for insomnia treatment. World J Clin Cases. 2024; 12 (29): 6271-6274.

9. Ma X., Li J., Yang Y. Enhanced cerebral blood f low similarity of the somatomotor network in chronic insomnia: Transcriptomic decoding, gut microbial signatures and phenotypic roles. Neuroimage. 2024; 297: 120762.

10. Fang J., Wang S., Liu L., et al. Gut microbiota: a potential influencer of insomnia occurring after COVID-19 infection. Front Psychiatry. 2024; 15: 1423715.

11. Even C., Magzal F., Shochat T. Microbiota Metabolite Profiles and Dietary Intake in Older Individuals with Insomnia of Short vs. Normal Sleep Duration. Biomolecules. 2024; 14 (4): 419.

12. Cai Y., Gong D., Xiang T. Markers of intestinal barrier damage in patients with chronic insomnia disorder. Front Psychiatry. 2024; 15: 1373462.

13. Tanaka A., Sanada K., Miyaho K., et al. The relationship between sleep, gut microbiota, and metabolome in patients with depression and anxiety: A secondary analysis of the observational study.PLoS One. 2023; 18 (12): e0296047.

14. Parkar S. G., Kalsbeek A., Cheeseman J. F. Potential role for the gut microbiota in modulating host circadian rhythms and metabolic health. Microorganisms. 2019; 7: 41.

15. Gentile C. L., Weir T. L. The gut microbiota at the intersection of diet and human health. Science. 2018; 362: 776-780.

16. Song D., Yang S. C., Zhang X., Wang Y. The relationship between host circadian rhythms and intestinal microbiota: A new cue to improve health by tea polyphenols. Critical Reviews in Food ScienceandNutrition. 2020; 61: 139-148.

17. Cenit M. C., Matzaraki V., Tigchelaar E. F., Zhernakova A. Rapidly expanding knowledge on the role of the gut microbiome in health and disease. Biochimicaet Biophysica Acta – Molecular Basisof Disease. 2014; 1842: 1981-1992.

18. Yano J. M., Yu K., Donaldson G. P., еt al. Indigenous bacteria from the gut microbiota regulate host serotonin biosynthesis. Cell. 2015; 161: 264-276.

19. Martin C. R., Osadchiy V., Kalani A., Mayer E. A. The brain-gut-microbiome axis. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2018; 6: 133-148.

20. Bonaz B., Bazin T., Pellissier S. The vagus nerve at the interface of the microbiota gut-brain axis. Front Neurosci. 2018; 12: 49.

21. Yu Y. B. Enteric glial cells and their role in the intestinal epithelial barrier. WJG. 2014; 20: 11273.

22. Ning L., Shiqiang S., Pengjie W., et al. The Mechanism of Secretion and Metabolism of Gut-Derived 5-Hydroxytryptamine. Int J Mol Sci. 2021; 22 (15): 7931.

23. Kirsteen N.B., Kaitlin E.C. Central Neurocircuits Regulating Food Intake in Response to Gut Inputs-Preclinical Evidence Nutrients. 2021; 13 (3): 908.

24. Chih M. C., Chien C. W., Chin L. H., et al. Lactobacillus plantarum PS128 Promotes Intestinal Motility, Mucin Production, and Serotonin Signaling in Mice. ProbioticsAntimicrob, Proteins. 2022; 14 (3): 535-545.

25. Liu K. L., Xu S. J., Chen S. W., et al. Correlation Analysis of Characteristics of Intestinal Microbiota and Cytokine Levels in Patients with Obstructive Sleep Apnea-Hypopnea Syndrome. Nat Sci Sleep. 2024; 16: 1533-1544.

26. Patterson E., Tan H. T. T., Groeger D., et al. Bifidobacterium longum 1714 improves sleep quality and aspects of well-being in healthy adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial. Sci Rep. 2024; 14 (1): 3725.

27. Loh J. S., Mak W. Q., Tan L. K. S., еt al. Microbiota-gut-brain axis and its therapeutic applications in neurodegenerative diseases. Signal Transduct Target Ther. 2024; 16; 9 (1): 37.

28. Jeong A. H., Hwang J., Jo K. Fermented Gamma Aminobutyric Acid Improves Sleep Behaviors in Fruit Flies and Rodent Models. Int J Mol Sci. 2021; 22 (7): 3537.

29. Zou Q., Han S., Liang J. Alleviating effect of vagus nerve cutting in Salmonella-induced gut infections and anxiety-like behavior via enhancing microbiota-derived GABA. Brain Behav Immun. 2024; 119: 607-620.

30. Fang J., Wang S., Liu L. Gut microbiota: a potential influencer of insomnia occurring after COVID-19 infection. Front Psychiatry. 2024; 15: 1423715.

31. Roncoroni J., Tucker C. M., Wippold G. Sleep as a Predictor of Health-Related Quality of Life among Economically Disadvantaged Black Older Adults. Ethn Dis. 2024; 34 (4): 214-220.

32. Singh K. K., Ghosh S., Bhola A. Sleep and Immune System Crosstalk: Implications for Inflammatory Homeostasis and Disease Pathogenesis. Ann Neurosci. 2024; 20: 09727531241275347.

33. Téfit M. A., Budiman T., Dupriest A., Yew J. Y. Environmental microbes promote phenotypic plasticity in reproduction and sleep behaviour. Mol Ecol. 2023; 32 (18): 5186-5200.

34. Chennaoui M., Sauvet F., Drogou C., et al. Effect of one night of sleep loss on changes in tumor necrosis factor alpha (TNF-a) levels in healthy men. Cytokine. 2011; 56: 318-324.

35. Manchanda S., Singh H., Kaur T., et al. Low-grade neuroinflammation due to chronic sleep deprivation results in anxiety and learning and memory impairments. Mol Cell Biochem. 2018; 449 (1-2): 63-72.

36. Dos Santos A., Galiè S. The Microbiota-Gut-Brain Axis in Metabolic Syndrome and Sleep Disorders: A Systematic Review. Nutrients. 2024; 16 (3): 390.

37. Le L., Miyanishi K., Tanaka J., Majewska A. K. Microglial Regulation of Sleep and Wakefulness. Adv Neurobiol. 2024; 37: 243-260.

38. Kamphuis J., Meerlo P., Koolhaas J. M., Lancel M. Poor sleep as a potential causal factor in aggression and violence. Sleep Med. 2012; 13 (4): 327-334.

39. Manske S. Lifestyle Medicine and the Microbiome: Holistic Prevention and Treatment. Integr Med (Encinitas). 2024; 23 (5): 10-14.

40. Jiang Q., Lin L., Xie F. Metagenomic insights into the microbe-mediated B and K2 vitamin biosynthesis in the gastrointestinal microbiome of ruminants. Microbiome. 2022; 10 (1): 109.

41. Seethaler B., Nguyen N. K., Basrai M. Short-chain fatty acids are key mediators of the favorable effects of the Mediterranean diet on intestinal barrier integrity: data from the randomized controlled LIBRE trial. Am J Clin Nutr. 2022; 116 (4): 928-942.

42. Peng K., Xia S., Xiao S., Yu Q. Short-chain fatty acids affect the development of inflammatory bowel disease through intestinal barrier, immunology, and microbiota: A promising therapy? J Gastroenterol Hepatol. 2022; 37 (9): 1710-1718.

43. Seong H. J., Baek Y., Lee S., Jin H. J. Gut microbiome and metabolic pathways linked to sleep quality. Front Microbiol. 2024; 15: 1418773.

44. Silva Y. P., Bernardi A., Frozza R. L. The Role of Short-Chain Fatty Acids From Gut Microbiota in Gut-Brain Communication. Front Endocrinol (Lausanne). 2020; 11: 25.

45. Wang J., Zhu N., Su X., et al. Gut-Microbiota-Derived Metabolites Maintain Gut and Systemic Immune Homeostasis. Cells. 2023; 12 (5): 793.

46. Forte N., Marfella B., Nicois A., et al. The short-chain fatty acid acetate modulates orexin/hypocretin neurons: A novel mechanism in gut-brain axis regulation of energy homeostasis and feeding. BiochemPharmacol. 2024; 226: 116383.

47. Aquino G., Benz F., Dressle R. J., еt al. Towards the neurobiology of insomnia: A systematic review of neuroimaging studies. Sleep Med Rev. 2024; 73: 101878.

48. Mueller N. T., Differding M. K., Østbye T., et al. Association of birth mode of delivery with infant faecalmicrobiota, potential pathobionts, and short chain fatty acids: a longitudinal study over the first year of life. BJOG. 2021; 128 (8): 1293-1303.

49. Kortman G. A. M., Hester E. R., Schaafsma Aetal. Gutmicrobiome composition and functionality impact the responsiveness to a dairy-based product containing galacto-oligosaccharides for improving sleep quality in adults. Benef Microbes. 2024; 15 (4): 373-385.

50. Andrew R., Izzo A. A. Highlights into the pharmacology of nutraceuticals. Br J Pharmacol. 2020; 177 (6): 1209-1211.

51. Gao R., Tian S., Wang J., Zhu W. Galacto-oligosaccharides improve barrier function and relieve colonic inflammation via modulating mucosa-associated microbiota composition in lipopolysaccharides-challenged piglets. J Anim Sci Biotechnol. 2021; 12 (1): 92.

52. Yao C., Jiang N., Sun X., et al. Effects of inulin-type oligosaccharides (JSO) from Cichoriumintybus L. on behavioral deficits induced by chronic restraint stress in mice and associated molecular alterations. Front Pharmacol. 2024; 15: 1484337.

53. Sun Q., Yin S., He Y., et al. Biomaterials and Encapsulation Techniques for Probiotics: Current Status and Future Prospects in Biomedical Applications. Nanomaterials (Basel). 2023; 13 (15): 2185.

54. Cheraghpour M., Fatemi N., Shadnoush M., et al. Immunomodulation aspects of gut microbiome-related interventional strategies in colorectal cancer. Med Oncol. 2024; 41 (9): 231.

55. Santi D., Debbi V., Costantino F., et al. Microbiota composition and probiotics supplementations on sleep quality – A systematic review and meta-analysis. Clocks Sleep. 2023; 5: 770-792.

56. Horvath A., Wagner-Skacel J., Stiegelbauer V., Stadlbauer V. A probiotic to improve sleep quality during COVID-19 pandemic: A questionnaire study. J Biotechnol Bio Med. 2023; 06: 80-91.

57. Fang H., Yao T., Li W., et al. Efficacy and safety of fecal microbiota transplantation for chronic insomnia in adults: a real world study. Front Microbiol. 2023; 14: 1299816.