长期睡眠不足和高脂饮食对肺损伤的单独及联合作用的多组学分析

《European Journal of Medical Research》：Multi-omics analysis of the individual and combined effects of long-term sleep deprivation and a high-fat diet on lung injury

　　

摘要

背景

轮班工作导致的慢性睡眠剥夺以及高脂饮食会扰乱生物钟并影响生理系统，但它们对肺部生物钟的影响目前仍不甚清楚。

方法

本研究使用睡眠剥夺装置建立模型，先让小鼠连续5天处于睡眠剥夺状态，之后再间歇性睡眠剥夺10天，如此重复5次，同时给予高脂饮食干预。46只C57BL/6 J小鼠被分为四组：对照组、睡眠剥夺组、高脂饮食组以及睡眠剥夺加高脂饮食组。评估指标包括神经肌肉力量、运动协调能力、情绪状态、认知记忆能力以及肺组织病理状况。随后对样本进行转录组分析和代谢组分析，并进行整合通路分析。

结果

行为评估显示各组均存在明显缺陷。睡眠剥夺组小鼠的运动协调能力较差，在开放场地测试中的活动量增加，且空间学习与记忆能力存在缺陷。高脂饮食组小鼠的运动技能和认知功能下降。有趣的是，睡眠剥夺加高脂饮食组小鼠的肌肉力量更强。组织化学分析显示，与对照组相比，睡眠剥夺组、高脂饮食组以及睡眠剥夺加高脂饮食组小鼠的肺组织出现显著变化，表现为结构异常、肺泡壁增厚以及胶原蛋白含量升高。整合转录组-代谢组分析显示，实验组之间存在差异显著的富集通路：睡眠剥夺组中嘌呤代谢和嘧啶合成途径显著富集，而高脂饮食组中则表现为嘌呤代谢、氨基酸生物合成以及精氨酸/脯氨酸代谢途径富集。睡眠剥夺加高脂饮食组则表现为嘌呤代谢、赖氨酸降解以及类固醇激素生物合成途径富集。嘌呤代谢是所有组中都存在的共同富集通路。次黄嘌呤是一种关键分子，在转化为尿酸的过程中会产生活性氧，进而引发氧化应激，从而导致肺损伤。

结论

睡眠剥夺通过扰乱生物钟引发类似躁狂的行为变化，并与高脂饮食以组织特异性方式相互作用。异常的嘌呤代谢及相关氧化应激是导致肺损伤的关键机制。