益生菌补充对昼夜节律紊乱小鼠昼夜节律相关基因表达和体重的影响

《Molecular Nutrition & Food Research》：Effects of Probiotic Supplementation on Circadian Rhythm-Related Gene Expression and Body Weight in Mice With Disturbed Circadian Rhythms

　　

鉴于对益生菌影响时钟基因（clock genes）的了解有限，本研究探讨了调节肠道完整性和微生物群平衡的益生菌是否影响中枢昼夜节律时钟基因（circadian clock gene）的表达。在这项研究中，研究人员对三组（每组8只BALB/c小鼠）[对照组（CG）、昼夜节律紊乱组（SG）和昼夜节律紊乱并补充益生菌组（SPG）]评估了Clock、Bmal1和Per2基因表达以及体重增加。尽管各组在基线、第8周和第16周的体重相似，但SG和SPG组的体重随时间增加显著更高（p<0.05）。在第8周观察到CG与SG之间、第16周观察到SG与SPG之间存在显著差异。基因表达分析显示Clock表达无显著差异。然而，在ZT18（Zeitgeber Time 18）时，CG与SPG组的Bmal1表达存在显著差异（p=0.045）。这些发现表明益生菌补充对昼夜节律紊乱（circadian disruption）和体重增加具有调节作用，提示其在昼夜节律管理（circadian rhythm management）中的潜在作用。然而，由于结果基于有限的基因表达变化，应谨慎解释，并需要在更大规模研究中确认。

**论文解读：益生菌补充对昼夜节律紊乱小鼠昼夜节律基因表达与体重的影响**

**研究背景与问题**

昼夜节律（circadian rhythm）是下丘脑视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）调控的内源性生物行为周期，约24小时，由几乎每个哺乳动物细胞内的时钟基因（clock genes）驱动，如Clock、Bmal1、Period（Per1,2,3）和Cryptochrome（Cry1,2），这些基因形成正负反馈环路。昼夜节律紊乱（circadian disruption）可发生于细胞分子节律至行为节律与环境错位等多个层面，与神经系统、免疫系统、胃肠道系统等多种疾病相关。同时，昼夜节律与肠道微生物群存在双向交互：紊乱导致肠道菌群失调（dysbiosis），而菌群失调又加剧肠道通透性增加和炎症。益生菌（probiotics）已知能调节肠道上皮完整性、预防屏障破坏、调节黏膜免疫系统并纠正菌群失调。然而，目前关于益生菌直接对时钟基因表达影响的证据十分有限，已有研究仅涉及益生元（prebiotics）对节律基因的作用。因此，本研究旨在探究益生菌补充能否调节因光暗周期反转造成昼夜节律紊乱的小鼠中枢时钟基因表达及体重变化，为管理昼夜节律紊乱提供潜在策略。该论文发表在《Molecular Nutrition》。

**关键技术与方法**

研究人员共使用24只雄性BALB/c小鼠（8–10周龄），随机分为三组（每组n=8）：对照组（CG，正常12小时光/暗周期）、昼夜节律紊乱组（SG，每2周反转光暗周期模拟轮班工作模型，持续16周）以及昼夜节律紊乱并补充益生菌组（SPG，同SG，但从第8周起每日灌胃益生菌VSL#3，剂量1×10⁹ CFU，含8种菌株）。主要技术包括：1) 昼夜节律操纵：通过定时控制光暗周期反转（每2周交替正常与反转周期）建立紊乱模型，并监测环境条件（湿度55±10%，温度22±2°C，光照300–400 lux）；2) 体重测量：使用0.1 g精度天平在基线、第8周和第16周进行纵向测量；3) 基因表达分析：实验结束后，每6小时（ZT0、ZT6、ZT12、ZT18）从每组取2只小鼠脑组织，提取总RNA，使用TRIzol试剂和逆转录试剂盒合成cDNA，采用特异性引物对Clock、Bmal1、Per2进行实时定量PCR（qRT-PCR），以GAPDH为内参，用2^?ΔΔCt法计算相对表达量；4) 统计分析：采用双因素重复测量方差分析（ANOVA）和Bonferroni校正后检验比较体重变化，对基因表达数据使用双因素ANOVA（因子：组别和ZT时间点）分析。所有动物实验经Ondokuz May?s大学动物伦理委员会批准。

**研究结果**

**体重变化**
通过纵向体重测量和双因素重复测量方差分析发现：基线、第8周和第16周各组平均体重无显著差异（p>0.05），但体重增加量存在显著差异。在干预前（基线至第8周），SG和SPG组体重增加均显著高于CG（p<0.05）；干预后（第8周至第16周），SG组体重增加持续显著，而SPG组体重增加幅度较SG组明显减小，两组间差异达到统计学显著（p=0.0052）。具体而言，SG组第16周体重显著高于CG和SPG组（p=0.013），表明昼夜节律紊乱促进体重增加，而益生菌补充可部分缓解这一趋势。

**基因表达变化**
通过qRT-PCR分析脑组织时钟基因表达，结果显示：Clock基因在四个时间点（ZT0、ZT6、ZT12、ZT18）的表达水平在三组间均无统计学差异（p>0.05），但峰值时间出现偏移（CG和SPG在ZT12达峰，SG在ZT18达峰）。Per2基因表达组间差异亦不显著。Bmal1基因在ZT18时CG与SPG组之间存在显著差异（p=0.045），而SG与其他组无显著差异。这些结果表明，益生菌补充可能对特定时间点的Bmal1表达产生调节作用，而对Clock和Per2的总体表达影响有限。

**讨论与结论**

讨论部分指出，本研究首次在光暗周期反转模型下提供益生菌对中枢时钟基因影响的初步数据。与既往文献一致，昼夜节律紊乱导致体重增加，而益生菌补充（VSL#3）似乎与体重增加的减轻相关，此作用可能通过改善菌群失调或调节信号通路实现。基因表达结果虽未达广泛显著，但Clock基因峰值时间偏移及Bmal1在ZT18时的差异提示益生菌可能引起时间特异性调节。研究局限性包括：每组每个时间点生物学重复少（n=2），统计效力有限；益生菌剂量未进行个体化调整；未检测外周时钟基因和微生物组变化。研究结论：益生菌补充对昼夜节律紊乱小鼠的体重增加具有部分调节作用，并可能影响Bmal1基因在特定时间点的表达，提示其在昼夜节律管理中的潜在应用价值，但需更大样本和更全面机制研究验证。