短睡眠型失眠症患者多导睡眠监测参数、血清学标志物与肠道菌群的相关性研究：一项真实世界研究

《Frontiers in Microbiology》：Correlation study of polysomnographic parameters, serological markers, and gut microbiota in patients with short-sleep insomnia: a real-world study

　　

目的：新近证据表明，肠道菌群可能通过微生物-肠-脑轴（microbiota–gut–brain axis）在睡眠调节中发挥作用；然而，其与客观睡眠参数及血清学标志物的关系仍不明确。本研究旨在阐明短睡眠型失眠症（short-sleep insomnia）患者多导睡眠监测（polysomnography, PSG）参数、血清学指标及肠道菌群变化之间的关系。方法：短睡眠型失眠症患者与对照组受试者均接受多导睡眠监测。采集血清及粪便样本。采用酶联免疫吸附测定法（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）检测血清5-羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）、褪黑素（melatonin, MT）及食欲素A（orexin A, OXA）水平。采用16S rRNA测序技术分析肠道菌群组成。在失眠组中，以相关混杂因素为协变量，进行Spearman偏相关分析及冗余分析（redundancy analysis, RDA）。结果：与对照组相比，失眠患者睡眠效率（sleep efficiency, SE）、总睡眠时间（total sleep time, TST）、非快速眼动睡眠（non-rapid eye movement, NREM）及快速眼动睡眠（rapid eye movement, REM）时长、N2期及N3期睡眠均显著降低，同时伴有睡眠潜伏期（sleep latency, SL）、REM潜伏期、入睡后清醒时间（wake after sleep onset, WASO）及其占比延长，总睡眠及NREM睡眠期间自发性微觉醒次数、睡眠分期转换频率及觉醒次数增加，NREM睡眠期间theta、alpha及beta波相对功率以及REM睡眠期间delta、theta及alpha波相对功率升高（p < 0.05）。血清5-HT、BDNF及OXA水平升高（p < 0.05）。α多样性无显著差异，而β多样性差异显著，表现为Evtepia、Anaerostipes及Blautia_A丰度增加，L-甲硫氨酸补救循环III（L-methionine salvage cycle III）途径降低。相关性分析显示，肠道菌群与睡眠参数及血清标志物之间存在显著关联，尤其涉及N3期睡眠及睡眠潜伏期。结论：短睡眠型失眠症与睡眠参数、血清学指标及肠道菌群的改变相关，提示调节肠道菌群可能是一种潜在的治疗靶点。

**短睡眠型失眠症的多组学关联研究：睡眠参数、血清标志物与肠道菌群的整合分析**

**一、研究背景与科学问题**

慢性失眠障碍（chronic insomnia disorder）是临床最常见的睡眠障碍之一，依据《国际睡眠障碍分类第三版》（International Classification of Sleep Disorders, Third Edition, ICSD-3）的诊断标准，其特征为持续入睡困难、睡眠维持困难或早醒，每周至少发生3次并持续3个月以上，且伴有日间功能损害。流行病学数据显示，慢性失眠的患病率高达36.7%，且呈逐年上升和年轻化趋势，显著增加高血压、心血管疾病、代谢综合征及抑郁症的共病风险，给社会和个人健康造成沉重负担。短睡眠型失眠症（short-sleep insomnia）是慢性失眠的一种常见亚型，其核心特征为客观睡眠时间缩短（总睡眠时间<6小时或睡眠效率<85%）。与客观睡眠时长正常的失眠患者相比，短睡眠型失眠症与应激激活系统（包括下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic–pituitary–adrenal axis, HPA轴）及交感神经系统）的关联更为密切，且具有更明显的遗传易感倾向和更高的发病及死亡风险。

近年来，肠道菌群在睡眠调节中的作用日益受到关注。研究表明，失眠可诱导低度全身炎症反应，激活HPA轴、迷走神经通路及免疫系统，促进神经递质释放，进而导致肠道菌群失调、肠道屏障破坏及通透性改变。然而，现有研究多基于量表筛查失眠患者，未对各亚型进行细分，短睡眠型失眠症与肠道菌群变化的关系仍不清楚。此外，多导睡眠监测（polysomnography, PSG）客观睡眠参数、血清学标志物及肠道菌群三者之间的关联机制尚缺乏系统研究。因此，本研究针对短睡眠型失眠症患者，整合PSG参数、特征性脑电（electroencephalogram, EEG）改变、肠道菌群组成及睡眠相关血清标志物水平，探讨多组学指标间的相互关系，以期阐明神经递质-微生物-睡眠相互作用的潜在机制，为短睡眠型失眠症的治疗策略提供新思路。

**二、主要技术方法**

本研究是一项真实世界研究（real-world study），受试者来源于滨州医学院附属医院睡眠障碍门诊。失眠组纳入52例符合ICSD-3诊断标准且PSG证实SE<85%或TST<6小时的短睡眠型失眠症患者，对照组为59例无睡眠障碍的健康志愿者。两组在年龄、性别、体重指数（body mass index, BMI）及呼吸暂停低通气指数（apnoea-hypopnoea index, AHI）方面无显著差异。血清样本采集自30例失眠患者和19名对照者，粪便样本采集自40例失眠患者和33名对照者。所有受试者均接受连续两晚PSG监测，结果取第二晚数据。采用ELISA法检测血清5-HT、BDNF、MT及OXA水平。粪便样本通过16S rRNA V3-V4区域扩增子测序进行菌群组成分析，使用DADA2去噪生成扩增子序列变异（amplicon sequence variant, ASV）特征表，并基于MetaCyc数据库进行PICRUSt2功能预测。统计分析采用Spearman偏相关分析（校正年龄、性别、BMI、AHI、失眠病程及用药情况）和冗余分析（RDA），效应量采用Cohen's d评估。

**三、研究结果**

**3.1 短睡眠型失眠症患者与对照组的基本信息及临床特征**

两组受试者在年龄、性别、BMI及AHI方面均无统计学显著差异（p>0.05），表明组间基线特征具有可比性。

**3.2 短睡眠型失眠症患者与对照组的多导睡眠监测参数分析**

与对照组相比，失眠组SE、TST及NREM睡眠时长显著降低（p<0.001），WASO及其占比显著增加（p<0.001），SL显著延长（p<0.001）。REM、N2及N3期睡眠时长均显著缩短（p<0.01），但各睡眠分期占比无显著差异。失眠组总睡眠及NREM睡眠期间自发性微觉醒频率、睡眠分期转换频率显著升高（p<0.01），REM潜伏期及觉醒频率亦显著增加（p<0.05）。特征性EEG分析显示，失眠组NREM睡眠期间theta、alpha及beta波相对功率以及REM睡眠期间delta、theta及alpha波相对功率均显著高于对照组（Bonferroni校正后p<0.05），提示失眠患者存在皮层过度觉醒及睡眠连续性受损。

**3.3 短睡眠型失眠症患者与对照组的血清学指标分析**

失眠组血清5-HT及BDNF水平显著高于对照组（p<0.05），OXA水平亦显著升高（p<0.01）。MT水平在两组间无显著差异（p=0.315）。ROC曲线分析显示，5-HT、BDNF及OXA的曲线下面积（area under the curve, AUC）分别为0.676、0.702及0.721（p<0.05），提示其对失眠具有一定的判别能力。

**3.4 短睡眠型失眠症患者与对照组的肠道菌群分析**

α多样性分析显示，两组间Shannon及Simpson指数无显著差异（p>0.05），表明物种丰富度及均匀度相当。β多样性分析（基于Bray-Curtis距离矩阵的PCoA及Adonis检验）显示，两组间菌群组成差异显著（Pr=0.037）。在门水平上，Firmicutes_A、Bacteroidota和Proteobacteria为优势菌门。LEfSe分析共鉴定出35个显著差异的肠道微生物分类单元，其中Evtepia、Anaerostipes和Blautia_A在失眠组中丰度升高，而Faecalibacterium、Dialister、Megamonas、Roseburia等6个属在对照组中显著富集。随机森林（random forest, RF）分析表明，Blautia_A、Roseburia_inulinivorans及Faecalibacterium是区分两组的最重要菌属。ROC曲线显示Blautia_A对失眠的诊断准确率最高（AUC=0.661）。OPLS-DA分析揭示Klebsiella对两组差异贡献最大。关联网络分析显示，失眠组肠道菌群节点连接更集中、模块分布不均，整体协作关系较对照组松散。功能预测分析显示，L-甲硫氨酸补救循环III及S-甲基-5-硫代-α-D-核糖1-磷酸降解途径在对照组中显著富集（FDR<0.05），主要编码菌属为Bacillus。

**3.5 短睡眠型失眠症患者多导睡眠监测参数、血清学标志物及肠道菌群的相关性分析**

Spearman偏相关分析显示，MT与SL呈显著负相关（R=-0.474, p=0.009），OXA与SE呈负相关（R=-0.396, p=0.031）而与SL呈正相关（R=0.433, p=0.018），OXA与REM睡眠期间delta波相对功率呈正相关（R=0.428, p=0.019）。OXA与Anaerostipes呈显著负相关（R=-0.528, p=0.009）。Anaerostipes与NREM睡眠期间theta及beta波相对功率正相关，Dialister与N3睡眠及其占比呈显著负相关（p<0.01），Roseburia与REM睡眠正相关，Evtepia与NREM睡眠期间theta、alpha及beta波相对功率正相关，Faecalibacterium与NREM睡眠期间alpha波相对功率正相关（R=0.326, p=0.040）。RDA分析显示，PSG参数及血清指标共同解释了58.42%的样本分布方差，其中N3睡眠（R2=0.2344, p=0.014）和SL（R2=0.1857, p=0.044）对肠道菌群标志物的分布具有统计学显著影响。

**四、讨论与结论**

本研究系统揭示了短睡眠型失眠症患者在多导睡眠监测参数、血清学标志物及肠道菌群三个层面的特征性改变及其相互关系。PSG结果表明，短睡眠型失眠症患者存在显著的睡眠连续性破坏和皮层过度觉醒，表现为SE降低、WASO增加、微觉醒频率升高及高频脑电活动增强。血清学方面，5-HT、BDNF及OXA水平的升高可能反映了长期睡眠剥夺所积累的睡眠稳态压力及觉醒系统的过度激活。肠道菌群方面，尽管α多样性无显著改变，但β多样性差异显著，失眠组中Evtepia、Anaerostipes及Blautia_A丰度的升高可能与肠道 GABA代谢、丁酸及乙酸生成及负反馈调节机制相关，而Dialister和Roseburia等产短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）菌属的减少则可能涉及肠道屏障功能受损及炎症反应。相关性分析进一步证实了肠道菌群、睡眠参数与血清标志物之间的密切关联，特别是N3睡眠和SL在菌群分布中的重要作用。这些发现提示，针对肠道菌群的靶向调节（如益生菌干预、粪菌移植等）可能成为改善短睡眠型失眠症的新策略。然而，本研究作为真实世界探索性分析，样本量有限，未来需扩大样本并通过动物模型及干预性研究进一步验证肠道菌群在失眠发病中的因果机制及治疗潜力。