长双歧杆菌B18调节药理学诱导的大鼠睡眠参数并伴随色氨酸-褪黑素代谢改变

《Foods》：Bifidobacterium longum B18 Modulates Pharmacologically Induced Sleep Parameters in Rats in Association with Altered Tryptophan–Melatonin Metabolism

　　

睡眠障碍是一个日益严重的公共卫生问题，然而目前药理学干预措施因耐受性、依赖性和反跳性失眠而受限。本研究评估了长双歧杆菌B18的益生特性及其对雄性Sprague–Dawley大鼠药理学诱导睡眠参数的影响，重点关注色氨酸相关代谢和肠道菌群组成。体外实验显示，B18表现出良好的益生特性、无可检测的溶血活性，并对所测试的所有8种抗菌药物均敏感。体内实验显示，B18显著缩短了巴比妥钠诱导的睡眠潜伏期，并延长了戊巴比妥钠诱导的睡眠持续时间（p < 0.05）。对粪便、血浆和海马的靶向代谢组学分析显示，色氨酸和褪黑素浓度升高，而5-羟色氨酸（5-HTP）和5-羟色胺（5-HT）保持不变。B18还与较低的犬尿氨酸/色氨酸（Kyn/Trp）比值相关，尽管血浆犬尿氨酸（Kyn）浓度未改变。还观察到褪黑素/5-羟色胺（MT/5-HT）比值升高和海马芳基烷基胺N-乙酰转移酶（AANAT）水平升高，支持其与褪黑素相关代谢增强的关联。肠道菌群分析显示，与地西泮（DZP）组相比，B18组中双歧杆菌属和乳杆菌属的丰度更高，而脱硫弧菌属的丰度低于对照组（CTR）。探索性相关分析进一步显示，双歧杆菌属丰度与粪便色氨酸和褪黑素水平呈正相关，与Kyn/Trp比值呈负相关。总之，这些发现表明，长双歧杆菌B18调节药理学诱导的睡眠参数，并伴随色氨酸-褪黑素代谢和肠道菌群组成的改变，支持进一步评估B18作为睡眠相关功能应用的候选益生菌。

睡眠障碍是日益严峻的全球公共卫生挑战，目前临床常用的苯二氮卓受体激动剂、褪黑素制剂和抗组胺药物存在耐受性、依赖性及停药后反跳性失眠等局限。肠道菌群通过肠脑轴与中枢神经系统进行双向神经内分泌-免疫对话，色氨酸（Trp）代谢是其中的关键枢纽。Trp在体内主要经犬尿氨酸（Kyn）通路分解（约占总代谢90%），少部分经血清素途径合成褪黑素（MT），芳基烷基胺N-乙酰转移酶（AANAT）为该途径的限速酶。特定双歧杆菌和乳杆菌菌株可影响Kyn通路和MT合成。长双歧杆菌B18（Bifidobacterium longum B18）是一株新分离菌株，其益生特性及对睡眠的影响此前尚不清楚。研究人员假设B18补充可改善睡眠参数，且其作用与肠道菌群组成及Trp代谢改变相关。该研究发表于《Foods》期刊。

研究人员首先通过体外实验评估B18的安全性及益生特性，随后在药理学诱导的大鼠睡眠模型中验证其促睡眠活性，并采用靶向代谢组学、16S rRNA基因测序和ELISA等多组学手段解析机制。关键技术与方法包括：使用SPF级雄性Sprague–Dawley大鼠（8周龄，购自珠海百世通生物科技有限公司），随机分为对照组（CTR）、B18组和地西泮组（DZP），每组10只，连续35天灌胃；采用戊巴比妥钠诱导睡眠时长和巴比妥钠诱导睡眠潜伏期实验；利用UHPLC-MS/MS定量粪便、血浆和海马中的Trp、5-HTP、5-HT、MT、Kyn及5-HIAA；对粪便菌群V3–V4区进行Illumina MiSeq测序；ELISA检测海马AANAT含量。每组6只大鼠纳入代谢分析，其中5只用于菌群测序。

结果部分：

B18的溶血活性和抗生素敏感性：血平板培养显示B18呈γ-溶血（不裂解红细胞），微量肉汤稀释法测定显示其对氨苄西林、万古霉素、庆大霉素、链霉素、红霉素、克林霉素、四环素和氯霉素均敏感，所有MIC值均低于EFSA微生物临界值。

B18对模拟胃肠液的耐受性：在模拟胃液（pH 3.0）中处理3小时后存活率为83.88%，随后在模拟肠液（pH 8.0）中继续处理3小时后存活率仍达76.78%，表明B18具有较强胃肠道耐受性。

B18的自聚集和共聚集能力：自聚集率随时间延长逐渐升高，9小时达65.73%；与大肠杆菌O157:H7的共聚集率在9小时达到42.29%，提示其可能有利于肠道定植并竞争性排除病原菌。

B18的表面疏水性：采用二甲苯系统测定，B18表面疏水性为62.86%，表明其具有较高表面疏水性，有利于黏附。

B18延长戊巴比妥钠诱导睡眠时间并缩短巴比妥钠诱导睡眠潜伏期：与CTR相比，B18显著缩短巴比妥钠诱导的睡眠潜伏期并延长戊巴比妥钠诱导的睡眠持续时间（p < 0.05），但未增加亚阈剂量下的入睡率，也未在无药物诱导时独立促睡眠，提示其并非经典镇静催眠剂。

B18对血浆、粪便和海马中色氨酸相关代谢物的影响：靶向代谢组学显示，B18组粪便、血浆和海马中的Trp和MT浓度均显著高于CTR和DZP组；5-HTP、5-HT和5-HIAA在各组间无显著差异；粪便和海马中的Kyn浓度较CTR降低，血浆Kyn无显著变化。

B18改变Kyn/Trp比值并增强褪黑素相关代谢：B18组粪便和血浆Kyn/Trp比值均显著低于CTR和DZP组，海马Kyn/Trp比值也低于CTR；粪便、血浆和海马MT/5-HT比值较CTR升高；B18组海马AANAT水平显著高于CTR和DZP组。Spearman相关分析显示粪便Trp和MT水平与巴比妥钠睡眠潜伏期呈负相关，与戊巴比妥钠睡眠时长呈正相关，支持Trp-MT代谢变化与睡眠参数改善相关联。

补充B18后大鼠肠道菌群组成变化：16S rRNA测序显示，DZP组α多样性（ACE、Chao1、Sobs）较CTR显著降低，而B18组与CTR无显著差异。PCoA显示三组菌群结构分离，DZP组与CTR/B18明显分开。DZP组Bacillota/Bacteroidota比值较CTR显著降低。LEfSe分析（LDA评分>2）显示B18组富集双歧杆菌属（Bifidobacterium）、放线菌纲等，DZP组富集拟杆菌纲、副拟杆菌属等。

差异菌属与色氨酸相关代谢的关联：B18组Bifidobacterium和Lactobacillus相对丰度显著高于DZP组，Desulfovibrio丰度显著低于CTR。经Benjamini–Hochberg FDR校正后的Spearman相关分析显示，Bifidobacterium丰度与粪便Trp及MT水平呈正相关，与Kyn/Trp比值呈负相关，提示双歧杆菌属可能参与Trp-MT代谢的调节。

讨论部分指出，B18对睡眠参数的作用可能并非直接中枢抑制，而是通过调节Trp代谢和肠道菌群间接实现。Kyn/Trp降低可能反映犬尿氨酸通路活性改变，而海马AANAT升高提示褪黑素合成增强。与DZP组相比，B18组双歧杆菌和乳杆菌丰度升高，Desulfovibrio丰度降低，后者可能与减少炎症信号有关。研究局限性包括未采用EEG记录以评估睡眠结构、样本量较小、仅使用雄性大鼠、缺乏菌株水平追踪等。

研究结论：长双歧杆菌B18是一株具有良好功能特性的有前景的益生菌候选菌株，能调节药理学诱导的大鼠睡眠参数。B18补充与色氨酸相关代谢改变相关，表现为Kyn/Trp比值降低、Trp和MT浓度升高，以及海马AANAT水平升高。肠道菌群分析进一步揭示治疗相关的菌群组成差异，包括B18组Bifidobacterium和Lactobacillus丰度高于DZP组，Desulfovibrio丰度低于CTR。总之，这些发现支持B18对睡眠参数的影响与色氨酸-褪黑素代谢及肠道菌群组成的改变相关，为B18作为睡眠相关功能食品的候选益生菌提供了依据。