睡眠是一种稀缺资源——我们想要它，我们需要它，但大多数人却无法获得足够的睡眠。压力、时差、工作、饮食和屏幕使用时间等因素都会干扰我们获得7-9小时充足睡眠的能力，而这正是从日常生理消耗中恢复所必需的。
但这个问题不仅仅与旅行和手机有关。我们获得的睡眠量及其质量可能与"微生物床虫"有关联。
"睡眠是非常个人化的事情，"科克大学解剖学与神经科学系教授兼系主任John Cryan博士说。"有些人睡眠较少也能应付；有些人则需要更多。这是否与[他们的]微生物组构成有关？"
微生物影响睡眠——反之亦然
睡眠对于巩固记忆、再生组织以及为白天的情绪调节和警觉性积累能量是必需的。睡眠不足会破坏这些过程，增加压力，并使人易患心脏、精神和神经系统疾病。
我们可能对睡眠的方式有一定控制，但许多谜题——特别是细胞水平上的——超出了我们的掌控。事实上，其中一些谜题就在我们的肠道中。
动物模型和人类研究表明，肠道菌群的构成与睡眠质量和持续时间之间存在双向关系。在小鼠中，改变肠道微生物群落（例如通过抗生素治疗）可能导致睡眠质量下降，更加碎片化。
事实上，微生物组的多样性通常与更高的睡眠效率和总睡眠时间相关。更好的睡眠也与具有促进健康代谢功能的细菌丰度更高有关，例如短链脂肪酸(SCFAs)的产生，而失眠等状况则与这些微生物丰度较低相关。失眠是否导致这些变化，或者反之亦然，目前尚不清楚——很可能它们相互影响。
与许多支撑我们身体的化学物质和过程一样，微生物组的构成在一天中自然波动。这些变化与宿主的昼夜节律过程相关，睡眠的改变（例如时差）可能会扰乱微生物群的节律，从而产生重要的健康影响。
"我们在与压力相关的疾病中发现的，以及在许多心理健康疾病中普遍发现的，是它们通常与睡眠紊乱以及睡眠和昼夜节律的失调有关。因此，我一直致力于理解其工作原理，"Cryan说。
他的实验室最近在动物模型中表明，与睡眠密切相关的应激通路的日常波动（例如皮质醇水平）受到微生物组的调节。"我们发现大脑中存在对微生物信号敏感的神经回路，"他分享道。现在，研究人员正在寻求确定这些敏感性的潜在机制。
微生物如何调节睡眠
对于华盛顿州立大学兽医学院著名睡眠研究人员James Krueger博士实验室的博士生Erika English来说，微生物如何调节睡眠的答案部分取决于100多年前开始的研究。她说，当时科学家"积极研究如何从睡眠剥夺的动物中收集[脑脊液]，并将其注射到正常的健康对照动物体内，这些动物会入睡或变得非常困倦"。
这激发了对液体中负责这种效应的物质的研究。1970年代，一种被称为S因子的化合物被识别出来。
但S因子到底是什么？Krueger和他的合作者决心找出答案。他们从睡眠剥夺的动物大脑和大量人类尿液（体内小分子的"捕获器"）中纯化并表征了这种化合物。结果是：S因子是一种胞壁酰肽——细菌生长和分裂时脱落的肽聚糖成分。值得注意的是，哺乳动物不能制造胞壁酰肽，这意味着它们的存在和观察到的促睡眠特性源自细菌。
多年的研究表明，这些微生物肽从肠道细菌进入血液循环，并越过血脑屏障，与大脑中触发睡眠相关反应的受体结合。
English最近发现这些肽"在一天中波动。它们在大脑不同区域的水平不同。如果你改变或中断正常的睡眠周期，这些水平会发生变化，而变化根据你观察的大脑区域而有所不同，"她解释道。这些发现表明大脑中存在一个调节系统，指导对细菌产物的反应。
而这种反应与免疫系统有很大关系。胞壁酰肽促进调节性细胞因子（免疫细胞释放的分子）的释放，这些细胞因子已知参与睡眠。这种睡眠-免疫系统联系在感染背景下显而易见（即生病会使人疲倦），但细胞因子似乎也通过肠脑轴影响日常睡眠调节。
细胞水平的睡眠
虽然睡眠依赖于大脑的整体活动，但English指出一个有趣的观察结果：如果你在动物模型中破坏对睡眠-觉醒周期至关重要的大脑区域，然后用胞壁酰肽处理它们，它们仍然会感到困倦。
这些发现挑战了睡眠仅仅是受复杂大脑回路控制的全局过程的观点。它也是在细胞水平上启动的局部现象。
在高强度使用一段时间后，大脑中的小局部细胞群会"入睡"，这意味着大脑的某些区域可以进入睡眠状态（特征是电活动减慢和类似睡眠的细胞因子分泌模式），而其他区域则保持清醒。当这些不同的局部睡眠/觉醒周期同步时，就会发生全局睡眠。
"我们有这种睡眠的两过程模型，[并且]我们现在知道有独立的神经调节系统：一个将睡眠与动物的生态位联系起来（经典的睡眠调节回路），另一个对微生物产物敏感并分泌促眠[促睡眠]细胞因子，"English指出。"微生物实际上为我们提供了一种连接睡眠调节这两个元素的方法，而到目前为止，这两个元素一直是分开的。"
如果睡眠是复杂而动态的，那么微生物影响它的方式也是复杂的。除了胞壁酰肽外，肠道微生物每天都会产生并释放大量分子。一些分子，如丁酸盐和与褪黑激素合成相关的代谢物，可以直接或间接影响睡眠。
建立已知参与睡眠的微生物代谢物（及其生产者）的目录，以及负责检测和响应这些代谢物的宿主细胞机制，是该领域的首要任务。细菌一直是并且将继续是一个重要焦点，尽管Cryan强调了扩大视野，包括噬菌体、古菌和其他类型的肠道微生物的重要性。
肠道中的微生物产生多种在睡眠调节中发挥作用的代谢物。来源：Sejbuk, M., et al. Nutrients, 2024, CC BY 4.0
利用微生物改善睡眠
对许多科学家来说，这类研究的目标是利用这些发现来指导基于微生物的改善睡眠策略。"我希望我们能更多地定义和描述涉及微生物-肠道-大脑通路并与睡眠和昼夜节律相关的机制，[这将]扩大[我们开发]睡眠障碍的新治疗方法和治疗手段的能力，"English说。
有数据显示，某些益生菌种类（例如乳酸杆菌和双歧杆菌）与改变的微生物代谢特征相关，并能改善睡眠质量。一项研究发现，与安慰剂相比，接受8周动物双歧杆菌乳亚种（Bifidobacterium animalis subsp. lactis）的成年人睡眠质量更好，这是通过广泛使用的自报告问卷测量的。
Cryan的团队在一项涉及20名大学生的研究中证明，那些在考试前8个压力大的周内服用益生菌双歧杆菌菌株的人比那些接受安慰剂的人报告了更好的睡眠，进一步凸显了肠道微生物、压力和睡眠之间的交集。
直接影响或间接影响睡眠的益生元和饮食改变是另一条可能的途径。有没有特定的食物（例如富含色氨酸的食物）可以在一天中的特定时间食用，以塑造肠道微生物群落以获得最佳睡眠？可能有，尽管研究尚未跟上Cryan所说的"微生物组的时辰处方"这一想法。
虽然不太容易获取（也不太吸引人），但一些小型研究也表明，粪便微生物移植可能会改善慢性失眠患者的睡眠，这凸显了一种在特定情况下改善睡眠的潜在方法。
然而，大多数评估微生物群干预对睡眠影响的试验规模较小，需要进一步验证才能产生广泛的转化影响。睡眠也很复杂——微生物并不是解决睡眠问题的唯一方案，而是影响我们睡眠质量的众多内外因素之一。
"与饮食和锻炼一起，睡眠是那个三重奏的另一部分，对我们整体的健康和我们在这个世界上的生活方式非常重要，"Cryan说。"我希望看到的是，我们能够通过理解微生物组-睡眠相互作用来增强健康和潜在的心理健康。"
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