微生态制剂治疗睡眠障碍的研究进展*

王一帆，陈晓风，魏蔚，白琛，王君宜，李泓瑶，郭蓉娟

（1.北京中医药大学东方医院，北京 100078； 2.云南中医药大学第一附属医院，云南 昆明 650021； 3.北京中医药大学东方医院 心身医学科，北京 100078）

睡眠障碍表现为睡眠-觉醒周期启动和维持过程中功能紊乱，包括失眠、睡眠相关呼吸障碍、昼夜节律紊乱、异态睡眠、睡眠相关运动障碍、睡眠相关内科和神经疾病等。睡眠障碍与代谢疾病、炎症疾病、心血管疾病、神经精神疾病等相关，是一个未受到充分重视的公共卫生问题[1-2]。2019 年新型冠状肺炎的大流行进一步加剧了睡眠问题[3]，全球睡眠障碍患病率达48%[4]。

由于在医院和基层医疗卫生机构中常常被忽视，睡眠障碍患者往往缺乏有效的治疗[1]。临床治疗睡眠障碍仍以作用于γ - 氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）受体的镇静催眠药苯二氮䓬类和非苯二氮䓬类药物为主，但由于对心理或生理耐受、药物依赖及不良反应的担忧[2]，不少患者并不能规范使用镇静催眠类药物。而作为睡眠障碍一线治疗的认知行为疗法，也因患者的依从性及医生的沟通时限不能很好地推广[1-2]。因此，目前睡眠障碍的治疗方案不能满足临床需求，亟须更多新疗法。

既往对睡眠障碍的机制研究多集中在中枢神经方面[5]。随着测序和多组学分析技术的发展，肠道微生物群在疾病中的作用逐渐受到重视。肠道微生物参与肠脑轴的功能反应，在肠道与大脑的信息交流中发挥着非常重要的作用[6]，形成了微生物-肠-脑轴（microbiota-gut-brain-axis, MGBA）。近年来研究发现睡眠-觉醒周期的启动和维持不仅受中枢系统的调节，而且还受MGBA 的影响[7]。

1 睡眠障碍与MGBA

临床研究显示失眠障碍患者或急性睡眠剥夺（sleep deprivation, SD）受试者较健康人群存在肠道菌群α 多样性和β 多样性的降低，厚壁菌门与拟杆菌门的比值降低，拟杆菌增加[8-9]。动物研究也有一样的趋势，睡眠不足的小鼠结肠微生物群的多样性和丰富度降低，包括阿克曼菌、拟杆菌和粪杆菌等有益菌[10]。一项动物研究显示，肠道微生物群的耗竭能够增加SD 小鼠在黑暗环境中的非快速眼动（non-rapid eye movement, NREM）睡眠和快速眼动（rapid eye movement, REM）睡眠时间，并且伴随从NREM 到REM 的频繁过渡[11]。移植阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea, OSA）肠道菌群的小鼠出现具有OSA 特征的嗜睡现象，增加睡眠时间和睡眠频率，表明睡眠障碍可以由异常的肠道菌群介导[12]。一项系统综述和荟萃分析表明，食用益生菌或后生元能显著降低匹兹堡睡眠质量指数（pittsburgh sleep quality index, PSQI）评分，改善睡眠质量[13]。可见，肠道菌群可以通过MGBA 直接或间接地有助于睡眠的调节，可能在睡眠障碍的病因和发病机制中起关键作用[11,14]。调节肠道菌群可能是开发新的睡眠障碍疗法的一个有潜力的途径。

针对MGBA 治疗睡眠障碍的微生态制剂应运而生。广义的微生态制剂指用于提高人类、畜禽宿主或植物寄主健康水平的人工培养菌群及其代谢产物，或促进宿主或寄主体内正常菌群生长的物质制剂的总称[15]。目前研究中所用微生态制剂包括益生菌、益生元、合生元、后生元、菌群移植，笔者将其治疗睡眠障碍的研究进展综述如下。

2 微生态制剂治疗睡眠障碍的研究现状

2.1 益生菌

具有精神或神经系统疾病健康益处的益生菌通常被称为精神生物，可能通过靶向MGBA 来改善睡眠[16-17]。针对睡眠障碍的益生菌研究以乳杆菌和双歧杆菌为主，具体研究中有单纯服用活菌或活菌发酵食物2 种方式。临床研究以单纯服用活菌为主，有单种菌或混合菌。临床研究显示服用植物乳杆菌PS128 能改善失眠症患者或高压力信息技术专家的抑郁症状和睡眠质量[18-19]。一项临床研究表明，在慢性考试压力期间，患者食用双歧杆菌或干酪乳杆菌菌株Shirota 可改善睡眠质量和持续时间，增加第1 个睡眠周期的Delta 功率，延长N3 睡眠时间[20]。服用含有发酵乳杆菌LF16、鼠李糖乳杆菌LR06、植物乳杆菌LP01 和长双歧杆菌的益生菌混合物6 周，可以通过改善情绪和睡眠质量的各个方面来改善心理健康[21]。一项为期8 周的双盲安慰剂对照试验显示，患者服用罗伊氏乳杆菌NK33 和青少年双歧杆菌NK98 的混合物NVP-1704 能降低PSQI评分和失眠严重程度指数，增加双歧杆菌科和乳酸杆菌科，减少肠道微生物群组成中的肠杆菌科[22]。WEST 等[23]比较了服用嗜酸乳杆菌DDS-1 或动物双歧杆菌亚种UABla-12 对压力的作用，提示两者均可以改善压力的生物学影响，UABla-12 也可以改善睡眠质量，且UABla-12 菌株在粪便恢复方面引起了更大的倍数变化。服用产GABA 的特性菌株制得的复合益生菌制品2 周能降低PSQI 评分，改善睡眠质量[24]。

动物研究中发现，服用发酵乳杆菌PS150 可以显著降低小鼠的睡眠潜伏期并增加睡眠持续时间，具有特异性改善睡眠的作用，可能与增加小鼠下丘脑抑制性神经递质腺苷1 受体的基因表达有关[25]。PS150 还可恢复小鼠首夜效应下的NREM 睡眠长度，引起粪菌中丹毒丝菌、放线菌和红蝽菌的表达显著增加[26]。短乳杆菌DL1-11 是一种具有高GABA 生产能力的菌株，动物研究证实服用短乳杆菌DL1-11发酵的牛奶可以延长睡眠时间、缩短睡眠潜伏期，可能通过调节肠道菌群、增加短链脂肪酸水平改善睡眠[27]。使用短乳杆菌ProGA28 可减轻与压力相关的睡眠障碍，缩短睡眠潜伏期，延长安静睡眠时间，这可能与副交感神经活动增加和焦虑样行为减少有关[28]。

以上研究表明益生菌可以改善睡眠障碍，尤其是压力、应激伴随的睡眠障碍。未来的研究应该探索益生菌在失眠、昼夜节律失调、夜班、时差和其他睡眠障碍中的疗效。

2.2 益生元

益生元是一种不可消化的化合物，可通过肠道微生物的代谢，调节肠道微生物群的组成和/或活性，常见的益生元有菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖（Galactooligosaccharides, GOS）、人乳低聚糖、聚葡萄糖（Polydextrose, PDX）等[29]。益生元的研究以GOS和PDX 组合居多。COLOMBO 等[30]研究表明，服用添加益生元（PDX 和GOS）的婴儿配方奶粉可改善婴儿睡眠-觉醒模式，延长婴儿的小睡时间，并保持白天清醒状态，可能与双歧杆菌和毛螺菌的显著增加有关，因为该细菌家族可产生丁酸盐。

THOMPSON 团队[14,31-32]致力于益生元奶粉（GOS和PDX）的研究，研究发现大鼠在生命早期服用益生元奶粉，可改善大鼠睡眠剥夺、急性应激源（尾部电击）或慢性节律紊乱暴露后NREM 睡眠和REM 睡眠质量，稳定肠道微生物α 多样性和昼夜节律。其机制可能是增加大鼠肠道青春双歧杆菌和柔嫩梭菌的相对丰度，改善胆汁酸代谢谱[31-32]，减少大鼠肠道微生物群酮类固醇代谢物，减弱神经活性类固醇信号转导来改善睡眠[7]。THOMPSON 团队[14,32]发现脱铁杆菌、鲁米尼梭菌5 和牛磺胆酸与较长的NREM 睡眠时间存在显著的线性关系，鲁米尼梭菌5和牛黄胆酸与核心体温节律恢复明/暗周期有关[14]。以上研究证明了益生元在治疗睡眠障碍方面的潜力。

2.3 合生元

合生元由益生菌菌株和益生元食品组成。合生元治疗睡眠障碍的研究较少，一项随机临床试验显示，服用含有菊粉、嗜酸乳杆菌LA-5 和动物双歧杆菌BB-12 的合生元冰淇淋补充剂30 d 有利于调节肠道微生物群，可改善接受5 d 野外训练的健康年轻军人的紧张和嗜睡[33]。该研究显示，益生元菊粉的使用可能与不动杆菌属的增加有关，益生菌可能通过促进褪黑素和/或色氨酸的新陈代谢，促进双歧杆菌丰度增加，增加丁酸盐的产生发挥缓解嗜睡的作用。

2.4 后生元

国际益生菌和益生元科学协会在《Nature Reviews》子刊上发表了关于后生元的定义和范围的共识声明，指出后生元是对宿主健康有益的无生命微生物和/或其成分的制剂[34]。使用益生菌、益生元或合生元治疗某些疾病时，可能会出现效果不佳或是起效过慢的情况，这是因为益生菌在进入人体消化道后需要完成定植，通过竞争胃肠道黏附位置、平衡肠道菌群，才能达到促进身体健康的功效。研究人员发现直接采用活菌的代谢成分、菌体本身或裂解产物在一些情况下可以更快、更好地产生有益效果，将其命名为后生元[16]。相较于益生菌和益生元，后生元有自己独特的优势：灭活菌有更高的安全性；能更快速地发挥作用；无使用人群限制；更稳定，易保存；使用更灵活。

NISHIDA 等[35]发现，给予热灭活的加氏乳杆菌CP2305 24 周，显著改善了慢性压力学生的睡眠障碍，减弱了应激诱导的双歧杆菌下降和应激诱导的链球菌升高。服用热灭活肠定植加氏乳杆菌CP2305 可以缓解参加尸体解剖课程医学生的压力和睡眠质量，在男性中改善睡眠质量较明显，表现为缩短睡眠潜伏期、增加睡眠持续时间，提高了粪便普通拟杆菌和长链多瑞亚菌的比例。MATSUDA等[36]报道，口服罗伊氏乳杆菌的代谢产物麦角硫酮可增加抑郁症模型大鼠的REM 睡眠时间。短乳杆菌发酵γ-氨基丁酸可增加咖啡因诱导的黑腹果蝇的睡眠时间[37]。根据脑电图（Electroencephalogram,EEG）分析结果，膳食补充热杀灭短乳杆菌SBC8803可减少小鼠白天NREM 时间，延长夜间活动时间，调节小鼠昼夜节律运动和睡眠节律。大鼠脑电图EEG分析显示，LB-GABA 增加咖啡因诱导的失眠大鼠53%θ 波和59%δ 波，增加63% NREM 睡眠时间，导致睡眠时间延长35%[37]。

综上所述，后生元也有改善睡眠障碍的潜力。由于后生元的安全性高、适用性广、稳定性高的优势，较其他微生态制剂有更广泛的应用前景。目前关于后生元的确切作用机制尚未完全阐明，期待更多的研究阐明后生元的功能特性。

2.5 肠道菌群移植

肠道菌群移植有粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）和洗涤微生物群移植（washed microbiota transplantation, WMT）2 种方式。FMT 是一种将整个微生物群落转移到接受者肠道中治疗疾病的方法。一项系统综述报告称，FMT 可以改善自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）患者的易怒、多动和嗜睡症状[38]。一项观察性临床研究显示，FMT 可改善功能性胃肠疾病（functional gastrointestinal disorders, FGIDs）患者的睡眠相关症状[39]，表明FMT 对睡眠有改善作用。

WMT 在FMT 技术上发展而来。WMT 可以基于智能粪菌分离系统，对健康供体粪便完成菌群分离、漂洗，去除寄生虫卵、粪便颗粒和真菌，从而显著减少与FMT 相关的不良反应[40]。这种洗涤制剂可以提供精确剂量的富集微生物，相较于传统粪菌液的制备方法，具有更安全、更精确、更可控的特点。PAN 等[41]的回顾性研究显示，WMT 可以改善ASD 症状，降低儿童睡眠紊乱量表评分，改善睡眠质量。

菌群移植对于睡眠障碍的研究较少，目前仅有其他疾病伴随睡眠障碍的相关研究。从以上ASD、FGIDs 的研究可以看出，菌群移植是一个治疗睡眠障碍的新途径，但由于其操作的复杂性，不易在睡眠障碍的治疗中开展。WMT 技术的出现使菌群移植的精准化成为可能，但仍需要更多的研究确保有效性和安全性。此外，如何匹配合适的受体、配体也是一个技术优化的方向。

3 小结

目前微生态制剂中益生菌治疗睡眠障碍的研究最多，以乳杆菌和双歧杆菌为主。益生元与合生元的研究以食品添加为主，目前尚未有很好的临床证据。后生元可能在治疗睡眠障碍方面具有更大潜力。微生态制剂治疗睡眠障碍的机制尚不清楚。益生菌需要定植在肠黏膜，可能通过竞争营养、产生抗菌化合物或调节宿主免疫来改变肠道菌群，益生元能为肠道益生菌提供养分，促进其繁殖，两者可能通过MGBA 调节睡眠[16]。MGBA可能通过迷走神经对睡眠产生直接影响，或通过内分泌、代谢和免疫途径等间接途径调控睡眠[42]。后生元也可以通过对微生物组的有益调节，增强上皮屏障功能，调节免疫反应和全身代谢，或通过神经系统调控睡眠[34]。

综上所述，微生态制剂通过调节肠道菌群治疗睡眠障碍仍处在探索阶段，用于临床治疗仍面临巨大的挑战。目前的研究仅限于小样本研究，需要更多大样本、多中心、高质量的研究以取得更可靠的结论。此外，仍有一些技术瓶颈需要突破，如菌群移植需要确定影响睡眠的关键菌株，明确“健康”微生物的组分和标准。微生态制剂治疗睡眠障碍仍然值得期待，利用微生物测序和微生物培养技术，有助于发现睡眠/觉醒调节中的特定微生物物种，未来的研究也许有能力筛选和分类微生物群，如觉醒细菌、NREM 睡眠细菌和REM 睡眠细菌。值得欣喜的是，光遗传学方法已被用于精确控制微生物中细菌基因的表达，实现肠道细菌代谢的定量和时间控制[43]，有望为调控肠道菌群治疗睡眠障碍带来新的突破。