中國農業大學動物醫學院陳耀星教授團隊近日在《微生物組》（Microbiome）發表了題為“腸道菌群及其代謝物介導褪黑激素對睡眠剝奪誘導認知障礙的神經保護作用”（Gut microbiota-derived metabolites mediate the neuroprotective effect of melatonin in cognitive impairment induced by sleep deprivation）的研究論文，該論文首次從“微生物-腸-腦軸”角度探究了褪黑激素的神經保護作用，為防治睡眠不足導致認知障礙提供了新的治療思路。

　　對地球上所有的生命體來說，睡眠是無法割舍的基本生理活動。然而不論是人類還是動物，都麵臨著不同程度的睡眠缺失現象。據世界衛生組織估計，全球存在睡眠不足的人數超過總人口的33%。在中國，38.2%的成年人罹患失眠症，超過3億人罹患睡眠障礙。在動物飼養方麵，為了獲得更高的生產效益，多數飼養者會采取長時間光照製度或限位欄飼養模式，這些不當的飼養方式導致動物很難維持正常的睡眠狀態，進一步對動物造成較大的級聯傷害，比如精神沉鬱、消化道炎症和神經係統損傷等。普遍認為，認知功能障礙是睡眠剝奪導致的嚴重不良後果之一。然而，睡眠剝奪導致機體認知障礙的潛在機製尚不清楚。

　　腸道菌群也被稱為第二大腦，在生理和病理條件下都能通過微生物-腸-腦軸影響大腦穩態。近年研究發現，腸道菌群的組成及其代謝活動能夠對機體的腦功能行為產生重要影響。我們團隊前期也在睡眠剝奪小鼠上觀察到腸道菌群紊亂和腸屏障功能障礙的現象。褪黑激素是鬆果體分泌的主要激素，具有抗氧化，抗炎和抗凋亡的特性，最近研究也發現褪黑激素對腸道菌群具有調節作用。雖然我們之前已經發現褪黑激素能夠改善睡眠剝奪小鼠的認知障礙和腸道炎症，但腸腦軸是否在其中具有介導作用尚不清楚，其具體作用機製仍需進一步探究。

　　本研究通過建立糞菌移植實驗、氣單胞菌Aeromonas定植實驗和LPS或丁酸補充實驗，評估了腸道菌群及其代謝物在褪黑激素改善睡眠剝奪小鼠認知損傷中的介導作用。研究發現睡眠剝奪小鼠的腸道菌群移植給正常小鼠後導致其海馬小膠質細胞過渡激活，神經元凋亡和認知功能的下降，並伴隨著結腸腸道菌群的紊亂，具體表現為氣單胞菌Aeromonas和LPS水平的升高，毛螺菌Lachnospiraceae_NK4A136和丁酸水平的降低。而接受褪黑激素治療的睡眠剝奪小鼠的糞便菌群並不會給正常小鼠帶來上述損傷。進一步實驗發現氣單胞菌Aeromonas定植小鼠和LPS處理小鼠均表現出海馬炎症水平增加和認知功能障礙，其損傷與睡眠剝奪小鼠類似。然而補充褪黑激素後逆轉上述變化，同時伴隨著氣單胞菌Aeromonas和LPS水平的降低。此外，我們也發現給睡眠剝奪小鼠補充丁酸也可以恢複炎症反應和認知障礙。在體外試驗中我們也發現LPS的添加引起了BV2細胞的炎症反應，丁酸鹽的補充通過TLR4/NF-κB和MCT1/HDAC3信號通路改善了這一反應。

　　該研究重點闡釋了褪黑激素改善睡眠剝奪誘導機體認知障礙的作用及機製，研究成果幫助人們認識到動物飼養過程中保持高質量睡眠狀態的重要性和必要性，對改善和提高畜禽飼養策略的製定提供了理論依據。在人類醫學領域，也為褪黑激素改善失眠狀態下認知損傷的應用提供新的視角。

　　中國農業大學動物醫學院陳耀星教授為論文通訊作者，動物醫學院王心彤博士（現為營養與健康係博士後）為本文第一作者，該研究得到國家自然科學基金和北京市自然科學基金項目資助。