整合代谢组学和肠道菌群探讨生、炒酸枣仁改善睡眠的作用机制特点

本研究整合代谢组学技术和肠道菌群分析,探讨生、炒酸枣仁(Ziziphi Spinosae Seme,ZSS;Fried Ziziphi Spinosae Semen,FZSS)对失眠小鼠内源性代谢物及肠道菌群结构的影响。动物实验获得山西中医药大学伦理委员会的批准(批准号:2021DW172)。通过腹腔注射对氯苯丙氨酸(PCPA)复制小鼠失眠模型,分别给予ZSS、FZSS治疗5天,开展戊巴比妥钠诱导睡眠实验,考察ZSS、FZSS协同助眠作用。采用UPLC-Q-Orbitrap MS对失眠小鼠血清进行代谢轮廓分析,结合多元统计分析,筛选差异代谢物,并借助MetaboAnalyst 5.0构建相关代谢通路与网络。利用16S rRNA分析肠道菌群结构及筛选差异性菌群。结果显示,戊巴比妥钠诱导睡眠实验中,与模型组相比,ZSS、FZSS均可降低睡眠潜伏期并延长睡眠时间;血清代谢组学结果显示,共鉴定36种与失眠相关的潜在生物标志物。与模型组相比,ZSS和FZSS组分别鉴定25和27种差异代谢物,其中ZSS、FZSS均可显著回调共有的20种差异代谢物。共涉及10条与氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢调控机制密切相关通路。苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,半胱氨酸和甲硫氨酸等5条代谢通路是ZSS组、FZSS组共有调控途径;而花生四烯酸代谢是ZSS改善睡眠的独有代谢途径;谷氨酸和谷氨酰胺等3条代谢通路是FZSS改善睡眠独有的调控途径。PCoA分析表明ZSS组、FZSS组菌群结构均有向空白组恢复的趋势;ZSS、FZSS均可促进普沃菌属丰度下降,而上调乳酸菌属丰度。LEfSe和相关性分析表明血清差异代谢物犬尿喹啉酸、L-谷氨酸、D-脯氨酸与ZSS组差异菌γ-变形菌纲呈显著正相关;5-羟色胺、乙酰胆碱、L-甲硫氨酸与FZSS组差异菌乳酸菌属呈显著正相关。综上,ZSS与FZSS均可影响氨基酸、能量及脂质等代谢通路并调控肠道菌群结构,从而发挥治疗失眠作用,但在具体的代谢通路及肠道菌群各有特点。本研究结果为阐明ZSS、FZSS治疗失眠作用机制提供了实验基础,为指导临床合理用药提供科学依据。