Сон - востребованный ресурс: мы хотим его, он нам нужен, но большинство из нас не получает его в достаточном количестве.
Такие факторы, как стресс, смена часовых поясов, работа, питание и время, проведенное за компьютером, мешают нам получить 7-9 часов крепкого сна, необходимого для восстановления после физиологических нагрузок в течение дня. Но в этой истории есть нечто большее, чем путешествия и мобильные телефоны. Количество сна и его качество могут быть связаны с причинами микробного происхождения. «Сон - очень индивидуальная вещь», - говорит Джон Крайан, профессор и заведующий кафедрой анатомии и нейронаук в Университетском колледже Корка (Ирландия). "Некоторые люди спят меньше, некоторые - больше. Может ли это быть связано с составом их микробиома?"
Сон необходим для закрепления воспоминаний, регенерации тканей и накопления энергии для эмоциональной регуляции и бодрости в течение дня. Недостаток сна нарушает эти процессы, усиливает стресс и предрасполагает людей к сердечным, психиатрическим и неврологическим проблемам. Мы можем в какой-то степени контролировать процесс сна, но многие части головоломки, в частности на клеточном уровне, находятся вне нашего контроля. Некоторые из них, по сути, находятся в нашем кишечнике. Исследования на животных моделях и людях показывают, что существует двунаправленная связь между составом микробиоты кишечника и качеством и продолжительностью сна. У мышей изменение микробного сообщества кишечника, например, в результате лечения антибиотиками, может привести к ухудшению сна и его фрагментации.
Действительно, более разнообразный микробиом в целом коррелирует с увеличением эффективности сна и его общей продолжительности. Более крепкий сон также связан с большим количеством бактерий с полезными для здоровья метаболическими функциями, такими как производство короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), в то время как такие состояния, как бессонница, связаны с меньшим количеством этих микроорганизмов. Вызывает ли бессонница эти изменения или наоборот, пока неясно - скорее всего, они влияют друг на друга. Как и многие другие процессы в нашем организме, состав микробиома естественным образом изменяется в течение дня. Эти изменения связаны с циркадными ритмами организма, а изменения во сне (например, смена часовых поясов) могут нарушать ритмы микробиоты, что приводит к важным последствиям для здоровья.
"[Что] мы обнаруживаем при расстройствах, связанных со стрессом, [и] при многих психических расстройствах в целом, так это то, что они часто связаны с нарушением сна и дисрегуляцией сна и циркадных ритмов. И поэтому меня всегда занимало стремление понять, как это работает", - говорит Крайан. Недавно его лаборатория показала на животных моделях, что суточные колебания стрессовых механизмов, тесно связанных со сном (например, уровня кортизола), регулируются микробиомом. «Мы обнаружили, что в мозге есть цепи, чувствительные к микробным сигналам», - поделился он. Теперь исследователи пытаются определить механизмы, которые лежат в основе этой чувствительности.
Эрика Инглиш, аспирантка в лаборатории известного исследователя сна Джеймса Крюгера из Университета штата Вашингтон, считает, что ответ на вопрос, как микробы регулируют сон, частично зависит от исследований, начавшихся более 100 лет назад. В то время ученые «пытались брать [спинномозговую] жидкость у лишенных сна животных и вводить ее нормальному, здоровому контрольному животному, чтобы оно засыпало или становилось очень сонными», - рассказывает она. Это побудило исследователей выяснить, какие вещества в жидкости отвечают за этот эффект. Одно из таких соединений, известное как фактор S, было обнаружено в 1970-х годах.
Но что именно представляет собой фактор S? Крюгер и его коллеги были полны решимости выяснить это. Они очистили и охарактеризовали это соединение, взяв его из мозга животных, находящихся в состоянии лишения сна, и из литров человеческой мочи («сборник» малых молекул организма). Результат: фактор S оказался мурамиловым пептидом - компонентом пептидогликана, выделяемого бактериями в процессе их роста и деления. Примечательно, что млекопитающие не могут производить мурамиловые пептиды, а значит, их присутствие и наблюдаемые свойства, вызывающие сон, происходят от бактерий.
Исследования последних лет показали, что эти микробные пептиды попадают в кровоток из кишечных бактерий и преодолевают гематоэнцефалический барьер, связываясь с рецепторами в мозге, которые вызывают реакции, связанные со сном. Недавно Инглиш обнаружила, что уровень этих пептидов «колеблется в течение дня». Их уровень в разных областях мозга различен. Если вы изменяете или прерываете нормальный цикл сна, эти уровни меняются и изменения уникальны в зависимости от области мозга, которую вы рассматриваете", - пояснила она. Эти результаты свидетельствуют о том, что в мозге существует система регуляции, управляющая реакцией на бактериальные продукты. И эта реакция во многом связана с иммунной системой. Мурамиловые пептиды стимулируют высвобождение регуляторных цитокинов (молекул, выделяемых иммунными клетками), которые, как известно, участвуют в процессе сна. Эта связь между сном и иммунной системой очевидна в контексте инфекции (то есть болезнь делает человека утомленным), но цитокины, похоже, также лежат в основе регуляции сна через ось кишечник-мозг.
Хотя сон зависит от активности мозга, Инглиш сделала любопытное наблюдение: если в животных моделях нарушить работу областей мозга, связанных с циклом сон-бодрствование, а затем дать им мурамиловые пептиды, они все равно будут хотеть спать. Эти результаты опровергают идею о том, что сон - это только глобальный процесс, контролируемый сложными мозговыми цепями. Это также локальный феномен, инициируемый на клеточном уровне. После периодов интенсивной работы небольшие локальные группы клеток в мозге «засыпают», то есть некоторые участки мозга могут впадать в состояние сна (характеризующееся замедлением электрической активности и выделением "сонных" цитокинов), в то время как другие остаются бодрствующими. Глобальный сон наступает, когда эти разрозненные локальные циклы сна/бодрствования синхронизируются.
"У нас есть двухпроцессная модель сна, [и] мы теперь знаем, что существуют отдельные нейронные системы регуляции: одна - классическая цепь регуляции сна, и другая, чувствительная к микробным продуктам и выделяющая сомногенные [вызывающие сон] цитокины", - отмечает Инглиш. «Микробы дают нам возможность соединить эти два элемента регуляции сна, которые до сих пор были разделены». Если сон сложен и динамичен, то и микробы влияют на него. Помимо мурамиловых пептидов, микробы кишечника ежедневно производят и выделяют множество молекул. Некоторые из них, например бутират и метаболиты, связанные с синтезом мелатонина, могут прямо или косвенно влиять на сон. Расширение репертуара известных микробных метаболитов (и их производителей), участвующих в процессе сна, а также клеточных механизмов хозяина, ответственных за их обнаружение и реагирование на них, является первоочередной задачей в этой области. Бактерии были и останутся в центре внимания, однако Крайан подчеркнул важность расширения диапазона исследований за счет включения фагов, архей и других видов микробов, обитающих в нашем кишечнике.
Для многих ученых цель таких исследований состоит в том, чтобы использовать полученные открытия для разработки основанных на микробах стратегий улучшения сна. “Я надеюсь, что чем больше мы сможем определить и описать механизмы, которые участвуют в взаимодействии микробов с кишечником и мозгом и связаны со сном и циркадными ритмами, тем больше это расширит наши возможности по разработке новых методов лечения нарушений сна”, - говорит Инглиш.
Имеются данные, свидетельствующие о том, что некоторые виды пробиотиков (например, лактобактерии и бифидобактерии) связаны с изменением метаболического профиля микроорганизмов и улучшением качества сна. В одном исследовании было установлено, что у взрослых, получавших Bifidobacterium animalis subsp. в течение 8 недель, качество сна, измеренное с помощью широко используемого опросника для самооценки, было лучше, чем у пациентов, принимавших плацебо. Крайан и коллеги продемонстрировали в исследовании с участием 20 студентов колледжа, что те, кто принимал пробиотический штамм бифидобактерий в течение 8 напряженных недель, предшествовавших экзамену, отмечали лучший сон, чем те, кто получал плацебо, что еще раз подчеркивает взаимосвязь между кишечными микробами, стрессом и сном.
Еще один возможный способ - это прием пребиотиков и пищевых добавок, которые прямо или косвенно влияют на сон. Существуют ли определенные продукты (например, богатые триптофаном), которые можно употреблять в определенное время суток, чтобы сформировать нужный микробиом кишечника и обеспечить оптимальный сон? Возможно, хотя исследования еще не подтвердили идею “хронорецепта для микробиома”, как выразился Крайан. Несмотря на меньшую распостраненность (и привлекательность), несколько небольших исследований также показали, что трансплантация фекальной микробиоты может улучшить сон у людей, страдающих хронической бессонницей, что указывает на этот потенциальный способ улучшения сна при определенных обстоятельствах.
Тем не менее, большинство исследований, в которых оценивалось влияние изменений микробиоты на сон, были небольшими и нуждаются в дальнейшей проверке, прежде чем они смогут оказать ощутимое влияние на процесс сна. Сон также сложен — микробы являются не единственным решением проблемы плохого сна, а одним из многих внутренних и внешних факторов, влияющих на качество нашего сна. “Наряду с диетой и физическими упражнениями, сон является еще одной частью этой тройки факторов, которая действительно важна для нашего общего благополучия и нашего способа ориентироваться в мире”, - сказал Крайан. “Что я хотел бы видеть, так это то, что мы можем улучшить самочувствие и, возможно, психическое здоровье, понимая взаимосвязь микробиома со сном”.
