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睡眠健康与肠道健康之间的双向联系

谷禾健康

今日,两条关于睡眠问题登上热搜。

我国有超3亿人存在睡眠障碍,尤其过去这一年,人们整体入睡时间延迟2-3小时,对睡眠搜索量增长43%,看来睡眠问题正在影响越来越多人。

疫情致使整体入睡时间晚2-3小时_腾讯视频

睡眠是由人脑控制的一种复杂的生理行为过程,与免疫功能同为正常生活所必要的生理机能。睡眠是在漫长的一天之后舒缓和恢复的良好方式,睡眠可以让身体和大脑补充能量,良好的睡眠对于巩固记忆、处理信息、生长身体、修复肌肉,增强免疫,抵御疾病至关重要的。

睡眠障碍与各种疾病的发生和发展有关,例如肥胖,II型糖尿病,心血管疾病,抑郁症,癌症等。睡眠不足也会影响判断力和智力。

本文我们来详细了解下,睡眠障碍——这个大多数人都有可能遇到的难题。

首先,关于热搜第一条“睡够睡眠周期”到底什么意思呢?

01

正常生理性睡眠

要了解睡眠障碍之前,我们的先看下,正常生理性睡眠。

正常睡眠结构的特征是轻度睡眠,更深的慢波睡眠和快速眼动(REM)睡眠周期。

第一阶段睡眠(清醒和睡眠的过渡期)

第一阶段睡眠是睡眠周期的开始,被视为清醒和睡眠之间的过渡期。这段睡眠时间仅持续5-10分钟,其特征是混合频率的theta波(非常慢的脑波)。

第二阶段睡眠(体温下降,心率减慢)

第2阶段持续约20分钟,涉及混合频率的脑电波,具有快速的节奏性脑电波活动。在第2阶段,体温开始下降,心率开始减慢。

第三阶段睡眠(从轻度到深度过渡期)

第3阶段睡眠的特征是20%-50%的缓慢脑电波(称为δ波)。这是从轻度睡眠到深度睡眠的过渡时期。

第四阶段睡眠(缓慢脑电波)

阶段4的δ波大于50%,在此期间发生了缓慢的脑电波。阶段4持续约30分钟。

第五阶段睡眠(快速眼动睡眠)

睡眠的第5个阶段,即快速眼动(REM)睡眠,是大多数做梦的时候。第五阶段的特征是呼吸频率增加,大脑活动增加,体内各种代谢功能都显著增加。REM睡眠具有混合频率的EEG和theta波。成年人大约每90分钟出现一次REM睡眠。

睡眠以正常顺序开始,但随后以不规则的顺序循环进行。它开始于阶段1,然后进入阶段2、3和4。在阶段4睡眠之后,在开始REM(阶段5)睡眠之前,重复阶段3和2。REM睡眠结束后,身体通常会返回第2阶段睡眠。REM睡眠的第一个周期是入睡后约90分钟,并且只能持续很短的时间。每个周期,REM睡眠持续时间更长。

02

失眠标准及影响睡眠的因素

失眠是最普遍的睡眠障碍。判断失眠的标准:

标准一: 3个30分钟 

入睡时间 [ 入睡时间超过30分钟 ]

睡眠维持困难 [ 醒后再入睡超过30分钟 ]

早醒 [ 比平时提前醒来超过30分钟 ]

标准二:

以上情况 一周超过三天

标准三:

社会功能受损,第二天身体不适

如何判断失眠?权威专家来解答_腾讯视频

影响睡眠质量和持续时间的因素如下,多种内部和外部因素都会对其进行干扰。

Matenchuk Brittany A,et al., Sleep Med Rev, 2020

睡眠障碍与多种原因有关,通常与不良饮食以及饮食习惯、昼夜节律、压力情绪、生活方式、疼痛炎症、以及慢性疾病等有关。

引起睡眠障碍的原因有很多,但有一个容易被忽略,那就是肠道菌群。

03

肠道菌群与睡眠

人类微生物群是体内复杂,动态的生态系统。越来越多的研究表明它似乎以许多重要的方式与睡眠相互沟通,相互作用。

菌群改变与睡眠密切相关

研究表明失眠症患者和健康人群肠道微生物的组成、多样性和代谢功能发生了显著变化。随机森林结合交叉验证确定了两种标志性细菌,可用于区分失眠患者和健康人群——拟杆菌属,梭菌属

对微生物组组成的分析表明,拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度与睡眠质量呈相关,而Lachnospiraceae、棒状杆菌(Corynebacterium)、Blautia等几种菌与睡眠质量测量值呈相关。

Faecalibacterium是肠道微生物群中产丁酸菌,可能有助于双相患者减轻疾病负担和改善睡眠质量。其潜在机制可能是产生促进睡眠的丁酸盐。

高质量的睡眠与肠道菌群相关,包括Verrucomicrobia菌和Lentisphaerae菌 ,占比偏高,与认知功能改善相关。

乳酸菌数量与睡眠呈负相关。干酪乳杆菌对健康成年人的应激性睡眠障碍有有益作用。短乳杆菌对小鼠的睡眠节律有好处。

微生物组多样性(丰度,香农多样性和辛普森多样性)与睡眠质量和总睡眠时间增加呈正相关。

研究发现,睡眠不足与肠道微生物的多样性降低有关,睡眠越好,微生物组的多样性就越丰富。

一项2019年的研究发现,睡前60分钟(这是衡量睡眠量和睡眠质量的指标)与肠道微生物多样性降低26%有关。这是在控制了可能影响微生物组成的其他因素之后,包括饮食中纤维和脂肪的摄入量,体力活动和身体质量指数。

肠道微生物的多样性高有助于减轻压力和改善睡眠。除了睡眠不足之外,微生物组多样性的降低还与一系列健康问题有关,包括情绪障碍,焦虑,抑郁,免疫系统功能障碍和自身免疫性疾病。

失眠患者肠道菌群的α和β多样性发生了显著改变。睡眠时间减少可能会导致肠道菌群失调。

 肠道菌群是如何影响睡眠的呢?

可以通过肠道菌群与大脑之间的持续不断的相互作用来影响。主要有以下途径:

 · 免疫系统途径 

大脑和肠道微生物组都影响免疫细胞的活性,并依次相互影响。

肠道细菌被吞噬细胞(如巨噬细胞或中性粒细胞)吞噬并被消化;消化产物(如MPs、LPS)被释放到周围的细胞间液中。MPs和LPS反过来激活吞噬细胞(如锯齿状细胞膜所示),然后释放细胞因子。全身性细胞因子通过至少两种途径(迷走神经和血脑屏障)进入大脑。

免疫细胞在保持肠道微生物组健康方面发挥了重要作用,并且帮助免疫系统发挥最佳功能。这些细胞执行许多关键功能,包括:

帮助调控微生物组的组成

调节新陈代谢

限制炎症

保护肠道不受感染

保持肠壁坚固(并避免所谓的“漏肠”)

 ——细菌细胞壁结构成分影响睡眠

微生物细胞壁的结构成分不断刺激先天免疫系统产生细胞因子,产生一种免疫激活的基本状态,从肠粘膜表面开始,影响全身。

当细菌分裂、生长或死亡时,肽聚糖、脂多糖和其他成分被细菌酶降解或改变。宿主吞噬细胞如巨噬细胞和中性粒细胞也可以消化肽聚糖产生胞壁肽(小糖肽)。从革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌中分离出来的肽聚糖,诱导睡眠反应,例如,非快速眼动睡眠的持续时间和强度会增强几个小时。如果给吞噬细胞喂养细菌,它们就会释放出具有生物活性的胞壁酰肽;其中一些胞壁酰肽诱导睡眠反应与完整的肽聚糖和热杀死的整个细菌所诱导的睡眠反应相似。

细菌肽诱导肠巨噬细胞和T细胞产生细胞因子白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNFα)细菌细胞壁脂多糖(LPS)诱导IL-18的合成。

IL-1β,TNFa22,IL-18是非快速眼动睡眠的诱导因子。

其他微生物,如病毒及其组分也通过内源性受体(识别病原体相关分子模式,如Toll样受体)促进细胞因子的产生,从而影响睡眠。

· 神经内分泌途径 

肠道内有20多种肠内内分泌细胞,构成最大的内分泌器官。

肠道菌群直接参与多种神经递质,细胞因子和代谢产物的产生,例如5-HT,多巴胺,γ-氨基丁酸(GABA),SCFA和褪黑激素等。

某些乳酸杆菌和双歧杆菌可以产生GABA。在失眠患者中经常观察到GABA mRNA的异常表达。

大肠杆菌产生去甲肾上腺素、5-羟色胺和多巴胺;

链球菌和肠球菌产生5-羟色胺;

芽孢杆菌产生去甲肾上腺素和多巴胺。

Vernia F,et al., Int. J. Med. Sci.2021

这些代谢物直接作用于肠神经系统和迷走神经,并影响中枢神经系统的活性。

此外,肠道菌群还影响下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴

HPA轴参与稳态,参与对新刺激的反应。HPA轴是一种自适应系统,目的是在不断变化的环境中保持体内动态平衡。越来越多的研究表明,睡眠与HPA轴活动之间存在相互关系。

HPA轴亢进会对睡眠产生负面影响,导致睡眠碎片化,深度慢波睡眠减少和睡眠时间缩短。反过来,包括失眠和阻塞性睡眠呼吸暂停在内的睡眠障碍会进一步加剧HPA轴功能障碍。

干预以使HPA轴异常正常化,减少夜间CRH亢进和降低皮质醇可能对治疗失眠和其他睡眠障碍有益。详见本文后面改善睡眠章节。

说起HPA轴,就不得不提到皮质醇。它的作用不容小觑。

皮质醇如何产生?

HPA轴被激活,下丘脑促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的分泌,然后刺激垂体前叶释放促肾上腺皮质激素。然后促肾上腺皮质激素刺激肾上腺释放皮质醇,导致交感神经系统的各种生理反应(如肾上腺素的释放、心率加快和血压升高)。

皮质醇升高可能是睡眠障碍的主要原因

HPA轴障碍可能导致皮质醇升高,当皮质醇水平较高时,会激活糖皮质激素受体。在压力时期去甲肾上腺素和糖皮质激素受体可以优先激活,从而增加促肾上腺皮质激素释放激素。这种升高的促肾上腺皮质激素释放激素会增加睡眠脑电波频率,减少短波睡眠,并增加轻度睡眠和频繁醒来

皮质醇还与昼夜节律相关,这部分我们在下一章节昼夜节律篇讨论。

·  迷走神经途径  

肠肌层神经丛的感觉神经元通过调节肠蠕动和肠激素分泌而接触肠道菌群。肠神经系统也与迷走神经形成突触连接,迷走神经将肠道与大脑连接起来。

细胞因子通过迷走神经传入向大脑发出信号,迷走神经的动作电位进一步诱导胶质细胞和神经元在大脑中产生细胞因子。细胞因子浓度高低与睡眠有关。

低浓度的脑细胞因子能促进睡眠,而高浓度的脑细胞因子则不利于睡眠。

睡眠障碍与肠道菌群失调存在循环关系

前面我们知道,肠道菌群会通过多种途径影响睡眠。

Krueger JM,et al .,Int Rev Neurobiol. 2016

反过来睡眠也会影响肠道菌群。

睡眠不足或者其他因素如受伤、食物摄入、压力、昼夜节律和运动等,可致肠屏障损伤和细菌移位,增加感染易感性,激活HPA轴从而影响菌群。

04

昼夜节律与睡眠

大多数人(和其他哺乳动物)都存在昼夜节律–控制进食和睡眠等过程的代谢时钟。最常见的昼夜节律周期是控制睡眠的周期,科学家们已发现存在着多种控制着不同生物系统的昼夜节律。

过去的研究已表明如果昼夜节律紊乱,人们可能会遇到健康问题。比如,改变工作时间的轮班工人更容易患睡眠障碍、肥胖、糖尿病等。

  昼夜节律——皮质醇  

前面提到的皮质醇分泌就有昼夜节律。皮质醇的最低点出现在午夜左右。睡眠开始后约2-3小时,皮质醇水平开始上升,并一直持续到清晨。

早晨醒来时,皮质醇开始迅速升高,并持续升高约60分钟。皮质醇的峰值大约是上午9点。随着一天的继续,水平逐渐下降。随着睡眠的开始,皮质醇持续下降直至最低点。

此外,越来越多的研究都表明,机体的昼夜节律能够调节肠道的免疫反应。

 昼夜节律——免疫系统  

昼夜节律调节免疫系统,并随之调节炎症水平。

第3组先天淋巴细胞(ILC3s)是昼夜脑-肠信号转导的关键介质。ILC3s表达高水平的昼夜节律基因,光-暗周期的反转导致ILC3s主要的昼夜节律振荡。这种作用依赖于中枢神经系统(CNS)和下丘脑SCN中ARNTL的存在,并进一步与肠道菌群组成的变化有关,特别是变形菌门拟杆菌门丰度的改变。

注:ARNTL——芳香烃受体核转位因子样蛋白

当昼夜节律被破坏时,正常的免疫功能也会被破坏。这样的情况下,人更容易患上各种疾病。

  昼夜节律——肠道菌群  

研究发现肠道菌群的两个主要组成部分拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度从白天到晚上呈周期性变化

肠道菌群受昼夜节律信号的影响,同时也对生物钟基因的表达产生交互作用。

来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发现小鼠小肠中的微生物参与肠道昼夜节律。该研究发现改变受试小鼠中组蛋白乙酰化的过程,即在组蛋白末端添加乙酰基的过程,细菌便可开启HDAC3在位于小肠内壁的上皮细胞中的表达。这进而导致了参与基因表达的同步振荡,这些基因表达与脂质代谢和营养物运输有关。相比之下,肠道无菌的小鼠没有表现出这种节律性调节。

肠道微生物的昼夜节律振荡导致血清代谢产物的振荡,并与周围组织的转录和表观遗传波动有关。

 昼夜节律——肠道菌群代谢产物 

短链脂肪酸影响生物钟基因表达和睡眠模式

肠道微生物代谢产物,短链脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸在一天中会发生变化,粪便样本中的最高浓度出现得较早,并且在一天中不断降低。短链脂肪酸可能会影响生物钟基因的表达。

研究发现,肠道微生物群的缺乏,以及微生物代谢物的缺乏,导致中枢和肝脏生物钟基因表达明显受损,这表明肠道微生物群在分子水平上传播生物钟的可能性。

在体外,发现在给予乙酸钠和丁酸钠后,小鼠肝细胞中时钟基因Bmal1和Per2的表达发生了显著变化。

在不同的光照-暗期和摄食周期下,添加乙酸后Per2表达量较高,添加丁酸后Per2表达量较低;短链脂肪酸处理后Bmal1表达持续升高,尤其是丁酸处理。

在无菌小鼠体内,关灯两小时后用丁酸盐治疗5天(小鼠处于活跃期),导致肝细胞中Per2:Bmal1 mRNA比值显著增加。此外,同样的处理也导致了中基底下丘脑细胞中Per2:Bmal1 mRNA比值的非显著增加(p=0.053)。Bmal1和Per2等时钟基因在分子水平上调控昼夜节律;它们的比率是肝脏代谢调节网络的标志。

丁酸盐在肠道菌群与大脑产生睡眠的机制之间提供重要联系。

进一步的研究表明,门静脉注射丁酸盐可导致小鼠非快速眼动睡眠增加70%;全身皮下和腹腔注射丁酸盐对睡眠无影响。这些结果表明,丁酸盐的睡眠诱导作用是由肝脏感觉机制介导的。

 昼夜节律——肠上皮屏障  

肠道菌群通过肠上皮细胞昼夜节律因子调节。

肠上皮细胞协调消化、免疫和神经内分泌功能,是人体最重要的屏障之一。胞壁肽(MPs)或脂多糖(LPS),通过肠上皮屏障转运。

通过受损的伪反应调节器(PRR)信号,导致过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)的永久表达,肠道微生物群的消失会破坏肠上皮细胞中Bmal1和Cry1时钟基因的表达,导致肠上皮细胞活动的完全丧失。

此外,肠道菌群也受饮食周期调控,我们将在下一章节详细了解它们之间的关联。

05

饮食,菌群,昼夜节律与睡眠障碍

睡眠与昼夜节律、食物摄入、运动和压力源密切相关;这些变量还相互影响,使它们在睡眠中的行为复杂化。饮食、进餐时间和睡眠之间的联系是相互的,因为昼夜节律驱动着代谢模式的变化,而代谢和营养状况的改变则影响着昼夜节律。

我们常听说健康的饮食,生活方式以及合理的饮食习惯有助于心理和身体健康。

辛辣食物、兴奋剂和不良食物反应(不耐受和食物过敏)影响睡眠可以理解。然而,为什么说不吃饭,吃得太快或吃得过饱,吃饭时间不规律,食物质量差,这些也都是导致睡眠障碍的饮食原因?

从本质上讲,饮食摄入与肠道菌群组成有关,因为我们摄入的食物是微生物生长的主要基质。我们饮食的改变可以在几天内导致我们肠道菌群重塑。

摄食节律和昼夜节律的破坏会导致肠道细菌的时间特异性变化。昼夜节律紊乱也会增加肠上皮屏障的通透性。

Vernia F,et al., Int. J. Med. Sci.2021

饮食行为影响人类睡眠的时间和质量。睡眠时间短和高能量摄入之间有一致联系。

食物中营养物质影响睡眠 

营养物质影响激素的产生,包括生长激素、催乳素、睾酮、褪黑素和血清素,所有这些都在调节生物钟中发挥作用。

食物中存在的氨基酸,如苯丙氨酸、组胺和酪氨酸,促进肾上腺素、去甲肾上腺素和其他刺激性神经递质的产生和释放,可能损害睡眠。

影响色氨酸供应或血清素和褪黑素合成的食物则促进睡眠。一些维生素(B1和B6)也能诱导褪黑素和血清素的产生和释放。

饮食习惯影响睡眠

进餐的时间,特别是零食的频率,使昼夜节律失去同步,影响新陈代谢,并促进肥胖。这与生物钟在调节激素和神经递质释放中的作用是一致的。

不吃饭、或者晚餐十分丰盛的现象越来越普遍。然而将主要热量摄入转移到一天结束时会对消化产生不利影响,并使睡眠困难;如果膳食丰富且脂肪丰富,则更是如此。

相反,碳水化合物对睡眠模式的作用仍有争议,碳水化合物的重量与热量负荷的关系也有争议。

为什么很想吃垃圾食品?

压力在影响饮食模式方面很重要,可能是通过改变下丘脑-垂体-肾上腺轴,让人对垃圾食品(高脂肪和精制糖)产生强烈的渴望。

久坐的生活方式,睡眠时间短同样会让人想吃高能量食物。

为什么睡眠不足与想吃高能量食物有关?

下丘脑外侧神经元通过不同的回路表达神经肽,如黑色素浓缩激素和食欲素/下视黄醇,在调节食物摄取、觉醒、运动行为和自主神经功能方面发挥重要作用。 

睡眠限制与饱食因子瘦素浓度降低、促饥饿激素ghrelin浓度增加有关,从而改变了它们发出正确热量需求信号的能力。于是又会促进代谢综合征和肥胖,并再次对生物钟产生不利影响。

注:Ghrelin是一种神经肽,参与睡眠-觉醒调节。

此外,食欲素Orexins在能量稳态和警觉状态之间提供联系,并参与多巴胺能奖赏系统。在动物模型中,产生食欲素的基因突变导致了睡眠表型的改变。有假设说,在清醒时,产生食欲素的细胞的高活性,而在睡眠时几乎没有这种活性,也会影响睡眠。

越来越多的证据也表明睡眠会影响饮食选择。睡眠较少的人更可能喜欢高能量的食物(如脂肪和精制碳水化合物),吃较少的蔬菜,并选择不规律的饮食模式。

糖摄入与睡眠

糖会对肠道健康产生特定作用。有大量证据表明,标准的西方饮食(加工糖和高脂)会导致肠道微生物群的组成发生变化。

上一小节提到的多巴胺奖赏系统与糖摄入也有关系。研究表明,糖是一种有力的触发剂,含糖的食物足以刺激大脑的奖赏系统,从而对食物产生更多的渴望,

糖还有其他间接影响我们肠道健康的方法。高糖饮食会加剧慢性炎症,而炎症则会损害肠道菌群的多样性和功能。经常食用添加糖的饮食可能导致体重增加。

另外添加糖还会升高胆固醇,这与炎症增加有关。关于炎症和睡眠的关系将在下一章节详述。

所有含糖食物(例如水果)都会影响睡眠吗?

不是的。水果之类的天然含糖的食物提升人血糖的速度,远没有含添加糖的食物快。天然食品中纤维含量很高,人体吸收糖的速度变慢,阻止血糖水平飙升。

06

炎症与睡眠

炎症和睡眠障碍也是双向联系的。

炎症是免疫系统的一种天然的,保护性的生物反应,可以抵抗有害的外来病原体(细菌,病毒,毒素),并帮助身体从受伤中恢复健康。急性炎症的症状包括肿胀和发红,发烧,发冷,疼痛和僵硬以及疲劳,这些迹象表明人体的免疫系统处于“战斗模式”。

睡眠障碍会加剧慢性低度炎症,这是导致疾病的重要因素。不需要几年或者几个月,哪怕只是一晚上的完全睡眠不足就足以提高促炎生物标志物、肿瘤坏死因子α(TNFα)和C反应蛋白(CRP)的循环水平;血清CRP水平随着4天的完全睡眠不足而逐渐升高。

有研究发现,一晚上完全睡眠不足,白细胞介素(IL-6)细胞因子升高,一周失眠不足(每晚4-6小时),IL-6和TNFα的24小时分泌量也会增加。

全身性炎症也会破坏健康的睡眠。通过触发生理和心理变化,让人难以获得良好的睡眠。

细胞因子升高与睡眠困难有关。炎症会在体内造成疼痛和僵硬,使人难以入睡。身体上的疼痛是失眠和其他睡眠问题的常见因素。关于慢性疼痛将在下一章节详细介绍。

炎症涉及较高水平的皮质醇,皮质醇前面了解过,可刺激机敏并导致心理压力。压力是健康睡眠的最重要的常见障碍之一。

07

其他疾病与睡眠

7.1  压力,抑郁与睡眠障碍

压力与睡眠

2017年进行的一项研究,压力对大鼠睡眠和肠道健康的影响。通过对小鼠尾部冲击睡眠模式中断。结果发现肠道菌群失去了多样性。少数菌群控制着肠道微生物,失去平衡是不健康的。当他们给小鼠服用益生元时,肠道菌群变得更加多样化,并包含了更多有益菌,如鼠李糖乳杆菌,睡眠变得更好,包括REM和非REM睡眠

昼夜节律引发情绪波动和睡眠障碍

临床经验表明,扰乱昼夜节律挑起时差综合征或减少睡眠可以触发情绪波动和睡眠障碍

核心时钟基因突变会引起肠道菌群失调。多种时钟基因变异易患精神疾病,例如重度抑郁症(MDD),双相情感障碍(BD),注意力缺陷多动障碍(ADHD),精神分裂症等。

微生物GABA产生(这是中枢神经系统的主要抑制性神经递质,已证实GABA受体的激活有利于睡眠)对抑郁症和肠道微生物多巴胺代谢物的能力的潜在贡献。

3,4-二羟基苯乙酸(一种主要包含在浆果、水果和蔬菜中的膳食多酚)的合成,与较高的心理生活质量感知相关。

7.2 慢性疼痛与睡眠障碍

慢性疼痛可以对睡眠有不同的影响并取决于疼痛的性质。

疼痛可能在夜间无法缓解,导致睡眠不足。除了缩短总体睡眠时间外,最常见的,慢性疼痛还会导致夜间频繁起床。我们会在轻度睡眠,慢波睡眠和快速眼动(REM)睡眠之间循环。破坏该周期会干扰睡眠阶段的进展,并导致睡眠不足和第二天的疲倦

疼痛带来的情绪不佳

疼痛也可能伴有焦虑,压力或抑郁。据估计,三分之一的慢性疼痛患者也符合临床抑郁症。这些状况本身会导致睡眠问题。

慢性疼痛间接影响睡眠

患有慢性疼痛的人白天可能会感到疲劳。那么他们不太能做到锻炼或遵循健康饮食,然而这两者对于获得良好的睡眠很重要。

慢性疼痛导致的不稳定睡眠也会打扰夫妻同床,对他们的睡眠质量和健康产生相应的影响。

 睡眠对疼痛的影响 

新的研究表明,睡眠对疼痛的影响甚至可能比疼痛对睡眠的影响还要强。

睡眠不好导致对疼痛敏感性增强

研究人员发现,睡眠时间短,睡眠分散和睡眠质量差等问题通常会导致第二天对疼痛的敏感性增强,诸如类风湿关节炎。患有睡眠问题的人似乎更有可能最终患上诸如肌痛和偏头痛等疾病。当失眠引起的疼痛加剧时,女性比男性更敏感,年轻人比老年人更有弹性。

慢性疼痛与睡眠障碍的不良循环

患有慢性疼痛的人可能患有自我延续的周期,疼痛,失眠,抑郁或焦虑。例如,遭受痛苦的人在无法入睡时可能会感到焦虑,睡眠不好,醒来时会感到沮丧,这增加了他们对疼痛的敏感性。第二天晚上又开始疼痛,无法入睡,周期一直循环。久而久之,状况可能更加恶化。

前面提到的褪黑素,除了它在调节昼夜节律中的作用,新的研究开始发现褪黑激素在我们对疼痛的感知中产生作用。维生素D、多巴胺也似乎在睡眠和疼痛中都起着作用。

7.3 消化系统疾病与睡眠障碍

胃食管反流性疾病

胃食管反流病以病理性酸或非酸反流为特征,并与多种可能影响上消化道(反流、烧心、疼痛)和/或诱发呼吸道症状(声音嘶哑、发音困难、慢性喉炎、咳嗽、哮喘和慢性支气管炎)的紊乱有关。

有强有力的证据表明胃食管反流病与睡眠障碍之间存在双向关系,因为胃食管反流病的症状会导致入睡困难、睡眠分裂和清晨醒来,而睡眠障碍又会诱发食管痛觉过敏

因此,有睡眠障碍的胃食管反流病患者比没有睡眠障碍的患者有更严重的症状和更差的生活质量。据报道,在这些患者中,焦虑和抑郁的患病率很高,在某种程度上是由睡眠障碍直接介导的

IBS

IBS患者的睡眠障碍是有据可查的,入睡困难、睡眠时间短、频繁觉醒等。最近的一项荟萃分析有63620名参与者,结果显示IBS患者睡眠障碍的患病率为37.6%。

IBD

前面章节我们已经知道,炎性细胞因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-1和IL-6可引起睡眠障碍,而睡眠障碍可上调细胞因子,尤其是IL-1和TNF-α。(IL-1参与生理性睡眠调节和睡眠对微生物的反应)

临床研究发现睡眠障碍、亚临床炎症和IBD复发风险之间存在关联。最近的一项研究报道,使用匹兹堡睡眠质量指数评估睡眠质量差与粘膜愈合不良有关(P<0.05)。

7.4 肝病与睡眠障碍

睡眠障碍可能发生在急性和慢性肝炎,但更常见于肝硬化患者。相当一部分肝硬化和急慢性肝衰竭患者患有失眠、睡眠延迟和白天过度嗜睡

肝硬化

最近一项对341名病毒性肝硬化患者的研究证实了这种关联,报告称匹兹堡睡眠质量指数显著升高。多导睡眠图异常也存在。

肝性脑病

睡眠障碍通常是肝性脑病的早期症状,导致日常嗜睡,增加受伤风险,降低生活质量。

肝脏和大脑之间的神经和体液通讯途径尚不完全清楚,但炎症细胞因子如TNF-α、IL-1和IL-6发挥了作用,它们改变了中枢神经递质(血清素和促肾上腺皮质激素释放激素)的浓度。

60%的慢性丙型肝炎患者存在睡眠障碍。

脂肪性肝炎

脂肪性肝炎患者的睡眠障碍可能与肝细胞活性受损和多余脂质处理受损有关。酒精对肝脏和中枢神经系统有直接毒性作用。

最近的分析(2272名参与者)表明,阻塞性睡眠呼吸暂停与脂肪变性、小叶炎症、气球样变性和纤维化显著相关

瘙痒在慢性肝病患者中很常见,在原发性胆管炎等胆汁淤积性肝病患者中更常见。随之而来的往往是睡眠障碍和生活质量低下。

肝病中瘙痒的患病率从慢性丙型肝炎的5%到原发性胆汁性肝硬化的70%不等。胆汁盐、组胺、5-羟色胺、孕酮代谢物浓度的增加可能与此有关。

7.5 肥胖与睡眠障碍

前面饮食章节我们已经知道,睡眠不足会使身体发出错误信号导致饮食过量,对高热量食物难以抗拒,吃过多自然容易肥胖。

当然,肥胖也会导致睡眠障碍。

超重和肥胖通过胃食管反流病和非酒精性脂肪肝以及阻塞性睡眠呼吸暂停患病率的增加而导致睡眠障碍。

肥胖与阻塞性睡眠呼吸暂停综合征之间存在着相互关系。阻塞性睡眠呼吸暂停会促进行为、代谢和/或激素的变化,促使体重增加和/或减肥困难。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSA)与激素水平有关,其特点是瘦素和胃饥饿素水平高,进而促使能量摄入过高。

体重增加10%与患阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的概率增加50%有关。当然,体重减轻会减少严重的阻塞性睡眠呼吸暂停,改善睡眠,进一步减轻体重

因此,阻塞性睡眠呼吸暂停、睡眠时间短和体重增加之间存在关系。一些证据表明,嗜睡与肥胖有关,在没有睡眠呼吸暂停的情况下也是如此。

08

改善睡眠

 营养物质改善睡眠 

 维生素B6 

在失眠研究中分析失眠患者中肠道菌群中的维生素B6分解代谢(ko00750)显着增强,导致宿主体内维生素B6缺乏。据报道,维生素B6是失眠症的一种常见治疗方法,维生素B6缺乏会导致疲劳和抑郁。因此,补充维生素B6可以改善失眠症状。

维生素B6食物来源:麦麸、葵花子、大豆、糙米、香蕉、动物肝脏及肾脏、鱼类、瘦肉、坚果等。

 叶 酸  

叶酸参与髓鞘的形成,在脑脊液和细胞外液中分布较多,可缓解因抑郁导致的失眠,对于人体精神和情绪方面的健康起到重要性的作用。

叶酸食物来源:芦笋,西兰花,胡萝卜,燕麦,奇异果等。

 镁 

镁补充剂有时用于治疗睡眠障碍,改善睡眠质量并减少睡眠潜伏期(即入睡时间)。一项研究发现,每天服用500mg可以改善老年人的失眠症状。

同时,补充镁也有助于减轻抑郁症症状。

镁食物来源:南瓜子,煮熟的菠菜,黑豆,藜麦,杏仁,腰果,鳄梨,三文鱼等。

除了镁,锌也有促进睡眠的作用,可以改善大脑神经细胞的代谢,平时可以适当多吃一些海鲜、坚果类食物以及全谷类食物,都有助于为身体补充锌元素。

  L-茶氨酸  

L-茶氨酸:一种氨基酸,L-茶氨酸可以改善放松和睡眠。

益生菌干预

益生菌是一种活的微生物,当其存在的量足够时,可以为宿主带来健康益处,例如发酵食品,如酸奶,开菲尔,豆豉,泡菜,康普茶等。

很少有研究测试通过控制肠道微生物群来改善睡眠的有效性。在一项32名医科学生参加的临床试验中,发现益生菌加氏乳酸杆菌CP2305能显著改善睡眠质量,这可以通过PSQI评分的变化来衡量。在服用了益生菌的男性参与者中,这种改善更为明显,在床上入睡时间的减少。

注:匹兹堡睡眠质量指数(Pittsburgh sleep quality index,PSQI)是美国匹兹堡大学精神科医生Buysse博士等人于1989年编制的。该量表适用于睡眠障碍患者、精神障碍患者评价睡眠质量,同时也适用于一般人睡眠质量的评估。

同时,15种肠道微生物的相对丰度在对照组和益生菌组之间有所不同,包括Bact. Vulgatus的减少,在使用益生菌后增加了Dorea Longicatena.

额外的双盲随机对照试验发现,补充益生菌混合物(含Lactobacillus fermentum LF16, L.rhamnosus LR06, L.plantarum LP01,长双歧杆菌 Bifidobacterium longum BL04 ),在年轻健康的参与者中,随着时间的推移,导致PSQI得分下降。

注:PSQI得分越高,表示睡眠质量越差。

高皮质醇诱发的睡眠问题的替代方法

解决慢性皮质醇水平升高的有效方法是确保肾上腺得到适当的营养支持。维生素B6,维生素B5(泛酸)和维生素C通常会由于肾上腺活动时间过长和皮质醇的产生而耗尽。这些营养物质在肾上腺的最佳功能和肾上腺激素的最佳制造中起关键作用。在压力时期,这些营养素的水平可以降低 。

改善睡眠的另一种方法是针对GABA(γ-氨基丁酸)活性。增加GABA活性将降低蓝斑,下丘脑室旁核和HPA轴活性。支持GABA功能的一种方法是减少谷氨酸信号。谷氨酸和GABA活性彼此相反。因此,降低谷氨酸的活性将支持健康的HPA轴活性。

Tips

1  不要在深夜吃东西,破坏微生物生物钟,还会促进胃反流。

2  多吃纤维。纤维有助于有益菌生长。纤维食物包括朝鲜蓟,芦笋,洋葱,豆类,绿叶蔬菜和大多数非淀粉类蔬菜。

3  尝试睡前禁食,禁食会使身体处于“待机”状态,可以自我修复。身体在睡眠过程中会继续燃烧卡路里。睡前禁食,早晨更有可能感到饥饿。可能会促使早起。 

4  如果一定要吃,尽量吃易消化食物。消化过程让人清醒睡不着,因此最好在睡前避免食用难消化的食物。包括:脂肪或油炸食品、辛辣食物、酸性食品、碳酸饮料等。

5  多吃各种食物,有益于维持人体健康的微生物群。均衡饮食,食物中的营养素在产生褪黑素以及其他有助于调节睡眠的重要神经递质中起着巨大作用。

6  尝试补充益生元。已显示许多益生元可在人类受试者中发挥作用。如低聚果糖和低聚半乳糖等。

7  创建理想睡眠环境。

关闭电子产品(就寝前30分钟至1小时),保持卧室适宜温度(在16至19°C之间)等

8  调整灯光。晚上关掉灯或调暗灯,黑暗下人体会分泌更多褪黑素,有助于睡眠,当然,早上拉开窗帘享受阳光,可以帮你清醒。

9  舒适的床是最佳睡眠环境。旧的床垫和枕头会引起疼痛和酸痛,难以获得优质的睡眠。通常,专家建议每10年更换一次床垫,每两年更换一次枕头。当然也取决于床垫枕头质量。

10  保持规律作息。最好每天在同一时间上床睡觉,早上同一时间起床,确保人体昼夜节律时钟正常运作。即使在周末或休息日最好也是如此。

11  避免白天睡过多。如果已经出现睡眠障碍,那么白天尽量不要睡觉。如果有午睡习惯,尽量控制在30分钟之内,且在下午3点之前完成。

12  睡前放松,可以进行温水浴,泡脚,深呼吸,做些伸展运动,适量阅读,听听舒缓的音乐等,这些准备工作都有助于良好的睡眠。当有压力或焦虑时,身体会产生更多的皮质醇,皮质醇过高可能导致夜间频繁醒来。

13  如果实在在20分钟或更长时间内无法入睡,请起床并做一些容易累的事情。最重要的是离开床。

14  运动是帮助睡眠的良好方式,如果可以的话,每天至少20-30分钟锻炼,每周五次左右,但不要在睡前剧烈运动。

15  随着年龄的增长,褪黑素水平会下降。可以购买褪黑激素补充剂,该补充剂已被证明可以帮助55岁以上的人们更快入睡和更长的睡眠。睡前一个小时服用。褪黑激素还可以增强肠道微生物的健康多样性。如长期服用需咨询医生。

【附录】  

需要多少睡眠时间取决于年龄,并且因人而异。大多数成年人每晚至少需要七个或七个以上的睡眠时间。

新生儿(0到3个月):睡眠14到17个小时

婴儿(4至11个月):睡眠12至15小时

幼儿(1至2岁):睡眠11至14小时

学龄前儿童(3至5岁):睡眠10至13小时

学龄儿童(6至13岁):睡眠9至11小时

青少年(14至17岁):睡眠8至10小时

年轻人(18至25岁):睡眠7至9小时

成人(26至64岁):睡眠7至9小时

老年人(65岁或以上):睡眠7至8小时

当然以上只是参考,并不是所有人必须达到的标准,少数人的需要的睡眠时间本来就不多,且没有睡眠困扰或不适症状,则无需参考以上标准。

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慢性疾病是可控的!肠道健康如何影响疾病风险

谷禾健康

现在经济飞速发展,随着生活条件改善,人们的寿命开始变长,对健康长寿的研究也逐渐开始增多。

点击查看关于健康长寿的研究

然而寿命变长却不一定健康,越来越多人开始患上各种慢性疾病。

慢性疾病怎么来的?

首先从炎症开始。炎症其实是身体在与自身有害的物质(例如感染,毒素)作斗争来自愈的过程。当细胞要被破坏时,身体就会释放化学物质,从而触发免疫系统的反应。

当这种反应持续存在时,就会发生慢性炎症,身体处于持续的警觉状态。随着时间的流逝,慢性炎症可能会对组织和器官造成负面影响。于是各种疾病就开始了。

那慢性疾病为什么与肠道健康有关呢?

01 许多疾病始于肠道

看过我们文章的朋友,大概已经开始有了这样的概念:许多疾病始于肠道。

因为免疫系统有很大一部分在肠道,具体来讲,这要涉及到肠道通透性的问题。

来自麻省总医院儿童医院腹腔研究和治疗中心主任Fasano博士和他的团队发现了zonulin蛋白(连蛋白),这为研究肠道通透性功能的新方法打开了大门,不仅因为它影响肠道,而且还影响了整个过程中炎症和自身免疫的作用。

除了基因组成和暴露于环境诱因外,还有三个引起慢性炎症性疾病的额外因素:

肠道通透性的不适当增加(可能受肠道菌群组成的影响);

负责耐受性免疫应答平衡的“超好战”免疫系统;

肠道菌群的组成及其对免疫系统的表观遗传影响宿主基因组的表达。

近十年来,人们开始越来越多关注到人类遗传学、肠道微生物组学和蛋白质组学,表明粘膜屏障功能的丧失,特别是胃肠道粘膜屏障功能的丧失,可能会严重影响抗原的运输,最终影响肠道微生物组和免疫系统之间密切的双向相互作用

这种相互作用对宿主肠道免疫系统功能的形成有很大影响,并最终将遗传易感性转化为临床结果。这一观察导致了对慢性炎症性疾病流行的可能原因的重新审视,表明肠道通透性的关键致病作用

临床前和临床研究表明,连蛋白家族是调节肠通透性的一组蛋白质,与多种慢性炎症性疾病有关,包括自身免疫性,感染性,代谢性和肿瘤性疾病。这些数据为多种慢性炎症性疾病提供了新的治疗靶点,其中连蛋白途径与它们的发病机理有关。

02 细菌影响你的健康

Fasano指出,根本没有足够的基因来解释众多慢性疾病,基因也不能解释疾病发作的时间。他说,要解决这些谜团,我们必须关注微生物组,因为“决定个人临床命运的是个体之间的相互作用和我们所生活的环境。”

除了微生物本身,肠粘膜的状况也起着重要作用。Fasano解释说:“尽管这种巨大的粘膜界面(200 m2)看不见,但它通过与周围环境中各种因素的动态相互作用而起着关键作用,这些因素包括微生物,营养素,污染物和其他物质。”

虽然过去人们认为细胞内紧密连接是静态且不可渗透的,但我们现在知道并非如此。正如Fasano所解释的,连蛋白是肠道渗透性的强大调节剂。然而,尽管连蛋白是肠道通透性的生物标志物,并在许多慢性炎性疾病中起着致病作用,但并非所有慢性炎症性疾病都是由肠道渗漏引起的。

03 导致慢性炎症性疾病的连锁反应

在他的综述中,一篇题为“Zonulin,一种上皮和内皮屏障功能的调节因子,及其在慢性炎症疾病中的作用”的文章,详细描述了“导致慢性炎症疾病的连锁反应”。

在正常情况下,你的肠道会保持健康的内稳态,当遇到抗原时,不会发生过度的免疫反应。在图中第2点,肠道菌群失调(即肠道菌群的数量和多样性不平衡)正在形成,导致连蛋白的过量生产,从而使肠道内壁更容易渗透。

Sturgeon C et al., Tissue Barriers, 2016

两个最强大的触发连蛋白释放是细菌过度生长和谷蛋白。连蛋白是对坏细菌的反应产生的——它通过打开紧密连接帮助细菌排出体外,所以细菌过度生长是有意义的。但是为什么它对谷蛋白有反应呢?

有趣的是,连蛋白途径将谷蛋白误解为微生物的潜在有害成分。这就是为什么谷蛋白会触发连蛋白的释放。虽然Fasano没有提到,除草剂草甘膦也触发连蛋白,而且是谷蛋白10倍的效力!

随后的通透性允许微生物群衍生的抗原和内毒素从管腔迁移到固有层(肠粘膜的结缔组织),从而引发炎症。

随着过程的继续恶化(上图中第3阶段),适应性免疫反应开始,触发促炎性细胞因子的产生,包括干扰素γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)。这些细胞因子使通透性进一步恶化,从而形成恶性循环。

最终(第4阶段),粘膜耐受性被完全破坏,导致慢性炎症性疾病的发作。

04慢性炎症性疾病与肠道渗漏有关

最终出现的特定的慢性炎症性疾病,部分取决于你的基因组成,部分取决于你所接触的类型以及部分取决于肠道菌群组成。

除了遗传易感性和环境触发因素外,各种慢性炎症性疾病的发病机理还涉及到相互影响的肠道通透性/ Ag转运,免疫激活以及肠道菌群的组成/功能的变化。

连蛋白是上皮和内皮屏障功能的调节剂,肠营养不良可能导致连蛋白的释放,从而导致腔内物质穿过上皮屏障的释放,导致促炎性细胞因子的释放,而促炎性细胞因子本身会导致通透性增加,形成恶性循环,从而导致大量的饮食和微生物Ag大量涌入,触发了T细胞的活化。

根据宿主的遗传组成,活化的T细胞可能保留在胃肠道内,导致肠道慢性炎症性疾病或迁移到几个不同的器官以引起全身性慢性炎症性疾病。”

与zonulin通路失调相关的慢性炎症疾病包括:

自身免疫性疾病如腹腔疾病、1型糖尿病、炎症性肠病、多发性硬化症和强直性脊柱炎

代谢紊乱如肥胖、胰岛素抵抗、非酒精性脂肪肝、妊娠期糖尿病、高脂血症和2型糖尿病

肠道疾病如肠易激综合征、非腹腔麸质敏感性和环境肠道功能障碍

神经炎症性疾病如自闭症谱系障碍、精神分裂症、重度抑郁症和慢性疲劳/肌痛性脑脊髓炎

癌症脑癌和肝癌

05 肠道菌群影响基因并可能影响癌症风险

2018年,发现的肠道菌群实际控制肝脏中的抗肿瘤免疫应答,并且抗生素可以改变免疫细胞的组成在肝脏中触发肿瘤生长。

哈佛医学院的研究人员已经确定了肠道微生物的特定种群,可以调节局部和系统的免疫反应来抵御病毒入侵。

某些肠道细菌也会促进炎症,炎症是几乎所有癌症的潜在因素,而其他细菌则会抑制炎症。某些肠道细菌的存在甚至可以增强患者对抗癌药物的反应。

肠道菌群提高癌症治疗效果的一种方法:

激活你的免疫系统,让它更有效地发挥作用。

研究人员发现,当这些特定的微生物缺失时,某些抗癌药物可能根本不起作用。

06 肠道菌群是抗病毒防御的一部分

最近的研究表明,肠道细菌也参与了抗病毒防御。

哈佛医学院的研究人员第一次确定了特定的肠道微生物群,这些菌群调节局部和全身免疫反应,抵御病毒侵略者。这项工作确定了一组肠道微生物,以及其中的一个特定物种,它能使免疫细胞释放出抗病毒化学物质——1型干扰素。

研究人员进一步确定了许多肠道细菌共有的确切分子,它开启了免疫保护级联反应。研究人员指出,这种分子并不难分离,可能成为增强人类抗病毒免疫的药物的基础。”

虽然这些发现还需要重复和证实,但它们指出了一种可能性:你也许可以通过在肠道中重新播种脆弱拟杆菌和拟杆菌科的其他细菌,来增强你的抗病毒免疫。

这些细菌启动一个信号级联,诱导干扰素的释放,通过刺激免疫细胞攻击病毒,并导致病毒感染的细胞自我毁灭来保护免受病毒入侵

具体来说,驻留在细菌表面的一个分子通过激活所谓的TLR4-TRIF信号通路触发干扰素的释放,这种细菌分子刺激免疫信号通路,该通路由9种toll样受体(TLR)之一启动,TLR是先天免疫系统的一部分。

07 维生素D的作用

最近的研究还强调了维生素D在肠道健康和全身自身免疫中的作用。一篇综述文章发表于《免疫学前沿》中:

自身免疫性疾病往往会导致维生素D缺乏症,这会改变微生物组和肠道上皮屏障的完整性

这篇综述总结了肠道细菌对免疫系统的影响,探讨了自身免疫疾病研究中出现的微生物模式,并讨论了维生素D缺乏症如何通过其对肠道屏障功能,菌群组成的影响而有助于自身免疫,和/或对免疫反应的直接影响。

维生素D对免疫系统具有多种直接和间接的调节作用,包括促进调节性T细胞(Tregs),抑制Th1和Th17细胞的分化,损害B细胞的发育和功能,减少单核细胞的活化和刺激来自免疫细胞的抗菌肽。

也就是说,维生素D自身免疫之间的关系很复杂。除了免疫抑制,维生素D还通过影响菌群组成肠道屏障的方式改善自身免疫性疾病。

该文章引用了一些研究,这些研究表明维生素D会改变肠道微生物组的组成。一般而言,维生素D缺乏倾向于增加拟杆菌和变形杆菌,而更高的维生素D摄入量则倾向于增加普氏杆菌并减少某些类型的变形杆菌和厚壁菌。

虽然关于维生素D对肠道细菌的影响的研究仍很薄弱,尤其是在患有自身免疫性疾病的患者中,但已知维生素D缺乏症和自身免疫性疾病是合并症,通常建议这些患者补充维生素D。

08 维持紧密连接所需的维生素D

众所周知,维生素D支持肠道和免疫细胞的防御。维生素D是维持紧密连接所需的关键成分之一

肠上皮与外部环境不断相互作用。上皮表面适当的屏障完整性和抗菌功能对于维持内稳态和防止特定微生物物种的入侵或过度定殖至关重要。

健康的肠上皮和完整的粘液层对于防止病原性生物入侵至关重要,而维生素D有助于维持这种屏障功能。多项研究发现,维生素D3 / VDR信号调节紧密连接蛋白的数量和分布。

作为一种可使离子进入肠腔的“泄漏”蛋白,在功能性维生素D缺乏症的情况下,claudin-2表达可能会导致结肠炎。

维生素D上调抗菌肽的mRNA和蛋白质表达,包括抗菌肽,防御素和溶菌酶。

抗菌肽主要由肠道Paneth细胞分泌,是微生物组组成的重要介质。

防御素由上皮细胞,Paneth细胞和免疫细胞分泌,并且是肠道固有免疫反应的重要组成部分。

09 维生素D如何导致自身免疫性疾病

维生素D缺乏症可能通过以下方式影响微生物组和免疫系统,从而导致自身免疫疾病:

维生素D缺乏或补充会改变微生物组,细菌丰度或组成的操纵会影响疾病的表现。

由于饮食不足而缺乏维生素D信号传导会损害肠道的物理和功能屏障完整性,从而使细菌之间的相互作用刺激或抑制免疫反应。

如果缺乏维生素D,先天免疫防御能力可能会受到损害。

Yamamoto Erin A et al.,Front Immunol, 2019

10 如何优化肠道微生物组

以上所有,我们可以看到,优化肠道菌群和维生素D水平对于保持健康至关重要。通过肠道菌群检测,查看自己的肠道菌群的构成,适当补充益生菌,维生素D将有助于避免肠道泄漏。

对肠道微生物组产生重大影响的最简单,最有效和最便宜的方法:定期食用发酵食品

健康的选择包括酸奶,纳豆和各种发酵蔬菜。

避免破坏或杀死微生物组,其中包括:

如果可以的话,尽量避免抗生素。抗生素杀菌一视同仁,不管好坏。

尽量少吃常规饲养的肉类和其他动物产品,因为这些可能会被喂食低剂量的抗生素。

尽量避免经基因工程处理和/或草甘膦处理的谷物。

少吃加工食品(由于过量的糖会滋生病原菌)

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参考文献:

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维生素D与肠道菌群的互作

谷禾健康

感觉疲惫?沮丧?容易出汗?经常感冒?免疫力下降?骨痛?脱发?…

这些都可能与维生素D缺乏有关。

维生素D对人体健康很重要。然而流行病学研究表明,全世界近十亿人口受维生素D缺乏症的影响。

一项针对北京和上海50-70岁人群调查显示:

注:VD水平缺乏(低于20ng/ml);VD水平不足(低于30ng/ml)

首先我们来看下维生素D在人体中扮演怎样的角色。

维生素D

· 维生素D是脂溶性维生素

· 参与钙和磷的吸收,骨骼健康以及肌肉的生长和发育(生理过程)

· 刺激肌肉细胞的增殖和分化(影响肌肉系统)

· 其充足的供应可预防呼吸道感染,间接参与具有抗生素特性的化合物的生产(免疫系统)

· 其最佳含量对皮肤的状况和健康以及男性和女性生殖过程的调节都有积极的作用(皮肤)

01

维生素D缺乏原因

为什么会有这么多人出现维生素D缺乏?

1. 饮食摄入和/或吸收减少

某些吸收不良综合症,如腹腔疾病,短肠综合症,胃搭桥,炎性肠病,慢性胰腺功能不全和囊性纤维化,可能导致维生素D缺乏。老年人中口服维生素D摄入量较低的情况更为普遍。

2. 减少阳光照射

大约50%-90%的维生素D通过阳光通过皮肤吸收,其余的来自饮食。为了防止维生素D缺乏,每天需要20分钟的阳光照射,皮肤暴露在40%以上。维生素D的皮肤合成随着年龄的增长而下降。黑皮肤的人皮肤维生素D的合成较少。在住院或长期住院的患者中减少的日光照射也会导致维生素D缺乏。持续使用防晒霜的人的有效日晒量降低。

3.内源性合成减少

患有慢性肝病(例如肝硬化)的个体可能具有缺陷的25-羟化作用,导致活性维生素D缺乏。1-α25-羟化作用的缺陷可见于甲状旁腺功能亢进,肾衰竭和1-α羟化酶缺乏症。

4.肝分解代谢增加

某些yao物会诱导肝p450酶,从而激活维生素D的降解。

5.维生素D 抵抗

在遗传性抗维生素D佝偻病中可以看到维生素D受体抵抗。

02

维生素D缺乏症状

维生素D缺乏症的大多数患者无症状

轻度的慢性维生素D缺乏症,也可能会导致慢性低钙血症和甲状旁腺功能亢进,特别是在老年人群中,可能导致骨质疏松,跌倒和骨折的风险。

长期严重维生素D缺乏症患者会出现与继发性甲状旁腺功能亢进有关的症状,包括骨痛,关节痛,肌痛,疲劳,肌肉抽搐(束缚)和无力。脆性骨折可能是由于长期缺乏维生素D导致骨质疏松所致。

儿童中可能产生的症状:烦躁,嗜睡,发育迟缓,骨骼变化或骨折等。

其他一些症状可能会被忽视,其实也与维生素D缺乏有关,例如:

感到疲惫,免疫力下降,反复感染,容易出汗,脱发,伤口愈合慢,头晕,心脏问题,超重或肥胖,情绪低落,认知功能障碍等。

03

维生素D缺乏评估标准

25(OH)D是血中维生素D的主要存在形式, 而且血清或血浆中25(OH)D受机体调节的影响较小, 可以在较长时间内维持稳定,可以体现膳食摄入维生素D和阳光维生素D的总量,这是评估维生素D水平是否正常的首选临床措施。 

临床上,血清25(OH)D水平标准如下:

足够: 大于20–30 ng/ml 或50–75 nmol/L

安全上限: 不超过60 ng / ml 或 150 nmol/L

有毒: 高于150 ng/mL 或 375 nmol/L

 毒 副 作 用 

高维生素D水平是由于过量摄入而不是由于过度日光照射引起的。

急性中毒可导致急性高钙血症,可引起混乱,厌食,呕吐,多尿,多饮和肌肉无力。

慢性中毒可导致肾钙化和骨痛。

04

维生素D缺乏与疾病

维生素D缺乏与许多非传染性疾病的发生有关,如结肠癌,乳腺癌,卵巢癌,肾癌,胰腺癌,精神分裂症,阿尔茨海默,多发性硬化,骨软化症,佝偻病,骨质疏松,糖尿病等。

 4.1 呼吸道疾病  

一些研究表明,维生素D补充剂可以增强免疫反应并预防呼吸道感染。

一项来自14个国家/地区的11,321人的研究表明,补充维生素D可以使维生素D缺乏和适当水平的人降低急性呼吸道感染(ARI)的风险

来自三项随机对照试验的Meta分析研究中,发现补充维生素D可以降低维生素D水平低于25 nmol / L的患者慢性阻塞性肺疾病恶化率。

 4.2 新 冠 肺 炎   

与呼吸道疾病相关的,例如COVID-19。

最近的一项研究表明,血液中25(OH)D的浓度至少为30 ng / mL有助于住院的COVID-19患者减少临床预后不良和死亡的可能性

研究分析了235例COVID-19患者的住院资料。与维生素D缺乏症患者相比,在40岁以上的患者中,维生素D含量适当的患者发生不良后果(包括失去知觉,缺氧和死亡)的可能性降低51.5%。

在疫情期间,我们可能常听到这样的词:“细胞因子风暴”。而维生素D缺乏增强细胞因子风暴的过程

注:细胞因子是蛋白质,是免疫系统不可或缺的一部分。它们可以同时具有促炎抗炎作用,并发挥重要作用,有助于预防感染和疾病。但是,在某些情况下,细胞因子也会引起组织损伤。

细胞因子风暴是指响应感染或其他因素而发生的促炎性细胞因子的失控释放。细胞因子的这种失调和过度释放会导致严重的组织损伤,并增强疾病的进展和严重程度。

细胞因子风暴是导致多器官功能衰竭和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的主要原因,也是导致COVID-19进程和严重程度的重要因素。例如,已显示严重病例COVID-19的患者释放大量细胞因子,尤其是IL-1和IL-6。

维生素D缺乏与免疫功能降低有关,并可能增强细胞因子风暴。当然该领域还在研究中。

需要特别注意,单独服用补充维生素D并不能让你免受COVID-19的侵害。不过,缺乏维生素D可能会损害免疫功能,从而增加感染风险和对疾病的敏感性。

 4.3 自 闭 症   

自闭症是遗传和环境因素共同作用导致的神经发育异常,自闭症人群中维生素D的缺乏较常见,而维生素D能够促进儿童的大脑神经发育,因此可能在自闭症的病因学上起着重要作用。

采用随机双盲对照临床试验(RCT)设计,纳入109名自闭症儿童(85名男孩和24名女孩;年龄为3-10岁)。将自闭症患儿随机分组,分别接受维生素D3或安慰剂治疗4个月。结果发现,自闭症儿童可很好地耐受高剂量的维生素D3,且临床疗效较好。

这项研究是第一个证明维生素D3补充剂有益于自闭症患者的随机双盲对照试验,但是仍需更大规模的随机对照试验来严格验证维生素D对自闭症患者的疗效。

 4.4 癌 症   

对包括57,000多名受试者的18项随机对照试验(RCT)进行的荟萃分析发现,每天摄入维生素D补充剂可降低总死亡率。补充钙和维生素D降低了罹患总癌症,乳腺癌和结直肠癌的风险。

一项RCT显示,钙和维生素D可以大大降低绝经后妇女的所有癌症风险。

05

维生素D、肠道菌群与疾病

近几年来的人群研究还发现,机体维生素D水平与肠道菌群之间也存在密切联系。

 生命早期生长发育与维生素D有关 

我们知道,婴儿在出生6 个月内身体生长发育迅速,所以需要充足的营养。维生素D 缺乏是婴儿早期营养不足的主要原因之一,维生素D 补充不足会严重影响婴儿的骨骼发育。

有研究显示,婴儿体重与维生素D 缺乏具有明显关联性。婴幼儿缺乏维生素D 也会影响肠道菌群的定植能力和数量平衡,导致消化系统功能失调造成吸收功能障碍。

婴儿期肠道菌群数量的改变受多种因素影响。研究显示,维生素D可通过信号传导来增强肠道结构屏障的完整性和提高肠道免疫反应能力,进而稳定菌群在肠道的定植和数量平衡。

婴儿在1 岁以内是肠道内菌群定植、演替和达到平衡的主要阶段,特别是肠道内双歧杆菌、大肠杆菌、乳杆菌等主要菌体在婴儿出生半年内完成定植、演替和数量的平衡,对增强机体免疫力和促进消化吸收起到了重要作用。

在最近对3-6 个月大的婴儿肠道微生物群的研究中,研究人员发现脐带血维生素D 水平与乳球菌减少有关。

正常成年人补充维生素D 后,普氏菌属(Prevotella)的丰度随维生素D 的摄入量增加而增加嗜血杆菌(Haemophilus)和韦荣氏球菌(Veillonella)的丰度随维生素D 的摄入量增加而降低粪球菌属(Coprococcus)和双歧杆菌属(Bifdobacterium)的丰度与血清25-OH-D 水平呈负相关。

上述资料表明从婴儿期到成人期,维生素D 对肠道菌群的组成具有调节作用。

  维生素D减少与肥胖有关  

有研究显示,饮食中类固醇类物质的缺乏会影响肠道菌群的定植和平衡状态,使菌群数量明显增加,可能与肥胖的发生均有一定关系,但仍需进一步研究证实。

维生素D 还可促进脂肪细胞内Ca2 + 的吸收,使脂肪酸合成酶的活性增强进而减少脂肪的分解,增强脂肪细胞的储脂能力。所以体内维生素D 含量减少时,体内脂质代谢会明显增强和细胞内储脂能力降低,导致肥胖发生。

国内学者发现,超重和肥胖患者血清中维生素D 水平明显低于正常水平,且维生素D 与BMI 和腰围指标呈独立负相关性

维生素D 缺乏的婴儿体重和BMI 指标明显高于维生素补充充足的婴儿。肠道菌群数量的增加与肥胖具有密切联系,特别是乳酸杆菌和双歧杆菌以及肠球菌能增加体重和引起肥胖。

该研究发现,观察组婴儿补充维生素D 后乳酸杆菌、双歧杆菌、肠球菌含量明显低于对照组。

  活性维生素D代谢产物 

多项研究表明,肠道菌群会改变肠道维生素D的代谢,而益生菌补充剂会影响循环中的维生素D水平。维生素D缺乏会降低防御素的生成,防御素是一种对于维持健康肠道菌群非常重要的抗菌分子。正如研究人员期待的那样,口服合成防御素分子能够恢复肠道菌群平衡,降低血糖水平,并改善脂肪肝症状。

最近Nature Communications上发表的一项横断面研究,对567名老年男性的血清维生素D代谢产物及粪便菌群进行深入分析后发现,8种特定肠道细菌分类群与维生素D活性形式——1,25(OH)2D的水平相关,而更高的1,25(OH)2D水平更健康的肠道菌群(更多的丁酸盐产生菌)相关。同时,1,25(OH)2D水平较高的男性具有更大的多样性

这些结果提供了强有力的证据,表明宿主维生素D信号和老年人肠道菌群健康之间存在重要的相互作用。肠道中CYP27B1-和CYP24A1-24-羟化酶的共定位表达可能会被存在的微生物群增强或抑制。

无论是通过饮食干预和/或在临床上给合适的人群补充维生素D,发现与更有利的肠道微生物多样性相关的活性维生素D代谢产物(包括已知的丁酸盐生产者的特定微生物)可能会为临床提供潜在的干预目标。

  自闭症儿童维生素D水平较低现象  

大量研究证实,自闭症儿童的维生素D 水平低于同龄健康人群,并且足量、规范地补充维生素D 可改善其自闭症核心症。

动物实验研究表明,发育早期维生素D 缺乏会导致永久性的大脑发育异常,如神经生长因子(NGF)表达减少、侧脑室增大、神经结构或神经递质相关基因(如MAP2, NF-L,GABA-Aa4)表达降低、脑组织氨酰胺水平普遍降低、去甲肾上腺素和丝氨酸水平升高、多巴胺水平升高、5-HT 水平下降等。

维生素D——神经保护剂

而维生素 D的存在,可以改善由于脑部炎症和神经毒性引起的脑损伤促进NGF表达,延缓神经元细胞死亡。因此,维生素D 可以作为一种神经保护剂保护大脑皮层神经元避免兴奋性毒性。

自闭症儿童肠道患病率更高

自闭症儿童存在免疫系统功能紊乱,胃肠道紊乱患病率高于正常发育儿童。一项超过14,000 例自闭症患者的多中心研究显示,自闭症患者炎症性肠道疾病患病率为0.83%,而全院患者患病率为0.54%;自闭症患者其他胃肠道紊乱疾病患病率为11.74%,而全院患者患病率为4.5%,表明自闭症肠道患病率更高

Wang L 等研究发现,在自闭症患者和正常人群中发现鲍氏梭状芽孢杆菌存在明显差异。自闭症患者肠道中的脱硫菌属比正常人群明显增多,且普通拟杆菌属含量丰富,自闭症患者与对照组正常人群肠道中的放线菌及变形菌属含量也有差异。

还有研究观察到自闭症患者肠道中有更高水平的萨特菌和瘤胃球菌属。国外通过自闭症小鼠模型肠道菌群宏基因组的研究发现,其脆弱拟杆菌属、梭菌属比例较对照组明显异常,口服脆弱拟杆菌可改善自闭症样行为症状。

维生素D通过影响Th17/Treg细胞平衡改善菌群紊乱

维生素D 可调节Th 细胞以及Treg 细胞功能,可抑制Th17 细胞,并促进Treg 细胞的增殖。Th17/Treg细胞平衡可能是维持正常的机体整体免疫功能和肠道免疫屏障功能中关键的因素。

维生素D 通过影响Th17/Treg细胞平衡调节自闭症肠道的菌群紊乱,进而通过脑肠轴作用改善神经系统的发育。

这些研究提示,自闭症存在肠道微生物生态失衡,肠道微生物失衡的改善很有可能作为自闭症治疗新的发展方向

  VD与肠道菌群相互影响,从而影响肠道疾病  

结直肠癌

2009 年Volker Mai 团队研究了非裔美国人结直肠癌高于白种美国人,研究发现非裔美国人饮食中的环杂胺明显增高,维生素D 摄入量明显减少,两组人群的粪便微生物群组成也存在差异,推测环杂胺、维生素D 与肠道菌群的组成有相互影响,从而影响肠道环境促进结直肠癌的发生。

克罗恩病

维生素D 缺乏与克罗恩病(Crohn’s disease,CD)的发病有关,研究表明补充维生素D3 会改变CD 患者肠道细菌组成,参与者口服维生素D3,从第1 天至第3天每天服用20000 IU,然后每隔一天服用一次,共4 周,CD 患者口服一周后,Alistipes 菌、Barnesiella 菌、紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)、Roseburia 菌、Anaerotruncus 菌、Subdoligranulum 菌和Ruminococaceae(均为厚壁菌门)的丰度显著增加

炎症性肠病

1,25-OH2-D3 治疗还可在炎症性肠病中改变肠道菌群的组成,从而对小鼠有保护作用。

在肠道性疾病中肠道细菌组成多发生改变,补充维生素D 则可调节已经发生改变的肠道菌群组成。通过补充维生素D可以改变肠道内不同菌种的含量,调节肠道菌群的组成,增加双歧杆菌,拟杆菌降低大肠杆菌和肠球菌的含量和比例。

肠炎

此外,益生菌治疗沙门氏菌肠炎的研究显示益生菌在维生素D 受体(VDR)缺陷小鼠中没有显示出保护作用,而在野生型小鼠中可抑制沙门氏菌诱导的炎症和损伤

VDR基因消融降低肠道中DEFA5和MMP7表达,肠道通透性增加,肠道内环境紊乱,维生素D参与ß-防御素-2的表达,通过ß-防御素-2的表达与肠道菌群相互作用,改善肠道环境以及影响肠道炎症,并且存在剂量关系。溃疡性结肠炎急性期用维生素D能够缓解急性期症状,改善肠道粘膜和肠道菌群。此外,推测益生菌对个体起效可能依赖于VDR 基因。

以上,我们看到在各种肠道疾病的条件下,补充维生素D在一定程度上能改善肠道菌群。那么在缺乏维生素D的健康个体中,补充维生素D对肠道菌群是否有益?

近日,一项研究对80位健康维生素D缺乏的女性进行补充维生素D的治疗。

该研究主要是解决两个问题。

1. 补充维生素D对受试者的肠道菌群的影响

补充维生素D可显着增加肠道微生物多样性。具体而言,拟杆菌/厚壁菌的比例增加,益生菌类Akkermansia和双歧杆菌的丰度增加。拟杆菌属和普氏杆菌属显著变化,表明补充后肠型发生了变化。

2. 评估受试者菌群是否与他们的无反应状态有关。

注:无反应状态指一部分人群口服高剂量的维生素D也无效。

已有研究表明,Bacteroides acidifaciens可以预防肥胖和提高胰岛素敏感性,也是大肠中促进IgA抗体产生的主要共生菌之一。在该研究中,无反应者中较低的Bacteroides acidifaciens以及补充维生素D后的额外消耗表明,这种细菌可能与补充维生素D的反应有关

因此,研究人员有这样一个设想,维生素D的补充促进有益菌生长,以维持免疫微生物的体内平衡。当然,需要开展更大队列的实验研究,以充分代表有反应者/无反应者,来证实该研究的发现。

06

富含维生素D的食物

 6.1 鱼 类 

鲑鱼

鲑鱼是一种受欢迎的脂肪鱼,也是维生素D的重要来源。

根据USDA食物成分数据库显示,一份3.5盎司(100克)大西洋鲑鱼每份含526 IU维生素D。

一些研究发现野生鲑鱼的含量更高,每份高达1300 IU。而鲑鱼养殖平均含量为250 IU。

鲱鱼

鲱鱼也是维生素D的最佳来源之一。每100克新鲜大西洋鲱鱼可提供216 IU,如果不是新鲜的鱼,腌鲱鱼也是维生素D的良好来源,每100克提供112 IU。

其他鱼类包括沙丁鱼,大比目鱼和鲭鱼等,都是维生素D的良好来源。

金枪鱼罐头

每包100克可含多达268 IU的维生素D,然而金枪鱼罐头中一般含有甲基汞(甲基汞是许多鱼类中发现的一种毒素)。可以选择淡金枪鱼(通常比白金枪鱼更好),每周不超过170克,可以防止甲基汞过多。

鱼肝油

鱼肝油每匙(4.9毫升)含维生素D约448 IU。同时也富含维生素A,omega-3脂肪酸等,但是不要服用过量。

 6.2 蛋 黄 

不吃鱼的人应该知道,海鲜不是维生素D的唯一来源。全蛋是另一种良好的来源,也是一种营养丰富的食品。

鸡蛋中的蛋白质大多在蛋清中,而脂肪、维生素和矿物质主要在蛋黄中。一颗标准的蛋黄含有37 IU的维生素D。

蛋黄中的维生素D含量取决于阳光照射和鸡饲料中维生素D的含量。当使用相同的饲料时,在阳光下漫游的牧场饲养的鸡所产卵的水平要高3-4倍。

从饲养的鸡中选择鸡蛋,或者从市场上购买富含维生素D的鸡蛋,可以满足日常需求。

 6.3 蘑 菇 

蘑菇是维生素D的唯一良好植物来源。蘑菇有点像人类,蘑菇在暴露于紫外线时也可以合成维生素D。不同的是,蘑菇产生维生素D2,而动物产生维生素D3。

某些野生蘑菇每100克包装含维生素D高达2300 IU。总的来说,只有野生蘑菇或经紫外线照射的蘑菇才是维生素D的良好来源。

 6.4 强化食品 

注:强化食品指向食品中添加一定量的食品营养强化剂,以提高其营养价值。

牛奶

有些牛奶中富含维生素D。每杯牛奶(237毫升)通常含有115-130 IU。

豆浆

通常会含维生素D以及牛奶中常见的其他维生素和矿物质。一杯(237毫升)通常含有107-117 IU的维生素D。

橙汁

一杯(237毫升)强化橙汁,包括高达100 IU的维生素D,当作早餐开启一天的活力。

燕麦片

半杯(78克)可提供维生素D量为54–136 IU。

注意以上食物中维生素D计算是强化食品中的含量。

最后,要提醒大家的是,“过犹不及”。维生素D虽然好,但不能补充过量。一旦维生素D过量,就会对身体带来伤害。

大剂量的维生素D服用一开始没有症状,但过几个月或几年就开始显现了,严重的情况下甚至可能导致肾脏衰竭和动脉钙化。

每天摄入1000-4000IU(25-100微克)的维生素D应该足以确保大多数人的最佳血液水平。


附 录 : 特殊人群维生素D补充剂量

维生素D缺乏引起的骨软化需要起始每日使用3000-40000IU的维生素D,随后使用每日400IU的维持剂量。

肠道吸收不良肝脏疾病引起的维生素D缺乏通常需要每日使用40000IU(成人)治疗,每日10000-25000IU(儿童)。

甲状旁腺功能减退引起的低钙血症需要使用每日最多100000IU维生素D

——参考自:《DK家庭用药指南》

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肠道菌群 —— 中风的关键参与者

谷禾健康

中风是全球范围内最具破坏性的最严重的脑部疾病之一,治疗选择非常有限。中风和其他神经系统疾病与微生物群破坏有关。反过来,中风诱发的菌群失调会通过调节免疫反应而对疾病结果产生重大影响。

了解肠细菌-脑串扰的性质可能会导致基于微生物组的治疗方法,从而可以改善患者的康复。

本文主要介绍关于肠道微生物组在中风中的作用的最新知识,以及肠-免疫-脑串扰的潜在机制。

肠道微生物群和周围器官之间的信号传导是由微生物组相关分子模式(MAMP)和微生物组分泌的代谢产物介导的,这些代谢产物可以与粘膜上皮和肠道免疫细胞相互作用,刺激迷走神经或到达全身循环以向大脑发出信号和可能调节神经元和免疫应答。

反过来,支配肠壁的副交感神经和交感神经纤维会从大脑传递输入信号,从而影响肠蠕动,免疫细胞活性,并能诱导肠成分改变。

01

中风改变了微生物群的组成

我们知道,肠道微生物群稳态的破坏,就会容易患病。

实验和临床研究中越来越多的证据表明中风会改变肠道菌群的组成。对中风患者肠道菌群的分析显示,与健康个体相比,微生物组成发生了变化,而菌群失调程度与病变的严重程度相关。

同样,观察小鼠的粪便微生物丰度的变化,发现严重中风要比轻微中风更为明显。但是,在分析菌群多样性和特定菌群时,在临床和实验研究中有些不同结果。

为什么会出现不同结果?

Yin 等人发现与无症状对照组相比,中风患者粪便样本的多样性增加,Stanley等人发现假手术组和中风小鼠之间的微生物群多样性没有变化。相反,其他研究人员则在实验和临床环境中观察到某些菌减少和其他细菌的过度繁殖导致多样性降低,表明多样性程度不一定能预测中风的严重程度

不同的研究发现,沙门氏菌总体上减少了,同时伴有拟杆菌的过度生长。然而,当在较低的生物分类等级上分析微生物群变化时,在临床和实验性中风中特定细菌变化方面缺乏一致性

可能的混淆因素

粪便采样位置的差异(在小鼠的胃肠道和患者的粪便中),用于基因组DNA提取和16S rRNA基因分析的方法中风模型的严重程度以及基线的差异微生物群组成(人类的小鼠起源或个体间和个体内变异)可能是造成矛盾结果的混淆因素。

影响肠道菌群组成的另一个混杂因素是饮食类型

严重的中风病例总是住院治疗,他们将接受药物治疗并接受医院控制的饮食,而实验性中风后对小鼠的干预很少,这将以啮齿动物和人类的不同方式影响微生物群的组成。

总体而言,临床和实验数据表明中风后微生物群组成发生了变化。然而,迄今为止,尚不清楚哪种类型的肠道细菌参与中风的病理生物学机制。

年龄对微生物群状态的重要性

衰老会改变肠道菌群的组成,并与炎症和肠道通透性增加有关。中风后,与年轻小鼠相比,有高龄微生物群的小鼠具有更高的死亡率,运动功能受损和促炎性细胞因子反应。

粪便微生物群移植(FMT)可以在年轻和老年小鼠中恢复中风的结果。这些实验强调了年龄对微生物群状态的重要性及其对疾病发展的影响,以及微生物群的操纵如何能够导致非侵入性疗法以预防和改善中风预后。

虽然实验结果表明与年龄、肠道生物失调和中风结果相关,但其他风险因素(糖尿病、高血胆固醇水平、饮酒、高脂肪饮食、缺乏锻炼)和性别差异对肠道微生物群和中风结果的影响仍有待实验和临床研究解决。

脑损伤改变微生物组组成的机制

由于中风后自主神经系统(ANS)的失调而降低肠道运动性和粘膜屏障的完整性。脑损伤后,肠道内胆碱能活性下降肾上腺素能信号传导增加,这与肠屏障的破坏有关。

因此,使用β受体阻滞剂抑制β肾上腺素能活性可显着恢复中风诱导的肠道通透性,并减少细菌向周围器官的扩散。

在这方面,Singh等人证明了回肠瘫痪本身就可以驱动微生物群变化,这是一种中枢神经系统介导的生态失调。

肠道细菌可以感觉到来自胃肠道的激素和神经递质,并且在体外培养中,在应激激素去甲肾上腺素(NE)存在下,某些条件致病菌能够增殖更多。

有趣的是,在实验性中风后,盲肠中的去甲肾上腺素释放增加,这可能是某些病原体或共生菌过度生长的原因。

另外,ANS调节肠粘液分泌,大脑对肠信号的扰动可能对肠粘液层的大小和质量产生重要影响

Houlden等人观察到,中风后盲肠内,粘液蛋白产生的失调和产粘液的杯状细胞降低。中风后粘液层的形成受损可能使共生膜与上皮直接接触,转移并引发免疫反应,以及中风后感染。此外,还需要更多关于细菌移位导致实验性中风感染的直接影响的数据。

脑损伤触发肠道中胆碱能和肾上腺素能信号的失衡,增加释放的NE的浓度,降低肠道运动性,并改变与微生物群失调有关的肠脑屏障。所有这些事件都将影响肠道微生物的功能输出,并可能进一步扰乱肠道的免疫稳态。

02

中风的肠-免疫-脑轴

迄今为止,使用动物模型进行的研究提供了最有力的证据,并有助于阐明中风后肠-免疫-脑相互作用的潜在机制。

T淋巴细胞的关键作用

已知T淋巴细胞在脑损伤后继发的组织损伤中起关键作用。促炎性T辅助1细胞(Th1),T辅助17细胞(Th17)和γδT-IL-17+细胞与中风后神经毒性有关,而调节性T细胞(Treg)发挥作用抗炎和神经保护特性

越来越多的证据,支持微生物群通过调节胃肠道中促炎Th17细胞与抗炎Treg细胞之间的平衡来维持免疫稳态。

通过诱导促炎Th1和Th17介导的反应,具有中风后遗症粪便含量的无菌(GF)小鼠的定殖导致中风结果的恶化,这表明中风诱导的微生物失调触发促炎性免疫反应,从而加剧脑损伤

这组作者证明,来自派尔氏淋巴集结(Peyer’s patches)的T细胞会侵袭梗塞周围组织,并在中风的急性期产生免疫反应。

肠道菌群的免疫调节作用对于中风恢复至关重要

此外,通过健康捐献者的FMT恢复肠道微生物群的稳态,减少了损伤大小增加了缺血性脑中Treg细胞的数量

然而,单独存在的微生物群具有神经保护作用,因为与定殖小鼠相比,完全根除GF小鼠的肠道细菌导致更大的梗塞体积。

同样,这种微生物群介导的对中风的有益作用取决于淋巴细胞反应,表明肠道细菌的免疫调节作用对于中风恢复至关重要。通过显示在缺血性损伤之前使用抗生素对微生物群组成进行控制可减少梗塞体积并改善感觉运动功能,从而证明了肠-脑双向沟通在中风中的关键参与

在这项研究中,他们表明神经保护作用是由微生物依赖性的肠道树突状细胞(DC)引发的,介导小肠Treg的扩增,通过抑制促炎性γδT-IL-17+细胞发挥作用。 

此外,他们还认为IL-10是Treg细胞介导的γδT细胞增殖抑制的主要协调器,因为IL-10-/- 小鼠不受保护作用的影响。由于较少的促炎IL-17 +γδT细胞积聚在脑膜中,因此肠道中的这种抗炎环境会传导到大脑,这与较小的梗死面积有关

有趣的是,肠道T细胞从肠道迁移到脑膜和脑实质中,表明中风有直接的肠脑沟通途径。

另外,肠道微生物群组成的修饰可通过致耐受性DC使肠道免疫应答偏向抗炎环境。

这些研究表明中风后微生物群受到影响,中风后细菌数量的变化会促进促炎性T细胞反应,肠道免疫细胞迁移至脑膜,这可能会参与继发性脑损伤并恶化中风结果。

也突显了通过肠道淋巴细胞从肠道运输到大脑的过程,沿着肠道-脑轴的直接联系,在那里它们调节了对中风的神经炎症反应。

当然,对于肠免疫细胞是否直接导致脑损伤或修复机制还不是很清楚。重要的是,这种肠道细菌-DC之间相互作用的分子途径仍然难以捉摸。

图  肠道代谢物——中风中的免疫系统干扰

Delgado.et al., Neuromolecular Med, 2020.

中风后肠道微生物对免疫系统的调节。

下图:在肠道中,中风引起生物失调、粘膜屏障功能障碍、肠道通透性增加、细菌移位、中风后感染和通过树突细胞的促炎性T细胞反应(DC)。中风后,免疫细胞,特别是T细胞、CD64 +巨噬细胞和树突状细胞从肠道迁移到脑膜和大脑。肠道代谢物(AHR,次生胆汁酸,MAMPs)作为肠道免疫细胞免疫调节剂的作用尚未明确。中风后微生物来源的SCFA减少,可能引发γδT-IL-17 +细胞和调节性T细胞(Treg)的失衡。

上图:补充SCFA调节神经元活动和突触密度,并且与小胶质细胞激活减少和Tregs增加以及中风后更好的恢复相关。

03

中风肠道菌群的操纵

Benakis等人证明了在诱导缺血性损伤之前用氨苄西林或万古霉素治疗小鼠具有神经保护作用,而使用新霉素则不能保护小鼠免于中风。这种神经保护作用与微生物组组成中的抗生素特异性变化有关,变形菌和厚壁菌门增多,而拟杆菌属的减少。

此外,当他们分析与有益菌群变化相关的预测酶途径时,他们发现异种/芳香族化合物代谢可预测缺血性病变的大小。

微生物代谢产物是细菌-宿主串扰的主要沟通渠道之一

与中风的肠道免疫脑轴有关的一个可能的缺失环节可能是仅由细菌产生的代谢产物。

已知必需芳香族氨基酸色氨酸的代谢产物可通过在DC和T细胞中表达的芳烃受体(AHR)调节免疫细胞功能。一些菌群能够将肠道中的色氨酸分解为AHR的配体。

在小鼠中,微生物群衍生的吲哚激活AHR通过诱导免疫细胞中IL-22促进肠道稳态。在星形胶质细胞的AHR通过激活在多发性硬化的小鼠模型中色氨酸代谢物的神经保护作用的驱动器。

然而,保护作用是配体依赖,其他色氨酸代谢产物已报告加重病程。有趣的是,负责色氨酸分解代谢的内源性犬尿氨酸途径的活性被上调下列缺血性中风和已与炎性反应和恶化的结果。因此,AHR受体的药理和遗传阻断改善了中风恢复。

这些发现暗示了色氨酸衍生化合物在中风中的关键作用。尚不清楚微生物源性色氨酸代谢产物在缺血性损伤中的免疫调节作用。

短链脂肪酸(SCFA)是细菌发酵的生物产物,具有免疫调节作用:它们能够根据免疫情况直接诱导T细胞分化为效应细胞和调节细胞。

小鼠中风后血浆SCFA的水平显着降低,这与恶化的结果有关。

中风之前在小鼠中补充SCFA改善了行为恢复改善了皮质网络的连通性,并改变了突触可塑性的组织学标志,这与改善中风的长期中风有关。这些作用与小胶质细胞形态向稳态状态的改变和侵袭性淋巴细胞的减少有关。

菊粉改善中风后神经功能缺损

在另一项研究中,他们观察到,与年幼小鼠相比,口服菊粉(产生SCFA的细菌和制造SCFA的细菌基质),可减少老年小鼠中风后的神经功能缺损和改善抑郁样行为。

此外,这些变化伴随着缺血性脑中IL-17 +γδT细胞百分比的降低,但SCFA是否直接影响T细胞极化和迁移尚未解决。出人意料的是,在两项研究中,梗死面积均不受SCFA干预的影响。

所有这些证据表明,微生物代谢产物SCFA在中风后恢复中起重要作用,并且可能参与中风后肠道菌群发挥的免疫调节作用。

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结    语   

本文总结了微生物群组成如何通过调节免疫反应影响中风预后的最新发现。肠道菌群的变化引起主要的促炎性T细胞反应,这与更大的梗塞体积和恶化的预后相关。

由于肠道菌群是一个非常复杂的生态系统,受环境和宿主的影响,具有冗余功能和协同关系,因此,研究微生物组代谢组学特征以将其转化为临床实验研究是一种更好的策略。

然而,尚无实验数据将特定微生物群合成的化合物与脑损伤后的免疫反应之间的因果关系联系起来。为了在中风患者中成功应用这些发现,有必要进一步研究中风后共生细菌和免疫系统之间相互作用的分子机制。

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