Intermittent hypoxia alters gut microbiota diversity in a mouse model of sleep apnoea

間歇性缺氧改變睡眠呼吸暫停小鼠模型中腸道微生物群的多樣性

來源：European Respiratory Journal, 2015, Volume 45, Pages 1055-1065

《歐洲呼吸雜志》，2015年，第45卷，第1055-1065頁

 

摘要

摘要部分闡述了研究評估了間歇性缺氧（模擬阻塞性睡眠呼吸暫停OSA的一個關鍵特征）是否會導致小鼠糞便微生物組的改變。通過測量結(jié)腸糞便中的氧分壓并應用慢性間歇性缺氧模型，研究發(fā)現(xiàn)間歇性缺氧在腸道近上皮區(qū)域引發(fā)了缺氧/再氧合模式，并顯著改變了全球微生物群落結(jié)構(gòu)，增加了α多樣性（Shannon指數(shù)），并誘導了腸道微生物群的變化（β多樣性分析）。具體來說，間歇性缺氧暴露的小鼠顯示出厚壁菌門豐度增加，而擬桿菌門和變形菌門豐度減少。這表明間歇性缺氧模仿OSA可能擾亂宿主與腸道微生物群之間的生理互動。

 

研究目的

研究目的是測試間歇性缺氧（模擬OSA的動脈低氧特征）是否會導致腸道微生物群的改變。具體來說，研究旨在驗證間歇性缺氧是否在腸道內(nèi)產(chǎn)生缺氧/再氧合事件，并評估這些事件對腸道微生物多樣性和組成的影響，從而探索OSA可能通過影響微生物群而貢獻于代謝等后果的機制。

 

研究思路

研究思路分為兩個主要部分：首先，通過體內(nèi)實驗使用氧微電極測量小鼠小腸糞便中的氧分壓，以確認間歇性缺氧是否在腸道內(nèi)轉(zhuǎn)化為缺氧/再氧合模式；其次，將小鼠分為間歇性缺氧組和常氧對照組，施加6周的慢性間歇性缺氧干預，然后收集糞便樣本，通過16S rRNA焦磷酸測序和生物信息學分析（如QIIME）來評估微生物群的多樣性和組成變化。整個研究結(jié)合了生理測量和分子生物學方法，以全面評估間歇性缺氧對腸道微生物的影響。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 氧分壓（PaO2）在腸道內(nèi)的測量：數(shù)據(jù)來自圖1。研究意義是直接證實了間歇性缺氧在腸道近上皮區(qū)域（<200μm）產(chǎn)生了缺氧/再氧合波動，這為微生物群變化提供了環(huán)境基礎，表明OSA的缺氧特征可能通過擴散影響腸道微環(huán)境。

 

2 體重變化。研究意義是排除了體重變化作為混雜因素，因為間歇性缺氧組和對照組體重無顯著差異，確保微生物變化直接歸因于缺氧干預。

3 微生物多樣性指數(shù)：數(shù)據(jù)來自表1（Chao1和Shannon指數(shù)）。研究意義是顯示間歇性缺氧增加了微生物群的α多樣性（Shannon指數(shù)顯著升高），表明物種分布更均勻，這可能增強微生物群對環(huán)境壓力的抵抗力。

 

4 微生物群落結(jié)構(gòu)分析：數(shù)據(jù)來自圖2（主成分分析）和圖3（聚類分析）。研究意義是通過β多樣性分析（如ANOSIM）顯示間歇性缺氧組和對照組微生物組成顯著分離，表明缺氧干預導致了整體群落結(jié)構(gòu)的改變。

 

 

5 微生物組成在門、科、屬水平的變化：數(shù)據(jù)來自圖4（門水平）、圖5（科水平）和圖6（屬水平）。研究意義是發(fā)現(xiàn)間歇性缺氧改變了特定類群的豐度，如擬桿菌門減少、厚壁菌門增加，以及科和屬水平的顯著變化（如普雷沃菌科增加），這些變化可能與缺氧導致的厭氧菌優(yōu)勢相關，并暗示了微生物群在OSA相關代謝紊亂中的潛在作用。

 

 

 

 

結(jié)論

研究得出結(jié)論：間歇性缺氧（模擬OSA）確實在腸道內(nèi)產(chǎn)生了缺氧/再氧合事件，并顯著改變了腸道微生物群的組成和多樣性。這些變化包括α多樣性增加、群落結(jié)構(gòu)分離以及特定微生物類群豐度的改變（如厭氧菌增多），表明OSA可能通過影響腸道微生物群而擾亂宿主生理，進而貢獻于代謝等并發(fā)癥。這為OSA與腸道微生物互動的機制提供了初步證據(jù)，并提示未來需要進一步研究睡眠碎片化等其他因素。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量出的數(shù)據(jù)（氧分壓PaO2在腸道內(nèi)的變化）具有重要研究意義。首先，該測量直接證實了間歇性缺氧在腸道近上皮區(qū)域（距離上皮100-200μm）產(chǎn)生了明顯的缺氧/再氧合波動，振幅隨距離增加而衰減，這通過實驗驗證了理論擴散模型（如Fick定律），表明OSA的缺氧特征能通過毛細血管擴散影響腸道微環(huán)境。其次，這些數(shù)據(jù)為微生物群變化提供了機制解釋：缺氧/再氧合事件創(chuàng)造了選擇性壓力，有利于厭氧菌（如厚壁菌門）的生長，而抑制需氧菌，從而解釋了觀察到的微生物多樣性增加和組成改變。此外，該測量將系統(tǒng)性缺氧與局部腸道環(huán)境聯(lián)系起來，支持了OSA可能通過改變微生物群而影響宿主代謝的假說，為后續(xù)研究（如腸道通透性、炎癥標志物）奠定了基礎。總之，Unisense電極的數(shù)據(jù)是研究的關鍵橋梁，將OSA的生理 insults 與微生物響應直接關聯(lián)。