Vi khuẩn đường ruột điều chỉnh chu kỳ căng thẳng và giấc ngủ như thế nào

Ảnh hưởng của hệ vi khuẩn đường ruột đến nhịp sinh học có thể là chìa khóa để hiểu cách phản ứng với căng thẳng thay đổi trong ngày, có khả năng cung cấp những hiểu biết mới để điều trị các rối loạn liên quan đến căng thẳng. Dưới đây Dược Phẩm Mộc Lâm xin dịch bài nghiên cứu được TS. Sushama R. Chaphalkar(*) chia sẻ:

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Cell Metabolism , các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu vai trò của hệ vi khuẩn đường ruột trong việc điều hòa nhịp điệu của trục hạ đồi-tuyến yên-tuyến thượng thận (HPA) và tác động của nó lên phản ứng căng thẳng vào các thời điểm khác nhau trong ngày.

Hệ vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến căng thẳng như thế nào?

Hệ thống căng thẳng và nhịp sinh học, trong khi đóng vai trò riêng biệt, được kết nối với nhau thông qua trục HPA và hệ thần kinh tự chủ. Phản ứng căng thẳng cho phép phản ứng nhanh với các mối đe dọa, trong khi nhịp sinh học dự đoán những thay đổi của môi trường.

Glucocorticoid, là hormone trung tâm của cả hai hệ thống, tuân theo một mô hình hàng ngày được kiểm soát bởi đồng hồ trung tâm của não, nhân suprachiasmatic (SCN). Sự tiết nhịp nhàng này có thể ảnh hưởng đến phản ứng căng thẳng dựa trên thời gian trong ngày, với khả năng phục hồi cao hơn ở đỉnh nhịp sinh học so với đáy.

Hệ vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến chức năng não thông qua trục HPA, đặc biệt là ở các vùng như hồi hải mã và hạnh nhân, cả hai đều điều chỉnh căng thẳng. Vi khuẩn đường ruột cũng trải qua các chu kỳ hàng ngày hỗ trợ sức khỏe trao đổi chất và sự gián đoạn của các chu kỳ này dẫn đến mức glucocorticoid không đều và phản ứng căng thẳng bị suy yếu.

Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã khám phá những kết nối này một cách riêng biệt, vai trò tích hợp của hệ vi khuẩn đường ruột trong việc điều phối căng thẳng và nhịp sinh học vẫn chưa được khám phá nhiều. Do đó, trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu điều tra cách hệ vi khuẩn đường ruột điều chỉnh sự tương tác giữa nhịp sinh học và phản ứng với căng thẳng.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu hiện tại, ảnh hưởng của hệ vi khuẩn đường ruột lên chức năng trục HPA được đánh giá bằng cách so sánh thành phần vi khuẩn ở chuột bị suy giảm hệ vi khuẩn thông qua điều trị bằng kháng sinh (ABX) hoặc điều kiện không có vi khuẩn (GF). Ngoài ra, một số chuột được cấy ghép hệ vi khuẩn đường ruột (FMT) từ chuột GF hoặc ABX.

Căng thẳng hạn chế cấp tính được sử dụng để đánh giá phản ứng căng thẳng, trong đó nồng độ glucose trong máu và corticosterone được đo. Kiểm tra hành vi bao gồm tương tác xã hội qua lại và các bài kiểm tra thực địa mở.

Các mẫu từ hồi hải mã, hạnh nhân, tuyến yên và tuyến thượng thận được thu thập để chiết xuất axit ribonucleic (RNA). Biểu hiện gen được định lượng bằng xét nghiệm phản ứng chuỗi polymerase thời gian thực (RT-PCR) định lượng.

Nồng độ corticosterone, hormone vỏ thượng thận (ACTH) và catecholamine trong huyết tương được đo bằng xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với enzyme (ELISA) vào các thời điểm khác nhau trong ngày để đánh giá nhịp sinh học. Giải trình tự shotgun DNA của vi khuẩn được thực hiện để phân tích chức năng và phân loại, trong khi giải trình tự RNA và nghiên cứu chuyển hóa được sử dụng để đánh giá phản ứng của mô.

Dữ liệu được tích hợp bằng cách sử dụng phân tích đa ô-míc. Phân tích thống kê bao gồm các mô hình tuyến tính, phân tích thành phần chính và phân tích làm giàu để kiểm tra tương tác ruột-não.

Kết quả nghiên cứu

Hệ vi khuẩn đường ruột, đặc biệt là các loài Lactobacillus như Limosilactobacillus reuteri , ảnh hưởng đến sự thay đổi hàng ngày về mức độ corticosterone. Ở chuột GF và ABX, thời điểm và cường độ tiết corticosterone đã bị thay đổi.

Cụ thể hơn, chuột GF biểu hiện sự thay đổi nồng độ corticosterone đỉnh điểm sang pha tối, trong khi chuột ABX có nồng độ corticosterone cao hơn vào các thời điểm khác nhau, do đó chỉ ra sự gián đoạn trong nhịp điệu tự nhiên của cơ thể. Những thay đổi này cũng được phản ánh trong các vùng não như vùng dưới đồi (SCN), hồi hải mã và hạnh nhân, điều chỉnh nhịp điệu sinh học và căng thẳng.

Biểu hiện của các gen liên quan đến stress và nhịp sinh học quan trọng đã bị thay đổi ở những vùng này, cũng như mất nhịp điệu ở những vùng này, tương quan với những thay đổi trong việc giải phóng corticosterone. Hồi hải mã và hạnh nhân biểu hiện các kiểu gen bị gián đoạn liên quan đến phản ứng với stress, có thể làm tăng khả năng mắc các rối loạn như trầm cảm.

Sự suy giảm vi khuẩn dẫn đến những thay đổi trong quá trình chuyển hóa não, đặc biệt là trong các con đường liên quan đến glutamate, rất quan trọng đối với phản ứng căng thẳng. Sự thay đổi biểu hiện gen ở vùng dưới đồi và tuyến yên cũng làm giảm tính thấm của hàng rào máu não.

Về mặt hành vi, chuột ABX biểu hiện ít tương tác xã hội hơn sau khi tiếp xúc với căng thẳng, đặc biệt là vào một số thời điểm nhất định trong ngày. Tuy nhiên, hành vi của chuột trở lại bình thường khi mức độ corticosterone tuân theo các mô hình điển hình vào cuối ngày. Những thay đổi về hành vi này được xác nhận thêm bằng cách sử dụng chất chặn tổng hợp corticosterone, giúp ngăn ngừa các khiếm khuyết về hành vi do căng thẳng gây ra.

Các thí nghiệm chuyển giao vi khuẩn đường ruột cho thấy Lactobacillus reuteri có thể ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ corticosterone, từ đó củng cố thêm vai trò của các vi khuẩn đường ruột cụ thể trong việc điều chỉnh phản ứng căng thẳng.

Những phát hiện này làm nổi bật vai trò tích hợp của hệ vi khuẩn đường ruột trong việc điều chỉnh nhịp sinh học và phản ứng với căng thẳng, có ý nghĩa tiềm tàng trong việc hiểu các rối loạn liên quan đến căng thẳng và cải thiện sức khỏe.

Kết luận

Hệ vi khuẩn đường ruột điều chỉnh khả năng phản ứng với căng thẳng thông qua nhịp điệu ngày đêm, trong đó nó ảnh hưởng đến các vùng não chính liên quan đến hệ thống sinh học và căng thẳng. Sự suy giảm vi khuẩn có thể dẫn đến các mô hình thay đổi về giải phóng corticosterone và các hành vi liên quan đến căng thẳng theo cách cụ thể theo thời gian trong ngày.

Cần nghiên cứu thêm để xác định các tín hiệu vi khuẩn ảnh hưởng đến nhịp điệu corticosterone, cách chúng tác động đến não và cách dịch những phát hiện này sang các nhóm người có hoàn cảnh khác nhau.