健康な若年男性における重度の短期睡眠制限は、腸内細菌叢の豊かさを減少させるが、腸管透過性には影響を与えない
公開日：2023年1月5日
健康な若年男性における重度の短期睡眠制限は、腸内細菌叢の豊かさを減少させるが、腸管透過性には影響を与えない
J. Philip Karl, Claire C. Whitney, ...Tracey J. Smith 著者紹介
Scientific Reports 13巻 記事番号: 213 (2023) この記事を引用する
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メトリクス詳細
概要
睡眠制限は、げっ歯類において腸内細菌叢の組成と腸管バリア機能を変化させるが、ヒトにおいて同様の効果が生じるかどうかは不明である。本研究では、健康な成人における重度の短期睡眠制限が、腸内細菌叢の組成と腸管透過性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。健康な男性19名（平均±SD、BMI 24.4±2.3 kg/m2、20±2歳）を対象に、食事と身体活動をコントロールしながら、十分睡眠（AS、7～9時間/夜）および睡眠制限（SR、2時間/夜）を無作為に3晩連続で行い、16S rRNA配列測定による便中マイクロバイオータ組成と腸管透過性を測定した。アンプリコンシークエンスバリアント（ASV）リッチネスで測定したα多様性は、ASと比較してSRでは21％低かったが（P = 0.03）、シャノン指数およびシンプソン指数で測定したα多様性は条件間で差がなかった。Ruminococcaceae科に属する単一のASVの相対的な豊富さが唯一の差異的な分類群であった（q = 0.20）。腸管透過性とβ多様性には条件間の差は認められなかった。以上の結果から、健康な若年男性において、重度の短期睡眠制限は腸内細菌叢の豊富さを低下させるが、それ以外では群集組成への影響は少なく、腸管透過性には影響しないことが示唆された。
はじめに
腸内細菌叢は、不十分な睡眠または睡眠障害に関連する多様な急性および慢性の健康への悪影響のメディエーターである可能性がますます高まっている1,2。げっ歯類では、睡眠不足や睡眠の断片化によって腸内細菌叢の組成が変化し、炎症、腸管バリアー損傷、腸管透過性が誘発される3,4,5,6,7,8,9,10. これらの影響は、視床下部-下垂体-副腎（HPA）軸の活性化によって部分的に開始され、相互に関連し、双方向的であり、不十分な睡眠や中断された睡眠によって生じる代謝および生理的障害に寄与すると考えられています1,2.
ヒトにおいて同様の作用がどの程度生じるかは不明である。最近の研究では、健康な成人において40時間の睡眠不足が続くと、HPA軸の活性化、炎症、腸管透過性の循環マーカーが増加し、腸内細菌叢の組成が変化することが明らかになった11。重要なことは、この同じ研究で、睡眠不足のヒト腸内細菌叢を無菌マウスに移植すると、腸管透過性、循環サイトカイン濃度で測定した炎症、認知障害が生じたことである11。しかし、他の研究では、2～5晩連続で睡眠の機会を4時間/晩に制限しても、ヒトの腸内細菌叢組成への影響はほとんどない、あるいは全くないと報告されている12,13。これらの矛盾は、研究集団およびデザインの違いに起因する可能性があり、または睡眠制限の大きさおよび期間によってヒト腸内細菌叢に対する睡眠制限の効果が異なることを示唆している可能性がある。したがって、睡眠時間、腸内細菌叢組成および腸管バリア機能との関係の理解を深めるために、新しい睡眠制限パラダイムを採用した追加の研究が必要である。
重度の（1晩4時間未満）、短期間（7日未満）の睡眠不足は、軍人、救急隊員、超持久系アスリートなど特定の集団がよく経験するいくつかの職業的ストレス要因の1つである14,15,16。私たちの研究室では、睡眠不足を含む複数のストレス要因からなる環境にさらされた個人において、腸管透過性の上昇と炎症に伴う腸内細菌叢組成の変化を報告しています17,18。本研究は、健康な成人の腸内細菌叢組成および腸管透過性に及ぼす重度の（1泊2時間の睡眠機会）、短期（連続3泊）の睡眠剥奪の影響を明らかにすることにより、これらの結果における睡眠剥奪の潜在的役割を切り分け、エビデンスを拡充するために考案されたものであった。
研究方法
参加者と研究デザイン
本報告は、睡眠不足による免疫機能の低下を緩和するための多栄養素栄養介入の有効性を検証するためにデザインされた親試験（clincaltrials.gov #NCT03525184）に含まれるサブスタディについて詳述する19,20。2018年2月から2019年4月にかけて、BMI＜30kg/m2の17～45歳の健康な男女で、定期的に7～9時間/夜睡眠をとり、過去3カ月間に経口抗生物質を使用しておらず、胃腸疾患、心代謝疾患、神経障害の既往がない人をマサチューセッツ州ナティックにあるナティックソルジャーシステムセンターと周辺地域で募集しました。栄養補助食品およびプロバイオティクス含有食品の摂取は、試験前2週間および試験期間中は禁止された。本研究は、米国陸軍医療研究開発司令部施設審査委員会の承認を受け、研究者は陸軍規則70-25に規定される被験者保護に関する方針を遵守し、研究は32 CFR Part 219の規定を順守して行われ、すべてのボランティアは自由意志と情報提供による参加同意を得ていた。
本研究では、2つの3日間条件からなる無作為化クロスオーバーデザインを用いた（Fig.1）。AS（一晩に7-9時間の睡眠機会）とSR（一晩に2時間の睡眠機会）の2つの3日間の条件からなる無作為化クロスオーバーデザインを採用した。完了の順序はコンピュータによる無作為化で、ASがSRに先行する場合は7日間のウォッシュアウト期間、SRがASに先行する場合は21日間のウォッシュアウト期間で相異なった。SRでは、参加者は睡眠制限開始の前夜に実験室に出頭し、その夜、8.5時間のベッドでの睡眠時間が与えられた。その後、参加者は1日24時間、常にスタッフの監視下におかれ、1泊2時間（0430-0630）の睡眠機会が3日間連続して与えられただけであった。AS期間中、参加者は3日間連続、0630から2000までスタッフの監視下で研究室に滞在し、自宅にて7-9時間/夜の睡眠をとるように指示された。睡眠指示の遵守状況は、自己申告と手首装着型のアクティグラフモニター（Actical, Philips Respironics, Murrysville, PA, USA）を用いてモニタリングし、総睡眠時間と在床時間を測定した。ここでいう「睡眠機会」とは、ベッドにいる時間のことである。研究方法の詳細については、他で報告されているが19,20、文脈のために以下に簡単に要約する。
図1
図1
研究デザイン。無作為化クロスオーバー試験で、参加者は十分な睡眠（AS）または睡眠制限（SR）を3晩連続で行った。便サンプルの採取は3日目の起床後に開始し、サンプルが採取されるまで継続した。腸管透過性（IP）測定は、4日目の朝に5時間かけて行われた。
フルサイズ画像
両期間中、参加者には、エネルギーバランス（摂取エネルギー量＝消費エネルギー量）を維持するために管理栄養士が考案した測定食が提供されました。食事は市販の食品で構成され、0.9 gタンパク質/kg体重/日、炭水化物から65 ± 2 kcal、脂肪から25 ± 2 kcal、およびオメガ3脂肪酸、カルシウム、亜鉛、ビタミンA、C、Dの推奨摂取量を満たすように設計された。参加者は提供されたすべての食品と飲料を摂取する必要があり、消費量は訓練を受けた研究スタッフによって監視および測定され、水以外の食品または飲料は禁止された。
参加者は、両期間中、低強度の所定の運動（ウォーキングと軽い自転車エルゴメーター）も行った。1日の総エネルギー消費量は、睡眠時間、日常生活活動および研究活動（例：ビデオゲーム、衛生管理など）への参加時間、および所定の運動への従事時間を決定することで推定された19,20。各活動に代謝当量（METS）を割り当て、各活動の時間からエネルギー消費量を計算するために使用した。この計算では、睡眠中のエネルギー消費量を推定するために0.9METS、起きていて日常生活活動に従事している間のエネルギー消費量を推定するために1.25METS、SR中にのみ行われる射撃試験中のエネルギー消費量を推定するために2.5METS、すべての所定の運動に対して活動別メッツ21が用いられた。したがって、予定された総エネルギー消費量はASよりSRの方が多く、その増加量は6時間で 0.35メッツ（すなわち、ASとSRの総睡眠時間/夜の予定差）であった。
便サンプルの採取と分析
各相の3日目の起床後（すなわち、48時間の十分な睡眠または睡眠制限後）の最初の便サンプルを採取し、微生物叢組成を評価した。サンプル採取の平均時計時間は条件間で同様であり（AS = 1255 [range: 0600-1900], SR = 1357 [range: 0005-2335] ）、サンプル採取から処理までの経過時間は、SR中に採取した2つのサンプル以外すべてで60分以下だった（中央値 [IQR]: AS = 10分 [15 分]; SR = 10分 [25 分], P = 0.29)．サンプルはプラスチック容器に採取され、直ちに冷蔵保存された。便はBristol Stool Scaleを用いて研究スタッフが一貫性を評価した後、処理し、分析まで-80℃で凍結した。
DNA抽出は、QIAamp Power Fecal DNA Kit (Qiagen, Inc., Hilden, Germany) を用いて、メーカーのプロトコルにしたがって行った。抽出したDNAはNanoDrop 2000 spectrophotometers (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) を用いて定量し、全てのサンプルはDIN > 8で品質カットオフを通過した。16S rRNA遺伝子のアンプリコンシークエンスは、Illumina 16S ribosomal DNA Metagenomics Library Preparation manual (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA) に従って、当社の確立したプロトコル22で実施した。簡単に言うと、ベンダーが推奨するプライマーセットで16S rRNAアンプリコンの超可変V3およびV4領域を分離し、サンプルをバーコード化し、その後アンプリコンを生成した。イルミナMiSeqプラットフォームを使用して、300 bpペアエンドリードを1回のランでシーケンスした。V3およびV4領域の高品質な全長リードを生成するために、各リードの末端をオーバーラップさせた。QIIME2 v.2020.823を用いて、デマルチプレックスされた配列のデータ品質評価、処理、キメラ検出を行った。q2-vsearchプラグインで生リード配列を結合し、q2-demuxで品質スコアに基づく初期品質フィルタリングを行い、DADA224プラグインでノイズ除去を行った。すべてのアンプリコン配列バリアント (ASV) を q2-alignment により MAFFT25 で整列し、q2-phylogeny26 により FastTree2 で系統樹を構築した。分類の割り当てには、特定のプライマーを用いた 16S rRNA V3-V4 領域と、参照配列の Greengenes27 v13.8 99% Operational Taxonomic Unit データベースに対して、q2-feature-classifier via classify-sklearn を用いて Naïve Bayes Classifier を学習させた。
腸管透過性
腸管透過性は、各フェーズの4日目（すなわち、72時間の十分な睡眠または睡眠不足の後）の0715に実施された二重糖吸収試験により評価された。参加者は、5gのラクチュロースと4gのマンニトールを180mLの水に溶かした飲料を摂取し、その後5時間にわたって出たすべての尿を採取した。参加者は尿採取期間中座っていたが、本報告とは無関係の結果を評価するために、0800に標準化された食事を摂取した20。5時間の採尿のアリコートは直ちに凍結され、-80℃で保存された。
尿中ラクチュロースおよびマンニトール濃度は、既報の通りHPLC（Agilent 1100 HPLC, Santa Clara, CA, USA）により測定した28。各プローブの分画排泄量は、測定濃度に採取した尿の総量を乗じ、投与量で割ることにより算出した。0〜5時間のラクチュロースとマンニトールの分画排泄量の比は、主に小腸の透過性を反映するが、通過時間の個人差により、場合によっては大腸の透過性もとらえることができる29。尿中ラクチュロース濃度は、50%の検体で測定下限値以下であり、条件による差は認められなかった（NS = 53%, SR = 47%; P = 1.0）。これらのサンプルでは、分析前にラクチュロース濃度を検出下限値の1/2に設定した。さらに、AS中にラクチュロースおよびマンニトールを含む飲料を摂取しなかった2名の参加者は、腸管透過性の分析から除外した。
血液生化学検査
AS4日目、SR1日目と4日目の朝、0700-0715に鎖骨静脈穿刺により絶食採血を行った。血清は分離し、分析まで-80℃で保存した。血清高感度C反応性蛋白（hsCRP）濃度は，Luminex® multiplex platform（MAGPIX System; Luminex, Austin, TX, USA）とxPONENT® software（EMD Millipore, Burlington, MA, USA）を用いて測定された。血清コルチゾール濃度はImmulite 2000 immunoassay system (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany)を用いて測定された。
統計解析
サンプルサイズの推定は、我々の以前の研究18で測定された平均値と標準偏差に基づいており、15人の参加者は、出力=80%、α=0.05で腸管透過性の55%の増加を検出できることが示された。食事摂取量の条件間差および血清バイオマーカーの条件内差は、paired t testで評価した。条件（ASまたはSR）、順序（AS→SRまたはSR→AS）、試験段階を固定因子とし、被験者をランダム切片とした線形混合モデルにより、血清バイオマーカー、腸管透過性およびα多様性の条件間差（観察ASV、Shannon指数、Simpson指数）を評価した。残差の正規分布と分散の不均一性を調べ、モデルの仮定が守られていることを確認し、モデルの仮定を満たすために必要であれば対数10変換を用いた。キャリーオーバー効果は観察されなかった。
腸内細菌叢組成の条件間差は、QIIME2 v.2020.8 の Adonis プラグインを用いた PERMANOVA（999 パミュテーション）により解析された。Microbiome Multivariable Associations with Linear Models (MaAsLin 2)30を使用して、植物群、属、ASVレベルでの存在量の差の分析を完了させた。差分存在量解析は、25%以上のサンプルで検出された分類群を含み、総和スケーリング正規化とログ変換を伴う線形混合効果モデルを使用し、個人効果を制御し、条件、配列順序、調査期間を固定因子として含む。偽発見率（q値）は、Benjamini-Hochberg補正を用いて制御した。転帰間の関連は、必要に応じてピアソンまたはスピアマンの順位相関を用いて評価した。分析は、SPSS v.21（IBM, Armonk, NY, USA）およびR v.4.0.3で実施した。統計的有意性は、P ≤ 0.05 および q ≤ 0.20 と定義した。データは特に断りのない限り、平均値（SD）または中央値［IQR］で示した。
結果
24名の男性が2～4名のブロックに分けられた（AS→SR、n = 10；SR→AS、n = 14）。3名の参加者が個人的な理由で、1名が参加資格要件を満たさなかったため、1名が無関係な健康状態のため、それぞれ参加を取りやめ、19名が分析対象となった（AS→SR、n=8; SR→AS、n=11）。
参加者は平日の平均起床時間を0537（範囲：0430-0610）と自己申告しており、これはSR前の平日（0546［範囲：0451-0655］）およびAS中のアクチグラフのデータ（0533［範囲：0446-0600］）と一致するものであった。アクチグラフのデータから、参加者はSRでは125±12分/夜、ASでは449±51分/夜眠っていることが示された。平均エネルギー摂取量は、SRの方がASよりもわずかに多かった（平均差=115 kcal/day [95% CI 67, 164], P < 0.001）。これは、SRでは睡眠時間が短かったため、エネルギー消費に差が生じたためであるが、エネルギーバランスの計算結果は条件間で差がなかった補足表S1）。平均体重はSRの1日目から2日目にかけて0.5kg（[95%CI 0.2, 0.8], P = 0.005）増加したが、その後は安定し、AS期間中も変化しなかった（Supplementary Table S2）。SRとASの間、研究スタッフから提供された以外の食べ物や飲み物を摂取したと報告した参加者はいなかった。
ストレス、炎症、腸管透過性
血清コルチゾール濃度はSR1日目からSR4日目まで減少し、AS4日目と比較してSR4日目は低かった（図2aおよび補足表S3）。血清hsCRP濃度は、SR1日目とSR4日目、SR4日目とAS4日目の間で差がなかった（図2bと補足表S3）。
図2
図2
十分な睡眠（AS）または睡眠制限（SR）を3晩連続で行った後のストレスと炎症の血清マーカー。 (a) 血清コルチゾール、平均値±SDを示す。(b) 高感度C反応性タンパク質（hsCRP、解析のために対数変換したもの）。中央値および四分位範囲を示す。(a,b)条件内の比較は、paired t testで解析した。条件間の比較は混合モデルANOVAで解析した。
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総尿量に条件による差はなかった（補足表S4）。ラクチュロース、マンニトールの排泄量、ラクチュロース：マンニトール比に条件間の差は見られなかった（図3a-c、補足表S4）。1つ以上の条件下でラクチュロース濃度がアッセイの検出限界以下であった11人の参加者を除外しても、これらの結果に変化はなかった（すべてにおいてP > 0.19）。
図3
図3
十分な睡眠（AS）または睡眠制限（SR）を3晩連続で行った後、代用糖の尿中排泄量により腸管透過性を測定した。(a)ラクチュロースと(b)マンニトールの5時間尿中排泄量は投与量に対するパーセントで表した。(c)ラクチュロース：マンニトールの比率。(a-c)混合モデルANOVA；分析のためにすべてのデータをlog10変換した。中央値および四分位範囲を示す。
フルサイズ画像
腸内細菌叢の構成
便の粘性は条件間で差がなかった（AS = 3 [2]; SR = 3 [1.5], P = 0.21）。便サンプルからは中央値39,195 [range = 9771-108,984] 個のリードが得られ、条件による違いはありませんでした (AS = 35,150 [19,686]; SR = 32,963 [23,670], P = 0.28)．リードは12系統98属からなる3275種のASVに割り当てられた。Bray-Curtis距離（図4a）、加重UniFrac距離、非加重UniFrac距離の主座標分析（補足図S1）では、睡眠制限による群集構成の変化は認められなかった（PERMANOVA、すべてP = 1.0）。観察されたASVによって測定されたα多様性は、AS時に比べてSR時に21％低かったが、シャノン多様性指数やシンプソン多様性指数には条件間の差が観察されなかった（図4b-d）。これは、睡眠制限によってコミュニティの豊かさが減少したが、均一性には影響がないことを示している。
図4
図4
十分な睡眠（AS）または睡眠制限（SR）を3晩連続で行った後の腸内細菌叢組成。 a）ブレイ・カーティス非類似度の主座標分析（PERMANOVA、P = 1.0）．(b-d) α-多様性の条件間差は混合モデルANOVAで解析した。平均値±SDを示す。(e) 線形モデルを用いたマイクロバイオーム多変量解析による、系統、属、アンプリコンシークエンスバリアント（ASV）の存在量の差異解析では、ASV_Firmicutes.Clostridia.Clostridiales.Ruminococcaceaeが唯一の存在量の差異がある分類群として特定された（P ≦ 0.05; q ≦ 0.20）. 中央値および四分位範囲を示す。
フルサイズ画像
存在量の差の解析では、9つのASV、3つの属、そしてどの系統も相対的存在量に条件間の有意な差を示した（P < 0.05, 補足表S5）。しかし、Ruminococcaceaeの1つのASV（図4e）だけが、偽発見率調整後も有意な差を維持した（P = 0.001; q = 0.20）。この結果は、25%未満のサンプルで検出されたASVが豊度差分析から除外されていることから、SR中に観察されたコミュニティの豊かさの低下は、希少な分類群の損失に起因していることを示唆している。
相関関係
血清コルチゾール濃度の条件間差は、対応するラクチュロース：マンニトール比の差と相関があった（ρ = 0.55, P = 0.02）。コルチゾール、hsCRP、ラクチュロース：マンニトール比、α-ダイバーシティ指標における条件間の差には、さらなる相関は認められなかった（P > 0.05）。コルチゾール、hsCRP、ラクチュロース：マンニトール比の条件間差は、豊度差分析で同定された9種のASVと3種の属の条件間差にも相関がなかった（P > 0.05）。
考察
睡眠制限がヒトの腸内細菌叢組成および腸管バリア機能をどの程度変化させるかは、研究数が少なく、研究結果にも一貫性がないため、不明である。本研究では、2～3晩連続で1晩あたり2時間の睡眠機会を設けると、一般的な分類群の相対量や腸管透過性に影響を与えることなく、腸内細菌叢の豊かさが減少することを実証し、エビデンスベースを拡大した。
他のα-多様性指標、β-多様性および分類群の相対存在量に差がないのに、腸内細菌叢の豊かさが減少することが観察されたことは、これまでの報告を拡張し、対照的なものであった。最近のある研究では、健康な成人において40時間の完全睡眠遮断を行ったところ、β多様性の変化、腸内細菌叢の豊かさの減少（均一性はない）、およびいくつかの属の相対存在度の変化が報告された11。他の研究では、2晩または5晩連続で睡眠の機会を1晩あたり4時間に制限しても、多様性の指標には影響がなく、分類群の相対現存量にはほとんど影響がなかった12,13。コホート規模が小さい（n = 9-25）、データが欠損している、食事摂取量や就寝・起床時間の遅延・繰り上げなど交絡する可能性のある要因のコントロールレベルが様々である、などの理由から、一貫性がなく、結果は慎重に解釈する必要がある。あるいは、研究結果は、ヒトの腸内細菌叢に対する短期の睡眠制限の影響が、睡眠制限の重症度とともに徐々に増加し、完全な睡眠遮断後に影響が最も顕著になることを集合的に示唆しているのかもしれない。さらに、重度の睡眠制限の特徴として、群集の豊かさの減少が現れているようであり、今回の結果に基づいて、希少な分類群の損失が原因である可能性がある。分類群の絶滅は腸内細菌叢の機能レパートリーを減少させ、容易に元に戻せないこと31、多様性が高いことは一般的にコミュニティの回復力および宿主の健康増進と関連することを考えると、これは重度の睡眠制限が頻繁に繰り返される集団にとって潜在的に重要であること32。
腸管透過性は、本明細書で課した睡眠制限のパラダイムに影響されなかった。この結果は、ストレスによる腸管透過性の上昇が、腸管内腔から循環への抗原の移動を可能にすることによって炎症を促進することを考えると、循環コルチゾールの増加がなく、hsCRP濃度に条件間の差がないことと一致する33。注目すべきは、これまでの研究で、短期間の部分的または全体的な睡眠不足に伴う循環血中CRPの増加が証明されていないことである；一方、慢性的な睡眠不足では増加が観察される34。一方、健康な成人では、40時間の睡眠不足の後、腸管バリア機能障害、ストレス（コルチゾール）および炎症（hsCRPを除く）の複数の循環バイオマーカーが、腸内細菌叢組成の変化と同時に増加した11。その同じ研究で、糞便微生物叢移植実験により、観察された腸管バリア機能障害は、睡眠不足による腸内微生物叢の変化が介在し、全身性炎症、血液脳関門透過性および認知障害に寄与しているという証拠が得られている30。したがって、本研究の結果は、少なくとも調査した72時間の期間において、同じ経路の活性化をブロックするには、1晩に2時間程度の睡眠機会で十分であることを示唆していると思われる。
腸内細菌叢、腸管バリアおよび炎症反応に関する研究間の矛盾は、腸管バリア機能および炎症の測定に用いた方法と結果の違いにも一部起因している可能性がある。例えば、本研究で用いられた二重糖質吸収試験と5時間の採尿期間は、大腸の透過性29や腸管バリア機能の免疫学的要素を評価していない33。一方、Wangら11が40時間の睡眠不足の間に測定した循環バイオマーカーは、消化管全体のバリア機能の物理的および免疫的要素を総合的に捉えている35。この結果は、睡眠不足や睡眠の断片化が腸内細菌叢の組成に好ましくない変化をもたらし、腸管バリア機能の低下や炎症を引き起こす可能性があるという、複数の齧歯類研究の知見とも異なる4,5,6,7,8,9. しかし、げっ歯類の研究では実験期間が長いことが多いこと1、睡眠を妨げる方法がHPA軸の活性化を悪化させることが多いこと36、腸内細菌叢および腸管バリアに直接影響を与える可能性があること37、共食いを防ぐことはほとんどないこと38、食事および身体活動の管理レベルが異なること1、2などを考えると、これらの結果をヒトへ外挿することは困難である。さらに、便サンプル採取のタイミングは、腸内細菌叢の構成に影響を与える可能性がある39。したがって、ヒトでの研究において便の採取時期を標準化できないことは、採取時期を標準化できる前臨床試験で見られる効果を覆い隠す可能性のある変動性を追加する可能性がある。それでも、いくつかのげっ歯類研究では、糞便微生物叢移植6,11、無菌モデル11、迷走神経切断40および末梢組織の培養4を用いて、腸内細菌叢が睡眠制限による腸管バリア機能、炎症および宿主健康状態の低下の潜在的メディエーターとして関与していることが明らかにされている。そのため、睡眠、ヒト腸内細菌叢および宿主生理学の間の関連性を完全に解明するために、異なる睡眠制限パラダイムを採用した研究をさらに行う必要性が残っている。
この研究の強みは、ランダム化クロスオーバーデザインと、ASおよびSR期間中の食事と活動の厳密なコントロールにある。このアプローチは、縦断的研究デザインに依存した先行研究11,12や食事摂取をコントロールしなかった先行研究12が持ついくつかの制限を克服しており、そのいずれもが睡眠制限とは無関係に腸内細菌叢に影響を与える因子を導入する可能性がある。この研究の限界として、SRの1日目から2日目にかけての体重の増加が説明できないがわずかであることが挙げられる。しかし、体重は両条件とも1日目以降安定しており、推定エネルギー収支に差がなかったことから、その影響は最小限であると思われる。その他の研究制限として、AS期間中、ボランティアに自宅での睡眠を許可した。しかし、AS期間中、参加者は1日の大半を監視され、実験室以外での食物や飲料の摂取を報告せず、アクチグラフデータに基づく7～9時間／夜の睡眠処方を遵守し、アプローチにより参加者は快適で慣れ親しんだ環境で眠ることができた。さらに、この方法では、腸内細菌叢の機能的能力や代謝産物の変化といった成果を測定できないため、16S rRNAアンプリコン配列に依存していることが制約となる。このような変化は、群集組成の変化に先行する可能性があり、宿主生理および健康上の成果に対する睡眠制限の影響を媒介する群集の役割についてさらなる洞察を提供すると考えられる。また、結果は、課された睡眠制限パラダイムの文脈内で解釈されるべきであり、慢性的な睡眠不足を含むより長期の睡眠制限には及ばないかもしれないし、睡眠の断片化や概日リズムのズレの影響を反映していないかもしれない。最後に、この結果は女性には一般化できない可能性があり、今後の研究では、睡眠制限が腸内細菌叢に及ぼすあらゆる影響の性差を調査する必要がある。
要約すると、本書で研究した重度の短期睡眠制限パラダイムは、軍人や第一応答者などの特定の集団に適用可能であり、腸内細菌叢の豊かさを減少させたが、それ以外は腸内細菌叢組成または腸管透過性にほとんど測定できる影響を与えなかった。現在のエビデンスベースの文脈で解釈すると、これらの知見は、睡眠、腸内細菌叢および宿主生理学の間の相互作用が、課された睡眠障害の大きさと期間によって異なる可能性が高いことを示唆しており、さらなるトランスレーショナル研究の必要性を強調するものであった。
データの入手方法
研究成果を裏付けるデータは、倫理的・法的承認を得た上で、合理的な要求があれば、対応する著者から入手可能である。倫理的制約のため、データは一般に公開されていない。
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謝辞
研究参加者、尿サンプル分析を行ったPennington Biomedical Research CenterチームのJennifer Rood博士とそのチーム、血液生化学検査を行ったJeffrey Staab、編集レビューを行ったAndrew Young博士、図の作成を手伝ってくれたPhilip Niro、米軍環境医学研究所の全研究チームに感謝する。
免責事項
本書に含まれる意見や主張は著者の私的見解であり、陸軍や国防総省の見解を公式に、あるいは反映していると解釈されるものではない。本報告書に記載されている商業組織や商号の引用は、陸軍省がこれらの組織の製品やサービスを公式に支持または承認していることを意味するものではありません。本報告書は一般公開用として承認されたものであり、配布は無制限である。
資金提供
本研究は，米国国防保健プログラム，米国陸軍医療研究開発軍（U.S. Army Medical Research and Materiel Command）（No. 13830），および米国エネルギー省と米国陸軍医療研究開発軍の省庁間協定によりオークリッジ科学教育研究所（PNRへ）が管理する米国陸軍環境医学研究所の任命を受けて行ったものである。
著者情報
著者および所属
米国陸軍環境医学研究所軍用栄養部（マサチューセッツ州ナティック、米国
J. Philip Karl, Claire C. Whitney, Marques A. Wilson, Heather S. Fagnant, Patrick N. Radcliffe & Tracey J. Smith.
オークリッジ科学教育研究所、オークリッジ、テネシー州、米国
パトリック・N・ラドクリフ
米国メリーランド州シルバースプリング、ウォルター・リード陸軍研究所、CMPN、医療準備システムバイオロジー
Nabarun Chakraborty、Allison Hoke、Aarti GautamおよびRasha Hammamieh
ジュネーブ財団、ウォルター・リード陸軍研究所、メリーランド州シルバースプリング、米国
ロス・キャンベル
寄稿
J.P.K.とT.J.S.が研究の構想と設計を行い、J.P.K.、C.W.W、M.A.W、H.S.F、P.N.R、T.J.Sが研究を行いデータを取得、 N.C., A.H.., A.G.およびR.H.は微生物相データの設計と取得を行い、J.P.K.、N.C.およびR.C.はデータを解析し、J.P.Kはデータを解釈し、J.P.KおよびP.N.Rは原稿を起草した。原稿の改訂には全著者が参加した。
共著者
J. Philip Karlにご連絡ください。
倫理的宣言
競合する利益
著者らは、競合する利害関係を宣言していない。
追加情報
出版社からのコメント
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この記事の引用
Karl, J.P., Whitney, C.C., Wilson, M.A. et al. Severe, short-term sleep restriction reduces gut microbiota community richness but does not alter intestinal permeability in healthy young men.（重度の短期睡眠制限は、健康な若い男性の腸内細菌叢の豊かさを減少させるが、腸管透過性を変化させない）。Sci Rep 13, 213 (2023)。https://doi.org/10.1038/s41598-023-27463-0。
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受付終了
2022年10月17日
受理済
2023年1月02日
公開
2023年1月5日
DOI
https://doi.org/10.1038/s41598-023-27463-0
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