3 نوامبر 2022- در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Molecular Metabolism منتشر شد، محققان تأثیر اختلالات محیطی و ژنتیکی در ریتم‌های شبانه‌روزی را بر هماهنگ‌سازی ساعت شبانه‌روزی محیطی و نوسانات میکروبیوم در دستگاه گوارش بررسی کردند.
پیش زمینه
ساعت شبانه روزی مرکزی در هسته های سوپراکیاسماتیک (SCN) هیپوتالاموس، به تنظیم خواب و سایر فعالیت های ریتمیک و تعدیل سیگنال های هومورال و عصبی که ساعت های شبانه روزی محیطی را برای انطباق با تغییرات محیطی هماهنگ می کنند، می پردازد. علاوه بر این، اندام‌های مختلف دارای ساعتهای محیطی هستند، اساساً این ساعتهای محیطی، ژن‌هایی هستند که فعالیت فیزیولوژیکی را از طریق ژن‌های کنترل شده با ساعت خاص بافت، تنظیم می‌کنند.
اختلالات در ساعت مرکزی به دلیل عدم تطابق زمانی داخل بدن و خارج از بدن، مانند جت لگ یا کار در شیفت شب، باعث عدم هماهنگی بین ساعتهای مختلف محیطی می‌شود که تصور می‌شود متابولیسم کلی را تغییر می‌دهد. مطالعات ارتباط بین اختلالات ریتم شبانه روزی و اختلالات متابولیک مانند دیابت و چاقی را یافته اند. علاوه بر این، ارتباط بین اختلالات شبانه روزی و تغییرات در ترکیب و ریتم میکروبیوم روده مشاهده شده است. با این حال، نقش اختلال در ساعت شبانه روزی مرکزی و محیطی و متعاقب آن عدم تعادل میکروبیوم روده در اختلالات متابولیک، نامشخص است.
درباره ی مطالعه
در مطالعه حاضر، محققان بیان ژن ساعت را در بافت‌های مختلف دستگاه گوارش با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز در زمان واقعی (qRT-PCR) در مدل‌های مختلف موش تعیین کردند. اختلالات شبانه روزی ژنتیکی را با دستکاری در پروتئین ساعت در هسته های سوپراکیاسماتیک در مغز و ماهیچه های گروهی از موشها ایجاد نمودند، در حالی که گروهی از موش‌های نوع وحشی را در معرض شیف کاری تحریک‌شده (SSW) قرار گرفتند، تا اختلال ریتم شبانه‌روزی محیطی را برای آنها شبیه سازی کنند. اختلالات همه موش ها بر اساس برنامه 12 ساعت نور و 12 ساعت تاریکی بود. موش‌های گروه SSW سپس در معرض برنامه‌های تغییر نور و تاریکی و برنامه‌های جت لگ قرار گرفتند، در حالی که موش‌های دستکاری شده ی ژنتیکی برای دوره‌های مختلف به تاریکی ثابت منتقل شدند.
پروفایل فعالیت موشها بر اساس فعالیت بر روی چرخ محاسبه شد. یک مانیتور مصرف غذا برای تعیین پروفایل های تغذیه استفاده شد و نمونه های مدفوع برای ارزیابی کارایی جذب مواد غذایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نمونه‌های مدفوع همچنین برای اسید صفراوی و ترکیب اسیدهای چرب زنجیره کوتاه مورد بررسی قرار گرفتند.
محققان با روش رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) ترکیب چربی، مایع آزاد و توده بدون چربی بدن موشها را تعیین کردند. سپس از نمونه‌های بافت و خون موش‌های قربانی برای اندازه‌گیری نفوذپذیری روده، تری گلیسیرید و سطح گلوکز پلاسما استفاده شد. توالی‌یابی با توان بالای اسید ریبونوکلئیک 16sو طبقه‌بندی ژن‌های آنزیمی برای تعیین ترکیب و عملکرد میکروبیوم انجام شد
بیان یک پنل از ژن‌ها[1] با استفاده از qRT-PCR تعیین شد. انتقال میکروبیوم بدون میکروب از موش‌های با اختلال ساعت شبانه‌روزی به موش‌های نوع وحشی نیز برای درک تأثیر میکروبیوم تغییر یافته بر عملکرد فیزیولوژیکی انجام شد.
نتایج
نتایج، عدم همزمانی ساعتهای شبانه روزی محیطی در بافت‌های دستگاه گوارش و آریتمی میکروبیوم را در مدل‌های اختلال شبانه روزی ژنتیکی و محیطی گزارش کردند. تغییرات به ویژه در گونه های میکروبی درگیر در متابولیسم چربی و قند و تخمیر اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه مشاهده شد.
در موش‌هایی که دچاراختلال شبانه روزی ژنتیکی شده بودند، آریتمی میکروبیوم با چاقی، اختلال در هموستازی گلوکز و افزایش وزن همراه بود. به طور مشابه، در موش‌هایدچار اختلال شبانه روزی محیطی(شیفت کاری)، افزایش وزن بدن و سطوح گلوکز پلاسما با اختلال در الگوهای نوسان میکروبیوم مرتبط بود.
علاوه بر این، ریتم‌های دریافت غذا در موش‌های دستکاری شده ی ژنتیکی، هنگامی که به تاریکی ثابت می‌رفتند، مختل شد، در حالی که الگوهای مصرف غذا در موش‌های تقلید شیفت کاری،همچنان ریتمیک بودند، اما تغییر فاز داشتند. نویسندگان معتقدند که از دست دادن ریتم میکروبیوم در هر دو گروه اختلال شبانه‌روزی می‌تواند به دلیل تغییر در رفتار تغذیه، از دست دادن هماهنگی بین ساعتهای محیطی دستگاه گوارش یا هر دو باشد.
موش‌های دستکاری شده ی ژنتیکی کاهش شدید ریتمیک میکروبیوم را با تغییرات تنوع میکروبی در سطح خانواده و شاخه نشان دادند. با این حال، چند گونه از باکتریها به طور قابل توجهی وضعیت ریتمیک خود را حفظ کردند، که می‌توان آن را به ساعتهای محیطی تغییر یافته اما عملکردی یا سایر عوامل ذاتی در باکتریها نسبت داد.
آزمایش‌های انتقال نشان‌دهنده اختلال هموستازی دستگاه گوارش و افزایش وزن بدن در موش‌های نوع وحشی بود که با میکروبیوم‌هایی با ریتم مختل شده از موش‌های دارای اختلال ساعت، کلونی‌سازی شده بودند. همچنین در موش‌های نوع وحشی بیان ژن تغییر یافته CCGs و ژن‌های ساعت محیطی مشاهده شد.
نتیجه گیری
به طور کلی، نتایج این تحقیق نشان می دهد که اختلال ژنتیکی یا محیطی در ساعتهای شبانه روزی مرکزی و متعاقب آن ناهماهنگی در ساعت دستگاه گوارش محیطی به شدت با آریتمی میکروبیوم روده و تغییرات عملکردی که منجر به ناهنجاری‌های متابولیکی می‌شود، مرتبط است.
این مطالعه نقش سبک زندگی مختل کننده ی ریتم شبانه روزی را در ایجاد اختلالات متابولیک مانند چاقی و دیابت برجسته می کند و بر اهمیت ریتم های میکروبیوم در سلامت متابولیک تاکید می کند.
منبع:
https://www.news-medical.net/news/20221103/Circadian-disruption-induces-weight-gain-through-changes-in-gut-microbiota.aspx
-----------------------------
[1]Bmal1, circadian period 2 (Per2), nuclear receptor subfamily 1 group D member 1 (NR1D1 orRev-erbα), and D Site Of albumin promoter binding protein (Dbp).