饮食时间诱导的肠道菌群昼夜节律调节类风湿性关节炎中的炎症节律

风湿和免疫学 生命科学 胃肠系统 医学 生物化学 微生物学 基础医学
饮食时间 肠道菌群 昼夜节律 类风湿性关节炎 炎症 Parabacteroides distasonis SIRT5-NF-kB轴

饮食时间调控肠道菌群昼夜节律对类风湿性关节炎炎症节律的影响

背景介绍

类风湿性关节炎（Rheumatoid Arthritis, RA）是一种慢性自身免疫性疾病，以全身炎症和关节结构的进行性破坏为特征，严重影响患者生活质量。RA患者的炎症和症状通常表现出昼夜节律波动，例如早晨症状加重，而白天逐渐缓解。这种节律性与生物钟、激素波动及免疫系统活动之间的复杂相互作用密切相关。然而，目前对RA炎症节律的具体调控机制了解尚浅。

生物钟的核心在于视交叉上核（SCN），其通过调节光照、进食和活动等环境线索，协调机体的昼夜节律。在这一背景下，饮食节律（例如进餐时间和禁食间隔）被认为可能对RA的炎症节律产生深远影响。此外，肠道菌群也展示出与宿主生物钟相一致的昼夜节律变化，其可能通过改变宿主的免疫反应来调控炎症状态。

近年研究发现RA患者的肠道菌群与健康人显著不同，某些细菌（如Prevotella copri和Collinsella spp.）可能通过促炎性免疫反应驱动RA的发生和发展。因此，肠道菌群的节律性与饮食模式的潜在联系，成为研究RA炎症节律的重要方向。

论文来源与研究目的

本文由Fopei Ma及其团队完成，主要研究者来自南方医科大学南方医院等多个机构，文章发表于《Cell Metabolism》杂志（2024年11月）。作者旨在探讨类时间饮食如何通过诱导肠道菌群的昼夜节律，进一步调控RA的炎症节律。研究聚焦于特定肠道细菌Parabacteroides distasonis的作用，并揭示其通过β-葡糖苷酶（β-GC）释放一种大豆异黄酮成分Glycitein（Gly），抑制RA炎症的分子机制。

研究流程与方法

实验流程

  1. 人类与小鼠模型的节律性炎症研究

    • 作者从41名RA患者和30名健康对照中，分别在一天内四个时间点（0:00、6:00、12:00、18:00）采集血样，分析IL-6和TNF-α等炎症因子的昼夜波动。
    • 对RA患者的关节液样本进行了早晨和傍晚的比较，分析中性粒细胞和巨噬细胞的比例。
    • 在胶原诱导性关节炎（CIA）小鼠中观察类似炎症波动，并通过调整光暗周期和喂食时间，进一步分析饮食节律对炎症节律的影响。

  2. 肠道菌群与饮食节律的关系

    • 在CIA小鼠中，通过抗生素处理消除肠道菌群，观察饮食节律对炎症波动的影响。
    • 进行粪菌移植（FMT）实验，将RA患者早晨和晚间的粪菌分别移植至无菌小鼠体内，验证菌群的节律性作用。

  3. 肠道菌群昼夜变化及其调控机制

    • 利用16S rRNA测序技术分析小鼠和RA患者肠道菌群的昼夜变化。
    • 聚焦于P. distasonis的昼夜波动，研究其β-GC活性及其释放Gly的能力。

  4. 分子机制与功能验证

    • 通过代谢组学分析，鉴定Gly的昼夜波动及其抗炎作用。
    • 在体外和体内实验中，通过抑制β-GC活性，验证P. distasonis调控RA炎症的关键作用。
    • 探讨Gly通过SIRT5-NF-κB轴的抗炎机制。

实验创新

  1. 昼夜节律分析

    • 作者采用连续采样与高频时间点分析，精准揭示炎症因子、菌群及其代谢产物的节律性变化。

  2. 新型菌株作用

    • 阐明了P. distasonis作为益生菌调控炎症的潜力，并开发了基因改造菌株表达β-GC以增强其治疗效果。

研究结果

  1. 饮食节律对RA炎症的调控

    • RA患者和CIA小鼠的炎症节律与饮食时间密切相关，而光暗周期影响较小。
    • 反转喂食时间能够逆转小鼠炎症节律，表明饮食节律是关键调控因素。

  2. 肠道菌群的介导作用

    • 消除肠道菌群后，饮食节律对炎症波动的影响完全消失。
    • FMT实验显示，RA患者早晨的菌群比晚上菌群更具促炎性。

  3. P. distasonis的核心作用

    • P. distasonis在饮食调控炎症中的关键作用通过其β-GC活性释放Gly实现。Gly浓度的昼夜波动与炎症因子水平呈负相关。

  4. Gly的分子机制

    • Gly通过上调SIRT5抑制NF-κB信号通路，从而减轻炎症。

结论与意义

本研究首次揭示类时间饮食通过肠道菌群的昼夜节律调控RA炎症节律的机制。研究表明，特定菌群（如P. distasonis）的昼夜波动通过代谢活性释放Gly，进而通过SIRT5-NF-κB轴缓解炎症。这一发现为RA的治疗提供了新思路，未来或可通过优化饮食时间、益生菌干预或药物设计，针对菌群-炎症轴开展精准治疗。

研究亮点

  • 创新性：首次将饮食节律、菌群昼夜波动与RA炎症节律联系起来。
  • 临床价值：提出基于菌群和饮食时间的个性化治疗策略，具有显著的应用潜力。
  • 机制深度：细致解析了P. distasonis通过β-GC释放Gly的分子机制。

研究局限性

  • 临床样本量有限，需更大规模研究验证。
  • 未深入探讨其他饮食成分对肠道菌群和RA炎症的潜在影响。

未来展望

本研究为饮食节律在慢性炎症疾病中的应用开辟了新方向。未来研究可进一步探索基于菌群节律的精准治疗方案，如益生菌时间化应用或功能食品开发，以期实现对RA患者的更有效干预。