Effect of Huanglian Ejiaotang on 5-Hydroxytryptamine System and Gut Microbiota in Sleep-deprived Rats

DIAO Huaqiong; WEI Dan; DING Haiyue; ZHANG Jing; CHEN Yufei; WANG Min; ZHU Qingsheng; LI Xiaoli

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20231043

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Effect of Huanglian Ejiaotang on 5-Hydroxytryptamine System and Gut Microbiota in Sleep-deprived Rats

更新时间：2023-10-13

- Effect of Huanglian Ejiaotang on 5-Hydroxytryptamine System and Gut Microbiota in Sleep-deprived Rats
  增强出版
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 29, Issue 21, Pages: 49-58(2023)
- 作者机构：
  
  1.北京中医药大学第三附属医院，北京 100029
  2.北京市朝阳区第三医院，北京 100121
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20231043
  CLC： R2-0;R33;R338.63;R289
- Received：27 June 2023，
  
  Published Online：15 August 2023，
  
  Published：05 November 2023
- 稿件说明：
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刁华琼,魏丹,丁海月等.黄连阿胶汤对睡眠剥夺大鼠5-羟色胺系统和肠道菌群的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(21):49-58.

DIAO Huaqiong,WEI Dan,DING Haiyue,et al.Effect of Huanglian Ejiaotang on 5-Hydroxytryptamine System and Gut Microbiota in Sleep-deprived Rats[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(21):49-58.
刁华琼,魏丹,丁海月等.黄连阿胶汤对睡眠剥夺大鼠5-羟色胺系统和肠道菌群的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(21):49-58. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231043.

DIAO Huaqiong,WEI Dan,DING Haiyue,et al.Effect of Huanglian Ejiaotang on 5-Hydroxytryptamine System and Gut Microbiota in Sleep-deprived Rats[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(21):49-58. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20231043.

摘要

目的

基于5-羟色胺系统和肠道菌群研究黄连阿胶汤干预失眠的机制。

方法

将55只SPF级SD大鼠随机分为正常组、模型组、黄连阿胶汤低、中、高剂量组（1.925、3.85、7.7 g·kg

-1

）和艾司唑仑组（0.1 mg·kg

-1

），除正常组，其余5组大鼠被放在窄平台剥夺睡眠，每天剥夺12 h，连续21 d。药物干预14 d后，分别通过戊巴比妥钠睡眠协同实验、旷场实验和糖水偏好实验评估大鼠的睡眠情况、探究行为和抑郁样行为；采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测5-羟色胺（5-HT）、5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）、色氨酸羟化酶（TPH）和单胺氧化酶-A（MAO-A）的含量，实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测5-HT1A受体（5-HT1AR）和5-HT2A受体（5-HT2AR）的mRNA表达；基于16S rRNA测序技术检测各组大鼠肠道菌群的差异，采用冗余分析方法揭示5-HT系统与菌群的关联。

结果

与正常组比较，模型组大鼠的睡眠潜伏期延长（

0.05），睡眠维持时间显著缩短（

0.01），旷场中央区域活动时间显著减少（

0.01），糖水偏好率明显降低（

0.05）；5-HT、5-HIAA、TPH和MAO-A的含量显著降低（

0.01），5-HIAA/5-HT显著下降（

0.01），5-HT1AR mRNA表达显著下调（

0.01），5-HT2AR mRNA表达明显上调（

0.05）；厚壁菌门的占比降低，拟杆菌门的占比升高，厚壁菌门与拟杆菌门的比值（F/B）明显减小（

0.05）。与模型组比较，黄连阿胶汤高剂量组的睡眠潜伏期缩短（

0.01），睡眠维持时间延长（

0.01），黄连阿胶汤低剂量组的中央区域活动时间增加（

0.01），糖水偏好率明显升高（

0.05）；黄连阿胶汤高剂量组的5-HT、5-HIAA、TPH和MAO-A的含量增加（

0.01）、5-HIAA/5-HT升高（

0.05），5-HT1AR mRNA上调（

0.01），5-HT2AR mRNA下调（

0.05）；黄连阿胶汤低剂量组的厚壁菌门占比升高，拟杆菌门占比降低，F/B增大。门水平上，5-HT、5-HIAA、MAO-A与厚壁菌门呈正相关，与拟杆菌门呈负相关；属水平上，5-HT、5-HIAA、TPH、MAO-A与普雷沃氏菌属和乳酸杆菌属呈负相关，与布劳特氏属和拟杆菌属呈正相关。

结论

黄连阿胶汤可通过调节5-HT系统的活性和肠道菌群的组成，改善睡眠剥夺诱导的失眠和抑郁样行为。

Abstract

Objective

To explore the mechanism of Huanglian Ejiaotang in intervening in insomnia based on 5-hydroxytryptamine （5-HT） system and gut microbiota.

Method

Fifty-five SPF-grade SD rats were randomly divided into normal group， model group， low-， medium-， and high-dose Huanglian Ejiaotang groups （1.925， 3.85， and 7.7 g·kg

-1

）， and Estazolam group （0.1 mg·kg

-1

）. Except for those in the normal group， the rats in the other five groups were subjected to sleep deprivation on a narrow platform for 12 hours daily for 21 consecutive days. After 14 days of drug intervention， the sleep， exploratory behavior， and depressive-like behavior of the rats were assessed using the pentobarbital sodium sleep synergistic test， the open field test， and the sugar preference test， respectively. Enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA） was used to detect the levels of 5-HT， 5-hydroxyindoleacetic acid （5-HIAA）， tryptophan hydroxylase （TPH）， and monoamine oxidase-A （MAO-A）. Real-time polymerase chain reaction （Real-time PCR） was used to measure the mRNA expression of the 5-HT1A receptor （5-HT1AR） and 5-HT2A receptor （5-HT2AR）. Differences in gut microbiota among the groups were assessed using 16S rRNA sequencing， and the correlation between the 5-HT system and microbiota was revealed using redundancy analysis.

Result

Compared with the normal group， the model group showed a prolonged sleep latency （

0.05）， reduced sleep maintenance （

0.01）， decreased central area activity time in the open field （

0.01）， and reduced sugar preference rate （

0.05）. Moreover， the model group also showed decreased levels of 5-HT， 5-HIAA， TPH， and MAO-A （

0.01）， decreased 5-HIAA/5-HT ratio （

0.01）， downregulated mRNA expression of 5-HT1AR （

0.01）， and upregulated mRNA expression of 5-HT2AR （

0.05）. The proportion of Firmicutes decreased， while that of Bacteroidetes increased， leading to a decreased Firmicutes/Bacteroidetes （F/B） ratio （

0.05）. Compared with the model group， the high-dose Huanglian Ejiaotang group exhibited a shortened sleep latency （

0.01）， and increased sleep maintenance （

0.01）. The low-dose Huanglian Ejiaotang group showed increased central area activity time （

0.01） and an increased sugar preference rate （

0.05）. The high-dose Huanglian Ejiaotang group exhibited increased levels of 5-HT， 5-HIAA， TPH， and MAO-A （

0.01）， increased 5-HIAA/5-HT ratio （

0.05）， upregulated mRNA expression of 5-HT1AR （

0.01）， and downregulated mRNA expression of 5-HT2AR （

0.05）. The low-dose Huanglian Ejiaotang group displayed an increased proportion of Firmicutes and a decreased proportion of Bacteroidetes， resulting in an increased F/B ratio. At the phylum level， 5-HT， 5-HIAA， and MAO-A were positively correlated with Firmicutes and negatively correlated with Bacteroidetes. At the genus level， 5-HT， 5-HIAA， TPH， and MAO-A were negatively correlated with

Prevotella

and

Lactobacillus

and positively correlated with

Blautia

and

Bacteroides

Conclusion

Huanglian Ejiaotang can improve sleep deprivation-induced insomnia and depressive-like behavior by regulating the activity of the 5-HT system and the composition of gut microbiota.

关键词

Keywords

references

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