薏苡仁提取物对小鼠睡眠的改善作用

格桑德吉1,张翌晨1,郑林曦1,王新月2,3,李红卫1,庄滢滢2,3*

(1.厦门大学公共卫生学院,福建 厦门 361101;2.复旦大学附属中山医院(厦门),福建 厦门 361015;3.厦门市恶性肿瘤综合治疗临床医学研究中心,福建 厦门 361015)

摘 要:通过动物实验评价薏苡仁提取物对睡眠的改善作用,并初步探讨其可能机制。50 只6 周龄雄性C57BL/6小鼠随机分为空白组(蒸馏水)、褪黑素组[褪黑素0.5 mg/(kg·d)]、薏苡仁干预组3 组[83.3、166.7、333.3 mg/(kg·d)]。连续灌胃30 d,每10 d 进行延长戊巴比妥钠睡眠时间实验、戊巴比妥钠阈下剂量催眠实验、巴比妥钠睡眠潜伏期实验;干预结束后通过居家笼实时监测小鼠睡眠行为学改变;酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测小鼠血清5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和血清肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)含量。结果表明,薏苡仁提取物对小鼠无直接睡眠作用;干预30 d 后,中、高剂量组小鼠睡眠时间极显著延长(P<0.01);30 d 时各干预组小鼠入睡数显著增加(P<0.05);干预各组睡眠潜伏期有缩短趋势;居家笼监测干预组小鼠睡眠时间明显延长且存在剂量-反应关系;干预组血清与空白组相比IL-1β、5-HT、GABA 和TNF-α 含量均有升高趋势;IL-1β 含量与5-HT 含量、TNF-α 含量呈正相关;TNF-α 含量与GABA 含量呈正相关;5-HT 含量与GABA 含量呈正相关。薏苡仁提取物可以延长睡眠时间,增加入睡数,改善作用无依赖性且有持续效果,可能通过升高IL-1β、5-HT 和GABA 含量改善睡眠质量。

关键词:薏苡仁提取物;改善睡眠;睡眠机制;5-羟色胺;γ-氨基丁酸;白介素-1β;血清肿瘤坏死因子

睡眠是人体正常的生理活动,对人体健康有着至关重要的作用。然而,随着生活节奏的加快,失眠症成为困扰越来越多成年人的健康问题。失眠症是指以频繁而持续的入睡困难或睡眠维持困难,并导致睡眠感不满意为特征的睡眠障碍[1]。睡眠障碍通常与身心疾病相关,会造成疲劳、精神疾病,甚至引起认知功能障碍,导致生活质量下降[2],睡眠障碍还可能会对心脏功能、免疫功能和血糖调节产生负面影响[3]。全世界失眠障碍患病率已达40%~50%,我国的发病率为10%[4]。目前,睡眠障碍主要依靠化学类药物进行治疗,如抗抑郁药、巴比妥类药物等[5],虽然有一定疗效,但成瘾性高,依赖性强,长期服用还会产生一定的耐药性或不良反应。而中医按照辨证施治疗法,利用食物、中药的多成分、多靶点效应,对改善睡眠具有一定的针对性,并取得显著疗效[6],利用食疗改善睡眠是毒副作用更小的有效途径。

薏苡仁,又称薏米,为禾本科植物薏苡[Coix lacryma-jobi L.var.mayuenRoman.)Stapf]的干燥成熟种仁。薏苡仁味甘、淡,性凉,有利水渗湿、解毒结散的作用[7]。研究发现,薏苡仁有较高的营养价值和药用价值,不仅富含优质蛋白质,还具有丰富的多糖、脂肪酸等多种活性成分,具有抗癌、抗炎、抗氧化、降血糖、降血压、提高免疫力、调节血脂代谢等多种生理活性[8],因此,薏米既可以作食品,也有一定药用价值[9]

中医治疗失眠症的历史悠久,半夏秫米汤被称为治疗失眠症“第一方”,其中半夏通过燥湿化痰、通阴运阳来治疗失眠症,秫米可用薏苡仁替代,通过健脾祛湿、调和阴阳来调节睡眠[10]。研究发现,半夏-薏苡仁能够改善对氯苯丙氨酸(4-chloro-dlphenylalanine,PCPA)失眠模型大鼠的睡眠情况,同时调控血清肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白介素-2(interleukin-2,IL-2)、白介素-6(interleukin-6,IL-6)含量[11]。薏苡仁提取物改善失眠状况及其作用机制鲜有报道。

褪黑素是公认的生理性睡眠因子,该因子以色氨酸为原料在松果腺细胞内合成,对中枢神经系统的影响十分广泛[12]。有研究表明褪黑素的催眠作用可使下丘脑中γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)含量升高[13],GABA 通过相关作用机制对睡眠-觉醒周期产生抑制作用,从而起诱导睡眠作用。GABA 是一种非蛋白质组成的天然氨基酸,同时是一种重要的抑制性神经递质,一直被认为与睡眠有关[14],研究发现电针改善慢性失眠症伴情绪障碍患者睡眠质量时,血清GABA含量升高,可改善焦虑,减少过度觉醒,改善睡眠质量[15]。李娜等[16]、陆奕[17]的研究显示,在治疗失眠症过程中血清TNF-α 含量发生变化。IL-1 强化GABA 信号传递,诱导5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)的释放以调节非快速眼动睡眠(non-rapid eye movement,NREM),5-HT 是调节睡眠的最常研究的神经递质之一,IL-1 和TNF-α 能够延长NREM 的持续时间[18]。唐宜春等[19]研究发现5-HT 昼夜分泌呈现晨低夜高现象,其中医灸药结合法能明显升高晨间5-HT 含量,能有效缓解失眠改善抑郁障碍。因此,IL-1β、5-HT、GABA和TNF-α 在睡眠调节中起着重要的作用。

本研究通过动物实验评价薏苡仁提取物对睡眠的改善作用,分析相关神经递质和细胞因子,并探讨其可能的作用机制,以期为通过食疗方法改善睡眠提供数据支持及理论参考。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

薏苡仁提取物(coix seed extract,CSE,多糖含量大于30%):陕西嘉禾生物科技股份有限公司;褪黑素(纯度98%):上海易恩化学技术有限公司;无水乙醇(分析纯):国药集团化学试剂有限公司;戊巴比妥钠粉剂(分析纯):北京普博斯生物有限公司、巴比妥钠(分析纯):美国Sigma 公司;小鼠TNF-α 酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测试剂盒、小鼠IL-1β ELISA 检测试剂盒、小鼠GABA ELISA 检测试剂盒、小鼠5-HT ELISA 检测试剂盒:上海根夷生物科技中心。

1.2 仪器与设备

HomeCageScan 居家笼行为识别系统:美国Clever Sys 公司;FC ELISA 生化酶标仪:美国Thermo 公司;PYX-DHS 数字显示隔水式电热恒温培养箱:上海跃进医疗器械有限公司。

1.3 实验动物

C57BL/6 雄性小鼠(50 只、6~8 周龄、体质量18~22 g):厦门大学实验动物中心,饲养于SPF 动物房,温度22 ℃,湿度10%~60%,12 h 明暗交替照明,适应性喂养1 周。所有实验程序均按照《厦门大学实验动物中心机构动物护理和使用委员会的指南》和《国际兽医编辑协会实验动物护理和使用指南》进行。动物使用方案经厦门大学实验动物中心动物伦理与福利委员会审核批准(批准号:XMULAC20210010)。

1.4 实验方法

1.4.1 薏苡仁提取物的制备

以禾本科植物薏苡[Coix lacryma-jobi L.var.mayuenRoman.)Stapf]的干燥成熟种仁为原料,经研磨、酶解、离心、微滤、超滤、浓缩、杀菌、喷雾干燥、金属探测、包装等工艺生产得到的无定形粉末状产品。经过高效薄层色谱成分鉴定,含不少于30%薏苡仁多糖(coixan)。

1.4.2 动物分组及处理

将50 只体质量相近小鼠随机分为空白组(NC组)、对照组(PC 组)、干预组3 组(Coix-L 组、Coix-M组、Coix-H 组),共5 组,每组10 只;薏苡仁提取物以灌胃方式干预,通过查阅相关文献,CSE 每人每天推荐剂量1 g/d[20],根据人鼠剂量换算公式折算:低剂量83.3 mg/(kg·d)、中剂量166.7 mg/(kg·d)、高剂量333.3 mg/(kg·d),PC 组给予褪黑素[0.5 mg/(kg·d)],NC组给予蒸馏水,以普通饲料喂养,实验干预期30 d。

1.4.3 体质量

从干预0 d 开始至干预30 d 结束,每6 d 测量1 次小鼠体质量,观察各组小鼠体质量变化。

1.4.4 直接睡眠实验

小鼠连续灌胃30 d,末次灌胃15 min 后观察各组小鼠在1 h 内入睡数。睡眠以翻正反射消失为指标,即当小鼠置于背卧式时,超过1 min 不能翻正者即认为进入睡眠[21]

1.4.5 延长戊巴比妥钠睡眠时间实验

预实验确定使动物100% 入睡,但又不使睡眠时间过长的戊巴比妥钠剂量(60 mg/kg)。各组小鼠分别给予对应受试物,在干预后的0、10、20、30 d 给予受试物1 h 后,各组动物腹腔注射戊巴比妥钠,注射剂量为0.2 mL/20 g,以翻正反射消失为开始进入睡眠标志,记录各组动物睡眠持续时间。

1.4.6 戊巴比妥钠阈下剂量催眠实验

预实验确定戊巴比妥钠阈下催眠剂量为43 mg/kg,即80%~90%小鼠翻正反射不消失的戊巴比妥钠最大阈下剂量。各组小鼠分别给予对应受试物,在干预后的0、10、20、30 d 给予受试物1 h 后,各组动物腹腔注射戊巴比妥钠,记录30 min 内入睡动物数,以翻正反射消失达1 min 以上为入睡标志。

1.4.7 巴比妥钠睡眠潜伏期实验

预实验确定使动物100% 入睡,但又不使睡眠时间过长的巴比妥钠剂量(220 mg/kg)。各组小鼠分别给予对应受试物,在干预后的0、10、20、30 d 给予受试物20 min 后,给各组动物腹腔注射巴比妥钠,注射量为0.2 mL/20 g,以翻正反射消失为指标,记录小鼠巴比妥钠睡眠潜伏期。

1.4.8 居家笼实时小鼠睡眠行为监测

干预30 d 后,按第30 天延长戊巴比妥钠睡眠时间实验结果从短到长排序,每组选睡眠时间最短、居中和最长的3 只,通过居家笼监测72 h,前48 h 为适应期,剔除数据,后24 h 属于稳定期监测,记录数据分析(其中前12 h 是日间模式,后12 h 为夜间模式)睡眠持续时间(s)。系统通过红外线热成像探测及视频轨迹追踪等对目标动物的躯体部位进行识别。

1.4.9 血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 含量检测

实验结束后,小鼠摘眼球取血1.0~1.5 mL,3 000 r/min离心10 min,取上层血清。使用相应试剂盒,按照试剂盒酶联免疫吸附测定法(ELISA)操作说明检测血清中IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 含量。

1.5 数据处理

采用SPSS 25.0 软件进行统计处理。计量资料若满足正态性,对数据进行方差齐性检验,若数据满足方差齐,各组数据间的比较采用单因素方差分析(oneway ANOVA)进行各组间总体均值比较,最小显著性差异(least significant difference,LSD)法进行组间两两比较差异性检验;若数据方差不齐,采用Welch 检验进行总体均值比较,Dunnett T3 检验进行组间两两比较差异性检验。计量资料若不满足正态性,则采用Kruskal-Wallis H 检验进行总体均值比较。计数资料用Fisher确切概率法;ELISA 结果使用Pearson 相关分析计算相关系数;假设检验水准α=0.05,结果表达为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 薏苡仁提取物对小鼠体质量的影响

薏苡仁提取物对小鼠体质量的影响如表1 所示。

表1 干预期间小鼠体质量变化(N=10)
Table 1 Weight changes of mice during intervention period(N=10)

干预时间/d 0 10 20 30 NC 组/g 22.12±1.80 22.18±1.74 22.99±1.77 23.46±2.08 PC 组/g 22.81±1.62 22.92±1.57 24.19±1.62 25.11±1.85 Coix-L 组/g 24.83±1.16 24.10±1.30 25.31±1.43 25.71±1.60 Coix-M 组/g 24.40±1.58 24.00±1.52 24.46±1.90 24.79±1.93 Coix-H 组/g 23.07±1.71 22.47±1.74 23.37±2.19 24.02±2.20

由表1 可知,在干预期间各组体质量增长较为稳定,整体增幅不大。重复测量结果显示,数据不满足球形分布假设P>0.01 的标准,说明其不满足协方差阵的球对称性质,对数据采用多变量检验分析。随着干预时间的递推,小鼠的体质量出现明显变化。结果表明,小鼠的体质量受到干预时间和干预条件的共同影响,进行简单效应分析,30 d 各组体质量增长差异不明显。综上,各干预对小鼠体质量未产生影响。

2.2 直接睡眠

干预30 d 后,在末次灌胃1 h 内观察各组小鼠睡眠状况,均未出现翻正反射消失,说明薏苡仁提取物对小鼠无直接睡眠作用。

2.3 薏苡仁提取物对延长小鼠睡眠时间的影响

受试物干预对小鼠延长戊巴比妥钠睡眠时间实验的影响结果如表2 所示。

表2 小鼠延长戊巴比妥钠睡眠时间实验结果(N=10)
Table 2 Results of prolonged pentobarbital sodium sleep duration experiment in mice(N=10)

注:与NC 组相比,**表示差异极显著,P<0.01;与PC 组相比,#表示差异显著,P<0.05,##表示差异极显著,P<0.01;与Coix-L 组相比,o表示差异显著,P<0.05。

干预时间/d 0 10 20 30 NC 组/s 2 430.40±830.62 2 153.50±982.24 2 558.20±318.86 2 225.00±661.50 PC 组/s 2 238.60±1 104.46 1 690.40±1 017.45 2 331.00±838.92 3 516.10±307.26**Coix-L 组/s 2 988.70±1 018.42 1 952.14±1 021.74 2 549.75±288.08 2 547.57±729.14##Coix-M 组/s 3 285.78±861.17#1 779.20±740.24 2 030.25±579.44 3 219.00±857.09**°Coix-H 组/s 3 287.50±939.27#1 579.50±453.62 2 093.50±673.41 3 183.14±511.45**°

由表2 可知,NC 组实验前后自身的入睡潜伏期差异不明显(P>0.05),说明单纯注射戊巴比妥钠未改变小鼠睡眠时间,因此PC 组、薏苡仁干预各组小鼠的睡眠变化均为相应受试物作用。连续干预30 d 后,PC组存在可以极显著延长睡眠时间的作用(P<0.01),薏苡仁提取物中、高剂量组睡眠时间与NC 组相比差异极显著(P<0.01),低剂量组与NC 组相比差异虽无统计学意义(P>0.05),但睡眠时间长于NC 组。说明薏苡仁干预可以延长睡眠时间,但干预30 d 周期较短,低剂量组还未显现明显效应。

2.4 薏苡仁提取物对小鼠入睡数的影响

薏苡仁提取物对小鼠入睡数的影响如表3 所示。

表3 戊巴比妥钠阈下剂量催眠实验小鼠入睡数及χ2 检验P 值(N=10)
Table 3 Number of sleeping mice after pentobarbital sodium subthreshold dose hypnosis and P value by χ2 test(N=10)

注:与NC 组相比,*表示差异显著,P<0.05。

干预时间/d 0 10 20 30 NC 组/只2 1 2 1 PC 组/只1 2 2 2 Coix-L组/只2 2 6 4 Coix-M组/只2 3 5 7 Coix-H组/只3 1 4 5 P 值0.870 0.755 0.246 0.046*

由表3 可知,干预0、10、20 d 时,各组小鼠入睡数差异无统计学意义(P>0.05),干预30 d 后,各组小鼠入睡数差异有统计学意义(P<0.05),说明薏苡仁提取物对小鼠睡眠的改善作用显效时间长,短期难以显现明显效应,需要干预周期较长。

2.5 薏苡仁提取物对小鼠睡眠潜伏期的影响

薏苡仁提取物对小鼠睡眠潜伏期的影响如表4所示。

表4 小鼠戊巴比妥钠睡眠潜伏期实验结果(N=10)
Table 4 Results of pentobarbital sodium sleep latency experiment in mice(N=10)

干预时间/d 0 10 20 30 NC 组/s 296.20±23.98 354.30±68.28 386.30±80.62 342.80±132.63 PC 组/s 290.10±36.81 403.20±98.62 426.90±122.09 303.30±87.94 Coix-L组/s 306.80±37.28 407.57±151.29 381.33±92.33 299.14±48.24 Coix-M组/s 284.67±35.95 475.50±233.91 354.67±52.75 236.33±41.03 Coix-H组/s 318.50±104.72 460.00±54.51 397.30±110.80 302.43±74.21

由表4 可知,连续灌胃10、20、30 d 后,PC 组、薏苡仁干预各组与NC 组相比均无明显差异,但30 d 薏苡仁干预各组与NC 组相比明显有缩短入睡潜伏期的趋势。说明薏苡仁干预对睡眠的改善作用需要一定时间,短期干预效果不明显,与戊巴比妥钠阈下剂量催眠实验结果一致,中剂量组干预30 d 时小鼠入睡潜伏期缩短,考虑该剂量可能为最优剂量。

2.6 居家笼实时小鼠睡眠时长

居家笼实时小鼠睡眠时长监测结果如表5 所示。

表5 居家笼实时睡眠监测结果(N=3)
Table 5 Results of real-time sleep monitoring in home cages(N=3)

注:与NC 组相比,**表示差异极显著,P<0.01;与PC 组相比,##表示差异极显著,P<0.01;与Coix-L 组相比,o 表示差异显著,P<0.05,oo 表示差异极显著,P<0.01。

组别NC 组PC 组Coix-L 组Coix-M 组Coix-H 组睡眠时间/min 360.07±77.42 381.15±52.39 578.60±77.48**##701.13±53.03**##°790.51±85.18**##°°

由表5 可知,各组小鼠精神状态良好。薏苡仁干预30 d 后睡眠时间有显著变化,各组睡眠时间组间差异明显,薏苡仁干预各组睡眠总时间长于NC 组、PC组,且存在剂量-反应关系,随着干预薏苡仁剂量升高,睡眠时间延长。说明薏苡仁干预30 d 改善了小鼠睡眠,居家笼监测时小鼠已无受试物干预,故延长小鼠的睡眠时长为薏苡仁提取物的持续性效应。

2.7 血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 方差分析

小鼠血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 含量ELISA试验结果如表6 所示。

表6 小鼠血清ELISA 检测结果(N=10)
Table 6 Results of mouse serum by ELISA(N=10)

注:与NC 组相比,*表示差异显著,P<0.05,**表示差异极显著,P<0.01。

组别NC 组PC 组Coix-L 组Coix-M 组Coix-H 组IL-1β 含量/(pg/mL)65.18±10.61 104.14±33.59**83.79±17.98*94.37±46.66*74.22±13.26 5-HT 含量/(ng/mL)413.36±71.48 633.09±183.37*519.24±113.08 520.60±284.92 415.34±105.42 GABA 含量/(pg/mL)221.58±47.37 416.05±83.26**372.73±72.21**350.66±50.61**222.58±55.09 TNF-α 含量/(pg/mL)96.47±22.87 181.18±42.41**155.35±46.89**161.58±50.82**114.03±17.60

因数据不满足正态性,采用Kruskal-Wallis H 检验进行非参检验。由表6 可知,PC 组IL-1β 含量与NC组相比差异极显著(P<0.01),低、中剂量组IL-1β 含量与NC 组相比差异显著(P<0.05),干预后血清IL-1β 含量有升高趋势;薏苡仁干预各组5-HT 含量与NC 组相比差异不显著(P>0.05),但低、中剂量组5-HT 含量有明显升高;PC 组、低、中剂量组GABA 含量和TNF-α含量与NC 组相比存在极显著差异(P<0.01);高剂量组各细胞因子及神经递质含量与NC 组相比差异无统计学意义(P>0.05)。说明薏苡仁提取物可能通过升高IL-1β、5-HT、GABA 和TNF-α 含量来改善睡眠,其中高剂量组产生效应不明显,可能因为浓度超出最优剂量。

2.8 血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 相关分析

小鼠血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 含量相关分析结果如表7 所示。

表7 血清IL-1β、5-HT、GABA、TNF-α 相关分析结果
Table 7 Results of correlation analysis of serum IL-1β,5-HT,GABA,and TNF-α

注:未列出为假性相关关系。

变量1 IL-1β 含量IL-1β 含量GABA 含量GABA 含量变量2 5-HT 含量TNF-α 含量5-HT 含量TNF-α 含量相关系数(r)0.900 0.682 0.681 0.707决定系数(R2)0.809 0.465 0.464 0.500 P 值0.001 0.001 0.001 0.001

由表7 可知,两两简单相关发现各因子间均有显著相关关系(P<0.01)。5-HT 与TNF-α 含量并无相关关系,由于两者均与IL-1β 相关而造成假性相关关系。GABA 与IL-1β 并无相关关系,由于两者均与5-HT 和TNF-α 相关而造成假性相关关系。

IL-1β 与5-HT 相关系数为0.900,R2=0.809(P<0.01),与TNF-α 相关系数为0.682,R2=0.465(P<0.01);TNF-α 与GABA 相关系数0.707,R2=0.500(P<0.01);5-HT 与GABA 相关系数为0.681,R2=0.464(P<0.01)。

IL-1β 可以解释5-HT 80.9% 的变异,另外19.1%的变异由其余因素来解释;IL-1β 还可以解释TNF-α 46.5%的变异,另外53.5%的变异由其余因素来解释。GABA 可以解释5-HT 46.4%的变异,另外53.6%的变异由其余因素来解释;GABA 还可以解释TNF-α 50.0%的变异,另外50.0%的变异由其余因素来解释。

3 讨论

睡眠是一个复杂的节律性生理过程,其所涉及的神经机制非常复杂,多种神经递质参与睡眠与觉醒生理周期的调控[22]。中医讲究阴阳平衡,心肾交合,才能有良好的睡眠。但现代人越来越多的工作成为室内脑力活动,没有足够的阳光、新鲜的空气,导致失眠发生率越来越高,且出现年轻化趋势[23]

目前对于改善睡眠功能检验方法主要是行为学观察法,通过仪器或人工目测考察干预物引起中枢神经系统兴奋或抑制时,动物自主活动量的增减情况。本研究采用睡眠实验结合居家笼实时监测睡眠情况,对薏苡仁提取物是否有促进睡眠作用进行了较为完善的考察。研究发现,针对原发性失眠患者予以半夏薏米汤加减治疗,有助于改善患者睡眠质量,且不良反应发生率低[24];小陷胸汤合半夏秫米汤加味治疗痰热扰神型苯二氮卓类药物(benzodiazepines,BZDs)依赖性失眠临床疗效明显,可以改善失眠症状,特别是失眠所伴随的“胃不和”兼症改善明显[25]。本研究发现薏苡仁干预可以延长睡眠时间、增加小鼠入睡数,但在缩短入睡潜伏期方面未见到明显效果,一方面可能是由于薏苡仁提取物作为食物成分,相对药物其效力较弱、有效物质剂量不足;另一方面可能是干预时间不足,助眠效果可能滞后,适当延长干预时间可使改善睡眠的作用更明显。根据《保健食品检验与评价技术规范》中改善睡眠功能评价标准判断,薏苡仁提取物具有改善睡眠的功能。当小鼠不受戊巴比妥钠影响(药物作用时间38 min[26])且无受试物干预的情况下,在居家笼实时监测实验中,NC 组和PC 组间无统计学差异,即停止褪黑素干预其促眠作用消失,小鼠睡眠恢复至NC 组水平,说明褪黑素具有药物依赖性,效用短暂且不可持续;而各薏苡仁干预组虽然已无受试物的维持,但仍显现出延长睡眠时间的效应,且存在剂量-反应关系,说明薏苡仁作为食物,在干预结束后一段时间内仍有持续效应,其或许不能根治顽固性睡眠障碍,但可以延长正常睡眠的入睡时间,提高睡眠质量,睡眠状态更安稳,这与睡眠实验的结果一致。在改善睡眠的保健食品中,粗多糖、总黄酮是出现频次较高的有效成分[27],而薏苡仁中有多种多糖类、黄酮类成分[8],本研究受试物含不少于30%薏苡仁多糖,说明其可能为改善睡眠的有效成分。

促进睡眠的神经递质在脑内主要是GABA,脑内GABA 神经元能通过背下核的直接和间接通路与脊髓前角的GABA 能神经元和延髓腹内侧部相关[28]。GABA 促进睡眠作用主要机制:增加GABA 受体的亲和力从而加强GABA 与识别位点结合;抑制GABA 的分解,提高其脑内的含量,延长慢波睡眠时间[29-30]。摄入GABA 可延长入睡后的熟睡时间,并改善睡眠质量[31]。IL-1β 和TNF-α 与多个睡眠相关的神经递质相互作用,包括5-羟色胺(5-HT)调节系统[32]。IL-1β 可以增强GABA 在大脑中的抑制效应,通过多种机制增强GABA 信号传递[18]。IL-1β 还能刺激5-HT 释放,并抑制参与皮质激活的乙酰胆碱能神经元[33]。此外,5-HT 也能诱导IL-1β 的合成。IL-1β 通过增加5-HT 的释放来促使NREM 的增加,同时也抑制了觉醒促进的5-HT 神经元的活动[34]。总之,IL-1β、GABA 和5-HT 在大脑中相互作用,共同参与睡眠的调节过程[11]。本研究发现,薏苡仁提取物干预后,小鼠血清IL-1β、GABA和5-HT 含量升高,符合上述调控机制。Chen 等[35]探究了薏苡多糖对免疫学活性的调节作用,发现薏苡多糖能显著促进RAW 264.7 小鼠巨噬细胞分泌因子(NO、IL-6 和TNF-α)的生成,薏苡多糖浓度增加,分泌因子的含量也增加,说明薏苡仁可能通过调节TNF-α增加从而影响睡眠,薏苡中蛋白质、脂类、多酚及多糖等物质都有免疫作用,薏苡对机体的免疫调节是共同作用的结果,但王明明等[36]、王越[37]关于睡眠的研究发现失眠病情越严重,TNF-α 含量越高,其结果与本研究有出入,说明薏苡仁提取物对TNF-α 含量的影响机制尚不明确。根据IL-1β 与5-HT 的强相关关系可知,本研究结果符合IL-1β 刺激5-HT 释放、5-HT 也能诱导IL-1β 合成的机制;另外TNF-α 与IL-1β 间的相关关系表明,两者联合作用也是改善NREM 的关键环节。关于IL-1β 与GABA 未成线性相关考虑以下两个原因:(1)GABA 是主要作用于大脑的神经递质,实验检测血清中的GABA 含量较低;(2)GABA 代谢速率较快或分解速度较快,导致检测时含量降低。因此,根据本研究结果推测,薏苡仁可以通过升高IL-1β、5-HT 和GABA 含量改善睡眠质量。

4 结论

通过动物实验评价薏苡仁提取物对睡眠的改善作用,分析相关神经递质和细胞因子。结果表明,薏苡仁提取物干预可以延长睡眠时间、增加入睡数,具有改善睡眠的功效,其睡眠改善作用无依赖性,且有明显持续效果。相应机制可能为升高IL-1β、5-HT 和GABA 含量,从而改善睡眠质量,其中薏苡仁多糖可能为改善睡眠的有效成分。

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Effect of Coix Seed Extract in Improving Sleep Quality in Mice

Kelsang Dekyi1,ZHANG Yichen1,ZHENG Linxi1,WANG Xinyue2,3,LI Hongwei1,ZHUANG Yingying2,3*

(1.School of Public Health,Xiamen University,Xiamen 361101,Fujian,China;2.Zhongshan Hospital(Xiamen),Fudan University,Xiamen 361015,Fujian,China;3.Xiamen Clinical Research Center for Cancer Therapy,Xiamen 361015,Fujian,China)

Abstract:To evaluate the effect of coix seed extract in improving sleep in mice and discuss the possible mechanism of action,fifty 6-week-old male C57BL/6 mice were randomly divided into five groups,including a blank group(distilled water),melatonin group[melatonin of 0.5 mg/(kg·d)],and three coix seed intervention groups at doses of 83.3,166.7 mg/(kg·d),and 333.3 mg/(kg·d).The experiments of prolonged pentobarbital sodium sleep duration,pentobarbital sodium subthreshold dose hypnosis,and pentobarbital sodium sleep latency were performed every 10 days by continuous intragastric administration for 30 days. After the intervention,the sleep behavior of mice was monitored by the home cage in real time. Enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)detected serum levels of 5-hydroxytryptamine(5-HT),γ-aminobutyric acid(GABA),interleukin-1β(IL-1β),and tumor necrosis factor-α(TNF-α).The results showed that coix seed extract had no direct effect on sleep in mice. After 30 days of intervention,mice in the medium and high dose groups of coix seed slept longer(P<0.01). On the 30th day,the proportion of sleeping mice in the intervention group increased significantly(P<0.05). Sleep latency showed a trend of shortening in each intervention group. Home cage monitoring revealed a significant increase in sleep time of mice in the intervention group,exhibiting a dose-response relationship.The serum levels of IL-1β,5-HT,GABA,and TNF-α were higher in the intervention group. IL-1β was positively correlated with 5-HT and TNF-α. TNF-α was positively correlated with GABA.5-HT was positively correlated with GABA.Coix seed extract could prolong the sleep time of mice and increase the number of sleeping mice.The improvement effect was independent and sustainable.The study suggested that coix seed may enhance sleep quality by elevating IL-1β,5-HT,and GABA in the serum.

Key words:coix seed extract;sleep quality improvement;sleep mechanism;5-hydroxytryptamine(5-HT);γ-aminobutyric acid(GABA);interleukin-1β(IL-1β);tumor necrosis factor-α(TNF-α)

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.23.008

作者简介:格桑德吉(1999—),女(门巴),硕士研究生,研究方向:公共卫生。

*通信作者:庄滢滢(1993—),女,研究方向:营养与慢性病。

引文格式:

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Kelsang Dekyi,ZHANG Yichen,ZHENG Linxi,et al. Effect of Coix Seed Extract in Improving Sleep Quality in Mice[J].Food Research and Development,2024,45(23):56-63.

加工编辑:孟琬星

收稿日期:2024-04-19