植物乳杆菌 L5（GDMCC No:62315）凭高效产 GABA 开辟睡眠改善新路径

睡眠是跨物种保守的生理需求，长期睡眠剥夺（SD）会引发认知衰退、免疫失调、代谢紊乱，甚至导致死亡。近年研究发现，致死剂量的ROS在肠道内异常积聚是SD致死的关键直接原因，但“为何肠道会成为ROS爆发的主要器官”仍是未解之谜。神经递质和激素通过脑-肠轴调控睡眠稳态，提示大脑睡眠中枢可能向肠道传递“睡眠需求信号”，诱发ROS产生。然而，具体信号分子及其传递路径尚不明确。

近日，来自合肥工业大学的研究团队。在《Science Advances》发表了“Role of d-serine in intestinal ROS accumulation after sleep deprivation”一文，该研究利用果蝇模型，通过遗传操作（如敲除丝氨酸消旋酶（SR）和D-氨基酸氧化酶（DAAO）基因），结合代谢组学分析，探究睡眠剥夺诱导肠道活性氧（ROS）积累的机制。具体机制如下：

01 d-Ser：肠道 ROS 积累的 “开关分子”

• SR 敲除的保护效应：针对果蝇的遗传操作实验显示，敲除负责合成 d-Ser 的 SR 基因后，SD 期间果蝇肠道 ROS 不再异常堆积，寿命较野生型显著延长；
• DAAO 敲除的有害后果：敲除降解 d-Ser 的 DAAO 基因后，果蝇肠道 d-Ser 清除受阻，ROS 积累程度较野生型大幅提升，早亡风险显著增加。

02 脑 - 肠 GABA 信号：驱动 d-Ser 生成的 “上游指令”

• 信号源头：大脑中调控睡眠稳态的关键神经元（如 dFB 神经元、R5 神经元），会通过释放 GABA、乙酰胆碱等神经递质，经脑 - 肠轴将 “睡眠需求信号” 传递至肠道；
• 肠道响应：肠上皮细胞（ECs）接收 GABA 信号后，会激活 SR 的表达与活性，进而合成并释放 d-Ser；光遗传学实验进一步验证 —— 特异性激活肠道内表达 SR 的 ECs（而非脑神经元），可直接导致肠道 ROS 水平升高，证实肠道 d-Ser 对 ROS 的局部调控作用。

03 回路失调：SD 致 ROS 爆发的 “连锁反应”

• 正常调节回路：肠道产生的 d-Ser 会作为信号分子，反向作用于大脑 NMDAR1 受体，形成 “大脑 GABA→肠道 d-Ser→大脑 NMDAR1” 的睡眠压力反馈回路，维持睡眠稳态；
• SD 下的失衡后果：长期 SD 会打破该回路平衡 ——d-Ser 过度产生会促进 ECs 内丙酮酸生成，增强线粒体三羧酸循环（TCA 循环）活性，导致呼吸链电子泄漏增加，大量 ROS 生成；同时，过氧化物酶体脂质代谢功能受损，进一步加剧氧化应激。药物干预实验证实，使用 UK-5099（丙酮酸进入线粒体的抑制剂）可有效减少 SD 果蝇肠道 ROS，延长其寿命。

睡眠障碍的生物干预新选择：植物乳杆菌 L5 的核心价值

针对上述 “脑 - 肠 GABA 信号失衡” 的核心问题，植物乳杆菌 L5 以其高效合成 GABA 的能力，成为改善睡眠障碍的安全新策略，其核心特性与作用如下：

01 L5 改善睡眠的核心优势：高效合成并释放 GABA

• 分子基础：全基因组测序显示，L5 携带 GABA 合成通路的关键基因 —— 谷氨酸脱羧酶基因 gadB（调控谷氨酸向 GABA 的转化）与 GABA 转运蛋白基因 gadC（介导 GABA 从菌体释放至肠道），为持续产 GABA 提供基因保障；
• 产 GABA 效率：通过 UPLC-MS 检测，L5 发酵上清中 GABA 含量达 231.71mg/L，显著优于普通乳杆菌菌株，可高效补充肠道 GABA 储备；
• 肠道定植能力：L5 具有优异的耐胃肠液性能（胃液 3h 存活率 78.62%、肠液 3h 存活率 84.72%），且自聚集率达 60.36%、疏水率 88.64%，能在肠道黏膜稳定定植，持续释放 GABA 以调节脑 - 肠信号。

02 L5 改善睡眠的体内实验证据

以 5 周龄 C57/BL 小鼠为研究对象，将其分为对照组（灌胃生理盐水）、L5 干预组（灌胃 1×10⁹CFU/(mL/100g) L5 菌液）、地西泮组（灌胃 3mg/kg 地西泮，阳性对照），连续干预 4 周后检测睡眠指标：

• 缩短睡眠潜伏期：戊巴比妥钠上阈值实验（腹腔注射 50mg/kg）显示，L5 组小鼠睡眠潜伏期较对照组显著缩短，且无地西泮类药物的 “宿醉反应”；
• 延长睡眠持续时间：L5 组小鼠从翻正反射消失至恢复的时间，较对照组明显延长，睡眠质量显著提升；
• 提高入睡率：戊巴比妥钠下阈值实验（腹腔注射 35mg/kg）显示，L5 组入睡小鼠数量较对照组增加，证实其可协同促进睡眠启动。

03 L5 的安全性：睡眠干预的重要保障

• 基因安全：全基因组分析证实，L5 不含耐药基因（对氨苄西林、红霉素、四环素等 7 种常见抗生素敏感），也无毒力基因，排除药物依赖与潜在毒性风险；
• 表型安全：溶血实验显示，L5 在绵羊血平板上呈 γ 溶血（菌落周围无溶血环），无致病性；体外细胞实验亦证实其对肠道黏膜无损伤，符合食品级益生菌安全标准。

研究意义与核心结论

1. 机制层面：首次明确 “GABA–d-Ser–NMDAR 轴” 是睡眠剥夺致肠道 ROS 爆发、引发健康危害的核心通路，填补了 “肠道为何成为 SD 下 ROS 爆发主要器官” 的研究空白；
2. 应用层面：植物乳杆菌 L5（GDMCC No:62315）作为食品来源的益生菌，以 “高效产 GABA、稳定定植肠道、安全无副作用” 为核心优势，为改善睡眠障碍、干预睡眠剥夺病理过程提供了全新生物方案 —— 既规避了传统镇静药物（如苯二氮䓬类、褪黑激素受体激动剂）的认知损伤、药物依赖等问题，又能通过调节脑 - 肠 GABA 信号稳态发挥作用，为睡眠功能食品、睡眠改善药物的开发提供了优质菌株与明确方向。

参考文献：

1. Zheng F, Liu S, Wei T, et al. Role of d-serine in intestinal ROS accumulation after sleep deprivation. Sci Adv. 2025 Jul 18;11(29):eadr8592. doi: 10.1126/sciadv.adr8592IF: 12.5 Q1 . Epub 2025 Jul 18. PMID: 40680136IF: 12.5 Q1 ; PMCID: PMC12273795IF: 12.5 Q1 .
2. 吴清平，李龙岩，钟豪杰，等。具有缓解特发性震颤和睡眠障碍功能的植物乳杆菌 L5 及其应用 [P]. 中国发明专利: CN 115873753 A, 2023-03-31.