腸内細菌叢を含む腸内環境は、脳機能と相互に影響を及ぼしあっていることが明らかになっています。本研究では、慢性的な抗生物質投与によって腸内細菌叢を除去したマウスを用いて、腸内細菌叢と、脳機能の一つである睡眠の関係について調べました。
腸内代謝状態を知るため、盲腸内容物のメタボローム解析を行ったところ、腸内細菌叢除去マウスでは、正常なマウスと比較して神経伝達物質合成に関係するアミノ酸の代謝経路に有意な変動が認められました。特に、ビタミンB6が有意に減少し、神経機能を調節するセロトニンが枯渇していました。一方で、神経細胞の活動を抑えるグリシンとγアミノ酪酸（GABA）には有意な増加が認められました。
脳波と筋電図を指標として睡眠を解析すると、腸内細菌叢除去マウスでは、明期（睡眠期）の睡眠が減り、暗期（活動期）の睡眠が増えており、睡眠・覚醒の昼夜のメリハリが弱まっていました。また、大脳皮質の活動が活発なレム睡眠に特徴的な脳波成分であるシータ波が減少していることが分かりました。以上のことから、腸内細菌叢の除去が睡眠の質を低下させる可能性が示唆されました。
今後、腸内細菌叢から睡眠制御の仕組みへの情報伝達経路の解明や睡眠不足状態の解析を通じて、腸内環境と睡眠との相互作用を明らかにし、食を通じた腸内環境コントロールによる睡眠改善法の開発を目指します。本研究の推進により、腸内環境と脳機能との相互作用（脳腸相関）についての理解をさらに深めることで、食習慣に基づいた健康増進の新たな方法論の確立が期待されます。