一种褐藻多酚（标准品）补充剂可以减轻咖啡因引起的小鼠睡眠障碍

背景

在日本和韩国，海藻长期以来一直是日常饮食的重要组成部分，同时也是一种传统医学的治疗药物。海藻中包含多种成分，例如多酚，类胡萝卜素，萜烯和多糖等，具有抗肿瘤，抗氧化，抗菌，抗过敏，抗糖尿病和抗炎的作用。尽管对于海藻的生物活性报道有很多，但尚未探索其催眠活性。

之前的研究已发现，褐藻多酚（标准品）（500 mg/kg，经口服给药）通过对A型γ-氨基丁酸（GABAA）-苯二氮卓受体的正变构调节，可以显著降低小鼠的睡眠潜伏期，增加非快速眼动睡眠（NREMS）。此外，6种主要的褐藻多酚组分（eckstolonol，triphlorethol A，eckol，fucodiphlorethol G，6,6′-bieckol和dieckol）被鉴定出有催眠活性。

咖啡因是咖啡中主要的活性成分，它通过抑制2A型腺苷（A2A）受体来扰乱生理睡眠，增强唤醒能力。因此，用咖啡因诱导失眠是有效且最常见的模型。

本研究通过脑电图（EEG）和肌电图（EMG）的分析，评价了褐藻多酚对咖啡因诱导的小鼠睡眠障碍的改善作用。

研究方法和结果

图1 实验时间表和多导睡眠记录图

（a）实验程序和时间表；（b）典型的小鼠脑电图和肌电图波形以及FFT频谱；（c）睡眠-觉醒的定义。

每天17:00开始，持续记录每只动物的睡眠状态24个小时。当EMG无信号时被认为小鼠进入睡眠状态。利用SleepSign 3.0软件，将每10秒的睡眠状态自动分为清醒（Wake）（注：此处的Wake状态不是觉醒，而是通过sleepsign软件定义的在睡眠过程中的清醒状态，编者自译），快速眼动睡眠（REMS）或非快动眼睡眠（NREMS）。其中睡眠潜伏期定义为从给药到出现首次NREMS发作的持续时间（大于120 s才有效）。图1b中显示了代表性的EEG / EMG波形和δ波与θ波的快速傅立叶变换谱。NREMS，REMS和WAKE的爆发被定义为一个或多个连续时期（每个时期持续10 s）的总时长（图1c）。

图2 不同分组中C57BL / 6N小鼠的睡眠觉醒特征

(a)用媒介物，咖啡因或咖啡因+褐藻多酚治疗的小鼠的EEG和EMG以及相应的睡眠时相;（b）咖啡因，咖啡因+褐藻多酚和咖啡因+唑吡坦对睡眠潜伏期的影响;（c）在施用媒介物，咖啡因，咖啡因+褐藻多酚和咖啡因+ 唑吡坦后的5小时内，NREMS和REMS的时长

灰色条表示基准值，每个值代表每组7-8只小鼠的平均值的平均值±标准误差

用如下剂量：咖啡因（25 mg/kg），褐藻多酚（500 mg/kg）和唑吡坦（10 mg/kg）给小鼠灌胃。在用咖啡因（25 mg/kg）治疗的小鼠中，睡眠潜伏期的值为290.2±26.9分钟（图2b）。该值比媒介物治疗后的睡眠潜伏期显著延长（p<0.01），后者为169.3±18.7分钟。 但是，口服咖啡因（25 mg/kg）+褐藻多酚（500 mg/kg）和咖啡因（25 mg/kg）+唑吡坦（10 mg/kg）的睡眠潜伏期与媒介物组相比没有显著差异。与媒介物组相比，咖啡因（25 mg/kg）使NREMS的量降低了2.6倍（p<0.01）。褐藻多酚或唑吡坦与咖啡因的并用产生的NREMS比单独使用咖啡因的组明显更长（p<0.01）。所有组的REMS均无显著差异。

图3 C57BL/6N小鼠口服咖啡因（a）和褐藻多酚与咖啡因共同给药（b）或唑吡坦与咖啡因共同给药（c）后24小时内，NREMS，REMS和Wake的阶段性变化

与媒介物组相比，咖啡因在施用后的第四，第五，第六和第九小时内分别显著降低了NREMS的量4.59、2.49、2.52和1.63倍（图3a），且NREMS的减少的同时还伴随着Wake的显著增加。与仅咖啡因组不同，咖啡因+褐藻多酚组和咖啡因+唑吡坦组在24小时内都没有表现出睡眠结构的变化（图3b，c）。

图4 C57BL/6N小鼠在单独服用咖啡因与同时服用褐藻多酚或唑吡坦和咖啡因后5小时内的各个阶段的爆发特征

为了更好地了解褐藻多酚或唑吡坦的促睡眠的性质，我们另外分析了NREMS，REMS和Wake发作的平均持续时间和总数，以及EEG功率密度（图4和图5）。 咖啡因（25 mg/kg）显著增加了唤醒的持续时间146.4％（p<0.05），而不会影响NREMS或REMS的持续时间（图4a）。此外，咖啡因（25 mg/kg）分别使Wake和NREMS发作次数减少了2.3倍（图4b），并显著减少了Wake在60 s到120 s之间的爆发次数（图4c）。另一方面，PS（500 mg/kg）或ZPD（10 mg/kg）与咖啡因（25 mg/kg）的共同给药在NREMS，REMS和 Wake阶段的平均时长无显著性变化。

图5 NREMS期间由咖啡因单独给药，褐藻多酚或唑吡坦与咖啡因的共同给药后测得的脑电波功率密度曲线

为了评估睡眠质量，我们分析了NREMS期间小鼠的EEG功率密度，并测量了δ波的活性。如图5b所示，与媒介物相比，在NREMS中，咖啡因和咖啡因+褐藻多酚不会影响EEG的脑电功率密度（0–20 Hz），包括δ波的活性（0.5–2.5Hz的频率范围）。然而，唑吡坦与咖啡因的共同给药却显著（p<0.01）降低了δ活性（图5c）。 

总结

尽管全球咖啡因消耗量增加，但对可减轻咖啡因引起的睡眠障碍的食品和天然产品的研究很少。本研究主要显示了褐藻多酚对睡眠的具体过程中发挥的促进作用，同时对比了褐藻多酚与唑吡坦（一种FDA批准的镇静催眠药物）对咖啡因诱导的失眠模型的影响。作者发现褐藻多酚与镇静催眠药唑吡坦类似，可减轻咖啡因引起的唤醒症状，与唑吡坦不同的是，褐藻多酚更有助于缓解因咖啡因摄入而引起的短暂性失眠症状，即：保留了NREMS的强度。考虑到全球咖啡和能量饮料的消费趋势，褐藻多酚对咖啡因介导的睡眠障碍的减弱作用提升了其作为天然睡眠助剂的价值。