Kan denna mekanism förklara varför sömnlösa nätter påverkar tarmhälsan?
Tarminflammation och andra tillstånd som involverar immunsystemet är vanligare bland personer med oregelbundna sömnmönster, inklusive de som arbetar nattskift. Nu har ny forskning på möss avslöjat en tidigare okänd mekanism som kan hjälpa till att förklara sambandet.
Mekanismen avser grupp 3 medfödda lymfoidceller (ILC3). Dessa immunceller har en stark roll för att kontrollera ämnesomsättningen, inflammation och andra biologiska processer.
I en nyligen Natur papper, förklarar forskarna hur de använde möss för att bättre förstå ILC3: s roll i tarmen.
"Dessa celler," säger seniorstudieförfattare Henrique Veiga-Fernandes, doktor, "uppfyller viktiga funktioner i tarmen - de bekämpar infektioner, kontrollerar integriteten i tarmepiteln och instruerar lipidabsorption."
Veiga-Fernandes arbetar vid Champalimaud Center for the Unknown i Lissabon, Portugal. Han leder en grupp som undersöker kommunikation på cellulär nivå mellan nervsystemet och immunsystemet.
Sömnmönster, hälsa och klockgener
"Sömnbrist eller förändrade sömnvanor kan få dramatiska hälsokonsekvenser, vilket resulterar i en rad sjukdomar som ofta har en immunkomponent, såsom tarminflammatoriska tillstånd", förklarar Veiga-Fernandes.
Forskning har visat att personer som arbetar på skift är mer benägna att utveckla vissa långvariga hälsoproblem.
De som arbetar nattvakter under lång tid har till exempel en högre risk för tillstånd som sår, vissa cancerformer, metaboliska sjukdomar, fetma och mag-tarmsjukdomar.
"För att förstå varför detta händer", fortsätter Veiga-Fernandes, "vi började med att fråga om immunceller i tarmen påverkas av dygnsrytmklockan."
Han och hans kollegor fann att ILC3 är särskilt känsliga för förändringar i deras klockgener, generna som styr rytmiska cellprocesser.
De avslöjade också en krets som länkar cirkadian, eller 24-timmars, klocka i hjärnan till ILC3 i tarmen.
Det verkar som om störningar i denna krets, som känner av förändringar i miljöbelysning, kan förändra ILC3-klockgener. Dessa genetiska förändringar kan försämra immuncellernas förmåga att reglera tarmhälsan.
Teamet demonstrerade denna effekt genom att störa 24-timmarsuret i mössens hjärna.
Författarna skriver att "Kirurgiskt eller genetiskt inducerad avreglering av hjärnrytmiken ledde till störda cirkadiska ILC3-svängningar, ett avreglerat mikrobiom och förändrad lipidmetabolism."
Störande hjärnklocka minskar tarm-ILC3
Nästan alla celler i kroppen har klockgener som hjälper dem att följa en 24-timmarscykel.
Klockgener berättar för cellmaskineri vilken tid det är så att kroppens biologi kan förbereda sig för cykelkänslig aktivitet, som att äta eller sova.
Medan varje cells klockgener kan hålla tiden oberoende förlitar de sig på huvudklockan i hjärnan för att hålla dem synkroniserade.
Dessutom, eftersom hjärnans klockkretsar är känsliga för externt ljus, hjälper kopplingen till klockgener i resten av kroppen att hålla kroppens funktioner synkroniserade med dag- och nattcykler.
Teamet fann att störning av ILC3s klockgener dramatiskt minskade deras närvaro i tarmen.
"Detta resulterade i svår inflammation, brott mot tarmbarriären och ökad fettansamling", konstaterar Veiga-Fernandes.
Störda hjärnklockor torkar målkod
Ytterligare undersökning avslöjade orsaken till den dramatiska nedgången i ILC3 i tarmen. Det verkar som om störningar i hjärnans cirkadiska krets hindrar en viktig signal från att nå ILC3-klockgenerna.
Förlust av signalen påverkar ett protein som berättar för de övergående ILC3-cellerna vart de ska migrera till. Proteinet fungerar som ett destinationspostnummer i en satnav, och utan signal från hjärnans cirkadiska krets kan det inte ställa in postnummer.
Veiga-Fernandes säger att han och hans team är mycket glada över dessa resultat eftersom de hjälper till att förklara varför människor som är aktiva på natten är mer benägna att ha sämre tarmhälsa och uppleva inflammatoriska sjukdomar.
Han föreslår att kroppen har utvecklats så att den dagliga klockan i hjärnan under dagsljus, när utfodring råder, säger till ILC3 att lämna tarmen. Detta minskar ILC3-aktivitet i tarmen, vilket ökar lipidmetabolismen.
Men minskning av ILC3-aktivitet gör också att tarmen är sårbar för skador. Så på natten, när utfodring inte råder, säger hjärnans klocka till ILC3 att gå tillbaka i tarmen och utföra defensiva och reparera uppgifter.
"Det har [allt] att göra med det faktum att denna specifika neuroimmunaxel är så väl reglerad av hjärnans klocka att alla förändringar i våra vanor har en omedelbar inverkan på dessa viktiga, forntida immunceller."
Henrique Veiga-Fernandes, Ph.D.
