Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu CSS podršku. Za najbolje rezultate, preporučujemo korištenje novije verzije vašeg preglednika (ili isključivanje načina kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stiliziranja ili JavaScripta.
Rana dijagnoza esencijalnog tremora (ET) može biti izazovna, posebno kada se razlikuje od zdravih kontrolnih osoba (HC) i Parkinsonove bolesti (PB). Nedavno je analiza uzoraka stolice na crijevnu mikrobiotu i njene metabolite pružila nove metode za otkrivanje novih biomarkera neurodegenerativnih bolesti. Kratkolančane masne kiseline (SCFA), kao glavni metabolit crijevne flore, smanjene su u stolici kod PD. Međutim, fekalne SCFA nikada nisu proučavane kod ET. Cilj nam je bio istražiti nivoe SCFA u stolici kod ET, procijeniti njihov odnos s kliničkim simptomima i crijevnom mikrobiotom te odrediti njihovu potencijalnu dijagnostičku sposobnost. Fekalne SCFA i crijevna mikrobiota mjerene su kod 37 ET-ova, 37 novih PD i 35 HC. Zatvor, autonomna disfunkcija i težina tremora procijenjeni su pomoću skala. Nivoi propionata, butirata i izobutirata u stolici bili su niži kod ET nego kod HC. Kombinacija propionske, buterne i izobuterne kiseline razlikovala je ET od HC sa AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). Nivoi izovalerne kiseline i izobuterne kiseline u stolici bili su niži kod ET nego kod PD. Izovalerna kiselina i izovalerna kiselina razlikovale su ET od PD sa AUC od 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Fekalni propionat je obrnuto proporcionalan sa zatvorom i autonomnom disfunkcijom. Izobuterna kiselina i izovalerna kiselina su obrnuto proporcionalne sa težinom tremora. Smanjenje SCFA u stolici bilo je povezano sa smanjenjem brojnosti Faecalibacterium i Streptobacterium u ET. Dakle, sadržaj SCFA u stolici se smanjuje kod ET i povezan je sa težinom kliničke slike i promjenama u crijevnoj mikrobioti. Fekalni propionat, butirat, izobutirat i izovalerat mogu biti potencijalni dijagnostički i diferencijalno-dijagnostički biomarkeri za ET.
Esencijalni tremor (ET) je progresivni, hronični neurodegenerativni poremećaj koji se prvenstveno karakteriše tremorom gornjih ekstremiteta, koji može zahvatiti i druge dijelove tijela poput glave, glasnica i donjih ekstremiteta 1. Kliničke karakteristike ET-a uključuju ne samo motoričke simptome već i neke nemotoričke znakove, uključujući gastrointestinalne bolesti 2. Brojne studije su provedene kako bi se ispitale patološke i fiziološke karakteristike esecijalnog tremora, ali jasni patofiziološki mehanizmi nisu identifikovani 3,4; Nedavne studije sugerišu da disfunkcija ose mikrobiota-crijeva-mozak može doprinijeti neurodegenerativnim bolestima, a postoji sve više dokaza o potencijalnoj dvosmjernoj vezi između crijevne mikrobiote i neurodegenerativnih bolesti 5,6. Posebno je važno napomenuti da je u jednom izvještaju o slučaju transplantacija fekalne mikrobiote poboljšala i esencijalni tremor i sindrom iritabilnog crijeva kod pacijenta, što može ukazivati ​​na blisku vezu između crijevne mikrobiote i esecijalnog tremora. Osim toga, pronašli smo i specifične promjene u crijevnoj mikrobioti kod pacijenata sa ET-om, što snažno podržava važnu ulogu disbioze crijeva u ET-u8.
Što se tiče disbioze crijeva kod neurodegenerativnih bolesti, Parkinsonova bolest (PB) je najšire proučavana oblast5. Neuravnotežena mikrobiota može povećati crijevnu propusnost i aktivirati crijevnu gliju, što dovodi do alfa-sinukleinopatija9,10,11. PB i Et dijele neke zajedničke karakteristike, kao što su slična učestalost tremora kod pacijenata s Et i PB, preklapajući tremor u mirovanju (tipičan tremor kod PB) i posturalni tremor (uglavnom se nalazi kod pacijenata s Et), što otežava njihovo razlikovanje. rane faze 12. Stoga hitno moramo otvoriti koristan prozor za razlikovanje između Et i PB. U tom kontekstu, proučavanje specifične crijevne disbioze i povezanih promjena metabolita kod Et i identificiranje njihovih razlika od PB mogu postati potencijalni biomarkeri za dijagnozu i diferencijalnu dijagnozu Et.
Kratkolančane masne kiseline (SCFA) su glavni metaboliti koji nastaju crijevnom bakterijskom fermentacijom dijetalnih vlakana i smatra se da igraju ključnu ulogu u interakcijama crijeva i mozga13,14. SCFA apsorbiraju ćelije debelog crijeva i transportiraju se do jetre kroz portalni venski sistem, a neke SCFA ulaze u sistemsku cirkulaciju. SCFA imaju lokalne učinke na održavanje integriteta crijevne barijere i promoviranje urođenog imuniteta u crijevnoj sluznici15. Također imaju dugoročne učinke na krvno-moždanu barijeru (KMB) stimulirajući proteine ​​​​čvrste veze i aktivirajući neurone stimulirajući receptore spregnute s G proteinom (GPCR) da pređu KMB16. Acetat, propionat i butirat su najzastupljenije SCFA u debelom crijevu. Prethodne studije su pokazale smanjene nivoe octene, propionske i buterne kiseline u stolici kod pacijenata s Parkinsonovom bolešću17. Međutim, nivoi SCFA u stolici nikada nisu proučavani kod pacijenata s ET-om.
Stoga je cilj naše studije bio identificirati specifične promjene u fekalnim SCFA kod pacijenata s ET-om i njihove razlike u odnosu na pacijente s Parkinsonovom bolešću (PB), procijeniti odnos fekalnih SCFA s kliničkim simptomima ET-a i crijevnom mikrobiotom, kao i odrediti potencijalne dijagnostičke i diferencijalno-dijagnostičke mogućnosti uzoraka stolice. KZhK. Kako bismo se pozabavili zbunjujućim faktorima povezanim s lijekovima protiv Parkinsonove bolesti, odabrali smo pacijente s novodijagnosticiranom Parkinsonovom bolešću kao kontrolnu skupinu.
Demografske i kliničke karakteristike 37 endokrinoloških pacijenata, 37 pacijenata s poremećajem disanja i 35 zdravstvenih radnika sumirane su u Tabeli 1. ET, PD i HC su usklađeni po godinama, spolu i BMI. Tri grupe su također imale slične udjele pušenja, konzumiranja alkohola te pijenja kafe i čaja. Wexner skor (P = 0,004) i HAMD-17 skor (P = 0,001) PD grupe bili su viši od onih u HC grupi, a HAMA skor (P = 0,011) i HAMD-17 skor (P = 0,011) ET grupe bili su viši od onih u HC grupi. Tok bolesti u ET grupi bio je značajno duži nego u PD grupi (P<0,001).
Postojale su značajne razlike u nivoima propionske kiseline (P = 0,023), sirćetne kiseline (P = 0,039), buterne kiseline (P = 0,020), izovalerijanske kiseline (P = 0,045) i izobuterne kiseline (P = 0,015) u stolici. U daljoj post hoc analizi, nivoi propionske kiseline (P = 0,023), buterne kiseline (P = 0,007) i izobuterne kiseline (P = 0,040) u ET grupi bili su značajno niži od onih u HC grupi. Pacijenti sa ET-om imali su niže nivoe izovalerata (P = 0,014) i izobutirata (P = 0,005) u odnosu na pacijente sa PD-om. Osim toga, nivoi propionske kiseline u stolici (P = 0,013), sirćetne kiseline (P = 0,016) i buterne kiseline (P = 0,041) bili su niži kod pacijenata sa Parkinsonovom bolešću (PD) nego kod pacijenata sa karcinomom debelog crijeva (CC) (slika 1 i dodatna tabela 1).
ag predstavlja grupno poređenje propionske kiseline, sirćetne kiseline, buterne kiseline, izovalerijske kiseline, valerijanske kiseline, kaproinske kiseline i izobuterne kiseline, respektivno. Postojale su značajne razlike u nivoima propionske kiseline, sirćetne kiseline, buterne kiseline, izovalerijske kiseline i izobuterne kiseline u stolici između tri grupe. ET esencijalni tremor, Parkinsonova bolest, zdrava kontrola HC, SCFA. Značajne razlike su označene sa *P < 0,05 i **P < 0,01.
Uzimajući u obzir razliku u toku bolesti između ET grupe i PD grupe, proučavali smo 33 pacijenta sa ranom PD i 16 pacijenata sa ET (tok bolesti <3 godine) radi daljeg poređenja (Dodatna tabela 2). Rezultati su pokazali da je sadržaj propionske kiseline u stolici ET bio značajno niži od sadržaja HA (P=0,015). Razlika između ET i HC za buternu kiselinu i izobuternu kiselinu nije bila značajna, ali je ipak uočen trend (P = 0,082). Nivoi izobutirata u stolici bili su značajno niži kod pacijenata sa ET u poređenju sa pacijentima sa PD (P = 0,030). Razlika između ET i PD izovalerinske kiseline nije bila značajna, ali je ipak postojao trend (P = 0,084). Propionska kiselina (P = 0,023), sirćetna kiselina (P = 0,020) i buterna kiselina (P = 0,044) bile su značajno niže kod pacijenata sa PD nego kod pacijenata sa HC. Ovi rezultati (Dodatna slika 1) su uglavnom u skladu s glavnim rezultatima. Razlika u rezultatima između ukupnog uzorka i podgrupe ranih pacijenata može biti posljedica manje veličine uzorka u podgrupi, što rezultira nižom statističkom snagom podataka.
Zatim smo ispitali da li nivoi SCFA u stolici mogu razlikovati pacijente sa ET od pacijenata sa kortikosteroidima (CU) ili Parkinsonovom bolešću (PD). Prema ROC analizi, razlika u AUC nivoa propionata bila je 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), što je omogućilo razlikovanje pacijenata sa ET od karcinoma grla (HC). Pacijenti sa ET i GC mogli su se razlikovati po nivoima butirata sa AUC od 0,685 (95% CI: 0,556–0,814). Razlike u nivoima izobutirne kiseline mogu razlikovati pacijente sa ET od HC sa AUC od 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Kada se kombinuju nivoi propionata, butirata i izobutirata, dobijen je veći AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) sa osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 72,9% (Slika 2a). Da bi se razlikovali pacijenti sa ET i PD, AUC za nivoe izovalerijanske kiseline bio je 0,700 (95% CI: 0,579–0,822), a za nivoe izobuterne kiseline 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). Kombinacija nivoa izovalerijanske i izobuterne kiseline imala je veći AUC od 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), osjetljivost od 74,3% i specifičnost od 62,9% (Slika 2b). Pored toga, ispitali smo da li se nivoi SCFA u fecesu pacijenata sa Parkinsonovom bolešću razlikuju od kontrolne grupe. Prema ROC analizi, AUC za identifikaciju pacijenata sa PD na osnovu razlika u nivoima propionske kiseline bio je 0,687 (95% CI: 0,559-0,814), sa osjetljivošću od 68,6% i specifičnošću od 68,7%. Razlike u nivoima acetata mogu razlikovati pacijente sa Parkinsonovom bolešću (PD) od pacijenata sa zdravstvenim problemima (HC) sa AUC od 0,674 (95% CI: 0,542–0,805). Pacijenti sa PD mogu se razlikovati od kortikosteroidne krize (CU) samo po nivoima butirata sa AUC od 0,651 (95% CI: 0,515–0,787). Kada se kombinuju nivoi propionata, acetata i butirata, dobijen je AUC od 0,682 (95% CI: 0,553–0,811) (Slika 2c).
diskriminacija od strane Ruske pravoslavne crkve protiv ET i HC; b diskriminacija RPC protiv ET i PD; c diskriminacija RPC protiv PD i HC; esencijalni tremor ET, Parkinsonova bolest, zdrava kontrola HC, SCFA.
Kod pacijenata sa ET-om, nivo izovalerijske kiseline u stolici bio je negativno koreliran sa FTM skorom (r = -0,349, P = 0,034), a nivo izovalerijske kiseline u stolici bio je negativno koreliran sa FTM skorom (r = -0,421, P = 0,001) i TETRAS skorom (r = -0,382, P = 0,020). Kod pacijenata sa ET-om i PD-om, nivoi propionata u stolici bili su negativno korelirani sa SCOPA-AUT skorom (r = -0,236, P = 0,043) (Slika 3 i Dodatna tabela 3). Nije bilo značajne korelacije između toka bolesti i SCFA ni u ET grupi (P ≥ 0,161) ni u PD grupi (P ≥ 0,246) (Dodatna tabela 4). Kod pacijenata sa PD, nivoi kaproinske kiseline u stolici bili su pozitivno korelirani sa MDS-UPDRS skorom (r = 0,335, P = 0,042). Kod svih učesnika, nivoi propionata (r = −0,230, P = 0,016) i acetata (r = −0,210, P = 0,029) u stolici bili su negativno korelirani sa Wexnerovim rezultatima (slika 3 i dodatna tabela 3).
Nivoi izobuterne kiseline u stolici bili su negativno korelirani sa FTM rezultatima, izovalerinska kiselina negativno je korelirala sa FTM i TETRAS rezultatima, propionska kiselina negativno je korelirala sa SCOPA-AUT rezultatima, kaproinska kiselina pozitivno je korelirala sa MDS-UPDRS rezultatima, a propionska kiselina negativno je korelirala sa FTM i TETRAS rezultatima. TETRAS i sirćetna kiselina negativno su korelirali sa Wexnerovim rezultatom. Verzija Unified Parkinson's Disease Rating Scale koju sponzorira Udruženje MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamilton Depression Rating Scale HAMD-17, 17 stavki, Hamilton's Anxiety Rating Scale HAMA, HY Hoehn and Yahr stadiji, SCFA, SCOPA – AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Essential Tremor Rating Scale. Značajne razlike su označene sa *P < 0,05 i **P < 0,01.
Dalje smo istražili diskriminatornu prirodu crijevne mikrobiote koristeći LEfSE analizu i odabrali nivo podataka o relativnoj zastupljenosti roda za daljnju analizu. Poređenja su izvršena između ET i HC te između ET i PD. Zatim je provedena Spearmanova korelacijska analiza relativne zastupljenosti crijevne mikrobiote i nivoa SCFA u stolici u dvije kontrolne grupe.
Faecalibacterium (u korelaciji sa buternom kiselinom, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (u korelaciji sa buternom kiselinom, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (u korelaciji sa propionskom kiselinom, r = 0,327) bili su prisutni u analizi ET i CA. , P = 0,005; korelacija sa buternom kiselinom, r = 0,374, P = 0,001; korelira s izobutiričnom kiselinom, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (korelira s propionskom kiselinom, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (korelira s propionatom, r = 0,249, P = 0,035) i Candidatus Arthromitus (korelira s izobutiričnom kiselinom, r = 0,302, P = 0,010) smanjuje se u ET i pozitivno je korelirana s nivoima SCFA u stolici. Međutim, brojnost Stenotropomonas se povećala u ET i negativno je korelirala s nivoima izobutirata u stolici (r = -0,250, P = 0,034). Nakon FDR prilagodbe, samo je korelacija između Faecalibacterium, Catenibacter i SCFA ostala značajna (P ≤ 0,045) (Slika 4 i Dodatna tabela 5).
Analiza korelacije ET i HC. Nakon FDR podešavanja, utvrđeno je da je brojnost Faecalibacterium (pozitivno povezanih s butiratom) i Streptobacterium (pozitivno povezanih s propionatom, butiratom i izobutiratom) smanjena u ET i pozitivno povezana s nivoima SCFA u stolici. b Analiza korelacije ET i PD. Nakon FDR podešavanja, nisu pronađene značajne asocijacije. ET esencijalni tremor, Parkinsonova bolest, zdrava HC kontrola, SCFA. Značajne razlike su označene sa *P < 0,05 i **P < 0,01.
Prilikom analize ET u odnosu na PD, utvrđeno je da je Clostridium trichophyton povećan u ET-u i da je u korelaciji s izovalerijanskom kiselinom u fecesu (r = -0,238, P = 0,041) i izobuternom kiselinom (r = -0,257, P = 0,027). Nakon prilagođavanja FDR-a, obje su ostale značajne (P≥0,295) (Slika 4 i Dodatna tabela 5).
Ova studija je sveobuhvatna studija koja ispituje nivoe kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u stolici i povezuje ih s promjenama u crijevnoj mikrobioti i težinom simptoma kod pacijenata s ET-om u usporedbi s pacijentima s kroničnom bolešću (CU) i Parkinsonovom bolešću (PD). Otkrili smo da su nivoi SCFA u stolici smanjeni kod pacijenata s ET-om i povezani s kliničkom težinom i specifičnim promjenama u crijevnoj mikrobioti. Kumulativni nivoi kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u stolici razlikuju ET od GC i PD.
U poređenju sa pacijentima sa GC, pacijenti sa ET imaju niže nivoe propionske, buterne i izobuterne kiseline u stolici. Kombinacija propionske, buterne i izobuterne kiseline razlikovala je ET i HC sa AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 72,9%, što ukazuje na njihovu upotrebu kao dijagnostičkih biomarkera za potencijalnu ulogu ET. Daljnja analiza je pokazala da su nivoi propionske kiseline u stolici negativno korelirani sa Wexnerovim skorom i SCOPA-AUT skorom. Nivoi izobuterne kiseline u stolici bili su obrnuto proporcionalni sa FTM rezultatima. S druge strane, smanjenje nivoa butirata kod ET bilo je povezano sa smanjenjem brojnosti mikrobiote koja proizvodi SCFA, Faecalibacterium i Categorybacter. Pored toga, smanjenje brojnosti Catenibacter kod ET također je bilo povezano sa smanjenjem nivoa propionske i izobuterne kiseline u stolici.
Većinu kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) proizvedenih u debelom crijevu kolonociti apsorbiraju prvenstveno putem H+-ovisnih ili natrij-ovisnih monokarboksilatnih transportera. Apsorbirane kratkolančane masne kiseline koriste se kao izvor energije za kolonocite, dok se one koje se ne metaboliziraju u kolonocitima transportiraju u portalnu cirkulaciju 18. SCFA mogu utjecati na motilitet crijeva, poboljšati funkciju crijevne barijere i utjecati na metabolizam i imunitet domaćina 19. Prethodno je utvrđeno da su fekalne koncentracije butirata, acetata i propionata smanjene kod pacijenata s Parkinsonovom bolešću (PD) u usporedbi s HC 17, što je u skladu s našim rezultatima. Naša studija je otkrila smanjenje SCFA kod pacijenata s ET-om, ali se malo zna o ulozi SCFA u patologiji ET-a. Butirat i propionat mogu se vezati za GPCR-ove i utjecati na GPCR-ovisnu signalizaciju kao što je MAPK i NF-κB20 signalizacija. Osnovni koncept ose crijeva-mozak je da SCFA koje luče crijevni mikrobi mogu utjecati na signalizaciju domaćina, čime utječu na funkciju crijeva i mozga. Budući da butirat i propionat imaju snažne inhibitorne efekte na aktivnost histon deacetilaze (HDAC)21, a butirat može djelovati i kao ligand za transkripcijske faktore, oni imaju široke efekte na metabolizam domaćina, diferencijaciju i proliferaciju, prvenstveno zbog njihovog utjecaja na regulaciju gena22. Na osnovu dokaza iz SCFA i neurodegenerativnih bolesti, butirat se smatra terapijskim kandidatom zbog svoje sposobnosti da ispravi oštećenu HDAC aktivnost, što može posredovati u smrti dopaminergičkih neurona kod PD23,24,25. Studije na životinjama su također pokazale sposobnost buterne kiseline da spriječi degeneraciju dopaminergičkih neurona i poboljša poremećaje kretanja u PD modelima26,27. Utvrđeno je da propionska kiselina ograničava upalne odgovore i štiti integritet KMB28,29. Studije su pokazale da propionska kiselina potiče preživljavanje dopaminergičnih neurona kao odgovor na toksičnost rotenona u PD modelima30 i da oralna primjena propionske kiseline spašava gubitak dopaminskih neurona i motoričke deficite kod miševa sa PD31. Malo se zna o funkciji izobuterne kiseline. Međutim, nedavna studija je otkrila da kolonizacija miševa sa B. ovale povećava sadržaj SCFA u crijevima (uključujući acetat, propionat, izobutirat i izovalerat) i koncentraciju GABA u crijevima, što ističe da je utvrđena veza između crijevne mikrobiote i koncentracija neurotransmitera SCFA u crijevima32. Kod ET-a, abnormalne patološke promjene u malom mozgu uključuju promjene u aksonima i dendritima Purkinjeovih ćelija, pomjeranje i gubitak Purkinjeovih ćelija, promjene u aksonima korpastih ćelija, abnormalnosti u vezama uzlaznih vlakana s distribucijom Purkinjeovih ćelija i promjene u GABA receptorima u jezgrama dentatne kosti, što dovodi do smanjenja GABAergičkog izlaza iz malog mozga3,4,33. Ostaje nejasno da li su SCFA povezane s neurodegeneracijom Purkinjeovih ćelija i smanjenom proizvodnjom GABA u malom mozgu. Naši rezultati ukazuju na snažnu povezanost između SCFA i ET-a, ali dizajn presječne studije ne dozvoljava nikakve zaključke o uzročnoj vezi između SCFA i procesa bolesti ET-a; Potrebna su daljnja longitudinalna istraživanja, uključujući serijska mjerenja SCFA u fecesu, kao i studije na životinjama koje ispituju mehanizme.
Smatra se da SCFA stimulišu kontraktilnost glatkih mišića debelog crijeva34. Nedostatak SCFA će pogoršati simptome zatvora, a suplementacija SCFA može poboljšati simptome zatvora PD35. Naši rezultati također ukazuju na značajnu povezanost između smanjenog sadržaja SCFA u stolici i povećane zatvora i autonomne disfunkcije kod pacijenata sa ET-om. Jedan izvještaj o slučaju je otkrio da je transplantacija mikrobiote poboljšala i esencijalni tremor i sindrom iritabilnog crijeva kod pacijenta 7, što dodatno sugerira blisku vezu između crijevne mikrobiote i ET-a. Stoga vjerujemo da SCFA/mikrobiota u stolici mogu utjecati na motilitet crijeva domaćina i funkciju autonomnog nervnog sistema.
Studija je otkrila da su smanjeni nivoi fekalnih SCFA u ET-u povezani sa smanjenom količinom Faecalibacterium (povezanog sa butiratom) i Streptobacterium (povezanog sa propionatom, butiratom i izobutiratom). Nakon korekcije FDR-a, ovaj odnos ostaje značajan. Faecalibacterium i Streptobacterium su mikroorganizmi koji proizvode SCFA. Poznato je da je Faecalibacterium mikroorganizam koji proizvodi butirat36, dok su glavni produkti fermentacije Catenibacter-a acetat, butirat i mliječna kiselina37. Faecalibacterium je otkriven u 100% obje grupe, ET i HC; medijana relativne količine ET grupe bila je 2,06%, a HC grupe 3,28% (LDA 3,870). Bakterija kategorije otkrivena je u 21,6% (8/37) HC grupe i samo u 1 uzorku ET grupe (1/35). Smanjenje i nedetektabilnost streptobakterija kod ET također mogu ukazivati ​​na korelaciju s patogenošću bolesti. Srednja relativna abundancija vrsta Catenibacter u HC grupi bila je 0,07% (LDA 2,129). Osim toga, bakterije mliječne kiseline bile su povezane s promjenama u fekalnom butiratu (P=0,016, P=0,096 nakon FDR prilagodbe), a kandidat za artritis bio je povezan s promjenama u izobutiratu (P=0,016, P=0,072 nakon FDR prilagodbe). Nakon FDR korekcije, ostaje samo trend korelacije, koji nije statistički značajan. Poznato je i da su laktobacili proizvođači SCFA (sirćetna kiselina, propionska kiselina, izobuterna kiselina, buterna kiselina) 38, a Candidatus Arthromitus je specifični induktor diferencijacije T pomoćničkih 17 (Th17) ćelija, s Th1/2 i Treg povezanim s imunološkom ravnotežom /Th17 39. Nedavna studija sugerira da povišeni nivoi fekalnog pseudoartritisa mogu doprinijeti upali debelog crijeva, disfunkciji crijevne barijere i sistemskoj upali 40. Nivoi Clostridium trichoides bili su povećani kod ET-a u poređenju sa PD. Utvrđeno je da je brojnost Clostridium trichoides negativno korelirana sa izovalerijanskom kiselinom i izomaslačnom kiselinom. Nakon podešavanja FDR-a, obje su ostale značajne (P≥0,295). Clostridium pilosum je bakterija za koju se zna da je povezana sa upalom i da može doprinijeti disfunkciji crijevne barijere 41. Naša prethodna studija izvijestila je o promjenama u crijevnoj mikrobioti pacijenata sa ET8. Ovdje također izvještavamo o promjenama SCFA kod ET-a i identificiramo povezanost između disbioze crijeva i promjena SCFA. Smanjeni nivoi SCFA usko su povezani s disbiozom crijeva i težinom tremora kod ET-a. Naši rezultati sugeriraju da osovina crijeva-mozak može igrati važnu ulogu u patogenezi ET-a, ali su potrebna daljnja istraživanja na životinjskim modelima.
U poređenju sa pacijentima sa Parkinsonovom bolešću, pacijenti sa et al. imaju niže nivoe izovalerijske i izobuterne kiseline u stolici. Kombinacija izovalerijske kiseline i izobuterne kiseline identifikovala je ET kod Parkinsonove bolesti sa AUC od 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 62,9%, što ukazuje na njihovu potencijalnu ulogu kao biomarkera u diferencijalnoj dijagnozi ET-a. Nivoi izovalerijske kiseline u stolici bili su obrnuto proporcionalni sa FTM i TETRAS rezultatima. Nivoi izobuterne kiseline u stolici bili su obrnuto proporcionalni sa FTM rezultatima. Smanjenje nivoa izovalerijske kiseline bilo je povezano sa smanjenjem brojnosti katobakterija. Malo se zna o funkcijama izovalerijske i izobuterne kiseline. Prethodna studija pokazala je da kolonizacija miševa sa B. ovale povećava količinu crijevnih SCFA (uključujući acetat, propionat, izobutirat i izovalerat) i koncentracije GABA u crijevima, ističući crijevnu vezu između mikrobiote i koncentracija SCFA/neurotransmitera u crijevima32. Zanimljivo je da su uočeni nivoi izobutirne kiseline bili slični između PD i HC grupa, ali su se razlikovali između ET i PD (ili HC) grupa. Izobutirna kiselina je mogla razlikovati ET i PD sa AUC od 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) i identificirati ET i NC sa AUC od 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Osim toga, nivoi izobutirne kiseline koreliraju sa težinom tremora, dodatno jačajući njegovu povezanost sa ET. Pitanje da li oralna izobutirna kiselina može smanjiti težinu tremora kod pacijenata sa ET zaslužuje daljnje proučavanje.
Dakle, sadržaj SCFA u stolici je smanjen kod pacijenata sa ET-om i povezan je sa kliničkom težinom ET-a i specifičnim promjenama u crijevnoj mikrobioti. Fekalni propionat, butirat i izobutirat mogu biti dijagnostički biomarkeri za ET, dok izobutirat i izovalerat mogu biti diferencijalni dijagnostički biomarkeri za ET. Promjene u fekalnom izobutiratu mogu biti specifičnije za ET od promjena u drugim SCFA.
Naša studija ima nekoliko ograničenja. Prvo, prehrambeni obrasci i preferencije u vezi s hranom mogu utjecati na ekspresiju mikrobiote, potrebni su veći uzorci studije u različitim populacijama, a buduće studije trebale bi uvesti sveobuhvatna i sistematska istraživanja prehrane, kao što su upitnici o učestalosti konzumiranja hrane. Drugo, dizajn presječne studije isključuje bilo kakve zaključke u vezi s uzročnom vezom između SCFA i procesa bolesti ET-a. Potrebne su daljnje dugoročne studije praćenja sa serijskim mjerenjima SCFA u stolici. Treće, dijagnostičke i diferencijalno dijagnostičke mogućnosti nivoa SCFA u stolici trebaju se validirati korištenjem nezavisnih uzoraka iz ET-a, HC-a i PD-a. U budućnosti bi trebalo testirati više nezavisnih uzoraka stolice. Konačno, pacijenti s PD u našoj kohorti imali su značajno kraće trajanje bolesti od pacijenata s ET-om. Uglavnom smo uspoređivali ET, PD i HC prema dobi, spolu i BMI. S obzirom na razliku u toku bolesti između ET grupe i PD grupe, proučavali smo i 33 pacijenta s ranom PD i 16 pacijenata s ET-om (trajanje bolesti ≤3 godine) radi daljnje usporedbe. Razlike između grupa u SCFA bile su uglavnom u skladu s našim primarnim podacima. Osim toga, nismo pronašli korelaciju između trajanja bolesti i promjena u SCFA. Međutim, u budućnosti bi bilo najbolje regrutirati pacijente s Parkinsonovom bolešću i endometrijem u ranoj fazi s kraćim trajanjem bolesti kako bi se validacija dovršila na većem uzorku.
Protokol studije odobrio je Etički komitet bolnice Ruijin, povezane sa Medicinskim fakultetom Univerziteta Jiao Tong u Šangaju (RHEC2018-243). Pismeni informirani pristanak dobijen je od svih učesnika.
Između januara 2019. i decembra 2022. godine, u ovu studiju je uključeno 109 ispitanika (37 ET, 37 PD i 35 HC) iz Klinike za poremećaje kretanja bolnice Ruijin, povezane sa Medicinskim fakultetom Univerziteta Jiao Tong u Šangaju. Kriteriji su bili: (1) starost 25–85 godina, (2) pacijenti sa ET-om su dijagnosticirani prema kriterijima 42 Radne grupe za MDS, a PD je dijagnosticirana prema kriterijima 43 MDS, (3) svi pacijenti nisu uzimali lijekove protiv PD prije uzimanja uzoraka. (4) ET grupa je uzimala samo β-blokatore ili nikakve srodne lijekove prije uzimanja uzoraka stolice. Odabrani su i HC koji su odgovarali dobi, spolu i indeksu tjelesne mase (BMI). Kriteriji isključenja bili su: (1) vegetarijanci, (2) loša ishrana, (3) hronične bolesti gastrointestinalnog trakta (uključujući upalne bolesti crijeva, čir na želucu ili dvanaesniku), (4) teške hronične bolesti (uključujući maligne tumore), zatajenje srca, zatajenje bubrega, hematološke bolesti), (5) Anamneza većih gastrointestinalnih operacija, (6) Hronična ili redovna konzumacija jogurta, (7) Upotreba bilo kojih probiotika ili antibiotika tokom 1 mjeseca, (8) Hronična upotreba kortikosteroida, inhibitora protonske pumpe, statina, metformina, imunosupresiva ili lijekova protiv raka i (9) teško kognitivno oštećenje koje ometa klinička ispitivanja.
Svi ispitanici su dostavili podatke o medicinskoj historiji, težini i visini za izračunavanje BMI, te su podvrgnuti neurološkom pregledu i kliničkoj procjeni kao što su anksioznost na Hamiltonovoj skali za ocjenjivanje anksioznosti (HAMA) 44, depresija na Hamiltonovoj skali za ocjenjivanje depresije-17 (HAMD-17) 45, depresija, težina zatvora korištenjem Wexnerove skale za zatvor 46 i Bristolske skale za stolicu 47 te kognitivne performanse korištenjem Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Skala za procjenu autonomnih simptoma Parkinsonove bolesti (SCOPA-AUT) 49 ispitivala je autonomnu disfunkciju kod pacijenata s ET i PD. Fana-Tolos-Marinova klinička skala za ocjenjivanje tremora (FTM) i skala za ocjenjivanje esencijalnog tremora (TETRAS) 50, grupa za proučavanje tremora (TRG) 50, ispitane su kod pacijenata s ET; pregledana je Kinsonova skala za ocjenjivanje bolesti (MDS-), koju sponzorira Ujedinjeno udruženje za Parkinsonovu bolest; UPDRS verzija 51 i Hoehn i Yahr (HY) verzija 52.
Svaki učesnik je zamoljen da ujutro prikupi uzorak stolice koristeći posudu za prikupljanje stolice. Posude su prebačene na led i pohranjene na -80°C prije obrade. Analiza SCFA (kratkofaktorskih masnih kiselina) provedena je u skladu s rutinskim postupcima kompanije Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Od svakog ispitanika prikupljeno je 400 mg svježih uzoraka fecesa i analizirano korištenjem SCFA nakon mljevenja i sonikacije. Odabrane SCFA u fecesu analizirane su korištenjem plinske hromatografije-masene spektrometrije (GC-MS) i tekućinske hromatografije-tandem MS (LC-MS/MS).
DNK je ekstrahovana iz uzoraka od 200 mg korištenjem QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Njemačka) prema uputama proizvođača. Mikrobni sastav je određen sekvenciranjem 16S rRNA gena na DNK izolovanoj iz fecesa amplifikacijom V3-V4 regije. Testirajte DNK puštanjem uzorka na 1,2% agarozni gel. Amplifikacija 16S rRNA gena metodom lančane reakcije polimeraze (PCR) izvršena je korištenjem univerzalnih bakterijskih primera (357 F i 806 R) i dvostepene biblioteke amplikona konstruisane na Novaseq platformi.
Kontinuirane varijable su izražene kao srednja vrijednost ± standardna devijacija, a kategoričke varijable su izražene kao brojevi i procenti. Koristili smo Leveneov test za testiranje homogenosti varijansi. Poređenja su izvršena korištenjem dvostranih t-testova ili analize varijanse (ANOVA) ako su varijable bile normalno distribuirane, te neparametrijskih Mann-Whitneyjevih U testova ako su pretpostavke o normalnosti ili homoskedastičnosti bile prekršene. Koristili smo površinu ispod ROC krive (AUC) kako bismo kvantificirali dijagnostičke performanse modela i ispitali sposobnost SCFA da razlikuje pacijente s ET od onih s HC ili PD. Da bismo ispitali odnos između SCFA i kliničke težine, koristili smo Spearmanovu korelacijsku analizu. Statistička analiza je provedena korištenjem SPSS softvera (verzija 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) s nivoom značajnosti (uključujući P vrijednost i FDR-P) postavljenim na 0,05 (dvostrano).
Sekvence 16S su analizirane korištenjem kombinacije softvera Trimmomatic (verzija 0.35), Flash (verzija 1.2.11), UPARSE (verzija v8.1.1756), mothur (verzija 1.33.3) i R (verzija 3.6.3). Sirovi podaci o genima 16S rRNA su obrađeni korištenjem UPARSE-a za generiranje operativnih taksonomskih jedinica (OTU) sa 97% identiteta. Taksonomije su specificirane korištenjem Silva 128 kao referentne baze podataka. Generički nivo podataka o relativnoj abundanciji je odabran za daljnju analizu. Analiza veličine efekta linearne diskriminantne analize (LDA) (LEfSE) je korištena za poređenja između grupa (ET vs. HC, ET vs. PD) sa α pragom od 0,05 i pragom veličine efekta od 2,0. Diskriminativni rodovi identifikovani LEfSE analizom su dalje korišteni za Spearmanovu korelacijsku analizu SCFA.
Za više informacija o dizajnu studije, pogledajte sažetak izvještaja o prirodnim istraživanjima povezan s ovim člankom.
Sirovi podaci sekvenciranja 16S pohranjeni su u bazi podataka BioProject Nacionalnog centra za biotehnološke informacije (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o.=acc_s% 3Aa. Ostali relevantni podaci dostupni su odgovarajućem autoru na razuman zahtjev, kao što su naučna saradnja i akademske razmjene s punim istraživačkim projektima. Nije dozvoljen prijenos podataka trećim stranama bez našeg pristanka.
Samo otvoreni kod s kombinacijom Trimmomatic (verzija 0.35), Flash (verzija 1.2.11), UPARSE (verzija v8.1.1756), mothur (verzija 1.33.3) i R (verzija 3.6.3), koristeći zadane postavke ili odjeljak „Metoda“. Dodatne pojašnjenja mogu se dostaviti odgovarajućem autoru na razuman zahtjev.
Pradeep S i Mehanna R. Gastrointestinalni poremećaji kod hiperkinetičkih poremećaja kretanja i ataksije. Povezano s Parkinsonovom bolešću. Konfuzija. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED i Faust, PL Patologija esecijalnog tremora: neurodegeneracija i reorganizacija neuronskih veza. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Da li je esencijalni tremor primarni poremećaj Gaba disfunkcije? Da. međunarodnost. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ i Katara DP Osa crijeva-mozak: dva načina signalizacije kod Parkinsonove bolesti. Ćelijske molekule. Neurobiologija. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Osa mikrobiota-mozak-crijeva i neurodegenerativne bolesti. current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR i He, XX Transplantacija fekalne mikrobiote istovremeno poboljšava esencijalni tremor i sindrom iritabilnog crijeva kod pacijenata. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. i dr. Specifične promjene u crijevnoj mikrobioti kod esencijalnog tremora i njihova diferencijacija od Parkinsonove bolesti. NPJ Parkinsonova bolest. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J i Wang D. Ključna uloga mikrobiote u regulaciji neuronalno-glijalno-epitelnih jedinica. Otpornost na infekcije. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. i dr. Patologija duodenalnog alfa-sinukleina i crijevne glioze kod progresivne Parkinsonove bolesti. kretanje. konfuzija. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. i dr. Antitijela na alfa-sinuklein 5G4 prepoznaju manifestnu Parkinsonovu bolest i prodromalnu Parkinsonovu bolest u sluznici debelog crijeva. kretati se. zbunjenost. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M i Fasano A. Podudarnost esencijalne tremoracije i Parkinsonove bolesti. Povezano s Parkinsonovom bolešću. Konfuzija. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR i dr. Crijevna mikrobiota modulira motoričke deficite i neuroinflamaciju u modelima Parkinsonove bolesti. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM i dr. Kratkolančane masne kiseline i crijevna mikrobiota razlikuju se između pacijenata s Parkinsonovom bolešću i kontrolne grupe iste dobi. Povezano s Parkinsonovom bolešću. zbunjenost. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E i Elinav E. Metaboliti regulisani mikrobiomom na imunološkom interfejsu domaćina. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).