Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje rezultate preporučujemo da koristite noviju verziju preglednika (ili onemogućite način 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 kontrola (HC) i Parkinsonove bolesti (PD). Nedavno je analiza uzoraka stolice na crijevnu mikrobiotu i njezine 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-a. Cilj nam je bio istražiti razine SCFA u stolici kod ET-a, 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-ova i 35 HC-ova. Zatvor, autonomna disfunkcija i težina tremora procijenjeni su pomoću skala. Razine propionata, butirata i izobutirata u stolici bile su niže kod ET-a nego kod HC-a. Kombinacija propionske, maslačne i izomaslačne kiseline razlikovala je ET od HC s AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). Razine izovalerijske i izomaslačne kiseline u stolici bile su niže kod ET nego kod PD. Izovalerijska kiselina i izomaslačna kiselina razlikovale su ET od PD s AUC od 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Fekalni propionat je obrnuto proporcionalan sa zatvorom i autonomnom disfunkcijom. Izomaslačna i izovalerijska kiselina su obrnuto proporcionalne s težinom tremora. Smanjenje sadržaja 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 s težinom kliničke slike i promjenama u crijevnoj mikrobioti. Propionska kiselina, maslačna kiselina, izomaslačna kiselina i izovalerijanska kiselina u stolici mogu biti potencijalni dijagnostički i diferencijalno-dijagnostički biomarkeri za ET.
Esencijalni tremor (ET) je progresivni, kronični neurodegenerativni poremećaj karakteriziran prvenstveno tremorom gornjih ekstremiteta, koji može utjecati i na druge dijelove tijela poput glave, glasnica i donjih ekstremiteta 1. Kliničke značajke ET-a uključuju ne samo motoričke simptome već i neke nemotoričke znakove, uključujući gastrointestinalne bolesti 2. Provedene su brojne studije kako bi se ispitale patološke i fiziološke karakteristike esecijalnog tremora, ali jasni patofiziološki mehanizmi nisu identificirani 3,4. Nedavne studije sugeriraju da disfunkcija osi mikrobiota-crijeva-mozak može doprinijeti neurodegenerativnim bolestima, a sve je više dokaza o potencijalnoj dvosmjernoj vezi između crijevne mikrobiote i neurodegenerativnih bolesti 5,6. Značajno je da je u jednom izvješću 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 s ET-om, što snažno podupire važnu ulogu disbioze crijeva u ET-u8.
Što se tiče crijevne disbioze kod neurodegenerativnih bolesti, Parkinsonova bolest (PB) je najšire proučavana5. Neuravnotežena mikrobiota može povećati crijevnu propusnost i aktivirati crijevnu gliju, što dovodi do alfa-sinukleinopatija9,10,11. PB i Et imaju određene karakteristike koje se preklapaju, 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) glavni su metaboliti koji nastaju crijevnom bakterijskom fermentacijom dijetalnih vlakana i smatra se da igraju ključnu ulogu u interakcijama crijeva i mozga13,14. SCFA apsorbiraju stanice debelog crijeva i transportiraju se u jetru kroz portalni venski sustav, a neke SCFA ulaze u sistemsku cirkulaciju. SCFA imaju lokalne učinke na održavanje integriteta crijevne barijere i potiču urođeni imunitet u crijevnoj sluznici15. Također imaju dugoročne učinke na krvno-moždanu barijeru (KMB) stimulirajući proteine ​​​​čvrstog spoja i aktivirajući neurone stimulirajući receptore spregnute s G proteinom (GPCR) da prijeđu KMB16. Acetat, propionat i butirat najzastupljenije su SCFA u debelom crijevu. Prethodne studije pokazale su smanjene razine octene, propionske i maslačne kiseline u stolici kod pacijenata s Parkinsonovom bolešću17. Međutim, razine SCFA u stolici nikada nisu proučavane 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 (PD), procijeniti odnos fekalnih SCFA s kliničkim simptomima SCFA i crijevnom mikrobiotom, kao i identificirati potencijalne dijagnostičke i diferencijalno-dijagnostičke mogućnosti uzoraka stolice. KZHK. Kako bismo se pozabavili zbunjujućim čimbenicima povezanim s lijekovima protiv Parkinsonove bolesti, odabrali smo pacijente s novodijagnosticiranom Parkinsonovom bolešću kao kontrolnu skupinu.
Demografske i kliničke karakteristike 37 endokrinoloških bolesnika, 37 pacijenata s poremećajem disanja i 35 zdravstvenih radnika sažete su u Tablici 1. ET-ovi, pacijenti s poremećajem disanja i zdravstveni radnici bili su usklađeni prema dobi, spolu i indeksu tjelesne mase (BMI). Tri skupine također su imale slične udjele pušenja, pijenja alkohola te pijenja kave i čaja. Wexnerov rezultat (P = 0,004) i HAMD-17 rezultat (P = 0,001) PD skupine bili su viši od onih u HC skupini, a HAMA rezultat (P = 0,011) i HAMD-17 rezultat (P = 0,011) ET skupine bili su viši od onih u HC skupini. Tijek bolesti u ET skupini bio je značajno dulji nego u PD skupini (P<0,001).
Postojale su značajne razlike u razinama propionske kiseline (P = 0,023), octene kiseline (P = 0,039), maslačne kiseline (P = 0,020), izovalerijanske kiseline (P = 0,045) i izomaslačne kiseline (P = 0,015) u stolici. U daljnjoj post hoc analizi, razine propionske kiseline (P = 0,023), maslačne kiseline (P = 0,007) i izomaslačne kiseline (P = 0,040) u ET skupini bile su značajno niže od onih u HC skupini. Pacijenti s ET-om imali su niže razine izovalerata (P = 0,014) i izobutirata (P = 0,005) od pacijenata s PD-om. Osim toga, razine propionske kiseline u stolici (P = 0,013), octene kiseline (P = 0,016) i maslačne kiseline (P = 0,041) bile su niže u bolesnika s Parkinsonovom bolešću nego u bolesnika s karcinomom pluća (slika 1 i dodatna tablica 1).
ag predstavlja grupnu usporedbu propionske kiseline, octene kiseline, maslačne kiseline, izovalerijanske kiseline, valerijanske kiseline, kaproinske kiseline i izomaslačne kiseline. Postojale su značajne razlike u razinama fekalne propionske kiseline, octene kiseline, maslačne kiseline, izovalerijanske kiseline i izomaslačne kiseline između tri skupine. ET esencijalni tremor, Parkinsonova bolest, zdrava kontrola HC-a, SCFA. Značajne razlike označene su s *P < 0,05 i **P < 0,01.
Uzimajući u obzir razliku u tijeku bolesti između ET skupine i PD skupine, testirali smo 33 pacijenta s ranom PD i 16 pacijenata s ET-om (tijek bolesti ≤3 godine) za daljnju usporedbu (Dodatna tablica 2). Rezultati su pokazali da je sadržaj propionske kiseline u stolici ET-a bio značajno niži od sadržaja HA (P = 0,015). Razlika između ET-a i HC-a za maslačnu i izomaslačnu kiselinu nije bila značajna, ali je ipak uočen trend (P = 0,082). Razine izobutirata u stolici bile su značajno niže kod pacijenata s ET-om u usporedbi s pacijentima s PD (P = 0,030). Razlika između ET-a i PD izovalerinske kiseline nije bila značajna, ali je ipak postojao trend (P = 0,084). Propionska kiselina (P = 0,023), octena kiselina (P = 0,020) i maslačna kiselina (P = 0,044) bile su značajno niže kod pacijenata s PD nego kod pacijenata s HC-om. Ovi rezultati (Dodatna slika 1) uglavnom su u skladu s glavnim rezultatima. Razlika u rezultatima između ukupnog uzorka i podskupine ranih pacijenata može biti posljedica manje veličine uzorka u podskupini, što rezultira nižom statističkom snagom podataka.
Zatim smo ispitali mogu li razine SCFA u stolici razlikovati pacijente s ET-om od pacijenata s kortikosteroplastikom ili Parkinsonovom bolešću. Prema ROC analizi, razlika u AUC-u razina propionata bila je 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), što je omogućilo razlikovanje pacijenata s ET-om od karcinoma pluća. Pacijenti s ET-om i karcinomom pluća mogli su se razlikovati prema razinama butirata s AUC-om od 0,685 (95% CI: 0,556–0,814). Razlike u razinama izomaslačne kiseline mogu razlikovati pacijente s ET-om od karcinoma pluća s AUC-om od 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Kombiniranjem razina propionata, butirata i izobutirata dobivena je veća AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) s osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 72,9% (slika 2a). Kako bi se razlikovali pacijenti s ET-om i pacijenti s Parkinsonovom bolešću, AUC za razine izovalerijanske kiseline bio je 0,700 (95% CI: 0,579–0,822), a za razine izomaslačne kiseline 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). Kombinacija razina izovalerijanske i izomaslačne 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). Osim toga, ispitali smo razlikuju li se razine SCFA u stolici pacijenata s Parkinsonovom bolešću od kontrolne skupine. Prema ROC analizi, AUC za identifikaciju pacijenata s PD na temelju razlika u razinama propionske kiseline bio je 0,687 (95% CI: 0,559-0,814), s osjetljivošću od 68,6% i specifičnošću od 68,7%. Razlike u razinama acetata mogu razlikovati pacijente s Parkinsonovom bolešću (PD) od pacijenata s karcinomom grla (HC) s AUC-om od 0,674 (95% CI: 0,542–0,805). Pacijenti s PD-om mogu se razlikovati od kortikosteroida (CU) samo po razinama butirata s AUC-om od 0,651 (95% CI: 0,515–0,787). Kombiniranjem razina propionata, acetata i butirata dobivena je AUC od 0,682 (95% CI: 0,553–0,811) (slika 2c).
Diskriminacija Ruske pravoslavne crkve protiv ET-a i HC-a; b diskriminacija Ruske pravoslavne crkve protiv ET-a i PD-a; c diskriminacija ROC-a protiv PD-a i HC-a. esencijalni tremor ET-a, Parkinsonova bolest, zdrava kontrola HC-a, SCFA.
U bolesnika s ET-om, razine izovalerijske kiseline u stolici bile su negativno korelirane s FTM rezultatom (r = -0,349, P = 0,034), a razine izovalerijske kiseline u stolici bile su negativno korelirane s FTM rezultatom (r = -0,421, P = 0,001) i TETRAS rezultatom (r = -0,382, P = 0,020). U bolesnika s ET-om i PD-om, razine propionata u stolici bile su negativno korelirane s SCOPA-AUT rezultatima (r = -0,236, P = 0,043) (slika 3 i dodatna tablica 3). Nije bilo značajne korelacije između tijeka bolesti i SCFA ni u ET skupini (P ≥ 0,161) ni u PD skupini (P ≥ 0,246) (dodatna tablica 4). U bolesnika s PD-om, razine kaproinske kiseline u stolici bile su pozitivno korelirane s MDS-UPDRS rezultatima (r = 0,335, P = 0,042). Kod svih sudionika, razine propionata (r = −0,230, P = 0,016) i acetata (r = −0,210, P = 0,029) u stolici bile su negativno korelirane s Wexnerovim rezultatima (slika 3 i dodatna tablica 3).
Razine izomaslačne kiseline u stolici bile su negativno korelirane s FTM rezultatima, izovalerinska kiselina negativno je korelirala s FTM i TETRAS rezultatima, propionska kiselina negativno je korelirala s SCOPA-AUT rezultatima, kaproinska kiselina pozitivno je korelirala s MDS-UPDRS rezultatima, a propionska kiselina negativno je korelirala s FTM i TETRAS rezultatima. TETRAS i octena kiselina negativno su korelirali s Wexnerovim rezultatom. Verzija Unified Parkinson's Disease Rating Scale koju sponzorira Udruženje MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamiltonova ljestvica za procjenu depresije HAMD-17, 17 stavki, Hamiltonova ljestvica za procjenu anksioznosti HAMA, HY Hoehn i Yahr stadiji, SCFA, SCOPA – AUT ljestvica ishoda autonomnih simptoma Parkinson's Disease, FTM Fana-Tolosa-Marin ljestvica za procjenu kliničkog tremora, TETRAS istraživačka skupina (TRG) ljestvica za procjenu esencijalnog tremora. Značajne razlike označene su s *P < 0,05 i **P < 0,01.
Nadalje smo istražili diskriminatornu prirodu crijevne mikrobiote pomoću LEfSE analize i odabrali razinu podataka o relativnoj brojnosti roda za daljnju analizu. Usporedbe su napravljene između ET i HC te između ET i PD. Zatim je provedena Spearmanova korelacijska analiza relativne brojnosti crijevne mikrobiote i razina SCFA u stolici u dvije usporedne skupine.
Faecalibacterium (korelirano s maslačnom kiselinom, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (korelirano s maslačnom kiselinom, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (korelirano s propionskom kiselinom, r = 0,327) bili su prisutni u analizi ET i CA. , P = 0,005; korelirano s maslačnom kiselinom, r = 0,374, P = 0,001; korelira s izomaslačnom 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 izomaslačnom kiselinom, r = 0,302, P = 0,010) smanjene su u ET-u i pozitivno koreliraju s razinama SCFA u stolici. Međutim, brojnost Stenotropomonas povećala se u ET-u i negativno je korelirala s razinama izobutirata u stolici (r = -0,250, P = 0,034). Nakon prilagodbe FDR-a, samo su korelacije između Faecalibacterium, Catenibacter i SCFA ostale značajne (P ≤ 0,045) (slika 4 i dodatna tablica 5).
Analiza korelacije ET i HC. Nakon prilagodbe FDR-a, utvrđeno je da je brojnost Faecalibacterium (pozitivno povezanih s butiratom) i Streptobacterium (pozitivno povezanih s propionatom, butiratom i izobutiratom) smanjena u ET-u i pozitivno povezana s razinama SCFA u stolici. b Analiza korelacije ET i PD. Nakon prilagodbe FDR-a nisu pronađene značajne povezanosti. ET esencijalni tremor, Parkinsonova bolest, zdrava kontrola HC-a, SCFA. Značajne razlike označene su s *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 korelirao s izovalerijanskom kiselinom u stolici (r = -0,238, P = 0,041) i izomaslačnom kiselinom (r = -0,257, P = 0,027). Nakon prilagodbe FDR-a, obje su ostale značajne (P ≥ 0,295) (Slika 4 i Dodatna tablica 5).
Ova studija je sveobuhvatna studija koja ispituje razine kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u stolici i korelira ih s promjenama u crijevnoj mikrobioti i težinom simptoma kod pacijenata s ET-om u usporedbi s pacijentima s kortikosteroidima i PD-om. Otkrili smo da su razine SCFA u stolici bile smanjene kod pacijenata s ET-om i povezane s kliničkom težinom i specifičnim promjenama u crijevnoj mikrobioti. Kumulativne razine kratkolančanih masnih kiselina (SCFA) u stolici razlikuju ET od GC i PD.
U usporedbi s pacijentima s GC, pacijenti s ET-om imaju niže razine propionske, maslačne i izomaslačne kiseline u stolici. Kombinacija propionske, maslačne i izomaslačne kiseline može razlikovati ET od HC s AUC od 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 72,9%, što ukazuje na njihovu potencijalnu ulogu dijagnostičkih biomarkera za ET. Daljnja analiza pokazala je da su razine propionske kiseline u stolici negativno korelirane s Wexnerovim rezultatom i SCOPA-AUT rezultatom. Razine izomaslačne kiseline u stolici bile su obrnuto proporcionalne koreliranim s FTM rezultatima. S druge strane, smanjenje razine butirata u ET-u bilo je povezano sa smanjenjem brojnosti mikrobiote koja proizvodi SCFA, Faecalibacterium i Categorybacter. Osim toga, smanjenje brojnosti Catenibacter u ET-u također je bilo povezano sa smanjenjem razine propionske i izomaslačne 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 te utjecati na metabolizam i imunitet domaćina 19. Prethodno je utvrđeno da su fekalne koncentracije butirata, acetata i propionata smanjene kod pacijenata s Parkinsonovom bolešću u usporedbi s HC 17, što je u skladu s našim rezultatima. Naša studija je otkrila smanjene SCFA kod pacijenata s ET-om, ali malo se zna o ulozi SCFA u patologiji ET-a. Butirat i propionat mogu se vezati za GPCR-e i utjecati na GPCR-ovisnu signalizaciju kao što je MAPK i NF-κB20 signalizacija. Osnovni koncept osi crijeva-mozak je da SCFA koje izlučuju crijevni mikrobi mogu utjecati na signalizaciju domaćina, čime utječu na funkciju crijeva i mozga. Budući da butirat i propionat imaju snažne inhibitorne učinke na aktivnost histon deacetilaze (HDAC)21, a butirat može djelovati i kao ligand za transkripcijske faktore, imaju široko rasprostranjene učinke na metabolizam, diferencijaciju i proliferaciju domaćina, prvenstveno zbog svog utjecaja na regulaciju gena22. Na temelju dokaza iz SCFA i neurodegenerativnih bolesti, butirat se smatra terapijskim kandidatom zbog svoje sposobnosti ispravljanja oštećene HDAC aktivnosti, što može posredovati u smrti dopaminergičkih neurona u PD23,24,25. Studije na životinjama također su pokazale sposobnost maslačne 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 s PD31. Malo se zna o funkciji izomaslačne kiseline. Međutim, nedavna studija je otkrila da kolonizacija miševa s 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 stanica, pomicanje i gubitak Purkinjeovih stanica, promjene u aksonima košastih stanica i abnormalnosti u uzlaznim vezama vlakana s jezgrama Purkinjeovih stanica, što dovodi do smanjenja GABAergičkog izlaza iz malog mozga3,4,33. Ostaje nejasno jesu li SCFA povezane s neurodegeneracijom Purkinjeovih stanica i smanjenom proizvodnjom GABA u malom mozgu. Naši rezultati sugeriraju blisku vezu između SCFA i ET-a; međutim, dizajn presječne studije ne dopušta nikakve zaključke o uzročnoj vezi između SCFA i procesa bolesti ET-a. Potrebna su daljnja longitudinalna istraživanja praćenja, uključujući serijska mjerenja SCFA u stolici, kao i studije na životinjama koje ispituju mehanizme.
Smatra se da SCFA stimuliraju kontraktilnost glatkih mišića debelog crijeva34. Nedostatak SCFA pogoršat će 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 te autonomne disfunkcije u bolesnika s ET-om. Jedno izvješće o slučaju otkrilo je da je transplantacija mikrobiote poboljšala i esencijalni tremor i sindrom iritabilnog crijeva u bolesnika 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 živčanog sustava.
Studija je otkrila da su smanjene razine fekalnih SCFA u ET-u povezane sa smanjenom količinom Faecalibacterium (povezanog s butiratom) i Streptobacterium (povezanog s 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 acetat, butirat i mliječna kiselina37. Faecalibacterium je otkriven u 100% obje skupine, ET i HC; Srednja relativna količina ET skupine bila je 2,06%, a HC skupine 3,28% (LDA 3,870). Bakterija kategorije otkrivena je u 21,6% (8/37) HC skupine i samo u 1 uzorku ET skupine (1/35). Smanjenje i nedetektabilnost streptobakterija u ET-u također mogu ukazivati ​​na korelaciju s patogenošću bolesti. Srednja relativna abundancija vrsta Catenibacter u HC skupini 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 prilagodbe FDR-a), a kandidat za artritis bio je povezan s promjenama u izobutiratu (P=0,016, P=0,072 nakon prilagodbe FDR-a). Nakon korekcije FDR-a, ostaje samo trend korelacije, koji nije statistički značajan. Poznato je i da su laktobacili proizvođači SCFA (octena kiselina, propionska kiselina, izomaslačna kiselina, maslačna kiselina) 38, a Candidatus Arthromitus je specifični induktor diferencijacije T pomoćničkih 17 (Th17) stanica, s Th1/2 i Treg stanicama povezanim s imunološkom ravnotežom /Th17 39. Nedavna studija sugerira da povišene razine fekalnog pseudoartritisa mogu doprinijeti upali debelog crijeva, disfunkciji crijevne barijere i sistemskoj upali 40. Clostridium trichophyton bio je povećan kod ET-a u usporedbi s PD-om. Utvrđeno je da je brojnost Clostridium trichoides negativno korelirana s izovalerijanskom kiselinom i izomaslačnom kiselinom. Nakon prilagodbe FDR-a, obje su ostale značajne (P≥0,295). Clostridium pilosum je bakterija za koju se zna da je povezana s upalom i može doprinijeti disfunkciji crijevne barijere 41. Naša prethodna studija izvijestila je o promjenama u crijevnoj mikrobioti pacijenata s ET8. Ovdje također izvještavamo o promjenama SCFA kod ET-a i identificiramo povezanost između disbioze crijeva i promjena SCFA. Smanjene razine SCFA usko su povezane s crijevnom disbiozom i težinom tremora kod ET-a. Naši rezultati sugeriraju da os crijeva i mozga može igrati važnu ulogu u patogenezi ET-a, ali potrebna su daljnja istraživanja na životinjskim modelima.
U usporedbi s pacijentima s Parkinsonovom bolešću, pacijenti s ET-om imaju niže razine izovalerijske i izomaslačne kiseline u stolici. Kombinacija izovalerijske kiseline i izomaslačne kiseline identificirala je ET u Parkinsonovoj bolesti s AUC od 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), osjetljivošću od 74,3% i specifičnošću od 62,9%, što sugerira njihovu potencijalnu ulogu kao biomarkera u diferencijalnoj dijagnozi ET-a. Razine izovalerijske kiseline u stolici bile su obrnuto proporcionalne s FTM i TETRAS rezultatima. Razine izomaslačne kiseline u stolici bile su obrnuto proporcionalne s FTM rezultatima. Smanjenje razine izomaslačne kiseline bilo je povezano sa smanjenjem brojnosti katobakterija. Malo se zna o funkcijama izovalerijske i izomaslačne kiseline. Prethodna studija pokazala je da kolonizacija miševa s Bacteroides ovale povećava sadržaj SCFA u crijevima (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 uočene razine izomaslačne kiseline bile slične između PD i HC skupina, ali su se razlikovale između ET i PD (ili HC) skupina. Izomaslačna kiselina mogla je razlikovati ET i PD s AUC od 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) te identificirati ET i NC s AUC od 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Osim toga, razine izomaslačne kiseline koreliraju s težinom tremora, dodatno jačajući njegovu povezanost s ET. Pitanje može li oralna izomaslačna kiselina smanjiti težinu tremora kod pacijenata s ET zaslužuje daljnje istraživanje.
Dakle, sadržaj SCFA u stolici smanjen je kod pacijenata s ET-om i povezan je s 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 hrane mogu utjecati na ekspresiju mikrobiote, potrebni su veći uzorci istraživanja u različitim populacijama, a buduće studije trebale bi uvesti sveobuhvatna i sustavna istraživanja prehrane poput upitnika o učestalosti konzumacije hrane. Drugo, dizajn presječne studije isključuje bilo kakve zaključke o uzročnoj vezi između SCFA i razvoja ET-a. Potrebne su daljnje dugoročne studije praćenja sa serijskim mjerenjima fekalnih SCFA. Treće, dijagnostičke i diferencijalno dijagnostičke mogućnosti razina fekalnih SCFA trebale bi se validirati korištenjem neovisnih uzoraka iz ET-a, HC-a i PD-a. U budućnosti bi trebalo testirati više neovisnih uzoraka stolice. Konačno, pacijenti s PD-om 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 tijeku bolesti između ET skupine i PD skupine, proučavali smo i 33 pacijenta s ranom PD i 16 pacijenata s ET-om (trajanje bolesti ≤3 godine) radi daljnje usporedbe. Razlike između skupina u SCFA općenito su bile 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 u većem uzorku.
Protokol studije odobrio je etički odbor bolnice Ruijin, povezane s Medicinskim fakultetom Sveučilišta Jiao Tong u Šangaju (RHEC2018-243). Pisani informirani pristanak dobiven je od svih sudionika.
Između siječnja 2019. i prosinca 2022. u ovo je istraživanje uključeno 109 ispitanika (37 s ET-om, 37 s PD-om i 35 s HC-om) iz Klinike za poremećaje kretanja bolnice Ruijin, povezane s Medicinskim fakultetom Sveučilišta Shanghai Jiao Tong. Kriteriji su bili: (1) dob 25–85 godina, (2) pacijenti s ET-om dijagnosticirani su prema kriterijima Radne skupine za MDS 42, a PD je dijagnosticirana prema kriterijima MDS 43, (3) svi pacijenti nisu uzimali lijekove protiv PD-a prije uzimanja uzoraka. (4) ET skupina uzimala je samo β-blokatore ili nikakve srodne lijekove prije uzimanja uzoraka stolice. Odabrani su i HC-i usklađeni s dobi, spolom i indeksom tjelesne mase (BMI). Kriteriji isključenja bili su: (1) vegetarijanci, (2) loša prehrana, (3) kronične bolesti gastrointestinalnog trakta (uključujući upalne bolesti crijeva, čir na želucu ili dvanaesniku), (4) teške kronične bolesti (uključujući maligne tumore), zatajenje srca, zatajenje bubrega, hematološke bolesti), (5) Povijest veće gastrointestinalne operacije, (6) Kronična ili redovita konzumacija jogurta, (7) Korištenje bilo kojih probiotika ili antibiotika tijekom 1 mjeseca, (8) Kronična upotreba kortikosteroida, inhibitora protonske pumpe, statina, metformina, imunosupresiva ili lijekova protiv raka i (9) teško kognitivno oštećenje koje ometa klinička ispitivanja.
Svi ispitanici dostavili su medicinsku anamnezu, podatke o težini i visini za izračun indeksa tjelesne mase (BMI) te su podvrgnuti neurološkom pregledu i kliničkoj procjeni kao što je anksioznost na Hamiltonovoj ljestvici za ocjenjivanje anksioznosti (HAMA) 44, depresija na Hamiltonovoj ljestvici za ocjenjivanje depresije-17 (HAMD-17) 45, težina zatvora pomoću Wexnerove ljestvice za zatvor 46 i Bristolske ljestvice stolice 47 te kognitivne performanse pomoću Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Ljestvica za procjenu autonomnih simptoma Parkinsonove bolesti (SCOPA-AUT) 49 ispitala je autonomnu disfunkciju u bolesnika s ET-om i PD-om. Fan-Tolos-Marinova klinička ljestvica za ocjenjivanje tremora (FTM) i ljestvica za ocjenjivanje esencijalnog tremora (TETRAS) 50, The Tremor Study Group (TRG) 50, pregledane su u bolesnika s ET-om; pregledana je Kinsonova ljestvica za ocjenjivanje bolesti (MDS-UPDRS) verzija 51, koju sponzorira Ujedinjeno udruženje za Parkinsonovu bolest, te Hoehn i Yahr (HY) stupanj 52.
Svaki je sudionik ujutro prikupio uzorak stolice koristeći posudu za prikupljanje stolice. Posude su premještene na led i pohranjene na -80 °C prije obrade. Analiza SCFA provedena je prema rutinskim postupcima tvrtke Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Od svakog je ispitanika prikupljeno 400 mg svježih uzoraka fekalija i analizirano pomoću SCFA nakon mljevenja i prethodne sonikacije. Odabrane SCFA u fecesu analizirane su plinskom kromatografijom-masenom spektrometrijom (GC-MS) i tekućinskom kromatografijom-tandem MS (LC-MS/MS).
DNK je ekstrahirana iz uzoraka od 200 mg pomoću QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Njemačka) prema uputama proizvođača. Mikrobni sastav određen je sekvenciranjem gena 16S rRNA na DNK izoliranoj iz fecesa amplifikacijom regije V3-V4. Testirajte DNK stavljanjem uzorka na 1,2% agarozni gel. Amplifikacija gena 16S rRNA lančanom reakcijom polimeraze (PCR) provedena je korištenjem univerzalnih bakterijskih primera (357 F i 806 R) i dvostepene biblioteke amplikona konstruirane na platformi Novaseq.
Kontinuirane varijable izražene su kao srednja vrijednost ± standardna devijacija, a kategoričke varijable izražene su kao brojevi i postoci. Za testiranje homogenosti varijanci koristili smo Leveneov test. Usporedbe su provedene korištenjem dvostranih t-testova ili analize varijance (ANOVA) ako su varijable bile normalno distribuirane i neparametrijskih Mann-Whitneyjevih U testova ako su pretpostavke o normalnosti ili homoskedastičnosti bile prekršene. Koristili smo površinu ispod ROC krivulje (AUC) kako bismo kvantificirali dijagnostičku učinkovitost modela i ispitali sposobnost SCFA da razlikuje pacijente s ET-om od onih s HC-om ili PD-om. Za ispitivanje odnosa između SCFA i kliničke težine koristili smo Spearmanovu korelacijsku analizu. Statistička analiza provedena je korištenjem SPSS softvera (verzija 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) s razinom značajnosti (uključujući P-vrijednost i FDR-P) postavljenom na 0,05 (dvostrano).
Sekvence 16S analizirane su 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 genu 16S rRNA obrađeni su korištenjem UPARSE-a za generiranje operativnih taksonomskih jedinica (OTU) s 97%-tnom identičnošću. Taksonomije su specificirane korištenjem Silva 128 kao referentne baze podataka. Za daljnju analizu odabrana je generička razina podataka o relativnoj abundanciji. Analiza veličine učinka linearne diskriminantne analize (LDA) (LEfSE) korištena je za usporedbe između skupina (ET vs. HC, ET vs. PD) s α pragom od 0,05 i pragom veličine učinka od 2,0. Diskriminantni rodovi identificirani LEfSE analizom dalje su korišteni za Spearmanovu korelacijsku analizu SCFA.
Za više informacija o dizajnu studije pogledajte sažetak izvješća 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 znanstvene suradnje i akademske razmjene s cjelovitim istraživačkim projektima. Prijenos podataka trećim stranama bez našeg pristanka nije dopušten.
Samo otvoreni izvorni kod s kombinacijom Trimmomatica (verzija 0.35), Flasha (verzija 1.2.11), UPARSE-a (verzija v8.1.1756), mothura (verzija 1.33.3) i R-a (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. zbunjenost. 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. Je li esencijalni tremor primarni poremećaj Gaba disfunkcije? Da. međunarodnost. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ i Katara DP Os crijeva i mozga: dva načina signalizacije kod Parkinsonove bolesti. Stanične molekule. Neurobiology. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Os 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. kretati se. zbunjenost. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. i dr. Antitijela na alfa-sinuklein 5G4 prepoznaju očitu Parkinsonovu bolest i prodromalnu Parkinsonovu bolest u sluznici debelog crijeva. kretati se. zbunjenost. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M i Fasano A. Podudarnost esecijalnog tremora i Parkinsonove bolesti. Povezano s Parkinsonovom bolešću. zbunjenost. 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 skupine iste dobi. Povezano s Parkinsonovom bolešću. zbunjenost. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E i Elinav E. Metaboliti regulirani mikrobiomom na imunološkom sučelju domaćina. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).