Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljše rezultate priporočamo, da uporabite novejšo različico brskalnika (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem, da bi zagotovili stalno podporo, spletno mesto prikazujemo brez stilov ali JavaScripta.
Zgodnja diagnoza esencialnega tremorja (ET) je lahko izziv, zlasti če ga ločimo od zdravih kontrolnih oseb (HC) in Parkinsonove bolezni (PD). Nedavno je analiza vzorcev blata na črevesno mikrobioto in njene presnovke zagotovila nove metode za odkrivanje novih biomarkerjev nevrodegenerativnih bolezni. Kratkoverižne maščobne kisline (SCFA), glavni presnovek črevesne flore, so v blatu pri PD zmanjšane. Vendar pa fekalne SCFA pri ET še nikoli niso bile proučene. Naš cilj je bil raziskati ravni SCFA v blatu pri ET, oceniti njihovo povezavo s kliničnimi simptomi in črevesno mikrobioto ter določiti njihovo potencialno diagnostično sposobnost. Fekalne SCFA in črevesno mikrobioto so bile izmerjene pri 37 ET, 37 novih PD in 35 HC. Zaprtje, avtonomna disfunkcija in resnost tremorja so bile ocenjene z uporabo lestvic. Ravni propionata, butirata in izobutirata v blatu so bile pri ET nižje kot pri HC. Kombinacija propionske, maslene in izomaslene kisline je razlikovala ET od HC z AUC 0,751 (95 % IZ: 0,634–0,867). Ravni izovalerijske kisline in izomaslene kisline v blatu so bile pri ET nižje kot pri PD. Izovalerijska kislina in izomaslena kislina razlikujeta med ET in PD z AUC 0,743 (95 % IZ: 0,629–0,857). Fekalni propionat je obratno sorazmeren z zaprtjem in avtonomno disfunkcijo. Izomaslena kislina in izovalerijska kislina sta obratno sorazmerni z resnostjo tremorja. Zmanjšanje vsebnosti SCFA v blatu je bilo povezano z zmanjšanjem številčnosti Faecalibacterium in Streptobacterium v ​​ET. Tako se vsebnost SCFA v blatu zmanjša pri ET in je povezana z resnostjo klinične slike ter spremembami črevesne mikrobiote. Propionska kislina, maslena kislina, izomaslena kislina in izovalerična kislina v blatu so lahko potencialni diagnostični in diferencialno diagnostični biomarkerji za ET.
Esencialni tremor (ET) je progresivna, kronična nevrodegenerativna motnja, za katero je značilen predvsem tremor zgornjih okončin, ki lahko prizadene tudi druge dele telesa, kot so glava, glasilke in spodnje okončine 1. Klinične značilnosti ET vključujejo ne le motorične simptome, temveč tudi nekatere nemotorične znake, vključno z boleznimi prebavil 2. Izvedene so bile številne študije za preučevanje patoloških in fizioloških značilnosti esencialnega tremorja, vendar jasni patofiziološki mehanizmi niso bili ugotovljeni 3, 4. Nedavne študije kažejo, da lahko disfunkcija osi mikrobiota-črevesje-možgani prispeva k nevrodegenerativnim boleznim, in vse več je dokazov o morebitni dvosmerni povezavi med črevesno mikrobioto in nevrodegenerativnimi boleznimi 5, 6. Omeniti velja, da je v enem primeru presaditev fekalne mikrobiote pri bolniku izboljšala tako esencialni tremor kot sindrom razdražljivega črevesja, kar lahko kaže na tesno povezavo med črevesno mikrobioto in esencialnim tremorjem. Poleg tega smo pri bolnikih z ET odkrili tudi specifične spremembe v črevesni mikrobioti, kar močno podpira pomembno vlogo črevesne disbioze pri ET8.
Kar zadeva črevesno disbiozo pri nevrodegenerativnih boleznih, je Parkinsonova bolezen (PB) najbolj preučevana5. Neuravnotežena mikrobiota lahko poveča črevesno prepustnost in aktivira črevesno glijo, kar vodi do alfa-sinukleinopatij9,10,11. PB in ET imata določene prekrivajoče se značilnosti, kot so podobna pogostost tremorja pri bolnikih z ET in PB, prekrivajoči se tremor v mirovanju (tipičen tremor pri PB) in posturalni tremor (večinoma ga najdemo pri bolnikih z ET), zaradi česar je težko razlikovati med njima. zgodnje faze 12. Zato moramo nujno odpreti uporabno okno za razlikovanje med ET in PB. V tem kontekstu lahko preučevanje specifične črevesne disbioze in povezanih sprememb presnovkov pri ET ter prepoznavanje njihovih razlik od PB postaneta potencialna biomarkerja za diagnozo in diferencialno diagnozo ET.
Kratkoverižne maščobne kisline (SCFA) so glavni presnovki, ki nastanejo pri črevesni bakterijski fermentaciji prehranskih vlaknin, in naj bi imele ključno vlogo pri interakcijah med črevesjem in možgani13,14. SCFA absorbirajo celice debelega črevesa in se prenašajo v jetra skozi portalni venski sistem, nekatere SCFA pa vstopijo v sistemski krvni obtok. SCFA imajo lokalne učinke na ohranjanje celovitosti črevesne pregrade in spodbujanje prirojene imunosti v črevesni sluznici15. Imajo tudi dolgoročne učinke na krvno-možgansko pregrado (KMP) s spodbujanjem tesno stika beljakovin in aktiviranjem nevronov s spodbujanjem receptorjev, sklopljenih z G-proteini (GPCR), da prečkajo KMP16. Acetat, propionat in butirat so najpogostejše SCFA v debelem črevesu. Prejšnje študije so pokazale zmanjšane ravni ocetne, propionske in maslene kisline v blatu pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo17. Vendar pa ravni SCFA v blatu pri bolnikih z ET še nikoli niso bile preučene.
Naša študija je bila torej namenjena ugotavljanju specifičnih sprememb v fekalnih kratkotrajnih maščobnih kislinah (SCFA) pri bolnikih z ET in njihovih razlik v primerjavi z bolniki s Parkinsonovo boleznijo (PD), ocenjevanju povezave med fekalnimi SCFA in kliničnimi simptomi SCFA ter črevesno mikrobioto ter ugotavljanju potencialnih diagnostičnih in diferencialno diagnostičnih zmogljivosti vzorcev blata. KZHK. Da bi obravnavali moteče dejavnike, povezane z zdravili proti Parkinsonovi bolezni, smo kot kontrolno skupino izbrali bolnike z novo nastalo Parkinsonovo boleznijo.
Demografske in klinične značilnosti 37 endokrinih bolnikov, 37 bolnikov s kroničnimi boleznimi (PD) in 35 bolnikov z kroničnimi boleznimi (HC) so povzete v tabeli 1. ET, PD in HC so se ujemali po starosti, spolu in indeksu telesne mase (ITM). Vse tri skupine so imele tudi podobne deleže kajenja, pitja alkohola ter pitja kave in čaja. Wexnerjev rezultat (P = 0,004) in rezultat HAMD-17 (P = 0,001) skupine PD sta bila višja kot v skupini HC, rezultat HAMA (P = 0,011) in rezultat HAMD-17 (P = 0,011) skupine ET pa sta bila višja kot v skupini HC. Potek bolezni v skupini ET je bil bistveno daljši kot v skupini PD (P < 0,001).
Ugotovljene so bile pomembne razlike v ravneh propionske kisline (P = 0,023), ocetne kisline (P = 0,039), maslene kisline (P = 0,020), izovalerijske kisline (P = 0,045) in izomaslene kisline (P = 0,015) v blatu. V nadaljnji post hoc analizi so bile ravni propionske kisline (P = 0,023), maslene kisline (P = 0,007) in izomaslene kisline (P = 0,040) v skupini z ET bistveno nižje kot v skupini s HC. Bolniki z ET so imeli nižje ravni izovalerata (P = 0,014) in izobutirata (P = 0,005) kot bolniki s PD. Poleg tega so bile ravni propionske kisline v blatu (P = 0,013), ocetne kisline (P = 0,016) in maslene kisline (P = 0,041) nižje pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo kot pri bolnikih z karcinomom ledvičnega karcinoma (slika 1 in dodatna tabela 1).
ag predstavlja skupinsko primerjavo propionske kisline, ocetne kisline, maslene kisline, izovalerijske kisline, valerične kisline, kaprojske kisline in izomaslene kisline. Med tremi skupinami so bile ugotovljene pomembne razlike v ravneh propionske kisline, ocetne kisline, maslene kisline, izovalerijske kisline in izomaslene kisline v blatu. ES tremolo, Parkinsonova bolezen, zdrava kontrolna oseba s HC, SCFA. Pomembne razlike so označene z *P < 0,05 in **P < 0,01.
Glede na razliko v poteku bolezni med skupino ET in skupino PD smo za nadaljnjo primerjavo testirali 33 bolnikov z zgodnjo PD in 16 bolnikov z ET (potek bolezni ≤ 3 leta) (dodatna tabela 2). Rezultati so pokazali, da je bila vsebnost propionske kisline v blatu ET bistveno nižja kot v HA (P = 0,015). Razlika med ET in HC za masleno in izomasleno kislino ni bila pomembna, vendar je bil še vedno opažen trend (P = 0,082). Ravni izobutirata v blatu so bile pri bolnikih z ET bistveno nižje v primerjavi s bolniki s PD (P = 0,030). Razlika med ET in PD izovalerijske kisline ni bila pomembna, vendar je bil še vedno opažen trend (P = 0,084). Propionska kislina (P = 0,023), ocetna kislina (P = 0,020) in maslena kislina (P = 0,044) so ​​bile pri bolnikih s PD bistveno nižje kot pri bolnikih s HC. Ti rezultati (dodatna slika 1) so na splošno skladni z glavnimi rezultati. Razlika v rezultatih med celotnim vzorcem in podskupino zgodnjih bolnikov je lahko posledica manjše velikosti vzorca v podskupini, kar ima za posledico manjšo statistično moč podatkov.
Nato smo preučili, ali lahko ravni kratkomasnih maščobnih kislin v blatu ločijo bolnike z ET od bolnikov s kronično bolečino (CU) ali boleznijo Parkinsonove bolezni. Glede na ROC analizo je bila razlika v AUC ravni propionata 0,668 (95 % IZ: 0,538–0,797), kar je omogočilo razlikovanje bolnikov z ET od bolnikov z rakom hrbtenjače (HC). Bolnike z ET in rakom hrbtenjače je bilo mogoče ločiti po ravneh butirata z AUC 0,685 (95 % IZ: 0,556–0,814). Razlike v ravneh izomaslene kisline lahko ločijo bolnike z ET od bolnikov z AUC 0,655 (95 % IZ: 0,525–0,786). Pri kombiniranju ravni propionata, butirata in izobutirata je bila pridobljena višja AUC 0,751 (95 % IZ: 0,634–0,867) z občutljivostjo 74,3 % in specifičnostjo 72,9 % (slika 2a). Za razlikovanje med bolniki z ET in bolniki z PD je bila AUC za ravni izovalerijske kisline 0,700 (95 % IZ: 0,579–0,822), za ravni izomaslene kisline pa 0,718 (95 % IZ: 0,599–0,836). Kombinacija ravni izovalerijske kisline in izomaslene kisline je imela višjo AUC 0,743 (95 % IZ: 0,629–0,857), občutljivost 74,3 % in specifičnost 62,9 % (slika 2b). Poleg tega smo preučili, ali se ravni kratkolančanih maščobnih kislin (SCFA) v blatu bolnikov s Parkinsonovo boleznijo razlikujejo od kontrolne skupine. Glede na ROC analizo je bila AUC za identifikacijo bolnikov s PD na podlagi razlik v ravneh propionske kisline 0,687 (95 % IZ: 0,559–0,814), z občutljivostjo 68,6 % in specifičnostjo 68,7 %. Razlike v ravneh acetata lahko ločijo bolnike s Parkinsonovo boleznijo (PD) od bolnikov s hepatitisom C (HC) z AUC 0,674 (95 % IZ: 0,542–0,805). Bolnike s PD je mogoče ločiti od kronične motnje (CU) le po ravneh butirata z AUC 0,651 (95 % IZ: 0,515–0,787). Pri kombiniranju ravni propionata, acetata in butirata je bila pridobljena AUC 0,682 (95 % IZ: 0,553–0,811) (slika 2c).
Diskriminacija Ruske pravoslavne cerkve zaradi ET in HC; b diskriminacija Ruske pravoslavne cerkve zaradi ET in PD; c diskriminacija ROC zaradi PD in HC. esencialni tremor pri ET, Parkinsonova bolezen, zdrav nadzor nad HC, SCFA.
Pri bolnikih z ET so bile ravni izomaslene kisline v blatu negativno povezane z rezultatom FTM (r = -0,349, P = 0,034), ravni izovalerijske kisline v blatu pa so bile negativno povezane z rezultatom FTM (r = -0,421, P = 0,001) in rezultatom TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). Pri bolnikih z ET in PD so bile ravni propionata v blatu negativno povezane z rezultati SCOPA-AUT (r = -0,236, P = 0,043) (slika 3 in dodatna tabela 3). Med potekom bolezni in SCFA ni bilo pomembne korelacije niti v skupini ET (P ≥ 0,161) niti v skupini PD (P ≥ 0,246) (dodatna tabela 4). Pri bolnikih s PD so bile ravni kaprojske kisline v blatu pozitivno povezane z rezultati MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). Pri vseh udeležencih so bile ravni propionata (r = −0,230, P = 0,016) in acetata (r = −0,210, P = 0,029) v blatu negativno povezane z Wexnerjevimi rezultati (slika 3 in dodatna tabela 3).
Ravni izomaslene kisline v blatu so bile negativno povezane z rezultati FTM, izovalerična kislina je bila negativno povezana z rezultati FTM in TETRAS, propionska kislina je bila negativno povezana z rezultati SCOPA-AUT, kaprojska kislina je bila pozitivno povezana z rezultati MDS-UPDRS, propionska kislina pa je bila negativno povezana z rezultati FTM in TETRAS. TETRAS in ocetna kislina sta bili negativno povezani z Wexnerjevo oceno. Različica lestvice Unified Parkinson's Disease Rating Scale, ki jo sponzorira združenje MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamiltonova lestvica za ocenjevanje depresije HAMD-17, 17 postavk, Hamiltonova lestvica za ocenjevanje anksioznosti HAMA, HY Hoehn in Yahr stadiji, SCFA, SCOPA – AUT lestvica izida avtonomnih simptomov Parkinson's Disease, FTM lestvica za ocenjevanje kliničnega tremorja Fana-Tolosa-Marin, lestvica za ocenjevanje esencialnega tremorja raziskovalne skupine TETRAS (TRG). Pomembne razlike so označene z *P < 0,05 in **P < 0,01.
Nadalje smo raziskali diskriminatorno naravo črevesne mikrobiote z analizo LEfSE in za nadaljnjo analizo izbrali raven podatkov o relativni številčnosti rodu. Primerjave so bile opravljene med ET in HC ter med ET in PD. Nato je bila izvedena Spearmanova korelacijska analiza relativne številčnosti črevesne mikrobiote in ravni SCFA v blatu v obeh primerjalnih skupinah.
V analizi ET in CA so bili prisotni Faecalibacterium (v korelaciji z masleno kislino, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (v korelaciji z masleno kislino, r = 0,283, P = 0,016) in Streptobacterium (v korelaciji s propionsko kislino, r = 0,327). , P = 0,005; v korelaciji z masleno kislino, r = 0,374, P = 0,001; Ugotovljeno je bilo, da se je številčnost bakterij *Howardella* (korelira s propionsko kislino, r = 0,242, P = 0,041), *Raoultella* (korelira s propionatom, r = 0,249, P = 0,035) in *Candidatus Arthromitus* (korelira z izomasleno kislino, r = 0,302, P = 0,010) v ET zmanjšala in pozitivno korelirala z ravnmi SCFA v blatu. Vendar se je številčnost bakterije *Stenotropomonas* povečala v ET in negativno korelirala z ravnmi izobutirata v blatu (r = -0,250, P = 0,034). Po prilagoditvi FDR so ostale pomembne le korelacije med *Faecalibacterium*, *Catenibacter* in *SCFA* (P ≤ 0,045) (slika 4 in dodatna tabela 5).
Korelacijska analiza ET in HC. Po prilagoditvi FDR se je številčnost Faecalibacterium (pozitivno povezanih z butiratom) in Streptobacterium (pozitivno povezanih s propionatom, butiratom in izobutiratom) zmanjšala pri ET in pozitivno povezana z ravnmi SCFA v blatu. b Korelacijska analiza ET in PD. Po prilagoditvi FDR ni bilo ugotovljenih pomembnih povezav. ET esencialni tremor, Parkinsonova bolezen, zdrava kontrola HC, SCFA. Pomembne razlike so označene z *P < 0,05 in **P < 0,01.
Pri analizi ET v primerjavi s PD je bilo ugotovljeno, da je bila koncentracija Clostridium trichophyton povečana v ET in je bila v korelaciji z izovalerično kislino v blatu (r = -0,238, P = 0,041) in izomasleno kislino (r = -0,257, P = 0,027). Po prilagoditvi FDR je ostala obe statistično pomembna (P ≥ 0,295) (slika 4 in dodatna tabela 5).
Ta študija je celovita študija, ki preučuje ravni kratkoverižnih maščobnih kislin (SCFA) v blatu in jih povezuje s spremembami črevesne mikrobiote in resnostjo simptomov pri bolnikih z ET v primerjavi z bolniki s kronično mikobakterijsko boleznijo (CU) in PD. Ugotovili smo, da so bile ravni SCFA v blatu pri bolnikih z ET znižane in so bile povezane s klinično resnostjo in specifičnimi spremembami črevesne mikrobiote. Kumulativne ravni kratkoverižnih maščobnih kislin (SCFA) v blatu razlikujejo ET od GC in PD.
V primerjavi z bolniki z rakom črevesja (GC) imajo bolniki z ET nižje ravni propionske, maslene in izomaslene kisline v blatu. Kombinacija propionske, maslene in izomaslene kisline lahko razlikuje med ET in HC z AUC 0,751 (95 % IZ: 0,634–0,867), občutljivostjo 74,3 % in specifičnostjo 72,9 %, kar kaže na njihovo potencialno vlogo kot diagnostičnih biomarkerjev za ET. Nadaljnja analiza je pokazala, da so bile ravni propionske kisline v blatu negativno povezane z Wexnerjevo oceno in oceno SCOPA-AUT. Ravni izomaslene kisline v blatu so bile obratno sorazmerne z ocenami FTM. Po drugi strani pa je bilo zmanjšanje ravni butirata pri ET povezano z zmanjšanjem številčnosti mikrobiote, ki proizvaja SCFA, Faecalibacterium in Categorybacter. Poleg tega je bilo zmanjšanje številčnosti Catenibacter pri ET povezano tudi z zmanjšanjem ravni propionske in izomaslene kisline v blatu.
Večino kratkoverižnih maščobnih kislin, ki nastanejo v debelem črevesu, kolonociti absorbirajo predvsem prek H+-odvisnih ali natrij-odvisnih monokarboksilatnih prenašalcev. Absorbirane kratkoverižne maščobne kisline se uporabljajo kot vir energije za kolonocite, medtem ko se tiste, ki se ne presnovijo v kolonocitih, prenesejo v portalni krvni obtok 18. SCFA lahko vplivajo na črevesno gibljivost, izboljšajo delovanje črevesne pregrade ter vplivajo na presnovo in imunost gostitelja 19. Predhodno je bilo ugotovljeno, da so bile koncentracije butirata, acetata in propionata v blatu pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo zmanjšane v primerjavi s HC 17, kar je skladno z našimi rezultati. Naša študija je pokazala zmanjšane SCFA pri bolnikih z ET, vendar je o vlogi SCFA pri patologiji ET znanega malo. Butirat in propionat se lahko vežeta na GPCR in vplivata na signalizacijo, odvisno od GPCR, kot sta signalizacija MAPK in NF-κB20. Osnovni koncept osi črevesje-možgani je, da lahko SCFA, ki jih izločajo črevesni mikrobi, vplivajo na signalizacijo gostitelja in s tem vplivajo na delovanje črevesja in možganov. Ker imata butirat in propionat močne zaviralne učinke na aktivnost histonske deacetilaze (HDAC)21 in ker lahko butirat deluje tudi kot ligand za transkripcijske faktorje, imata širok vpliv na metabolizem, diferenciacijo in proliferacijo gostitelja, predvsem zaradi njunega vpliva na regulacijo genov22. Na podlagi dokazov iz SCFA in nevrodegenerativnih bolezni se butirat šteje za terapevtskega kandidata zaradi svoje sposobnosti popravljanja oslabljene aktivnosti HDAC, kar lahko posreduje pri smrti dopaminergičnih nevronov pri PB23,24,25. Študije na živalih so prav tako pokazale sposobnost maslene kisline, da prepreči degeneracijo dopaminergičnih nevronov in izboljša gibalne motnje pri modelih PB26,27. Ugotovljeno je bilo, da propionska kislina omejuje vnetne odzive in ščiti integriteto krvno-možganske bariere28,29. Študije so pokazale, da propionska kislina spodbuja preživetje dopaminergičnih nevronov kot odziv na toksičnost rotenona pri modelih PB30 in da peroralna uporaba propionske kisline rešuje izgubo dopaminergičnih nevronov in motorične primanjkljaje pri miših s PB31. O delovanju izomaslene kisline je znanega malo. Vendar pa je nedavna študija pokazala, da je kolonizacija miši z B. ovale povečala vsebnost kratkovlaknatih maščobnih kislin v črevesju (vključno z acetatom, propionatom, izobutiratom in izovaleratom) in koncentracijo GABA v črevesju, kar poudarja, da je bila vzpostavljena povezava med črevesno mikrobioto in koncentracijami nevrotransmiterjev SCFA v črevesju32. Pri ET nenormalne patološke spremembe v malem mozgu vključujejo spremembe aksonov in dendritov Purkinjejevih celic, premik in izgubo Purkinjejevih celic, spremembe aksonov košastih celic in nepravilnosti v povezavah ascendentnih vlaken z jedri Purkinjejevih celic, kar vodi do zmanjšanja GABAergičnega izhoda iz malega mozga3,4,33. Še vedno ni jasno, ali so SCFA povezane z nevrodegeneracijo Purkinjejevih celic in zmanjšano proizvodnjo GABA v cerebelumu. Naši rezultati kažejo na tesno povezavo med SCFA in ET; vendar zasnova presečne študije ne omogoča nobenih sklepov o vzročni povezavi med SCFA in bolezenskim procesom ET. Potrebne so nadaljnje longitudinalne nadaljnje študije, vključno s serijskimi meritvami fekalnih kratkotrajnih maščobnih kislin, ter študije na živalih, ki preučujejo mehanizme.
Domneva se, da SCFA spodbujajo kontraktilnost gladkih mišic debelega črevesa34. Pomanjkanje SCFA poslabša simptome zaprtja, dodajanje SCFA pa lahko izboljša simptome zaprtja PD35. Naši rezultati kažejo tudi na pomembno povezavo med zmanjšano vsebnostjo SCFA v blatu ter povečanim zaprtjem in avtonomno disfunkcijo pri bolnikih z ET. V enem poročilu o primeru je bilo ugotovljeno, da je presaditev mikrobiote pri bolniku 7 izboljšala tako esencialni tremor kot sindrom razdražljivega črevesja, kar dodatno kaže na tesno povezavo med črevesno mikrobioto in ET. Zato menimo, da lahko SCFA/mikrobiota v blatu vplivata na gibljivost črevesja gostitelja in delovanje avtonomnega živčnega sistema.
Študija je pokazala, da so bile znižane ravni fekalnih kratkolančnih maščobnih kislin (SCFA) v ET povezane z zmanjšano številčnostjo Faecalibacterium (povezanih z butiratom) in Streptobacterium (povezanih s propionatom, butiratom in izobutiratom). Po korekciji FDR ta povezava ostaja pomembna. Faecalibacterium in Streptobacterium sta mikroorganizma, ki proizvajata SCFA. Faecalibacterium je znan kot mikroorganizem, ki proizvaja butirat36, medtem ko so glavni produkti fermentacije Catenibacter acetat, butirat in mlečna kislina37. Faecalibacterium je bil odkrit v 100 % obeh skupin, ET in HC; mediana relativne številčnosti v skupini ET je bila 2,06 %, v skupini HC pa 3,28 % (LDA 3,870). Bakterija kategorije je bila odkrita v 21,6 % (8/37) v skupini HC in le v 1 vzorcu skupine ET (1/35). Zmanjšanje in nezaznavnost streptobakterij pri ET lahko kažeta tudi na korelacijo s patogenostjo bolezni. Mediana relativne abundance vrst Catenibacter v skupini HC je bila 0,07 % (LDA 2,129). Poleg tega so bile mlečnokislinske bakterije povezane s spremembami fekalnega butirata (P=0,016, P=0,096 po prilagoditvi FDR), kandidat za artritis pa s spremembami izobutirata (P=0,016, P=0,072 po prilagoditvi FDR). Po korekciji FDR ostane le korelacijski trend, ki ni statistično pomemben. Laktobacili so znani tudi kot proizvajalci SCFA (ocetna kislina, propionska kislina, izomaslena kislina, maslena kislina) 38, Candidatus Arthromitus pa je specifični induktor diferenciacije celic T pomagalk 17 (Th17), pri čemer so Th1/2 in Treg povezani z imunskim ravnovesjem /Th17 39. Nedavna študija kaže, da lahko povišane ravni fekalnega psevdoartritisa prispevajo k vnetju debelega črevesa, disfunkciji črevesne pregrade in sistemskemu vnetju 40. Clostridium trichophyton je bil pri ET povečan v primerjavi s PD. Ugotovljeno je bilo, da je številčnost Clostridium trichoides negativno povezana z izovalersko kislino in izomasleno kislino. Po prilagoditvi FDR sta obe ostali pomembni (P ≥ 0,295). Clostridium pilosum je bakterija, za katero je znano, da je povezana z vnetjem in lahko prispeva k disfunkciji črevesne pregrade 41. Naša prejšnja študija je poročala o spremembah v črevesni mikrobioti bolnikov z ET8. Tukaj poročamo tudi o spremembah kratkotrajnih maščobnih kislin (SCFA) pri ET in ugotavljamo povezavo med črevesno disbiozo in spremembami SCFA. Znižane ravni SCFA so tesno povezane s črevesno disbiozo in resnostjo tremorja pri ET. Naši rezultati kažejo, da ima lahko os črevesje-možganski sistem pomembno vlogo pri patogenezi ET, vendar so potrebne nadaljnje študije na živalskih modelih.
V primerjavi z bolniki s Parkinsonovo boleznijo (PD) imajo bolniki z ET nižje ravni izovalerijske in izomaslene kisline v blatu. Kombinacija izovalerijske kisline in izomaslene kisline je identificirala ET pri PD z AUC 0,743 (95 % IZ: 0,629–0,857), občutljivostjo 74,3 % in specifičnostjo 62,9 %, kar kaže na njihovo potencialno vlogo kot biomarkerjev v diferencialni diagnozi ET. . Ravni izovalerijske kisline v blatu so bile obratno sorazmerne z rezultati FTM in TETRAS. Ravni izomaslene kisline v blatu so bile obratno sorazmerne z rezultati FTM. Zmanjšanje ravni izomaslene kisline je bilo povezano z zmanjšanjem številčnosti katobakterij. O funkcijah izovalerijske kisline in izomaslene kisline je znanega malo. Prejšnja študija je pokazala, da je kolonizacija miši z Bacteroides ovale povečala vsebnost kratkomaščobnih maščobnih kislin (SCFA) v črevesju (vključno z acetatom, propionatom, izobutiratom in izovaleratom) in koncentracijo GABA v črevesju, kar je poudarilo črevesno povezavo med mikrobioto in koncentracijami SCFA/nevrotransmiterjev v črevesju32. Zanimivo je, da so bile opažene ravni izomaslene kisline podobne med skupinama PD in HC, vendar so se razlikovale med skupinama ET in PD (ali HC). Izomaslena kislina je lahko razlikovala med ET in PD z AUC 0,718 (95 % IZ: 0,599–0,836) ter identificirala ET in NC z AUC 0,655 (95 % IZ: 0,525–0,786). Poleg tega so ravni izomaslene kisline v korelaciji z resnostjo tremorja, kar še dodatno krepi njeno povezavo z ET. Vprašanje, ali lahko peroralna izomaslena kislina zmanjša resnost tremorja pri bolnikih z ET, si zasluži nadaljnje raziskave.
Tako je vsebnost kratkomaščobnih maščob v blatu pri bolnikih z ET zmanjšana in je povezana s klinično resnostjo ET in specifičnimi spremembami v črevesni mikrobioti. Propionat, butirat in izobutirat v blatu so lahko diagnostični biomarkerji za ET, medtem ko sta izobutirat in izovalerat lahko diferencialno diagnostični biomarkerji za ET. Spremembe izobutirata v blatu so lahko bolj specifične za ET kot spremembe drugih kratkomaščobnih maščob.
Naša študija ima več omejitev. Prvič, prehranjevalni vzorci in prehranske preference lahko vplivajo na izražanje mikrobiote, potrebni so večji vzorci študij v različnih populacijah, prihodnje študije pa bi morale uvesti celovite in sistematične prehranske raziskave, kot so vprašalniki o pogostosti uživanja hrane. Drugič, zasnova presečne študije izključuje kakršne koli sklepe o vzročni povezavi med kratkodlakimi maščobnimi kislinami (SCFA) in razvojem endometrija (ET). Potrebne so nadaljnje dolgoročne nadaljnje študije s serijskimi meritvami fekalnih SCFA. Tretjič, diagnostične in diferencialno diagnostične zmogljivosti ravni fekalnih SCFA je treba potrditi z uporabo neodvisnih vzorcev ET, HC in PD. V prihodnosti je treba testirati več neodvisnih vzorcev blata. Nenazadnje so imeli bolniki s PD v naši kohorti bistveno krajše trajanje bolezni kot bolniki z ET. ET, PD in HC smo večinoma primerjali po starosti, spolu in ITM. Glede na razliko v poteku bolezni med skupino ET in skupino PD smo za nadaljnjo primerjavo preučevali tudi 33 bolnikov z zgodnjo PD in 16 bolnikov z ET (trajanje bolezni ≤ 3 leta). Razlike med skupinama v SCFA so bile na splošno skladne z našimi primarnimi podatki. Poleg tega nismo ugotovili korelacije med trajanjem bolezni in spremembami SCFA. Vendar bi bilo v prihodnosti najbolje vključiti bolnike s Parkinsonovo boleznijo in estradiolnim trebušnim splavom v zgodnji fazi s krajšim trajanjem bolezni, da bi validacijo zaključili v večjem vzorcu.
Protokol študije je odobril etični odbor bolnišnice Ruijin, ki je povezana z medicinsko fakulteto Univerze Jiao Tong v Šanghaju (RHEC2018-243). Od vseh udeležencev je bila pridobljena pisna informirana privolitev.
Med januarjem 2019 in decembrom 2022 je bilo v to študijo vključenih 109 preiskovancev (37 ET, 37 PD in 35 HC) iz klinike za motnje gibanja bolnišnice Ruijin, ki je povezana z medicinsko fakulteto Univerze Shanghai Jiao Tong. Merila so bila: (1) starost 25–85 let, (2) bolniki z ET so bili diagnosticirani v skladu z merili delovne skupine MDS 42, PD pa v skladu z merili MDS 43, (3) vsi bolniki pred odvzemom vzorcev niso jemali zdravil proti PD. (4) Skupina ET je pred odvzemom vzorcev blata jemala samo zaviralce adrenergičnih receptorjev β ali nobenih sorodnih zdravil. Izbrani so bili tudi HC, ki so se ujemali glede na starost, spol in indeks telesne mase (ITM). Izključitveni kriteriji so bili: (1) vegetarijanci, (2) slaba prehrana, (3) kronične bolezni prebavil (vključno z vnetno črevesno boleznijo, razjedami na želodcu ali dvanajstniku), (4) hude kronične bolezni (vključno z malignimi tumorji), srčno popuščanje, odpoved ledvic, hematološke bolezni), (5) anamneza večjih operacij prebavil, (6) kronično ali redno uživanje jogurta, (7) uporaba probiotikov ali antibiotikov en mesec, (8) kronična uporaba kortikosteroidov, zaviralcev protonske črpalke, statinov, metformina, imunosupresivov ali zdravil proti raku in (9) huda kognitivna okvara, ki ovira klinična preskušanja.
Vsi preiskovanci so posredovali podatke o zdravstveni anamnezi, teži in višini za izračun indeksa telesne mase (ITM) ter so bili podvrženi nevrološkemu pregledu in klinični oceni, kot so ocena anksioznosti na lestvici Hamiltonove lestvice za ocenjevanje anksioznosti (HAMA) 44, ocena depresije na lestvici Hamiltonove lestvice za ocenjevanje depresije-17 (HAMD-17) 45, resnost zaprtja z uporabo Wexnerjeve lestvice za ocenjevanje zaprtja 46 in Bristolske lestvice za blato 47 ter kognitivna zmogljivost z uporabo Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Lestvica za oceno avtonomnih simptomov Parkinsonove bolezni (SCOPA-AUT) 49 je preučevala avtonomno disfunkcijo pri bolnikih z ET in PD. Pri bolnikih z ET sta bili pregledani Fan-Tolos-Marinova klinična lestvica za ocenjevanje tremorja (FTM) in lestvica za ocenjevanje esencialnega tremorja (TETRAS) 50 The Tremor Study Group (TRG) 50; pregledani sta bili Kinsonova lestvica za ocenjevanje bolezni (MDS-UPDRS) različice 51, ki jo sponzorira Združenje za Parkinsonovo bolezen, in lestvica Hoehn in Yahr (HY) stopnje 52.
Vsak udeleženec je bil naprošen, da zjutraj odvzame vzorec blata z uporabo posode za zbiranje blata. Posode so bile pred obdelavo prenesene na led in shranjene pri -80 °C. Analiza kratkoverižnih maščobnih kislin (SCFA) je bila izvedena v skladu z rutinskimi postopki podjetja Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Od vsakega preiskovanca je bilo zbranih 400 mg svežih vzorcev blata, ki so bili po mletju in predhodni sonikaciji analizirani z uporabo SCFA. Izbrane SCFA v blatu so bile analizirane s plinsko kromatografijo-masno spektrometrijo (GC-MS) in tekočinsko kromatografijo-tandemsko MS (LC-MS/MS).
DNK smo ekstrahirali iz 200 mg vzorcev z uporabo kompleta QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Nemčija) v skladu z navodili proizvajalca. Mikrobno sestavo smo določili s sekvenciranjem gena 16S rRNA na DNK, izolirani iz blata, z amplifikacijo regije V3-V4. DNK smo testirali z analizo vzorca na 1,2 % agaroznem gelu. Amplifikacija gena 16S rRNA s polimerazno verižno reakcijo (PCR) je bila izvedena z uporabo univerzalnih bakterijskih primerjev (357 F in 806 R) in dvostopenjske knjižnice amplikonov, zgrajene na platformi Novaseq.
Zvezne spremenljivke so izražene kot povprečje ± standardni odklon, kategorične spremenljivke pa kot števila in odstotki. Za testiranje homogenosti varianc smo uporabili Levenejev test. Primerjave so bile opravljene z dvostranskimi t-testi ali analizo variance (ANOVA), če so bile spremenljivke normalno porazdeljene, in z neparametričnimi Mann-Whitneyjevimi U-testi, če so bile kršene predpostavke o normalnosti ali homoskedastičnosti. Za kvantifikacijo diagnostične učinkovitosti modela in preučitev sposobnosti SCFA za razlikovanje bolnikov z ET od tistih s HC ali PD smo uporabili površino pod krivuljo ROC (Receiver Operating Character) (AUC). Za preučitev razmerja med SCFA in klinično resnostjo smo uporabili Spearmanovo korelacijsko analizo. Statistična analiza je bila izvedena s programsko opremo SPSS (različica 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) s stopnjo pomembnosti (vključno z vrednostjo P in FDR-P), nastavljeno na 0,05 (dvostransko).
Zaporedja 16S so bila analizirana s kombinacijo programske opreme Trimmomatic (različica 0.35), Flash (različica 1.2.11), UPARSE (različica v8.1.1756), mothur (različica 1.33.3) in R (različica 3.6.3). Surovi podatki o genih 16S rRNA so bili obdelani z uporabo UPARSE za generiranje operativnih taksonomskih enot (OTU) z 97-odstotno identiteto. Taksonomije so bile določene z uporabo Silva 128 kot referenčne baze podatkov. Za nadaljnjo analizo je bila izbrana generična raven podatkov o relativni številčnosti. Za primerjave med skupinami (ET proti HC, ET proti PD) je bila uporabljena analiza velikosti učinka (LEfSE) z linearno diskriminantno analizo (LDA) s pragom α 0,05 in pragom velikosti učinka 2,0. Diskriminantni rodovi, identificirani z analizo LEfSE, so bili nadalje uporabljeni za Spearmanovo korelacijsko analizo SCFA.
Za več informacij o zasnovi študije glejte povzetek poročila o naravnih raziskavah, ki je povezan s tem člankom.
Surovi podatki sekvenciranja 16S so shranjeni v podatkovni bazi BioProject Nacionalnega centra za biotehnološke informacije (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o.=acc_s%3Aa. Drugi ustrezni podatki so na voljo ustreznemu avtorju na razumno zahtevo, kot so znanstvena sodelovanja in akademske izmenjave s celotnimi raziskovalnimi projekti. Prenos podatkov tretjim osebam brez našega soglasja ni dovoljen.
Odprtokodna koda je na voljo samo s kombinacijo programov Trimmomatic (različica 0.35), Flash (različica 1.2.11), UPARSE (različica v8.1.1756), mothur (različica 1.33.3) in R (različica 3.6.3) z uporabo privzetih nastavitev ali razdelka »Metoda«. Dodatne pojasnjevalne informacije so na voljo avtorju, ki je odgovoren za to vprašanje.
Pradeep S in Mehanna R. Prebavne motnje pri hiperkinetičnih motnjah gibanja in ataksiji. Povezano s Parkinsonovo boleznijo. Zmedenost. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED in Faust, PL Patologija esencialnega tremorja: nevrodegeneracija in reorganizacija nevronskih povezav. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Ali je esencialni tremor primarna motnja Gaba disfunkcije? Da. mednarodnost. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ in Katara DP Os med črevesjem in možgani: dva načina signalizacije pri Parkinsonovi bolezni. Celične molekule. Nevrobiologija. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Os mikrobiota-možgani-črevesje in nevrodegenerativne bolezni. current. Nellore. Nevroznanost. Poročila 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR in He, XX Presaditev fekalne mikrobiote hkrati izboljša esencialni tremor in sindrom razdražljivega črevesja pri bolnikih. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. et al. Specifične spremembe črevesne mikrobiote pri esencialnem tremorju in njihova diferenciacija od Parkinsonove bolezni. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J in Wang D. Ključna vloga mikrobiote pri regulaciji nevronsko-glialno-epitelnih enot. Odpornost na okužbe. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. et al. Patologija duodenalnega alfa-sinukleina in črevesne glioze pri progresivni Parkinsonovi bolezni. gib. zmedenost. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Protitelesa proti alfa-sinukleinu 5G4 prepoznajo očitno Parkinsonovo bolezen in prodromalno Parkinsonovo bolezen v sluznici debelega črevesa. gib. zmedenost. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M in Fasano A. Sočasnost esencialnega tremorja in Parkinsonove bolezni. Povezano s Parkinsonovo boleznijo. Zmedenost. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR et al. Črevesna mikrobiota modulira motorične primanjkljaje in nevroinflamatorne motnje v modelih Parkinsonove bolezni. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM et al. Kratkoverižne maščobne kisline in črevesna mikrobiota se razlikujejo med bolniki s Parkinsonovo boleznijo in starostno primerljivo kontrolno skupino. Povezano s Parkinsonovo boleznijo. zmedenost. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E in Elinav E. Presnovki, ki jih uravnava mikrobiom na gostiteljevem imunskem vmesniku. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).