Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie najlepších výsledkov odporúčame používať novšiu verziu prehliadača (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Včasná diagnostika esenciálneho tremoru (ET) môže byť náročná, najmä pri odlišovaní od zdravých kontrolných jedincov (HC) a Parkinsonovej choroby (PD). Nedávna analýza vzoriek stolice na prítomnosť črevnej mikrobioty a jej metabolitov poskytla nové metódy na objavenie nových biomarkerov neurodegeneratívnych ochorení. Mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), ako hlavný metabolit črevnej flóry, sú v stolici pri PD redukované. Avšak fekálne SCFA neboli nikdy skúmané u ET. Naším cieľom bolo preskúmať hladiny SCFA v stolici pri ET, posúdiť ich vzťah s klinickými príznakmi a črevnou mikrobiotou a určiť ich potenciálnu diagnostickú schopnosť. Fekálne SCFA a črevná mikrobiota boli merané u 37 ET, 37 nových PD a 35 HC. Zápcha, autonómna dysfunkcia a závažnosť tremoru boli hodnotené pomocou škál. Hladiny propionátu, butyrátu a izobutyrátu v stolici boli nižšie u ET ako u HC. Kombinácia kyseliny propiónovej, kyseliny maslovej a izomaslovej odlišovala ET od HC s AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). Hladiny kyseliny izovalérovej a kyseliny izomaslovej v stolici boli nižšie pri ET ako pri PD. Kyselina izovalérová a kyselina izomaslová rozlišovali medzi ET a PD s AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Propionát v stolici je nepriamo úmerný zápche a autonómnej dysfunkcii. Kyselina izomaslová a kyselina izovalérová sú nepriamo úmerné závažnosti tremoru. Pokles obsahu SCFA v stolici bol spojený so znížením množstva Faecalibacterium a Streptobacterium v ​​ET. Obsah SCFA v stolici sa teda pri ET znižuje a súvisí so závažnosťou klinického obrazu a zmenami v črevnej mikrobiote. Kyselina propiónová, kyselina maslová, kyselina izomaslová a kyselina izovalérová v stolici môžu byť potenciálnymi diagnostickými a diferenciálne diagnostickými biomarkermi pre ET.
Esenciálny tremor (ET) je progresívne, chronické neurodegeneratívne ochorenie charakterizované primárne tremorom horných končatín, ktorý môže postihnúť aj iné časti tela, ako je hlava, hlasivky a dolné končatiny 1 . Klinické príznaky ET zahŕňajú nielen motorické symptómy, ale aj niektoré nemotorické prejavy vrátane gastrointestinálnych ochorení 2 . Bolo vykonaných množstvo štúdií na preskúmanie patologických a fyziologických charakteristík esenciálneho tremoru, ale jasné patofyziologické mechanizmy neboli identifikované 3, 4 . Nedávne štúdie naznačujú, že dysfunkcia osi mikrobiota-črevo-mozog môže prispievať k neurodegeneratívnym ochoreniam a existuje stále viac dôkazov o potenciálnej obojsmernej súvislosti medzi črevnou mikrobiotou a neurodegeneratívnymi ochoreniami 5, 6 . Je pozoruhodné, že v jednej kazuistike transplantácia fekálnej mikrobioty zlepšila u pacienta esenciálny tremor aj syndróm dráždivého čreva, čo môže naznačovať úzky vzťah medzi črevnou mikrobiotou a esenciálnym tremorom. Okrem toho sme u pacientov s ET zistili aj špecifické zmeny v črevnej mikrobiote, čo silne podporuje dôležitú úlohu črevnej dysbiózy pri ET8.
Pokiaľ ide o črevnú dysbiózu pri neurodegeneratívnych ochoreniach, Parkinsonova choroba (PD) je najviac študovaná oblasť5. Nevyvážená mikrobiota môže zvýšiť permeabilitu čriev a aktivovať črevnú gliu, čo vedie k alfa-synukleinopatiám9,10,11. PD a ET majú určité prekrývajúce sa charakteristiky, ako je podobná frekvencia tremoru u pacientov s ET a PD, prekrývajúci sa pokojový tremor (typický tremor pri PD) a posturálny tremor (väčšinou sa vyskytuje u pacientov s ET), čo sťažuje ich rozlíšenie. skoré štádiá 12. Preto naliehavo potrebujeme otvoriť užitočné okno na rozlíšenie medzi ET a PD. V tejto súvislosti sa štúdium špecifickej črevnej dysbiózy a súvisiacich zmien metabolitov pri ET a identifikácia ich rozdielov od PD môže stať potenciálnymi biomarkermi pre diagnostiku a diferenciálnu diagnostiku ET.
Mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA) sú hlavnými metabolitmi produkovanými črevnou bakteriálnou fermentáciou vlákniny a predpokladá sa, že hrajú kľúčovú úlohu v interakciách medzi črevom a mozgom13,14. SCFA sú prijímané bunkami hrubého čreva a transportované do pečene cez portálny venózny systém a niektoré SCFA vstupujú do systémového obehu. SCFA majú lokálne účinky na udržanie integrity črevnej bariéry a podporujú vrodenú imunitu v črevnej sliznici15. Majú tiež dlhodobé účinky na hematoencefalickú bariéru (HEB) stimuláciou proteínov s tesným spojením a aktiváciou neurónov stimuláciou receptorov spojených s G proteínom (GPCR) k prechodu cez HEB16. Acetát, propionát a butyrát sú najhojnejšie SCFA v hrubom čreve. Predchádzajúce štúdie preukázali znížené hladiny kyseliny octovej, propiónovej a maslovej v stolici u pacientov s Parkinsonovou chorobou17. Hladiny SCFA v stolici však neboli nikdy skúmané u pacientov s ET.
Cieľom našej štúdie bolo preto identifikovať špecifické zmeny v fekálnych SCFA u pacientov s ET a ich rozdiely od pacientov s PD, posúdiť vzťah fekálnych SCFA s klinickými príznakmi SCFA a črevnou mikrobiotou, ako aj identifikovať potenciálne diagnostické a diferenciálne diagnostické možnosti vzoriek stolice. KZHK. Aby sme sa zaoberali mätúcimi faktormi spojenými s liekmi proti PD, vybrali sme pacientov s novovzniknutou Parkinsonovou chorobou ako kontrolnú skupinu.
Demografické a klinické charakteristiky 37 endokrinných lekárov (ET), 37 pacientov s poruchami funkcie pečene (PD) a 35 pacientov s poruchami funkcie pečene (HC) sú zhrnuté v tabuľke 1. ET, PD a HC boli porovnateľné podľa veku, pohlavia a BMI. Tri skupiny mali tiež podobné podiely fajčenia, pitia alkoholu a pitia kávy a čaju. Wexnerovo skóre (P = 0,004) a skóre HAMD-17 (P = 0,001) skupiny PD boli vyššie ako v skupine HC a skóre HAMA (P = 0,011) a skóre HAMD-17 (P = 0,011) skupiny ET boli vyššie ako v skupine HC. Priebeh ochorenia v skupine ET bol významne dlhší ako v skupine PD (P < 0,001).
V hladinách kyseliny propiónovej (P = 0,023), kyseliny octovej (P = 0,039), kyseliny maslovej (P = 0,020), kyseliny izovalérovej (P = 0,045) a kyseliny izomaslovej (P = 0,015) v stolici boli významné rozdiely. V ďalšej post hoc analýze boli hladiny kyseliny propiónovej (P = 0,023), kyseliny maslovej (P = 0,007) a kyseliny izomaslovej (P = 0,040) v skupine s ET významne nižšie ako v skupine s HC. Pacienti s ET mali nižšie hladiny izovalerátu (P = 0,014) a izobutyrátu (P = 0,005) ako pacienti s PD. Okrem toho boli hladiny kyseliny propiónovej v stolici (P = 0,013), kyseliny octovej (P = 0,016) a kyseliny maslovej (P = 0,041) nižšie u pacientov s Parkinsonovou chorobou ako u pacientov s karcinómom komára (CC) (obr. 1 a doplnková tabuľka 1).
Hodnota ag predstavuje skupinové porovnanie kyseliny propiónovej, kyseliny octovej, kyseliny maslovej, kyseliny izovalérovej, kyseliny valérovej, kyseliny kaprónovej a kyseliny izomaslovej. Medzi týmito tromi skupinami boli zistené významné rozdiely v hladinách kyseliny propiónovej, kyseliny octovej, kyseliny maslovej, kyseliny izovalérovej a kyseliny izomaslovej v stolici. ES-tremor, Parkinsonova choroba, zdravá kontrola HC, SCFA. Významné rozdiely sú označené *P < 0,05 a **P < 0,01.
Vzhľadom na rozdiel v priebehu ochorenia medzi skupinou s ET a skupinou s PD sme pre ďalšie porovnanie testovali 33 pacientov s včasnou PD a 16 pacientov s ET (priebeh ochorenia ≤ 3 roky) (doplnková tabuľka 2). Výsledky ukázali, že obsah kyseliny propiónovej v stolici v ET bol významne nižší ako v HA (P = 0,015). Rozdiel medzi ET a HC pre kyselinu maslovú a kyselinu izomaslovú nebol významný, ale stále sa pozoroval trend (P = 0,082). Hladiny izobutyrátu v stolici boli významne nižšie u pacientov s ET v porovnaní s pacientmi s PD (P = 0,030). Rozdiel medzi ET a PD kyseliny izovalérovej nebol významný, ale stále sa pozoroval trend (P = 0,084). Kyselina propiónová (P = 0,023), kyselina octová (P = 0,020) a kyselina maslová (P = 0,044) boli významne nižšie u pacientov s PD ako u pacientov s HC. Tieto výsledky (doplnkový obrázok 1) sú vo všeobecnosti v súlade s hlavnými výsledkami. Rozdiel vo výsledkoch medzi celkovou vzorkou a podskupinou skorých pacientov môže byť spôsobený menšou veľkosťou vzorky v podskupine, čo má za následok nižšiu štatistickú silu údajov.
Ďalej sme skúmali, či hladiny SCFA v stolici dokážu rozlíšiť pacientov s ET od pacientov s CU alebo PD. Podľa ROC analýzy bol rozdiel v AUC hladín propionátu 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), čo umožnilo rozlíšiť pacientov s ET od HC. Pacientov s ET a GC bolo možné rozlíšiť podľa hladín butyrátu s AUC 0,685 (95% CI: 0,556–0,814). Rozdiely v hladinách kyseliny izomaslovej môžu rozlíšiť pacientov s ET od HC s AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Pri kombinácii hladín propionátu, butyrátu a izobutyrátu sa dosiahla vyššia AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) so senzitivitou 74,3% a špecificitou 72,9% (Obr. 2a). Na rozlíšenie medzi pacientmi s ET a PD bola AUC pre hladiny kyseliny izovalérovej 0,700 (95% CI: 0,579 – 0,822) a pre hladiny kyseliny izomaslovej 0,718 (95% CI: 0,599 – 0,836). Kombinácia hladín kyseliny izovalérovej a kyseliny izomaslovej mala vyššiu AUC 0,743 (95% CI: 0,629 – 0,857), senzitivitu 74,3 % a špecificitu 62,9 % (Obr. 2b). Okrem toho sme skúmali, či sa hladiny SCFA v stolici pacientov s Parkinsonovou chorobou líšia od kontrolnej skupiny. Podľa ROC analýzy bola AUC pre identifikáciu pacientov s PD na základe rozdielov v hladinách kyseliny propiónovej 0,687 (95% CI: 0,559 – 0,814) s senzitivitou 68,6 % a špecificitou 68,7 %. Rozdiely v hladinách acetátu môžu odlíšiť pacientov s Parkinsonovou chorobou (PD) od pacientov s hepatitídou C (HC) s AUC 0,674 (95 % CI: 0,542 – 0,805). Pacientov s PD možno odlíšiť od chronickej myelodystrofie (CU) iba na základe hladín butyrátu s AUC 0,651 (95 % CI: 0,515 – 0,787). Pri kombinácii hladín propionátu, acetátu a butyrátu sa získala AUC 0,682 (95 % CI: 0,553 – 0,811) (Obr. 2c).
Diskriminácia Ruskej pravoslávnej cirkvi voči ET a HC; b diskriminácia Ruskej pravoslávnej cirkvi voči ET a PD; c diskriminácia ROC voči PD a HC. esenciálny tremor pri ET, Parkinsonova choroba, kontrola HC u zdravých ľudí, SCFA.
U pacientov s ET boli hladiny kyseliny izomaslovej v stolici negatívne korelované so skóre FTM (r = -0,349, P = 0,034) a hladiny kyseliny izovalérovej v stolici negatívne korelovali so skóre FTM (r = -0,421, P = 0,001) a skóre TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). U pacientov s ET a PD boli hladiny propionátu v stolici negatívne korelované so skóre SCOPA-AUT (r = -0,236, P = 0,043) (obr. 3 a doplnková tabuľka 3). Nebola zistená žiadna významná korelácia medzi priebehom ochorenia a SCFA ani v skupine ET (P ≥ 0,161), ani v skupine PD (P ≥ 0,246) (doplnková tabuľka 4). U pacientov s PD boli hladiny kyseliny kaprónovej v stolici pozitívne korelované so skóre MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). U všetkých účastníkov boli hladiny propionátu (r = −0,230, P = 0,016) a acetátu (r = −0,210, P = 0,029) v stolici negatívne korelované s Wexnerovým skóre (obr. 3 a doplnková tabuľka 3).
Hladiny kyseliny izomaslovej v stolici negatívne korelovali so skóre FTM, kyselina izovalérová negatívne korelovala so skóre FTM a TETRAS, kyselina propiónová negatívne korelovala so skóre SCOPA-AUT, kyselina kaprónová pozitívne korelovala so skóre MDS-UPDRS a kyselina propiónová negatívne korelovala so skóre FTM a TETRAS. TETRAS a kyselina octová negatívne korelovali s Wexnerovým skóre. Verzia Unified Parkinson's Disease Rating Scale sponzorovaná Asociáciou MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamiltonova škála hodnotenia depresie HAMD-17, 17 položiek, Hamiltonova škála hodnotenia úzkosti HAMA, štádiá HY Hoehn a Yahr, SCFA, SCOPA – AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Esenciálna škála hodnotenia tremoru. Významné rozdiely sú označené *P < 0,05 a **P < 0,01.
Ďalej sme skúmali diskriminačnú povahu črevnej mikrobioty pomocou LEfSE analýzy a pre ďalšiu analýzu sme vybrali úroveň údajov o relatívnej abundancii rodu. Porovnania boli vykonané medzi ET a HC a medzi ET a PD. Následne bola vykonaná Spearmanova korelačná analýza relatívnej abundancie črevnej mikrobioty a hladín SCFA v stolici v dvoch porovnávacích skupinách.
V analýze ET a CA boli prítomné Faecalibacterium (korelované s kyselinou maslovou, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (korelované s kyselinou maslovou, r = 0,283, P = 0,016) a Streptobacterium (korelované s kyselinou propiónovou, r = 0,327). , P = 0,005; korelované s kyselinou maslovou, r = 0,374, P = 0,001; Zistilo sa, že výskyt baktérií *Howardella* (koreluje s kyselinou izomaslovou, r = 0,329, P = 0,005), *Howardella* (koreluje s kyselinou propiónovou, r = 0,242, P = 0,041), *Raoultella* (koreluje s propionátom, r = 0,249, P = 0,035) a *Candidatus Arthromitus* (koreluje s kyselinou izomaslovou, r = 0,302, P = 0,010) bol v ET znížený a pozitívne koreloval s hladinami SCFA v stolici. Avšak výskyt *Stenotropomonas* sa v ET zvýšil a negatívne koreloval s hladinami izobutyrátu v stolici (r = -0,250, P = 0,034). Po úprave FDR zostali významné iba korelácie medzi *Faecalibacterium*, *Catenibacter* a *SCFA* (P ≤ 0,045) (Obr. 4 a Doplnková tabuľka 5).
Korelačná analýza ET a HC. Po úprave FDR sa zistilo, že početnosť Faecalibacterium (pozitívne asociovaných s butyrátom) a Streptobacterium (pozitívne asociovaných s propionátom, butyrátom a izobutyrátom) bola znížená v ET a pozitívne korelovala s hladinami SCFA v stolici. b Korelačná analýza ET a PD. Po úprave FDR sa nezistili žiadne významné súvislosti. ET esenciálny tremor, Parkinsonova choroba, zdravá kontrola HC, SCFA. Významné rozdiely sú označené *P < 0,05 a **P < 0,01.
Pri analýze ET oproti PD sa zistilo, že Clostridium trichophyton je vo zvýšenej miere v ET a koreluje s kyselinou izovalérovou v stolici (r = -0,238, P = 0,041) a kyselinou izomaslovou (r = -0,257, P = 0,027). Po úprave FDR zostali obe hodnoty významné (P ≥ 0,295) (obrázok 4 a doplnková tabuľka 5).
Táto štúdia je komplexná štúdia, ktorá skúma hladiny SCFA v stolici a koreluje ich so zmenami v črevnej mikrobiote a závažnosťou symptómov u pacientov s ET v porovnaní s pacientmi s CU a PD. Zistili sme, že hladiny SCFA v stolici boli u pacientov s ET znížené a boli spojené s klinickou závažnosťou a špecifickými zmenami v črevnej mikrobiote. Kumulatívne hladiny mastných kyselín s krátkym reťazcom (SCFA) v stolici odlišujú ET od GC a PD.
V porovnaní s pacientmi s GC majú pacienti s ET nižšie hladiny kyseliny propiónovej, maslovej a izomaslovej v stolici. Kombinácia kyseliny propiónovej, maslovej a izomaslovej dokáže rozlíšiť medzi ET a HC s AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), senzitivitou 74,3 % a špecificitou 72,9 %, čo naznačuje ich potenciálne využitie ako diagnostických biomarkerov pre ET. Ďalšia analýza ukázala, že hladiny kyseliny propiónovej v stolici negatívne korelovali s Wexnerovým skóre a skóre SCOPA-AUT. Hladiny kyseliny izomaslovej v stolici nepriamo korelovali so skóre FTM. Na druhej strane, pokles hladín butyrátu v ET bol spojený so znížením množstva mikrobioty produkujúcej SCFA, Faecalibacterium a Categorybacter. Okrem toho, zníženie množstva Catenibacter v ET bolo tiež spojené so znížením hladín kyseliny propiónovej a izomaslovej v stolici.
Väčšina SCFA produkovaných v hrubom čreve je prijímaná kolonocytmi primárne prostredníctvom H+-dependentných alebo sodíkovo-dependentných monokarboxylátových transportérov. Absorbované mastné kyseliny s krátkym reťazcom sa používajú ako zdroj energie pre kolonocyty, zatiaľ čo tie, ktoré nie sú metabolizované v kolonocytoch, sú transportované do portálneho obehu 18. SCFA môžu ovplyvniť črevnú motilitu, zlepšiť funkciu črevnej bariéry a ovplyvniť metabolizmus a imunitu hostiteľa 19. Predtým sa zistilo, že koncentrácie butyrátu, acetátu a propionátu v stolici boli u pacientov s Parkinsonovou chorobou znížené v porovnaní s HC 17, čo je v súlade s našimi výsledkami. Naša štúdia zistila zníženie SCFA u pacientov s ET, ale o úlohe SCFA v patológii ET sa vie len málo. Butyrát a propionát sa môžu viazať na GPCR a ovplyvňovať signalizáciu závislú od GPCR, ako je signalizácia MAPK a NF-κB20. Základný koncept osi črevo-mozog spočíva v tom, že SCFA vylučované črevnými mikróbmi môžu ovplyvňovať signalizáciu hostiteľa, a tým ovplyvňovať funkciu čriev a mozgu. Keďže butyrát a propionát majú silné inhibičné účinky na aktivitu históndeacetylázy (HDAC)21 a butyrát môže tiež pôsobiť ako ligand pre transkripčné faktory, majú rozsiahle účinky na metabolizmus, diferenciáciu a proliferáciu hostiteľa, predovšetkým vďaka ich vplyvu na reguláciu génov22. Na základe dôkazov zo SCFA a neurodegeneratívnych ochorení sa butyrát považuje za terapeutického kandidáta kvôli svojej schopnosti korigovať zhoršenú aktivitu HDAC, čo môže sprostredkovať smrť dopaminergných neurónov pri PD23,24,25. Štúdie na zvieratách tiež preukázali schopnosť kyseliny maslovej predchádzať degenerácii dopaminergných neurónov a zlepšovať pohybové poruchy v modeloch PD26,27. Zistilo sa, že kyselina propiónová obmedzuje zápalové reakcie a chráni integritu hematopoetickej bariéry (HBB)28,29. Štúdie ukázali, že kyselina propiónová podporuje prežitie dopaminergných neurónov v reakcii na toxicitu rotenónu v modeloch PD30 a že perorálne podávanie kyseliny propiónovej zachraňuje stratu dopaminergných neurónov a motorické deficity u myší s PD31. O funkcii kyseliny izomaslovej je známe len málo. Nedávna štúdia však zistila, že kolonizácia myší s B. ovale zvýšila obsah SCFA v črevách (vrátane acetátu, propionátu, izobutyrátu a izovalerátu) a koncentráciu GABA v črevách, čo zdôrazňuje súvislosť medzi črevnou mikrobiotou a koncentráciami neurotransmiterov SCFA v črevách32. V prípade ET medzi abnormálne patologické zmeny v mozočku patria zmeny axónov a dendritov Purkyňových buniek, posunutie a strata Purkyňových buniek, zmeny axónov košových buniek a abnormality vo vzostupných vláknitých prepojeniach s jadrami Purkyňových buniek, čo vedie k zníženiu GABAergného výstupu z mozočka3,4,33. Zostáva nejasné, či sú SCFA spojené s neurodegeneráciou Purkyňových buniek a zníženou produkciou GABA v mozočku. Naše výsledky naznačujú úzky vzťah medzi SCFA a ET; dizajn prierezovej štúdie však neumožňuje vyvodiť žiadne závery o kauzálnom vzťahu medzi SCFA a procesom ochorenia ET. Sú potrebné ďalšie longitudinálne následné štúdie vrátane sériových meraní SCFA v stolici, ako aj štúdie na zvieratách skúmajúce mechanizmy.
Predpokladá sa, že SCFA stimulujú kontraktilitu hladkého svalstva hrubého čreva34. Nedostatok SCFA zhorší príznaky zápchy a suplementácia SCFA môže zlepšiť príznaky zápchy PD35. Naše výsledky tiež naznačujú významnú súvislosť medzi zníženým obsahom SCFA v stolici a zvýšenou zápchou a autonómnou dysfunkciou u pacientov s ET. Jedna kazuistika zistila, že transplantácia mikrobioty zlepšila esenciálny tremor aj syndróm dráždivého čreva u pacienta 7, čo ďalej naznačuje úzky vzťah medzi črevnou mikrobiotou a ET. Preto sa domnievame, že SCFA/mikrobiota v stolici môžu ovplyvniť motilitu čreva hostiteľa a funkciu autonómneho nervového systému.
Štúdia zistila, že znížené hladiny fekálnych SCFA v ET boli spojené so zníženým výskytom Faecalibacterium (spojeného s butyrátom) a Streptobacterium (spojeného s propionátom, butyrátom a izobutyrátom). Po korekcii FDR tento vzťah zostáva významný. Faecalibacterium a Streptobacterium sú mikroorganizmy produkujúce SCFA. Faecalibacterium je známe ako mikroorganizmus produkujúci butyrát36, zatiaľ čo hlavnými produktmi fermentácie Catenibacter sú acetát, butyrát a kyselina mliečna37. Faecalibacterium bolo detegované v 100 % skupín ET aj HC; medián relatívnej abundancie v skupine ET bol 2,06 % a v skupine HC bol 3,28 % (LDA 3,870). Baktéria kategórie bola detegovaná v 21,6 % (8/37) v skupine HC a iba v 1 vzorke v skupine ET (1/35). Pokles a nedetekovateľnosť streptobaktérií v ET môže tiež naznačovať koreláciu s patogenitou ochorenia. Medián relatívnej abundancie druhov Catenibacter v skupine HC bol 0,07 % (LDA 2,129). Okrem toho boli baktérie mliečneho kvasenia spojené so zmenami v butyráte v stolici (P=0,016, P=0,096 po úprave FDR) a kandidát na artritídu bol spojený so zmenami v izobutyráte (P=0,016, P=0,072 po úprave FDR). Po korekcii FDR zostáva iba korelačný trend, ktorý nie je štatisticky významný. Laktobacily sú tiež známe ako producenti SCFA (kyselina octová, kyselina propiónová, kyselina izomaslová, kyselina maslová) 38 a Candidatus Arthromitus je špecifický induktor diferenciácie buniek T helper 17 (Th17), pričom Th1/2 a Treg súvisia s imunitnou rovnováhou /Th17 39. Nedávna štúdia naznačuje, že zvýšené hladiny fekálnej pseudoartritídy môžu prispievať k zápalu hrubého čreva, dysfunkcii črevnej bariéry a systémovému zápalu 40. Clostridium trichophyton bolo zvýšené u ET v porovnaní s PD. Zistilo sa, že abundancia Clostridium trichoides negatívne korelovala s kyselinou izovalérovou a kyselinou izomaslovou. Po úprave FDR zostali obe významné (P ≥ 0,295). Clostridium pilosum je baktéria, o ktorej je známe, že je spojená so zápalom a môže prispievať k dysfunkcii črevnej bariéry 41. Naša predchádzajúca štúdia zaznamenala zmeny v črevnej mikrobiote pacientov s ET8. V tejto štúdii tiež uvádzame zmeny v SCFA u ET a identifikujeme súvislosť medzi črevnou dysbiózou a zmenami v SCFA. Znížené hladiny SCFA úzko súvisia s črevnou dysbiózou a závažnosťou tremoru u ET. Naše výsledky naznačujú, že os črevo-mozog môže hrať dôležitú úlohu v patogenéze ET, ale sú potrebné ďalšie štúdie na zvieracích modeloch.
V porovnaní s pacientmi s Parkinsonovou chorobou (PD) majú pacienti s ET nižšie hladiny kyseliny izovalérovej a izomaslovej v stolici. Kombinácia kyseliny izovalérovej a kyseliny izomaslovej identifikovala ET pri PD s AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), senzitivitou 74,3 % a špecificitou 62,9 %, čo naznačuje ich potenciálnu úlohu ako biomarkerov v diferenciálnej diagnostike ET. Hladiny kyseliny izovalérovej v stolici nepriamo korelovali so skóre FTM a TETRAS. Hladiny kyseliny izomaslovej v stolici nepriamo korelovali so skóre FTM. Pokles hladín kyseliny izomaslovej bol spojený so znížením množstva katobaktérií. O funkciách kyseliny izovalérovej a kyseliny izomaslovej je známe len málo. Predchádzajúca štúdia ukázala, že kolonizácia myší Bacteroides ovale zvýšila obsah SCFA v črevách (vrátane acetátu, propionátu, izobutyrátu a izovalerátu) a koncentrácie GABA v črevách, čo zdôrazňuje črevnú súvislosť medzi mikrobiotou a koncentráciami SCFA/neurotransmiterov v črevách32. Je zaujímavé, že pozorované hladiny kyseliny izomaslovej boli podobné medzi skupinami PD a HC, ale líšili sa medzi skupinami ET a PD (alebo HC). Kyselina izomaslová dokázala rozlíšiť medzi ET a PD s AUC 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) a identifikovať ET a NC s AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Okrem toho hladiny kyseliny izomaslovej korelujú so závažnosťou tremoru, čo ďalej posilňuje jeho súvislosť s ET. Otázka, či perorálna kyselina izomaslová môže znížiť závažnosť tremoru u pacientov s ET, si zaslúži ďalšie štúdium.
Obsah SCFA v stolici je teda u pacientov s ET znížený a súvisí s klinickou závažnosťou ET a špecifickými zmenami v črevnej mikrobiote. Propionát, butyrát a izobutyrát v stolici môžu byť diagnostickými biomarkermi pre ET, zatiaľ čo izobutyrát a izovalerát môžu byť diferenciálnymi diagnostickými biomarkermi pre ET. Zmeny v izobutyráte v stolici môžu byť pre ET špecifickejšie ako zmeny v iných SCFA.
Naša štúdia má niekoľko obmedzení. Po prvé, stravovacie návyky a preferencie potravín môžu ovplyvniť expresiu mikrobioty, sú potrebné väčšie vzorky štúdie v rôznych populáciách a budúce štúdie by mali zaviesť komplexné a systematické prieskumy stravovania, ako sú dotazníky o frekvencii jedál. Po druhé, dizajn prierezovej štúdie vylučuje akékoľvek závery o kauzálnej súvislosti medzi SCFA a rozvojom ET. Sú potrebné ďalšie dlhodobé následné štúdie so sériovými meraniami SCFA v stolici. Po tretie, diagnostické a diferenciálne diagnostické možnosti hladín SCFA v stolici by sa mali validovať pomocou nezávislých vzoriek z ET, HC a PD. V budúcnosti by sa malo testovať viac nezávislých vzoriek stolice. Nakoniec, pacienti s PD v našej kohorte mali výrazne kratšie trvanie ochorenia ako pacienti s ET. ET, PD a HC sme porovnávali prevažne podľa veku, pohlavia a BMI. Vzhľadom na rozdiel v priebehu ochorenia medzi skupinou ET a skupinou PD sme pre ďalšie porovnanie študovali aj 33 pacientov s včasnou PD a 16 pacientov s ET (trvanie ochorenia ≤ 3 roky). Rozdiely medzi skupinami v SCFA boli vo všeobecnosti v súlade s našimi primárnymi údajmi. Okrem toho sme nezistili žiadnu koreláciu medzi trvaním ochorenia a zmenami v SCFA. V budúcnosti by však bolo najlepšie zapojiť pacientov s Parkinsonovou chorobou a endometriálnou ezofagusovou chorobou v skorom štádiu s kratším trvaním ochorenia, aby sa validácia dokončila vo väčšej vzorke.
Protokol štúdie bol schválený etickou komisiou nemocnice Ruijin, ktorá je pridružená k Lekárskej fakulte Univerzity Jiao Tong v Šanghaji (RHEC2018-243). Od všetkých účastníkov bol získaný písomný informovaný súhlas.
V období od januára 2019 do decembra 2022 bolo do tejto štúdie zahrnutých 109 subjektov (37 ET, 37 PD a 35 HC) z kliniky Centra pre poruchy pohybu nemocnice Ruijin, ktorá je pridružená k Lekárskej fakulte Univerzity Šanghaj Jiao Tong. Kritériá boli: (1) vek 25 – 85 rokov, (2) pacienti s ET boli diagnostikovaní podľa kritérií pracovnej skupiny MDS 42 a PD bola diagnostikovaná podľa kritérií MDS 43, (3) všetci pacienti neužívali lieky proti PD pred odberom vzoriek. (4) Skupina ET užívala pred odberom vzoriek stolice iba β-blokátory alebo žiadne súvisiace lieky. Vybraní boli aj HC zodpovedajúci veku, pohlaviu a indexu telesnej hmotnosti (BMI). Kritériá vylúčenia boli: (1) vegetariáni, (2) zlá výživa, (3) chronické ochorenia gastrointestinálneho traktu (vrátane zápalového ochorenia čriev, žalúdočných alebo dvanástnikových vredov), (4) závažné chronické ochorenia (vrátane zhubných nádorov), srdcové zlyhanie, zlyhanie obličiek, hematologické ochorenia), (5) anamnéza rozsiahlej operácie gastrointestinálneho traktu, (6) chronická alebo pravidelná konzumácia jogurtu, (7) užívanie akýchkoľvek probiotík alebo antibiotík počas 1 mesiaca, (8) chronické užívanie kortikosteroidov, inhibítorov protónovej pumpy, statínov, metformínu, imunosupresív alebo protirakovinových liekov a (9) závažné kognitívne poškodenie, ktoré interferuje s klinickými skúškami.
Všetci účastníci poskytli informácie o anamnéze, hmotnosti a výške na výpočet BMI a podstúpili neurologické vyšetrenie a klinické hodnotenie, ako napríklad skóre úzkosti podľa Hamiltonovej škály hodnotenia úzkosti (HAMA) 44, skóre Hamiltonovej škály hodnotenia depresie-17 (HAMD-17) 45, depresiu, závažnosť zápchy pomocou Wexnerovej škály zápchy 46 a Bristolskej škály stolice 47 a kognitívny výkon pomocou Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Škála pre hodnotenie autonómnych symptómov Parkinsonovej choroby (SCOPA-AUT) 49 skúmala autonómnu dysfunkciu u pacientov s ET a PD. U pacientov s ET boli vyšetrené Fan-Tolos-Marinova klinická škála hodnotenia tremoru (FTM) a Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 The Tremor Study Group (TRG) 50; bola vyšetrená Kinsonova škála hodnotenia choroby (MDS-UPDRS) verzia 51 sponzorovaná United Parkinson's Disease Association a stupeň 52 podľa Hoehna a Yahra (HY).
Každý účastník bol požiadaný, aby ráno odobral vzorku stolice pomocou nádoby na odber stolice. Nádoby boli premiestnené do ľadu a pred spracovaním uskladnené pri teplote -80 °C. Analýza SCFA sa vykonala podľa rutinných postupov spoločnosti Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Od každého subjektu sa odobralo 400 mg čerstvých vzoriek stolice a po rozomletí a predbežnej sonikácii sa analyzovalo pomocou SCFA. Vybrané SCFA v stolici sa analyzovali pomocou plynovej chromatografie s hmotnostnou spektrometriou (GC-MS) a kvapalinovej chromatografie s tandemovou MS (LC-MS/MS).
DNA bola extrahovaná z 200 mg vzoriek pomocou súpravy QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Nemecko) podľa pokynov výrobcu. Mikrobiálne zloženie bolo stanovené sekvenovaním génu 16S rRNA na DNA izolovanej z výkalov amplifikáciou oblasti V3-V4. DNA bola otestovaná analýzou vzorky na 1,2 % agarózovom géli. Amplifikácia génu 16S rRNA pomocou polymerázovej reťazovej reakcie (PCR) bola vykonaná s použitím univerzálnych bakteriálnych primerov (357 F a 806 R) a dvojkrokovej amplikónovej knižnice vytvorenej na platforme Novaseq.
Spojité premenné sú vyjadrené ako priemer ± štandardná odchýlka a kategorické premenné sú vyjadrené ako čísla a percentá. Na testovanie homogenity rozptylov sme použili Leveneov test. Porovnania sme vykonali pomocou obojstranných t-testov alebo analýzy rozptylu (ANOVA), ak boli premenné normálne rozdelené, a neparametrických Mann-Whitneyho U testov, ak boli porušené predpoklady normality alebo homoskedasticity. Na kvantifikáciu diagnostického výkonu modelu a preskúmanie schopnosti SCFA rozlíšiť pacientov s ET od pacientov s HC alebo PD sme použili plochu pod krivkou ROC (Receiver Operating Characteristic) (AUC). Na preskúmanie vzťahu medzi SCFA a klinickou závažnosťou sme použili Spearmanovu korelačnú analýzu. Štatistická analýza sa vykonala pomocou softvéru SPSS (verzia 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) s hladinou významnosti (vrátane hodnoty P a FDR-P) nastavenou na 0,05 (obojstranná analýza).
Sekvencie 16S boli analyzované pomocou kombinácie softvéru Trimmomatic (verzia 0.35), Flash (verzia 1.2.11), UPARSE (verzia v8.1.1756), mothur (verzia 1.33.3) a R (verzia 3.6.3). Nespracované údaje o génoch 16S rRNA boli spracované pomocou UPARSE na generovanie operačných taxonomických jednotiek (OTU) s 97 % identitou. Taxonómie boli špecifikované pomocou Silva 128 ako referenčnej databázy. Pre ďalšiu analýzu bola vybraná generická úroveň údajov o relatívnej abundancii. Na porovnanie medzi skupinami (ET vs. HC, ET vs. PD) bola použitá analýza veľkosti efektu lineárnej diskriminačnej analýzy (LDA) s prahom α 0,05 a prahom veľkosti efektu 2,0. Diskriminačné rody identifikované analýzou LEfSE boli ďalej použité na Spearmanovu korelačnú analýzu SCFA.
Viac informácií o dizajne štúdie nájdete v abstrakte správy o prirodzenom výskume, ktorý je súčasťou tohto článku.
Nespracované sekvenčné dáta 16S sú uložené v databáze BioProject Národného centra pre biotechnologické informácie (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o.=acc_s%3Aa. Ďalšie relevantné údaje sú k dispozícii príslušnému autorovi na základe odôvodnenej žiadosti, ako napríklad vedecká spolupráca a akademické výmeny s kompletnými výskumnými projektmi. Prenos údajov tretím stranám bez nášho súhlasu nie je povolený.
Iba otvorený zdrojový kód s kombináciou programov Trimmomatic (verzia 0.35), Flash (verzia 1.2.11), UPARSE (verzia v8.1.1756), mothur (verzia 1.33.3) a R (verzia 3.6.3) s použitím predvolených nastavení alebo sekcie „Metóda“. Ďalšie objasňujúce informácie môžu byť poskytnuté príslušnému autorovi na základe odôvodnenej žiadosti.
Pradeep S a Mehanna R. Gastrointestinálne poruchy pri hyperkinetických pohybových poruchách a ataxii. Súvisiace s Parkinsonovou chorobou. Zmätenosť. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED a Faust, PL Patológia esenciálneho tremoru: neurodegenerácia a reorganizácia neuronálnych spojení. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Je esenciálny tremor primárnou poruchou GABA dysfunkcie? Áno. internacionalita. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ a Katara DP Os črevo-mozog: dva spôsoby signalizácie pri Parkinsonovej chorobe. Bunkové molekuly. Neurobiológia. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Os mikrobiota-mozog-črevo a neurodegeneratívne ochorenia. current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR a He, XX Transplantácia fekálnej mikrobioty súčasne zlepšuje esenciálny tremor a syndróm dráždivého čreva u pacientov. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. a kol. Špecifické zmeny v črevnej mikrobiote pri esenciálnom tremore a ich odlíšenie od Parkinsonovej choroby. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J a Wang D. Kľúčová úloha mikrobioty v regulácii neuronálne-gliálne-epitelových jednotiek. Odolnosť voči infekciám. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. a kol. Patológia duodenálneho alfa-synukleínu a črevná glióza pri progresívnej Parkinsonovej chorobe. pohyb. zmätenosť. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. a kol. Protilátky proti alfa-synukleínu 5G4 rozpoznávajú manifestnú Parkinsonovu chorobu a prodromálnu Parkinsonovu chorobu v sliznici hrubého čreva. pohyb. zmätenosť. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M a Fasano A. Súčasnosť esenciálneho tremoru a Parkinsonovej choroby. Súvisí s Parkinsonovou chorobou. Zmätenosť. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR a kol. Črevná mikrobiota moduluje motorické deficity a neurozápal v modeloch Parkinsonovej choroby. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM a kol. Mastné kyseliny s krátkym reťazcom a črevná mikrobiota sa líšia medzi pacientmi s Parkinsonovou chorobou a kontrolnou skupinou rovnakého veku. Súvisí s Parkinsonovou chorobou. zmätenosť. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E a Elinav E. Metabolity regulované mikrobiómom na rozhraní imunitného systému hostiteľa. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).