Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best resultat anbefaler vi at du bruker en nyere versjon av nettleseren din (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten styling eller JavaScript.
Tidlig diagnose av essensiell tremor (ET) kan være utfordrende, spesielt når man skilles fra friske kontrollpersoner (HC) og Parkinsons sykdom (PD). Nylig har analyse av avføringsprøver for tarmmikrobiota og dens metabolitter gitt nye metoder for å oppdage nye biomarkører for nevrodegenerative sykdommer. Kortkjedede fettsyrer (SCFA), som hovedmetabolitten i tarmfloraen, er redusert i avføring ved PD. Imidlertid har fekal SCFA aldri blitt studert ved ET. Vi hadde som mål å undersøke fekale nivåer av SCFA ved ET, vurdere deres forhold til kliniske symptomer og tarmmikrobiota, og bestemme deres potensielle diagnostiske evne. Fekal SCFA og tarmmikrobiota ble målt i 37 ET-er, 37 nye PD-er og 35 HC-er. Forstoppelse, autonom dysfunksjon og alvorlighetsgrad av tremor ble vurdert ved hjelp av skalaer. Fekale nivåer av propionat, butyrat og isobutyrat var lavere ved ET enn i HC. En kombinasjon av propionsyre, smørsyre og isobutyrsyre skilte eternitt (ET) fra hepatisk fett (HC) med en AUC på 0,751 (95 % KI: 0,634–0,867). Nivåene av isovalerinsyre og isobutyrsyre i avføringen var lavere ved ET enn ved PD. Isovalerinsyre og isobutyrsyre skiller mellom ET og PD med en AUC på 0,743 (95 % KI: 0,629–0,857). Fekal propionat er omvendt assosiert med forstoppelse og autonom dysfunksjon. Isobutyrsyre og isovalerinsyre er omvendt relatert til alvorlighetsgraden av tremor. Nedgangen i fekale kortkolfettsyrer (SCFA) var assosiert med en reduksjon i forekomsten av Faecalibacterium og Streptobacterium i ET. Dermed synker innholdet av kortkolfettsyrer i avføring ved ET og er assosiert med alvorlighetsgraden av det kliniske bildet og endringer i tarmmikrobiotaen. Fekal propionat, butyrat, isobutyrat og isovalat kan være potensielle diagnostiske og differensialdiagnostiske biomarkører for ET.
Essensiell tremor (ET) er en progressiv, kronisk nevrodegenerativ lidelse som primært er karakterisert av tremor i øvre ekstremiteter, som også kan påvirke andre deler av kroppen, som hode, stemmebånd og nedre ekstremiteter 1. Kliniske trekk ved ET inkluderer ikke bare motoriske symptomer, men også noen ikke-motoriske tegn, inkludert gastrointestinal sykdom 2. Tallrike studier har blitt utført for å undersøke de patologiske og fysiologiske egenskapene til essensiell tremor, men klare patofysiologiske mekanismer har ikke blitt identifisert 3,4; Nyere studier tyder på at dysfunksjon i mikrobiota-tarm-hjerne-aksen kan bidra til nevrodegenerative sykdommer, og det er økende bevis for en potensiell toveis kobling mellom tarmmikrobiotaen og nevrodegenerative sykdommer 5,6. Det er verdt å merke seg at i én kasusrapport forbedret transplantasjon av fekal mikrobiota både essensiell tremor og irritabel tarm-syndrom hos en pasient, noe som kan indikere en nær sammenheng mellom tarmmikrobiota og essensiell tremor. I tillegg fant vi også spesifikke endringer i tarmmikrobiotaen hos pasienter med ET, noe som sterkt støtter den viktige rollen tarmdysbiose spiller i ET 8.
Når det gjelder tarmdysbiose ved nevrodegenerative sykdommer, er PD den mest studerte5. En ubalansert mikrobiota kan øke tarmpermeabiliteten og aktivere intestinal glia, noe som fører til alfa-synukleinopatier9,10,11. PD og ET deler noen fellestrekk, som lignende frekvens av tremor hos ET- og PD-pasienter, overlappende hviletremor (typisk tremor ved PD) og postural tremor (oftest funnet hos ET-pasienter), noe som gjør det vanskelig å skille mellom dem. tidlige stadier12. Derfor trenger vi et raskt å åpne et nyttig vindu for å skille mellom ET og PD. I denne sammenhengen kan det å studere den spesifikke tarmdysbiosen og tilhørende metabolittendringer i ET og identifisere forskjellene deres fra PD bli potensielle biomarkører for diagnose og differensialdiagnose av ET.
Kortkjedede fettsyrer (SCFA) er de viktigste metabolittene som produseres ved bakteriell fermentering av kostfiber i tarmen, og antas å spille en kritisk rolle i interaksjoner mellom tarm og hjerne13,14. SCFA tas opp av tykktarmsceller og transporteres til leveren gjennom portalvenesystemet, og noen SCFA går inn i den systemiske sirkulasjonen. SCFA har lokale effekter på å opprettholde integriteten til tarmbarrieren og fremme medfødt immunitet i tarmslimhinnen15. De har også langsiktige effekter på blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​ved å stimulere tette forbindelsesproteiner og aktivere nevroner ved å stimulere G-proteinkoblede reseptorer (GPCR-er) til å krysse BBB16. Acetat, propionat og butyrat er de mest tallrike SCFA-ene i tykktarmen. Tidligere studier har vist reduserte nivåer av eddiksyre, propionsyre og smørsyre i feces hos pasienter med Parkinsons sykdom17. Imidlertid har nivåer av SCFA i feces aldri blitt studert hos pasienter med ET.
Studien vår hadde dermed som mål å identifisere spesifikke endringer i fekal kortkulefett (SCFA) hos pasienter med intravenøs sykdom og deres forskjeller fra pasienter med Parkinsons sykdom, vurdere forholdet mellom fekal kortkulefett (SCFA) og kliniske symptomer på intravenøs sykdom og tarmmikrobiota, samt bestemme de potensielle diagnostiske og differensialdiagnostiske egenskapene til fekale prøver. KZhK. For å adressere forvirrende faktorer assosiert med anti-PD-legemidler, valgte vi pasienter med nyoppstått Parkinsons sykdom som sykdomskontroll.
De demografiske og kliniske karakteristikkene til de 37 ET-ene, 37 PD-ene og 35 HC-ene er oppsummert i tabell 1. ET-er, PD-er og HC-er ble matchet etter alder, kjønn og BMI. De tre gruppene hadde også lignende andeler av røyking, alkoholinntak og kaffe- og teinntak. Wexner-skåren (P = 0,004) og HAMD-17-skåren (P = 0,001) for PD-gruppen var høyere enn for HC-gruppen, og HAMA-skåren (P = 0,011) og HAMD-17-skåren (P = 0,011) for ET-gruppen var høyere enn for HC-gruppen. Sykdomsforløpet i ET-gruppen var betydelig lengre enn i PD-gruppen (P < 0,001).
Det var signifikante forskjeller i fekale nivåer av fekal propionsyre (P = 0,023), eddiksyre (P = 0,039), smørsyre (P = 0,020), isovalerinsyre (P = 0,045) og isosmørsyre (P = 0,015). I videre post hoc-analyse var nivåene av propionsyre (P = 0,023), smørsyre (P = 0,007) og isosmørsyre (P = 0,040) i ET-gruppen signifikant lavere enn i HC-gruppen. Pasienter med ET hadde lavere nivåer av isovalerat (P = 0,014) og isobutyrat (P = 0,005) enn pasienter med PD. I tillegg var nivåene av fekal propionsyre (P = 0,013), eddiksyre (P = 0,016) og smørsyre (P = 0,041) lavere hos pasienter med PD enn hos pasienter med CC (fig. 1 og tilleggstabell 1).
ag representerer en gruppesammenligning av henholdsvis propionsyre, eddiksyre, smørsyre, isovalerinsyre, valerinsyre, kapronsyre og isosmørsyre. Det var signifikante forskjeller i nivåene av fekal propionsyre, eddiksyre, smørsyre, isovalerinsyre og isosmørsyre mellom de tre gruppene. ET essensiell tremor, Parkinsons sykdom, frisk HC-kontroll, SCFA. Signifikante forskjeller er indikert av *P < 0,05 og **P < 0,01.
Med tanke på forskjellen i sykdomsforløp mellom ET-gruppen og PD-gruppen, studerte vi 33 pasienter med tidlig PD og 16 pasienter med ET (sykdomsforløp <3 år) for videre sammenligning (Tilleggstabell 2). Resultatene viste at innholdet av propionsyre i fekal ET var signifikant lavere enn i HA (P = 0,015). Forskjellen mellom ET og HC for smørsyre og isobutyrsyre var ikke signifikant, men det ble fortsatt observert en trend (P = 0,082). Nivåene av isobutyrat i fekal syre var signifikant lavere hos pasienter med ET sammenlignet med pasienter med PD (P = 0,030). Forskjellen mellom ET og PD for isovalerinsyre var ikke signifikant, men det var fortsatt en trend (P = 0,084). Propionsyre (P = 0,023), eddiksyre (P = 0,020) og smørsyre (P = 0,044) var signifikant lavere hos PD-pasienter enn hos HC-pasienter. Disse resultatene (tilleggsfigur 1) er generelt konsistente med hovedresultatene. Forskjellen i resultater mellom det totale utvalget og den tidlige pasientundergruppen kan skyldes den mindre utvalgsstørrelsen i undergruppen, noe som resulterer i lavere statistisk styrke i dataene.
Vi undersøkte deretter om nivåer av kortikosteroider (SCFA) i avføringen kunne skille pasienter med intrauterin leversykdom fra pasienter med uvulst i leveren eller Parkinsons sykdom. I følge ROC-analyse var forskjellen i AUC for propionatnivåer 0,668 (95 % KI: 0,538–0,797), noe som gjorde det mulig å skille pasienter med intrauterin livmorhalskreft fra hepatitt (HC). Pasienter med intrauterin livmorhalskreft og gastrisk kolitt kunne skilles ved hjelp av butyratnivåer med en AUC på 0,685 (95 % KI: 0,556–0,814). Forskjeller i isosmørsyrenivåer kan skille pasienter med intrauterin livmorhalskreft fra hepatitt med en AUC på 0,655 (95 % KI: 0,525–0,786). Ved kombinasjon av propionat-, butyrat- og isobutyratnivåer ble det oppnådd en høyere AUC på 0,751 (95 % KI: 0,634–0,867) med en sensitivitet på 74,3 % og en spesifisitet på 72,9 % (fig. 2a). For å skille mellom pasienter med eterisk infeksiøs sykdom og Parkinsons sykdom var AUC for isovalerinsyrenivåer 0,700 (95 % KI: 0,579–0,822) og for isobutyrinsyrenivåer 0,718 (95 % KI: 0,599–0,836). Kombinasjonen av isovalerinsyre- og isobutyrinsyrenivåer hadde en høyere AUC på 0,743 (95 % KI: 0,629–0,857), en sensitivitet på 74,3 % og en spesifisitet på 62,9 % (fig. 2b). I tillegg undersøkte vi om nivåene av kortkolesterol og butylsyre (SCFA) i avføring hos pasienter med Parkinsons sykdom skilte seg fra kontrollgruppen. I følge ROC-analyse var AUC for å identifisere pasienter med Parkinsons sykdom basert på forskjeller i propionsyrenivåer 0,687 (95 % KI: 0,559–0,814), med en sensitivitet på 68,6 % og en spesifisitet på 68,7 %. Forskjeller i acetatnivåer kan skille PD-pasienter fra hepatiske pasienter med en AUC på 0,674 (95 % KI: 0,542–0,805). Pasienter med Parkinsons sykdom kan kun differensieres fra ustabile kardiovaskulære pasienter ved hjelp av butyratnivåer med en AUC på 0,651 (95 % KI: 0,515–0,787). Ved kombinering av propionat-, acetat- og butyratnivåer ble det oppnådd en AUC på 0,682 (95 % KI: 0,553–0,811) (fig. 2c).
diskriminering fra Den russisk-ortodokse kirken mot ET og HC; b ROC-diskriminering av ET og PD; c ROC-diskriminering av PD og HC; ET essensiell tremor, Parkinsons sykdom, frisk HC-kontroll, kortikosteroid fettlevel (SCFA).
Hos pasienter med ET var nivået av isobutyrsyre i feces negativt korrelert med FTM-skåre (r = -0,349, P = 0,034), og nivået av isovalerinsyre i feces var negativt korrelert med FTM-skåre (r = -0,421, P = 0,001) og TETRAS-skåre (r = -0,382, P = 0,020). Hos pasienter med ET og PD var nivåene av propionat i feces negativt korrelert med SCOPA-AUT-skåre (r = −0,236, P = 0,043) (fig. 3 og tilleggstabell 3). Det var ingen signifikant korrelasjon mellom sykdomsforløp og SCFA i verken ET-gruppen (P ≥ 0,161) eller PD-gruppen (P ≥ 0,246) (tilleggstabell 4). Hos pasienter med Parkinsons sykdom var nivåene av kapronsyre i avføringen positivt korrelert med MDS-UPDRS-skårer (r = 0,335, P = 0,042). På tvers av alle deltakerne var nivåene av propionat i avføringen (r = −0,230, P = 0,016) og acetat (r = −0,210, P = 0,029) negativt korrelert med Wexner-skårer (fig. 3 og tilleggstabell 3).
Nivåer av isosmørsyre i avføringen var negativt korrelert med FTM-skårer, isovalerinsyre var negativt korrelert med FTM- og TETRAS-skårer, propionsyre var negativt korrelert med SCOPA-AUT-skårer, kapronsyre var positivt korrelert med MDS-UPDRS-skårer, og propionsyre var negativt korrelert med FTM- og TETRAS-skårer. TETRAS og eddiksyre var negativt korrelert med Wexner-skåren. MDS-UPDRS Association-sponset versjon av Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamilton Depression Rating Scale HAMD-17, 17 elementer, Hamilton Anxiety Rating Scale HAMA, HY Hoehn og Yahr stadier, SCFA, SCOPA – AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Essential Tremor Rating Scale. Signifikante forskjeller er indikert av *P < 0,05 og **P < 0,01.
Vi utforsket videre den diskriminerende naturen til tarmmikrobiotaen ved hjelp av LEfSE-analyse og valgte genusens relative forekomstdatanivå for videre analyse. Sammenligninger ble gjort mellom ET og HC og mellom ET og PD. Spearman-korrelasjonsanalyse ble deretter utført på den relative forekomsten av tarmmikrobiota og fekale SCFA-nivåer i de to sammenligningsgruppene.
Faecalibacterium (korrelert med smørsyre, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (korrelert med smørsyre, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (korrelert med propionsyre, r = 0,327) var tilstede i analysen av ET og CA. , P = 0,005; korrelert med smørsyre, r = 0,374, P = 0,001; korrelerer med isosmørsyre, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (korrelerer med propionsyre, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (korrelerer med propionat, r = 0,249, P = 0,035), og Candidatus Arthromitus (korrelerer med isosmørsyre, r = 0,302, P = 0,010) synker i ET og er positivt korrelert med fekale SCFA-nivåer. Imidlertid økte Stenotropomonas-forekomsten i ET og var negativt korrelert med fekale isobutyratnivåer (r = -0,250, P = 0,034). Etter FDR-justering var det bare korrelasjonen mellom Faecalibacterium, Catenibacter og SCFA som forble signifikant (P ≤ 0,045) (fig. 4 og tilleggstabell 5).
Korrelasjonsanalyse av ET og HC. Etter FDR-justering ble det funnet at forekomsten av Faecalibacterium (positivt assosiert med butyrat) og Streptobacterium (positivt assosiert med propionat, butyrat og isobutyrat) var redusert i ET og positivt assosiert med SCFA-nivåer i feces. b Korrelasjonsanalyse av ET og PD. Etter FDR-justering ble det ikke funnet noen signifikante assosiasjoner. ET essensiell tremor, Parkinsons sykdom, frisk HC-kontroll, SCFA. Signifikante forskjeller er indikert av *P < 0,05 og **P < 0,01.
Ved analyse av ET versus PD ble det funnet at Clostridium trichophyton var økt i ET og korrelert med fekal isovalerinsyre (r = -0,238, P = 0,041) og isosmørsyre (r = -0,257, P = 0,027). Etter FDR-justering forble begge signifikante (P≥0,295) (figur 4 og tilleggstabell 5).
Denne studien er en omfattende studie som undersøker nivåer av kortkjedede fettsyrer (SCFA) i avføringen og korrelerer dem med endringer i tarmfloraen og alvorlighetsgraden av symptomer hos pasienter med intravenøs tarmflora sammenlignet med pasienter med ustabile kardiovaskulære komplikasjoner (CU) og Parkinsons sykdom (PD). Vi fant at nivåene av kortkjedede fettsyrer (SCFA) i avføringen var redusert hos pasienter med ET og var assosiert med klinisk alvorlighetsgrad og spesifikke endringer i tarmfloraen. Kumulative nivåer av kortkjedede fettsyrer (SCFA) i avføringen skiller ET fra GC og PD.
Sammenlignet med GC-pasienter har ET-pasienter lavere fekale nivåer av propionsyre, smørsyre og isosmørsyre. Kombinasjonen av propionsyre, smørsyre og isosmørsyre skilte ET og HC ut med en AUC på 0,751 (95 % KI: 0,634–0,867), en sensitivitet på 74,3 % og en spesifisitet på 72,9 %, noe som indikerer bruken av dem som diagnostiske biomarkører for den potensielle rollen til ET. Videre analyse viste at fekale propionsyrenivåer var negativt korrelert med Wexner-skåren og SCOPA-AUT-skåren. Fekale isosmørsyrenivåer var omvendt korrelert med FTM-skårer. På den annen side var en reduksjon i butyratnivåer i ET assosiert med en reduksjon i forekomsten av SCFA-produserende mikrobiota, Faecalibacterium og Categorybacter. I tillegg var reduksjoner i Catenibacter-forekomst i ET også assosiert med reduksjoner i fekale propionsyre- og isosmørsyrenivåer.
De fleste kortkjedede fettsyrene som produseres i tykktarmen tas opp av kolonocytter primært gjennom H+-avhengige eller natriumavhengige monokarboksylattransportører. Absorberte kortkjedede fettsyrer brukes som energikilde for kolonocytter, mens de som ikke metaboliseres i kolonocytter transporteres inn i portalsirkulasjonen 18. Kortkjedede fettsyrer kan påvirke tarmmotilitet, forbedre tarmbarrierefunksjonen og påvirke vertsmetabolismen og immuniteten 19. Det ble tidligere funnet at fekale konsentrasjoner av butyrat, acetat og propionat var redusert hos PD-pasienter sammenlignet med HC-er 17, noe som er i samsvar med våre resultater. Studien vår fant en reduksjon i kortkjedede fettsyrer hos pasienter med ET, men lite er kjent om rollen til kortkjedede fettsyrer i patologien til ET. Butyrat og propionat kan binde seg til GPCR-er og påvirke GPCR-avhengig signalering som MAPK- og NF-κB20-signalering. Det grunnleggende konseptet bak tarm-hjerne-aksen er at kortkjedede fettsyrer som skilles ut av tarmmikrober kan påvirke vertssignalering, og dermed påvirke tarm- og hjernefunksjon. Fordi butyrat og propionat har potente hemmende effekter på histondeacetylase (HDAC)-aktivitet21 og butyrat også kan fungere som en ligand for transkripsjonsfaktorer, har de brede effekter på vertens metabolisme, differensiering og proliferasjon, først og fremst på grunn av deres innflytelse på genregulering22. Basert på bevis fra SCFA og nevrodegenerative sykdommer, anses butyrat som en terapeutisk kandidat på grunn av dens evne til å korrigere svekket HDAC-aktivitet, noe som kan mediere dopaminerg nevrondød ved PD23,24,25. Dyrestudier har også vist smørsyres evne til å forhindre dopaminerg nevrondegenerasjon og forbedre bevegelsesforstyrrelser i PD-modeller26,27. Propionsyre har vist seg å begrense inflammatoriske responser og beskytte integriteten til BBB28,29. Studier har vist at propionsyre fremmer overlevelsen av dopaminerge nevroner som respons på rotenontoksisitet i PD-modeller30 og at oral administrering av propionsyre redder dopaminerg nevrontap og motoriske underskudd hos mus med PD31. Lite er kjent om funksjonen til isobutyrsyre. En nylig studie fant imidlertid at kolonisering av mus med B. ovale økte intestinalt SCFA-innhold (inkludert acetat, propionat, isobutyrat og isovalat) og intestinal GABA-konsentrasjon, noe som fremhever at det er etablert en sammenheng mellom tarmmikrobiota og intestinale SCFA-konsentrasjoner av nevrotransmittere32. Ved ET inkluderer unormale patologiske endringer i lillehjernen endringer i Purkinje-celleaksoner og dendritter, forskyvning og tap av Purkinje-celler, endringer i kurvcelleaksoner, abnormiteter i ascenderende fiberforbindelser med Purkinje-celledistribusjon og endringer i GABA-reseptorer i dentatkjernen, noe som fører til en reduksjon i GABAergisk produksjon fra lillehjernen3,4,33. Det er fortsatt uklart om SCFAer er assosiert med Purkinje-celle-nevrodegenerasjon og redusert GABA-produksjon i lillehjernen. Resultatene våre tyder på en sterk sammenheng mellom kortikosteroider (SCFA) og intravenøs ekzetra (ET), men tverrsnittsstudiedesignet tillater ingen konklusjoner om årsakssammenhengen mellom SCFA og sykdomsprosessen ved ET. Ytterligere longitudinelle oppfølgingsstudier er nødvendig, inkludert serielle målinger av SCFA i feces, samt dyrestudier som undersøker mekanismene.
SCFA antas å stimulere kontraktiliteten i den glatte muskulaturen i tykktarmen34. Mangel på SCFA vil forverre symptomene på forstoppelse, og tilskudd med SCFA kan forbedre symptomene på forstoppelse PD35. Resultatene våre indikerer også en signifikant sammenheng mellom redusert innhold av SCFA i feces og økt forstoppelse og autonom dysfunksjon hos pasienter med ET. Én kasusrapport fant at transplantasjon av mikrobiota forbedret både essensiell tremor og irritabel tarm-syndrom hos pasient 7, noe som ytterligere tyder på en nær sammenheng mellom tarmmikrobiota og ET. Derfor tror vi at fekal SCFA/mikrobiota kan påvirke vertens tarmmotilitet og det autonome nervesystemets funksjon.
Studien fant at reduserte nivåer av fekale SCFA-er i ET var assosiert med redusert forekomst av Faecalibacterium (assosiert med butyrat) og Streptobacterium (assosiert med propionat, butyrat og isobutyrat). Etter FDR-korreksjon er denne sammenhengen fortsatt signifikant. Faecalibacterium og Streptobacterium er SCFA-produserende mikroorganismer. Faecalibacterium er kjent for å være en butyratproduserende mikroorganisme36, mens hovedproduktene fra Catenibacter-fermentering er acetat, butyrat og melkesyre37. Faecalibacterium ble påvist i 100 % av både ET- og HC-gruppene; median relativ forekomst av ET-gruppen var 2,06 % og HC-gruppen var 3,28 % (LDA 3,870). Kategoribakterien ble påvist i 21,6 % (8/37) av HC-gruppen og bare i én prøve av ET-gruppen (1/35). Nedgangen og manglende detekterbarhet av streptobakterier i ET kan også indikere en korrelasjon med sykdommens patogenitet. Median relativ forekomst av Catenibacter-arter i HC-gruppen var 0,07 % (LDA 2,129). I tillegg var melkesyrebakterier assosiert med endringer i fekal butyrat (P = 0,016, P = 0,096 etter FDR-justering), og artrittkandidat var assosiert med endringer i isobutyrat (P = 0,016, P = 0,072 etter FDR-justering). Etter FDR-korreksjon gjenstår bare korrelasjonstrenden, som ikke er statistisk signifikant. Laktobasiller er også kjent for å være SCFA-produsenter (eddiksyre, propionsyre, isosmørsyre, smørsyre) 38, og Candidatus Arthromitus er en spesifikk induser av T-hjelper 17 (Th17) celledifferensiering, med Th1/2 og Tregs assosiert med immunbalanse /Th1739. En nylig studie antyder at forhøyede nivåer av fekal pseudoartritt kan bidra til betennelse i tykktarmen, dysfunksjon i tarmbarrieren og systemisk betennelse 40. Clostridium trichoides-nivåene var økte ved ET sammenlignet med PD. Forekomsten av Clostridium trichoides ble funnet å være negativt korrelert med isovalerinsyre og isosmørsyre. Etter FDR-justering forble begge signifikante (P≥0,295). Clostridium pilosum er en bakterie kjent for å være assosiert med betennelse og kan bidra til dysfunksjon i tarmbarrieren 41. Vår tidligere studie rapporterte endringer i tarmmikrobiotaen hos pasienter med ET8. Her rapporterer vi også endringer i SCFA ved ET og identifiserer en sammenheng mellom tarmdysbiose og endringer i SCFA. Reduserte SCFA-nivåer er nært assosiert med tarmdysbiose og alvorlighetsgraden av tremor ved ET. Våre resultater antyder at tarm-hjerne-aksen kan spille en viktig rolle i patogenesen til ET, men ytterligere studier i dyremodeller er nødvendig.
Sammenlignet med pasienter med PD har pasienter med eternitt (ET) lavere nivåer av isovalerinsyre og isosmørsyre i avføringen. Kombinasjonen av isovalerinsyre og isosmørsyre identifiserte eternitt (ET) ved PD med en AUC på 0,743 (95 % KI: 0,629–0,857), en sensitivitet på 74,3 % og en spesifisitet på 62,9 %, noe som tyder på deres potensielle rolle som biomarkører i differensialdiagnosen av eternitt. . Nivåer av isovalerinsyre i avføringen var omvendt korrelert med FTM- og TETRAS-score. Nivåer av isobutyrsyre i avføringen var omvendt korrelert med FTM-score. Nedgangen i isobutyrinsyrenivåer var assosiert med en reduksjon i forekomsten av katobakterier. Lite er kjent om funksjonene til isovalerinsyre og isosmørsyre. En tidligere studie viste at kolonisering av mus med B. ovale økte mengden av intestinale kortkolfettsyrer (inkludert acetat, propionat, isobutyrat og isovalat) og intestinale GABA-konsentrasjoner, noe som fremhever den intestinale koblingen mellom mikrobiota og intestinale kortkolfettsyre/nevrotransmitterkonsentrasjoner32. Interessant nok var de observerte isosmørsyrenivåene like mellom PD- og HC-gruppene, men varierte mellom ET- og PD- (eller HC)-gruppene. Isosmørsyre kunne skille mellom ET og PD med en AUC på 0,718 (95 % KI: 0,599–0,836) og identifisere ET og NC med en AUC på 0,655 (95 % KI: 0,525–0,786). I tillegg korrelerer isosmørsyrenivåene med alvorlighetsgraden av tremor, noe som ytterligere styrker assosiasjonen med ET. Spørsmålet om oral isosmørsyre kan redusere alvorlighetsgraden av tremor hos pasienter med ET fortjener videre studier.
Dermed er innholdet av kortkolesterol fettsyrer (SCFA) i avføringen redusert hos pasienter med ET, og det er assosiert med den kliniske alvorlighetsgraden av ET og spesifikke endringer i tarmmikrobiotaen. Fekal propionat, butyrat og isobutyrat kan være diagnostiske biomarkører for ET, mens isobutyrat og isovarat kan være differensialdiagnostiske biomarkører for ET. Endringer i fekal isobutyrat kan være mer spesifikke for ET enn endringer i andre kortkolesterol fettsyrer.
Studien vår har flere begrensninger. For det første kan kostholdsmønstre og matpreferanser påvirke mikrobiotauttrykk, større studieutvalg i forskjellige populasjoner er nødvendige, og fremtidige studier bør introdusere omfattende og systematiske kostholdsundersøkelser, som spørreskjemaer om matfrekvens. For det andre utelukker tverrsnittsstudiedesignet enhver konklusjon angående en årsakssammenheng mellom kortikosteroidfett (SCFA) og sykdomsprosessen ved intravenøs maturasjon (ET). Ytterligere langsiktige oppfølgingsstudier med serielle målinger av SCFA-nivåer i feces er nødvendige. For det tredje bør de diagnostiske og differensialdiagnostiske egenskapene til SCFA-nivåer i feces valideres ved hjelp av uavhengige prøver fra ET, HC og PD. Flere uavhengige avføringsprøver bør testes i fremtiden. Til slutt hadde pasienter med PD i vår kohort betydelig kortere sykdomsvarighet enn pasienter med ET. Vi matchet hovedsakelig ET, PD og HC etter alder, kjønn og BMI. Gitt forskjellen i sykdomsforløp mellom ET-gruppen og PD-gruppen, studerte vi også 33 pasienter med tidlig PD og 16 pasienter med ET (sykdomsvarighet ≤3 år) for videre sammenligning. Forskjellene i SCFA mellom gruppene var generelt i samsvar med våre primærdata. I tillegg fant vi ingen korrelasjon mellom sykdomsvarighet og endringer i kortere fettlevel (SCFA). I ​​fremtiden vil det imidlertid være best å rekruttere pasienter med PD og ET på et tidlig stadium med kortere sykdomsvarighet for å fullføre valideringen i et større utvalg.
Studieprotokollen ble godkjent av etikkomiteen ved Ruijin Hospital tilknyttet Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (RHEC2018-243). Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra alle deltakerne.
Mellom januar 2019 og desember 2022 ble 109 personer (37 med ET, 37 med PD og 35 med HC) fra Movement Disorder Center Clinic ved Ruijin Hospital, tilknyttet Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, inkludert i denne studien. Kriteriene var: (1) alder 25–85 år, (2) pasienter med ET ble diagnostisert i henhold til MDS Working Group-kriteriene 42 og PD ble diagnostisert i henhold til MDS-kriteriene 43, (3) ingen pasienter tok anti-PD-legemidler før prøvetaking i stolen. (4) ET-gruppen tok kun β-blokkere eller ingen relaterte legemidler før avføringsprøver ble tatt. HC-er matchet med alder, kjønn og kroppsmasseindeks (BMI) ble også valgt. Eksklusjonskriteriene var: (1) vegetarianere, (2) dårlig ernæring, (3) kroniske sykdommer i mage-tarmkanalen (inkludert inflammatorisk tarmsykdom, magesår eller tolvfingertarmsår), (4) alvorlige kroniske sykdommer (inkludert ondartede svulster), hjertesvikt, nyresvikt, hematologiske sykdommer) (5) Tidligere større mage-tarmkirurgi, (6) Kronisk eller regelmessig inntak av yoghurt, (7) Bruk av probiotika eller antibiotika i 1 måned, (8) Kronisk bruk av kortikosteroider, protonpumpehemmere, statiner, metformin, immunsuppressive midler eller kreftmedisiner og (9) alvorlig kognitiv svikt som forstyrrer kliniske studier.
Alle forsøkspersonene oppga sykehistorie, vekt- og høydeinformasjon for å beregne BMI, og gjennomgikk en nevrologisk undersøkelse og klinisk vurdering som Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) 44 angstskåre, Hamilton Depression Rating Scale-17 skåre (HAMD-17) 45. depresjon, alvorlighetsgrad av forstoppelse ved bruk av Wexner Constipation Scale 46 og Bristol Stool Scale 47 og kognitiv ytelse ved bruk av Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Scale for the Assessment of Autonomic Symptoms of Parkinson's Disease (SCOPA-AUT) 49 undersøkte autonom dysfunksjon hos pasienter med ET og PD. Fana-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) og Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50. Tremor Study Group (TRG) 50 ble undersøkt hos pasienter med ET; Kinson's Disease Rating Scale (MDS-), sponset av United Parkinson's Disease Association; UPDRS versjon 51 og Hoehn og Yahr (HY) versjon 52 ble undersøkt.
Hver deltaker ble bedt om å samle en avføringsprøve om morgenen ved hjelp av en avføringsbeholder. Overfør beholderne til is og oppbevar ved -80 °C før behandling. SCFA-analyse ble utført i henhold til rutinemessig drift av Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. 400 mg ferske avføringsprøver ble samlet inn fra hver deltaker og analysert ved hjelp av SCFA etter maling og sonikering. Utvalgte SCFA i avføring ble analysert ved hjelp av gasskromatografi-massespektrometri (GC-MS) og væskekromatografi-tandem MS (LC-MS/MS).
DNA ble ekstrahert fra 200 mg prøver ved bruk av QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Tyskland) i henhold til produsentens instruksjoner. Mikrobiell sammensetning ble bestemt ved å sekvensere 16S rRNA-genet på DNA isolert fra avføring ved å amplifisere V3-V4-regionen. Test DNA-et ved å kjøre prøven på en 1,2 % agarosegel. Polymerasekjedereaksjon (PCR)-amplifisering av 16S rRNA-genet ble utført ved bruk av universelle bakterieprimere (357 F og 806 R) og et totrinns amplikonbibliotek konstruert på Novaseq-plattformen.
Kontinuerlige variabler uttrykkes som gjennomsnitt ± standardavvik, og kategoriske variabler uttrykkes som tall og prosentandeler. Vi brukte Levenes test for å teste homogeniteten i variansene. Sammenligninger ble gjort ved hjelp av tosidige t-tester eller variansanalyse (ANOVA) hvis variablene var normalfordelte, og ikke-parametriske Mann-Whitney U-tester hvis forutsetningene om normalitet eller homoskedastisitet ble brutt. Vi brukte arealet under ROC-kurven (AUC) for å kvantifisere modellens diagnostiske ytelse og undersøke SCFAs evne til å skille pasienter med ET fra de med HC eller PD. For å undersøke forholdet mellom SCFA og klinisk alvorlighetsgrad brukte vi Spearman korrelasjonsanalyse. Statistisk analyse ble utført ved hjelp av SPSS-programvare (versjon 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) med signifikansnivået (inkludert P-verdi og FDR-P) satt til 0,05 (tosidig).
16S-sekvensene ble analysert ved hjelp av en kombinasjon av Trimmomatic (versjon 0.35), Flash (versjon 1.2.11), UPARSE (versjon v8.1.1756), mothur (versjon 1.33.3) og R (versjon 3.6.3) programvare. Rå 16S rRNA-gendata ble behandlet ved hjelp av UPARSE for å generere operative taksonomiske enheter (OTU-er) med 97 % identitet. Taksonomier ble spesifisert ved hjelp av Silva 128 som referansedatabase. Det generiske nivået av relative forekomstdata ble valgt for videre analyse. Lineær diskriminantanalyse (LDA) effektstørrelsesanalyse (LEfSE) ble brukt til sammenligninger mellom grupper (ET vs. HC, ET vs. PD) med en α-terskel på 0,05 og en effektstørrelsesterskel på 2,0. Diskriminantslekter identifisert ved LEfSE-analyse ble videre brukt til Spearman-korrelasjonsanalyse av SCFA.
For mer informasjon om studiedesignet, se Natural Research Report Abstract som er knyttet til denne artikkelen.
Rå 16S-sekvenseringsdata er lagret i National Center for Biotechnology Information (NCBI) BioProject-databasen (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc=SRP438900&o.=acc_s%3Aa. Andre relevante data er tilgjengelige for den korresponderende forfatteren på rimelig forespørsel, for eksempel vitenskapelige samarbeid og akademiske utvekslinger med fullstendige forskningsprosjekter. Ingen overføring av data til tredjeparter uten vårt samtykke er tillatt.
Kun åpen kildekode med en kombinasjon av Trimmomatic (versjon 0.35), Flash (versjon 1.2.11), UPARSE (versjon v8.1.1756), mothur (versjon 1.33.3) og R (versjon 3.6.3), ved bruk av standardinnstillinger eller avsnittet «Metode». Ytterligere avklarende informasjon kan gis til den korresponderende forfatteren på rimelig forespørsel.
Pradeep S og Mehanna R. Gastrointestinale lidelser ved hyperkinetiske bevegelsesforstyrrelser og ataksi. Assosiert med Parkinsons sykdom. forvirring. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED og Faust, PL. Patologi ved essensiell tremor: nevrodegenerasjon og reorganisering av nevrale forbindelser. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Er essensiell tremor en primær lidelse ved Gaba-dysfunksjon? Ja. Internationality. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ og Katara DP. Tarm-hjerne-aksen: to signaleringsmåter ved Parkinsons sykdom. Cellulære molekyler. Nevrobiologi. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Mikrobiota-hjerne-tarm-aksen og nevrodegenerative sykdommer. current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR og He, XX Transplantasjon av fekal mikrobiota forbedrer samtidig essensiell tremor og irritabel tarm-syndrom hos pasienter. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. et al. Spesifikke endringer i tarmmikrobiotaen ved essensiell tremor og deres differensiering fra Parkinsons sykdom. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J og Wang D. Mikrobiotas kritiske rolle i reguleringen av nevronale-gliale-epiteliale enheter. Resistens mot infeksjoner. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. et al. Patologi av duodenal alfa-synuklein og intestinal gliose ved progressiv Parkinsons sykdom. bevegelse. forvirring. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Antistoffer mot alfa-synuclein 5G4 gjenkjenner åpenbar Parkinsons sykdom og prodromal Parkinsons sykdom i tykktarmsslimhinnen. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M og Fasano A. Sammenfall av essensiell tremor og Parkinsons sykdom. Assosiert med Parkinsons sykdom. forvirring. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR et al. Tarmfloraen modulerer motoriske underskudd og nevroinflammasjon i modeller av Parkinsons sykdom. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM et al. Kortkjedede fettsyrer og tarmmikrobiota er forskjellige mellom pasienter med Parkinsons sykdom og aldersmatchede kontrollpersoner. Assosiert med Parkinsons sykdom. forvirring. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E og Elinav E. Metabolitter regulert av mikrobiomet ved vertens immungrensesnitt. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).