Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme používat novější verzi prohlížeče (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Prozatím, abychom zajistili průběžnou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Včasná diagnostika esenciálního tremoru (ET) může být náročná, zejména při odlišení od zdravých kontrol (HC) a Parkinsonovy choroby (PD). Nedávná analýza vzorků stolice na střevní mikrobiotu a její metabolity poskytla nové metody pro objevování nových biomarkerů neurodegenerativních onemocnění. Mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA), jako hlavní metabolit střevní flóry, jsou u PD ve stolici sníženy. SCFA ve stolici však u ET nikdy nebyly studovány. Naším cílem bylo zkoumat hladiny SCFA ve stolici u ET, posoudit jejich vztah ke klinickým symptomům a střevní mikrobiotě a určit jejich potenciální diagnostickou schopnost. SCFA ve stolici a střevní mikrobiota byly měřeny u 37 ET, 37 nových PD a 35 HC. Zácpa, autonomní dysfunkce a závažnost tremoru byly hodnoceny pomocí škál. Hladiny propionátu, butyrátu a isobutyrátu ve stolici byly u ET nižší než u HC. Kombinace kyseliny propionové, máselné a isobáselné odlišovala ET od HC s AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). Hladiny kyseliny isovalerové a kyseliny isobáselné ve stolici byly nižší u ET než u PD. Kyselina isovalerová a kyselina isobáselná rozlišovaly mezi ET a PD s AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Propionát ve stolici je nepřímo úměrný zácpě a autonomní dysfunkci. Kyselina isobáselná a kyselina isovalerová jsou nepřímo úměrné závažnosti tremoru. Pokles SCFA ve stolici byl spojen se snížením množství Faecalibacterium a Streptobacterium v ​​ET. Obsah SCFA ve stolici se tedy u ET snižuje a je spojen se závažností klinického obrazu a změnami střevní mikrobioty. Fekální propionát, butyrát, isobutyrát a isovalerát mohou být potenciálními diagnostickými a diferenciálně diagnostickými biomarkery pro ET.
Esenciální tremor (ET) je progresivní, chronické neurodegenerativní onemocnění charakterizované primárně tremorem horních končetin, který může postihnout i jiné části těla, jako je hlava, hlasivky a dolní končetiny 1 . Klinické projevy ET zahrnují nejen motorické symptomy, ale i některé nemotorické příznaky, včetně gastrointestinálních onemocnění 2 . Byla provedena řada studií zkoumajících patologické a fyziologické charakteristiky esenciálního tremoru, ale jasné patofyziologické mechanismy nebyly identifikovány 3,4 . Nedávné studie naznačují, že dysfunkce osy mikrobiota-střevo-mozek může přispívat k neurodegenerativním onemocněním a existuje stále více důkazů o potenciální obousměrné souvislosti mezi střevní mikrobiotou a neurodegenerativními onemocněními 5,6 . Zejména v jedné kazuistice transplantace fekální mikrobioty zlepšila u pacienta jak esenciální tremor, tak syndrom dráždivého tračníku, což může naznačovat úzký vztah mezi střevní mikrobiotou a esenciálním tremorem. Kromě toho jsme u pacientů s ET zjistili také specifické změny ve střevní mikrobiotě, což silně podporuje důležitou roli střevní dysbiózy u ET 8 .
Pokud jde o střevní dysbiózu u neurodegenerativních onemocnění, je Parkinsonova choroba (PD) nejčastěji studovanou oblastí5. Nevyvážená mikrobiota může zvýšit propustnost střeva a aktivovat střevní glii, což vede k alfa-synukleinopatiím9,10,11. PD a ET sdílejí některé společné rysy, jako je podobná frekvence tremoru u pacientů s ET a PD, překrývající se klidový tremor (typický tremor u PD) a posturální tremor (většinou se vyskytuje u pacientů s ET), což ztěžuje jejich rozlišení. raná stádia 12. Proto naléhavě potřebujeme otevřít užitečné okno pro rozlišení mezi ET a PD. V této souvislosti se studium specifické střevní dysbiózy a souvisejících změn metabolitů u ET a identifikace jejich rozdílů od PD může stát potenciálními biomarkery pro diagnostiku a diferenciální diagnostiku ET.
Mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) jsou hlavními metabolity produkovanými střevní bakteriální fermentací vlákniny a předpokládá se, že hrají klíčovou roli v interakcích mezi střevem a mozkem13,14. SCFA jsou přijímány buňkami tlustého střeva a transportovány do jater portálním žilním systémem a některé SCFA vstupují do systémového oběhu. SCFA mají lokální účinky na udržení integrity střevní bariéry a podporují vrozenou imunitu ve střevní sliznici15. Mají také dlouhodobé účinky na hematoencefalickou bariéru (HEB) stimulací proteinů těsného spojení a aktivací neuronů stimulací receptorů spřažených s G proteinem (GPCR) k přechodu přes HEB16. Acetát, propionát a butyrát jsou nejhojnějšími SCFA v tlustém střevě. Předchozí studie prokázaly snížené hladiny kyseliny octové, propionové a máselné ve stolici u pacientů s Parkinsonovou chorobou17. Hladiny SCFA ve stolici však u pacientů s ET nebyly nikdy studovány.
Naše studie si tedy kladla za cíl identifikovat specifické změny v fekálních SCFA u pacientů s ET a jejich rozdíly od pacientů s Parkinsonovou chorobou, posoudit vztah fekálních SCFA s klinickými příznaky ET a střevní mikrobiotou a také určit potenciální diagnostické a diferenciálně diagnostické možnosti vzorků stolice. KZhK. Abychom se vypořádali s matoucími faktory spojenými s léky proti Parkinsonově chorobě, vybrali jsme jako kontrolní skupinu pacienty s nově vzniklou Parkinsonovou chorobou.
Demografické a klinické charakteristiky 37 endokrinních pacientů (ET), 37 pacientů s poruchami funkce ledvin (PD) a 35 pacientů s poruchami zdraví (HC) jsou shrnuty v tabulce 1. ET, PD a HC byly porovnány podle věku, pohlaví a BMI. Všechny tři skupiny měly také podobný podíl kouření, pití alkoholu a pití kávy a čaje. Wexnerovo skóre (P = 0,004) a skóre HAMD-17 (P = 0,001) skupiny PD byly vyšší než u skupiny HC a skóre HAMA (P = 0,011) a skóre HAMD-17 (P = 0,011) skupiny ET byly vyšší než u skupiny HC. Průběh onemocnění ve skupině ET byl významně delší než ve skupině PD (P < 0,001).
Byly zjištěny významné rozdíly v hladinách kyseliny propionové (P = 0,023), kyseliny octové (P = 0,039), kyseliny máselné (P = 0,020), kyseliny isovalerové (P = 0,045) a kyseliny isobátové (P = 0,015) ve stolici. V další post hoc analýze byly hladiny kyseliny propionové (P = 0,023), kyseliny máselné (P = 0,007) a kyseliny isobátové (P = 0,040) ve skupině s ET významně nižší než ve skupině s HC. Pacienti s ET měli nižší hladiny isovalerátu (P = 0,014) a isobátérátu (P = 0,005) než pacienti s Parkinsonovou chorobou. Kromě toho byly hladiny kyseliny propionové ve stolici (P = 0,013), kyseliny octové (P = 0,016) a kyseliny máselné (P = 0,041) nižší u pacientů s Parkinsonovou chorobou než u pacientů s karcinomem ledvin (CC) (obr. 1 a doplňková tabulka 1).
Hodnota ag představuje skupinové srovnání kyseliny propionové, kyseliny octové, kyseliny máselné, kyseliny isovalerové, kyseliny valerové, kyseliny kapronové a kyseliny isobáté. Mezi těmito třemi skupinami byly zjištěny významné rozdíly v hladinách kyseliny propionové, kyseliny octové, kyseliny máselné, kyseliny isovalerové a kyseliny isobáté ve stolici. Esenciální tremor ET, Parkinsonova choroba, zdravá kontrola HC, SCFA. Významné rozdíly jsou označeny *P < 0,05 a **P < 0,01.
Vzhledem k rozdílu v průběhu onemocnění mezi skupinou ET a skupinou PD jsme pro další srovnání studovali 33 pacientů s časnou PD a 16 pacientů s ET (průběh onemocnění <3 roky) (doplňková tabulka 2). Výsledky ukázaly, že obsah kyseliny propionové ve stolici u ET byl významně nižší než u HA (P=0,015). Rozdíl mezi ET a HC pro kyselinu máselnou a kyselinu isobátkovou nebyl významný, ale stále byl pozorován trend (P = 0,082). Hladiny isobutyrátu ve stolici byly významně nižší u pacientů s ET ve srovnání s pacienty s PD (P = 0,030). Rozdíl mezi ET a PD kyseliny isovalerové nebyl významný, ale stále byl pozorován trend (P = 0,084). Kyselina propionová (P = 0,023), kyselina octová (P = 0,020) a kyselina máselná (P = 0,044) byly významně nižší u pacientů s PD než u pacientů s HC. Tyto výsledky (doplňkový obrázek 1) jsou obecně v souladu s hlavními výsledky. Rozdíl ve výsledcích mezi celkovým vzorkem a podskupinou pacientů s časnou praxí může být způsoben menší velikostí vzorku v podskupině, což má za následek nižší statistickou sílu dat.
Dále jsme zkoumali, zda hladiny SCFA ve stolici dokáží rozlišit pacienty s ET od pacientů s CU nebo PD. Podle ROC analýzy byl rozdíl v AUC hladin propionátu 0,668 (95% CI: 0,538–0,797), což umožnilo rozlišit pacienty s ET od HC. Pacienty s ET a GC bylo možné rozlišit podle hladin butyrátu s AUC 0,685 (95% CI: 0,556–0,814). Rozdíly v hladinách kyseliny isobutyrátové mohou rozlišit pacienty s ET od HC s AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Při kombinaci hladin propionátu, butyrátu a isobutyrátu byla získána vyšší AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) se senzitivitou 74,3 % a specificitou 72,9 % (obr. 2a). Pro rozlišení mezi pacienty s ET a PD byla AUC pro hladiny kyseliny isovalerové 0,700 (95% CI: 0,579–0,822) a pro hladiny kyseliny isobátové 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). Kombinace hladin kyseliny isovalerové a kyseliny isobátové měla vyšší AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), senzitivitu 74,3 % a specificitu 62,9 % (obr. 2b). Dále jsme zkoumali, zda se hladiny SCFA ve stolici pacientů s Parkinsonovou chorobou lišily od kontrolní skupiny. Podle ROC analýzy byla AUC pro identifikaci pacientů s PD na základě rozdílů v hladinách kyseliny propionové 0,687 (95% CI: 0,559–0,814), se senzitivitou 68,6 % a specificitou 68,7 %. Rozdíly v hladinách acetátu mohou odlišit pacienty s Parkinsonovou chorobou (PD) od pacientů s hepatitidou C (HC) s AUC 0,674 (95% CI: 0,542–0,805). Pacienty s PD lze od chronické kolitidy (CU) odlišit pouze hladinami butyrátu s AUC 0,651 (95% CI: 0,515–0,787). Při kombinaci hladin propionátu, acetátu a butyrátu byla získána AUC 0,682 (95% CI: 0,553–0,811) (obr. 2c).
diskriminace ET a HC ze strany Ruské pravoslavné církve; b diskriminace ET a PD ze strany ROC; c diskriminace PD a HC ze strany ROC; esenciální tremor ET, Parkinsonova choroba, kontrola HC u zdravých osob, SCFA.
U pacientů s ET byla hladina kyseliny isobutyrové ve stolici negativně korelována se skóre FTM (r = -0,349, P = 0,034) a hladina kyseliny isovalerové ve stolici negativně korelovala se skóre FTM (r = -0,421, P = 0,001) a skóre TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). U pacientů s ET a PD byly hladiny propionátu ve stolici negativně korelovány se skóre SCOPA-AUT (r = -0,236, P = 0,043) (obr. 3 a doplňková tabulka 3). Nebyla zjištěna žádná významná korelace mezi průběhem onemocnění a SCFA ani ve skupině ET (P ≥ 0,161), ani ve skupině PD (P ≥ 0,246) (doplňková tabulka 4). U pacientů s PD byly hladiny kyseliny kapronové ve stolici pozitivně korelovány se skóre MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). U všech účastníků byly hladiny propionátu (r = −0,230, P = 0,016) a acetátu (r = −0,210, P = 0,029) ve stolici negativně korelovány s Wexnerovým skóre (obr. 3 a doplňková tabulka 3).
Hladiny kyseliny isobutyrové ve stolici negativně korelovaly se skóre FTM, kyselina isovalerová negativně korelovala se skóre FTM a TETRAS, kyselina propionová negativně korelovala se skóre SCOPA-AUT, kyselina kapronová pozitivně korelovala se skóre MDS-UPDRS a kyselina propionová negativně korelovala se skóre FTM a TETRAS. TETRAS a kyselina octová negativně korelovaly s Wexnerovým skóre. Verze Unified Parkinson's Disease Rating Scale sponzorovaná Asociací MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamiltonova škála pro hodnocení deprese HAMD-17, 17 položek, Hamiltonova škála pro hodnocení úzkosti HAMA, HY Hoehn and Yahr stadia, SCFA, SCOPA – AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Esenciální škála pro hodnocení tremoru. Významné rozdíly jsou označeny *P < 0,05 a **P < 0,01.
Dále jsme zkoumali diskriminační povahu střevní mikrobioty pomocí LEfSE analýzy a pro další analýzu jsme zvolili úroveň dat relativní abundance rodu. Byla provedena srovnání mezi ET a HC a mezi ET a PD. Poté byla provedena Spearmanova korelační analýza relativní abundance střevní mikrobioty a hladin SCFA ve stolici ve dvou srovnávacích skupinách.
V analýze ET a CA byly přítomny Faecalibacterium (korelováno s kyselinou máselnou, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (korelováno s kyselinou máselnou, r = 0,283, P = 0,016) a Streptobacterium (korelováno s kyselinou propionovou, r = 0,327). , P = 0,005; korelováno s kyselinou máselnou, r = 0,374, P = 0,001; koreluje s kyselinou isobutyrátovou, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (koreluje s kyselinou propionovou, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (koreluje s propionátem, r = 0,249, P = 0,035) a Candidatus Arthromitus (koreluje s kyselinou isobutyrátovou, r = 0,302, P = 0,010) klesá v ET a pozitivně koreluje s hladinami SCFA ve stolici. Nicméně početnost Stenotropomonas se v ET zvýšila a negativně korelovala s hladinami isobutyrátu ve stolici (r = -0,250, P = 0,034). Po úpravě FDR zůstala signifikantní pouze korelace mezi Faecalibacterium, Catenibacter a SCFA (P ≤ 0,045) (obr. 4 a doplňková tabulka 5).
Korelační analýza ET a HC. Po úpravě FDR byla zjištěna snížená abundance Faecalibacterium (pozitivně asociovaných s butyrátem) a Streptobacterium (pozitivně asociovaných s propionátem, butyrátem a isobutyrátem) v ET a pozitivně korelovaná s hladinami SCFA ve stolici. b Korelační analýza ET a PD. Po úpravě FDR nebyly zjištěny žádné významné asociace. ET esenciální tremor, Parkinsonova choroba, zdravá kontrola HC, SCFA. Významné rozdíly jsou označeny *P < 0,05 a **P < 0,01.
Při analýze ET versus PD bylo zjištěno, že Clostridium trichophyton je ve zvýšené míře v ET a koreluje s kyselinou isovalerovou (r = -0,238, P = 0,041) a kyselinou isobutyrovou (r = -0,257, P = 0,027). Po úpravě FDR zůstaly obě hladiny významné (P ≥ 0,295) (obrázek 4 a doplňková tabulka 5).
Tato studie je komplexní studií, která zkoumá hladiny SCFA ve stolici a koreluje je se změnami střevní mikrobioty a závažností symptomů u pacientů s ET ve srovnání s pacienty s ulcerózní chorobou a Parkinsonovou chorobou. Zjistili jsme, že hladiny SCFA ve stolici byly u pacientů s ET snížené a byly spojeny s klinickou závažností a specifickými změnami střevní mikrobioty. Kumulativní hladiny mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA) ve stolici odlišují ET od GC a PD.
Ve srovnání s pacienty s GC mají pacienti s ET nižší hladiny kyseliny propionové, máselné a isobáselné ve stolici. Kombinace kyseliny propionové, máselné a isobáselné odlišovala ET a HC s AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), senzitivitou 74,3 % a specificitou 72,9 %, což naznačuje jejich použití jako diagnostických biomarkerů pro potenciální roli ET. Další analýza ukázala, že hladiny kyseliny propionové ve stolici negativně korelovaly s Wexnerovým skóre a skóre SCOPA-AUT. Hladiny kyseliny isobáselné ve stolici nepřímo korelovaly se skóre FTM. Na druhou stranu, pokles hladin butyrátu u ET byl spojen se snížením množství mikrobioty produkující SCFA, Faecalibacterium a Categorybacter. Kromě toho bylo snížení množství Catenibacter u ET také spojeno se snížením hladin kyseliny propionové a isobáselné ve stolici.
Většina SCFA produkovaných v tlustém střevě je přijímána kolonocyty primárně prostřednictvím H+-dependentních nebo sodíkově-dependentních monokarboxylátových transportérů. Absorbované mastné kyseliny s krátkým řetězcem slouží kolonocytům jako zdroj energie, zatímco ty, které nejsou v kolonocytech metabolizovány, jsou transportovány do portálního oběhu 18. SCFA mohou ovlivňovat střevní motilitu, zvyšovat funkci střevní bariéry a ovlivňovat metabolismus a imunitu hostitele 19. Dříve bylo zjištěno, že koncentrace butyrátu, acetátu a propionátu ve stolici byly u pacientů s Parkinsonovou chorobou sníženy ve srovnání s HC 17, což je v souladu s našimi výsledky. Naše studie zjistila pokles SCFA u pacientů s ET, ale o roli SCFA v patologii ET je známo jen málo. Butyrát a propionát se mohou vázat na GPCR a ovlivňovat GPCR-dependentní signalizaci, jako je signalizace MAPK a NF-κB20. Základní koncept osy střevo-mozek spočívá v tom, že SCFA vylučované střevními mikroby mohou ovlivňovat signalizaci hostitele, a tím ovlivňovat funkci střev a mozku. Protože butyrát a propionát mají silné inhibiční účinky na aktivitu histondeacetylázy (HDAC)21 a butyrát může také působit jako ligand pro transkripční faktory, mají široký vliv na metabolismus, diferenciaci a proliferaci hostitele, především díky svému vlivu na regulaci genů22. Na základě důkazů ze SCFA a neurodegenerativních onemocnění je butyrát považován za terapeutického kandidáta díky své schopnosti korigovat narušenou aktivitu HDAC, která může zprostředkovávat smrt dopaminergních neuronů u pacientů s Parkinsonovou chorobou (PD)23,24,25. Studie na zvířatech také prokázaly schopnost kyseliny máselné zabránit degeneraci dopaminergních neuronů a zlepšit pohybové poruchy u modelů PD26,27. Bylo zjištěno, že kyselina propionová omezuje zánětlivé reakce a chrání integritu hematopoetické bariéry (HBB)28,29. Studie ukázaly, že kyselina propionová podporuje přežití dopaminergních neuronů v reakci na toxicitu rotenonu u modelů PD30 a že perorální podání kyseliny propionové zachraňuje ztrátu dopaminergních neuronů a motorické deficity u myší s PD31. O funkci kyseliny isobátové je známo jen málo. Nedávná studie však zjistila, že kolonizace myší B. ovale zvýšila obsah střevních SCFA (včetně acetátu, propionátu, isobutyrátu a isovalerátu) a koncentraci GABA ve střevě, což zdůrazňuje, že byla prokázána souvislost mezi střevní mikrobiotou a koncentracemi neurotransmiterů SCFA ve střevě32. U ET zahrnují abnormální patologické změny v mozečku změny axonů a dendritů Purkyňových buněk, posunutí a ztrátu Purkyňových buněk, změny axonů košíkových buněk, abnormality ve spojení vzestupných vláken s distribucí Purkyňových buněk a změny receptorů GABA v jádrech zubaté kosti, což vede ke snížení GABAergního výstupu z mozečku3,4,33. Zůstává nejasné, zda jsou SCFA spojeny s neurodegenerací Purkyňových buněk a sníženou produkcí GABA v mozečku. Naše výsledky naznačují silnou souvislost mezi SCFA a ET, ale design průřezové studie neumožňuje žádné závěry o kauzálním vztahu mezi SCFA a chorobným procesem ET; Jsou zapotřebí další longitudinální následné studie, včetně sériového měření SCFA ve stolici, a také studie na zvířatech zkoumající mechanismy.
Předpokládá se, že SCFA stimulují kontraktilitu hladkého svalstva tlustého střeva34. Nedostatek SCFA zhoršuje příznaky zácpy a suplementace SCFA může zlepšit příznaky zácpy PD35. Naše výsledky také naznačují významnou souvislost mezi sníženým obsahem SCFA ve stolici a zvýšenou zácpou a autonomní dysfunkcí u pacientů s ET. Jedna kazuistika zjistila, že transplantace mikrobioty zlepšila jak esenciální tremor, tak syndrom dráždivého tračníku u pacienta 7, což dále naznačuje úzký vztah mezi střevní mikrobiotou a ET. Proto se domníváme, že SCFA/mikrobiota ve stolici mohou ovlivňovat motilitu střeva hostitele a funkci autonomního nervového systému.
Studie zjistila, že snížené hladiny fekálních SCFA v ET byly spojeny se sníženou abundancí Faecalibacterium (asociovaných s butyrátem) a Streptobacterium (asociovaných s propionátem, butyrátem a isobutyrátem). Po korekci FDR tento vztah zůstává významný. Faecalibacterium a Streptobacterium jsou mikroorganismy produkující SCFA. Faecalibacterium je známo jako mikroorganismus produkující butyrát36, zatímco hlavními produkty fermentace Catenibacter jsou acetát, butyrát a kyselina mléčná37. Faecalibacterium bylo detekováno u 100 % vzorků skupin ET i HC; medián relativní abundance skupiny ET byl 2,06 % a skupiny HC 3,28 % (LDA 3,870). Bakterie kategorie byla detekována u 21,6 % (8/37) vzorků skupiny HC a pouze v 1 vzorku skupiny ET (1/35). Pokles a nedetekovatelnost streptobakterií u ET může také naznačovat korelaci s patogenitou onemocnění. Medián relativní abundance druhů Catenibacter ve skupině HC byl 0,07 % (LDA 2,129). Kromě toho byly bakterie mléčného kvašení spojeny se změnami fekálního butyrátu (P=0,016, P=0,096 po úpravě FDR) a kandidát na artritidu byl spojen se změnami isobutyrátu (P=0,016, P=0,072 po úpravě FDR). Po korekci FDR zůstává pouze korelační trend, který není statisticky významný. Lactobacily jsou také známé jako producenti SCFA (kyselina octová, kyselina propionová, kyselina isobutyrová, kyselina máselná) 38 a Candidatus Arthromitus je specifický induktor diferenciace T helperů 17 (Th17), přičemž Th1/2 a Treg jsou spojeny s imunitní rovnováhou /Th17 39. Nedávná studie naznačuje, že zvýšené hladiny fekální pseudoartrózy mohou přispívat k zánětu tlustého střeva, dysfunkci střevní bariéry a systémovému zánětu 40. Hladiny Clostridium trichoides byly u ET zvýšené ve srovnání s PD. Bylo zjištěno, že hojnost Clostridium trichoides negativně koreluje s kyselinou isovalerovou a kyselinou isobátovou. Po úpravě FDR zůstaly obě hladiny významné (P ≥ 0,295). Clostridium pilosum je bakterie, o které je známo, že je spojena se zánětem a může přispívat k dysfunkci střevní bariéry 41. Naše předchozí studie uvádí změny ve střevní mikrobiotě pacientů s ET8. Zde také uvádíme změny v SCFA u ET a identifikujeme souvislost mezi střevní dysbiózou a změnami v SCFA. Snížené hladiny SCFA úzce souvisejí s střevní dysbiózou a závažností tremoru u ET. Naše výsledky naznačují, že osa střevo-mozek může hrát důležitou roli v patogenezi ET, ale jsou zapotřebí další studie na zvířecích modelech.
Ve srovnání s pacienty s Parkinsonovou chorobou (PD) mají pacienti s ET nižší hladiny kyseliny isovalerové a isobátné ve stolici. Kombinace kyseliny isovalerové a kyseliny isobátné identifikovala ET u PD s AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), senzitivitou 74,3 % a specificitou 62,9 %, což naznačuje jejich potenciální roli jako biomarkerů v diferenciální diagnostice ET. Hladiny kyseliny isovalerové ve stolici byly nepřímo úměrné skóre FTM a TETRAS. Hladiny kyseliny isobátné ve stolici byly nepřímo úměrné skóre FTM. Pokles hladin kyseliny isobátné byl spojen se snížením množství katobakterií. O funkcích kyseliny isovalerové a kyseliny isobátné je známo jen málo. Předchozí studie ukázala, že kolonizace myší bakterií B. ovale zvýšila množství střevních SCFA (včetně acetátu, propionátu, isobutyrátu a isovalerátu) a koncentrace GABA ve střevě, což zdůrazňuje střevní souvislost mezi mikrobiotou a koncentracemi SCFA/neurotransmiterů ve střevě32. Je zajímavé, že pozorované hladiny kyseliny isobutyrové byly podobné mezi skupinami PD a HC, ale lišily se mezi skupinami ET a PD (nebo HC). Kyselina isobutyrová dokázala rozlišit mezi ET a PD s AUC 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) a identifikovat ET a NC s AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Hladiny kyseliny isobutyrové navíc korelují se závažností tremoru, což dále posiluje její souvislost s ET. Otázka, zda perorální kyselina isobutyrová může snížit závažnost tremoru u pacientů s ET, si zaslouží další studium.
Obsah SCFA ve stolici je tedy u pacientů s ET snížený a souvisí s klinickou závažností ET a specifickými změnami ve střevní mikrobiotě. Propionát, butyrát a isobutyrát ve stolici mohou být diagnostickými biomarkery pro ET, zatímco isobutyrát a isovalerát mohou být diferenciálně diagnostickými biomarkery pro ET. Změny isobutyrátu ve stolici mohou být pro ET specifičtější než změny v jiných SCFA.
Naše studie má několik omezení. Zaprvé, stravovací návyky a potravinové preference mohou ovlivnit expresi mikrobioty, jsou zapotřebí větší vzorky studie v různých populacích a budoucí studie by měly zavést komplexní a systematické dietní průzkumy, jako jsou dotazníky o frekvenci konzumace potravin. Zadruhé, design průřezové studie vylučuje jakékoli závěry týkající se kauzálního vztahu mezi SCFA a onemocněním ET. Jsou zapotřebí další dlouhodobé následné studie se sériovým měřením SCFA ve stolici. Zatřetí, diagnostické a diferenciálně diagnostické možnosti hladin SCFA ve stolici by měly být validovány pomocí nezávislých vzorků z ET, HC a PD. V budoucnu by mělo být testováno více nezávislých vzorků stolice. A konečně, pacienti s PD v naší kohortě měli významně kratší trvání onemocnění než pacienti s ET. ET, PD a HC jsme porovnávali převážně podle věku, pohlaví a BMI. Vzhledem k rozdílu v průběhu onemocnění mezi skupinou ET a skupinou PD jsme pro další srovnání studovali také 33 pacientů s časnou PD a 16 pacientů s ET (trvání onemocnění ≤ 3 roky). Rozdíly mezi skupinami v SCFA byly obecně v souladu s našimi primárními daty. Kromě toho jsme nenašli žádnou korelaci mezi trváním onemocnění a změnami SCFA. Do budoucna by však bylo nejlepší zařadit pacienty s Parkinsonovou chorobou a endometriem v rané fázi s kratší dobou trvání onemocnění, aby se validace dokončila ve větším vzorku.
Protokol studie byl schválen etickou komisí nemocnice Ruijin přidružené k lékařské fakultě Univerzity Ťiao Tong v Šanghaji (RHEC2018-243). Od všech účastníků byl získán písemný informovaný souhlas.
V období od ledna 2019 do prosince 2022 bylo do této studie zahrnuto 109 subjektů (37 ET, 37 PD a 35 HC) z kliniky Centra pro poruchy pohybu nemocnice Ruijin, která je přidružena k lékařské fakultě Šanghajské univerzity Jiao Tong. Kritéria byla: (1) věk 25–85 let, (2) pacienti s ET byli diagnostikováni dle kritérií pracovní skupiny MDS 42 a PD byla diagnostikována dle kritérií MDS 43, (3) všichni pacienti neužívali léky proti PD před odběrem vzorků. (4) Skupina ET užívala před odběrem vzorků stolice pouze β-blokátory nebo žádné související léky. Vybráni byli také pacienti s odpovídajícím věkem, pohlavím a indexem tělesné hmotnosti (BMI). Kritéria pro vyloučení byla: (1) vegetariáni, (2) špatná výživa, (3) chronická onemocnění gastrointestinálního traktu (včetně zánětlivého onemocnění střev, žaludečních nebo dvanáctníkových vředů), (4) závažná chronická onemocnění (včetně maligních nádorů), srdeční selhání, selhání ledvin, hematologická onemocnění), (5) anamnéza závažných operací gastrointestinálního traktu, (6) chronická nebo pravidelná konzumace jogurtu, (7) užívání jakýchkoli probiotik nebo antibiotik po dobu 1 měsíce, (8) chronické užívání kortikosteroidů, inhibitorů protonové pumpy, statinů, metforminu, imunosupresiv nebo protinádorových léků a (9) závažné kognitivní poškození, které narušuje klinické studie.
Všichni účastníci poskytli informace o anamnéze, hmotnosti a výšce pro výpočet BMI a podstoupili neurologické vyšetření a klinické posouzení, jako je skóre úzkosti dle Hamiltonovy škály hodnocení úzkosti (HAMA) 44, skóre deprese dle Hamiltonovy škály hodnocení-17 (HAMD-17) 45, deprese, závažnost zácpy pomocí Wexnerovy škály pro hodnocení zácpy 46 a Bristolské škály pro hodnocení stolice 47 a kognitivní výkon pomocí Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Škála pro hodnocení autonomních symptomů Parkinsonovy choroby (SCOPA-AUT) 49 zkoumala autonomní dysfunkci u pacientů s ET a PD. U pacientů s ET byla vyšetřena Fana-Tolos-Marinova klinická škála pro hodnocení tremoru (FTM) a esenciální škála pro hodnocení tremoru (TETRAS) 50 The Tremor Study Group (TRG) 50; byla zkoumána Kinsonova škála pro hodnocení nemoci (MDS-), sponzorovaná United Parkinson's Disease Association; UPDRS verze 51 a Hoehn a Yahr (HY) verze 52.
Každý účastník byl požádán, aby ráno odebral vzorek stolice pomocí nádoby na sběr stolice. Před zpracováním byly nádoby přemístěny do ledu a uloženy při teplotě -80 °C. Analýza SCFA byla provedena dle rutinních postupů společnosti Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Od každého subjektu bylo odebráno 400 mg čerstvých vzorků stolice a po rozemletí a sonikaci analyzováno pomocí SCFA. Vybrané SCFA ve stolici byly analyzovány pomocí plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (GC-MS) a kapalinové chromatografie s tandemovou MS (LC-MS/MS).
DNA byla extrahována ze vzorků o hmotnosti 200 mg pomocí sady QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Německo) dle pokynů výrobce. Mikrobiální složení bylo stanoveno sekvenováním genu 16S rRNA na DNA izolované ze stolice amplifikací oblasti V3-V4. DNA byla otestována analýzou vzorku na 1,2% agarózovém gelu. Amplifikace genu 16S rRNA pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR) byla provedena s použitím univerzálních bakteriálních primerů (357 F a 806 R) a dvoukrokové amplikonové knihovny konstruované na platformě Novaseq.
Spojité proměnné jsou vyjádřeny jako průměr ± směrodatná odchylka a kategoriální proměnné jsou vyjádřeny jako čísla a procenta. K testování homogenity rozptylů jsme použili Leveneův test. Srovnání byla provedena pomocí oboustranných t-testů nebo analýzy rozptylu (ANOVA), pokud byly proměnné normálně rozděleny, a neparametrických Mann-Whitneyových U testů, pokud byly porušeny předpoklady normality nebo homoskedasticity. K kvantifikaci diagnostické výkonnosti modelu a zkoumání schopnosti SCFA rozlišit pacienty s ET od pacientů s HC nebo PD jsme použili plochu pod křivkou ROC (Receiver Operating Characteristic) (AUC). Pro zkoumání vztahu mezi SCFA a klinickou závažností jsme použili Spearmanovu korelační analýzu. Statistická analýza byla provedena pomocí softwaru SPSS (verze 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) s hladinou významnosti (včetně hodnoty P a FDR-P) nastavenou na 0,05 (oboustranná analýza).
Sekvence 16S byly analyzovány pomocí kombinace softwaru Trimmomatic (verze 0.35), Flash (verze 1.2.11), UPARSE (verze v8.1.1756), mothur (verze 1.33.3) a R (verze 3.6.3). Nezpracovaná data genu 16S rRNA byla zpracována pomocí UPARSE za účelem generování operačních taxonomických jednotek (OTU) s 97% identitou. Taxonomie byly specifikovány pomocí Silva 128 jako referenční databáze. Pro další analýzu byla vybrána generická úroveň dat relativní abundance. Pro srovnání mezi skupinami (ET vs. HC, ET vs. PD) byla použita lineární diskriminační analýza (LDA) s prahem α 0,05 a prahem velikosti účinku 2,0. Diskriminační rody identifikované analýzou LEfSE byly dále použity pro Spearmanovu korelační analýzu SCFA.
Více informací o designu studie naleznete v abstraktu zprávy o přírodním výzkumu, který je součástí tohoto článku.
Nezpracovaná data sekvenování 16S jsou uložena v databázi BioProject Národního centra pro biotechnologické informace (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o.=acc_s%3Aa. Další relevantní data jsou k dispozici příslušnému autorovi na základě odůvodněné žádosti, například v rámci vědecké spolupráce a akademických výměn v rámci plnohodnotných výzkumných projektů. Předávání dat třetím stranám bez našeho souhlasu není povoleno.
Pouze otevřený zdrojový kód s kombinací programů Trimmomatic (verze 0.35), Flash (verze 1.2.11), UPARSE (verze v8.1.1756), mothur (verze 1.33.3) a R (verze 3.6.3) s použitím výchozího nastavení nebo sekce „Metoda“. Další objasňující informace mohou být poskytnuty příslušnému autorovi na základě odůvodněné žádosti.
Pradeep S a Mehanna R. Gastrointestinální poruchy u hyperkinetických pohybových poruch a ataxie. Souvisí s Parkinsonovou chorobou. Zmatenost. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED a Faust, PL Patologie esenciálního tremoru: neurodegenerace a reorganizace neuronálních spojení. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Je esenciální tremor primární poruchou Gaba dysfunkce? Ano. internacionalita. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ a Katara DP Osa střevo-mozek: dva způsoby signalizace u Parkinsonovy choroby. Buněčné molekuly. Neurobiology. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Osa mikrobiota-mozek-střevo a neurodegenerativní onemocnění. current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR a He, XX Transplantace fekální mikrobioty současně zlepšuje esenciální tremor a syndrom dráždivého tračníku u pacientů. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. a kol. Specifické změny střevní mikrobioty u esenciálního tremoru a jejich odlišení od Parkinsonovy choroby. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J a Wang D. Klíčová role mikrobioty v regulaci neuronálně-gliálně-epiteliálních jednotek. Odolnost vůči infekcím. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. a kol. Patologie duodenálního alfa-synukleinu a střevní glióza u progresivní Parkinsonovy choroby. pohyb. zmatenost. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. a kol. Protilátky proti alfa-synukleinu 5G4 rozpoznávají zjevnou Parkinsonovu chorobu a prodromální Parkinsonovu chorobu ve sliznici tlustého střeva. pohyb. zmatek. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M a Fasano A. Současnost esenciálního tremoru a Parkinsonovy choroby. Souvisí s Parkinsonovou chorobou. Zmatenost. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR a kol. Střevní mikrobiota moduluje motorické deficity a neurozáněty v modelech Parkinsonovy choroby. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM a kol. Mastné kyseliny s krátkým řetězcem a střevní mikrobiota se liší mezi pacienty s Parkinsonovou chorobou a kontrolní skupinou stejného věku. Souvisí s Parkinsonovou chorobou. Zmatek. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E a Elinav E. Metabolity regulované mikrobiomem na rozhraní imunitního systému hostitele. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).