Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращих результатів рекомендуємо використовувати новішу версію вашого браузера (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображаємо сайт без стилізації та JavaScript.
Рання діагностика есенціального тремору (ЕТ) може бути складною, особливо якщо відрізнити його від здорових людей контрольної групи (HC) та хвороби Паркінсона (PD). Нещодавно аналіз зразків калу на наявність кишкової мікробіоти та її метаболітів забезпечив нові методи для виявлення нових біомаркерів нейродегенеративних захворювань. Коротколанцюгові жирні кислоти (КЖК), як основний метаболіт кишкової флори, знижені у калі при PD. Однак, КЖК у калі ніколи не вивчалися при ET. Ми мали на меті дослідити рівні КЖК у калі при ET, оцінити їх зв'язок з клінічними симптомами та кишковою мікробіотою, а також визначити їхню потенційну діагностичну здатність. КЖК у калі та кишкова мікробіота вимірювалися у 37 ET, 37 нових PD та 35 HC. Запор, вегетативна дисфункція та тяжкість тремору оцінювалися за допомогою шкал. Рівні пропіонату, бутирату та ізобутирату у калі були нижчими при ET, ніж при HC. Комбінація пропіонової, масляної та ізомасляної кислот відрізняла есенціальну тремор (ЕТ) від загальної прогресивної фази (HC) з площею під кривою (AUC) 0,751 (95% ДІ: 0,634–0,867). Рівні ізовалеріанової та ізомасляної кислот у калі були нижчими при ЕТ, ніж при прогресуванні хвороби Паркінсона (PD). Ізовалеріанова та ізовалеріанова кислоти розрізняли ЕТ та PD з площею під кривою (AUC) 0,743 (95% ДІ: 0,629–0,857). Пропіонат у калі обернено пропорційно пов'язаний із запором та вегетативною дисфункцією. Ізомасляна та ізовалеріанова кислота обернено пропорційно пов'язані з тяжкістю тремору. Зниження рівня КЛЖК у калі було пов'язано зі зменшенням кількості Faecalibacterium та Streptobacterium в ЕТ. Таким чином, вміст КЛЖК у калі зменшується при ЕТ і пов'язаний з тяжкістю клінічної картини та змінами кишкової мікробіоти. Пропіонат, бутират, ізобутират та ізовалерат у фекаліях можуть бути потенційними діагностичними та диференційно-діагностичними біомаркерами есенціального синдрому.
Есенціальний тремор (ЕТ) – це прогресуюче хронічне нейродегенеративне захворювання, що характеризується переважно тремором верхніх кінцівок, який також може впливати на інші частини тіла, такі як голова, голосові зв'язки та нижні кінцівки 1 . Клінічні особливості ЕТ включають не лише рухові симптоми, але й деякі немоторні ознаки, включаючи захворювання шлунково-кишкового тракту 2 . Було проведено численні дослідження для вивчення патологічних та фізіологічних характеристик есенціального тремору, але чітких патофізіологічних механізмів не виявлено 3, 4 ; Недавні дослідження показують, що дисфункція осі мікробіота-кишечник-мозок може сприяти нейродегенеративним захворюванням, і існує все більше доказів потенційного двонаправленого зв'язку між кишковою мікробіотою та нейродегенеративними захворюваннями 5, 6 . Примітно, що в одному клінічному випадку трансплантація фекальної мікробіоти покращила як есенціальний тремор, так і синдром подразненого кишечника у пацієнта, що може свідчити про тісний зв'язок між кишковою мікробіотою та есенціальним тремором. Крім того, ми також виявили специфічні зміни в кишковій мікробіоті у пацієнтів з ЕТ, що переконливо підтверджує важливу роль дисбіозу кишечника в ЕТ8.
Щодо дисбактеріозу кишечника при нейродегенеративних захворюваннях, хвороба Паркінсона (ХП) є найбільш широко вивченою5. Незбалансована мікробіота може збільшувати проникність кишечника та активувати кишкову глію, що призводить до альфа-синуклеїнопатій9,10,11. ХП та есенціальний синдром (ЕТ) мають деякі спільні риси, такі як подібна частота тремору у пацієнтів з ЕТ та ХП, перекриваючий тремор спокою (типовий тремор при ХП) та постуральний тремор (здебільшого зустрічається у пацієнтів з ЕТ), що ускладнює їх розрізнення. ранні стадії 12. Тому нам терміново потрібно відкрити корисне вікно для диференціації між ЕТ та ХП. У цьому контексті вивчення специфічного дисбактеріозу кишечника та пов'язаних з ним змін метаболітів при ЕТ та виявлення їх відмінностей від ХП може стати потенційними біомаркерами для діагностики та диференціальної діагностики ЕТ.
Коротколанцюгові жирні кислоти (КЖК) є основними метаболітами, що утворюються в результаті кишкової бактеріальної ферментації харчових волокон, і вважається, що вони відіграють вирішальну роль у взаємодії кишечника та мозку13,14. КЖК поглинаються клітинами товстої кишки та транспортуються до печінки через портальну венозну систему, а деякі КЖК потрапляють у системний кровообіг. КЖК мають місцевий вплив на підтримку цілісності кишкового бар'єра та сприяють вродженому імунітету в слизовій оболонці кишечника15. Вони також мають довгостроковий вплив на гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ), стимулюючи білки щільних контактів та активуючи нейрони шляхом стимуляції рецепторів, пов'язаних з G-білком (GPCR), для перетину ГЕБ16. Ацетат, пропіонат та бутират є найпоширенішими КЖК у товстій кишці. Попередні дослідження показали зниження рівня оцтової, пропіонової та масляної кислот у калі у пацієнтів з хворобою Паркінсона17. Однак рівень КЖК у калі ніколи не вивчався у пацієнтів з есенціальним тремором.
Таким чином, наше дослідження мало на меті виявити специфічні зміни у фекальних КЛЖК у пацієнтів з есенціальним синдромом (ЕТ) та їх відмінності від пацієнтів з хворобою Паркінсона (ПХ), оцінити зв'язок фекальних КЛЖК з клінічними симптомами ЕТ та кишковою мікробіотою, а також визначити потенційні діагностичні та диференціально-діагностичні можливості зразків калу. КЖК. Щоб усунути фактори, пов'язані з препаратами проти ПХ, ми відібрали пацієнтів з вперше виявленою хворобою Паркінсона як контрольну групу захворювання.
Демографічні та клінічні характеристики 37 есенціальних хворих, 37 пацієнтів з прогресуючим захворюванням та 35 пацієнтів з високим рівнем здоров'я наведено в таблиці 1. Есенціальні хворі, пацієнти з прогресуючим захворюванням та пацієнти з високим рівнем здоров'я були зіставлені за віком, статтю та ІМТ. Три групи також мали подібні частки куріння, вживання алкоголю та вживання кави та чаю. Шкала Векснера (P = 0,004) та шкала HAMD-17 (P = 0,001) групи прогресуючого захворювання були вищими, ніж у групі загального здоров'я, а шкала HAMA (P = 0,011) та шкала HAMD-17 (P = 0,011) групи есенціальних хворих були вищими, ніж у групі загального здоров'я. Перебіг захворювання в групі есенціальних хворих був значно тривалішим, ніж у групі прогресуючого захворювання (P<0,001).
Спостерігалися значні відмінності в рівнях у калі пропіонової кислоти (P = 0,023), оцтової кислоти (P = 0,039), масляної кислоти (P = 0,020), ізовалеріанової кислоти (P = 0,045) та ізомасляної кислоти (P = 0,015). У подальшому post hoc аналізі рівні пропіонової кислоти (P = 0,023), масляної кислоти (P = 0,007) та ізомасляної кислоти (P = 0,040) у групі есенціальної терапії (ЕТ) були значно нижчими, ніж у групі гідрохлориду. Пацієнти з ЕТ мали нижчі рівні ізовалерату (P = 0,014) та ізобутирату (P = 0,005), ніж пацієнти з хворобою Паркінсона. Крім того, рівні пропіонової кислоти (P = 0,013), оцтової кислоти (P = 0,016) та масляної кислоти (P = 0,041) у фекаліях були нижчими у пацієнтів з хворобою Паркінсона, ніж у пацієнтів з раком шиї (рис. 1 та додаткова таблиця 1).
ag являє собою групове порівняння пропіонової кислоти, оцтової кислоти, масляної кислоти, ізовалеріанової кислоти, валеріанової кислоти, капронової кислоти та ізомасляної кислоти відповідно. Спостерігалися значні відмінності в рівнях пропіонової кислоти, оцтової кислоти, масляної кислоти, ізовалеріанової кислоти та ізомасляної кислоти у калі між трьома групами. Есенціальний тремор ЕТ, хвороба Паркінсона, здоровий контрольний рівень HC, SCFA. Значні відмінності позначені *P < 0,05 та **P < 0,01.
Враховуючи різницю в перебігу захворювання між групою есенціального захворювання (ЕТ) та групою прогресування захворювання (ПД), ми дослідили 33 пацієнтів з ранньою формою ПД та 16 пацієнтів з ЕТ (перебіг захворювання <3 років) для подальшого порівняння (Додаткова таблиця 2). Результати показали, що вміст пропіонової кислоти у калі ЕТ був значно нижчим, ніж у гіалуроновій кислоті (ГА) (P=0,015). Різниця між ЕТ та ГК для масляної та ізомасляної кислоти була незначною, але тенденція все ж спостерігалася (P = 0,082). Рівні ізобутирату у калі були значно нижчими у пацієнтів з ЕТ порівняно з пацієнтами з ПД (P = 0,030). Різниця між ЕТ та ГК ізовалеріанової кислоти була незначною, але тенденція все ж спостерігалася (P = 0,084). Пропіонова кислота (P = 0,023), оцтова кислота (P = 0,020) та масляна кислота (P = 0,044) були значно нижчими у пацієнтів з ПД, ніж у пацієнтів з ГК. Ці результати (Додатковий рисунок 1) загалом узгоджуються з основними результатами. Різниця в результатах між загальною вибіркою та підгрупою пацієнтів раннього періоду може бути пов'язана з меншим розміром вибірки в підгрупі, що призводить до нижчої статистичної потужності даних.
Далі ми дослідили, чи можуть рівні SCFA у калі відрізнити пацієнтів з ЕТ від пацієнтів з хронічними болями в животі або хворобою Паркінсона. Згідно з ROC-аналізом, різниця в AUC рівнів пропіонату становила 0,668 (95% ДІ: 0,538-0,797), що дозволило відрізнити пацієнтів з ЕТ від раку серця. Пацієнтів з ЕТ та раком грудної клітковини можна було відрізнити за рівнями бутирату з AUC 0,685 (95% ДІ: 0,556–0,814). Різниця в рівнях ізомасляної кислоти може відрізнити пацієнтів з ЕТ від раку серця з AUC 0,655 (95% ДІ: 0,525–0,786). При поєднанні рівнів пропіонату, бутирату та ізобутирату було отримано вищу AUC 0,751 (95% ДІ: 0,634–0,867) з чутливістю 74,3% та специфічністю 72,9% (рис. 2a). Для диференціації пацієнтів з есенціальною та прогресуючою хворобою Паркінсона, площа під кривою (AUC) для рівнів ізовалеріанової кислоти становила 0,700 (95% ДІ: 0,579–0,822), а для рівнів ізовалеріанової кислоти – 0,718 (95% ДІ: 0,599–0,836). Комбінація рівнів ізовалеріанової та ізомасляної кислот мала вищу AUC 0,743 (95% ДІ: 0,629–0,857), чутливість 74,3% та специфічність 62,9% (рис. 2b). Крім того, ми досліджували, чи відрізняються рівні коротколанцюгових жирних кислот (SCFA) у калі пацієнтів з хворобою Паркінсона від контрольної групи. Згідно з ROC-аналізом, площа під кривою (AUC) для ідентифікації пацієнтів з хворобою Паркінсона на основі відмінностей у рівнях пропіонової кислоти становила 0,687 (95% ДІ: 0,559-0,814), з чутливістю 68,6% та специфічністю 68,7%. Різниця в рівнях ацетату може відрізняти пацієнтів з хворобою Паркінсона (ПХ) від пацієнтів з гепатоцелюлярною недостатністю (ГХ) з AUC 0,674 (95% ДІ: 0,542–0,805). Пацієнтів з ПХ можна відрізнити від хронічного хронічного захворювання (ХХ) лише за рівнем бутирату з AUC 0,651 (95% ДІ: 0,515–0,787). При поєднанні рівнів пропіонату, ацетату та бутирату було отримано AUC 0,682 (95% ДІ: 0,553–0,811) (рис. 2c).
дискримінація з боку Російської православної церкви щодо есенціального синдрому та серцево-судинної недостатності; b дискримінація РПЦ щодо есенціального синдрому та хвороби Паркінсона; c дискримінація РПЦ щодо хвороби Паркінсона та хвороби Паркінсона; есенціальний тремор, спричинений есенціальним синдромом, хвороба Паркінсона, контроль за здоровим здоров'ям, синдром короткочасної абсцесу слизової оболонки кишечника.
У пацієнтів з есенціальним захворюванням (ЕТ) рівень ізовалеріанової кислоти у калі негативно корелював з балом за шкалою FTM (r = -0,349, P = 0,034), а рівень ізовалеріанової кислоти у калі негативно корелював з балом за шкалою FTM (r = -0,421, P = 0,001) та балом за шкалою TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). У пацієнтів з ЕТ та хворобою Паркінсона (PD) рівні пропіонату у калі негативно корелювали з балами за шкалою SCOPA-AUT (r = -0,236, P = 0,043) (рис. 3 та додаткова таблиця 3). Не було виявлено суттєвої кореляції між перебігом захворювання та SCFA ні в групі ЕТ (P ≥ 0,161), ні в групі PD (P ≥ 0,246) (додаткова таблиця 4). У пацієнтів з PD рівні капронової кислоти у калі позитивно корелювали з балами за шкалою MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). У всіх учасників рівні пропіонату (r = −0,230, P = 0,016) та ацетату (r = −0,210, P = 0,029) у фекаліях негативно корелювали з балами за шкалою Векснера (рис. 3 та Додаткова таблиця 3).
Рівні ізовалеріанової кислоти у калі негативно корелювали з балами за шкалою FTM, ізовалеріанова кислота негативно корелювала з балами за шкалою FTM та TETRAS, пропіонова кислота негативно корелювала з балами за шкалою SCOPA-AUT, капронова кислота позитивно корелювала з балами за шкалою MDS-UPDRS, а пропіонова кислота негативно корелювала з балами за шкалою FTM та TETRAS. TETRAS та оцтова кислота негативно корелювали з балом за шкалою Векснера. Версія Уніфікованої шкали оцінки хвороби Паркінсона, спонсорована Асоціацією MDS-UPDRS, Mini-Mental State Examination MMSE, шкала оцінки депресії Гамільтона HAMD-17, 17 пунктів, шкала оцінки тривожності Гамільтона HAMA, стадії за HY Hoehn та Yahr, SCFA, шкала результатів вегетативних симптомів хвороби Паркінсона SCOPA – AUT, клінічна шкала оцінки тремору Фана-Толоса-Марін за FTM, шкала оцінки есенціального тремору дослідницької групи TETRAS (TRG). Значні відмінності позначені *P < 0,05 та **P < 0,01.
Ми далі дослідили дискримінаційний характер кишкової мікробіоти за допомогою аналізу LEfSE та обрали рівень даних відносної чисельності роду для подальшого аналізу. Були проведені порівняння між ET та HC, а також між ET та PD. Потім був проведений кореляційний аналіз Спірмена щодо відносної чисельності кишкової мікробіоти та рівнів SCFA у фекаліях у двох групах порівняння.
В аналізі ЕТ та КА були присутні Faecalibacterium (корелює з масляною кислотою, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (корелює з масляною кислотою, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (корелює з пропіоновою кислотою, r = 0,327). , P = 0,005; корелює з масляною кислотою, r = 0,374, P = 0,001; корелює з ізомасляною кислотою, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (корелює з пропіоновою кислотою, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (корелює з пропіонатом, r = 0,249, P = 0,035) та Candidatus Arthromitus (корелює з ізомасляною кислотою, r = 0,302, P = 0,010) зменшується в ET та позитивно корелює з рівнями SCFA у фекаліях. Однак чисельність Stenotropomonas збільшувалася в ET та негативно корелювала з рівнями ізобутирату у фекаліях (r = -0,250, P = 0,034). Після коригування FDR значущою залишалася лише кореляція між Faecalibacterium, Catenibacter та SCFA (P ≤ 0,045) (рис. 4 та додаткова таблиця 5).
Кореляційний аналіз ET та HC. Після корекції FDR було виявлено зниження кількості Faecalibacterium (позитивно пов'язаних з бутиратом) та Streptobacterium (позитивно пов'язаних з пропіонатом, бутиратом та ізобутиратом) при ET та позитивний зв'язок з рівнями SCFA у фекаліях. b Кореляційний аналіз ET та PD. Після корекції FDR суттєвих зв'язків виявлено не було. Есенціальний тремор ET, хвороба Паркінсона, здоровий контроль HC, SCFA. Значні відмінності позначені *P < 0,05 та **P < 0,01.
При аналізі есенціального перебігу (ЕТ) порівняно з прогресуванням захворювання (PD) було виявлено підвищений рівень Clostridium trichophyton при ЕТ, що корелює з ізовалеріановою кислотою у фекаліях (r = -0,238, P = 0,041) та ізомасляною кислотою (r = -0,257, P = 0,027). Після коригування FDR обидва показники залишалися значними (P ≥ 0,295) (Рисунок 4 та Додаткова таблиця 5).
Це комплексне дослідження, яке вивчає рівні коротколанцюгових жирних кислот (КЛЖК) у калі та корелює їх зі змінами кишкової мікробіоти та тяжкістю симптомів у пацієнтів з есенціальним синдромом (ЕТ) порівняно з пацієнтами з хронічними болями та хворобою Паркінсона (ХБС). Ми виявили, що рівні КЛЖК у калі були знижені у пацієнтів з ЕТ та пов'язані з клінічною тяжкістю перебігу та специфічними змінами кишкової мікробіоти. Кумулятивні рівні коротколанцюгових жирних кислот (КЛЖК) у калі відрізняють ЕТ від грижі та хвороби Паркінсона.
Порівняно з пацієнтами з раком грудної клітковини, пацієнти з есенціальним раком (ЕТ) мають нижчі рівні пропіонової, масляної та ізомасляної кислот у калі. Комбінація пропіонової, масляної та ізомасляної кислот відрізняла ЕТ ​​та HC з AUC 0,751 (95% ДІ: 0,634–0,867), чутливістю 74,3% та специфічністю 72,9%, що вказує на їх використання як діагностичних біомаркерів потенційної ролі ЕТ. Подальший аналіз показав, що рівні пропіонової кислоти у калі негативно корелюють з оцінками за шкалою Векснера та SCOPA-AUT. Рівні ізомасляної кислоти у калі обернено корелюють з оцінками за шкалою FTM. З іншого боку, зниження рівня бутирату при ЕТ було пов'язане зі зменшенням чисельності мікробіоти, що продукує SCFA, Faecalibacterium та Categorybacter. Крім того, зниження чисельності Catenibacter при ЕТ також було пов'язане зі зниженням рівня пропіонової та ізомасляної кислот у калі.
Більшість коротколанцюгових жирних кислот, що виробляються в товстій кишці, поглинаються колоноцитами переважно через H+-залежні або натрій-залежні транспортери монокарбоксилатів. Абсорбовані коротколанцюгові жирні кислоти використовуються як джерело енергії для колоноцитів, тоді як ті, що не метаболізуються в колоноцитах, транспортуються в портальну циркуляцію 18. КЖК можуть впливати на моторику кишечника, посилювати функцію кишкового бар'єра та впливати на метаболізм та імунітет господаря 19. Раніше було виявлено, що концентрації бутирату, ацетату та пропіонату у калі були знижені у пацієнтів з хворобою Паркінсона порівняно з гідроксисечовинами 17, що узгоджується з нашими результатами. Наше дослідження виявило зниження рівня КЖК у пацієнтів з есенціальним туберозом (ЕТ), але мало що відомо про роль КЖК у патології ЕТ. Бутират і пропіонат можуть зв'язуватися з GPCR та впливати на GPCR-залежну сигналізацію, таку як сигналізація MAPK та NF-κB20. Основна концепція осі кишечник-мозок полягає в тому, що КЖК, що секретуються кишковими мікробами, можуть впливати на сигналізацію господаря, тим самим впливаючи на функцію кишечника та мозку. Оскільки бутират і пропіонат мають потужний інгібуючий вплив на активність гістондеацетилази (HDAC)21, а бутират також може діяти як ліганд для факторів транскрипції, вони мають широкий вплив на метаболізм, диференціацію та проліферацію хазяїна, головним чином завдяки їхньому впливу на регуляцію генів22. На основі даних, отриманих при коротколанцюговій ампутації шлунково-кишкового тракту (SCFA) та нейродегенеративних захворюваннях, бутират вважається терапевтичним кандидатом завдяки своїй здатності коригувати порушену активність HDAC, що може опосередковувати загибель дофамінергічних нейронів при хворобі Паркінсона23,24,25. Дослідження на тваринах також продемонстрували здатність масляної кислоти запобігати дегенерації дофамінергічних нейронів та покращувати рухові розлади в моделях хвороби Паркінсона26,27. Було виявлено, що пропіонова кислота обмежує запальні реакції та захищає цілісність гематоенергічного бар'єру (GBB)28,29. Дослідження показали, що пропіонова кислота сприяє виживанню дофамінергічних нейронів у відповідь на токсичність ротенону в моделях хвороби Паркінсона30, а пероральне введення пропіонової кислоти відновлює втрату дофамінергічних нейронів та руховий дефіцит у мишей з хворобою Паркінсона31. Про функцію ізомасляної кислоти відомо небагато. Однак, нещодавнє дослідження показало, що колонізація мишей B. ovale збільшує вміст кишкових SCFA (включаючи ацетат, пропіонат, ізобутират та ізовалерат) та концентрацію ГАМК у кишечнику, що підкреслює встановлений зв'язок між кишковою мікробіотою та концентрацією нейромедіаторів SCFA у кишечнику32. При есенціальному треморі (ЕТ) аномальні патологічні зміни в мозочку включають зміни аксонів та дендритів клітин Пуркіньє, зміщення та втрату клітин Пуркіньє, зміни аксонів кошикових клітин, аномалії у висхідних зв'язках волокон з розподілом клітин Пуркіньє та зміни рецепторів ГАМК у ядрах зубчастої кістки, що призводить до зниження ГАМКергічного виходу з мозочка3,4,33. Залишається незрозумілим, чи пов'язані SCFA з нейродегенерацією клітин Пуркіньє та зниженням продукції ГАМК мозочком. Наші результати свідчать про сильний зв'язок між SCFA та ЕТ, але дизайн перехресного дослідження не дозволяє зробити жодних висновків про причинно-наслідковий зв'язок між SCFA та хворобливим процесом ЕТ; Необхідні подальші поздовжні дослідження, включаючи серійні вимірювання SCFA у фекаліях, а також дослідження на тваринах, що вивчають механізми.
Вважається, що КЛЖК стимулюють скоротливість гладкої мускулатури товстої кишки34. Відсутність КЛЖК погіршує симптоми запору, а добавок КЛЖК може покращити симптоми запору PD35. Наші результати також вказують на значний зв'язок між зниженням вмісту КЛЖК у калі та посиленням запору та вегетативної дисфункції у пацієнтів з есенціальним тремором. В одному клінічному випадку було виявлено, що трансплантація мікробіоти покращила як есенціальний тремор, так і синдром подразненого кишечника у пацієнта 7, що додатково свідчить про тісний зв'язок між кишковою мікробіотою та есенціальним тремором. Тому ми вважаємо, що КЛЖК/мікробіота у калі можуть впливати на моторику кишечника господаря та функцію вегетативної нервової системи.
Дослідження показало, що зниження рівня фекальних SCFA у ET було пов'язане зі зниженням кількості Faecalibacterium (пов'язаних з бутиратом) та Streptobacterium (пов'язаних з пропіонатом, бутиратом та ізобутиратом). Після корекції FDR цей зв'язок залишається значним. Faecalibacterium та Streptobacterium – це мікроорганізми, що продукують SCFA. Faecalibacterium відомо як мікроорганізм, що продукує бутират36, тоді як основними продуктами ферментації Catenibacter є ацетат, бутират та молочна кислота37. Faecalibacterium було виявлено у 100% як груп ET, так і груп HC; медіана відносної кількості групи ET становила 2,06%, а групи HC – 3,28% (LDA 3,870). Бактерія категорії була виявлена ​​у 21,6% (8/37) групи HC та лише в 1 зразку групи ET (1/35). Зниження та невиявлення стрептобактерій при есенціальному енцефалопатії також може свідчити про кореляцію з патогенністю захворювання. Медіана відносної чисельності видів Catenibacter у групі HC становила 0,07% (LDA 2,129). Крім того, молочнокислі бактерії були пов'язані зі змінами бутирату у фекаліях (P=0,016, P=0,096 після корекції FDR), а кандидат на артрит – зі змінами ізобутирату (P=0,016, P=0,072 після корекції FDR). Після корекції FDR залишається лише кореляційна тенденція, яка не є статистично значущою. Лактобактерії також відомі як продуценти SCFA (оцтова кислота, пропіонова кислота, ізомасляна кислота, масляна кислота) 38, а Candidatus Arthromitus є специфічним індуктором диференціації Т-хелперів 17 (Th17), причому Th1/2 та Treg пов'язані з імунним балансом /Th17 39. Нещодавнє дослідження показує, що підвищений рівень фекального псевдоартриту може сприяти запаленню товстої кишки, дисфункції кишкового бар'єра та системному запаленню 40. Рівні Clostridium trichoides були підвищені при есенціальному захворюванні (ЕТ) порівняно з хворобою Паркінсона (PD). Було виявлено, що чисельність Clostridium trichoides негативно корелює з ізовалеріановою кислотою та ізомасляною кислотою. Після корекції FDR обидва показники залишалися значними (P ≥ 0,295). Clostridium pilosum – це бактерія, яка, як відомо, пов'язана із запаленням і може сприяти дисфункції кишкового бар'єра 41. Наше попереднє дослідження повідомляло про зміни в кишковій мікробіоті пацієнтів з ЕТ8. Тут ми також повідомляємо про зміни в КЛЖК (кішечкових жирних кислот) при ЕТ та виявляємо зв'язок між дисбактеріозом кишечника та змінами КЛЖК. Знижений рівень КЛЖК тісно пов'язаний з дисбактеріозом кишечника та тяжкістю тремору при ЕТ. Наші результати свідчать про те, що кишково-мозкова вісь може відігравати важливу роль у патогенезі ЕТ, але необхідні подальші дослідження на тваринних моделях.
Порівняно з пацієнтами з хворобою Паркінсона (ХП), у пацієнтів з есенціальним туберозом (ЕТ) спостерігаються нижчі рівні ізовалеріанової та ізомасляної кислот у калі. Комбінація ізовалеріанової кислоти та ізомасляної кислоти виявила ЕТ ​​при ХП з AUC 0,743 (95% ДІ: 0,629–0,857), чутливістю 74,3% та специфічністю 62,9%, що свідчить про їхню потенційну роль як біомаркерів у диференціальній діагностиці ЕТ. Рівні ізовалеріанової кислоти у калі мали обернену кореляцію з балами за шкалами FTM та TETRAS. Рівні ізомасляної кислоти у калі мали обернену кореляцію з балами FTM. Зниження рівня ізовалеріанової кислоти було пов'язане зі зменшенням чисельності катобактерій. Про функції ізовалеріанової та ізомасляної кислоти відомо небагато. Попереднє дослідження показало, що колонізація мишей B. ovale збільшувала кількість кишкових SCFA (включаючи ацетат, пропіонат, ізобутират та ізовалерат) та концентрацію ГАМК у кишечнику, що підкреслює кишковий зв'язок між мікробіотою та концентрацією SCFA/нейромедіаторів у кишечнику32. Цікаво, що спостережувані рівні ізомасляної кислоти були подібними між групами PD та HC, але відрізнялися між групами ET та PD (або HC). Ізомасляна кислота могла розрізняти ET та PD з AUC 0,718 (95% ДІ: 0,599–0,836) та ідентифікувати ET та NC з AUC 0,655 (95% ДІ: 0,525–0,786). Крім того, рівні ізомасляної кислоти корелюють з тяжкістю тремору, ще більше посилюючи його зв'язок з ET. Питання про те, чи може пероральна ізомасляна кислота зменшити тяжкість тремору у пацієнтів з ET, заслуговує на подальше вивчення.
Таким чином, вміст КЛЖК у калі знижений у пацієнтів з есенціальним запальним синдромом (ЕТ) і пов'язаний з клінічною тяжкістю ЕТ та специфічними змінами кишкової мікробіоти. Пропіонат, бутират та ізобутират у калі можуть бути діагностичними біомаркерами ЕТ, тоді як ізобутират та ізовалерат можуть бути диференціально-діагностичними біомаркерами ЕТ. Зміни ізобутирату у калі можуть бути більш специфічними для ЕТ, ніж зміни інших КЛЖК.
Наше дослідження має кілька обмежень. По-перше, харчові особливості та харчові вподобання можуть впливати на експресію мікробіоти, необхідні більші вибірки досліджень у різних популяціях, а майбутні дослідження повинні запроваджувати комплексні та систематичні дієтичні опитування, такі як анкети щодо частоти споживання їжі. По-друге, дизайн перехресного дослідження виключає будь-які висновки щодо причинно-наслідкового зв'язку між КЧЖК та хворобливим процесом есенціального синдрому. Необхідні подальші довгострокові дослідження спостереження із серійними вимірюваннями КЧЖК у фекаліях. По-третє, діагностичні та диференціально-діагностичні можливості рівнів КЧЖК у фекаліях повинні бути перевірені за допомогою незалежних зразків есенціального синдрому, карциноми та прогресуючої хвороби плода (ПХ). У майбутньому слід протестувати більше незалежних зразків калу. Нарешті, пацієнти з ПХ у нашій когорті мали значно коротшу тривалість захворювання, ніж пацієнти з ПХ. Ми в основному зіставляли ПХ, ПХ та ГХ за віком, статтю та ІМТ. Враховуючи різницю в перебігу захворювання між групою ПХ та групою ПХ, ми також дослідили 33 пацієнтів з ранньою стадією ПХ та 16 пацієнтів з ПХ (тривалість захворювання ≤3 роки) для подальшого порівняння. Міжгрупові відмінності в КЧЖК загалом узгоджувалися з нашими первинними даними. Крім того, ми не виявили кореляції між тривалістю захворювання та змінами КЧЖК. Однак у майбутньому було б найкраще набирати пацієнтів з хворобою Паркінсона та есенціальним захворюванням на ранній стадії з коротшою тривалістю захворювання, щоб завершити валідацію на більшій вибірці.
Протокол дослідження був схвалений Етичним комітетом лікарні Руйцзінь, що пов'язана з медичною школою Шанхайського університету Цзяотун (RHEC2018-243). Письмова інформована згода була отримана від усіх учасників.
У період з січня 2019 року по грудень 2022 року до цього дослідження було включено 109 учасників (37 з есенціальною недостатністю, 37 з прогресуючою недостатністю та 35 з основною недостатністю) з клініки Центру рухових розладів лікарні Руйцзінь, що належить до Медичної школи Шанхайського університету Цзяо Тун. Критерії були такими: (1) вік 25–85 років, (2) пацієнтам з есенціальною недостатністю було встановлено діагноз відповідно до критеріїв Робочої групи МДС 42, а з прогресуючою недостатністю було встановлено діагноз відповідно до критеріїв МДС 43, (3) усі пацієнти не приймали анти-ПД препарати до збору зразків. (4) Група есенціальної недостатності приймала лише β-адреноблокатори або не приймала жодних супутніх препаратів до збору зразків калу. Також були відібрані пацієнти з основною недостатністю, які відповідали віку, статі та індексу маси тіла (ІМТ). Критерії виключення були: (1) вегетаріанці, (2) погане харчування, (3) хронічні захворювання шлунково-кишкового тракту (включаючи запальні захворювання кишечника, виразку шлунка або дванадцятипалої кишки), (4) тяжкі хронічні захворювання (включаючи злоякісні пухлини), серцева недостатність, ниркова недостатність, гематологічні захворювання), (5) наявність в анамнезі великих операцій на шлунково-кишковому тракті, (6) хронічне або регулярне вживання йогурту, (7) вживання будь-яких пробіотиків або антибіотиків протягом 1 місяця, (8) хронічне вживання кортикостероїдів, інгібіторів протонної помпи, статинів, метформіну, імуносупресантів або протипухлинних препаратів та (9) тяжкі когнітивні порушення, що перешкоджають клінічним випробуванням.
Усі учасники надали інформацію про історію хвороби, вагу та зріст для розрахунку ІМТ, а також пройшли неврологічне обстеження та клінічну оцінку, таку як шкала тривожності Гамільтона (HAMA)44, шкала депресії Гамільтона-17 (HAMD-17)45, депресія, тяжкість запору за шкалою Векснера46 та шкалою калу Брістоля47, а також когнітивні функції за допомогою міні-тесту психічного стану (MMSE)48. Шкала для оцінки вегетативних симптомів хвороби Паркінсона (SCOPA-AUT)49 досліджувала вегетативну дисфункцію у пацієнтів з есенціальним тремором та хворобою Паркінсона. У пацієнтів з есенціальним тремором були досліджені клінічна шкала оцінки тремору Фана-Толоса-Маріна (FTM) та шкала оцінки есенціального тремору (TETRAS)50, що використовувалася в дослідницькій групі з дослідження тремору (TRG)50; шкала оцінки хвороби Кінсона (MDS-), що спонсорується Об'єднаною асоціацією хвороби Паркінсона; UPDRS версії 51 та Hoehn and Yahr (HY) версії 52.
Кожного учасника попросили зібрати зразок калу вранці, використовуючи контейнер для збору калу. Перенести контейнери на лід і зберігати при температурі -80°C перед обробкою. Аналіз SCFA проводили відповідно до стандартних операцій компанії Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. У кожного суб'єкта було зібрано 400 мг свіжих зразків калу та проаналізовано за допомогою SCFA після подрібнення та обробки ультразвуком. Відібрані SCFA у калі аналізували за допомогою газової хроматографії-мас-спектрометрії (ГХ-МС) та рідинної хроматографії-тандемної МС (РХ-МС/МС).
ДНК екстрагували зі зразків масою 200 мг за допомогою набору QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Хільден, Німеччина) згідно з інструкціями виробника. Мікробний склад визначали шляхом секвенування гена 16S рРНК на ДНК, виділеній з фекалій, шляхом ампліфікації області V3-V4. ДНК тестували, пропускаючи зразок через 1,2% агарозний гель. Ампліфікацію гена 16S рРНК методом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) проводили з використанням універсальних бактеріальних праймерів (357 F та 806 R) та двоетапної бібліотеки ампліконів, побудованої на платформі Novaseq.
Неперервні змінні виражені як середнє значення ± стандартне відхилення, а категоріальні змінні виражені як числа та відсотки. Для перевірки однорідності дисперсій ми використовували тест Левена. Порівняння проводилися за допомогою двосторонніх t-тестів або дисперсійного аналізу (ANOVA), якщо змінні розподілялися нормально, та непараметричних U-тестів Манна-Вітні, якщо порушувалися припущення про нормальність або гомоскедастичність. Ми використовували площу під кривою ROC (Receiver Operating Characteristic) (AUC) для кількісної оцінки діагностичної ефективності моделі та дослідження здатності SCFA розрізняти пацієнтів з есенціальною хворобою (ET) від пацієнтів з раком серця (HC) або хворобою Паркінсона (PD). Для дослідження зв'язку між SCFA та клінічною тяжкістю ми використовували кореляційний аналіз Спірмена. Статистичний аналіз проводили за допомогою програмного забезпечення SPSS (версія 22.0; SPSS Inc., Чикаго, Іллінойс) з рівнем значущості (включаючи значення P та FDR-P), встановленим на рівні 0,05 (двосторонній).
Послідовності 16S були проаналізовані за допомогою комбінації програмного забезпечення Trimmomatic (версія 0.35), Flash (версія 1.2.11), UPARSE (версія v8.1.1756), mothur (версія 1.33.3) та R (версія 3.6.3). Необроблені дані гена 16S рРНК були оброблені за допомогою UPARSE для створення операційних таксономічних одиниць (OTU) з 97% ідентичністю. Таксономії були визначені з використанням Silva 128 як довідкової бази даних. Для подальшого аналізу був обраний загальний рівень даних про відносну чисельність. Для порівняння між групами (ET проти HC, ET проти PD) використовувався аналіз розміру ефекту за допомогою лінійного дискримінантного аналізу (LDA) з порогом α 0,05 та порогом розміру ефекту 2,0. Дискримінантні роди, ідентифіковані за допомогою аналізу LEfSE, додатково використовувалися для кореляційного аналізу Спірмена SCFA.
Для отримання додаткової інформації про дизайн дослідження див. анотацію звіту про природні дослідження, пов'язану з цією статтею.
Необроблені дані секвенування 16S зберігаються в базі даних BioProject Національного центру біотехнологічної інформації (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL-адреса: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o.=acc_s%3Aa. Інші відповідні дані доступні автору-відповідачу за обґрунтованим запитом, наприклад, у рамках наукової співпраці та академічного обміну з повноцінними дослідницькими проектами. Передача даних третім сторонам без нашої згоди заборонена.
Тільки відкритий вихідний код з комбінацією Trimmomatic (версія 0.35), Flash (версія 1.2.11), UPARSE (версія v8.1.1756), mothur (версія 1.33.3) та R (версія 3.6.3), використовуючи налаштування за замовчуванням або розділ «Метод». Додаткову уточнюючу інформацію можна надати відповідному автору за обґрунтованим запитом.
Прадіп С. та Механна Р. Шлунково-кишкові розлади при гіперкінетичних рухових розладах та атаксії. Пов'язані з хворобою Паркінсона. Сплутаність свідомості. 90, 125–133 (2021).
Луїс, Е.Д. та Фауст, П.Л. Патологія есенціального тремору: нейродегенерація та реорганізація нейрональних зв'язків. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Жиронелл, А. Чи є есенціальний тремор первинним розладом дисфункції ГАМБ? Так. міжнародність. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Догра Н., Мані Р.Дж. та Катара Д.П. Кишково-мозкова вісь: два режими передачі сигналів при хворобі Паркінсона. Клітинні молекули. Нейробіологія. 42, 315–332 (2022).
Квіглі, ЕММ. Вісь мікробіота-мозок-кишечник та нейродегенеративні захворювання. current. Неллор. Нейронаука. Звіти 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR та He, XX. Трансплантація фекальної мікробіоти одночасно покращує есенціальний тремор та синдром подразненого кишечника у пацієнтів. Геріатрична психологія 20, 796–798 (2020).
Чжан П. та ін. Специфічні зміни кишкової мікробіоти при есенціальному треморі та їх диференціація від хвороби Паркінсона. NPJ Хвороба Паркінсона. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J та Wang D. Критична роль мікробіоти в регуляції нейронально-гліально-епітеліальних одиниць. Стійкість до інфекцій. 14, 5613–5628 (2021).
Емін А. та ін. Патологія дуоденального альфа-синуклеїну та кишкового гліозу при прогресуючій хворобі Паркінсона. рух. сплутаність свідомості. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Антитіла до альфа-синуклеїну 5G4 розпізнають явну хворобу Паркінсона та продромальну хворобу Паркінсона у слизовій оболонці товстої кишки. рух. сплутаність свідомості. 33, 1366–1368 (2018).
Алгарні М. та Фасано А. Збіг есенціального тремору та хвороби Паркінсона. Пов'язано з хворобою Паркінсона. Сплутаність свідомості. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR та ін. Кишкова мікробіота модулює рухові порушення та нейрозапалення в моделях хвороби Паркінсона. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Унгер, М.М. та ін. Коротколанцюгові жирні кислоти та кишкова мікробіота відрізняються у пацієнтів із хворобою Паркінсона та контрольної групи того ж віку. Пов’язано з хворобою Паркінсона. Сплутаність свідомості. 32, 66–72 (2016).
Блічер Е., Леві М., Татіровський Е. та Елінав Е. Метаболіти, що регулюються мікробіомом на інтерфейсі імунної системи хазяїна. Журнал імунології. 198, 572–580 (2017).