Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor het beste resultaat raden we aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, wordt de site in de tussentijd zonder opmaak of JavaScript weergegeven.
Vroegtijdige diagnose van essentiële tremor (ET) kan lastig zijn, vooral wanneer onderscheid moet worden gemaakt met gezonde controles (HC) en de ziekte van Parkinson (PD). Recentelijk heeft de analyse van ontlastingmonsters op darmmicrobiota en de bijbehorende metabolieten nieuwe methoden opgeleverd voor de ontdekking van nieuwe biomarkers voor neurodegeneratieve ziekten. Korteketenvetzuren (SCFA's), als belangrijkste metaboliet van de darmflora, zijn verlaagd in de ontlasting bij PD. Fecale SCFA's zijn echter nog nooit onderzocht bij ET. Ons doel was om de fecale niveaus van SCFA's bij ET te onderzoeken, de relatie ervan met klinische symptomen en darmmicrobiota te beoordelen en hun potentiële diagnostische waarde te bepalen. Fecale SCFA's en darmmicrobiota werden gemeten bij 37 ET-patiënten, 37 nieuwe PD-patiënten en 35 HC's. Constipatie, autonome disfunctie en de ernst van de tremor werden beoordeeld met behulp van schalen. De fecale niveaus van propionaat, butyraat en isobutyraat waren lager bij ET-patiënten dan bij HC's. Een combinatie van propionzuur, boterzuur en isoboterzuur onderscheidde essentiële tremor (ET) van gezonde controles (HC) met een AUC van 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). De fecale isovaleriaanzuur- en isoboterzuurspiegels waren lager bij ET dan bij de ziekte van Parkinson (PD). Isovaleriaanzuur en isoboterzuur discrimineerden tussen ET en PD met een AUC van 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Fecale propionaat is omgekeerd geassocieerd met constipatie en autonome disfunctie. Isoboterzuur en isovaleriaanzuur zijn omgekeerd gerelateerd aan de ernst van de tremor. De afname van korteketen vetzuren (SCFA's) in de ontlasting was geassocieerd met een afname van de abundantie van Faecalibacterium en Streptobacterium bij ET. Het gehalte aan SCFA's in de ontlasting neemt dus af bij ET en is geassocieerd met de ernst van het klinische beeld en veranderingen in de darmmicrobiota. Propionaat, butyraat, isobutyraat en isovaleraat in de ontlasting kunnen potentiële diagnostische en differentiële diagnostische biomarkers zijn voor ET.
Essentiële tremor (ET) is een progressieve, chronische neurodegeneratieve aandoening die voornamelijk wordt gekenmerkt door tremoren van de bovenste extremiteiten, die echter ook andere delen van het lichaam kunnen aantasten, zoals het hoofd, de stembanden en de onderste extremiteiten 1. Klinische kenmerken van ET omvatten niet alleen motorische symptomen, maar ook enkele niet-motorische verschijnselen, waaronder gastro-intestinale aandoeningen 2. Talrijke studies zijn uitgevoerd om de pathologische en fysiologische kenmerken van essentiële tremor te onderzoeken, maar duidelijke pathofysiologische mechanismen zijn nog niet geïdentificeerd3,4. Recente studies suggereren dat disfunctie van de microbiota-darm-hersenas kan bijdragen aan neurodegeneratieve ziekten, en er is steeds meer bewijs voor een mogelijke bidirectionele link tussen de darmmicrobiota en neurodegeneratieve ziekten5,6. Opvallend is dat in één casusrapport fecale microbiotatransplantatie zowel de essentiële tremor als het prikkelbaredarmsyndroom bij een patiënt verbeterde, wat kan wijzen op een nauwe relatie tussen de darmmicrobiota en essentiële tremor. Daarnaast vonden we ook specifieke veranderingen in de darmmicrobiota bij patiënten met ET, wat de belangrijke rol van darmdysbiose bij ET8 sterk ondersteunt.
Wat betreft darmdysbiose bij neurodegeneratieve ziekten is de ziekte van Parkinson (PD) het meest onderzocht⁵. Een onevenwichtige microbiota kan de darmpermeabiliteit verhogen en darmgliacellen activeren, wat leidt tot alfa-synucleinopathieën⁹,¹⁰,¹¹. PD en essentiële tremor (ET) delen enkele gemeenschappelijke kenmerken, zoals een vergelijkbare frequentie van tremoren bij ET- en PD-patiënten, overlappende rusttremor (typische tremor bij PD) en houdingstremor (vooral gevonden bij ET-patiënten), waardoor het moeilijk is om ze in een vroeg stadium van elkaar te onderscheiden¹². Daarom is het dringend noodzakelijk om een ​​bruikbare methode te ontwikkelen om onderscheid te maken tussen ET en PD. In deze context kan onderzoek naar de specifieke darmdysbiose en de daarmee samenhangende veranderingen in metabolieten bij ET, en het identificeren van de verschillen met PD, potentiële biomarkers opleveren voor de diagnose en differentiële diagnose van ET.
Korteketenvetzuren (SCFA's) zijn de belangrijkste metabolieten die worden geproduceerd door de bacteriële fermentatie van voedingsvezels in de darmen en spelen vermoedelijk een cruciale rol in de interactie tussen darm en hersenen13,14. SCFA's worden opgenomen door cellen in de dikke darm en via het poortaderstelsel naar de lever getransporteerd, en sommige SCFA's komen in de systemische circulatie terecht. SCFA's hebben lokale effecten op het behoud van de integriteit van de darmbarrière en het bevorderen van de aangeboren immuniteit in het darmslijmvlies15. Ze hebben ook langetermijneffecten op de bloed-hersenbarrière (BBB) ​​door tight junction-eiwitten te stimuleren en neuronen te activeren door G-proteïne-gekoppelde receptoren (GPCR's) te stimuleren om de BBB te passeren16. Acetaat, propionaat en butyraat zijn de meest voorkomende SCFA's in de dikke darm. Eerdere studies hebben verlaagde fecale niveaus van azijnzuur, propionzuur en boterzuur aangetoond bij patiënten met de ziekte van Parkinson17. De fecale niveaus van SCFA's zijn echter nog nooit onderzocht bij patiënten met essentiële tremor (ET).
Ons onderzoek was er daarom op gericht specifieke veranderingen in fecale SCFA bij patiënten met ET te identificeren en de verschillen met patiënten met PD vast te stellen, de relatie tussen fecale SCFA en klinische symptomen van ET en de darmmicrobiota te beoordelen, en de potentiële diagnostische en differentiële diagnostische mogelijkheden van fecale monsters te bepalen. Om verstorende factoren in verband met anti-PD-medicatie aan te pakken, selecteerden we patiënten met recent ontstane Parkinson als controlegroep.
De demografische en klinische kenmerken van de 37 ET's, 37 PD's en 35 HC's worden samengevat in Tabel 1. ET's, PD's en HC's werden gematcht op leeftijd, geslacht en BMI. De drie groepen hadden ook vergelijkbare percentages roken, alcoholgebruik en koffie- en theeconsumptie. De Wexner-score (P = 0,004) en de HAMD-17-score (P = 0,001) van de PD-groep waren hoger dan die van de HC-groep, en de HAMA-score (P = 0,011) en de HAMD-17-score (P = 0,011) van de ET-groep waren hoger dan die van de HC-groep. Het ziekteverloop in de ET-groep was significant langer dan in de PD-groep (P < 0,001).
Er waren significante verschillen in de fecale concentraties van propionzuur (P = 0,023), azijnzuur (P = 0,039), boterzuur (P = 0,020), isovaleriaanzuur (P = 0,045) en isoboterzuur (P = 0,015). In een verdere post-hoc analyse bleken de concentraties van propionzuur (P = 0,023), boterzuur (P = 0,007) en isoboterzuur (P = 0,040) in de ET-groep significant lager te zijn dan die in de HC-groep. Patiënten met ET hadden lagere concentraties van isovaleraat (P = 0,014) en isobutyraat (P = 0,005) dan patiënten met PD. Bovendien waren de niveaus van propionzuur (P = 0,013), azijnzuur (P = 0,016) en boterzuur (P = 0,041) in de ontlasting lager bij patiënten met PD dan bij patiënten met CC (Figuur 1 en aanvullende tabel 1).
ag staat voor een groepsvergelijking van respectievelijk propionzuur, azijnzuur, boterzuur, isovaleriaanzuur, valeriaanzuur, capronzuur en isoboterzuur. Er waren significante verschillen in de niveaus van propionzuur, azijnzuur, boterzuur, isovaleriaanzuur en isoboterzuur in de ontlasting tussen de drie groepen. ET staat voor essentiële tremor, Parkinson voor de ziekte van Parkinson, HC staat voor gezonde controle, SCFA staat voor SCFA. Significante verschillen worden aangegeven met *P < 0,05 en **P < 0,01.
Gezien het verschil in ziekteverloop tussen de ET-groep en de PD-groep, hebben we 33 patiënten met vroege PD en 16 patiënten met ET (ziekteverloop <3 jaar) verder vergeleken (aanvullende tabel 2). De resultaten toonden aan dat het fecale propionzuurgehalte van ET significant lager was dan dat van HA (P=0,015). Het verschil tussen ET en HC voor boterzuur en isoboterzuur was niet significant, maar er was wel een trend zichtbaar (P = 0,082). De fecale isobutyraatspiegels waren significant lager bij patiënten met ET vergeleken met patiënten met PD (P = 0,030). Het verschil tussen ET en PD voor isovaleriaanzuur was niet significant, maar er was wel een trend zichtbaar (P = 0,084). Propionzuur (P = 0,023), azijnzuur (P = 0,020) en boterzuur (P = 0,044) waren significant lager bij PD-patiënten dan bij HC-patiënten. Deze resultaten (aanvullende figuur 1) komen over het algemeen overeen met de belangrijkste resultaten. Het verschil in resultaten tussen de totale steekproef en de subgroep van patiënten met een vroege ziekte kan te wijten zijn aan de kleinere steekproefomvang in de subgroep, wat resulteert in een lagere statistische power van de gegevens.
Vervolgens onderzochten we of de SCFA-niveaus in de ontlasting patiënten met ET konden onderscheiden van patiënten met CU of PD. Volgens de ROC-analyse was het verschil in AUC van de propionaatniveaus 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), waardoor het mogelijk was om patiënten met ET te onderscheiden van HC. Patiënten met ET en GC konden worden onderscheiden op basis van butyraatniveaus met een AUC van 0,685 (95% CI: 0,556-0,814). Verschillen in isoboterzuurniveaus kunnen patiënten met ET onderscheiden van HC met een AUC van 0,655 (95% CI: 0,525-0,786). Bij het combineren van propionaat-, butyraat- en isobutyraatniveaus werd een hogere AUC van 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) verkregen met een sensitiviteit van 74,3% en een specificiteit van 72,9% (Fig. 2a). Om onderscheid te maken tussen ET- en PD-patiënten was de AUC voor isovaleriaanzuurniveaus 0,700 (95% CI: 0,579–0,822) en voor isobutyrinezuurniveaus 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). De combinatie van isovaleriaanzuur- en isobutyrinezuurniveaus had een hogere AUC van 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), een sensitiviteit van 74,3% en een specificiteit van 62,9% (Fig. 2b). Daarnaast onderzochten we of de SCFA-niveaus in de ontlasting van patiënten met de ziekte van Parkinson verschilden van die van controles. Volgens de ROC-analyse was de AUC voor het identificeren van patiënten met de ziekte van Parkinson op basis van verschillen in propionzuurniveaus 0,687 (95% CI: 0,559-0,814), met een sensitiviteit van 68,6% en een specificiteit van 68,7%. Verschillen in acetaatniveaus kunnen patiënten met de ziekte van Parkinson onderscheiden van gezonde controles met een AUC van 0,674 (95% CI: 0,542-0,805). Patiënten met de ziekte van Parkinson kunnen alleen van gezonde controles worden onderscheiden op basis van butyraatniveaus met een AUC van 0,651 (95% CI: 0,515-0,787). Bij het combineren van propionaat-, acetaat- en butyraatniveaus werd een AUC van 0,682 (95% CI: 0,553-0,811) verkregen (Fig. 2c).
a. discriminatie door de Russisch-orthodoxe kerk tegen ET en HC; b. ROC-discriminatie tegen ET en PD; c. ROC-discriminatie tegen PD en HC; ET: essentiële tremor, Parkinson: ziekte van Parkinson, gezonde HC: controle, SCFA.
Bij patiënten met ET was het fecale isoboterzuurgehalte negatief gecorreleerd met de FTM-score (r = -0,349, P = 0,034), en het fecale isovaleriaanzuurgehalte was negatief gecorreleerd met de FTM-score (r = -0,421, P = 0,001) en de TETRAS-score (r = -0,382, P = 0,020). Bij patiënten met ET en PD waren de fecale propionaatgehalten negatief gecorreleerd met de SCOPA-AUT-scores (r = −0,236, P = 0,043) (Figuur 3 en Aanvullende Tabel 3). Er was geen significante correlatie tussen het ziekteverloop en SCFA in de ET-groep (P ≥ 0,161) noch in de PD-groep (P ≥ 0,246) (Aanvullende Tabel 4). Bij patiënten met de ziekte van Parkinson waren de fecale capronzuurspiegels positief gecorreleerd met de MDS-UPDRS-scores (r = 0,335, P = 0,042). Bij alle deelnemers waren de fecale propionaatspiegels (r = −0,230, P = 0,016) en acetaatspiegels (r = −0,210, P = 0,029) negatief gecorreleerd met de Wexner-scores (Figuur 3 en Aanvullende Tabel 3).
De fecale isoboterzuurspiegels waren negatief gecorreleerd met de FTM-scores, isovaleriaanzuur was negatief gecorreleerd met de FTM- en TETRAS-scores, propionzuur was negatief gecorreleerd met de SCOPA-AUT-scores, capronzuur was positief gecorreleerd met de MDS-UPDRS-scores en propionzuur was negatief gecorreleerd met de FTM- en TETRAS-scores. TETRAS en azijnzuur waren negatief gecorreleerd met de Wexner-score. MDS-UPDRS Association sponsored version of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Mini-Mental State Examination (MMSE), Hamilton Depression Rating Scale (HAMD-17, 17 items), Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA), HY Hoehn and Yahr stages, 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. Aanzienlijke verschillen worden aangegeven met *P < 0,05 en **P < 0,01.
We hebben het onderscheidende karakter van de darmmicrobiota verder onderzocht met behulp van LEfSE-analyse en hebben het niveau van de relatieve abundantie van de genusgegevens geselecteerd voor verdere analyse. Vergelijkingen werden gemaakt tussen ET en HC en tussen ET en PD. Vervolgens werd een Spearman-correlatieanalyse uitgevoerd op de relatieve abundantie van de darmmicrobiota en de fecale SCFA-niveaus in de twee vergelijkingsgroepen.
Faecalibacterium (gecorreleerd met boterzuur, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (gecorreleerd met boterzuur, r = 0,283, P = 0,016) en Streptobacterium (gecorreleerd met propionzuur, r = 0,327) waren aanwezig in de analyse van ET en CA. , P = 0,005; gecorreleerd met boterzuur, r = 0,374, P = 0,001; De abundantie van Stenotropomonas (correlateert met isoboterzuur, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (correlateert met propionzuur, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (correlateert met propionaat, r = 0,249, P = 0,035) en Candidatus Arthromitus (correlateert met isoboterzuur, r = 0,302, P = 0,010) neemt af in ET en is positief gecorreleerd met de fecale SCFA-niveaus. De abundantie van Stenotropomonas nam echter toe in ET en was negatief gecorreleerd met de fecale isoboterzuurniveaus (r = -0,250, P = 0,034). Na FDR-correctie bleef alleen de correlatie tussen Faecalibacterium, Catenibacter en SCFA significant (P ≤ 0,045) (Fig. 4 en aanvullende tabel 5).
Correlatieanalyse van ET en HC. Na FDR-correctie bleek de abundantie van Faecalibacterium (positief geassocieerd met butyraat) en Streptobacterium (positief geassocieerd met propionaat, butyraat en isobutyraat) verminderd te zijn bij ET en positief geassocieerd met de SCFA-niveaus in de ontlasting. b Correlatieanalyse van ET en PD. Na FDR-correctie werden geen significante verbanden gevonden. ET: essentiële tremor, ziekte van Parkinson, gezonde controle (HC), SCFA. Significante verschillen worden aangegeven met *P < 0,05 en **P < 0,01.
Bij de analyse van ET versus PD werd vastgesteld dat Clostridium trichophyton was toegenomen in ET en gecorreleerd was met fecale isovaleriaanzuur (r = -0,238, P = 0,041) en isoboterzuur (r = -0,257, P = 0,027). Na FDR-correctie bleven beide significant (P≥0,295) (Figuur 4 en Aanvullende Tabel 5).
Deze uitgebreide studie onderzoekt de concentraties van kortketenige vetzuren (SCFA's) in de ontlasting en correleert deze met veranderingen in de darmmicrobiota en de ernst van de symptomen bij patiënten met essentiële trombocytemie (ET) in vergelijking met patiënten met chronische cholestase (CU) en de ziekte van Parkinson (PD). We ontdekten dat de concentraties van SCFA's in de ontlasting verlaagd waren bij patiënten met ET en geassocieerd waren met de klinische ernst en specifieke veranderingen in de darmmicrobiota. Cumulatieve concentraties van kortketenige vetzuren (SCFA's) in de ontlasting onderscheiden ET van GC en PD.
Vergeleken met GC-patiënten hebben ET-patiënten lagere fecale concentraties van propionzuur, boterzuur en isoboterzuur. De combinatie van propionzuur, boterzuur en isoboterzuur onderscheidde ET van HC met een AUC van 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), een sensitiviteit van 74,3% en een specificiteit van 72,9%, wat wijst op het gebruik ervan als diagnostische biomarkers voor de potentiële rol van ET. Verdere analyse toonde aan dat de fecale propionzuurconcentraties negatief gecorreleerd waren met de Wexner-score en de SCOPA-AUT-score. De fecale isoboterzuurconcentraties waren omgekeerd gecorreleerd met de FTM-scores. Aan de andere kant was een afname van de boterzuurconcentraties bij ET geassocieerd met een afname van de abundantie van SCFA-producerende microbiota, Faecalibacterium en Categorybacter. Bovendien bleek een afname van de hoeveelheid Catenibacter in ET ook samen te hangen met een afname van de concentraties propionzuur en isoboterzuur in de ontlasting.
De meeste kortketenige vetzuren (SCFA's) die in de dikke darm worden geproduceerd, worden door colonocyten opgenomen, voornamelijk via H+-afhankelijke of natriumafhankelijke monocarboxylaattransporters. Geabsorbeerde kortketenige vetzuren worden gebruikt als energiebron voor colonocyten, terwijl de vetzuren die niet in colonocyten worden gemetaboliseerd, naar de portale circulatie worden getransporteerd 18. SCFA's kunnen de darmmotiliteit beïnvloeden, de darmbarrièrefunctie verbeteren en het metabolisme en de immuniteit van de gastheer beïnvloeden19. Eerder werd vastgesteld dat de fecale concentraties van butyraat, acetaat en propionaat verlaagd waren bij PD-patiënten in vergelijking met gezonde controles17, wat overeenkomt met onze resultaten. Onze studie toonde een afname van SCFA's aan bij patiënten met ET, maar er is weinig bekend over de rol van SCFA's in de pathologie van ET. Butyraat en propionaat kunnen binden aan GPCR's en GPCR-afhankelijke signalering beïnvloeden, zoals MAPK- en NF-κB20-signalering. Het basisconcept van de darm-hersenas is dat SCFAs, afgescheiden door darmmicroben, de signalering van de gastheer kunnen beïnvloeden en daarmee de darm- en hersenfunctie beïnvloeden. Omdat butyraat en propionaat een krachtig remmend effect hebben op de activiteit van histone deacetylase (HDAC)21 en butyraat ook als ligand voor transcriptiefactoren kan fungeren, hebben ze een breed scala aan effecten op het metabolisme, de differentiatie en de proliferatie van de gastheer, voornamelijk vanwege hun invloed op genregulatie22. Op basis van bewijs uit SCFA-onderzoek en neurodegeneratieve ziekten wordt butyraat beschouwd als een therapeutische kandidaat vanwege het vermogen om de verstoorde HDAC-activiteit te corrigeren, wat mogelijk de dood van dopaminerge neuronen bij de ziekte van Parkinson (PD) medieert23,24,25. Dierstudies hebben ook aangetoond dat boterzuur de degeneratie van dopaminerge neuronen kan voorkomen en bewegingsstoornissen in PD-modellen kan verbeteren26,27. Van propionzuur is aangetoond dat het ontstekingsreacties beperkt en de integriteit van de bloed-hersenbarrière (BBB) ​​beschermt28,29. Studies hebben aangetoond dat propionzuur de overleving van dopaminerge neuronen bevordert als reactie op rotenontoxiciteit in PD-modellen 30 en dat orale toediening van propionzuur het verlies van dopaminerge neuronen en motorische tekorten bij muizen met PD herstelt 31. Er is weinig bekend over de functie van isoboterzuur. Een recente studie toonde echter aan dat kolonisatie van muizen met B. ovale het gehalte aan SCFA's in de darmen (waaronder acetaat, propionaat, isobutyraat en isovaleraat) en de GABA-concentratie in de darmen verhoogde, wat aantoont dat er een verband is gelegd tussen darmmicrobiota en de concentraties van neurotransmitters in de darmen 32. Bij ET omvatten abnormale pathologische veranderingen in het cerebellum veranderingen in de axonen en dendrieten van Purkinje-cellen, verplaatsing en verlies van Purkinje-cellen, veranderingen in de axonen van mandcellen, afwijkingen in de opstijgende vezelverbindingen met de distributie van Purkinje-cellen en veranderingen in GABA-receptoren in het dentate bot. kernen, wat leidt tot een afname van de GABAerge output vanuit het cerebellum3,4,33. Het blijft onduidelijk of SCFAs geassocieerd zijn met neurodegeneratie van Purkinje-cellen en een verminderde GABA-productie in het cerebellum. Onze resultaten suggereren een sterke associatie tussen SCFA en ET, maar het cross-sectionele onderzoeksontwerp staat geen conclusies toe over de causale relatie tussen SCFA en het ziekteproces van ET; verder longitudinaal vervolgonderzoek is nodig, inclusief seriële metingen van SCFAs in de ontlasting, evenals dierstudies die de mechanismen onderzoeken.
Er wordt aangenomen dat SCFA's de contractiliteit van de gladde spieren in de dikke darm stimuleren34. Een tekort aan SCFA's verergert de symptomen van constipatie, en suppletie met SCFA's kan de symptomen van constipatie verbeteren35. Onze resultaten wijzen ook op een significant verband tussen een verlaagd SCFA-gehalte in de ontlasting en toegenomen constipatie en autonome disfunctie bij patiënten met essentiële tremor (ET). In een casusrapport werd beschreven dat microbiota-transplantatie zowel essentiële tremor als het prikkelbaredarmsyndroom verbeterde bij patiënt 7, wat verder wijst op een nauwe relatie tussen darmmicrobiota en ET. Daarom zijn wij van mening dat SCFA's/microbiota in de ontlasting de darmmotiliteit en de functie van het autonome zenuwstelsel van de gastheer kunnen beïnvloeden.
Uit het onderzoek bleek dat verlaagde niveaus van fecale SCFAs in de ET-groep geassocieerd waren met een verminderde abundantie van Faecalibacterium (geassocieerd met butyraat) en Streptobacterium (geassocieerd met propionaat, butyraat en isobutyraat). Na FDR-correctie blijft deze relatie significant. Faecalibacterium en Streptobacterium zijn SCFA-producerende micro-organismen. Faecalibacterium staat bekend als een butyraatproducerend micro-organisme36, terwijl de belangrijkste producten van Catenibacter-fermentatie acetaat, butyraat en melkzuur zijn37. Faecalibacterium werd in 100% van zowel de ET- als de HC-groep aangetroffen; de mediane relatieve abundantie van de ET-groep was 2,06% en die van de HC-groep 3,28% (LDA 3,870). De betreffende bacterie werd aangetroffen in 21,6% (8/37) van de HC-groep en slechts in 1 monster van de ET-groep (1/35). De afname en ondetecteerbaarheid van streptobacteriën in ET kan ook wijzen op een correlatie met de pathogeniciteit van de ziekte. De mediane relatieve abundantie van Catenibacter-soorten in de HC-groep was 0,07% (LDA 2,129). Bovendien waren melkzuurbacteriën geassocieerd met veranderingen in fecale butyraat (P=0,016, P=0,096 na FDR-correctie), en artritiskandidaatbacteriën waren geassocieerd met veranderingen in isobutyraat (P=0,016, P=0,072 na FDR-correctie). Na FDR-correctie blijft alleen de correlatietrend over, die statistisch niet significant is. Lactobacillen staan ​​er ook om bekend dat ze SCFA-producenten zijn (azijnzuur, propionzuur, isoboterzuur, boterzuur) 38 en Candidatus Arthromitus is een specifieke inductor van de differentiatie van T-helper 17 (Th17)-cellen, waarbij Th1/2 en Tregs geassocieerd zijn met immuunbalans /Th1739. Een recente studie suggereert dat verhoogde niveaus van fecale pseudoartritis kunnen bijdragen aan darmontsteking, darmbarrièredysfunctie en systemische ontsteking 40. De niveaus van Clostridium trichoides waren verhoogd bij ET vergeleken met PD. De abundantie van Clostridium trichoides bleek negatief gecorreleerd te zijn met isovaleriaanzuur en isoboterzuur. Na FDR-correctie bleven beide significant (P≥0,295). Clostridium pilosum is een bacterie waarvan bekend is dat deze geassocieerd is met ontsteking en kan bijdragen aan darmbarrièredysfunctie41. Onze eerdere studie rapporteerde veranderingen in de darmmicrobiota van patiënten met ET8. Hier rapporteren we ook veranderingen in SCFA bij essentiële tremor (ET) en identificeren we een verband tussen darmdysbiose en veranderingen in SCFA. Verlaagde SCFA-niveaus hangen nauw samen met darmdysbiose en de ernst van de tremor bij ET. Onze resultaten suggereren dat de darm-hersenas een belangrijke rol kan spelen in de pathogenese van ET, maar verder onderzoek in diermodellen is nodig.
Vergeleken met patiënten met de ziekte van Parkinson (PD), hebben patiënten met essentiële trombocytemie (ET) lagere concentraties isovaleriaanzuur en isoboterzuur in hun ontlasting. De combinatie van isovaleriaanzuur en isoboterzuur identificeerde ET bij PD met een AUC van 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), een sensitiviteit van 74,3% en een specificiteit van 62,9%, wat suggereert dat ze mogelijk een rol kunnen spelen als biomarkers bij de differentiële diagnose van ET. De concentraties isovaleriaanzuur in de ontlasting waren omgekeerd gecorreleerd met de FTM- en TETRAS-scores. De concentraties isoboterzuur in de ontlasting waren omgekeerd gecorreleerd met de FTM-scores. De afname van de isoboterzuurconcentratie ging gepaard met een afname van de hoeveelheid catobacteriën. Er is weinig bekend over de functies van isovaleriaanzuur en isoboterzuur. Uit een eerder onderzoek bleek dat kolonisatie van muizen met B. ovale de hoeveelheid intestinale SCFA's (waaronder acetaat, propionaat, isobutyraat en isovaleraat) en intestinale GABA-concentraties verhoogde, wat de link tussen darmmicrobiota en intestinale SCFA/neurotransmitterconcentraties benadrukt32. Interessant genoeg waren de waargenomen isoboterzuurniveaus vergelijkbaar tussen de PD- en HC-groepen, maar verschilden ze tussen de ET- en PD- (of HC-)groepen. Isoboterzuur kon ET en PD onderscheiden met een AUC van 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) en ET en NC identificeren met een AUC van 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Bovendien correleert het isoboterzuurniveau met de ernst van de tremor, wat de associatie met ET verder versterkt. De vraag of oraal toegediend isoboterzuur de ernst van tremoren bij patiënten met essentiële tremor kan verminderen, verdient nader onderzoek.
Het gehalte aan kortketenige vetzuren (SCFA's) in de ontlasting is dus verlaagd bij patiënten met essentiële trombocytemie (ET) en hangt samen met de klinische ernst van ET en specifieke veranderingen in de darmmicrobiota. Propionaat, butyraat en isobutyraat in de ontlasting kunnen diagnostische biomarkers zijn voor ET, terwijl isobutyraat en isovaleraat differentiële diagnostische biomarkers voor ET kunnen zijn. Veranderingen in isobutyraat in de ontlasting zijn mogelijk specifieker voor ET dan veranderingen in andere SCFA's.
Ons onderzoek kent een aantal beperkingen. Ten eerste kunnen voedingspatronen en voedselvoorkeuren de expressie van de microbiota beïnvloeden. Grotere onderzoeksgroepen in verschillende populaties zijn nodig, en toekomstige studies zouden uitgebreide en systematische voedingsonderzoeken, zoals voedselfrequentievragenlijsten, moeten introduceren. Ten tweede sluit het cross-sectionele onderzoeksontwerp conclusies uit over een causaal verband tussen SCFA's en het ziekteproces van ET. Verder langetermijnonderzoek met seriële metingen van fecale SCFA's is nodig. Ten derde moeten de diagnostische en differentiële diagnostische mogelijkheden van fecale SCFA-niveaus worden gevalideerd met behulp van onafhankelijke monsters van ET, HC en PD. Meer onafhankelijke ontlastingmonsters zouden in de toekomst moeten worden getest. Ten slotte hadden patiënten met PD in onze cohort een significant kortere ziekteduur dan patiënten met ET. We hebben ET, PD en HC voornamelijk gematcht op leeftijd, geslacht en BMI. Gezien het verschil in ziekteverloop tussen de ET-groep en de PD-groep, hebben we ook 33 patiënten met vroege PD en 16 patiënten met ET (ziekteduur ≤3 jaar) bestudeerd voor verdere vergelijking. De verschillen in SCFA tussen de groepen waren over het algemeen consistent met onze primaire gegevens. Daarnaast vonden we geen correlatie tussen de ziekteduur en veranderingen in SCFA. In de toekomst zou het echter het beste zijn om patiënten met PD en ET in een vroeg stadium met een kortere ziekteduur te includeren om de validatie in een grotere steekproef te voltooien.
Het onderzoeksprotocol werd goedgekeurd door de ethische commissie van het Ruijin-ziekenhuis, verbonden aan de Faculteit Geneeskunde van de Shanghai Jiao Tong Universiteit (RHEC2018-243). Van alle deelnemers werd schriftelijke informed consent verkregen.
Tussen januari 2019 en december 2022 werden 109 proefpersonen (37 ET, 37 PD en 35 HC) van de Bewegingsstoornissenkliniek van het Ruijin Ziekenhuis, verbonden aan de Faculteit Geneeskunde van de Shanghai Jiao Tong Universiteit, in dit onderzoek opgenomen. De criteria waren: (1) leeftijd 25-85 jaar, (2) patiënten met ET werden gediagnosticeerd volgens de criteria van de MDS Working Group 42 en PD volgens de MDS-criteria 43, (3) alle patiënten gebruikten geen anti-PD-medicatie vóór de afname van de monsters. (4) De ET-groep gebruikte alleen bètablokkers of geen verwante medicijnen vóór de afname van de ontlastingmonsters. HC's werden geselecteerd op basis van leeftijd, geslacht en body mass index (BMI). Uitsluitingscriteria waren: (1) vegetariërs, (2) slechte voeding, (3) chronische aandoeningen van het maag-darmkanaal (waaronder inflammatoire darmziekten, maag- of twaalfvingerdarmzweren), (4) ernstige chronische aandoeningen (waaronder kwaadaardige tumoren, hartfalen, nierfalen, hematologische aandoeningen), (5) een voorgeschiedenis van grote gastro-intestinale chirurgie, (6) chronische of regelmatige consumptie van yoghurt, (7) gebruik van probiotica of antibiotica gedurende 1 maand, (8) chronisch gebruik van corticosteroïden, protonpompremmers, statines, metformine, immunosuppressiva of chemotherapeutische middelen en (9) ernstige cognitieve stoornissen die de klinische onderzoeken belemmeren.
Alle proefpersonen verstrekten medische gegevens, gewicht en lengte om de BMI te berekenen, en ondergingen een neurologisch onderzoek en klinische beoordeling, zoals de Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) 44 angstscore, de Hamilton Depression Rating Scale-17 score (HAMD-17) 45, depressie, de ernst van constipatie met behulp van de Wexner Constipation Scale 46 en de Bristol Stool Scale 47 en cognitieve prestaties met behulp van de Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. De Scale for the Assessment of Autonomic Symptoms of Parkinson's Disease (SCOPA-AUT) 49 onderzocht autonome disfunctie bij patiënten met ET en PD. De Fana-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) en de Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 van de Tremor Study Group (TRG) 50 werden onderzocht bij patiënten met ET; de Kinson's Disease Rating Scale (MDS-), gesponsord door de United Parkinson's Disease Association; De UPDRS-versie 51 en de Hoehn en Yahr (HY)-versie 52 werden onderzocht.
Aan elke deelnemer werd gevraagd om 's ochtends een ontlastingmonster te verzamelen met behulp van een opvangbakje. Plaats de bakjes op ijs en bewaar ze bij -80 °C vóór verwerking. De SCFA-analyse werd uitgevoerd volgens de standaardprocedures van Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Van elke deelnemer werd 400 mg verse ontlasting verzameld en na vermaling en sonificatie geanalyseerd op SCFA's. Geselecteerde SCFA's in de ontlasting werden geanalyseerd met behulp van gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) en vloeistofchromatografie-tandemmassaspectrometrie (LC-MS/MS).
DNA werd geëxtraheerd uit monsters van 200 mg met behulp van de QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Duitsland) volgens de instructies van de fabrikant. De microbiële samenstelling werd bepaald door het 16S rRNA-gen te sequencen op DNA dat uit de ontlasting was geïsoleerd door amplificatie van het V3-V4-gebied. Het DNA werd getest door het monster op een 1,2% agarosegel te laten lopen. Polymerasekettingreactie (PCR)-amplificatie van het 16S rRNA-gen werd uitgevoerd met behulp van universele bacteriële primers (357F en 806R) en een tweetraps ampliconbibliotheek geconstrueerd op het Novaseq-platform.
Continue variabelen worden weergegeven als gemiddelde ± standaarddeviatie, en categorische variabelen als aantallen en percentages. We gebruikten de Levene-test om de homogeniteit van de varianties te testen. Vergelijkingen werden gemaakt met behulp van tweezijdige t-toetsen of variantieanalyse (ANOVA) als de variabelen normaal verdeeld waren, en niet-parametrische Mann-Whitney U-toetsen als de aannames van normaliteit of homoscedasticiteit werden geschonden. We gebruikten de oppervlakte onder de ROC-curve (AUC) om de diagnostische prestatie van het model te kwantificeren en het vermogen van SCFA te onderzoeken om patiënten met ET te onderscheiden van patiënten met HC of PD. Om de relatie tussen SCFA en klinische ernst te onderzoeken, gebruikten we Spearman-correlatieanalyse. Statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van SPSS-software (versie 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) met een significantieniveau (inclusief P-waarde en FDR-P) van 0,05 (tweezijdig).
De 16S-sequenties werden geanalyseerd met behulp van een combinatie van de softwarepakketten Trimmomatic (versie 0.35), Flash (versie 1.2.11), UPARSE (versie v8.1.1756), mothur (versie 1.33.3) en R (versie 3.6.3). Ruwe 16S rRNA-gengegevens werden verwerkt met UPARSE om operationele taxonomische eenheden (OTU's) met een identiteit van 97% te genereren. Taxonomieën werden gespecificeerd met Silva 128 als referentiedatabase. De relatieve abundantiegegevens op genusniveau werden geselecteerd voor verdere analyse. Lineaire discriminantanalyse (LDA) effectgrootteanalyse (LEfSE) werd gebruikt voor vergelijkingen tussen groepen (ET vs. HC, ET vs. PD) met een α-drempel van 0,05 en een effectgrootte-drempel van 2,0. Discriminante geslachten die door LEfSE-analyse werden geïdentificeerd, werden vervolgens gebruikt voor Spearman-correlatieanalyse van SCFA.
Voor meer informatie over het onderzoeksontwerp, zie de samenvatting van het natuurwetenschappelijk onderzoeksrapport die bij dit artikel hoort.
Ruwe 16S-sequentiedata worden opgeslagen in de BioProject-database van het National Center for Biotechnology Information (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. Andere relevante gegevens, zoals wetenschappelijke samenwerkingen en academische uitwisselingen met volledige onderzoeksprojecten, zijn op redelijk verzoek beschikbaar voor de corresponderende auteur. Overdracht van gegevens aan derden zonder onze toestemming is niet toegestaan.
Open source code is alleen beschikbaar in combinatie met Trimmomatic (versie 0.35), Flash (versie 1.2.11), UPARSE (versie v8.1.1756), mothur (versie 1.33.3) en R (versie 3.6.3), met gebruikmaking van de standaardinstellingen of de sectie "Methode". Aanvullende verduidelijkende informatie kan op redelijk verzoek aan de corresponderende auteur worden verstrekt.
Pradeep S en Mehanna R. Gastro-intestinale aandoeningen bij hyperkinetische bewegingsstoornissen en ataxie. Geassocieerd met de ziekte van Parkinson. Verwarring. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED en Faust, PL Pathologie van essentiële tremor: neurodegeneratie en reorganisatie van neuronale verbindingen. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Is essentiële tremor een primaire aandoening van GABA-disfunctie? Ja. Internationality. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ en Katara DP De darm-hersenas: twee signaleringsmechanismen bij de ziekte van Parkinson. Cellulaire moleculen. Neurobiologie. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. De microbiota-hersenen-darm-as en neurodegeneratieve ziekten. Current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR en He, XX. Fecale microbiotatransplantatie verbetert tegelijkertijd essentiële tremor en prikkelbare darmsyndroom bij patiënten. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. et al. Specifieke veranderingen in de darmmicrobiota bij essentiële tremor en hun differentiatie van de ziekte van Parkinson. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J en Wang D. Kritische rol van microbiota in de regulatie van neuronale-gliale-epitheliale eenheden. Weerstand tegen infecties. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. et al. Pathologie van duodenale alfa-synucleïne en intestinale gliose bij progressieve ziekte van Parkinson. move. confusion. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Antilichamen tegen alfa-synucleïne 5G4 herkennen manifeste Parkinson's disease en prodromale Parkinson's disease in het colonslijmvlies. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M en Fasano A. Samenvallen van essentiële tremor en de ziekte van Parkinson. Geassocieerd met de ziekte van Parkinson. Verwarring. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR et al. Darmmicrobiota moduleert motorische stoornissen en neuro-inflammatie in modellen van de ziekte van Parkinson. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM et al. Verschillen in korteketenvetzuren en darmmicrobiota tussen patiënten met de ziekte van Parkinson en leeftijdsgenoten zonder de ziekte van Parkinson. Geassocieerd met de ziekte van Parkinson. verwarring. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E en Elinav E. Metabolieten gereguleerd door het microbioom op het grensvlak van het gastheerimmuunsysteem. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).