Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamahusay na resulta, inirerekomenda namin na gumamit ka ng mas bagong bersyon ng iyong browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang styling o JavaScript.
Ang maagang pagsusuri ng essential tremor (ET) ay maaaring maging mahirap, lalo na kapag iniiba mula sa malulusog na kontrol (HC) at Parkinson's disease (PD). Kamakailan lamang, ang pagsusuri ng mga sample ng dumi para sa gut microbiota at mga metabolite nito ay nagbigay ng mga bagong pamamaraan para sa pagtuklas ng mga bagong biomarker ng mga sakit na neurodegenerative. Ang short-chain fatty acids (SCFA), bilang pangunahing metabolite ng intestinal flora, ay nababawasan sa dumi sa PD. Gayunpaman, ang fecal SCFA ay hindi pa napag-aralan sa ET. Nilalayon naming siyasatin ang mga antas ng fecal ng SCFA sa ET, tasahin ang kanilang kaugnayan sa mga klinikal na sintomas at gut microbiota, at tukuyin ang kanilang potensyal na kakayahang mag-diagnose. Ang fecal SCFA at gut microbiota ay sinukat sa 37 ET, 37 bagong PD, at 35 HC. Ang paninigas ng dumi, autonomic dysfunction, at kalubhaan ng tremor ay tinasa gamit ang mga iskala. Ang mga antas ng fecal ng propionate, butyrate, at isobutyrate ay mas mababa sa ET kaysa sa HC. Isang kombinasyon ng propionic, butyric, at isobutyric acids ang nagpaiba sa ET mula sa HC na may AUC na 0.751 (95% CI: 0.634–0.867). Mas mababa ang antas ng fecal isovaleric acid at isobutyric acid sa ET kaysa sa PD. Ang isovaleric acid at isobutyric acid ay nagpapaiba sa ET at PD na may AUC na 0.743 (95% CI: 0.629–0.857). Ang fecal propionate ay inversely na nauugnay sa constipation at autonomic dysfunction. Ang isobutyric acid at isovaleric acid ay inversely na nauugnay sa kalubhaan ng tremor. Ang pagbaba ng nilalaman ng fecal SCFA ay nauugnay sa pagbaba ng kasaganaan ng Faecalibacterium at Streptobacterium sa ET. Kaya, ang nilalaman ng SCFA sa dumi ay bumababa sa ET at nauugnay sa kalubhaan ng klinikal na larawan at mga pagbabago sa intestinal microbiota. Ang propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, at isovaleric acid sa dumi ay maaaring mga potensyal na diagnostic at differential diagnostic biomarker para sa ET.
Ang essential tremor (ET) ay isang progresibo at talamak na neurodegenerative disorder na pangunahing nailalarawan sa pamamagitan ng panginginig ng mga upper extremities, na maaari ring makaapekto sa iba pang mga bahagi ng katawan tulad ng ulo, vocal cord, at lower extremities1. Ang mga klinikal na katangian ng ET ay kinabibilangan hindi lamang ng mga sintomas ng motor kundi pati na rin ng ilang mga hindi motor na palatandaan, kabilang ang sakit sa gastrointestinal2. Maraming pag-aaral ang isinagawa upang suriin ang mga pathological at physiological na katangian ng essential tremor, ngunit ang mga malinaw na mekanismo ng pathophysiological ay hindi pa natutukoy3,4. Iminumungkahi ng mga kamakailang pag-aaral na ang dysfunction ng microbiota-gut-brain axis ay maaaring mag-ambag sa mga neurodegenerative na sakit, at mayroong lumalaking ebidensya para sa isang potensyal na bidirectional link sa pagitan ng gut microbiota at mga neurodegenerative na sakit5,6. Kapansin-pansin, sa isang ulat ng kaso, ang fecal microbiota transplantation ay nagpabuti sa parehong essential tremor at irritable bowel syndrome sa isang pasyente, na maaaring magpahiwatig ng isang malapit na relasyon sa pagitan ng gut microbiota at essential tremor. Bilang karagdagan, natagpuan din namin ang mga partikular na pagbabago sa gut microbiota sa mga pasyenteng may ET, na lubos na sumusuporta sa mahalagang papel ng gut dysbiosis sa ET8.
Tungkol sa gut dysbiosis sa mga neurodegenerative na sakit, ang PD ang pinakamalawak na pinag-aaralan5. Ang isang hindi balanseng microbiota ay maaaring magpataas ng intestinal permeability at mag-activate ng intestinal glia, na humahantong sa alpha-synucleinopathies9,10,11. Ang PD at ET ay may ilang magkakapatong na katangian, tulad ng magkatulad na dalas ng tremor sa mga pasyenteng may ET at PD, magkakapatong na resting tremor (karaniwang tremor sa PD), at postural tremor (karamihan ay matatagpuan sa mga pasyenteng may ET), na nagpapahirap na makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito. mga unang yugto 12. Samakatuwid, kailangan nating magbukas ng isang kapaki-pakinabang na bintana upang makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng ET at PD. Sa kontekstong ito, ang pag-aaral ng mga partikular na intestinal dysbiosis at mga kaugnay na pagbabago sa metabolite sa ET at pagtukoy sa kanilang mga pagkakaiba mula sa PD ay maaaring maging mga potensyal na biomarker para sa diagnosis at differential diagnosis ng ET.
Ang mga short-chain fatty acid (SCFA) ang mga pangunahing metabolite na nalilikha ng intestinal bacterial fermentation ng dietary fiber at pinaniniwalaang may mahalagang papel sa interaksyon ng bituka at utak13,14. Ang mga SCFA ay kinukuha ng mga selula ng colon at dinadala sa atay sa pamamagitan ng portal venous system, at ang ilang SCFA ay pumapasok sa systemic circulation. Ang mga SCFA ay may mga lokal na epekto sa pagpapanatili ng integridad ng intestinal barrier at pagtataguyod ng innate immunity sa intestinal mucosa15. Mayroon din silang pangmatagalang epekto sa blood-brain barrier (BBB) ​​​​sa pamamagitan ng pagpapasigla ng mga tight junction protein at pag-activate ng mga neuron sa pamamagitan ng pagpapasigla sa mga G protein-coupled receptor (GPCR) na tumawid sa BBB16. Ang acetate, propionate, at butyrate ang pinakamaraming SCFA sa colon. Ipinakita ng mga nakaraang pag-aaral ang pagbaba ng antas ng acetic, propionic at butyric acid sa mga pasyenteng may Parkinson's disease17. Gayunpaman, ang mga antas ng SCFA sa fecal ay hindi pa napag-aralan sa mga pasyenteng may ET.
Kaya naman, ang aming pag-aaral ay naglalayong tukuyin ang mga partikular na pagbabago sa fecal SCFA sa mga pasyenteng may ET at ang kanilang mga pagkakaiba mula sa mga pasyenteng may PD, pagtatasa ng kaugnayan ng fecal SCFA sa mga klinikal na sintomas ng SCFA at intestinal microbiota, pati na rin ang pagtukoy sa mga potensyal na kakayahan sa pag-diagnose at differential diagnostic ng mga fecal sample. KZHK. Upang matugunan ang mga nakalilitong salik na nauugnay sa mga gamot na anti-PD, pinili namin ang mga pasyenteng may bagong-simulang Parkinson's disease bilang mga kontrol sa sakit.
Ang mga demograpiko at klinikal na katangian ng 37 ET, 37 PD, at 35 HC ay nakabuod sa Talahanayan 1. Ang mga ET, PD, at HC ay pinagtugma ayon sa edad, kasarian, at BMI. Ang tatlong grupo ay mayroon ding magkatulad na proporsyon ng paninigarilyo, pag-inom ng alak at pag-inom ng kape at tsaa. Ang Wexner score (P = 0.004) at HAMD-17 score (P = 0.001) ng PD group ay mas mataas kaysa sa HC group, at ang HAMA score (P = 0.011) at HAMD-17 score (P = 0.011) ng ET group ay mas mataas kaysa sa HC group. Ang takbo ng sakit sa ET group ay mas matagal nang malaki kaysa sa PD group (P<0.001).
May mga makabuluhang pagkakaiba sa antas ng fecal propionic acid (P = 0.023), acetic acid (P = 0.039), butyric acid (P = 0.020), isovaleric acid (P = 0.045), at isobutyric acid (P = 0.015) sa dumi. Sa karagdagang post hoc analysis, ang mga antas ng propionic acid (P = 0.023), butyric acid (P = 0.007), at isobutyric acid (P = 0.040) sa grupo ng ET ay mas mababa nang malaki kaysa sa mga nasa grupo ng HC. Ang mga pasyenteng may ET ay may mas mababang antas ng isovalerate (P = 0.014) at isobutyrate (P = 0.005) kaysa sa mga pasyenteng may PD. Bukod pa rito, ang mga antas ng fecal propionic acid (P = 0.013), acetic acid (P = 0.016), at butyric acid (P = 0.041) ay mas mababa sa mga pasyenteng may PD kaysa sa mga pasyenteng may CC (Fig. 1 at Supplementary Table 1).
Ang ag ay kumakatawan sa isang paghahambing ng grupo ng propionic acid, acetic acid, butyric acid, isovaleric acid, valeric acid, caproic acid at isobutyric acid, ayon sa pagkakabanggit. Mayroong mga makabuluhang pagkakaiba sa mga antas ng fecal propionic acid, acetic acid, butyric acid, isovaleric acid at isobutyric acid sa pagitan ng tatlong grupo. ET essential tremor, Parkinson's disease, healthy HC control, SCFA. Ang mga makabuluhang pagkakaiba ay ipinahiwatig ng *P < 0.05 at **P < 0.01.
Kung isasaalang-alang ang pagkakaiba sa takbo ng sakit sa pagitan ng grupong ET at grupong PD, sinubukan namin ang 33 pasyente na may maagang PD at 16 na pasyente na may ET (takbo ng sakit na ≤3 taon) para sa karagdagang paghahambing (Karagdagang Talahanayan 2). Ipinakita ng mga resulta na ang nilalaman ng fecal propionic acid sa ET ay mas mababa nang malaki kaysa sa HA (P=0.015). Ang pagkakaiba sa pagitan ng ET at HC para sa butyric acid at isobutyric acid ay hindi makabuluhan, ngunit may naobserbahan pa ring trend (P = 0.082). Ang mga antas ng fecal isobutyrate ay mas mababa nang malaki sa mga pasyenteng may ET kumpara sa mga pasyenteng may PD (P = 0.030). Ang pagkakaiba sa pagitan ng ET at PD ng isovaleric acid ay hindi makabuluhan, ngunit mayroon pa ring trend (P = 0.084). Ang propionic acid (P = 0.023), acetic acid (P = 0.020), at butyric acid (P = 0.044) ay mas mababa nang malaki sa mga pasyenteng may PD kaysa sa mga pasyenteng may HC. Ang mga resultang ito (Karagdagang Larawan 1) ay karaniwang naaayon sa mga pangunahing resulta. Ang pagkakaiba sa mga resulta sa pagitan ng pangkalahatang sample at ng unang subgroup ng pasyente ay maaaring dahil sa mas maliit na laki ng sample sa subgroup, na nagreresulta sa mas mababang istatistikal na kapangyarihan ng datos.
Sumunod naming sinuri kung ang mga antas ng fecal SCFA ay maaaring magpakilala sa mga pasyenteng may ET mula sa mga pasyenteng may CU o PD. Ayon sa pagsusuri ng ROC, ang pagkakaiba sa AUC ng mga antas ng propionate ay 0.668 (95% CI: 0.538-0.797), na nagbigay-daan upang makilala ang mga pasyenteng may ET mula sa HC. Ang mga pasyenteng may ET at GC ay maaaring makilala sa pamamagitan ng mga antas ng butyrate na may AUC na 0.685 (95% CI: 0.556–0.814). Ang mga pagkakaiba sa mga antas ng isobutyric acid ay maaaring magpakilala sa mga pasyenteng may ET mula sa HC na may AUC na 0.655 (95% CI: 0.525–0.786). Nang pagsamahin ang mga antas ng propionate, butyrate at isobutyrate, isang mas mataas na AUC na 0.751 (95% CI: 0.634–0.867) ang nakuha na may sensitivity na 74.3% at specificity na 72.9% (Fig. 2a). Upang maiba ang pagkakaiba sa pagitan ng mga pasyenteng may ET at PD, ang AUC para sa mga antas ng isovaleric acid ay 0.700 (95% CI: 0.579–0.822) at para sa mga antas ng isobutyric acid ay 0.718 (95% CI: 0.599–0.836). Ang kombinasyon ng mga antas ng isovaleric acid at isobutyric acid ay may mas mataas na AUC na 0.743 (95% CI: 0.629–0.857), sensitivity na 74.3% at specificity na 62.9% (Fig. 2b). Bukod pa rito, sinuri namin kung ang mga antas ng SCFA sa dumi ng mga pasyenteng may Parkinson's disease ay naiiba sa mga kontrol. Ayon sa pagsusuri ng ROC, ang AUC para sa pagtukoy ng mga pasyenteng may PD batay sa mga pagkakaiba sa mga antas ng propionic acid ay 0.687 (95% CI: 0.559-0.814), na may sensitivity na 68.6% at specificity na 68.7%. Ang mga pagkakaiba sa mga antas ng acetate ay maaaring magpaiba sa mga pasyenteng may PD mula sa mga HC na may AUC na 0.674 (95% CI: 0.542–0.805). Ang mga pasyenteng may PD ay maaaring maiba mula sa CU sa pamamagitan lamang ng mga antas ng butyrate na may AUC na 0.651 (95% CI: 0.515–0.787). Kapag pinagsama ang mga antas ng propionate, acetate at butyrate, isang AUC na 0.682 (95% CI: 0.553–0.811) ang nakuha (Fig. 2c).
Diskriminasyon ng Simbahang Ortodokso ng Russia laban sa ET at HC; b diskriminasyon ng Simbahang Ortodokso ng Russia laban sa ET at PD; c diskriminasyon ng ROC laban sa PD at HC. ET essential tremor, sakit na Parkinson, malusog na kontrol sa HC, SCFA.
Sa mga pasyenteng may ET, ang mga antas ng fecal isobutyric acid ay negatibong nauugnay sa FTM score (r = -0.349, P = 0.034), at ang mga antas ng fecal isovaleric acid ay negatibong nauugnay sa FTM score (r = -0.421, P = 0.001) at TETRAS score. (r = -0.382, P = 0.020). Sa mga pasyenteng may ET at PD, ang mga antas ng fecal propionate ay negatibong nauugnay sa mga marka ng SCOPA-AUT (r = −0.236, P = 0.043) (Fig. 3 at Supplementary Table 3). Walang makabuluhang ugnayan sa pagitan ng takbo ng sakit at SCFA sa alinman sa ET group (P ≥ 0.161) o sa PD group (P ≥ 0.246) (Supplementary Table 4). Sa mga pasyenteng may PD, ang mga antas ng fecal caproic acid ay positibong nauugnay sa mga marka ng MDS-UPDRS (r = 0.335, P = 0.042). Sa lahat ng kalahok, ang mga antas ng fecal propionate (r = −0.230, P = 0.016) at acetate (r = −0.210, P = 0.029) ay negatibong nauugnay sa mga marka ng Wexner (Larawan 3 at Supplementary Table 3).
Ang mga antas ng fecal isobutyric acid ay may negatibong kaugnayan sa mga marka ng FTM, ang isovaleric acid ay may negatibong kaugnayan sa mga marka ng FTM at TETRAS, ang propionic acid ay may negatibong kaugnayan sa mga marka ng SCOPA-AUT, ang caproic acid ay may positibong kaugnayan sa mga marka ng MDS-UPDRS, at ang propionic acid ay may negatibong kaugnayan sa mga marka ng FTM at TETRAS. Ang TETRAS at acetic acid ay may negatibong kaugnayan sa marka ng Wexner. Ang bersyong itinaguyod ng MDS-UPDRS Association ng Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamilton Depression Rating Scale HAMD-17, 17 aytem, ​​Hamilton Anxiety Rating Scale HAMA, HY Hoehn at 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. Ang mga makabuluhang pagkakaiba ay ipinahiwatig ng *P < 0.05 at **P < 0.01.
Mas lalo pa naming sinuri ang katangiang mapanguri ng gut microbiota gamit ang LEfSE analysis at pinili ang antas ng datos ng relatibong kasaganaan ng genus para sa karagdagang pagsusuri. Nagkumpara ang ET at HC at ET at PD. Pagkatapos ay isinagawa ang pagsusuri ng Spearman correlation sa relatibong kasaganaan ng gut microbiota at mga antas ng fecal SCFA sa dalawang grupo ng paghahambing.
Ang Faecalibacterium (na may kaugnayan sa butyric acid, r = 0.408, P < 0.001), Lactobacillus (na may kaugnayan sa butyric acid, r = 0.283, P = 0.016), Streptobacterium (na may kaugnayan sa propionic acid, r = 0.327) ay naroroon sa pagsusuri ng ET at CA. , P = 0.005; na may kaugnayan sa butyric acid, r = 0.374, P = 0.001; ay may kaugnayan sa isobutyric acid, r = 0.329, P = 0.005), Howardella (may kaugnayan sa propionic acid, r = 0.242, P = 0.041), Raoultella (may kaugnayan sa propionate, r = 0.249, P = 0.035), at Candidatus Arthromitus (may kaugnayan sa isobutyric acid, r = 0.302, P = 0.010) ay natagpuang bumaba sa ET at positibong may kaugnayan sa mga antas ng fecal SCFA. Gayunpaman, ang kasaganaan ng Stenotropomonas ay tumaas sa ET at negatibong may kaugnayan sa mga antas ng fecal isobutyrate (r = -0.250, P = 0.034). Pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR, tanging ang mga ugnayan sa pagitan ng Faecalibacterium, Catenibacter, at SCFA ang nanatiling makabuluhan (P ≤ 0.045) (Fig. 4 at Supplementary Table 5).
Pagsusuri ng ugnayan ng ET at HC. Pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR, ang kasaganaan ng Faecalibacterium (positibong nauugnay sa butyrate) at Streptobacterium (positibong nauugnay sa propionate, butyrate, at isobutyrate) ay natagpuang nabawasan sa ET at positibong nauugnay sa mga antas ng fecal SCFA. b Pagsusuri ng ugnayan ng ET at PD. Pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR, walang natagpuang makabuluhang kaugnayan. ET essential tremor, sakit na Parkinson, malusog na kontrol ng HC, SCFA. Ang mga makabuluhang pagkakaiba ay ipinahiwatig ng *P < 0.05 at **P < 0.01.
Nang suriin ang ET laban sa PD, ang Clostridium trichophyton ay natagpuang tumaas sa ET at may kaugnayan sa fecal isovaleric acid (r = -0.238, P = 0.041) at isobutyric acid (r = -0.257, P = 0.027). ). Pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR, alinman sa mga ito ay nanatiling makabuluhan (P≥0.295) (Larawan 4 at Supplementary Table 5).
Ang pag-aaral na ito ay isang komprehensibong pag-aaral na sumusuri sa mga antas ng fecal SCFA at iniuugnay ang mga ito sa mga pagbabago sa gut microbiota at kalubhaan ng sintomas sa mga pasyenteng may ET kumpara sa mga pasyenteng may CU at PD. Natuklasan namin na ang mga antas ng fecal SCFA ay nabawasan sa mga pasyenteng may ET at nauugnay sa klinikal na kalubhaan at mga partikular na pagbabago sa gut microbiota. Ang pinagsama-samang antas ng short-chain fatty acids (SCFAs) sa dumi ang nagpapaiba sa ET mula sa GC at PD.
Kung ikukumpara sa mga pasyenteng may GC, ang mga pasyenteng may ET ay may mas mababang antas ng propionic, butyric, at isobutyric acid sa dumi. Ang kombinasyon ng propionic, butyric, at isobutyric acid ay maaaring magpaiba sa pagitan ng ET at HC na may AUC na 0.751 (95% CI: 0.634–0.867), sensitivity na 74.3%, at specificity na 72.9%, na nagpapahiwatig ng kanilang paggamit bilang potensyal na papel bilang diagnostic biomarkers para sa ET. Ipinakita ng karagdagang pagsusuri na ang mga antas ng fecal propionic acid ay negatibong nauugnay sa Wexner score at SCOPA-AUT score. Ang mga antas ng fecal isobutyric acid ay inversely correlated sa mga marka ng FTM. Sa kabilang banda, ang pagbaba ng mga antas ng butyrate sa ET ay nauugnay sa pagbaba ng kasaganaan ng SCFA-producing microbiota, Faecalibacterium, at Categorybacter. Bilang karagdagan, ang pagbaba ng kasaganaan ng Catenibacter sa ET ay nauugnay din sa pagbaba ng mga antas ng fecal propionic at isobutyric acid.
Karamihan sa mga SCFA na nalilikha sa colon ay hinihigop ng mga colonocytes pangunahin sa pamamagitan ng mga H+-dependent o sodium-dependent monocarboxylate transporter. Ang mga nasisipsip na short-chain fatty acid ay ginagamit bilang pinagkukunan ng enerhiya para sa mga colonocytes, samantalang ang mga hindi na-metabolize sa mga colonocytes ay dinadala papunta sa portal circulation 18. Ang mga SCFA ay maaaring makaimpluwensya sa intestinal motility, mapahusay ang function ng intestinal barrier, at makaimpluwensya sa metabolismo at immunity ng host 19. Nauna nang natuklasan na ang mga konsentrasyon ng fecal ng butyrate, acetate, at propionate ay nabawasan sa mga pasyenteng may PD kumpara sa HCs17, na naaayon sa aming mga resulta. Natuklasan sa aming pag-aaral na nabawasan ang SCFA sa mga pasyenteng may ET, ngunit kaunti lamang ang nalalaman tungkol sa papel ng SCFA sa patolohiya ng ET. Ang butyrate at propionate ay maaaring magbigkis sa mga GPCR at makaimpluwensya sa GPCR-dependent signaling tulad ng MAPK at NF-κB20 signaling. Ang pangunahing konsepto ng gut-brain axis ay ang mga SCFA na inilalabas ng mga gut microbes ay maaaring makaimpluwensya sa host signaling, sa gayon ay nakakaimpluwensya sa function ng gut at utak. Dahil ang butyrate at propionate ay may malakas na epekto sa pagpigil sa aktibidad ng histone deacetylase (HDAC)21 at ang butyrate ay maaari ring kumilos bilang isang ligand para sa mga transcription factor, mayroon silang malawakang epekto sa metabolismo, pagkakaiba-iba, at paglaganap ng host, pangunahin dahil sa kanilang impluwensya sa regulasyon ng gene22. Batay sa ebidensya mula sa SCFA at mga sakit na neurodegenerative, ang butyrate ay itinuturing na isang therapeutic candidate dahil sa kakayahan nitong itama ang kapansanan sa aktibidad ng HDAC, na maaaring mamagitan sa pagkamatay ng dopaminergic neuron sa PD23,24,25. Ipinakita rin ng mga pag-aaral sa hayop ang kakayahan ng butyric acid na maiwasan ang dopaminergic neuron degeneration at mapabuti ang mga movement disorder sa mga modelo ng PD26,27. Natuklasan na nililimitahan ng propionic acid ang mga tugon sa pamamaga at pinoprotektahan ang integridad ng BBB28,29. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang propionic acid ay nagtataguyod ng kaligtasan ng mga dopaminergic neuron bilang tugon sa rotenone toxicity sa mga modelo ng PD 30 at ang oral na pagbibigay ng propionic acid ay nagliligtas sa pagkawala ng dopaminergic neuron at mga kakulangan sa motor sa mga daga na may PD 31. Kaunti lamang ang nalalaman tungkol sa tungkulin ng isobutyric acid. Gayunpaman, natuklasan sa isang kamakailang pag-aaral na ang kolonisasyon ng mga daga gamit ang B. ovale ay nagpataas ng nilalaman ng SCFA sa bituka (kabilang ang acetate, propionate, isobutyrate, at isovalerate) at konsentrasyon ng GABA sa bituka, na nagpapakita na may naitatag na ugnayan sa pagitan ng gut microbiota at konsentrasyon ng mga neurotransmitter sa bituka ng SCFA32. Para sa ET, ang mga abnormal na pagbabago sa pathological sa cerebellum ay kinabibilangan ng mga pagbabago sa mga axon at dendrite ng Purkinje cell, pag-alis at pagkawala ng mga Purkinje cell, mga pagbabago sa mga basket cell axon, at mga abnormalidad sa mga koneksyon ng ascending fiber sa mga Purkinje cell. nuclei, na humahantong sa pagbaba ng GABAergic output mula sa cerebellum3,4,33. Nananatiling hindi malinaw kung ang mga SCFA ay nauugnay sa neurodegeneration ng Purkinje cell at pagbaba ng produksyon ng cerebellar GABA. Ang aming mga resulta ay nagmumungkahi ng isang malapit na ugnayan sa pagitan ng SCFA at ET; gayunpaman, ang disenyo ng cross-sectional na pag-aaral ay hindi nagpapahintulot ng anumang konklusyon tungkol sa sanhi ng ugnayan sa pagitan ng SCFA at ng proseso ng sakit na ET. Kinakailangan ang mga karagdagang longitudinal follow-up na pag-aaral, kabilang ang mga serial measurements ng fecal SCFAs, pati na rin ang mga pag-aaral sa hayop na sumusuri sa mga mekanismo.
Ang mga SCFA ay pinaniniwalaang nagpapasigla sa pagkontrata ng makinis na kalamnan ng colon34. Ang kakulangan ng SCFA ay magpapalala sa mga sintomas ng paninigas ng dumi, at ang pagdaragdag ng SCFA ay maaaring mapabuti ang mga sintomas ng paninigas ng dumi PD35. Ipinapahiwatig din ng aming mga resulta ang isang makabuluhang kaugnayan sa pagitan ng pagbaba ng nilalaman ng fecal SCFA at pagtaas ng paninigas ng dumi at autonomic dysfunction sa mga pasyenteng may ET. Natuklasan sa isang ulat ng kaso na ang paglipat ng microbiota ay nagpabuti sa parehong essential tremor at irritable bowel syndrome sa pasyente 7, na lalong nagmumungkahi ng isang malapit na kaugnayan sa pagitan ng gut microbiota at ET. Samakatuwid, naniniwala kami na ang fecal SCFA/microbiota ay maaaring makaimpluwensya sa host intestinal motility at autonomic nervous system function.
Natuklasan sa pag-aaral na ang pagbaba ng antas ng fecal SCFAs sa ET ay nauugnay sa pagbaba ng kasaganaan ng Faecalibacterium (na nauugnay sa butyrate) at Streptobacterium (na nauugnay sa propionate, butyrate, at isobutyrate). Matapos ang pagwawasto ng FDR, ang ugnayang ito ay nananatiling makabuluhan. Ang Faecalibacterium at Streptobacterium ay mga mikroorganismong gumagawa ng SCFA. Ang Faecalibacterium ay kilala bilang isang mikroorganismong gumagawa ng butyrate36, habang ang mga pangunahing produkto ng Catenibacter fermentation ay acetate, butyrate at lactic acid37. Ang Faecalibacterium ay natukoy sa 100% ng parehong grupo ng ET at HC; Ang median relative abundance ng grupo ng ET ay 2.06% at ang sa grupo ng HC ay 3.28% (LDA 3.870). Ang kategoryang bacterium ay natukoy sa 21.6% (8/37) ng grupo ng HC at sa 1 sample lamang ng grupo ng ET (1/35). Ang pagbaba at kawalan ng kakayahang matukoy ang streptobacteria sa ET ay maaari ring magpahiwatig ng ugnayan sa pathogenicity ng sakit. Ang median relatibong kasaganaan ng mga species ng Catenibacter sa HC group ay 0.07% (LDA 2.129). Bukod pa rito, ang lactic acid bacteria ay nauugnay sa mga pagbabago sa fecal butyrate (P=0.016, P=0.096 pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR), at ang kandidato para sa arthritis ay nauugnay sa mga pagbabago sa isobutyrate (P=0.016, P=0.072 pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR). Pagkatapos ng pagwawasto ng FDR, tanging ang trend ng ugnayan ang natitira, na hindi makabuluhan sa istatistika. Ang Lactobacilli ay kilala rin bilang mga prodyuser ng SCFA (acetic acid, propionic acid, isobutyric acid, butyric acid) 38 at ang Candidatus Arthromitus ay isang partikular na inducer ng T helper 17 (Th17) cell differentiation, kung saan ang Th1/2 at Tregs ay nauugnay sa immune balance /Th1739. Isang kamakailang pag-aaral ang nagmumungkahi na ang mataas na antas ng fecal pseudoarthritis ay maaaring mag-ambag sa pamamaga ng colon, dysfunction ng intestinal barrier, at systemic inflammation 40. Ang Clostridium trichophyton ay tumaas sa ET kumpara sa PD. Ang kasaganaan ng Clostridium trichoides ay natagpuang negatibong nauugnay sa isovaleric acid at isobutyric acid. Pagkatapos ng pagsasaayos ng FDR, pareho silang nanatiling makabuluhan (P≥0.295). Ang Clostridium pilosum ay isang bacterium na kilalang nauugnay sa pamamaga at maaaring mag-ambag sa dysfunction ng intestinal barrier 41. Ang aming nakaraang pag-aaral ay nag-ulat ng mga pagbabago sa gut microbiota ng mga pasyenteng may ET8. Dito rin namin iniuulat ang mga pagbabago sa mga SCFA sa ET at tinutukoy ang isang kaugnayan sa pagitan ng gut dysbiosis at mga pagbabago sa mga SCFA. Ang pagbaba ng mga antas ng SCFA ay malapit na nauugnay sa intestinal dysbiosis at kalubhaan ng panginginig sa ET. Ang aming mga resulta ay nagmumungkahi na ang gut-brain axis ay maaaring gumanap ng isang mahalagang papel sa pathogenesis ng ET, ngunit kinakailangan ang mga karagdagang pag-aaral sa mga modelo ng hayop.
Kung ikukumpara sa mga pasyenteng may PD, ang mga pasyenteng may ET ay may mas mababang antas ng isovaleric at isobutyric acid sa kanilang mga dumi. Ang kombinasyon ng isovaleric acid at isobutyric acid ay nagpakilala sa ET sa PD na may AUC na 0.743 (95% CI: 0.629–0.857), sensitivity na 74.3% at specificity na 62.9%, na nagmumungkahi ng kanilang potensyal na papel bilang mga biomarker sa differential diagnosis ng ET. . Ang mga antas ng fecal isovaleric acid ay inversely correlated sa mga marka ng FTM at TETRAS. Ang mga antas ng fecal isobutyric acid ay inversely correlated sa mga marka ng FTM. Ang pagbaba ng mga antas ng isobutyric acid ay nauugnay sa pagbaba ng kasaganaan ng catobacteria. Kaunti lamang ang nalalaman tungkol sa mga tungkulin ng isovaleric acid at isobutyric acid. Ipinakita ng isang nakaraang pag-aaral na ang kolonisasyon ng mga daga na may Bacteroides ovale ay nagpataas ng nilalaman ng SCFA sa bituka (kabilang ang acetate, propionate, isobutyrate, at isovalerate) at mga konsentrasyon ng GABA sa bituka, na nagpapakita ng ugnayan sa bituka sa pagitan ng microbiota at konsentrasyon ng SCFA/neurotransmitter sa bituka32. Kapansin-pansin, ang naobserbahang mga antas ng isobutyric acid ay magkatulad sa pagitan ng mga grupo ng PD at HC, ngunit naiiba sa pagitan ng mga grupo ng ET at PD (o HC). Ang Isobutyric acid ay maaaring makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng ET at PD na may AUC na 0.718 (95% CI: 0.599–0.836) at matukoy ang ET at NC na may AUC na 0.655 (95% CI: 0.525–0.786). Bilang karagdagan, ang mga antas ng isobutyric acid ay nauugnay sa kalubhaan ng panginginig, na lalong nagpapalakas sa kaugnayan nito sa ET. Ang tanong kung ang oral isobutyric acid ay maaaring mabawasan ang kalubhaan ng panginginig sa mga pasyenteng may ET ay nararapat pang pag-aralan.
Kaya naman, ang nilalaman ng fecal SCFA sa mga pasyenteng may ET ay nababawasan at nauugnay sa klinikal na kalubhaan ng ET at mga partikular na pagbabago sa intestinal microbiota. Ang fecal propionate, butyrate, at isobutyrate ay maaaring mga diagnostic biomarker para sa ET, samantalang ang isobutyrate at isovalerate ay maaaring mga differential diagnostic biomarker para sa ET. Ang mga pagbabago sa fecal isobutyrate ay maaaring mas espesipiko para sa ET kaysa sa mga pagbabago sa iba pang mga SCFA.
Ang aming pag-aaral ay may ilang mga limitasyon. Una, ang mga pattern sa pagkain at mga kagustuhan sa pagkain ay maaaring makaimpluwensya sa pagpapahayag ng microbiota, kinakailangan ang mas malalaking sample ng pag-aaral sa iba't ibang populasyon, at ang mga pag-aaral sa hinaharap ay dapat magpakilala ng komprehensibo at sistematikong mga survey sa pagkain tulad ng mga talatanungan sa dalas ng pagkain. Pangalawa, ang disenyo ng cross-sectional na pag-aaral ay humahadlang sa anumang konklusyon tungkol sa isang sanhing ugnayan sa pagitan ng mga SCFA at ang pag-unlad ng ET. Kinakailangan ang mga karagdagang pangmatagalang follow-up na pag-aaral na may mga serial measurement ng fecal SCFA. Pangatlo, ang mga kakayahan sa diagnostic at differential diagnostic ng mga antas ng fecal SCFA ay dapat patunayan gamit ang mga independiyenteng sample mula sa ET, HC, at PD. Ang mas independiyenteng mga sample ng fecal ay dapat subukan sa hinaharap. Panghuli, ang mga pasyente na may PD sa aming cohort ay may mas maikling tagal ng sakit kaysa sa mga pasyente na may ET. Pangunahin naming pinagtugma ang ET, PD at HC ayon sa edad, kasarian at BMI. Dahil sa pagkakaiba sa kurso ng sakit sa pagitan ng grupo ng ET at ng grupo ng PD, pinag-aralan din namin ang 33 pasyente na may maagang PD at 16 na pasyente na may ET (tagal ng sakit na ≤3 taon) para sa karagdagang paghahambing. Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng grupo sa SCFA ay karaniwang naaayon sa aming pangunahing datos. Bukod pa rito, wala kaming nakitang ugnayan sa pagitan ng tagal ng sakit at mga pagbabago sa SCFA. Gayunpaman, sa hinaharap, mas makabubuting kumuha ng mga pasyenteng may PD at ET sa maagang yugto na may mas maikling tagal ng sakit upang makumpleto ang pagpapatunay sa isang mas malaking sample.
Ang protokol ng pag-aaral ay inaprubahan ng komite sa etika ng Ruijin Hospital, na kaakibat ng Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (RHEC2018-243). Nakuha ang nakasulat na pahintulot mula sa lahat ng kalahok.
Sa pagitan ng Enero 2019 at Disyembre 2022, 109 na kalahok (37 ET, 37 PD, at 35 HC) mula sa Movement Disorder Center Clinic ng Ruijin Hospital, na kaakibat ng Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, ang isinama sa pag-aaral na ito. Ang mga pamantayan ay: (1) edad 25–85 taon, (2) ang mga pasyenteng may ET ay nasuri ayon sa pamantayan ng MDS Working Group 42 at ang PD ay nasuri ayon sa pamantayan ng MDS 43, (3) lahat ng pasyente ay hindi umiinom ng mga gamot na anti-PD bago kumuha ng mga sample. (4) Ang grupo ng ET ay uminom lamang ng mga β-blocker o walang kaugnay na gamot bago kumuha ng mga sample ng dumi. Ang mga HC na initugma sa edad, kasarian, at body mass index (BMI) ay napili rin. Ang mga pamantayan sa pagbubukod ay: (1) mga vegetarian, (2) mahinang nutrisyon, (3) mga malalang sakit sa gastrointestinal tract (kabilang ang nagpapaalab na sakit sa bituka, gastric o duodenal ulcer), (4) malalang malalang sakit (kabilang ang mga malignant na tumor), pagpalya ng puso, pagpalya ng bato, mga sakit sa dugo) (5) Kasaysayan ng malaking operasyon sa gastrointestinal, (6) Talamak o regular na pagkonsumo ng yogurt, (7) Paggamit ng anumang probiotics o antibiotics sa loob ng 1 buwan, (8) Talamak na paggamit ng corticosteroids, proton pump inhibitors, statins, metformin, immunosuppressants o mga gamot na anticancer at (9) malalang kapansanan sa pag-iisip na nakakasagabal sa mga klinikal na pagsubok.
Ang lahat ng kalahok ay nagbigay ng impormasyon tungkol sa medikal na kasaysayan, timbang, at taas upang kalkulahin ang BMI, at sumailalim sa isang neurological examination at clinical assessment tulad ng Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) 44 anxiety score, Hamilton Depression Rating Scale-17 score (HAMD-17) 45. Sinuri ang depresyon, kalubhaan ng tibi gamit ang Wexner Constipation Scale 46 at ang Bristol Stool Scale 47 at ang cognitive performance gamit ang Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Sinuri ng Scale for the Assessment of Autonomic Symptoms of Parkinson's Disease (SCOPA-AUT) 49 ang autonomic dysfunction sa mga pasyenteng may ET at PD. Sinuri ang Fan-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) at ang Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 at ang Tremor Study Group (TRG) 50 sa mga pasyenteng may ET; sinuri ang United Parkinson's Disease-sponsored Kinson's disease rating scale (MDS-UPDRS) version 51 at Hoehn and Yahr (HY) grade 52.
Ang bawat kalahok ay hinilingang kumuha ng sample ng dumi sa umaga gamit ang lalagyan para sa pagkolekta ng dumi. Ilipat ang mga lalagyan sa yelo at iimbak sa -80°C bago iproseso. Ang pagsusuri ng SCFA ay isinagawa ayon sa mga nakagawiang operasyon ng Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. 400 mg ng mga sariwang sample ng dumi ang kinolekta mula sa bawat kalahok at sinuri gamit ang mga SCFA pagkatapos ng paggiling at pre-sonication. Ang mga piling SCFA sa dumi ay sinuri gamit ang gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) at liquid chromatography-tandem MS (LC-MS/MS).
Ang DNA ay kinuha mula sa 200 mg na mga sample gamit ang QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Germany) ayon sa mga tagubilin ng gumawa. Ang komposisyon ng mikrobyo ay natukoy sa pamamagitan ng pag-sequence ng 16 S rRNA gene sa DNA na nakahiwalay mula sa mga dumi sa pamamagitan ng pagpapalakas sa rehiyon ng V3-V4. Subukan ang DNA sa pamamagitan ng pagpapatakbo ng sample sa isang 1.2% agarose gel. Ang polymerase chain reaction (PCR) amplification ng 16S rRNA gene ay isinagawa gamit ang universal bacterial primers (357 F at 806 R) at isang two-step amplicon library na ginawa sa Novaseq platform.
Ang mga tuluy-tuloy na baryabol ay ipinapahayag bilang mean ± standard deviation, at ang mga kategoryang baryabol ay ipinapahayag bilang mga numero at porsyento. Ginamit namin ang Levene's test upang subukan ang homogeneity of variances. Ang mga paghahambing ay ginawa gamit ang two-tailed t tests o analysis of variance (ANOVA) kung ang mga baryabol ay normal na ipinamamahagi at nonparametric Mann-Whitney U tests kung ang mga pagpapalagay ng normality o homoscedasticity ay nilabag. Ginamit namin ang area under the receiver operating characteristic (ROC) curve (AUC) upang mabilang ang diagnostic performance ng modelo at suriin ang kakayahan ng SCFA na makilala ang mga pasyenteng may ET mula sa mga may HC o PD. Upang suriin ang ugnayan sa pagitan ng SCFA at clinical severity, ginamit namin ang Spearman correlation analysis. Ang statistical analysis ay isinagawa gamit ang SPSS software (bersyon 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) na may significance level (kabilang ang P value at FDR-P) na nakatakda sa 0.05 (two-sided).
Ang 16 na S sequence ay sinuri gamit ang kombinasyon ng Trimmomatic (bersyon 0.35), Flash (bersyon 1.2.11), UPARSE (bersyon v8.1.1756), mothur (bersyon 1.33.3) at R (bersyon 3.6.3) na software. Ang hilaw na datos ng gene ng 16S rRNA ay pinoproseso gamit ang UPARSE upang makabuo ng mga operational taxonomic unit (OTU) na may 97% na pagkakakilanlan. Ang mga taxonomy ay tinukoy gamit ang Silva 128 bilang sangguniang database. Ang generic na antas ng relative abundance data ay pinili para sa karagdagang pagsusuri. Ang linear discriminant analysis (LDA) effect size analysis (LEfSE) ay ginamit para sa mga paghahambing sa pagitan ng mga grupo (ET vs. HC, ET vs. PD) na may α threshold na 0.05 at effect size threshold na 2.0. Ang mga discriminant genera na natukoy sa pamamagitan ng LEfSE analysis ay ginamit pa para sa Spearman correlation analysis ng SCFA.
Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa disenyo ng pag-aaral, tingnan ang Abstract ng Natural Research Report na kaugnay ng artikulong ito.
Ang mga hilaw na datos ng 16S sequencing ay nakaimbak sa National Center for Biotechnology Information (NCBI) BioProject database (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. Ang iba pang kaugnay na datos ay makukuha ng kaukulang may-akda sa makatwirang kahilingan, tulad ng mga kolaborasyong siyentipiko at mga palitang akademiko na may kumpletong mga proyekto sa pananaliksik. Walang paglilipat ng datos sa mga ikatlong partido nang walang aming pahintulot ang pinahihintulutan.
Open source code lamang na may kombinasyon ng Trimmomatic (bersyon 0.35), Flash (bersyon 1.2.11), UPARSE (bersyon v8.1.1756), mothur (bersyon 1.33.3) at R (bersyon 3.6.3), gamit ang mga default na setting o seksyong "Paraan". Maaaring magbigay ng karagdagang impormasyon sa paglilinaw sa kaukulang may-akda kapag may makatwirang kahilingan.
Pradeep S at Mehanna R. Mga sakit sa gastrointestinal sa mga sakit sa paggalaw na hyperkinetic at ataxia. Kaugnay ng sakit na Parkinson. kalituhan. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED at Faust, PL Patolohiya ng essential tremor: neurodegeneration at reorganisasyon ng mga neuronal na koneksyon. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Ang essential tremor ba ay isang pangunahing sakit ng Gaba dysfunction? Oo. internationality. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ at Katara DP Ang gut-brain axis: dalawang paraan ng pagbibigay ng senyas sa sakit na Parkinson. Mga molekula ng selula. Neurobiology. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Ang microbiota-brain-gut axis at mga sakit na neurodegenerative. kasalukuyan. Nellore. Neuroscience. Mga Ulat 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR at He, XX Ang paglipat ng fecal microbiota ay sabay na nagpapabuti sa essential tremor at irritable bowel syndrome sa mga pasyente. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. et al. Mga partikular na pagbabago sa intestinal microbiota sa essential tremor at ang kanilang pagkakaiba mula sa Parkinson's disease. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J at Wang D. Mahalagang papel ng microbiota sa regulasyon ng mga neuronal-glial-epithelial unit. Paglaban sa mga impeksyon. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. et al. Patolohiya ng duodenal alpha-synuclein at intestinal gliosis sa progresibong sakit na Parkinson. paggalaw. pagkalito. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Kinikilala ng mga antibody sa alpha-synuclein 5G4 ang hayagang sakit na Parkinson at prodromal na sakit na Parkinson sa colon mucosa. galaw. kalituhan. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M at Fasano A. Pagkakatulad ng essential tremor at Parkinson's disease. Kaugnay ng Parkinson's disease. kalituhan. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR et al. Binabago ng gut microbiota ang mga kakulangan sa motor at neuroinflammation sa mga modelo ng sakit na Parkinson. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM et al. Ang mga short-chain fatty acid at gut microbiota ay nagkakaiba sa pagitan ng mga pasyenteng may Parkinson's disease at mga kontrol na kapareho ng edad. Kaugnay ng Parkinson's disease. kalituhan. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E at Elinav E. Mga metabolite na kinokontrol ng microbiome sa host immune interface. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).