Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi sonuçlar için, tarayıcınızın daha yeni bir sürümünü kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Bu süre zarfında, sürekli destek sağlamak için siteyi stil veya JavaScript olmadan görüntülüyoruz.
Esansiyel tremorun (ET) erken teşhisi, özellikle sağlıklı kontrollerden (HC) ve Parkinson hastalığından (PD) ayırt edilmesi zor olabilir. Son zamanlarda, bağırsak mikrobiyotası ve metabolitleri için dışkı örneklerinin analizi, nörodejeneratif hastalıkların yeni biyobelirteçlerinin keşfi için yeni yöntemler sağlamıştır. Bağırsak florasının ana metaboliti olan kısa zincirli yağ asitleri (SCFA), PD'de dışkıda azalmıştır. Bununla birlikte, dışkıdaki SCFA'lar ET'de hiç incelenmemiştir. Bu çalışmada, ET'de dışkıdaki SCFA düzeylerini araştırmayı, klinik semptomlar ve bağırsak mikrobiyotası ile ilişkilerini değerlendirmeyi ve potansiyel tanısal yeteneklerini belirlemeyi amaçladık. 37 ET, 37 yeni PD ve 35 HC'de dışkı SCFA ve bağırsak mikrobiyotası ölçüldü. Kabızlık, otonomik disfonksiyon ve tremor şiddeti ölçekler kullanılarak değerlendirildi. Propiyonat, bütirat ve izobütiratın dışkıdaki düzeyleri ET'de HC'ye göre daha düşüktü. Propiyonik, bütirik ve izobütirik asitlerin birleşimi, ET'yi HC'den 0,751'lik bir AUC ( %95 CI: 0,634–0,867) ile ayırt etti. Dışkıdaki izovalerik asit ve izobütirik asit seviyeleri ET'de PD'ye göre daha düşüktü. İzovalerik asit ve izobütirik asit, ET ve PD arasında 0,743'lük bir AUC (%95 CI: 0,629–0,857) ile ayrım yapmaktadır. Dışkıdaki propiyonat, kabızlık ve otonomik disfonksiyon ile ters orantılıdır. İzobütirik asit ve izovalerik asit, titreme şiddeti ile ters orantılıdır. Dışkıdaki kısa zincirli yağ asitlerindeki azalma, ET'de Faecalibacterium ve Streptobacterium bolluğundaki azalma ile ilişkilidir. Bu nedenle, dışkıdaki kısa zincirli yağ asitlerinin içeriği ET'de azalır ve klinik tablonun şiddeti ve bağırsak mikrobiyotasındaki değişikliklerle ilişkilidir. Dışkıdaki propiyonat, bütirat, izobütirat ve izovalerat, ET için potansiyel tanısal ve ayırıcı tanısal biyobelirteçler olabilir.
Esansiyel tremor (ET), öncelikle üst ekstremitelerde titreme ile karakterize edilen, ilerleyici, kronik bir nörodejeneratif bozukluktur; bu titreme baş, ses telleri ve alt ekstremiteler gibi vücudun diğer bölgelerini de etkileyebilir 1 . ET'nin klinik özellikleri sadece motor semptomları değil, gastrointestinal hastalık da dahil olmak üzere bazı motor dışı belirtileri de içerir 2 . Esansiyel tremorun patolojik ve fizyolojik özelliklerini incelemek için çok sayıda çalışma yapılmıştır, ancak net patofizyolojik mekanizmalar henüz belirlenmemiştir 3,4; Son çalışmalar, mikrobiyota-bağırsak-beyin ekseninin işlev bozukluğunun nörodejeneratif hastalıklara katkıda bulunabileceğini ve bağırsak mikrobiyotası ile nörodejeneratif hastalıklar arasında potansiyel bir çift yönlü bağlantıya dair artan kanıtlar olduğunu öne sürmektedir 5,6. Özellikle, bir vaka raporunda, dışkı mikrobiyotası nakli bir hastada hem esansiyel tremoru hem de irritabl bağırsak sendromunu iyileştirmiştir; bu da bağırsak mikrobiyotası ile esansiyel tremor arasında yakın bir ilişki olduğunu gösterebilir. Ek olarak, ET hastalarında bağırsak mikrobiyotasında da spesifik değişiklikler bulduk; bu da bağırsak disbiyozunun ET8'deki önemli rolünü güçlü bir şekilde desteklemektedir.
Nörodejeneratif hastalıklarda bağırsak disbiyozuna ilişkin olarak, Parkinson hastalığı (PD) en yaygın olarak incelenen hastalıktır5. Dengesiz bir mikrobiyota, bağırsak geçirgenliğini artırabilir ve bağırsak glial hücrelerini aktive ederek alfa-sinükleinopatilere yol açabilir9,10,11. PD ve esansiyel tremor (ET), ET ve PD hastalarında benzer titreme sıklığı, örtüşen istirahat tremoru (PD'de tipik tremor) ve postüral tremor (çoğunlukla ET hastalarında bulunur) gibi bazı ortak özelliklere sahiptir ve bu da erken evrelerde aralarında ayrım yapmayı zorlaştırır12. Bu nedenle, ET ve PD arasında ayrım yapmak için acilen yararlı bir pencere açmamız gerekiyor. Bu bağlamda, ET'deki spesifik bağırsak disbiyozunu ve ilişkili metabolit değişikliklerini incelemek ve bunların PD'den farklılıklarını belirlemek, ET'nin tanı ve ayırıcı tanısı için potansiyel biyobelirteçler haline gelebilir.
Kısa zincirli yağ asitleri (KYA'lar), diyet lifinin bağırsak bakteriyel fermantasyonuyla üretilen başlıca metabolitlerdir ve bağırsak-beyin etkileşimlerinde kritik bir rol oynadığı düşünülmektedir13,14. KYA'lar kolon hücreleri tarafından alınır ve portal venöz sistem yoluyla karaciğere taşınır ve bazı KYA'lar sistemik dolaşıma girer. KYA'lar, bağırsak bariyerinin bütünlüğünü korumada ve bağırsak mukozasında doğuştan gelen bağışıklığı desteklemede yerel etkilere sahiptir15. Ayrıca, sıkı bağlantı proteinlerini uyararak ve G proteinine bağlı reseptörleri (GPCR'ler) uyararak kan-beyin bariyerini (KBB) geçmek için nöronları aktive ederek KBB üzerinde uzun vadeli etkilere sahiptirler16. Asetat, propiyonat ve bütirat, kolonda en bol bulunan KYA'lardır. Önceki çalışmalar, Parkinson hastalığı olan hastalarda dışkıdaki asetik, propiyonik ve bütirik asit seviyelerinin azaldığını göstermiştir17. Bununla birlikte, ET hastalarında dışkıdaki KYA seviyeleri hiç incelenmemiştir.
Bu nedenle, çalışmamızın amacı, ET hastalarında dışkıdaki kısa zincirli yağ asitlerinde (SCFA) meydana gelen spesifik değişiklikleri ve bunların PD hastalarından farklılıklarını belirlemek, dışkıdaki SCFA'nın ET'nin klinik semptomları ve bağırsak mikrobiyotası ile ilişkisini değerlendirmek ve dışkı örneklerinin potansiyel tanısal ve ayırıcı tanısal yeteneklerini belirlemektir. KZhK. Anti-PD ilaçlarıyla ilişkili karıştırıcı faktörleri ele almak için, hastalık kontrolü olarak yeni başlangıçlı Parkinson hastalığı olan hastaları seçtik.
37 ET, 37 PD ve 35 HC'nin demografik ve klinik özellikleri Tablo 1'de özetlenmiştir. ET'ler, PD'ler ve HC'ler yaş, cinsiyet ve BMI açısından eşleştirilmiştir. Üç grubun da sigara içme, alkol tüketme ve kahve/çay içme oranları benzerdi. PD grubunun Wexner skoru (P = 0,004) ve HAMD-17 skoru (P = 0,001) HC grubundan daha yüksekti ve ET grubunun HAMA skoru (P = 0,011) ve HAMD-17 skoru (P = 0,011) HC grubundan daha yüksekti. ET grubundaki hastalık seyri PD grubuna göre anlamlı derecede daha uzundu (P<0,001).
Dışkıdaki propiyonik asit (P = 0,023), asetik asit (P = 0,039), bütirik asit (P = 0,020), izovalerik asit (P = 0,045) ve izobütirik asit (P = 0,015) düzeylerinde anlamlı farklılıklar vardı. Daha sonra yapılan post hoc analizde, ET grubundaki propiyonik asit (P = 0,023), bütirik asit (P = 0,007) ve izobütirik asit (P = 0,040) düzeyleri, HC grubundakilere göre anlamlı derecede daha düşüktü. ET hastalarında, PD hastalarına göre izovalerat (P = 0,014) ve izobütirat (P = 0,005) düzeyleri daha düşüktü. Ek olarak, PD'li hastalarda dışkıdaki propiyonik asit (P = 0,013), asetik asit (P = 0,016) ve bütirik asit (P = 0,041) düzeyleri CC'li hastalara göre daha düşüktü (Şekil 1 ve Ek Tablo 1).
ag, sırasıyla propiyonik asit, asetik asit, bütirik asit, izovalerik asit, valerik asit, kaproik asit ve izobütirik asit gruplarının karşılaştırmasını temsil eder. Üç grup arasında dışkıdaki propiyonik asit, asetik asit, bütirik asit, izovalerik asit ve izobütirik asit düzeylerinde anlamlı farklılıklar vardı. ET: esansiyel tremor, Parkinson hastalığı, sağlıklı HC kontrolü, SCFA. Anlamlı farklılıklar *P < 0,05 ve **P < 0,01 ile gösterilmiştir.
ET grubu ile PD grubu arasındaki hastalık seyrindeki farklılık göz önüne alındığında, daha fazla karşılaştırma için erken PD'li 33 hasta ve ET'li (hastalık süresi <3 yıl) 16 hastayı inceledik (Ek Tablo 2). Sonuçlar, ET'nin dışkıdaki propiyonik asit içeriğinin HA'ya göre anlamlı derecede düşük olduğunu gösterdi (P=0.015). Bütirik asit ve izobütirik asit için ET ve HC arasındaki fark anlamlı değildi, ancak yine de bir eğilim gözlendi (P = 0.082). Dışkıdaki izobütirat seviyeleri, PD'li hastalara kıyasla ET'li hastalarda anlamlı derecede daha düşüktü (P = 0.030). İzovalerik asit için ET ve PD arasındaki fark anlamlı değildi, ancak yine de bir eğilim vardı (P = 0.084). Propiyonik asit (P = 0,023), asetik asit (P = 0,020) ve bütirik asit (P = 0,044) düzeyleri Parkinson hastalığı olan hastalarda sağlıklı kontrol grubundaki hastalara göre anlamlı derecede daha düşüktü. Bu sonuçlar (Ek Şekil 1) genel olarak ana sonuçlarla tutarlıdır. Genel örneklem ile erken dönem hasta alt grubu arasındaki sonuç farklılığı, alt gruptaki örneklem boyutunun daha küçük olmasından ve bunun sonucunda verilerin istatistiksel gücünün daha düşük olmasından kaynaklanıyor olabilir.
Daha sonra, dışkıdaki kısa zincirli yağ asidi (SCFA) düzeylerinin ET hastalarını CU veya PD hastalarından ayırt edip edemeyeceğini inceledik. ROC analizine göre, propiyonat düzeylerinin AUC'sindeki fark 0,668 ( %95 CI: 0,538-0,797) idi ve bu da ET hastalarını HC hastalarından ayırt etmeyi mümkün kıldı. ET ve GC hastaları, 0,685 ( %95 CI: 0,556–0,814) AUC ile bütirat düzeyleri ile ayırt edilebildi. İzobütirik asit düzeylerindeki farklılıklar, 0,655 ( %95 CI: 0,525–0,786) AUC ile ET hastalarını HC hastalarından ayırt edebilir. Propiyonat, bütirat ve izobütirat düzeyleri birleştirildiğinde, %74,3 duyarlılık ve %72,9 özgüllük ile 0,751'lik ( %95 CI: 0,634–0,867) daha yüksek bir AUC elde edildi (Şekil 2a). ET ve PD hastalarını ayırt etmek için, izovalerik asit düzeyleri için AUC 0,700 ( %95 CI: 0,579–0,822) ve izobütirik asit düzeyleri için 0,718 ( %95 CI: 0,599–0,836) idi. İzovalerik asit ve izobütirik asit düzeylerinin kombinasyonu, %74,3 duyarlılık ve %62,9 özgüllük ile 0,743'lük ( %95 CI: 0,629–0,857) daha yüksek bir AUC'ye sahipti (Şekil 2b). Ek olarak, Parkinson hastalığı olan hastaların dışkılarındaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) düzeylerinin kontrol grubundan farklı olup olmadığını inceledik. ROC analizine göre, propiyonik asit düzeylerindeki farklılıklara dayanarak Parkinson hastalarını tanımlamanın AUC değeri 0,687 ( %95 CI: 0,559-0,814) olup, duyarlılık %68,6 ve özgüllük %68,7'dir. Asetat düzeylerindeki farklılıklar, Parkinson hastalarını sağlıklı kontrol grubundan 0,674 ( %95 CI: 0,542–0,805) AUC değeriyle ayırt edebilir. Parkinson hastaları, kontrol grubundan yalnızca bütirat düzeyleri ile 0,651 ( %95 CI: 0,515–0,787) AUC değeriyle ayırt edilebilir. Propiyonat, asetat ve bütirat düzeyleri birleştirildiğinde, 0,682 ( %95 CI: 0,553–0,811) AUC değeri elde edildi (Şekil 2c).
Rus Ortodoks Kilisesi'nin ET ve HC'ye karşı ayrımcılığı; b Rus Ortodoks Kilisesi'nin ET ve PD'ye karşı ayrımcılığı; c Rus Ortodoks Kilisesi'nin PD ve HC'ye karşı ayrımcılığı; ET: esansiyel tremor, Parkinson hastalığı, sağlıklı HC kontrolü, SCFA.
ET hastalarında, dışkıdaki izobütirik asit düzeyi FTM skoru ile negatif korelasyon gösterdi (r = -0.349, P = 0.034) ve dışkıdaki izovalerik asit düzeyi FTM skoru (r = -0.421, P = 0.001) ve TETRAS skoru ile negatif korelasyon gösterdi (r = -0.382, P = 0.020). ET ve PD hastalarında, dışkıdaki propiyonat düzeyleri SCOPA-AUT skorları ile negatif korelasyon gösterdi (r = −0.236, P = 0.043) (Şekil 3 ve Ek Tablo 3). ET grubunda (P ≥ 0.161) veya PD grubunda (P ≥ 0.246) hastalık seyri ile SCFA arasında anlamlı bir korelasyon bulunmadı (Ek Tablo 4). Parkinson hastalığı olan hastalarda, dışkıdaki kaproik asit düzeyleri MDS-UPDRS skorlarıyla pozitif korelasyon gösterdi (r = 0,335, P = 0,042). Tüm katılımcılarda, dışkıdaki propiyonat (r = −0,230, P = 0,016) ve asetat (r = −0,210, P = 0,029) düzeyleri Wexner skorlarıyla negatif korelasyon gösterdi (Şekil 3 ve Ek Tablo 3).
Dışkıdaki izobütirik asit düzeyleri FTM skorlarıyla negatif korelasyon gösterirken, izovalerik asit FTM ve TETRAS skorlarıyla negatif korelasyon gösterdi, propiyonik asit SCOPA-AUT skorlarıyla negatif korelasyon gösterdi, kaproik asit MDS-UPDRS skorlarıyla pozitif korelasyon gösterdi ve propiyonik asit FTM ve TETRAS skorlarıyla negatif korelasyon gösterdi. TETRAS ve asetik asit, Wexner skoruyla negatif korelasyon gösterdi. MDS-UPDRS Derneği tarafından desteklenen Birleşik Parkinson Hastalığı Derecelendirme Ölçeği, Mini-Mental Durum Muayenesi (MMSE), Hamilton Depresyon Derecelendirme Ölçeği (HAMD-17, 17 madde), Hamilton Anksiyete Derecelendirme Ölçeği (HAMA), HY Hoehn ve Yahr evreleri, SCFA, SCOPA-AUT Parkinson Hastalığı Otonomik Semptom Sonuç Ölçeği, FTM Fana-Tolosa-Marin Klinik Titreme Derecelendirme Ölçeği, TETRAS Araştırma Grubu (TRG) Esansiyel Titreme Derecelendirme Ölçeği. Anlamlı farklılıklar *P < 0,05 ve **P < 0,01 ile gösterilmiştir.
Bağırsak mikrobiyotasının ayırt edici doğasını LEfSE analizi kullanarak daha ayrıntılı inceledik ve daha ileri analiz için cins düzeyindeki göreceli bolluk verilerini seçtik. ET ve HC ile ET ve PD arasında karşılaştırmalar yapıldı. Daha sonra, iki karşılaştırma grubunda bağırsak mikrobiyotasının göreceli bolluğu ve dışkıdaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) düzeyleri üzerinde Spearman korelasyon analizi gerçekleştirildi.
ET ve CA analizinde Faecalibacterium (bütirik asit ile korelasyonlu, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (bütirik asit ile korelasyonlu, r = 0,283, P = 0,016) ve Streptobacterium (propiyonik asit ile korelasyonlu, r = 0,327) mevcuttu. , P = 0,005; bütirik asit ile korelasyonlu, r = 0,374, P = 0,001; ET'de Stenotropomonas (izobütirik asit ile korelasyon gösterir, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (propiyonik asit ile korelasyon gösterir, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (propiyonat ile korelasyon gösterir, r = 0,249, P = 0,035) ve Candidatus Arthromitus (izobütirik asit ile korelasyon gösterir, r = 0,302, P = 0,010) miktarları azalır ve dışkıdaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) seviyeleriyle pozitif korelasyon gösterir. Bununla birlikte, Stenotropomonas bolluğu ET'de artar ve dışkıdaki izobütirat seviyeleriyle negatif korelasyon gösterir (r = -0,250, P = 0,034). FDR düzeltmesinden sonra, yalnızca Faecalibacterium, Catenibacter ve SCFA arasındaki korelasyon anlamlı kaldı (P ≤ 0,045) (Şekil 4 ve Ek Tablo 5).
ET ve HC'nin korelasyon analizi. FDR düzeltmesinden sonra, Faecalibacterium (bütirat ile pozitif ilişkili) ve Streptobacterium'un (propiyonat, bütirat ve izobütirat ile pozitif ilişkili) bolluğunun ET'de azaldığı ve dışkıdaki SCFA seviyeleriyle pozitif ilişkili olduğu bulundu. b ET ve PD'nin korelasyon analizi. FDR düzeltmesinden sonra, anlamlı bir ilişki bulunamadı. ET: esansiyel tremor, Parkinson hastalığı, HC: sağlıklı kontrol, SCFA. Anlamlı farklılıklar *P < 0,05 ve **P < 0,01 ile gösterilmiştir.
ET ve PD analizinde, Clostridium trichophyton'un ET'de arttığı ve dışkıdaki izovalerik asit (r = -0.238, P = 0.041) ve izobütirik asit (r = -0.257, P = 0.027) ile korelasyon gösterdiği bulundu. FDR düzeltmesinden sonra, her ikisi de anlamlılığını korudu (P≥0.295) (Şekil 4 ve Ek Tablo 5).
Bu çalışma, ET hastalarında dışkıdaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) düzeylerini inceleyen ve bunları CU ve PD hastalarıyla karşılaştırarak bağırsak mikrobiyotasındaki değişiklikler ve semptom şiddetiyle ilişkilendiren kapsamlı bir çalışmadır. ET hastalarında dışkıdaki SCFA düzeylerinin azaldığını ve klinik şiddet ve bağırsak mikrobiyotasındaki spesifik değişikliklerle ilişkili olduğunu bulduk. Kümülatif dışkıdaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) düzeyleri, ET'yi GC ve PD'den ayırt etmektedir.
GC hastalarıyla karşılaştırıldığında, ET hastalarında dışkıda propiyonik, bütirik ve izobütirik asit düzeyleri daha düşüktür. Propiyonik, bütirik ve izobütirik asitlerin kombinasyonu, ET ve HC'yi 0,751'lik bir AUC ( %95 CI: 0,634–0,867), %74,3 duyarlılık ve %72,9 özgüllük ile ayırt ederek, ET'nin potansiyel rolü için tanısal biyobelirteçler olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Daha ileri analizler, dışkıdaki propiyonik asit düzeylerinin Wexner skoru ve SCOPA-AUT skoru ile negatif korelasyon gösterdiğini ortaya koymuştur. Dışkıdaki izobütirik asit düzeyleri ise FTM skorları ile ters korelasyon göstermiştir. Öte yandan, ET'de bütirat düzeylerindeki azalma, SCFA üreten mikrobiyota, Faecalibacterium ve Categorybacter'ın bolluğundaki azalma ile ilişkilidir. Ek olarak, ET'deki Catenibacter bolluğundaki azalma, dışkıdaki propiyonik ve izobütirik asit düzeylerindeki azalmayla da ilişkilendirildi.
Kolonda üretilen kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFA) çoğu, öncelikle H+-bağımlı veya sodyum-bağımlı monokarboksilat taşıyıcılar aracılığıyla kolonositler tarafından alınır. Emililen kısa zincirli yağ asitleri kolonositler için enerji kaynağı olarak kullanılırken, kolonositlerde metabolize edilmeyenler portal dolaşıma taşınır 18. SCFA'lar bağırsak hareketliliğini etkileyebilir, bağırsak bariyer fonksiyonunu güçlendirebilir ve konak metabolizmasını ve bağışıklığını etkileyebilir 19. Daha önce, PD hastalarında bütirat, asetat ve propiyonat dışkı konsantrasyonlarının sağlıklı kontrollere kıyasla azaldığı bulunmuştur 17, bu da sonuçlarımızla tutarlıdır. Çalışmamızda ET hastalarında SCFA'larda bir azalma bulunmuştur, ancak SCFA'ların ET patolojisindeki rolü hakkında çok az şey bilinmektedir. Bütirat ve propiyonat, GPCR'lere bağlanabilir ve MAPK ve NF-κB20 sinyallemesi gibi GPCR'ye bağımlı sinyallemeyi etkileyebilir. Bağırsak-beyin ekseninin temel kavramı, bağırsak mikropları tarafından salgılanan kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFA'lar) konak sinyallemesini etkileyerek bağırsak ve beyin fonksiyonlarını etkileyebilmesidir. Bütirat ve propiyonat, histon deasetilaz (HDAC) aktivitesi üzerinde güçlü inhibitör etkilere sahip olduklarından21 ve bütirat ayrıca transkripsiyon faktörleri için bir ligand görevi görebildiğinden, öncelikle gen regülasyonu üzerindeki etkileri nedeniyle konak metabolizması, farklılaşması ve proliferasyonu üzerinde geniş etkilere sahiptirler22. SCFA ve nörodejeneratif hastalıklardan elde edilen kanıtlara dayanarak, bütirat, Parkinson hastalığında (PD) dopaminerjik nöron ölümüne aracılık edebilecek bozulmuş HDAC aktivitesini düzeltme yeteneği nedeniyle terapötik bir aday olarak kabul edilir23,24,25. Hayvan çalışmaları ayrıca bütirik asidin dopaminerjik nöron dejenerasyonunu önleme ve PD modellerinde hareket bozukluklarını iyileştirme yeteneğini de göstermiştir26,27. Propiyonik asidin inflamatuar yanıtları sınırladığı ve kan-beyin bariyerinin (BBB) ​​bütünlüğünü koruduğu bulunmuştur28,29. Çalışmalar, propiyonik asidin PD modellerinde rotenon toksisitesine yanıt olarak dopaminerjik nöronların hayatta kalmasını desteklediğini 30 ve propiyonik asidin oral yolla uygulanmasının PD'li farelerde dopaminerjik nöron kaybını ve motor bozukluklarını düzelttiğini 31 göstermiştir. İzobütirik asidin işlevi hakkında çok az şey bilinmektedir. Bununla birlikte, yakın zamanda yapılan bir çalışma, farelerin B. ovale ile kolonizasyonunun bağırsak SCFA içeriğini (asetat, propiyonat, izobütirat ve izovalerat dahil) ve bağırsak GABA konsantrasyonunu artırdığını, bağırsak mikrobiyotası ile bağırsak SCFA konsantrasyonları arasında bir bağlantı kurulduğunu vurgulamıştır. 32. ET'de, serebellumdaki anormal patolojik değişiklikler arasında Purkinje hücre aksonlarında ve dendritlerinde değişiklikler, Purkinje hücrelerinin yer değiştirmesi ve kaybı, sepet hücre aksonlarında değişiklikler, Purkinje hücre dağılımı ile yükselen lif bağlantılarında anormallikler ve dentat kemikteki GABA reseptörlerinde değişiklikler yer almaktadır. Çekirdeklerde meydana gelen değişiklikler, serebellumdan gelen GABAerjik çıktının azalmasına yol açar3,4,33. Kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFA'lar) Purkinje hücre nörodejenerasyonu ve serebellar GABA üretiminin azalmasıyla ilişkili olup olmadığı belirsizliğini koruyor. Sonuçlarımız, SCFA'lar ile ET arasında güçlü bir ilişki olduğunu düşündürmektedir, ancak kesitsel çalışma tasarımı, SCFA'lar ile ET hastalığı süreci arasındaki nedensel ilişki hakkında herhangi bir sonuca varmamıza izin vermemektedir; dışkıdaki SCFA'ların seri ölçümlerini ve mekanizmaları inceleyen hayvan çalışmalarını içeren daha uzunlamasına takip çalışmaları gereklidir.
Kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFA'lar) kolon düz kas kasılmasını uyardığı düşünülmektedir34. SCFA eksikliği kabızlık semptomlarını kötüleştirir ve SCFA takviyesi kabızlık semptomlarını iyileştirebilir PD35. Sonuçlarımız ayrıca, esansiyel tremorlu hastalarda dışkıdaki SCFA içeriğinin azalması ile kabızlık ve otonomik disfonksiyonun artması arasında önemli bir ilişki olduğunu göstermektedir. Bir vaka raporunda, mikrobiyota transplantasyonunun hasta 7'de hem esansiyel tremoru hem de irritabl bağırsak sendromunu iyileştirdiği ve bağırsak mikrobiyotası ile esansiyel tremor arasında yakın bir ilişki olduğunu daha da öne sürdüğü bulunmuştur. Bu nedenle, dışkıdaki SCFA/mikrobiyotanın konakçı bağırsak hareketliliğini ve otonom sinir sistemi fonksiyonunu etkileyebileceğine inanıyoruz.
Çalışma, ET grubunda dışkıdaki kısa zincirli yağ asitlerinin (SCFA) azalmasının, Faecalibacterium (bütirat ile ilişkili) ve Streptobacterium'un (propiyonat, bütirat ve izobütirat ile ilişkili) bolluğunun azalmasıyla ilişkili olduğunu bulmuştur. FDR düzeltmesinden sonra bu ilişki anlamlılığını korumaktadır. Faecalibacterium ve Streptobacterium, SCFA üreten mikroorganizmalardır. Faecalibacterium'un bütirat üreten bir mikroorganizma olduğu bilinmektedir36, Catenibacter fermantasyonunun ana ürünleri ise asetat, bütirat ve laktik asittir37. Faecalibacterium, hem ET hem de HC gruplarının %100'ünde tespit edilmiştir; ET grubunun ortanca nispi bolluğu %2,06, HC grubunun ise %3,28'dir (LDA 3,870). Kategori bakterisi, HC grubunun %21,6'sında (8/37) ve ET grubunun sadece 1 örneğinde (1/35) tespit edildi. ET'de streptobakterilerin azalması ve tespit edilememesi, hastalığın patojenitesiyle de bir korelasyona işaret edebilir. HC grubunda Catenibacter türlerinin medyan nispi bolluğu %0,07 idi (LDA 2,129). Ek olarak, laktik asit bakterileri dışkı bütiratındaki değişikliklerle ilişkiliydi (P=0,016, FDR düzeltmesinden sonra P=0,096) ve artrit adayı izobütirattaki değişikliklerle ilişkiliydi (P=0,016, FDR düzeltmesinden sonra P=0,072). FDR düzeltmesinden sonra, istatistiksel olarak anlamlı olmayan sadece korelasyon eğilimi kaldı. Lactobacillus bakterilerinin ayrıca SCFA (asetik asit, propiyonik asit, izobütirik asit, bütirik asit) üreticisi olduğu bilinmektedir 38 ve Candidatus Arthromitus, T yardımcı 17 (Th17) hücre farklılaşmasının spesifik bir indükleyicisidir; Th1/2 ve Treg'ler ise bağışıklık dengesi/Th17 ile ilişkilidir 39. Son bir çalışma, yüksek düzeydeki fekal psödoartritin kolon iltihabına, bağırsak bariyer disfonksiyonuna ve sistemik iltihaba katkıda bulunabileceğini öne sürmektedir 40. Clostridium trichoides düzeyleri ET'de PD'ye kıyasla artmıştır. Clostridium trichoides bolluğunun izovalerik asit ve izobütirik asit ile negatif korelasyon gösterdiği bulunmuştur. FDR düzeltmesinden sonra her ikisi de anlamlı kalmıştır (P≥0,295). Clostridium pilosum, iltihapla ilişkili olduğu bilinen ve bağırsak bariyer disfonksiyonuna katkıda bulunabilen bir bakteridir 41. Önceki çalışmamızda ET'li hastaların bağırsak mikrobiyotasında değişiklikler bildirilmiştir 8. Burada ayrıca ET'deki kısa zincirli yağ asitlerindeki (SCFA) değişiklikleri rapor ediyor ve bağırsak disbiyozu ile SCFA'daki değişiklikler arasında bir ilişki tespit ediyoruz. Azalmış SCFA seviyeleri, ET'deki bağırsak disbiyozu ve titreme şiddetiyle yakından ilişkilidir. Sonuçlarımız, bağırsak-beyin ekseninin ET'nin patogenezinde önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir, ancak hayvan modelleri üzerinde daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
PD hastalarıyla karşılaştırıldığında, ET hastalarının dışkılarında izovalerik ve izobütirik asit düzeyleri daha düşüktür. İzovalerik asit ve izobütirik asit kombinasyonu, PD'de ET'yi 0,743'lük bir AUC ( %95 CI: 0,629–0,857), %74,3 duyarlılık ve %62,9 özgüllük ile tanımlamıştır; bu da ET'nin ayırıcı tanısında biyomarker olarak potansiyel rollerini düşündürmektedir. Dışkıdaki izovalerik asit düzeyleri, FTM ve TETRAS skorlarıyla ters orantılıydı. Dışkıdaki izobütirik asit düzeyleri de FTM skorlarıyla ters orantılıydı. İzobütirik asit düzeylerindeki azalma, katobakteri bolluğundaki azalmayla ilişkiliydi. İzovalerik asit ve izobütirik asidin işlevleri hakkında çok az şey bilinmektedir. Önceki bir çalışma, farelerin B. ovale ile kolonizasyonunun bağırsak SCFA'larının (asetat, propiyonat, izobütirat ve izovalerat dahil) ve bağırsak GABA konsantrasyonlarının miktarını artırdığını ve mikrobiyota ile bağırsak SCFA/nörotransmitter konsantrasyonları arasındaki bağırsak bağlantısını vurguladığını göstermiştir.32 İlginç bir şekilde, gözlemlenen izobütirik asit seviyeleri PD ve HC grupları arasında benzerdi, ancak ET ve PD (veya HC) grupları arasında farklılık gösterdi. İzobütirik asit, ET ve PD arasında 0,718'lik bir AUC ( %95 CI: 0,599–0,836) ile ayrım yapabilir ve ET ve NC'yi 0,655'lik bir AUC (%95 CI: 0,525–0,786) ile tanımlayabilir. Ek olarak, izobütirik asit seviyeleri titreme şiddetiyle korelasyon göstererek ET ile olan ilişkisini daha da güçlendirmektedir. Oral izobütirik asidin ET hastalarında titremenin şiddetini azaltıp azaltamayacağı sorusu daha fazla araştırma gerektirmektedir.
Bu nedenle, ET hastalarında dışkıdaki kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) içeriği azalır ve ET'nin klinik şiddeti ve bağırsak mikrobiyotasındaki spesifik değişikliklerle ilişkilidir. Dışkıdaki propiyonat, bütirat ve izobütirat, ET için tanısal biyobelirteçler olabilirken, izobütirat ve izovalerat, ET için ayırıcı tanısal biyobelirteçler olabilir. Dışkıdaki izobütirattaki değişiklikler, diğer SCFA'lardaki değişikliklerden daha spesifik olarak ET'yi gösterebilir.
Çalışmamızın çeşitli sınırlamaları vardır. Birincisi, beslenme alışkanlıkları ve gıda tercihleri ​​mikrobiyota ekspresyonunu etkileyebilir, farklı popülasyonlarda daha büyük örneklem gruplarına ihtiyaç duyulmaktadır ve gelecekteki çalışmalar, gıda sıklığı anketleri gibi kapsamlı ve sistematik beslenme araştırmalarını içermelidir. İkincisi, kesitsel çalışma tasarımı, SCFA ile ET hastalığı süreci arasında nedensel bir ilişkiye dair herhangi bir sonuca varılmasını engellemektedir. Dışkı SCFA'larının seri ölçümlerini içeren daha uzun vadeli takip çalışmaları gereklidir. Üçüncüsü, dışkı SCFA düzeylerinin tanısal ve ayırıcı tanısal yetenekleri, ET, HC ve PD'den bağımsız örnekler kullanılarak doğrulanmalıdır. Gelecekte daha fazla bağımsız dışkı örneği test edilmelidir. Son olarak, kohortumuzdaki PD hastalarının hastalık süresi, ET hastalarına göre anlamlı derecede daha kısaydı. ET, PD ve HC gruplarını esas olarak yaş, cinsiyet ve BMI'ye göre eşleştirdik. ET grubu ile PD grubu arasındaki hastalık seyrindeki farklılık göz önüne alındığında, daha fazla karşılaştırma için 33 erken PD hastası ve 16 ET hastasını (hastalık süresi ≤3 yıl) da inceledik. Gruplar arası SCFA farklılıkları genel olarak birincil verilerimizle tutarlıydı. Ayrıca, hastalık süresi ile SCFA'daki değişiklikler arasında bir korelasyon bulamadık. Bununla birlikte, gelecekte, daha büyük bir örneklemde doğrulamayı tamamlamak için daha kısa hastalık süresine sahip erken evredeki PD ve ET hastalarını dahil etmek en iyisi olacaktır.
Çalışma protokolü, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi'ne bağlı Ruijin Hastanesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (RHEC2018-243). Tüm katılımcılardan yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır.
Ocak 2019 ile Aralık 2022 tarihleri ​​arasında, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi Tıp Fakültesi'ne bağlı Ruijin Hastanesi Hareket Bozuklukları Merkezi Kliniği'nden 109 denek (37 ET, 37 PD ve 35 HC) bu çalışmaya dahil edildi. Kriterler şunlardı: (1) yaş 25-85 yıl, (2) ET hastaları MDS Çalışma Grubu kriterlerine göre teşhis edildi 42 ve PD hastaları MDS kriterlerine göre teşhis edildi 43, (3) tüm hastalar dışkı örneklerinin toplanmasından önce anti-PD ilaçları kullanmıyordu. (4) ET grubu, dışkı örneklerinin toplanmasından önce sadece β-bloker veya ilgili ilaç kullanmıyordu. Yaş, cinsiyet ve vücut kitle indeksi (VKİ) açısından eşleştirilmiş HC'ler de seçildi. Dışlama kriterleri şunlardı: (1) vejetaryenler, (2) yetersiz beslenme, (3) gastrointestinal sistemin kronik hastalıkları (inflamatuar bağırsak hastalığı, mide veya duodenum ülserleri dahil), (4) ciddi kronik hastalıklar (malign tümörler dahil), kalp yetmezliği, böbrek yetmezliği, hematolojik hastalıklar, (5) büyük gastrointestinal cerrahi öyküsü, (6) kronik veya düzenli yoğurt tüketimi, (7) 1 ay boyunca herhangi bir probiyotik veya antibiyotik kullanımı, (8) kronik kortikosteroid, proton pompa inhibitörü, statin, metformin, immünosupresan veya antikanser ilaç kullanımı ve (9) klinik çalışmalara müdahale eden ciddi bilişsel bozukluk.
Tüm denekler, BMI hesaplamak için tıbbi geçmiş, kilo ve boy bilgilerini verdi ve Hamilton Anksiyete Derecelendirme Ölçeği (HAMA) 44 anksiyete puanı, Hamilton Depresyon Derecelendirme Ölçeği-17 puanı (HAMD-17) 45 depresyon, Wexner Kabızlık Ölçeği 46 ve Bristol Dışkı Ölçeği 47 kullanılarak kabızlığın şiddeti ve Mini-Mental Durum Muayenesi (MMSE) 48 kullanılarak bilişsel performans gibi nörolojik muayene ve klinik değerlendirmeye tabi tutuldu. Parkinson Hastalığının Otonomik Semptomlarının Değerlendirilmesi Ölçeği (SCOPA-AUT) 49, ET ve PD hastalarında otonomik disfonksiyonu inceledi. Fana-Tolos-Marin Klinik Tremor Derecelendirme Ölçeği (FTM) ve Esansiyel Tremor Derecelendirme Ölçeği (TETRAS) 50 Tremor Çalışma Grubu (TRG) 50, ET hastalarında incelendi; Birleşik Parkinson Hastalığı Derneği tarafından desteklenen Kinson Hastalığı Derecelendirme Ölçeği (MDS-) de değerlendirildi. UPDRS sürüm 51 ve Hoehn ve Yahr (HY) sürüm 52 incelendi.
Her katılımcıdan sabah dışkı toplama kabı kullanarak dışkı örneği toplaması istendi. Kaplar buz içine aktarıldı ve işleme başlamadan önce -80°C'de saklandı. Kısa zincirli yağ asitleri (SCFA) analizi, Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd.'nin rutin işlemlerine göre gerçekleştirildi. Her katılımcıdan 400 mg taze dışkı örneği toplandı ve öğütme ve sonikasyondan sonra SCFA'lar kullanılarak analiz edildi. Dışkıdaki seçilmiş SCFA'lar gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS) ve sıvı kromatografisi-tandem MS (LC-MS/MS) kullanılarak analiz edildi.
Üretici firmanın talimatlarına göre QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Almanya) kullanılarak 200 mg'lık örneklerden DNA ekstrakte edildi. Mikrobiyal bileşim, dışkıdan izole edilen DNA'daki 16S rRNA geninin V3-V4 bölgesinin amplifikasyonu yoluyla dizilenmesiyle belirlendi. DNA, örnek %1,2'lik agaroz jelde çalıştırılarak test edildi. 16S rRNA geninin polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) amplifikasyonu, evrensel bakteri primerleri (357 F ve 806 R) ve Novaseq platformunda oluşturulan iki aşamalı bir amplikon kütüphanesi kullanılarak gerçekleştirildi.
Sürekli değişkenler ortalama ± standart sapma olarak, kategorik değişkenler ise sayı ve yüzdeler olarak ifade edilmiştir. Varyansların homojenliğini test etmek için Levene testi kullanılmıştır. Değişkenler normal dağılımlı ise iki yönlü t testleri veya varyans analizi (ANOVA), normallik veya homoskedastisite varsayımları ihlal edilirse parametrik olmayan Mann-Whitney U testleri kullanılarak karşılaştırmalar yapılmıştır. Modelin tanısal performansını ölçmek ve SCFA'nın ET hastalarını HC veya PD hastalarından ayırt etme yeteneğini incelemek için alıcı işletim karakteristik (ROC) eğrisi altındaki alan (AUC) kullanılmıştır. SCFA ile klinik şiddet arasındaki ilişkiyi incelemek için Spearman korelasyon analizi kullanılmıştır. İstatistiksel analiz, anlamlılık düzeyi (P değeri ve FDR-P dahil) 0,05 (iki yönlü) olarak belirlenerek SPSS yazılımı (sürüm 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
16S sekansları, Trimmomatic (sürüm 0.35), Flash (sürüm 1.2.11), UPARSE (sürüm v8.1.1756), mothur (sürüm 1.33.3) ve R (sürüm 3.6.3) yazılımlarının bir kombinasyonu kullanılarak analiz edildi. Ham 16S rRNA gen verileri, %97 özdeşlik ile operasyonel taksonomik birimler (OTU'lar) oluşturmak için UPARSE kullanılarak işlendi. Taksonomiler, referans veritabanı olarak Silva 128 kullanılarak belirlendi. Göreceli bolluk verilerinin genel düzeyi daha ileri analiz için seçildi. Gruplar (ET vs. HC, ET vs. PD) arasındaki karşılaştırmalar için α eşiği 0,05 ve etki büyüklüğü eşiği 2,0 ile doğrusal diskriminant analizi (LDA) etki büyüklüğü analizi (LEfSE) kullanıldı. LEfSE analizi ile tanımlanan diskriminant cinsler, SCFA'nın Spearman korelasyon analizi için daha sonra kullanıldı.
Çalışma tasarımına ilişkin daha fazla bilgi için, bu makaleyle ilişkili Doğal Araştırma Raporu Özetine bakınız.
Ham 16S sekanslama verileri, Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi (NCBI) BioProject veritabanında (SRP438900: PRJNA974928) şu URL adresinde saklanmaktadır: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. İlgili diğer veriler, bilimsel işbirlikleri ve tam araştırma projeleri içeren akademik değişimler gibi, makul bir talep üzerine ilgili yazara sunulmaktadır. İznimiz olmadan verilerin üçüncü taraflara aktarılmasına izin verilmemektedir.
Açık kaynak kodlu bu sürüm, Trimmomatic (sürüm 0.35), Flash (sürüm 1.2.11), UPARSE (sürüm v8.1.1756), mothur (sürüm 1.33.3) ve R (sürüm 3.6.3) kombinasyonunu varsayılan ayarlarla veya "Yöntem" bölümüyle kullanmaktadır. Makul bir talep üzerine ilgili yazara ek açıklayıcı bilgiler sağlanabilir.
Pradeep S ve Mehanna R. Hiperkinetik hareket bozuklukları ve ataksi ile ilişkili gastrointestinal bozukluklar. Parkinson hastalığı ile ilişkili. karışıklık. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED ve Faust, PL Esansiyel tremor patolojisi: nörodejenerasyon ve nöronal bağlantıların yeniden düzenlenmesi. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Esansiyel tremor GABA disfonksiyonunun birincil bir bozukluğu mudur? Evet. Uluslararası. Nörobilim İncelemesi. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ ve Katara DP Bağırsak-beyin ekseni: Parkinson hastalığında iki sinyal iletim modu. Hücresel moleküller. Nörobiyoloji. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Mikrobiyota-beyin-bağırsak ekseni ve nörodejeneratif hastalıklar. Güncel. Nellore. Nörobilim. Raporlar 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR ve He, XX Dışkı mikrobiyota nakli, hastalarda esansiyel tremor ve irritabl bağırsak sendromunu eş zamanlı olarak iyileştirir. Geriatrik Psikoloji 20, 796–798 (2020).
Zhang P. ve diğerleri. Esansiyel tremorda bağırsak mikrobiyotasındaki spesifik değişiklikler ve bunların Parkinson hastalığından farklılaştırılması. NPJ Parkinson hastalığı. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J ve Wang D. Mikrobiyotanın nöronal-glial-epitel ünitelerinin düzenlenmesindeki kritik rolü. Enfeksiyonlara direnç. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. ve diğerleri. İlerleyici Parkinson hastalığında duodenal alfa-sinüklein ve bağırsak gliyozunun patolojisi. move. confusion. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. ve diğerleri. Alfa-sinüklein 5G4 antikorları, kolon mukozasında belirgin Parkinson hastalığını ve prodromal Parkinson hastalığını tanır. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M ve Fasano A. Esansiyel tremor ve Parkinson hastalığının birlikte görülmesi. Parkinson hastalığı ile ilişkili karışıklık. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR ve diğerleri. Bağırsak mikrobiyotası, Parkinson hastalığı modellerinde motor bozuklukları ve nöroinflamasyonu düzenler. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM ve diğerleri. Parkinson hastalığı olan hastalar ile yaşa uygun kontrol grupları arasında kısa zincirli yağ asitleri ve bağırsak mikrobiyotası farklılık göstermektedir. Parkinson hastalığı ile ilişkili. karışıklık. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E ve Elinav E. Konak bağışıklık arayüzünde mikrobiyom tarafından düzenlenen metabolitler. J. İmmünoloji. 198, 572–580 (2017).