از بازدید شما از Nature.com متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می‌کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین نتیجه، توصیه می‌کنیم از نسخه جدیدتر مرورگر خود استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در Internet Explorer غیرفعال کنید). در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل یا جاوا اسکریپت نمایش می‌دهیم.
تشخیص زودهنگام لرزش اساسی (ET) می‌تواند چالش برانگیز باشد، به خصوص هنگامی که از افراد سالم (HC) و بیماری پارکینسون (PD) متمایز شود. اخیراً، تجزیه و تحلیل نمونه‌های مدفوع برای میکروبیوتای روده و متابولیت‌های آن، روش‌های جدیدی را برای کشف نشانگرهای زیستی جدید بیماری‌های نورودژنراتیو فراهم کرده است. اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFA)، به عنوان متابولیت اصلی فلور روده، در مدفوع افراد مبتلا به پارکینسون کاهش می‌یابند. با این حال، SCFA مدفوع هرگز در ET مورد مطالعه قرار نگرفته است. هدف ما بررسی سطح SCFAهای مدفوع در ET، ارزیابی رابطه آنها با علائم بالینی و میکروبیوتای روده و تعیین توانایی تشخیصی بالقوه آنها بود. SCFA مدفوع و میکروبیوتای روده در 37 فرد مبتلا به لرزش اساسی، 37 فرد مبتلا به پارکینسون جدید و 35 فرد مبتلا به پارکینسون اندازه‌گیری شد. یبوست، اختلال عملکرد سیستم عصبی خودکار و شدت لرزش با استفاده از مقیاس ارزیابی شدند. سطح پروپیونات، بوتیرات و ایزوبوتیرات مدفوع در ET کمتر از HC بود. ترکیبی از اسیدهای پروپیونیک، بوتیریک و ایزوبوتیریک، ET را از HC با AUC برابر با 0.751 (95% CI: 0.634-0.867) متمایز کرد. سطح اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک مدفوع در ET کمتر از PD بود. اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک با AUC برابر با 0.743 (95% CI: 0.629-0.857) بین ET و PD تمایز قائل می‌شوند. پروپیونات مدفوع با یبوست و اختلال عملکرد سیستم عصبی خودکار ارتباط معکوس دارد. اسید ایزوبوتیریک و اسید ایزووالریک با شدت لرزش ارتباط معکوس دارند. کاهش محتوای SCFA مدفوع با کاهش فراوانی Faecalibacterium و Streptobacterium در ET همراه بود. بنابراین، محتوای SCFA در مدفوع در ET کاهش می‌یابد و با شدت تصویر بالینی و تغییرات در میکروبیوتای روده مرتبط است. اسید پروپیونیک، اسید بوتیریک، اسید ایزوبوتیریک و اسید ایزووالریک در مدفوع ممکن است نشانگرهای زیستی تشخیصی و افتراقی بالقوه برای ET باشند.
لرزش اساسی (ET) یک اختلال عصبی پیشرونده و مزمن است که در درجه اول با لرزش اندام‌های فوقانی مشخص می‌شود، که می‌تواند سایر قسمت‌های بدن مانند سر، تارهای صوتی و اندام‌های تحتانی را نیز تحت تأثیر قرار دهد.1 ویژگی‌های بالینی لرزش اساسی نه تنها شامل علائم حرکتی، بلکه برخی علائم غیرحرکتی، از جمله بیماری‌های دستگاه گوارش نیز می‌شود.2 مطالعات متعددی برای بررسی ویژگی‌های پاتولوژیک و فیزیولوژیکی لرزش اساسی انجام شده است، اما مکانیسم‌های پاتوفیزیولوژیک واضحی شناسایی نشده‌اند.3،4. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که اختلال عملکرد محور میکروبیوتا-روده-مغز ممکن است در بیماری‌های عصبی نقش داشته باشد و شواهد رو به رشدی برای ارتباط دو طرفه بالقوه بین میکروبیوتای روده و بیماری‌های عصبی وجود دارد.5،6. نکته قابل توجه این است که در یک گزارش موردی، پیوند میکروبیوتای مدفوع هم لرزش اساسی و هم سندرم روده تحریک‌پذیر را در یک بیمار بهبود بخشید، که ممکن است نشان دهنده رابطه نزدیک بین میکروبیوتای روده و لرزش اساسی باشد. علاوه بر این، ما همچنین تغییرات خاصی را در میکروبیوتای روده در بیماران مبتلا به ET مشاهده کردیم که به شدت از نقش مهم دیسبیوز روده در ET8 پشتیبانی می‌کند.
در مورد دیس‌بیوز روده در بیماری‌های نورودژنراتیو، بیماری پارکینسون بیشترین مطالعه را دارد5. میکروبیوتای نامتعادل می‌تواند نفوذپذیری روده را افزایش داده و گلیا روده را فعال کند و منجر به آلفا-سینوکلئینوپاتی‌ها شود9،10،11. PD و ET ویژگی‌های همپوشانی خاصی دارند، مانند فراوانی مشابه لرزش در بیماران ET و PD، لرزش در حال استراحت همپوشانی (لرزش معمولی در PD) و لرزش وضعیتی (که بیشتر در بیماران ET یافت می‌شود) که تشخیص بین آنها را دشوار می‌کند. مراحل اولیه 12. بنابراین، ما فوراً نیاز داریم که یک پنجره مفید برای تمایز بین ET و PD باز کنیم. در این زمینه، مطالعه دیس‌بیوز روده خاص و تغییرات متابولیت مرتبط در ET و شناسایی تفاوت‌های آنها از PD ممکن است به نشانگرهای زیستی بالقوه برای تشخیص و تشخیص افتراقی ET تبدیل شود.
اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFAs) متابولیت‌های اصلی تولید شده توسط تخمیر باکتریایی فیبر غذایی در روده هستند و تصور می‌شود که نقش مهمی در تعاملات روده و مغز دارند13،14. SCFAs توسط سلول‌های روده بزرگ جذب شده و از طریق سیستم وریدی پورتال به کبد منتقل می‌شوند و برخی از SCFAs وارد گردش خون سیستمیک می‌شوند. SCFAs اثرات موضعی بر حفظ یکپارچگی سد روده و تقویت ایمنی ذاتی در مخاط روده دارند15. آنها همچنین با تحریک پروتئین‌های اتصال محکم و فعال کردن نورون‌ها با تحریک گیرنده‌های جفت‌شده با پروتئین G (GPCRs) برای عبور از BBB16، اثرات طولانی‌مدتی بر سد خونی-مغزی (BBB) ​​دارند. استات، پروپیونات و بوتیرات فراوان‌ترین SCFAها در روده بزرگ هستند. مطالعات قبلی کاهش سطح مدفوعی اسیدهای استیک، پروپیونیک و بوتیریک را در بیماران مبتلا به پارکینسون نشان داده‌اند17. با این حال، سطح SCFA مدفوعی هرگز در بیماران مبتلا به ET مورد مطالعه قرار نگرفته است.
بنابراین، مطالعه ما با هدف شناسایی تغییرات خاص در SCFA مدفوع در بیماران مبتلا به ET و تفاوت‌های آنها با بیماران مبتلا به PD، ارزیابی رابطه SCFA مدفوع با علائم بالینی SCFA و میکروبیوتای روده و همچنین شناسایی قابلیت‌های تشخیصی و افتراقی بالقوه نمونه‌های مدفوع انجام شد. KZHK. برای پرداختن به عوامل مخدوش‌کننده مرتبط با داروهای ضد PD، بیماران مبتلا به بیماری پارکینسون تازه شروع شده را به عنوان گروه کنترل بیماری انتخاب کردیم.
ویژگی‌های جمعیت‌شناختی و بالینی ۳۷ بیمار مبتلا به دیابت نوع ۲، ۳۷ بیمار مبتلا به دیابت نوع ۲ و ۳۵ بیمار مبتلا به دیابت نوع ۲ در جدول ۱ خلاصه شده است. بیماران مبتلا به دیابت نوع ۲، PD و HC از نظر سن، جنس و BMI با هم مطابقت داشتند. همچنین هر سه گروه نسبت‌های مشابهی از سیگار کشیدن، نوشیدن الکل و نوشیدن قهوه و چای داشتند. نمره وکسنر (P = 0.004) و نمره HAMD-17 (P = 0.001) در گروه دیابت نوع ۲ بالاتر از گروه HC بود و نمره HAMA (P = 0.011) و نمره HAMD-17 (P = 0.011) در گروه دیابت نوع ۲ بالاتر از گروه HC بود. دوره بیماری در گروه دیابت نوع ۲ به طور قابل توجهی طولانی‌تر از گروه PD بود (P<0.001).
تفاوت‌های معنی‌داری در سطح مدفوع اسید پروپیونیک مدفوع (0.023 = P)، اسید استیک (0.039 = P)، اسید بوتیریک (0.020 = P)، اسید ایزووالریک (0.045 = P) و اسید ایزوبوتیریک (0.015 = P) وجود داشت. در تجزیه و تحلیل تکمیلی بیشتر، سطح اسید پروپیونیک (0.023 = P)، اسید بوتیریک (0.007 = P) و اسید ایزوبوتیریک (0.040 = P) در گروه ET به طور قابل توجهی کمتر از گروه HC بود. بیماران مبتلا به ET سطح ایزووالرات (0.014 = P) و ایزوبوتیرات (0.005 = P) کمتری نسبت به بیماران مبتلا به PD داشتند. علاوه بر این، سطح اسید پروپیونیک مدفوع (0.013 = P)، اسید استیک (0.016 = P) و اسید بوتیریک (0.041 = P) در بیماران مبتلا به پارکینسون کمتر از بیماران مبتلا به کلومیفن سیستیک بود (شکل 1 و جدول تکمیلی 1).
ag به ترتیب نشان دهنده مقایسه گروهی اسید پروپیونیک، اسید استیک، اسید بوتیریک، اسید ایزووالریک، اسید والریک، اسید کاپروئیک و اسید ایزوبوتیریک است. تفاوت‌های معنی‌داری در سطوح اسید پروپیونیک مدفوع، اسید استیک، اسید بوتیریک، اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک بین سه گروه وجود داشت. لرزش اساسی ET، بیماری پارکینسون، کنترل HC سالم، SCFA. تفاوت‌های معنی‌داری با *P < 0.05 و **P < 0.01 نشان داده شده است.
با توجه به تفاوت در سیر بیماری بین گروه ET و گروه PD، ما 33 بیمار مبتلا به PD اولیه و 16 بیمار مبتلا به ET (سیر بیماری ≤3 سال) را برای مقایسه بیشتر آزمایش کردیم (جدول تکمیلی 2). نتایج نشان داد که محتوای اسید پروپیونیک مدفوع ET به طور قابل توجهی کمتر از HA بود (P=0.015). تفاوت بین ET و HC برای اسید بوتیریک و اسید ایزوبوتیریک معنی‌دار نبود، اما همچنان روندی مشاهده شد (P = 0.082). سطح ایزوبوتیرات مدفوع در بیماران مبتلا به ET در مقایسه با بیماران مبتلا به PD به طور قابل توجهی کمتر بود (P = 0.030). تفاوت بین ET و PD برای اسید ایزووالریک معنی‌دار نبود، اما همچنان روندی وجود داشت (P = 0.084). اسید پروپیونیک (0.023 = P)، اسید استیک (0.020 = P) و اسید بوتیریک (0.044 = P) در بیماران پارکینسون به طور قابل توجهی کمتر از بیماران HC بود. این نتایج (شکل تکمیلی 1) به طور کلی با نتایج اصلی سازگار است. تفاوت نتایج بین نمونه کلی و زیرگروه بیماران اولیه ممکن است به دلیل حجم نمونه کوچکتر در زیرگروه باشد که منجر به قدرت آماری کمتر داده‌ها می‌شود.
در مرحله بعد بررسی کردیم که آیا سطح SCFA مدفوع می‌تواند بیماران مبتلا به ET را از بیماران مبتلا به CU یا PD متمایز کند یا خیر. طبق آنالیز ROC، تفاوت در AUC سطح پروپیونات 0.668 (95% CI: 0.538-0.797) بود که امکان تشخیص بیماران مبتلا به ET از HC را فراهم می‌کرد. بیماران مبتلا به ET و GC را می‌توان با سطح بوتیرات با AUC 0.685 (95% CI: 0.556-0.814) تشخیص داد. تفاوت در سطح اسید ایزوبوتیریک ممکن است بیماران مبتلا به ET را از HC با AUC 0.655 (95% CI: 0.525-0.786) متمایز کند. هنگام ترکیب سطوح پروپیونات، بوتیرات و ایزوبوتیرات، AUC بالاتری معادل 0.751 (95% CI: 0.634-0.867) با حساسیت 74.3% و اختصاصیت 72.9% بدست آمد (شکل 2a). برای تمایز بین بیماران ET و PD، AUC برای سطوح اسید ایزووالریک 0.700 (95% CI: 0.579-0.822) و برای سطوح اسید ایزوبوتیریک 0.718 (95% CI: 0.599-0.836) بود. ترکیب سطوح اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک AUC بالاتری معادل 0.743 (95% CI: 0.629-0.857)، حساسیت 74.3% و اختصاصیت 62.9% داشت (شکل 2b). علاوه بر این، ما بررسی کردیم که آیا سطح SCFA در مدفوع بیماران مبتلا به پارکینسون با گروه کنترل متفاوت است یا خیر. طبق تجزیه و تحلیل ROC، سطح زیر منحنی (AUC) برای شناسایی بیماران مبتلا به پارکینسون بر اساس تفاوت در سطح اسید پروپیونیک 0.687 (95% CI: 0.559-0.814) با حساسیت 68.6% و ویژگی 68.7% بود. تفاوت در سطح استات ممکن است بیماران پارکینسون را از بیماران مبتلا به پارکینسون با سطح زیر منحنی 0.674 (95% CI: 0.542-0.805) متمایز کند. بیماران مبتلا به پارکینسون را می‌توان تنها با سطح بوتیرات با سطح زیر منحنی 0.651 (95% CI: 0.515-0.787) از بیماران مبتلا به پارکینسون با سطح زیر منحنی 0.682 (95% CI: 0.553-0.811) متمایز کرد (شکل 2c).
تبعیض کلیسای ارتدکس روسیه علیه ET و HC؛ ب. تبعیض کلیسای ارتدکس روسیه علیه ET و PD؛ ج. تبعیض کلیسای ارتدکس روسیه علیه PD و HC. لرزش اساسی ET، بیماری پارکینسون، کنترل HC سالم، SCFA.
در بیماران مبتلا به ET، سطح اسید ایزوبوتیریک مدفوع با نمره FTM همبستگی منفی داشت (r = -0.349، P = 0.034)، و سطح اسید ایزووالریک مدفوع با نمره FTM (r = -0.421، P = 0.001) و نمره TETRAS همبستگی منفی داشت. (r = -0.382، P = 0.020). در بیماران مبتلا به ET و PD، سطح پروپیونات مدفوع با نمرات SCOPA-AUT همبستگی منفی داشت (r = -0.236، P = 0.043) (شکل 3 و جدول تکمیلی 3). هیچ همبستگی معناداری بین سیر بیماری و SCFA در گروه ET (P ≥ 0.161) یا گروه PD (P ≥ 0.246) وجود نداشت (جدول تکمیلی 4). در بیماران مبتلا به پارکینسون، سطح اسید کاپروئیک مدفوع با نمرات MDS-UPDRS همبستگی مثبت داشت (r = 0.335، P = 0.042). در بین تمام شرکت‌کنندگان، سطح پروپیونات مدفوع (r = -0.230، P = 0.016) و استات (r = -0.210، P = 0.029) با نمرات وکسنر همبستگی منفی داشت (شکل 3 و جدول تکمیلی 3).
سطح اسید ایزوبوتیریک مدفوع با نمرات FTM همبستگی منفی داشت، اسید ایزووالریک با نمرات FTM و TETRAS همبستگی منفی داشت، اسید پروپیونیک با نمرات SCOPA-AUT همبستگی منفی داشت، اسید کاپروئیک با نمرات MDS-UPDRS همبستگی مثبت داشت و اسید پروپیونیک با نمرات FTM و TETRAS همبستگی منفی داشت. TETRAS و اسید استیک با نمره وکسنر همبستگی منفی داشتند. نسخه حمایت شده توسط انجمن MDS-UPDRS از مقیاس رتبه بندی یکپارچه بیماری پارکینسون، معاینه مختصر وضعیت ذهنی MMSE، مقیاس رتبه بندی افسردگی همیلتون HAMD-17، 17 مورد، مقیاس رتبه بندی اضطراب همیلتون HAMA، مراحل HY Hoehn و Yahr، SCFA، مقیاس پیامد علائم اتونوم بیماری پارکینسون SCOPA – AUT، مقیاس رتبه بندی لرزش بالینی Fana-Tolosa-Marin FTM، مقیاس رتبه بندی لرزش اساسی گروه تحقیقاتی TETRAS (TRG). تفاوت های معنی دار با *P < 0.05 و **P < 0.01 نشان داده شده است.
ما با استفاده از آنالیز LEfSE، ماهیت تبعیض‌آمیز میکروبیوتای روده را بیشتر بررسی کردیم و سطح داده‌های فراوانی نسبی جنس را برای تجزیه و تحلیل بیشتر انتخاب کردیم. مقایسه‌هایی بین ET و HC و بین ET و PD انجام شد. سپس تجزیه و تحلیل همبستگی اسپیرمن بر روی فراوانی نسبی میکروبیوتای روده و سطوح SCFA مدفوع در دو گروه مقایسه انجام شد.
باکتری‌های Faecalibacterium (همبستگی با اسید بوتیریک، r = 0.408، P < 0.001)، لاکتوباسیلوس (همبستگی با اسید بوتیریک، r = 0.283، P = 0.016)، استرپتوباکتریوم (همبستگی با اسید پروپیونیک، r = 0.327) در تجزیه و تحلیل ET و CA وجود داشتند، P = 0.005؛ با اسید بوتیریک همبستگی داشتند، r = 0.374، P = 0.001؛ با ایزوبوتیریک اسید همبستگی دارد، r = 0.329، P = 0.005)، هاواردلا (با پروپیونیک اسید همبستگی دارد، r = 0.242، P = 0.041)، رائولتلا (با پروپیونات همبستگی دارد، r = 0.249، P = 0.035) و کاندیداتوس آرترومیتوس (با ایزوبوتیریک اسید همبستگی دارد، r = 0.302، P = 0.010) در ET کاهش یافته و با سطح SCFA مدفوع همبستگی مثبت داشت. با این حال، فراوانی استنوتروپوموناس در ET افزایش یافت و با سطح ایزوبوتیرات مدفوع همبستگی منفی داشت (r = -0.250، P = 0.034). پس از تنظیم FDR، فقط همبستگی بین Faecalibacterium، Catenibacter و SCFA معنی‌دار باقی ماند (P ≤ 0.045) (شکل 4 و جدول تکمیلی 5).
تحلیل همبستگی ET و HC. پس از تنظیم FDR، فراوانی Faecalibacterium (مرتبط با بوتیرات) و Streptobacterium (مرتبط با پروپیونات، بوتیرات و ایزوبوتیرات) در ET کاهش یافت و با سطح SCFA مدفوع ارتباط مثبت داشت. b تحلیل همبستگی ET و PD. پس از تنظیم FDR، هیچ ارتباط معناداری یافت نشد. لرزش اساسی ET، بیماری پارکینسون، کنترل HC سالم، SCFA. تفاوت‌های معنادار با *P < 0.05 و **P < 0.01 نشان داده شده‌اند.
هنگام تجزیه و تحلیل ET در مقابل PD، مشخص شد که کلستریدیوم تریکوفیتون در ET افزایش یافته و با اسید ایزووالریک مدفوع (r = -0.238، P = 0.041) و اسید ایزوبوتیریک (r = -0.257، P = 0.027) همبستگی دارد. پس از تنظیم FDR، هر دو معنی‌دار باقی ماندند (P≥0.295) (شکل 4 و جدول تکمیلی 5).
این مطالعه، یک مطالعه جامع است که سطح SCFA مدفوع را بررسی می‌کند و آنها را با تغییرات در میکروبیوتای روده و شدت علائم در بیماران مبتلا به ET در مقایسه با بیماران مبتلا به CU و PD مرتبط می‌سازد. ما دریافتیم که سطح SCFA مدفوع در بیماران مبتلا به ET کاهش یافته و با شدت بالینی و تغییرات خاص در میکروبیوتای روده مرتبط است. سطوح تجمعی اسیدهای چرب زنجیره کوتاه (SCFAs) در مدفوع، ET را از GC و PD متمایز می‌کند.
در مقایسه با بیماران GC، بیماران ET سطح مدفوع پایین‌تری از اسیدهای پروپیونیک، بوتیریک و ایزوبوتیریک دارند. ترکیب اسیدهای پروپیونیک، بوتیریک و ایزوبوتیریک می‌تواند بین ET و HC با AUC برابر با 0.751 (95% CI: 0.634-0.867)، حساسیت 74.3% و اختصاصیت 72.9% تمایز قائل شود که نشان‌دهنده استفاده از آنها به عنوان یک نقش بالقوه به عنوان نشانگرهای زیستی تشخیصی برای ET است. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که سطح اسید پروپیونیک مدفوع با نمره Wexner و نمره SCOPA-AUT همبستگی منفی دارد. سطح اسید ایزوبوتیریک مدفوع با نمرات FTM همبستگی معکوس داشت. از سوی دیگر، کاهش سطح بوتیرات در ET با کاهش فراوانی میکروبیوتای تولیدکننده SCFA، Faecalibacterium و Categorybacter همراه بود. علاوه بر این، کاهش فراوانی Catenibacter در ET نیز با کاهش سطح اسید پروپیونیک و ایزوبوتیریک مدفوع همراه بود.
بیشتر SCFA های تولید شده در روده بزرگ توسط کولونوسیت ها عمدتاً از طریق ناقل های مونوکربوکسیلات وابسته به H+ یا وابسته به سدیم جذب می شوند. اسیدهای چرب زنجیره کوتاه جذب شده به عنوان منبع انرژی برای کولونوسیت ها استفاده می شوند، در حالی که اسیدهای چرب زنجیره کوتاه جذب شده که در کولونوسیت ها متابولیزه نمی شوند، به گردش خون پورتال منتقل می شوند 18. SCFA ها می توانند بر تحرک روده تأثیر بگذارند، عملکرد سد روده را افزایش دهند و بر متابولیسم و ​​ایمنی میزبان تأثیر بگذارند 19. قبلاً مشخص شده بود که غلظت مدفوع بوتیرات، استات و پروپیونات در بیماران PD در مقایسه با HCs17 کاهش یافته است، که با نتایج ما مطابقت دارد. مطالعه ما کاهش SCFA را در بیماران مبتلا به ET نشان داد، اما اطلاعات کمی در مورد نقش SCFA در آسیب شناسی ET وجود دارد. بوتیرات و پروپیونات می توانند به GPCR ها متصل شوند و بر سیگنالینگ وابسته به GPCR مانند سیگنالینگ MAPK و NF-κB20 تأثیر بگذارند. مفهوم اساسی محور روده-مغز این است که SCFA های ترشح شده توسط میکروب های روده می توانند بر سیگنالینگ میزبان تأثیر بگذارند و از این طریق بر عملکرد روده و مغز تأثیر بگذارند. از آنجا که بوتیرات و پروپیونات اثرات مهاری قوی بر فعالیت هیستون داستیلاز (HDAC) دارند21 و بوتیرات همچنین می‌تواند به عنوان لیگاند برای فاکتورهای رونویسی عمل کند، اثرات گسترده‌ای بر متابولیسم، تمایز و تکثیر میزبان دارند، که عمدتاً به دلیل تأثیر آنها بر تنظیم ژن است22. بر اساس شواهد SCFA و بیماری‌های نورودژنراتیو، بوتیرات به دلیل توانایی‌اش در اصلاح اختلال فعالیت HDAC، که ممکن است واسطه مرگ نورون‌های دوپامینرژیک در PD باشد، یک کاندیدای درمانی در نظر گرفته می‌شود23،24،25. مطالعات حیوانی همچنین توانایی اسید بوتیریک را در جلوگیری از تخریب نورون‌های دوپامینرژیک و بهبود اختلالات حرکتی در مدل‌های PD نشان داده‌اند26،27. مشخص شده است که اسید پروپیونیک پاسخ‌های التهابی را محدود کرده و از یکپارچگی BBB محافظت می‌کند28،29. مطالعات نشان داده‌اند که اسید پروپیونیک بقای نورون‌های دوپامینرژیک را در پاسخ به سمیت روتنون در مدل‌های PD افزایش می‌دهد30 و تجویز خوراکی اسید پروپیونیک، از بین رفتن نورون‌های دوپامینرژیک و نقص حرکتی را در موش‌های مبتلا به PD 31 نجات می‌دهد. اطلاعات کمی در مورد عملکرد اسید ایزوبوتیریک وجود دارد. با این حال، یک مطالعه اخیر نشان داد که کلونیزاسیون موش‌ها با B. ovale باعث افزایش محتوای SCFA روده (از جمله استات، پروپیونات، ایزوبوتیرات و ایزووالرات) و غلظت GABA روده می‌شود و این نشان می‌دهد که ارتباطی بین میکروبیوتای روده و غلظت SCFA روده در انتقال‌دهنده‌های عصبی ایجاد شده است.32. برای ET، تغییرات پاتولوژیک غیرطبیعی در مخچه شامل تغییرات در آکسون‌ها و دندریت‌های سلول‌های پورکنژ، جابجایی و از بین رفتن سلول‌های پورکنژ، تغییرات در آکسون‌های سلول‌های سبدی و ناهنجاری‌ها در اتصالات فیبر صعودی به هسته‌های سلول‌های پورکنژ است که منجر به کاهش خروجی GABAergic از مخچه می‌شود.3،4،33. هنوز مشخص نیست که آیا SCFAها با تخریب عصبی سلول‌های پورکنژ و کاهش تولید GABA مخچه مرتبط هستند یا خیر. نتایج ما نشان دهنده رابطه نزدیک بین SCFA و ET است. با این حال، طراحی مطالعه مقطعی هیچ نتیجه‌گیری در مورد رابطه علی بین SCFA و روند بیماری ET را نمی‌پذیرد. مطالعات پیگیری طولی بیشتری مورد نیاز است، از جمله اندازه‌گیری‌های سریالی SCFAهای مدفوع، و همچنین مطالعات حیوانی که مکانیسم‌ها را بررسی کنند.
تصور می‌شود که SCFAها انقباض عضلات صاف روده بزرگ را تحریک می‌کنند34. کمبود SCFA علائم یبوست را بدتر می‌کند و مکمل SCFA ممکن است علائم یبوست را بهبود بخشد PD35. نتایج ما همچنین ارتباط معنی‌داری بین کاهش محتوای SCFA مدفوع و افزایش یبوست و اختلال عملکرد سیستم عصبی خودکار در بیماران مبتلا به ET نشان می‌دهد. یک گزارش موردی نشان داد که پیوند میکروبیوتا هم لرزش اساسی و هم سندرم روده تحریک‌پذیر را در بیمار 7 بهبود بخشیده است، که بیشتر نشان‌دهنده رابطه نزدیک بین میکروبیوتای روده و ET است. بنابراین، ما معتقدیم که SCFA/میکروبیوتای مدفوع ممکن است بر تحرک روده میزبان و عملکرد سیستم عصبی خودکار تأثیر بگذارد.
این مطالعه نشان داد که کاهش سطح SCFAهای مدفوع در ET با کاهش فراوانی Faecalibacterium (مرتبط با بوتیرات) و Streptobacterium (مرتبط با پروپیونات، بوتیرات و ایزوبوتیرات) مرتبط است. پس از اصلاح FDR، این رابطه همچنان معنی‌دار باقی می‌ماند. Faecalibacterium و Streptobacterium میکروارگانیسم‌های تولیدکننده SCFA هستند. Faecalibacterium به عنوان یک میکروارگانیسم تولیدکننده بوتیرات36 شناخته می‌شود، در حالی که محصولات اصلی تخمیر Catenibacter استات، بوتیرات و اسید لاکتیک37 هستند. Faecalibacterium در 100٪ از هر دو گروه ET و HC شناسایی شد. میانگین فراوانی نسبی گروه ET 2.06٪ و گروه HC 3.28٪ (LDA 3.870) بود. این باکتری در 21.6٪ (8/37) از گروه HC و تنها در 1 نمونه از گروه ET (1/35) شناسایی شد. کاهش و غیرقابل تشخیص بودن استرپتوباکتری‌ها در ET همچنین ممکن است نشان‌دهنده‌ی همبستگی با بیماری‌زایی بیماری باشد. میانگین فراوانی نسبی گونه‌های کاتنی‌باکتر در گروه HC، 0.07٪ (LDA 2.129) بود. علاوه بر این، باکتری‌های اسید لاکتیک با تغییرات در بوتیرات مدفوع (P=0.016، P=0.096 پس از تنظیم FDR) مرتبط بودند و کاندیدای آرتریت با تغییرات در ایزوبوتیرات (P=0.016، P=0.072 پس از تنظیم FDR) مرتبط بود. پس از اصلاح FDR، تنها روند همبستگی باقی می‌ماند که از نظر آماری معنی‌دار نیست. لاکتوباسیل‌ها همچنین به عنوان تولیدکننده‌های SCFA (اسید استیک، اسید پروپیونیک، اسید ایزوبوتیریک، اسید بوتیریک) 38 شناخته می‌شوند و Candidatus Arthromitus یک القاکننده‌ی خاص تمایز سلول‌های T helper 17 (Th17) است، که Th1/2 و Tregs با تعادل ایمنی /Th1739 مرتبط هستند. یک مطالعه اخیر نشان می‌دهد که افزایش سطح سودوآرتریت مدفوعی ممکن است در التهاب کولون، اختلال عملکرد سد روده‌ای و التهاب سیستمیک نقش داشته باشد40. کلستریدیوم تریکوفیتون در بیماران مبتلا به سندرم روده تحریک‌پذیر (ET) در مقایسه با بیماران مبتلا به سندرم روده تحریک‌پذیر (PD) افزایش یافته بود. فراوانی کلستریدیوم تریکوییدس با اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک همبستگی منفی داشت. پس از تنظیم FDR، هر دو معنی‌دار باقی ماندند (P≥0.295). کلستریدیوم پیلوسوم باکتری‌ای است که ارتباط آن با التهاب شناخته شده است و ممکن است در اختلال عملکرد سد روده‌ای نقش داشته باشد41. مطالعه قبلی ما تغییراتی را در میکروبیوتای روده بیماران مبتلا به سندرم روده تحریک‌پذیر گزارش کرد. در اینجا ما همچنین تغییرات در SCFAها را در بیماران مبتلا به سندرم روده تحریک‌پذیر گزارش می‌کنیم و ارتباط بین دیس‌بیوز روده‌ای و تغییرات در SCFAها را شناسایی می‌کنیم. کاهش سطح SCFA ارتباط نزدیکی با دیس‌بیوز روده‌ای و شدت لرزش در بیماران مبتلا به سندرم روده تحریک‌پذیر دارد. نتایج ما نشان می‌دهد که محور روده-مغز ممکن است نقش مهمی در پاتوژنز سندرم روده تحریک‌پذیر داشته باشد، اما مطالعات بیشتر در مدل‌های حیوانی مورد نیاز است.
در مقایسه با بیماران مبتلا به پارکینسون، بیماران مبتلا به ET سطوح پایین‌تری از اسیدهای ایزووالریک و ایزوبوتیریک در مدفوع خود دارند. ترکیب اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک، ET را در PD با AUC برابر با 0.743 (95% CI: 0.629–0.857)، حساسیت 74.3% و اختصاصیت 62.9% شناسایی کرد که نشان‌دهنده نقش بالقوه آنها به عنوان نشانگرهای زیستی در تشخیص افتراقی ET است. سطح اسید ایزووالریک مدفوع با نمرات FTM و TETRAS همبستگی معکوس داشت. سطح اسید ایزوبوتیریک مدفوع با نمرات FTM همبستگی معکوس داشت. کاهش سطح اسید ایزوبوتیریک با کاهش فراوانی کاتوباکتری‌ها همراه بود. اطلاعات کمی در مورد عملکردهای اسید ایزووالریک و اسید ایزوبوتیریک وجود دارد. یک مطالعه قبلی نشان داد که کلونیزاسیون موش‌ها با باکتریوئید اوال، محتوای SCFA روده (شامل استات، پروپیونات، ایزوبوتیرات و ایزووالرات) و غلظت GABA روده را افزایش می‌دهد و ارتباط روده‌ای بین میکروبیوتا و غلظت SCFA/انتقال‌دهنده عصبی روده را برجسته می‌کند32. جالب توجه است که سطوح اسید ایزوبوتیریک مشاهده شده بین گروه‌های PD و HC مشابه بود، اما بین گروه‌های ET و PD (یا HC) متفاوت بود. اسید ایزوبوتیریک می‌تواند بین ET و PD با AUC 0.718 (95% CI: 0.599-0.836) تمایز قائل شود و ET و NC را با AUC 0.655 (95% CI: 0.525-0.786) شناسایی کند. علاوه بر این، سطح اسید ایزوبوتیریک با شدت لرزش همبستگی دارد و ارتباط آن را با ET بیشتر تقویت می‌کند. این سوال که آیا اسید ایزوبوتیریک خوراکی می‌تواند شدت لرزش را در بیماران مبتلا به ET کاهش دهد، شایسته مطالعه بیشتر است.
بنابراین، محتوای SCFA مدفوع در بیماران مبتلا به ET کاهش می‌یابد و با شدت بالینی ET و تغییرات خاص در میکروبیوتای روده مرتبط است. پروپیونات، بوتیرات و ایزوبوتیرات مدفوع ممکن است نشانگرهای زیستی تشخیصی برای ET باشند، در حالی که ایزوبوتیرات و ایزووالرات ممکن است نشانگرهای زیستی تشخیصی افتراقی برای ET باشند. تغییرات در ایزوبوتیرات مدفوع ممکن است برای ET اختصاصی‌تر از تغییرات در سایر SCFAها باشد.
مطالعه ما چندین محدودیت دارد. اول، الگوهای غذایی و ترجیحات غذایی ممکن است بر بیان میکروبیوتا تأثیر بگذارند، نمونه‌های مطالعه بزرگتری در جمعیت‌های مختلف مورد نیاز است و مطالعات آینده باید بررسی‌های جامع و سیستماتیک رژیم غذایی مانند پرسشنامه‌های فراوانی غذا را معرفی کنند. دوم، طراحی مطالعه مقطعی مانع از هرگونه نتیجه‌گیری در مورد رابطه علی بین SCFAها و ایجاد ET می‌شود. مطالعات پیگیری طولانی مدت بیشتر با اندازه‌گیری‌های سریالی SCFAهای مدفوع مورد نیاز است. سوم، قابلیت‌های تشخیصی و افتراقی سطوح SCFA مدفوع باید با استفاده از نمونه‌های مستقل از ET، HC و PD تأیید شود. نمونه‌های مدفوع مستقل بیشتری باید در آینده آزمایش شوند. در نهایت، بیماران مبتلا به PD در گروه ما مدت بیماری به طور قابل توجهی کوتاه‌تری نسبت به بیماران مبتلا به ET داشتند. ما عمدتاً ET، PD و HC را بر اساس سن، جنس و BMI مطابقت دادیم. با توجه به تفاوت در سیر بیماری بین گروه ET و گروه PD، ما همچنین 33 بیمار مبتلا به PD اولیه و 16 بیمار مبتلا به ET (مدت بیماری ≤3 سال) را برای مقایسه بیشتر مطالعه کردیم. تفاوت‌های بین گروهی در SCFA عموماً با داده‌های اولیه ما سازگار بود. علاوه بر این، هیچ همبستگی بین مدت بیماری و تغییرات در SCFA پیدا نکردیم. با این حال، در آینده، بهتر است بیماران مبتلا به PD و ET را در مراحل اولیه با مدت بیماری کوتاه‌تر جذب کنیم تا اعتبارسنجی در یک نمونه بزرگتر تکمیل شود.
پروتکل مطالعه توسط کمیته اخلاق بیمارستان روئیجین، وابسته به دانشکده پزشکی دانشگاه جیائو تونگ شانگهای (RHEC2018-243) تأیید شد. از همه شرکت‌کنندگان رضایت‌نامه کتبی آگاهانه اخذ شد.
بین ژانویه 2019 و دسامبر 2022، 109 نفر (37 نفر مبتلا به ET، 37 نفر مبتلا به PD و 35 نفر مبتلا به HC) از کلینیک مرکز اختلالات حرکتی بیمارستان روئیجین، وابسته به دانشکده پزشکی دانشگاه شانگهای جیائو تونگ، در این مطالعه شرکت کردند. معیارها عبارت بودند از: (1) سن 25 تا 85 سال، (2) بیماران مبتلا به ET طبق معیارهای گروه کاری MDS 42 و PD طبق معیارهای MDS 43 تشخیص داده شدند، (3) همه بیماران قبل از جمع آوری نمونه ها داروهای ضد PD مصرف نمی کردند. (4) گروه ET قبل از جمع آوری نمونه مدفوع فقط بتا بلاکرها مصرف می کردند یا هیچ داروی مرتبطی مصرف نمی کردند. HC هایی که از نظر سن، جنس و شاخص توده بدنی (BMI) با گروه کنترل مطابقت داشتند نیز انتخاب شدند. معیارهای خروج از مطالعه عبارت بودند از: (1) گیاهخواری، (2) تغذیه نامناسب، (3) بیماری‌های مزمن دستگاه گوارش (از جمله بیماری التهابی روده، زخم معده یا اثنی عشر)، (4) بیماری‌های مزمن شدید (از جمله تومورهای بدخیم)، نارسایی قلبی، نارسایی کلیوی، بیماری‌های خونی) (5) سابقه جراحی بزرگ دستگاه گوارش، (6) مصرف مزمن یا منظم ماست، (7) استفاده از هرگونه پروبیوتیک یا آنتی‌بیوتیک به مدت 1 ماه، (8) استفاده مزمن از کورتیکواستروئیدها، مهارکننده‌های پمپ پروتون، استاتین‌ها، متفورمین، داروهای سرکوب‌کننده سیستم ایمنی یا داروهای ضد سرطان و (9) اختلال شناختی شدید که با کارآزمایی‌های بالینی تداخل دارد.
همه افراد سابقه پزشکی، اطلاعات وزن و قد را برای محاسبه BMI ارائه دادند و تحت معاینه عصبی و ارزیابی بالینی مانند مقیاس رتبه‌بندی اضطراب همیلتون (HAMA) 44، نمره اضطراب مقیاس رتبه‌بندی افسردگی همیلتون-17 (HAMD-17) 45 قرار گرفتند. افسردگی، شدت یبوست با استفاده از مقیاس یبوست وکسنر 46 و مقیاس مدفوع بریستول 47 و عملکرد شناختی با استفاده از آزمون وضعیت روانی کوچک (MMSE) 48 ارزیابی شد. مقیاس ارزیابی علائم اتونومیک بیماری پارکینسون (SCOPA-AUT) 49 اختلال عملکرد اتونومیک را در بیماران مبتلا به ET و PD بررسی کرد. مقیاس رتبه‌بندی لرزش بالینی Fan-Tolos-Marin (FTM) و مقیاس رتبه‌بندی لرزش اساسی (TETRAS) 50 در بیماران مبتلا به ET بررسی شدند. مقیاس رتبه‌بندی بیماری کینسون (MDS-UPDRS) نسخه 51 تحت حمایت انجمن بیماری پارکینسون یونایتد و مقیاس رتبه‌بندی هوهن و یاهر (HY) درجه 52 مورد بررسی قرار گرفتند.
از هر شرکت‌کننده خواسته شد که صبح‌ها با استفاده از ظرف جمع‌آوری مدفوع، نمونه مدفوع جمع‌آوری کند. ظروف را به یخ منتقل کرده و قبل از پردازش در دمای -80 درجه سانتیگراد نگهداری کنید. تجزیه و تحلیل SCFA طبق عملیات معمول شرکت Tiangene Biotechnology (شانگهای) انجام شد. 400 میلی‌گرم نمونه مدفوع تازه از هر فرد جمع‌آوری و پس از آسیاب کردن و قبل از سونیکاسیون با استفاده از SCFAها تجزیه و تحلیل شد. SCFAهای انتخاب شده در مدفوع با استفاده از کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) و کروماتوگرافی مایع-طیف‌سنجی جرمی پشت سر هم (LC-MS/MS) تجزیه و تحلیل شدند.
DNA از نمونه‌های ۲۰۰ میلی‌گرمی با استفاده از کیت QIAamp® Fast DNA Stool Mini (QIAGEN، هیلدن، آلمان) طبق دستورالعمل سازنده استخراج شد. ترکیب میکروبی با تعیین توالی ژن 16 S rRNA روی DNA جدا شده از مدفوع با تکثیر ناحیه V3-V4 تعیین شد. DNA را با اجرای نمونه روی ژل آگارز 1.2٪ آزمایش کنید. تکثیر واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) ژن 16S rRNA با استفاده از پرایمرهای باکتریایی جهانی (357 F و 806 R) و یک کتابخانه آمپلیکون دو مرحله‌ای ساخته شده بر روی پلتفرم Novaseq انجام شد.
متغیرهای پیوسته به صورت میانگین ± انحراف معیار و متغیرهای دسته‌بندی به صورت اعداد و درصد بیان می‌شوند. ما از آزمون لون برای بررسی همگنی واریانس‌ها استفاده کردیم. در صورت نرمال بودن توزیع متغیرها، مقایسه‌ها با استفاده از آزمون‌های t دوطرفه یا تحلیل واریانس (ANOVA) و در صورت نقض مفروضات نرمال بودن یا همگنی واریانس، از آزمون‌های ناپارامتری Mann-Whitney U انجام شد. ما از مساحت زیر منحنی مشخصه عملکرد گیرنده (ROC) (AUC) برای تعیین کمیت عملکرد تشخیصی مدل و بررسی توانایی SCFA در تمایز بیماران مبتلا به ET از بیماران مبتلا به HC یا PD استفاده کردیم. برای بررسی رابطه بین SCFA و شدت بالینی، از تحلیل همبستگی اسپیرمن استفاده کردیم. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم‌افزار SPSS (نسخه 22.0؛ SPSS Inc.، شیکاگو، IL) با سطح معنی‌داری (شامل مقدار P و FDR-P) 0.05 (دو طرفه) انجام شد.
توالی‌های 16 S با استفاده از ترکیبی از نرم‌افزارهای Trimmomatic (نسخه 0.35)، Flash (نسخه 1.2.11)، UPARSE (نسخه v8.1.1756)، mothur (نسخه 1.33.3) و R (نسخه 3.6.3) تجزیه و تحلیل شدند. داده‌های خام ژن 16S rRNA با استفاده از UPARSE برای تولید واحدهای طبقه‌بندی عملیاتی (OTU) با 97٪ شباهت پردازش شدند. طبقه‌بندی‌ها با استفاده از Silva 128 به عنوان پایگاه داده مرجع مشخص شدند. سطح عمومی داده‌های فراوانی نسبی برای تجزیه و تحلیل بیشتر انتخاب شد. تجزیه و تحلیل اندازه اثر تجزیه و تحلیل تفکیک خطی (LDA) (LEfSE) برای مقایسه بین گروه‌ها (ET در مقابل HC، ET در مقابل PD) با آستانه α 0.05 و آستانه اندازه اثر 2.0 استفاده شد. جنس‌های متمایز شناسایی شده توسط تجزیه و تحلیل LEfSE بیشتر برای تجزیه و تحلیل همبستگی اسپیرمن SCFA استفاده شدند.
برای اطلاعات بیشتر در مورد طرح مطالعه، به چکیده گزارش تحقیقات طبیعی مرتبط با این مقاله مراجعه کنید.
داده‌های خام توالی‌یابی 16S در پایگاه داده پروژه زیستی مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928)، آدرس اینترنتی: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa ذخیره می‌شوند. سایر داده‌های مرتبط، مانند همکاری‌های علمی و تبادلات دانشگاهی با پروژه‌های تحقیقاتی کامل، در صورت درخواست منطقی در اختیار نویسنده مسئول قرار می‌گیرند. انتقال داده‌ها به اشخاص ثالث بدون رضایت ما مجاز نیست.
کد منبع باز فقط با ترکیبی از Trimmomatic (نسخه ۰.۳۵)، Flash (نسخه ۱.۲.۱۱)، UPARSE (نسخه ۸.۱.۱۷۵۶)، mothur (نسخه ۱.۳۳.۳) و R (نسخه ۳.۶.۳)، با استفاده از تنظیمات پیش‌فرض یا بخش «روش». اطلاعات شفاف‌سازی بیشتر می‌تواند در صورت درخواست منطقی به نویسنده مسئول ارائه شود.
پرادیپ اس و مهانا آر. اختلالات دستگاه گوارش در اختلالات حرکتی بیش فعال و آتاکسی. مرتبط با بیماری پارکینسون. گیجی. 90، 125–133 (2021).
لوئیس، ای دی و فاوست، پی ال، آسیب شناسی لرزش اساسی: تخریب عصبی و سازماندهی مجدد اتصالات عصبی. نات. پاستور نیرول. 16، 69–83 (2020).
گیرونل، آ. آیا لرزش اساسی یک اختلال اولیه اختلال عملکرد گابا است؟ بله. internationality. Rev. Neuroscience. 163، 259–284 (2022).
دوگرا ن.، مانی آر.جی و کاتارا دی.پی. محور روده-مغز: دو حالت سیگنالینگ در بیماری پارکینسون. مولکول‌های سلولی. نوروبیولوژی. 42، 315–332 (2022).
کوئیگلی، EMM. محور میکروبیوتا-مغز-روده و بیماری‌های نورودژنراتیو. فعلی. نلور. علوم اعصاب. گزارش‌ها 17، 94 (2017).
لیو، ایکس‌جی، وو، ال‌اچ، زی، دبلیو آر و هی، ایکس ایکس. پیوند میکروبیوتای مدفوع به طور همزمان لرزش اساسی و سندرم روده تحریک‌پذیر را در بیماران بهبود می‌بخشد. روانشناسی سالمندان 20، 796–798 (2020).
ژانگ پی. و همکاران. تغییرات خاص در میکروبیوتای روده در لرزش اساسی و تمایز آنها از بیماری پارکینسون. NPJ Parkinson's disease. 8، 98 (2022).
لو اس، ژو اچ، ژانگ جی و وانگ دی. نقش حیاتی میکروبیوتا در تنظیم واحدهای نورون-گلیال-اپیتلیال. مقاومت در برابر عفونت‌ها. 14، 5613–5628 (2021).
امین آ. و همکاران. آسیب‌شناسی آلفا-سینوکلئین دوازدهه و گلیوز روده‌ای در بیماری پارکینسون پیشرونده. حرکت. سردرگمی. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
اسکوروانک ام. و همکاران. آنتی‌بادی‌های آلفا-سینوکلئین 5G4 بیماری پارکینسون آشکار و بیماری پارکینسون پیش‌درآمد را در مخاط روده بزرگ تشخیص می‌دهند. حرکت. سردرگمی. 33، 1366–1368 (2018).
آلگارنی ام و فاسانو آ. همزمانی لرزش اساسی و بیماری پارکینسون. مرتبط با بیماری پارکینسون. گیجی. 46، С101–С104 (2018).
سمپسون، تی. آر. و همکاران. میکروبیوتای روده، نقص‌های حرکتی و التهاب عصبی را در مدل‌های بیماری پارکینسون تعدیل می‌کند. سلول ۱۶۷، ۱۴۶۹–۱۴۸۰.e۱۴۱۲ (۲۰۱۶).
Unger، MM و همکاران. اسیدهای چرب زنجیره کوتاه و میکروبیوتای روده بین بیماران مبتلا به بیماری پارکینسون و گروه کنترل همسن متفاوت است. مرتبط با بیماری پارکینسون. confusion. 32, 66–72 (2016).
بلیچر ای، لوی ام، تاتیروفسکی ای و الیناو ای. متابولیت‌های تنظیم‌شده توسط میکروبیوم در رابط ایمنی میزبان. مجله ایمونولوژی. 198، 572–580 (2017).