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La diagnosi precoce del tremore essenziale (TE) può essere difficile, soprattutto se distinta dai controlli sani (HC) e dal morbo di Parkinson (MP). Recentemente, l'analisi dei campioni di feci per il microbiota intestinale e i suoi metaboliti ha fornito nuovi metodi per la scoperta di nuovi biomarcatori di malattie neurodegenerative. Gli acidi grassi a corta catena (SCFA), come principale metabolita della flora intestinale, sono ridotti nelle feci nel PD. Tuttavia, gli SCFA fecali non sono mai stati studiati nel TE. Il nostro obiettivo era indagare i livelli fecali di SCFA nel TE, valutare la loro relazione con i sintomi clinici e il microbiota intestinale e determinarne il potenziale diagnostico. Gli SCFA fecali e il microbiota intestinale sono stati misurati in 37 TE, 37 nuovi PD e 35 HC. Stipsi, disfunzione autonomica e gravità del tremore sono stati valutati utilizzando scale. I livelli fecali di propionato, butirrato e isobutirrato erano inferiori nel TE rispetto al HC. Una combinazione di acidi propionico, butirrico e isobutirrico ha distinto l'ET dall'HC con un'AUC di 0,751 (IC 95%: 0,634-0,867). I livelli fecali di acido isovalerico e isobutirrico erano inferiori nell'ET rispetto alla PD. L'acido isovalerico e l'acido isobutirrico discriminano tra ET e PD con un'AUC di 0,743 (IC 95%: 0,629-0,857). Il propionato fecale è inversamente associato a stipsi e disfunzione autonomica. L'acido isobutirrico e l'acido isovalerico sono inversamente correlati alla gravità del tremore. La diminuzione del contenuto fecale di SCFA è stata associata a una diminuzione dell'abbondanza di Faecalibacterium e Streptobacterium nell'ET. Pertanto, il contenuto di SCFA nelle feci diminuisce nell'ET ed è associato alla gravità del quadro clinico e alle alterazioni del microbiota intestinale. L'acido propionico, l'acido butirrico, l'acido isobutirrico e l'acido isovalerico nelle feci possono essere potenziali biomarcatori diagnostici e differenziali per l'ET.
Il tremore essenziale (TE) è una malattia neurodegenerativa cronica e progressiva caratterizzata principalmente da tremore degli arti superiori, che può interessare anche altre parti del corpo come la testa, le corde vocali e gli arti inferiori 1 . Le caratteristiche cliniche del TE includono non solo sintomi motori ma anche alcuni segni non motori, tra cui malattie gastrointestinali 2 . Numerosi studi sono stati condotti per esaminare le caratteristiche patologiche e fisiologiche del tremore essenziale, ma non sono stati identificati chiari meccanismi patofisiologici 3, 4. Studi recenti suggeriscono che la disfunzione dell'asse microbiota-intestino-cervello può contribuire alle malattie neurodegenerative e vi sono crescenti prove di un potenziale legame bidirezionale tra il microbiota intestinale e le malattie neurodegenerative 5, 6. In particolare, in un caso clinico, il trapianto di microbiota fecale ha migliorato sia il tremore essenziale che la sindrome dell'intestino irritabile in un paziente, il che potrebbe indicare una stretta relazione tra microbiota intestinale e tremore essenziale. Inoltre, abbiamo riscontrato cambiamenti specifici nel microbiota intestinale nei pazienti affetti da TE, il che supporta fortemente l'importante ruolo della disbiosi intestinale nella ET8.
Per quanto riguarda la disbiosi intestinale nelle malattie neurodegenerative, il PD è la patologia più studiata5. Un microbiota sbilanciato può aumentare la permeabilità intestinale e attivare la glia intestinale, portando ad alfa-sinucleinopatie9,10,11. Il PD e il TE presentano alcune caratteristiche sovrapposte, come la frequenza simile di tremore nei pazienti con TE e PD, la sovrapposizione del tremore a riposo (tremore tipico nel PD) e il tremore posturale (presente principalmente nei pazienti con TE), rendendo difficile la loro distinzione. stadi iniziali12. Pertanto, è urgente aprire una finestra utile per differenziare tra TE e PD. In questo contesto, lo studio della specifica disbiosi intestinale e delle alterazioni metaboliche associate nel TE e l'identificazione delle loro differenze rispetto al PD possono diventare potenziali biomarcatori per la diagnosi e la diagnosi differenziale del TE.
Gli acidi grassi a catena corta (SCFA) sono i principali metaboliti prodotti dalla fermentazione batterica intestinale delle fibre alimentari e si ritiene che svolgano un ruolo critico nelle interazioni intestino-cervello13,14. Gli SCFA vengono assorbiti dalle cellule del colon e trasportati al fegato attraverso il sistema venoso portale, e alcuni SCFA entrano nella circolazione sistemica. Gli SCFA hanno effetti locali sul mantenimento dell'integrità della barriera intestinale e sulla promozione dell'immunità innata nella mucosa intestinale15. Hanno anche effetti a lungo termine sulla barriera emato-encefalica (BEE) stimolando le proteine ​​delle giunzioni strette e attivando i neuroni stimolando i recettori accoppiati alle proteine ​​G (GPCR) ad attraversare la BEE16. Acetato, propionato e butirrato sono gli SCFA più abbondanti nel colon. Studi precedenti hanno mostrato una riduzione dei livelli fecali di acido acetico, propionico e butirrico nei pazienti con malattia di Parkinson17. Tuttavia, i livelli fecali di SCFA non sono mai stati studiati nei pazienti con TE.
Pertanto, il nostro studio mirava a identificare alterazioni specifiche negli SCFA fecali nei pazienti con TE e le loro differenze rispetto ai pazienti con PD, valutando la relazione tra SCFA fecali e sintomi clinici di SCFA e microbiota intestinale, nonché identificando le potenziali capacità diagnostiche e diagnostiche differenziali dei campioni fecali. KZHK. Per affrontare i fattori confondenti associati ai farmaci anti-PD, abbiamo selezionato pazienti con malattia di Parkinson di nuova insorgenza come controlli della malattia.
Le caratteristiche demografiche e cliniche dei 37 ET, dei 37 PD e dei 35 HC sono riassunte nella Tabella 1. ET, PD e HC sono stati abbinati per età, sesso e BMI. I tre gruppi presentavano anche percentuali simili di fumo, consumo di alcol e consumo di caffè e tè. Il punteggio Wexner (P = 0,004) e il punteggio HAMD-17 (P = 0,001) del gruppo PD erano più alti di quelli del gruppo HC, e il punteggio HAMA (P = 0,011) e il punteggio HAMD-17 (P = 0,011) del gruppo ET erano più alti di quelli del gruppo HC. Il decorso della malattia nel gruppo ET è stato significativamente più lungo rispetto al gruppo PD (P < 0,001).
Sono state riscontrate differenze significative nei livelli fecali di acido propionico fecale (P = 0,023), acido acetico (P = 0,039), acido butirrico (P = 0,020), acido isovalerico (P = 0,045) e acido isobutirrico (P = 0,015). In un'ulteriore analisi post hoc, i livelli di acido propionico (P = 0,023), acido butirrico (P = 0,007) e acido isobutirrico (P = 0,040) nel gruppo ET erano significativamente inferiori a quelli del gruppo HC. I pazienti con ET presentavano livelli inferiori di isovalerato (P = 0,014) e isobutirrico (P = 0,005) rispetto ai pazienti con PD. Inoltre, i livelli di acido propionico fecale (P = 0,013), acido acetico (P = 0,016) e acido butirrico (P = 0,041) erano più bassi nei pazienti con PD rispetto ai pazienti con CC (Fig. 1 e Tabella supplementare 1).
ag rappresenta un confronto di gruppo di acido propionico, acido acetico, acido butirrico, acido isovalerico, acido valerico, acido caproico e acido isobutirrico, rispettivamente. Sono state riscontrate differenze significative nei livelli fecali di acido propionico, acido acetico, acido butirrico, acido isovalerico e acido isobutirrico tra i tre gruppi. Tremore essenziale ET, morbo di Parkinson, controllo HC sano, SCFA. Le differenze significative sono indicate da *P < 0,05 e **P < 0,01.
Considerando la differenza nel decorso della malattia tra il gruppo ET e il gruppo PD, abbiamo testato 33 pazienti con PD precoce e 16 pazienti con ET (decorso della malattia ≤3 anni) per un ulteriore confronto (Tabella supplementare 2). I risultati hanno mostrato che il contenuto fecale di acido propionico dell'ET era significativamente inferiore a quello dell'HA (P = 0,015). La differenza tra ET e HC per l'acido butirrico e l'acido isobutirrico non era significativa, ma si osservava comunque una tendenza (P = 0,082). I livelli fecali di isobutirrato erano significativamente inferiori nei pazienti con ET rispetto ai pazienti con PD (P = 0,030). La differenza tra ET e PD per l'acido isovalerico non era significativa, ma si osservava comunque una tendenza (P = 0,084). L'acido propionico (P = 0,023), l'acido acetico (P = 0,020) e l'acido butirrico (P = 0,044) erano significativamente inferiori nei pazienti in DP rispetto ai pazienti in HC. Questi risultati (Figura supplementare 1) sono generalmente coerenti con i risultati principali. La differenza nei risultati tra il campione complessivo e il sottogruppo di pazienti in fase iniziale potrebbe essere dovuta alla dimensione del campione più piccola nel sottogruppo, con conseguente minore potenza statistica dei dati.
Abbiamo poi esaminato se i livelli di SCFA fecali potessero distinguere i pazienti con TE da quelli con CU o PD. Secondo l'analisi ROC, la differenza nell'AUC dei livelli di propionato era di 0,668 (IC 95%: 0,538-0,797), il che ha permesso di distinguere i pazienti con TE da quelli con HC. I pazienti con TE e GC potevano essere distinti dai livelli di butirrato con un'AUC di 0,685 (IC 95%: 0,556-0,814). Le differenze nei livelli di acido isobutirrico possono distinguere i pazienti con TE da quelli con HC con un'AUC di 0,655 (IC 95%: 0,525-0,786). Combinando i livelli di propionato, butirrato e isobutirrato, è stata ottenuta un'AUC più elevata di 0,751 (IC al 95%: 0,634-0,867) con una sensibilità del 74,3% e una specificità del 72,9% (Fig. 2a). Per differenziare i pazienti con TE e PD, l'AUC per i livelli di acido isovalerico era di 0,700 (IC al 95%: 0,579-0,822) e per i livelli di acido isobutirrico era di 0,718 (IC al 95%: 0,599-0,836). La combinazione di livelli di acido isovalerico e isobutirrico ha mostrato un'AUC più elevata di 0,743 (IC al 95%: 0,629-0,857), una sensibilità del 74,3% e una specificità del 62,9% (Fig. 2b). Abbiamo inoltre esaminato se i livelli di SCFA nelle feci dei pazienti con malattia di Parkinson differissero da quelli dei controlli. Secondo l'analisi ROC, l'AUC per l'identificazione dei pazienti con PD in base alle differenze nei livelli di acido propionico era pari a 0,687 (IC al 95%: 0,559-0,814), con una sensibilità del 68,6% e una specificità del 68,7%. Le differenze nei livelli di acetato possono distinguere i pazienti con PD dai controlli sani con un'AUC di 0,674 (IC al 95%: 0,542-0,805). I pazienti con PD possono essere differenziati dai controlli sani solo in base ai livelli di butirrato, con un'AUC di 0,651 (IC al 95%: 0,515-0,787). Combinando i livelli di propionato, acetato e butirrato, si è ottenuta un'AUC di 0,682 (IC al 95%: 0,553-0,811) (Fig. 2c).
Discriminazione della Chiesa ortodossa russa nei confronti di ET e HC; b Discriminazione della Chiesa ortodossa russa nei confronti di ET e PD; c Discriminazione della Chiesa ortodossa russa nei confronti di PD e HC. Tremore essenziale ET, morbo di Parkinson, controllo sano dell'HC, SCFA.
Nei pazienti con TE, i livelli di acido isobutirrico fecale erano negativamente correlati con il punteggio FTM (r = -0,349, P = 0,034), e i livelli di acido isovalerico fecale erano negativamente correlati con il punteggio FTM (r = -0,421, P = 0,001) e il punteggio TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). Nei pazienti con TE e PD, i livelli di propionato fecale erano negativamente correlati con i punteggi SCOPA-AUT (r = -0,236, P = 0,043) (Fig. 3 e Tabella supplementare 3). Non vi era alcuna correlazione significativa tra il decorso della malattia e gli SCFA né nel gruppo TE (P ≥ 0,161) né nel gruppo PD (P ≥ 0,246) (Tabella supplementare 4). Nei pazienti con PD, i livelli fecali di acido caproico erano correlati positivamente con i punteggi MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). In tutti i partecipanti, i livelli fecali di propionato (r = -0,230, P = 0,016) e acetato (r = -0,210, P = 0,029) erano correlati negativamente con i punteggi Wexner (Fig. 3 e Tabella supplementare 3).
I livelli di acido isobutirrico fecale erano correlati negativamente con i punteggi FTM, l'acido isovalerico era correlato negativamente con i punteggi FTM e TETRAS, l'acido propionico era correlato negativamente con i punteggi SCOPA-AUT, l'acido caproico era correlato positivamente con i punteggi MDS-UPDRS e l'acido propionico era correlato negativamente con i punteggi FTM e TETRAS. TETRAS e acido acetico erano correlati negativamente con il punteggio Wexner. Versione sponsorizzata dall'Associazione MDS-UPDRS della Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamilton Depression Rating Scale HAMD-17, 17 item, Hamilton Anxiety Rating Scale HAMA, stadi HY Hoehn e Yahr, 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. Le differenze significative sono indicate da *P < 0,05 e **P < 0,01.
Abbiamo ulteriormente esplorato la natura discriminatoria del microbiota intestinale utilizzando l'analisi LEfSE e selezionato il livello di dati di abbondanza relativa del genere per ulteriori analisi. Sono stati effettuati confronti tra ET e HC e tra ET e PD. È stata quindi eseguita un'analisi di correlazione di Spearman sull'abbondanza relativa del microbiota intestinale e sui livelli di SCFA fecali nei due gruppi di confronto.
Faecalibacterium (correlato con acido butirrico, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (correlato con acido butirrico, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (correlato con acido propionico, r = 0,327) erano presenti nell'analisi di ET e CA. , P = 0,005; correlato con acido butirrico, r = 0,374, P = 0,001; correlata con l'acido isobutirrico, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (correlata con l'acido propionico, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (correlata con il propionato, r = 0,249, P = 0,035) e Candidatus Arthromitus (correlata con l'acido isobutirrico, r = 0,302, P = 0,010) è risultata diminuita nell'ET ed è risultata positivamente correlata con i livelli fecali di SCFA. Tuttavia, l'abbondanza di Stenotropomonas è aumentata nell'ET ed è risultata negativamente correlata con i livelli fecali di isobutirrato (r = -0,250, P = 0,034). Dopo l'aggiustamento FDR, solo le correlazioni tra Faecalibacterium, Catenibacter e SCFA sono rimaste significative (P ≤ 0,045) (Fig. 4 e Tabella supplementare 5).
Analisi di correlazione tra ET e HC. Dopo l'aggiustamento di FDR, l'abbondanza di Faecalibacterium (positivamente associato al butirrato) e Streptobacterium (positivamente associato a propionato, butirrato e isobutirrato) è risultata ridotta in ET e positivamente associata ai livelli fecali di SCFA. b Analisi di correlazione tra ET e PD. Dopo l'aggiustamento di FDR, non sono state trovate associazioni significative. ET tremore essenziale, morbo di Parkinson, controllo HC sano, SCFA. Le differenze significative sono indicate da *P < 0,05 e **P < 0,01.
Analizzando ET rispetto a PD, si è riscontrato un aumento del Clostridium trichophyton nell'ET e una correlazione con l'acido isovalerico fecale (r = -0,238, P = 0,041) e l'acido isobutirrico (r = -0,257, P = 0,027). Dopo l'aggiustamento FDR, entrambi sono rimasti significativi (P≥0,295) (Figura 4 e Tabella supplementare 5).
Questo studio è uno studio completo che esamina i livelli di SCFA fecali e li correla con le alterazioni del microbiota intestinale e la gravità dei sintomi nei pazienti con TE rispetto ai pazienti con CU e PD. Abbiamo riscontrato che i livelli di SCFA fecali erano ridotti nei pazienti con TE ed erano associati alla gravità clinica e a specifiche alterazioni del microbiota intestinale. I livelli cumulativi di acidi grassi a catena corta (SCFA) nelle feci differenziano la TE dalla GC e dalla PD.
Rispetto ai pazienti con GC, i pazienti con TE presentano livelli fecali inferiori di acido propionico, butirrico e isobutirrico. La combinazione di acido propionico, butirrico e isobutirrico può differenziare tra TE e HC con un'AUC di 0,751 (IC al 95%: 0,634-0,867), una sensibilità del 74,3% e una specificità del 72,9%, indicando il loro potenziale ruolo come biomarcatori diagnostici per TE. Ulteriori analisi hanno mostrato che i livelli fecali di acido propionico erano negativamente correlati con il punteggio Wexner e il punteggio SCOPA-AUT. I livelli fecali di acido isobutirrico erano inversamente correlati con i punteggi FTM. D'altra parte, una diminuzione dei livelli di butirrato nei pazienti con TE era associata a una diminuzione dell'abbondanza di microbiota produttore di SCFA, Faecalibacterium e Categorybacter. Inoltre, la riduzione dell'abbondanza di Catenibacter nell'ET è stata associata anche alla riduzione dei livelli fecali di acido propionico e isobutirrico.
La maggior parte degli SCFA prodotti nel colon viene assorbita dai colonociti principalmente attraverso trasportatori monocarbossilici dipendenti da H+ o sodio. Gli acidi grassi a catena corta assorbiti vengono utilizzati come fonte di energia per i colonociti, mentre quelli che non vengono metabolizzati nei colonociti vengono trasportati nella circolazione portale 18 . Gli SCFA possono influenzare la motilità intestinale, migliorare la funzione di barriera intestinale e influenzare il metabolismo e l'immunità dell'ospite 19 . È stato precedentemente riscontrato che le concentrazioni fecali di butirrato, acetato e propionato erano ridotte nei pazienti con PD rispetto agli HC 17 , il che è coerente con i nostri risultati. Il nostro studio ha rilevato una riduzione degli SCFA nei pazienti con TE, ma si sa poco sul ruolo degli SCFA nella patologia del TE. Butirrato e propionato possono legarsi ai GPCR e influenzare la segnalazione GPCR-dipendente come la segnalazione MAPK e NF-κB20. Il concetto di base dell'asse intestino-cervello è che gli SCFA secreti dai microbi intestinali possono influenzare la segnalazione dell'ospite, influenzando così la funzione intestinale e cerebrale. Poiché butirrato e propionato hanno potenti effetti inibitori sull'attività dell'istone deacetilasi (HDAC)21 e il butirrato può anche agire come ligando per i fattori di trascrizione, hanno effetti diffusi sul metabolismo, la differenziazione e la proliferazione dell'ospite, principalmente a causa della loro influenza sulla regolazione genica22. Sulla base delle evidenze derivanti dagli SCFA e dalle malattie neurodegenerative, il butirrato è considerato un candidato terapeutico grazie alla sua capacità di correggere l'attività HDAC compromessa, che può mediare la morte dei neuroni dopaminergici nel PD23,24,25. Studi sugli animali hanno anche dimostrato la capacità dell'acido butirrico di prevenire la degenerazione dei neuroni dopaminergici e migliorare i disturbi del movimento nei modelli di PD26,27. È stato scoperto che l'acido propionico limita le risposte infiammatorie e protegge l'integrità della BBB28,29. Studi hanno dimostrato che l'acido propionico promuove la sopravvivenza dei neuroni dopaminergici in risposta alla tossicità del rotenone nei modelli di PD 30 e che la somministrazione orale di acido propionico ripristina la perdita di neuroni dopaminergici e i deficit motori nei topi con PD 31. Si sa poco sulla funzione dell'acido isobutirrico. Tuttavia, uno studio recente ha scoperto che la colonizzazione di topi con B. ovale ha aumentato il contenuto intestinale di SCFA (inclusi acetato, propionato, isobutirrato e isovalerato) e la concentrazione intestinale di GABA, evidenziando che è stato stabilito un collegamento tra microbiota intestinale e SCFA intestinali. concentrazioni di neurotrasmettitori 32. Per l'ET, alterazioni patologiche anomale nel cervelletto includono alterazioni negli assoni e nei dendriti delle cellule di Purkinje, spostamento e perdita di cellule di Purkinje, alterazioni negli assoni delle cellule a canestro e anomalie nelle connessioni delle fibre ascendenti alle cellule di Purkinje. nuclei, che porta a una diminuzione dell'output GABAergico dal cervelletto3,4,33. Non è ancora chiaro se gli SCFA siano associati alla neurodegenerazione delle cellule di Purkinje e alla ridotta produzione di GABA cerebellare. I nostri risultati suggeriscono una stretta relazione tra SCFA e TE; tuttavia, il disegno dello studio trasversale non consente di trarre conclusioni sulla relazione causale tra SCFA e il processo patologico del TE. Sono necessari ulteriori studi di follow-up longitudinali, che includano misurazioni seriali di SCFA fecali, nonché studi su animali che ne esaminino i meccanismi.
Si ritiene che gli SCFA stimolino la contrattilità della muscolatura liscia del colon34. Una carenza di SCFA peggiorerà i sintomi della stitichezza e l'integrazione con SCFA può migliorare i sintomi della stitichezza PD35. I nostri risultati indicano anche una significativa associazione tra la riduzione del contenuto fecale di SCFA e l'aumento della stitichezza e della disfunzione autonomica nei pazienti con TE. Un caso clinico ha rilevato che il trapianto di microbiota ha migliorato sia il tremore essenziale che la sindrome dell'intestino irritabile nel paziente 7, suggerendo ulteriormente una stretta relazione tra microbiota intestinale e TE. Pertanto, riteniamo che gli SCFA/microbiota fecali possano influenzare la motilità intestinale dell'ospite e la funzione del sistema nervoso autonomo.
Lo studio ha rilevato che livelli ridotti di SCFA fecali nell'ET erano associati a una ridotta abbondanza di Faecalibacterium (associato al butirrato) e Streptobacterium (associato a propionato, butirrato e isobutirrato). Dopo la correzione FDR, questa relazione rimane significativa. Faecalibacterium e Streptobacterium sono microrganismi produttori di SCFA. Faecalibacterium è noto per essere un microrganismo produttore di butirrato36, mentre i principali prodotti della fermentazione di Catenibacter sono acetato, butirrato e acido lattico37. Faecalibacterium è stato rilevato nel 100% dei gruppi ET e HC; l'abbondanza relativa mediana del gruppo ET era del 2,06% e quella del gruppo HC era del 3,28% (LDA 3,870). Il batterio di categoria è stato rilevato nel 21,6% (8/37) del gruppo HC e solo in 1 campione del gruppo ET (1/35). La diminuzione e la non rilevabilità degli streptobatteri nell'ET possono anche indicare una correlazione con la patogenicità della malattia. L'abbondanza relativa mediana delle specie di Catenibacter nel gruppo HC era dello 0,07% (LDA 2,129). Inoltre, i batteri dell'acido lattico erano associati a variazioni del butirrato fecale (P=0,016, P=0,096 dopo aggiustamento per FDR) e il candidato all'artrite era associato a variazioni dell'isobutirrato (P=0,016, P=0,072 dopo aggiustamento per FDR). Dopo la correzione per FDR, rimane solo il trend di correlazione, che non è statisticamente significativo. È noto anche che i lattobacilli sono produttori di SCFA (acido acetico, acido propionico, acido isobutirrico, acido butirrico) 38 e Candidatus Arthromitus è un induttore specifico della differenziazione delle cellule T helper 17 (Th17), con Th1/2 e Treg associati all'equilibrio immunitario /Th1739. Uno studio recente suggerisce che livelli elevati di pseudoartrite fecale possano contribuire all'infiammazione del colon, alla disfunzione della barriera intestinale e all'infiammazione sistemica 40 . Il Clostridium trichophyton è risultato aumentato nell'ET rispetto al PD. L'abbondanza di Clostridium trichoides è risultata negativamente correlata all'acido isovalerico e all'acido isobutirrico. Dopo l'aggiustamento per FDR, entrambi sono rimasti significativi (P ≥ 0,295). Il Clostridium pilosum è un batterio noto per essere associato all'infiammazione e può contribuire alla disfunzione della barriera intestinale 41 . Il nostro precedente studio ha riportato cambiamenti nel microbiota intestinale di pazienti con ET8. Qui riportiamo anche cambiamenti negli SCFA nell'ET e identifichiamo un'associazione tra disbiosi intestinale e cambiamenti negli SCFA. Livelli ridotti di SCFA sono strettamente associati alla disbiosi intestinale e alla gravità del tremore nell'ET. I nostri risultati suggeriscono che l'asse intestino-cervello possa svolgere un ruolo importante nella patogenesi dell'ET, ma sono necessari ulteriori studi su modelli animali.
Rispetto ai pazienti con PD, i pazienti con TE presentano livelli inferiori di acido isovalerico e isobutirrico nelle feci. La combinazione di acido isovalerico e acido isobutirrico ha identificato il TE nel PD con un'AUC di 0,743 (IC al 95%: 0,629-0,857), una sensibilità del 74,3% e una specificità del 62,9%, suggerendo il loro potenziale ruolo come biomarcatori nella diagnosi differenziale del TE. I livelli di acido isovalerico fecale erano inversamente correlati con i punteggi FTM e TETRAS. I livelli di acido isobutirrico fecale erano inversamente correlati con i punteggi FTM. La diminuzione dei livelli di acido isobutirrico era associata a una diminuzione dell'abbondanza di catobatteri. Si sa poco sulle funzioni dell'acido isovalerico e dell'acido isobutirrico. Uno studio precedente ha dimostrato che la colonizzazione di topi con Bacteroides ovale aumentava il contenuto intestinale di SCFA (inclusi acetato, propionato, isobutirrato e isovalerato) e le concentrazioni intestinali di GABA, evidenziando il legame intestinale tra microbiota e concentrazioni intestinali di SCFA/neurotrasmettitori32. È interessante notare che i livelli di acido isobutirrico osservati erano simili tra i gruppi PD e HC, ma differivano tra i gruppi ET e PD (o HC). L'acido isobutirrico poteva distinguere tra ET e PD con un'AUC di 0,718 (IC 95%: 0,599-0,836) e identificare ET e NC con un'AUC di 0,655 (IC 95%: 0,525-0,786). Inoltre, i livelli di acido isobutirrico correlano con la gravità del tremore, rafforzando ulteriormente la sua associazione con ET. La questione se l'acido isobutirrico orale possa ridurre la gravità del tremore nei pazienti affetti da TE merita ulteriori studi.
Pertanto, il contenuto di SCFA fecali è ridotto nei pazienti con TE ed è associato alla gravità clinica della TE e a specifiche alterazioni del microbiota intestinale. Propionato, butirrato e isobutirrato fecali possono essere biomarcatori diagnostici per TE, mentre isobutirrato e isovalerato possono essere biomarcatori diagnostici differenziali per TE. Le alterazioni dell'isobutirrato fecale possono essere più specifiche per TE rispetto alle alterazioni di altri SCFA.
Il nostro studio presenta diverse limitazioni. In primo luogo, le abitudini alimentari e le preferenze alimentari possono influenzare l'espressione del microbiota; sono necessari campioni di studio più ampi in diverse popolazioni e studi futuri dovrebbero introdurre indagini dietetiche complete e sistematiche, come questionari sulla frequenza alimentare. In secondo luogo, il disegno trasversale dello studio preclude qualsiasi conclusione su una relazione causale tra SCFA e lo sviluppo di TE. Sono necessari ulteriori studi di follow-up a lungo termine con misurazioni seriali di SCFA fecali. In terzo luogo, le capacità diagnostiche e di diagnosi differenziale dei livelli di SCFA fecali dovrebbero essere convalidate utilizzando campioni indipendenti da TE, HC e PD. In futuro, si dovrebbero testare più campioni fecali indipendenti. Infine, i pazienti con PD nella nostra coorte presentavano una durata di malattia significativamente più breve rispetto ai pazienti con TE. Abbiamo principalmente abbinato ET, PD e HC per età, sesso e BMI. Data la differenza nel decorso della malattia tra il gruppo TE e il gruppo PD, abbiamo anche studiato 33 pazienti con PD precoce e 16 pazienti con TE (durata della malattia ≤3 anni) per un ulteriore confronto. Le differenze tra i gruppi nei livelli di SCFA erano generalmente coerenti con i nostri dati primari. Inoltre, non abbiamo riscontrato alcuna correlazione tra la durata della malattia e le variazioni dei livelli di SCFA. Tuttavia, in futuro, sarebbe opportuno reclutare pazienti con PD e TE in una fase precoce con una durata di malattia più breve per completare la validazione su un campione più ampio.
Il protocollo dello studio è stato approvato dal comitato etico del Ruijin Hospital, affiliato alla Facoltà di Medicina dell'Università Jiao Tong di Shanghai (RHEC2018-243). È stato ottenuto il consenso informato scritto da tutti i partecipanti.
Tra gennaio 2019 e dicembre 2022, 109 soggetti (37 ET, 37 PD e 35 HC) provenienti dalla Movement Disorder Center Clinic del Ruijin Hospital, affiliato alla Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, sono stati inclusi in questo studio. I criteri erano: (1) età 25-85 anni, (2) i pazienti con ET sono stati diagnosticati secondo i criteri del MDS Working Group 42 e i pazienti con PD sono stati diagnosticati secondo i criteri MDS 43, (3) tutti i pazienti non assumevano farmaci anti-PD prima della raccolta dei campioni. (4) Il gruppo ET ha assunto solo beta-bloccanti o nessun farmaco correlato prima della raccolta dei campioni di feci. Sono stati selezionati anche gli HC abbinati per età, sesso e indice di massa corporea (BMI). I criteri di esclusione erano: (1) vegetariani, (2) cattiva alimentazione, (3) malattie croniche del tratto gastrointestinale (incluse malattie infiammatorie intestinali, ulcere gastriche o duodenali), (4) gravi malattie croniche (inclusi tumori maligni), insufficienza cardiaca, insufficienza renale, malattie ematologiche) (5) storia di importanti interventi chirurgici gastrointestinali, (6) consumo cronico o regolare di yogurt, (7) uso di probiotici o antibiotici per 1 mese, (8) uso cronico di corticosteroidi, inibitori della pompa protonica, statine, metformina, immunosoppressori o farmaci antitumorali e (9) grave compromissione cognitiva che interferisce con gli studi clinici.
Tutti i soggetti hanno fornito informazioni sulla storia clinica, sul peso e sull'altezza per calcolare l'IMC e sono stati sottoposti a un esame neurologico e a una valutazione clinica, come il punteggio di ansia della Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) 44, il punteggio di depressione della Hamilton Depression Rating Scale-17 (HAMD-17) 45, la gravità della stitichezza utilizzando la Wexner Constipation Scale 46 e la Bristol Stool Scale 47 e le prestazioni cognitive utilizzando il Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. La Scale for the Assessment of Autonomic Symptoms of Parkinson's Disease (SCOPA-AUT) 49 ha esaminato la disfunzione autonomica nei pazienti con ET e PD. La Fan-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) e l'Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 The Tremor Study Group (TRG) 50 sono state esaminate nei pazienti con ET; sono stati esaminati la versione 51 della scala di valutazione della malattia di Kinson (MDS-UPDRS) sponsorizzata dalla United Parkinson's Disease Association e il grado 52 di Hoehn e Yahr (HY).
A ciascun partecipante è stato chiesto di raccogliere un campione di feci al mattino utilizzando un contenitore per la raccolta delle feci. Trasferire i contenitori in ghiaccio e conservare a -80 °C prima dell'elaborazione. L'analisi degli SCFA è stata eseguita secondo le procedure di routine di Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. 400 mg di campioni fecali freschi sono stati raccolti da ciascun soggetto e analizzati utilizzando SCFA dopo macinazione e presonicazione. SCFA selezionati nelle feci sono stati analizzati utilizzando gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia liquida-tandem MS (LC-MS/MS).
Il DNA è stato estratto da campioni da 200 mg utilizzando il kit QIAamp® Fast DNA Stool Mini (QIAGEN, Hilden, Germania) secondo le istruzioni del produttore. La composizione microbica è stata determinata sequenziando il gene 16S rRNA su DNA isolato dalle feci amplificando la regione V3-V4. Il DNA è stato analizzato correggendo il campione su un gel di agarosio all'1,2%. L'amplificazione mediante reazione a catena della polimerasi (PCR) del gene 16S rRNA è stata eseguita utilizzando primer batterici universali (357 F e 806 R) e una libreria di ampliconi a due fasi costruita sulla piattaforma Novaseq.
Le variabili continue sono espresse come media ± deviazione standard, mentre le variabili categoriali sono espresse come numeri e percentuali. Abbiamo utilizzato il test di Levene per testare l'omogeneità delle varianze. I confronti sono stati effettuati utilizzando test t a due code o analisi della varianza (ANOVA) se le variabili erano distribuite normalmente e test U di Mann-Whitney non parametrici se le ipotesi di normalità o omoschedasticità erano violate. Abbiamo utilizzato l'area sotto la curva ROC (AUC) per quantificare la performance diagnostica del modello ed esaminare la capacità dell'SCFA di distinguere i pazienti con TE da quelli con HC o PD. Per esaminare la relazione tra SCFA e gravità clinica, abbiamo utilizzato l'analisi di correlazione di Spearman. L'analisi statistica è stata eseguita utilizzando il software SPSS (versione 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) con un livello di significatività (inclusi P-value e FDR-P) impostato a 0,05 (bilaterale).
Le sequenze 16S sono state analizzate utilizzando una combinazione dei software Trimmomatic (versione 0.35), Flash (versione 1.2.11), UPARSE (versione v8.1.1756), mothur (versione 1.33.3) e R (versione 3.6.3). I dati grezzi del gene 16S rRNA sono stati elaborati utilizzando UPARSE per generare unità tassonomiche operative (OTU) con un'identità del 97%. Le tassonomie sono state specificate utilizzando Silva 128 come database di riferimento. Il livello generico dei dati di abbondanza relativa è stato selezionato per ulteriori analisi. L'analisi della dimensione dell'effetto (LEfSE) dell'analisi discriminante lineare (LDA) è stata utilizzata per i confronti tra i gruppi (ET vs. HC, ET vs. PD) con una soglia α di 0,05 e una soglia della dimensione dell'effetto di 2,0. I generi discriminanti identificati dall'analisi LEfSE sono stati ulteriormente utilizzati per l'analisi di correlazione di Spearman degli SCFA.
Per maggiori informazioni sulla progettazione dello studio, consultare l'abstract del Natural Research Report associato a questo articolo.
I dati grezzi del sequenziamento 16S sono archiviati nel database BioProject del National Center for Biotechnology Information (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. Altri dati rilevanti sono disponibili all'autore corrispondente su richiesta ragionevole, come collaborazioni scientifiche e scambi accademici con progetti di ricerca completi. Non è consentito il trasferimento di dati a terzi senza il nostro consenso.
Codice open source solo con una combinazione di Trimmomatic (versione 0.35), Flash (versione 1.2.11), UPARSE (versione v8.1.1756), mothur (versione 1.33.3) e R (versione 3.6.3), utilizzando le impostazioni predefinite o la sezione "Metodo". Ulteriori informazioni chiarificatrici possono essere fornite all'autore corrispondente su richiesta ragionevole.
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