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La diagnosi precoce del tremore essenziale (TE) può essere difficile, soprattutto quando si tratta di distinguerlo da soggetti sani (CS) e pazienti affetti da malattia di Parkinson (MP). Recentemente, l'analisi di campioni fecali per la valutazione del microbiota intestinale e dei suoi metaboliti ha fornito nuovi metodi per la scoperta di nuovi biomarcatori delle malattie neurodegenerative. Gli acidi grassi a catena corta (SCFA), principali metaboliti della flora intestinale, risultano ridotti nelle feci dei pazienti con MP. Tuttavia, gli SCFA fecali non sono mai stati studiati nel TE. Il nostro obiettivo era quello di indagare i livelli fecali di SCFA nel TE, valutarne la 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 pazienti con TE, 37 pazienti con MP di nuova diagnosi e 35 soggetti sani. La stitichezza, la disfunzione autonomica e la gravità del tremore sono state valutate mediante apposite scale. I livelli fecali di propionato, butirrato e isobutirrato sono risultati inferiori nei pazienti con TE rispetto ai soggetti sani. Una combinazione di acidi propionico, butirrico e isobutirrico ha distinto l'ET dai soggetti sani con un'AUC di 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). I livelli fecali di acido isovalerico e acido isobutirrico erano inferiori nell'ET rispetto al PD. L'acido isovalerico e l'acido isobutirrico discriminano tra ET e PD con un'AUC di 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Il propionato fecale è inversamente associato alla stitichezza e alla disfunzione autonomica. L'acido isobutirrico e l'acido isovalerico sono inversamente correlati alla gravità del tremore. La diminuzione degli SCFA fecali 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 modifiche del microbiota intestinale. Il propionato, il butirrato, l'isobutirrato e l'isovalerato fecali potrebbero rappresentare potenziali biomarcatori diagnostici e di diagnosi differenziale per la trombocitemia essenziale.
Il tremore essenziale (TE) è una malattia neurodegenerativa progressiva e cronica 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 patologie gastrointestinali 2. Numerosi studi sono stati condotti per esaminare le caratteristiche patologiche e fisiologiche del tremore essenziale, ma non sono stati identificati meccanismi fisiopatologici chiari3,4; studi recenti suggeriscono che la disfunzione dell'asse microbiota-intestino-cervello possa contribuire alle malattie neurodegenerative, e vi sono prove crescenti di un potenziale legame bidirezionale tra il microbiota intestinale e le malattie neurodegenerative5,6. 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 anche riscontrato cambiamenti specifici nel microbiota intestinale nei pazienti con ET, il che supporta fortemente l'importante ruolo della disbiosi intestinale nell'ET8.
Per quanto riguarda la disbiosi intestinale nelle malattie neurodegenerative, il morbo di Parkinson (MP) è la più studiata5. Un microbiota squilibrato può aumentare la permeabilità intestinale e attivare la glia intestinale, portando ad alfa-sinucleinopatie9,10,11. Il MP e il tremore essenziale (TE) condividono alcune caratteristiche comuni, come la frequenza simile del tremore nei pazienti con TE e MP, la sovrapposizione del tremore a riposo (tremore tipico del MP) e del tremore posturale (riscontrato principalmente nei pazienti con TE), rendendo difficile distinguerli nelle fasi iniziali12. Pertanto, è urgente individuare un metodo utile per differenziare il TE dal MP. In questo contesto, lo studio della disbiosi intestinale specifica e delle alterazioni metaboliche associate nel TE, nonché l'identificazione delle loro differenze rispetto al MP, potrebbero 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 (BBB) ​​stimolando le proteine ​​delle giunzioni strette e attivando i neuroni stimolando i recettori accoppiati alle proteine ​​G (GPCR) ad attraversare la BBB16. Acetato, propionato e butirrato sono gli SCFA più abbondanti nel colon. Studi precedenti hanno mostrato una diminuzione 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 tremore essenziale (ET).
Pertanto, il nostro studio mirava a identificare cambiamenti specifici negli SCFA fecali nei pazienti con ET e le loro differenze rispetto ai pazienti con PD, a valutare la relazione tra SCFA fecali e sintomi clinici di ET e microbiota intestinale, nonché a determinare le potenziali capacità diagnostiche e di diagnosi differenziale 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 pazienti con ET, 37 pazienti con PD e 35 soggetti di controllo sani (HC) sono riassunte nella Tabella 1. I gruppi ET, PD e HC sono stati abbinati per età, sesso e BMI. I tre gruppi presentavano anche proporzioni simili di fumatori, consumatori di alcol e consumatori di caffè e tè. Il punteggio di Wexner (P = 0,004) e il punteggio HAMD-17 (P = 0,001) del gruppo PD erano superiori a quelli del gruppo HC, e il punteggio HAMA (P = 0,011) e il punteggio HAMD-17 (P = 0,011) del gruppo ET erano superiori a quelli del gruppo HC. Il decorso della malattia nel gruppo ET era significativamente più lungo rispetto al gruppo PD (P < 0,001).
Sono state riscontrate differenze significative nei livelli fecali di acido propionico (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 rispetto a quelli del gruppo HC. I pazienti con ET avevano livelli più bassi di isovalerato (P = 0,014) e isobutirrato (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 inferiori nei pazienti con PD rispetto ai pazienti con CC (Figura 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. ET tremore essenziale, malattia di Parkinson, HC controllo 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 studiato 33 pazienti con PD in fase iniziale 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 nell'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 è stata comunque osservata 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 dell'acido isovalerico non era significativa, ma c'era 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 più bassi nei pazienti con PD rispetto ai pazienti 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 minore dimensione del campione nel sottogruppo, con conseguente minore potenza statistica dei dati.
Abbiamo quindi esaminato se i livelli fecali di SCFA potessero distinguere i pazienti con ET da quelli con CU o PD. Secondo l'analisi ROC, la differenza nell'AUC dei livelli di propionato era di 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), il che ha permesso di distinguere i pazienti con ET dai soggetti sani. I pazienti con ET e GC potevano essere distinti dai livelli di butirrato con un'AUC di 0,685 (95% CI: 0,556-0,814). Le differenze nei livelli di acido isobutirrico possono distinguere i pazienti con ET dai soggetti sani con un'AUC di 0,655 (95% CI: 0,525-0,786). Combinando i livelli di propionato, butirrato e isobutirrato, si è ottenuto un AUC più elevato di 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) con una sensibilità del 74,3% e una specificità del 72,9% (Fig. 2a). Per differenziare i pazienti con ET da quelli con PD, l'AUC per i livelli di acido isovalerico era di 0,700 (95% CI: 0,579–0,822) e per i livelli di acido isobutirrico era di 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). La combinazione dei livelli di acido isovalerico e acido isobutirrico ha avuto un AUC più elevato di 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), una sensibilità del 74,3% e una specificità del 62,9% (Fig. 2b). Inoltre, abbiamo 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 di 0,687 (95% CI: 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 soggetti sani con un AUC di 0,674 (95% CI: 0,542-0,805). I pazienti con PD possono essere differenziati dai soggetti di controllo solo dai livelli di butirrato con un AUC di 0,651 (95% CI: 0,515-0,787). Combinando i livelli di propionato, acetato e butirrato, si è ottenuto un AUC di 0,682 (95% CI: 0,553-0,811) (Fig. 2c).
a) Discriminazione da parte della Chiesa ortodossa russa nei confronti di ET e HC; b) Discriminazione della ROC nei confronti di ET e PD; c) Discriminazione della ROC nei confronti di PD e HC; ET tremore essenziale, malattia di Parkinson, gruppo di controllo HC sano, SCFA.
Nei pazienti con ET, il livello di acido isobutirrico fecale era correlato negativamente con il punteggio FTM (r = -0,349, P = 0,034) e il livello di acido isovalerico fecale era correlato negativamente con il punteggio FTM (r = -0,421, P = 0,001) e il punteggio TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). Nei pazienti con ET e PD, i livelli di propionato fecale erano correlati negativamente con i punteggi SCOPA-AUT (r = −0,236, P = 0,043) (Fig. 3 e Tabella supplementare 3). Non c'era alcuna correlazione significativa tra il decorso della malattia e gli SCFA né nel gruppo ET (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 di 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 l'acido acetico erano correlati negativamente con il punteggio di Wexner. MDS-UPDRS Association sponsored version of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Mini-Mental State Examination MMSE, Hamilton Depression Rating Scale HAMD-17, 17 items, Hamilton Anxiety Rating Scale HAMA, HY Hoehn and Yahr stages, SCFA, SCOPA – AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Essential Tremor Rating Scale. Differenze significative sono indicate da *P < 0,05 e **P < 0,01.
Abbiamo ulteriormente esplorato la natura discriminante del microbiota intestinale utilizzando l'analisi LEfSE e abbiamo selezionato il livello di dati di abbondanza relativa dei generi 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; correla con l'acido isobutirrico, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (correla con l'acido propionico, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (correla con il propionato, r = 0,249, P = 0,035) e Candidatus Arthromitus (correla con l'acido isobutirrico, r = 0,302, P = 0,010) diminuisce in ET ed è correlato positivamente con i livelli fecali di SCFA. Tuttavia, l'abbondanza di Stenotropomonas è aumentata in ET ed era correlata negativamente con i livelli fecali di isobutirrato (r = -0,250, P = 0,034). Dopo la correzione FDR, solo la correlazione tra Faecalibacterium, Catenibacter e SCFA è rimasta significativa (P ≤ 0,045) (Fig. 4 e Tabella supplementare 5).
Analisi di correlazione tra ET e HC. Dopo la correzione FDR, è stata riscontrata una riduzione dell'abbondanza di Faecalibacterium (associato positivamente al butirrato) e Streptobacterium (associato positivamente a propionato, butirrato e isobutirrato) nell'ET e una correlazione positiva con i livelli fecali di SCFA. b Analisi di correlazione tra ET e PD. Dopo la correzione FDR, non sono state riscontrate associazioni significative. ET tremore essenziale, malattia di Parkinson, HC controllo sano, SCFA. Le differenze significative sono indicate da *P < 0,05 e **P < 0,01.
Analizzando ET rispetto a PD, è stato riscontrato un aumento di Clostridium trichophyton in 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 la correzione FDR, entrambi sono rimasti significativi (P≥0,295) (Figura 4 e Tabella supplementare 5).
Questo studio è uno studio completo che esamina i livelli fecali di acidi grassi a catena corta (SCFA) e li correla con i cambiamenti nel microbiota intestinale e la gravità dei sintomi nei pazienti con tremore essenziale (ET) rispetto ai pazienti con colite ulcerosa (CU) e malattia di Parkinson (PD). Abbiamo scoperto che i livelli fecali di SCFA erano ridotti nei pazienti con ET ed erano associati alla gravità clinica e a specifici cambiamenti nel microbiota intestinale. I livelli fecali cumulativi di acidi grassi a catena corta (SCFA) differenziano l'ET dalla colite ulcerosa (GC) e dalla malattia di Parkinson (PD).
Rispetto ai pazienti con carcinoma gastrico, i pazienti con trombocitemia essenziale (TE) presentano livelli fecali più bassi di acido propionico, butirrico e isobutirrico. La combinazione di acido propionico, butirrico e isobutirrico ha distinto i pazienti con TE dai soggetti sani con un'AUC di 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), una sensibilità del 74,3% e una specificità del 72,9%, indicandone l'utilizzo come biomarcatori diagnostici per il potenziale ruolo della TE. Ulteriori analisi hanno mostrato che i livelli fecali di acido propionico erano correlati negativamente con il punteggio di Wexner e il punteggio SCOPA-AUT. I livelli fecali di acido isobutirrico erano correlati inversamente con i punteggi FTM. D'altra parte, una diminuzione dei livelli di butirrato nella 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 a una riduzione dei livelli di acido propionico e isobutirrico nelle feci.
La maggior parte degli acidi grassi a catena corta (SCFA) prodotti nel colon viene assorbita dai colonociti principalmente attraverso trasportatori di monocarbossilati 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 malattia di Parkinson rispetto ai soggetti sani 17, il che è coerente con i nostri risultati. Il nostro studio ha riscontrato una diminuzione degli SCFA nei pazienti con trombocitemia essenziale (ET), ma si sa poco sul ruolo degli SCFA nella patologia dell'ET. Il butirrato e il propionato possono legarsi ai GPCR e influenzare la segnalazione dipendente dai GPCR come la segnalazione MAPK e NF-κB20. Il concetto di base dell'asse intestino-cervello è che gli acidi grassi a catena corta (SCFA) secreti dai microbi intestinali possono influenzare la segnalazione dell'ospite, influenzando così la funzione intestinale e cerebrale. Poiché il butirrato e il 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, essi hanno ampi effetti sul metabolismo, la differenziazione e la proliferazione dell'ospite, principalmente a causa della loro influenza sulla regolazione genica22. Sulla base delle evidenze relative agli SCFA e alle malattie neurodegenerative, il butirrato è considerato un potenziale candidato terapeutico per la sua capacità di correggere l'attività HDAC alterata, che può mediare la morte dei neuroni dopaminergici nel morbo di Parkinson23,24,25. Studi su 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 morbo di Parkinson26,27. È stato riscontrato che l'acido propionico limita le risposte infiammatorie e protegge l'integrità della barriera emato-encefalica28,29. 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 salva 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 dei 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 il microbiota intestinale e le concentrazioni intestinali di SCFA e neurotrasmettitori32. Nell'ET, le alterazioni patologiche anomale nel cervelletto includono cambiamenti negli assoni e nei dendriti delle cellule di Purkinje, spostamento e perdita delle cellule di Purkinje, cambiamenti negli assoni delle cellule a canestro, anomalie nelle connessioni delle fibre ascendenti con la distribuzione delle cellule di Purkinje e cambiamenti nei recettori GABA nell'osso dentato. nuclei, il 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 forte associazione tra SCFA e ET, ma il disegno dello studio trasversale non consente di trarre conclusioni sulla relazione causale tra SCFA e il processo patologico dell'ET; sono necessari ulteriori studi di follow-up longitudinali, comprese misurazioni seriali degli SCFA fecali, nonché studi su animali che esaminino i meccanismi.
Si ritiene che gli SCFA stimolino la contrattilità della muscolatura liscia del colon34. Una carenza di SCFA peggiora i sintomi della stitichezza e l'integrazione con SCFA può migliorarli35. I nostri risultati indicano anche una significativa associazione tra la diminuzione del contenuto fecale di SCFA e l'aumento della stitichezza e della disfunzione autonomica nei pazienti con tremore essenziale. 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 ed ET. 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 i 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. Il Faecalibacterium è noto per essere un microrganismo produttore di butirrato36, mentre i principali prodotti della fermentazione di Catenibacter sono acetato, butirrato e acido lattico37. Il Faecalibacterium è stato rilevato nel 100% sia del gruppo ET che del gruppo HC; l'abbondanza relativa mediana del gruppo ET era del 2,06% e quella del gruppo HC era del 3,28% (LDA 3,870). La categoria batteri è stata rilevata nel 21,6% (8/37) del gruppo HC e solo in 1 campione del gruppo ET (1/35). La diminuzione e l'indetectabilità degli streptobatteri nell'ET potrebbero 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 lattici erano associati a cambiamenti nel butirrato fecale (P=0,016, P=0,096 dopo aggiustamento FDR) e il candidato artrite era associato a cambiamenti nell'isobutirrato (P=0,016, P=0,072 dopo aggiustamento FDR). Dopo la correzione FDR, rimane solo la tendenza di correlazione, che non è statisticamente significativa. I lattobacilli sono anche noti per essere 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 Tregs associati all'equilibrio immunitario /Th1739. Uno studio recente suggerisce che livelli elevati di pseudoartrite fecale possono contribuire all'infiammazione del colon, alla disfunzione della barriera intestinale e all'infiammazione sistemica 40. I livelli di Clostridium trichoides erano aumentati nell'ET rispetto al PD. L'abbondanza di Clostridium trichoides è risultata correlata negativamente con l'acido isovalerico e l'acido isobutirrico. Dopo la correzione 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 intestinale41. 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 potrebbe svolgere un ruolo importante nella patogenesi dell'ET, ma sono necessari ulteriori studi su modelli animali.
Rispetto ai pazienti con PD, i pazienti con ET presentano livelli più bassi di acido isovalerico e isobutirrico nelle feci. La combinazione di acido isovalerico e acido isobutirrico ha identificato l'ET nel PD con un'AUC di 0,743 (95% CI: 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 dell'ET. 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 dei topi con B. ovale aumentava la quantità di SCFA intestinali (tra cui 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 (95% CI: 0,599–0,836) e identificare ET e NC con un'AUC di 0,655 (95% CI: 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 assunto per via orale possa ridurre la gravità del tremore nei pazienti affetti da tremore essenziale merita ulteriori studi.
Pertanto, il contenuto di acidi grassi a catena corta (SCFA) nelle feci risulta ridotto nei pazienti con trombocitemia essenziale (TE) ed è associato alla gravità clinica della TE e a specifiche alterazioni del microbiota intestinale. Il propionato, il butirrato e l'isobutirrato fecali potrebbero essere biomarcatori diagnostici per la TE, mentre l'isobutirrato e l'isovalerato potrebbero essere biomarcatori diagnostici differenziali. Le variazioni dell'isobutirrato fecale potrebbero essere più specifiche per la TE rispetto alle variazioni di altri SCFA.
Il nostro studio presenta diverse limitazioni. In primo luogo, i modelli alimentari e le preferenze alimentari possono influenzare l'espressione del microbiota; sono necessari campioni di studio più ampi in diverse popolazioni e gli studi futuri dovrebbero introdurre indagini dietetiche complete e sistematiche, come i questionari sulla frequenza del consumo di alimenti. In secondo luogo, il disegno di studio trasversale impedisce di trarre conclusioni in merito a una relazione causale tra gli SCFA e il processo patologico del tremore essenziale (TE). Sono necessari ulteriori studi di follow-up a lungo termine con misurazioni seriali degli SCFA fecali. In terzo luogo, le capacità diagnostiche e di diagnosi differenziale dei livelli di SCFA fecali dovrebbero essere validate utilizzando campioni indipendenti di TE, soggetti sani (HC) e pazienti con malattia di Parkinson (PD). In futuro dovrebbero essere testati più campioni di feci indipendenti. Infine, i pazienti con PD nella nostra coorte presentavano una durata della malattia significativamente più breve rispetto ai pazienti con TE. Abbiamo principalmente abbinato i gruppi TE, 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 in fase iniziale 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 trovato alcuna correlazione tra la durata della malattia e le variazioni dei livelli di SCFA. Tuttavia, in futuro, sarebbe opportuno reclutare pazienti con malattia di Parkinson e tremore essenziale in una fase precoce, con una durata della malattia più breve, per completare la validazione su un campione più ampio.
Il protocollo di studio è stato approvato dal Comitato Etico dell'Ospedale Ruijin affiliato alla Facoltà di Medicina dell'Università Jiao Tong di Shanghai (RHEC2018-243). Il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i partecipanti.
Tra gennaio 2019 e dicembre 2022, 109 soggetti (37 ET, 37 PD e 35 HC) provenienti dalla Clinica del Centro per i Disturbi del Movimento dell'Ospedale Ruijin, affiliato alla Facoltà di Medicina dell'Università Jiao Tong di Shanghai, 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 Gruppo di Lavoro MDS 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 assumeva solo beta-bloccanti o nessun farmaco correlato prima della raccolta dei campioni di feci. Sono stati selezionati anche soggetti 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 interventi chirurgici gastrointestinali maggiori, (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 deterioramento cognitivo che interferisce con gli studi clinici.
Tutti i soggetti hanno fornito informazioni sull'anamnesi medica, 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 della Hamilton Depression Rating Scale-17 (HAMD-17) 45, la depressione, 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 Fana-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) e la Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 del Tremor Study Group (TRG) 50 sono state esaminate nei pazienti con ET; la Kinson's Disease Rating Scale (MDS-), sponsorizzata dalla United Parkinson's Disease Association; Sono state esaminate la versione 51 dell'UPDRS e la versione 52 della scala di Hoehn e Yahr (HY).
A ciascun partecipante è stato chiesto di raccogliere un campione di feci al mattino utilizzando un apposito contenitore. I contenitori sono stati trasferiti in ghiaccio e conservati a -80 °C prima dell'analisi. L'analisi degli acidi grassi a catena corta (SCFA) è stata eseguita secondo le procedure standard di Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Da ciascun soggetto sono stati raccolti 400 mg di campioni fecali freschi, analizzati per la determinazione degli SCFA dopo macinazione e sonicazione. Gli SCFA selezionati nelle feci sono stati analizzati mediante gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS).
Il DNA è stato estratto da campioni di 200 mg utilizzando il kit QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Germania) secondo le istruzioni del produttore. La composizione microbica è stata determinata mediante sequenziamento del gene 16S rRNA sul DNA isolato dalle feci, amplificando la regione V3-V4. Il DNA è stato analizzato mediante elettroforesi su gel di agarosio all'1,2%. L'amplificazione del gene 16S rRNA tramite reazione a catena della polimerasi (PCR) 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 categoriche sono espresse come numeri e percentuali. Abbiamo utilizzato il test di Levene per verificare l'omogeneità delle varianze. I confronti sono stati effettuati utilizzando test t a due code o analisi della varianza (ANOVA) se le variabili presentavano una distribuzione normale, e test non parametrici di Mann-Whitney U se le ipotesi di normalità o omoschedasticità non erano soddisfatte. Abbiamo utilizzato l'area sotto la curva ROC (AUC) per quantificare le prestazioni diagnostiche del modello ed esaminare la capacità degli SCFA di distinguere i pazienti con ET 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 il valore P e FDR-P) impostato a 0,05 (a due code).
Le sequenze 16S sono state analizzate utilizzando una combinazione di 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 con 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 dell'analisi discriminante lineare (LDA) (LEfSE) 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 sul disegno dello studio, consultare il riassunto del rapporto di ricerca naturale associato a questo articolo.
I dati grezzi di 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 motivata, come collaborazioni scientifiche e scambi accademici con progetti di ricerca completi. Non è consentito il trasferimento dei dati a terzi senza il nostro consenso.
Codice open source consentito 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 motivata.
Pradeep S e Mehanna R. Disturbi gastrointestinali nei disturbi del movimento ipercinetici e nell'atassia. Associati alla malattia di Parkinson. Confusion. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED e Faust, PL Patologia del tremore essenziale: neurodegenerazione e riorganizzazione delle connessioni neuronali. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Il tremore essenziale è un disturbo primario della disfunzione del GABA? Sì. Internationality. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ e Katara DP L'asse intestino-cervello: due modalità di segnalazione nella malattia di Parkinson. Molecole cellulari. Neurobiologia. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. L'asse microbiota-cervello-intestino e le malattie neurodegenerative. Current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR e He, XX Il trapianto di microbiota fecale migliora simultaneamente il tremore essenziale e la sindrome dell'intestino irritabile nei pazienti. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
Zhang P. et al. Cambiamenti specifici nel microbiota intestinale nel tremore essenziale e loro differenziazione dalla malattia di Parkinson. NPJ Malattia di Parkinson. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J e Wang D. Ruolo critico del microbiota nella regolazione delle unità neuronali-gliali-epiteliali. Resistenza alle infezioni. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. et al. Patologia dell'alfa-sinucleina duodenale e della gliosi intestinale nella malattia di Parkinson progressiva. move. confusion. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. et al. Gli anticorpi contro l'alfa-sinucleina 5G4 riconoscono la malattia di Parkinson conclamata e la malattia di Parkinson prodromica nella mucosa del colon. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M e Fasano A. Coincidenza del tremore essenziale e della malattia di Parkinson. Associato alla malattia di Parkinson. Confusione. 46, C101–C104 (2018).
Sampson, TR et al. Il microbiota intestinale modula i deficit motori e la neuroinfiammazione nei modelli di malattia di Parkinson. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM et al. Gli acidi grassi a catena corta e il microbiota intestinale differiscono tra pazienti con malattia di Parkinson e controlli di pari età. Associati alla malattia di Parkinson. Confusione. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E e Elinav E. Metaboliti regolati dal microbioma all'interfaccia immunitaria dell'ospite. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).