תודה שביקרתם באתר Nature.com. גרסת הדפדפן בה אתם משתמשים תמכה ב-CSS באופן מוגבל. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים להשתמש בגרסה חדשה יותר של הדפדפן שלכם (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, אנו מציגים את האתר ללא עיצוב או JavaScript.
אבחון מוקדם של רעד בסיסי (ET) יכול להיות מאתגר, במיוחד כאשר מבחינים בו בין קבוצת ביקורת בריאה (HC) למחלת פרקינסון (PD). לאחרונה, ניתוח דגימות צואה עבור מיקרוביוטה של ​​המעי והמטבוליטים שלו סיפק שיטות חדשות לגילוי סמנים ביולוגיים חדשים למחלות ניווניות. חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA), כמטבוליט העיקרי של פלורת המעי, מופחתות בצואה בחולי PD. עם זאת, SCFA צואתי מעולם לא נחקרו ב-ET. מטרתנו הייתה לחקור את רמות SCFA בצואה ב-ET, להעריך את הקשר שלהן עם תסמינים קליניים ומיקרוביוטה של ​​המעי, ולקבוע את יכולתן האבחנתית הפוטנציאלית. SCFA צואתי ומיקרוביוטה של ​​המעי נמדדו ב-37 ET, 37 PD חדשים ו-35 HC. עצירות, תפקוד לקוי של מערכת העיכול וחומרת הרעד הוערכו באמצעות סולמות. רמות פרופיונט, בוטיראט ואיזובוטיראט בצואה היו נמוכות יותר ב-ET מאשר ב-HC. שילוב של חומצות פרופיוניות, בוטיריות ואיזובוטיריות הבדיל בין חומצה איזובוטירית (ET) לבין חומצה קרום הרחם (HC) עם AUC של 0.751 (רווח בר-סמך 95%: 0.634–0.867). רמות חומצה איזובלרית וחומצה איזובוטירית בצואה היו נמוכות יותר ב-ET מאשר ב-PD. חומצה איזובוטירית וחומצה איזובוטירית מבחינות בין ET ל-PD עם AUC של 0.743 (רווח בר-סמך 95%: 0.629–0.857). פרופיונאט צואתי קשור ביחס הפוך לעצירות ולתפקוד אוטונומי לקוי. חומצה איזובוטירית וחומצה איזובוטירית קשורות ביחס הפוך לחומרת הרעד. הירידה בתכולת שומן רב-תכליתי (SCFA) בצואה נקשרה לירידה בשפע של Faecalibacterium ו-Streptobacterium ב-ET. לפיכך, תכולת שומן רב-תכליתי בצואה יורדת ב-ET וקשורה לחומרת התמונה הקלינית ולשינויים במיקרוביוטה של ​​המעי. חומצה פרופיונית, חומצה בוטירית, חומצה איזובוטירית וחומצה איזובלרית בצואה עשויות להיות סמנים ביולוגיים אבחנתיים ומבדלים פוטנציאליים עבור ET.
רעד חיוני (ET) הוא הפרעה ניוונית כרונית ומתקדמת המאופיינת בעיקר ברעד של הגפיים העליונות, שיכול להשפיע גם על חלקים אחרים בגוף כמו הראש, מיתרי הקול והגפיים התחתונות 1. המאפיינים הקליניים של ET כוללים לא רק תסמינים מוטוריים אלא גם כמה סימנים לא מוטוריים, כולל מחלות במערכת העיכול 2. מחקרים רבים נערכו כדי לבחון את המאפיינים הפתולוגיים והפיזיולוגיים של רעד חיוני, אך לא זוהו מנגנונים פתופיזיולוגיים ברורים 3,4. מחקרים אחרונים מצביעים על כך שתפקוד לקוי של ציר המיקרוביוטה-מעי-מוח עשוי לתרום למחלות ניווניות, וישנן עדויות הולכות וגדלות לקשר דו-כיווני פוטנציאלי בין המיקרוביוטה של ​​המעי למחלות ניווניות 5,6. ראוי לציין, שבדיווח מקרה אחד, השתלת מיקרוביוטה צואה שיפרה הן את הרעד החיוני והן את תסמונת המעי הרגיז אצל מטופל, דבר שעשוי להצביע על קשר הדוק בין המיקרוביוטה של ​​המעי לרעד חיוני. בנוסף, מצאנו גם שינויים ספציפיים במיקרוביוטה של ​​המעי בחולים עם ET, דבר התומך מאוד בתפקיד החשוב של דיסביוזה של המעי ב-ET 8.
בכל הנוגע לדיסביוזה של המעי במחלות ניווניות של מערכת העצבים, מחלת פרקינסון היא המחלה הנחקרה ביותר5. מיקרוביוטה לא מאוזנת יכולה להגביר את חדירות המעי ולהפעיל תאי גליה במעיים, מה שמוביל לאלפא-סינוקלאינופתיות9,10,11. למחלת פרקינסון ול-ET יש מאפיינים חופפים מסוימים, כגון תדירות דומה של רעד בחולי ET ו-PD, רעד חופף במנוחה (רעד טיפוסי במחלת פרקינסון) ורעד יציבתי (הנמצא בעיקר בחולי ET), מה שמקשה על ההבחנה ביניהם. בשלבים מוקדמים12. לכן, עלינו לפתוח בדחיפות חלון שימושי להבדיל בין ET ל-PD. בהקשר זה, לימוד הדיסביוזה הספציפית של המעי ושינויים במטבוליטים הקשורים ל-ET וזיהוי ההבדלים ביניהם לבין PD עשויים להפוך לסמנים ביולוגיים פוטנציאליים לאבחון ולאבחנה מבדלת של ET.
חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) הן המטבוליטים העיקריים המיוצרים על ידי תסיסה של סיבים תזונתיים על ידי חיידקי מעיים, ונחשבים כי הן ממלאות תפקיד קריטי באינטראקציות בין המעי למוח13,14. חומצות שומן קצרות שרשרת נספגות על ידי תאי המעי הגס ומועברות לכבד דרך מערכת הורידים הפורטלית, וחלק מהחומרים המכילים SCFA חודרים למחזור הדם הסיסטמי. לחומצות שומן קצרות שרשרת השפעות מקומיות על שמירה על שלמות מחסום המעי וקידום חסינות מולדת ברירית המעי15. יש להן גם השפעות ארוכות טווח על מחסום הדם-מוח (BBB) ​​על ידי גירוי חלבוני צומת הדוק והפעלת נוירונים על ידי גירוי קולטנים מצומדים לחלבון G (GPCRs) לחצות את מחסום הדם-מוח16. אצטט, פרופיונט ובוטיראט הן חומצות השומן הקצרות ביותר במעי הגס. מחקרים קודמים הראו רמות נמוכות יותר של חומצות אצטיות, פרופיוניות ובוטיריות בצואה בחולים עם מחלת פרקינסון17. עם זאת, רמות SCFA בצואה מעולם לא נחקרו בחולים עם ET.
לפיכך, המחקר שלנו נועד לזהות שינויים ספציפיים ב-SCFA צואה בחולים עם מחלת פרקינסון חדשה ואת ההבדלים ביניהם לבין חולים עם פרקינסון, להעריך את הקשר בין SCFA צואה לתסמינים קליניים של SCFA ומיקרוביוטה של ​​המעי, וכן לזהות את היכולות האבחוניות והאבחון המבדלות הפוטנציאליות של דגימות צואה. KZHK. כדי להתמודד עם גורמים מבלבלים הקשורים לתרופות נוגדות פרקינסון, בחרנו חולים עם מחלת פרקינסון חדשה כקבוצת ביקורת.
המאפיינים הדמוגרפיים והקליניים של 37 חולי ET, 37 חולי PD ו-35 חולי HC מסוכמים בטבלה 1. חולי ET, PD ו-HC הותאמו לפי גיל, מין ו-BMI. לשלוש הקבוצות היה גם שיעור דומה של עישון, שתיית אלכוהול ושתיית קפה ותה. ציון וקסנר (P = 0.004) וציון HAMD-17 (P = 0.001) של קבוצת PD היו גבוהים יותר מאלה של קבוצת HC, וציון HAMA (P = 0.011) וציון HAMD-17 (P = 0.011) של קבוצת ET היו גבוהים יותר מאלה של קבוצת HC. מהלך המחלה בקבוצת ET היה ארוך יותר באופן משמעותי מאשר בקבוצת PD (P<0.001).
נמצאו הבדלים משמעותיים ברמות הצואה של חומצה פרופיונית (P = 0.023), חומצה אצטית (P = 0.039), חומצה בוטירית (P = 0.020), חומצה איזובלרית (P = 0.045) וחומצה איזובוטירית (P = 0.015). בניתוח פוסט-הוק נוסף, רמות החומצה הפרופונית (P = 0.023), חומצה בוטירית (P = 0.007) וחומצה איזובוטירית (P = 0.040) בקבוצת הטיפול התרופתי היו נמוכות משמעותית מאלה בקבוצת הטיפול התרופתי. לחולים עם טיפול תרופתי היו רמות נמוכות יותר של איזובולטרט (P = 0.014) ואיזובוטירט (P = 0.005) בהשוואה לחולים עם מחלת פרקינסון. בנוסף, רמות החומצה הפרופונית בצואה (P = 0.013), חומצה אצטית (P = 0.016) וחומצה בוטירית (P = 0.041) היו נמוכות יותר בחולים עם פרקינסון בהשוואה לחולים עם סרטן השדרה (איור 1 וטבלה משלימה 1).
ag מייצג השוואה קבוצתית של חומצה פרופיונית, חומצה אצטית, חומצה בוטירית, חומצה איזובלרית, חומצה ולרית, חומצה קפרואית וחומצה איזובוטירית, בהתאמה. נמצאו הבדלים משמעותיים ברמות של חומצה פרופיונית, חומצה אצטית, חומצה בוטירית, חומצה איזובלרית וחומצה איזובוטירית בצואה בין שלוש הקבוצות. רעד חיוני בצואה, מחלת פרקינסון, בקרת קרום הרחם בריאה, SCFA. הבדלים משמעותיים מסומנים על ידי *P < 0.05 ו- **P < 0.01.
בהתחשב בהבדל במהלך המחלה בין קבוצת ה-ET לקבוצת ה-PD, בדקנו 33 חולים עם PD מוקדם ו-16 חולים עם ET (מהלך מחלה ≤3 שנים) לצורך השוואה נוספת (טבלה משלימה 2). התוצאות הראו שתכולת חומצה פרופיונית בצואה של ET הייתה נמוכה משמעותית מזו של HA (P=0.015). ההבדל בין ET לחומצה מוחי (HC) עבור חומצה בוטירית וחומצה איזובוטירית לא היה משמעותי, אך עדיין נצפתה מגמה (P = 0.082). רמות האיזובוטיראט בצואה היו נמוכות משמעותית בחולים עם ET בהשוואה לחולים עם PD (P = 0.030). ההבדל בין ET לחומצה מוחי (PD) של חומצה איזובלרית לא היה משמעותי, אך עדיין נצפתה מגמה (P = 0.084). חומצה פרופיונית (P = 0.023), חומצה אצטית (P = 0.020) וחומצה בוטירית (P = 0.044) היו נמוכות משמעותית בחולי PD מאשר בחולי HC. תוצאות אלו (איור משלים 1) עולות בקנה אחד עם התוצאות העיקריות. ההבדל בתוצאות בין המדגם הכולל לתת-קבוצת החולים המוקדמת עשוי להיות נובע מגודל המדגם הקטן יותר בתת-הקבוצה, וכתוצאה מכך עוצמה סטטיסטית נמוכה יותר של הנתונים.
לאחר מכן בדקנו האם רמות חומצה איזובוטירית (SCFA) בצואה יכולות להבחין בין חולים עם ET לבין חולים עם CU או PD. על פי ניתוח ROC, ההבדל ב-AUC של רמות פרופיונאט היה 0.668 (רווח בר-סמך 95%: 0.538-0.797), מה שאפשר להבחין בין חולים עם ET לבין HC. חולים עם ET וגלוקוזיס ניתן היה להבחין באמצעות רמות בוטיראט עם AUC של 0.685 (רווח בר-סמך 95%: 0.556–0.814). הבדלים ברמות חומצה איזובוטירית עשויים להבחין בין חולים עם ET לבין HC עם AUC של 0.655 (רווח בר-סמך 95%: 0.525–0.786). כאשר משלבים רמות פרופיונט, בוטיראט ואיזובוטירט, התקבל AUC גבוה יותר של 0.751 (רווח בר-סמך 95%: 0.634–0.867) עם רגישות של 74.3% וסגוליות של 72.9% (איור 2א'). כדי להבדיל בין חולי ET לחולי PD, ה-AUC עבור רמות חומצה איזובלרית היה 0.700 (רווח בר-סמך 95%: 0.579–0.822) ועבור רמות חומצה איזובוטירית היה 0.718 (רווח בר-סמך 95%: 0.599–0.836). לשילוב של רמות חומצה איזובלרית וחומצה איזובוטירית היה AUC גבוה יותר של 0.743 (רווח בר-סמך 95%: 0.629–0.857), רגישות של 74.3% וסגוליות של 62.9% (איור 2ב'). בנוסף, בדקנו האם רמות חומצה פרופיונית (SCFA) בצואה של חולים במחלת פרקינסון שונות מרמות הביקורת. על פי ניתוח ROC, ה-AUC לזיהוי חולים עם פרקינסון על סמך הבדלים ברמות חומצה פרופיונית היה 0.687 (רווח בר-סמך 95%: 0.559-0.814), עם רגישות של 68.6% וסגוליות של 68.7%. הבדלים ברמות אצטט עשויים להבחין בין חולי פרקינסון לחולי סרטן עם AUC של 0.674 (רווח בר-סמך 95%: 0.542–0.805). ניתן להבדיל חולים עם פרקינסון מחומצה פרופיונית רק לפי רמות בוטיראט עם AUC של 0.651 (רווח בר-סמך 95%: 0.515–0.787). כאשר משלבים רמות פרופיונט, אצטט ובוטיראט, התקבל AUC של 0.682 (רווח בר-סמך 95%: 0.553–0.811) (איור 2c).
אפליה של הכנסייה הרוסית האורתודוקסית נגד חוסמים ותסמונת קרדיווסקולרית; ב. אפליה של הכנסייה הרוסית האורתודוקסית נגד חוסמים ותסמונת פרקינסון; ג. אפליה של הכנסייה הרוסית האורתודוקסית נגד חוסמים ותסמונת קרדיווסקולרית. רעד חיוני של חוסמים ותסמונת קרדיווסקולרית, מחלת פרקינסון, שליטה על קרדיווסקולרית בריאה, SCFA.
בחולים עם ET, רמות חומצה איזובוטירית בצואה היו בקורלציה שלילית עם ציון FTM (r = -0.349, P = 0.034), ורמות חומצה איזובלרית בצואה היו בקורלציה שלילית עם ציון FTM (r = -0.421, P = 0.001) וציון TETRAS (r = -0.382, P = 0.020). בחולים עם ET ו-PD, רמות פרופיונאט בצואה היו בקורלציה שלילית עם ציון SCOPA-AUT (r = -0.236, P = 0.043) (איור 3 וטבלה משלימה 3). לא נמצא קורלציה משמעותית בין מהלך המחלה לבין SCFA בקבוצת ET (P ≥ 0.161) או בקבוצת PD (P ≥ 0.246) (טבלה משלימה 4). בחולים עם מחלת פרקינסון, רמות חומצה קפרואית בצואה היו בקורלציה חיובית עם ציוני MDS-UPDRS (r = 0.335, P = 0.042). בקרב כל המשתתפים, רמות פרופיונאט צואה (r = -0.230, P = 0.016) ואצטאט (r = -0.210, P = 0.029) היו בקורלציה שלילית עם ציוני וקסנר (איור 3 וטבלה משלימה 3).
רמות חומצה איזובוטירית בצואה נמצאו בקורלציה שלילית עם ציוני FTM, חומצה איזובלרית נמצאה בקורלציה שלילית עם ציוני FTM ו-TETRAS, חומצה פרופיונית נמצאה בקורלציה שלילית עם ציוני SCOPA-AUT, חומצה קפרואית נמצאה בקורלציה חיובית עם ציוני MDS-UPDRS, וחומצה פרופיונית נמצאה בקורלציה שלילית עם ציוני FTM ו-TETRAS. TETRAS וחומצה אצטית נמצאו בקורלציה שלילית עם ציון וקסנר. גרסה בחסות MDS-UPDRS Association של סולם דירוג מחלת פרקינסון המאוחד, בדיקת מצב מנטלי מיני MMSE, סולם דירוג דיכאון של המילטון HAMD-17, 17 פריטים, סולם דירוג חרדה של המילטון HAMA, שלבי HY Hoehn ו-Yarh, SCFA, סולם SCOPA-AUT לתסמיני תוצאה אוטונומיים של מחלת פרקינסון, סולם דירוג רעד קליני של FTM Fana-Tolosa-Marin, סולם דירוג רעד חיוני של קבוצת המחקר TETRAS (TRG). הבדלים משמעותיים מסומנים על ידי *P < 0.05 ו- **P < 0.01.
חקרנו עוד את האופי המבדיל של המיקרוביוטה של ​​המעיים באמצעות ניתוח LEfSE ובחרנו את רמת נתוני השפע היחסי של הסוג לניתוח נוסף. נערכו השוואות בין ET ל-HC ובין ET ל-PD. לאחר מכן בוצע ניתוח מתאם ספירמן על השפע היחסי של המיקרוביוטה של ​​המעיים ורמות SCFA בצואה בשתי קבוצות ההשוואה.
בניתוח של ET ו-CA נכחו פאקליבקטריום (בקורלציה עם חומצה בוטירית, r = 0.408, P < 0.001), לקטובצילוס (בקורלציה עם חומצה בוטירית, r = 0.283, P = 0.016), סטרפטובקטריום (בקורלציה עם חומצה פרופיונית, r = 0.327); P = 0.005; בקורלציה עם חומצה בוטירית, r = 0.374, P = 0.001; נמצא כי (מתואם עם חומצה איזובוטירית, r = 0.329, P = 0.005), Howardella (מתואם עם חומצה פרופיונית, r = 0.242, P = 0.041), Raoultella (מתואם עם פרופיונאט, r = 0.249, P = 0.035), ו-Candidatus Arthromitus (מתואם עם חומצה איזובוטירית, r = 0.302, P = 0.010) ירד ב-ET ונמצא בקורלציה חיובית עם רמות SCFA בצואה. עם זאת, שפע Stenotropomonas גדל ב-ET ונמצא בקורלציה שלילית עם רמות איזובוטירט בצואה (r = -0.250, P = 0.034). לאחר התאמת FDR, רק המתאמים בין Faecalibacterium, Catenibacter ו-SCFA נותרו מובהקים (P ≤ 0.045) (איור 4 וטבלה משלימה 5).
ניתוח קורלציה של ET ו-HC. לאחר התאמת FDR, נמצא כי שפע ה-Faecalibacterium (קשור חיובי לבוטיראט) ו-Streptobacterium (קשור חיובי לפרופיונט, בוטיראט ואיזובוטיראט) היה מופחת ב-ET וקשור חיובי לרמות SCFA בצואה. b ניתוח קורלציה של ET ו-PD. לאחר התאמת FDR, לא נמצאו קשרים משמעותיים. רעד חיוני ב-ET, מחלת פרקינסון, HC בריאה בשליטה, SCFA. הבדלים משמעותיים מסומנים על ידי *P < 0.05 ו- **P < 0.01.
בניתוח ET לעומת PD, נמצא כי רמות Clostridium trichophyton מוגברות ב-ET וקורלציה עם חומצה איזובלרית צואתית (r = -0.238, P = 0.041) וחומצה איזובוטירית (r = -0.257, P = 0.027). לאחר התאמת FDR, שניהם נותרו מובהקים (P≥0.295) (איור 4 וטבלה משלימה 5).
מחקר זה הינו מחקר מקיף הבוחן את רמות חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) בצואה ומקשר ביניהן לשינויים במיקרוביוטה של ​​המעי ובחומרת התסמינים בחולים עם דלקת מפרקים שגרונית (ET) בהשוואה לחולים עם CU ו-PD. מצאנו שרמות חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) בצואה היו נמוכות יותר בחולים עם ET והיו קשורות לחומרה קלינית ולשינויים ספציפיים במיקרוביוטה של ​​המעי. רמות מצטברות של חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) בצואה מבדילות בין חומצות שומן קצרות שרשרת (ET) לחומרת GC ו-PD.
בהשוואה לחולי GC, לחולי ET רמות נמוכות יותר של חומצות פרופיוניות, בוטיריות ואיזובוטיריות בצואה. השילוב של חומצות פרופיוניות, בוטיריות ואיזובוטיריות יכול להבדיל בין ET לחומצות HC עם AUC של 0.751 (רווח בר-סמך 95%: 0.634–0.867), רגישות של 74.3% וספציפיות של 72.9%, דבר המצביע על שימושן כתפקיד פוטנציאלי כסמנים ביולוגיים לאבחון ET. ניתוח נוסף הראה כי רמות חומצה פרופיונית בצואה היו בקורלציה שלילית עם ציון Wexner וציון SCOPA-AUT. רמות חומצה איזובוטירית בצואה היו בקורלציה הפוך עם ציוני FTM. מצד שני, ירידה ברמות בוטיראט ב-ET הייתה קשורה לירידה בשפע המיקרוביוטה המייצרת SCFA, Faecalibacterium ו-Categorybacter. בנוסף, ירידה בשפע Catenibacter ב-ET הייתה קשורה גם לירידה ברמות חומצה פרופיונית ואיזובוטירית בצואה.
רוב חומצות השומן הקצרות-שרשרת (SCFAs) המיוצרות במעי הגס נקלטות על ידי קולונוציטים בעיקר באמצעות טרנספורטרים מונוקרבוקסילטיים תלויי-H+ או תלויי-נתרן. חומצות שומן קצרות שרשרת שנספגות משמשות כמקור אנרגיה עבור קולונוציטים, בעוד שאלו שאינן עוברות מטבוליזם בקולונוציטים מועברות למחזור הדם הפורטלי 18. חומצות שומן קצרות שרשרת יכולות להשפיע על תנועתיות המעי, לשפר את תפקוד מחסום המעי ולהשפיע על חילוף החומרים והחסינות של המארח 19. בעבר נמצא כי ריכוזי בוטיראט, אצטט ופרופיונאט בצואה היו מופחתים בחולי פרקינסון בהשוואה ל-HCs 17, דבר התואם את התוצאות שלנו. המחקר שלנו מצא ירידה ב-SCFA בחולים עם ET, אך מעט ידוע על תפקידם של SCFA בפתולוגיה של ET. בוטיראט ופרופיונאט יכולים להיקשר ל-GPCRs ולהשפיע על איתות תלוי-GPCR כגון איתות MAPK ו-NF-κB20. הרעיון הבסיסי של ציר המעי-מוח הוא ש-SCFAs המופרשים על ידי חיידקי מעיים יכולים להשפיע על איתות המארח, ובכך להשפיע על תפקוד המעי והמוח. מכיוון שלבוטיראט ולפרופיונט השפעות מעכבות חזקות על פעילות היסטון דאאצטילאז (HDAC)21 ובוטיראט יכול לשמש גם כבלגנד לגורמי שעתוק, יש להם השפעות נרחבות על חילוף החומרים, ההתמיינות וההתרבות של המארח, בעיקר בשל השפעתם על ויסות גנים22. בהתבסס על ראיות מ-SCFA ומחלות ניווניות של מערכת העצבים, בוטיראט נחשב למועמד טיפולי בשל יכולתו לתקן פעילות HDAC לקויה, אשר עשויה לתווך מוות של נוירונים דופמינרגיים במחלת PD23,24,25. מחקרים בבעלי חיים הדגימו גם את יכולתה של חומצה בוטירית למנוע ניוון של נוירונים דופמינרגיים ולשפר הפרעות תנועה במודלים של PD26,27. נמצא כי חומצה פרופיונית מגבילה תגובות דלקתיות ומגנה על שלמות בלוטת התריס (BBF)28,29. מחקרים הראו כי חומצה פרופיונית מקדמת את הישרדותם של נוירונים דופמינרגיים בתגובה לרעילות רוטנון במודלים של PD30 וכי מתן פומי של חומצה פרופיונית מציל אובדן נוירונים דופמינרגיים וחסרים מוטוריים בעכברים עם PD31. מעט ידוע על תפקידה של חומצה איזובוטירית. עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה מצא כי קולוניזציה של עכברים עם B. ovale הגבירה את תכולת חומצות שומן קצרות (SCFA) במעי (כולל אצטט, פרופיונאט, איזובוטיראט ואיזובלרט) ואת ריכוז ה-GABA במעי, דבר המדגיש כי נקבע קשר בין המיקרוביוטה של ​​המעי לריכוזי נוירוטרנסמיטרים SCFA במעי32. עבור ET, שינויים פתולוגיים חריגים במוח הקטן כוללים שינויים באקסונים ובדנדריטים של תאי פורקינג'ה, תזוזה ואובדן של תאי פורקינג'ה, שינויים באקסונים של תאי סל וחריגות בחיבורי סיבים עולים לגרעיני תאי פורקינג'ה, מה שמוביל לירידה בתפוקת ה-GABA-ארגית מהמוח הקטן3,4,33. עדיין לא ברור האם חומצות שומן קצרות קשורות לנוירודגנרציה של תאי פורקינג'ה ולירידה בייצור GABA במוח הקטן. תוצאותינו מצביעות על קשר הדוק בין SCFA ו-ET; עם זאת, עיצוב המחקר החתך-רוחב אינו מאפשר מסקנות לגבי הקשר הסיבתי בין SCFA לתהליך מחלת ET. יש צורך במחקרי מעקב אורכיים נוספים, כולל מדידות סדרתיות של חומצות שומן קצרות (SCFA) בצואה, כמו גם מחקרים בבעלי חיים הבוחנים מנגנונים.
נחשבים כמעוררי התכווצות שרירים חלקים של המעי הגס34. חוסר ב-SCFA יחמיר את תסמיני העצירות, ותוספת של SCFA עשויה לשפר את תסמיני העצירות PD35. תוצאותינו מצביעות גם על קשר משמעותי בין ירידה בתכולת SCFA בצואה לבין עצירות מוגברת ותפקוד לקוי של מערכת העצבים האוטונומית בחולים עם תסמונת המעי הרגיז. דו"ח מקרה אחד מצא כי השתלת מיקרוביוטה שיפרה הן רעד חיוני והן תסמונת המעי הרגיז בחולה 7, דבר המצביע עוד על קשר הדוק בין מיקרוביוטת המעי לבין תסמונת המעי הרגיז. לכן, אנו מאמינים ש-SCFA/מיקרוביוטה בצואה עשויים להשפיע על תנועתיות המעי של המארח ועל תפקוד מערכת העצבים האוטונומית.
המחקר מצא כי רמות נמוכות של חומצות שומן קצרות (SCFA) בצואה בזרימת דם היו קשורות לירידה בשפע של Faecalibacterium (הקשור לבוטיראט) ו-Streptobacterium (הקשור לפרופיונט, בוטיראט ואיזובוטיראט). לאחר תיקון FDR, קשר זה נותר משמעותי. Faecalibacterium ו-Streptobacterium הם מיקרואורגניזמים המייצרים SCFA. Faecalibacterium ידוע כמיקרואורגניזם המייצר בוטיראט36, בעוד שהתוצרים העיקריים של תסיסת Catenibacter הם אצטט, בוטיראט וחומצה לקטית37. Faecalibacterium זוהה ב-100% מקבוצות ה-ET וה-HC; החציון היחסי בקבוצת ה-ET היה 2.06% ובקבוצת ה-HC היה 3.28% (LDA 3.870). חיידק הקטגוריה זוהה ב-21.6% (8/37) מקבוצת ה-HC ורק בדגימה אחת מקבוצת ה-ET (1/35). הירידה וחוסר הגילוי של סטרפטובקטריה ב-ET עשויות גם להצביע על מתאם עם הפתוגניות של המחלה. השפע היחסי החציוני של מיני Catenibacter בקבוצת HC היה 0.07% (LDA 2.129). בנוסף, חיידקי חומצה לקטית היו קשורים לשינויים בבוטירט צואה (P=0.016, P=0.096 לאחר התאמת FDR), ודלקת מפרקים מועמדת הייתה קשורה לשינויים באיזובוטיראט (P=0.016, P=0.072 לאחר התאמת FDR). לאחר תיקון FDR, נותרה רק מגמת המתאם, שאינה מובהקת סטטיסטית. ידועים גם כיצרני SCFA (חומצה אצטית, חומצה פרופיונית, חומצה איזובוטירית, חומצה בוטירית) 38 ו-Candidatus Arthromitus הוא גורם ספציפי להתמיינות תאי T עוזר 17 (Th17), כאשר Th1/2 ו-Tregs קשורים לאיזון חיסוני /Th1739. מחקר שנערך לאחרונה מצביע על כך שרמות גבוהות של דלקת מפרקים שגרונית בצואה עשויות לתרום לדלקת במעי הגס, לתפקוד לקוי של מחסום המעי ולדלקת סיסטמית 40. נוכחות של Clostridium trichophyton הייתה מוגברת בחומצה איזובלרית (ET) בהשוואה ל-PD. נמצא כי שפע של Clostridium trichoides היה בקורלציה שלילית עם חומצה איזובלרית וחומצה איזובוטירית. לאחר התאמת FDR, שניהם נותרו משמעותיים (P≥0.295). Clostridium pilosum הוא חיידק הידוע כקשור לדלקת ועשוי לתרום לתפקוד לקוי של מחסום המעי 41. מחקרנו הקודם דיווח על שינויים במיקרוביוטה של ​​המעי של חולים עם ET8. כאן אנו מדווחים גם על שינויים ב-SCFAs בחומצה איזובלרית (ET) ומזהים קשר בין דיסביוזה של המעי לשינויים ב-SCFAs. רמות נמוכות של SCFA קשורות קשר הדוק לדיסביוזה של המעי וחומרת הרעד בחומצה איזובלרית. תוצאותינו מצביעות על כך שציר המעי-מוח עשוי למלא תפקיד חשוב בפתוגנזה של ET, אך יש צורך במחקרים נוספים במודלים של בעלי חיים.
בהשוואה לחולים עם פרקינסון, לחולים עם ET יש רמות נמוכות יותר של חומצות איזובלריות ואיזובוטיריות בצואה שלהם. השילוב של חומצה איזובלרית וחומצה איזובוטירית זיהה ET במחלת פרקינסון עם AUC של 0.743 (רווח בר-סמך 95%: 0.629-0.857), רגישות של 74.3% וספציפיות של 62.9%, דבר המצביע על תפקידם הפוטנציאלי כסמנים ביולוגיים באבחנה המבדלת של ET. רמות חומצה איזובלרית בצואה היו בקורלציה הפוך עם ציוני FTM ו-TETRAS. רמות חומצה איזובוטירית בצואה היו בקורלציה הפוך עם ציוני FTM. הירידה ברמות חומצה איזובוטירית נקשרה לירידה בשפע של קטובקטריה. מעט ידוע על תפקידי חומצה איזובולירית וחומצה איזובוטירית. מחקר קודם הראה כי קולוניזציה של עכברים עם Bacteroides ovale הגבירה את תכולת חומצות שומן קצרות (SCFA) במעי (כולל אצטט, פרופיונאט, איזובוטיראט ואיזובלרט) ואת ריכוזי GABA במעי, דבר המדגיש את הקשר המעי בין המיקרוביוטה לריכוזי SCFA/נוירוטרנסמיטרים במעי32. מעניין לציין, שרמות חומצה איזובוטירית שנצפו היו דומות בין קבוצות PD ו-HC, אך היו שונות בין קבוצות ET ו-PD (או HC). חומצה איזובוטירית יכלה להבחין בין ET ל-PD עם AUC של 0.718 (רווח בר-סמך 95%: 0.599–0.836) ולזהות ET ו-NC עם AUC של 0.655 (רווח בר-סמך 95%: 0.525–0.786). בנוסף, רמות חומצה איזובוטירית מתואמות עם חומרת הרעד, מה שמחזק עוד יותר את הקשר שלהן ל-ET. השאלה האם חומצה איזובוטירית דרך הפה יכולה להפחית את חומרת הרעד בחולים עם ET ראויה למחקר נוסף.
לפיכך, תכולת שומן קצר בצואה מופחתת בחולים עם דלקת מפרקים שגרונית (ET) וקשורה לחומרה הקלינית של ET ולשינויים ספציפיים במיקרוביוטה של ​​המעי. פרופיונאט, בוטיראט ואיזובוטיראט צואתיים עשויים להיות סמנים ביולוגיים אבחנתיים עבור ET, בעוד איזובוטיראט ואיזובלראט עשויים להיות סמנים ביולוגיים אבחנתיים מבדלים עבור ET. שינויים באיזובוטיראט בצואה עשויים להיות ספציפיים יותר עבור ET מאשר שינויים בשומן קצר בצואה אחר.
למחקר שלנו מספר מגבלות. ראשית, דפוסי תזונה והעדפות מזון עשויים להשפיע על ביטוי המיקרוביוטה, יש צורך במדגמים גדולים יותר של מחקר באוכלוסיות שונות, ומחקרים עתידיים צריכים להציג סקרים תזונתיים מקיפים וסיסטמטיים כגון שאלוני תדירות מזון. שנית, עיצוב המחקר החתך מונע כל מסקנות לגבי קשר סיבתי בין חומצות שומן קצרות (SCFA) להתפתחות תסמונת טראומה. יש צורך במחקרי מעקב ארוכי טווח נוספים עם מדידות סדרתיות של SCFA בצואה. שלישית, יש לאמת את יכולות האבחון והאבחון המבדלות של רמות SCFA בצואה באמצעות דגימות בלתי תלויות מ-ET, HC ו-PD. יש לבדוק דגימות צואה בלתי תלויות יותר בעתיד. לבסוף, לחולים עם PD בקבוצת המחקר שלנו היה משך מחלה קצר משמעותית בהשוואה לחולים עם ET. התאמנו בעיקר ET, PD ו-HC לפי גיל, מין ו-BMI. בהתחשב בהבדל במהלך המחלה בין קבוצת ה-ET לקבוצת ה-PD, חקרנו גם 33 חולים עם PD מוקדם ו-16 חולים עם ET (משך מחלה ≤3 שנים) להשוואה נוספת. ההבדלים בין הקבוצות ב-SCFA היו בדרך כלל עקביים עם הנתונים הראשוניים שלנו. בנוסף, לא מצאנו מתאם בין משך המחלה לשינויים ב-SCFA. עם זאת, בעתיד, עדיף לגייס חולים עם PD ו-ET בשלב מוקדם עם משך מחלה קצר יותר כדי להשלים את האימות במדגם גדול יותר.
פרוטוקול המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים רויג'ין, המסונף לבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'יאו טונג בשנגחאי (RHEC2018-243). הסכמה מדעת בכתב התקבלה מכל המשתתפים.
בין ינואר 2019 לדצמבר 2022, נכללו במחקר 109 נבדקים (37 עם הפרעות תנועה, 37 עם הפרעות תנועה ו-35 עם הפרעות תנועה) ממרפאת מרכז הפרעות התנועה בבית החולים רויג'ין, המסונף לבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'יאו טונג באוניברסיטת שנגחאי. הקריטריונים היו: (1) גיל 25-85 שנים, (2) חולים עם הפרעות תנועה אובחנו לפי קריטריוני קבוצת העבודה של MDS 42 ו-PD אובחנו לפי קריטריוני MDS 43, (3) כל החולים לא נטלו תרופות נוגדות PD לפני איסוף הדגימות בכיסא. (4) קבוצת ה-ET נטלה רק חוסמי בטא או ללא תרופות קשורות לפני איסוף דגימות צואה. נבחרו גם הפרעות תנועה התואמות לגיל, מין ומדד מסת גוף (BMI). קריטריוני ההדרה היו: (1) צמחונים, (2) תזונה לקויה, (3) מחלות כרוניות של מערכת העיכול (כולל מחלות מעי דלקתיות, כיב קיבה או תריסריון), (4) מחלות כרוניות קשות (כולל גידולים ממאירים), אי ספיקת לב, אי ספיקת כליות, מחלות המטולוגיות), (5) היסטוריה של ניתוחים גדולים במערכת העיכול, (6) צריכה כרונית או קבועה של יוגורט, (7) שימוש בפרוביוטיקה או אנטיביוטיקה במשך חודש אחד, (8) שימוש כרוני בקורטיקוסטרואידים, מעכבי משאבת פרוטונים, סטטינים, מטפורמין, תרופות מדכאות חיסון או תרופות נגד סרטן, ו-(9) פגיעה קוגניטיבית חמורה המשפיעה על ניסויים קליניים.
כל הנבדקים סיפקו היסטוריה רפואית, מידע על משקל וגובה לחישוב BMI, ועברו בדיקה נוירולוגית והערכה קלינית כגון ציון חרדה בסולם דירוג חרדה של המילטון (HAMA) 44, ציון סולם דירוג דיכאון של המילטון-17 (HAMD-17) 45. דיכאון, חומרת עצירות באמצעות סולם וקסנר לעצירות 46 וסולם בריסטול לשרפרף 47 וביצועים קוגניטיביים באמצעות בדיקת מצב מנטלי מיני (MMSE) 48. הסולם להערכת תסמינים אוטונומיים של מחלת פרקינסון (SCOPA-AUT) 49 בחן תפקוד לקוי אוטונומי בחולים עם ET ו-PD. סולם דירוג הרעד הקליני של Fan-Tolos-Marin (FTM) וסולם דירוג הרעד החיוני (TETRAS) 50. קבוצת המחקר של הרעד (TRG) 50 נבדקו בחולים עם ET; נבדקו סולם דירוג מחלת קינסון (MDS-UPDRS) גרסה 51 בחסות איגוד מחלת פרקינסון המאוחד ודרגה 52 של Hoehn and Yahr (HY).
כל משתתף התבקש לאסוף דגימת צואה בבוקר באמצעות מיכל לאיסוף צואה. העבירו את המיכלים לקרח ואחסנו בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס לפני העיבוד. ניתוח חומצות שומן קצרות (SCFA) בוצע בהתאם לנהלים השגרתיים של Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. 400 מ"ג של דגימות צואה טריות נאספו מכל נבדק ונותחו באמצעות חומצות שומן קצרות (SCFA) לאחר טחינה וטרום-אוניקציה. SCFA נבחרים בצואה נותחו באמצעות כרומטוגרפיית גז-ספקטרומטריית מסות (GC-MS) וכרומטוגרפיית נוזלים-טנדם MS (LC-MS/MS).
DNA חולץ מדגימות של 200 מ"ג באמצעות ערכת QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, הילדן, גרמניה) בהתאם להוראות היצרן. הרכב המיקרוביאלי נקבע על ידי ריצוף גן 16S rRNA על DNA שבודד מצואה על ידי הגברת אזור V3-V4. בדיקת ה-DNA נבדקה על ידי הרצת הדגימה על ג'ל אגרוז 1.2%. הגברת תגובת שרשרת פולימראז (PCR) של גן 16S rRNA בוצעה באמצעות פריימרים חיידקיים אוניברסליים (357 F ו-806 R) וספריית אמפליקונים דו-שלבית שנבנתה על פלטפורמת Novaseq.
משתנים רציפים מבוטאים כממוצע ± סטיית תקן, ומשתנים קטגוריים מבוטאים כמספרים וכאחוזים. השתמשנו במבחן לוון כדי לבחון את ההומוגניות של השונות. נערכו השוואות באמצעות מבחני t דו-צדדיים או ניתוח שונות (ANOVA) אם המשתנים התפלגו נורמלית ומבחני מאן-ויטני U לא פרמטריים אם הנחות הנורמליות או ההומוסקדקסטיות הופרו. השתמשנו בשטח מתחת לעקומת ROC (AUC) כדי לכמת את הביצועים האבחוניים של המודל ולבחון את יכולתו של SCFA להבחין בין חולים עם ET לבין אלו עם HC או PD. כדי לבחון את הקשר בין SCFA לחומרה קלינית, השתמשנו בניתוח מתאם Spearman. ניתוח סטטיסטי בוצע באמצעות תוכנת SPSS (גרסה 22.0; SPSS Inc., שיקגו, אילינוי) כאשר רמת המובהקות (כולל ערך P ו-FDR-P) נקבעה על 0.05 (דו-צדדי).
רצפי 16S נותחו באמצעות שילוב של תוכנות Trimmomatic (גרסה 0.35), Flash (גרסה 1.2.11), UPARSE (גרסה 8.1.1756), mothur (גרסה 1.33.3) ו-R (גרסה 3.6.3). נתוני גן 16S rRNA גולמיים עובדו באמצעות UPARSE כדי ליצור יחידות טקסונומיות תפעוליות (OTUs) עם זהות של 97%. טקסונומיות צוינו באמצעות Silva 128 כבסיס נתונים. רמת השפע הגנרית של נתוני השפע היחסי נבחרה לניתוח נוסף. ניתוח גודל אפקט של ניתוח ליניארי דיסקרימיננטי (LDA) (LEfSE) שימש להשוואות בין קבוצות (ET לעומת HC, ET לעומת PD) עם סף α של 0.05 וסף גודל אפקט של 2.0. סוגים מבחינים שזוהו על ידי ניתוח LEfSE שימשו בנוסף לניתוח מתאם ספירמן של SCFA.
למידע נוסף על עיצוב המחקר, עיינו בתקציר דוח המחקר הטבעי המצורף למאמר זה.
נתוני ריצוף 16S גולמיים מאוחסנים במסד הנתונים BioProject של המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה (NCBI) ‏(SRP438900: PRJNA974928), כתובת URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc=SRP438900&o.=acc_s%3Aa. נתונים רלוונטיים אחרים זמינים למחבר המתאים על פי בקשה סבירה, כגון שיתופי פעולה מדעיים וחילופי נתונים אקדמיים עם פרויקטים מחקריים מלאים. אין להעביר נתונים לצדדים שלישיים ללא הסכמתנו.
קוד פתוח בלבד עם שילוב של Trimmomatic (גרסה 0.35), Flash (גרסה 1.2.11), UPARSE (גרסה 8.1.1756), mothur (גרסה 1.33.3) ו-R (גרסה 3.6.3), תוך שימוש בהגדרות ברירת מחדל או בסעיף "שיטה". ניתן לספק מידע הבהרה נוסף למחבר המתאים על פי בקשה סבירה.
פראדיפ ס. ומהאנה ר. הפרעות במערכת העיכול בהפרעות תנועה היפרקינטיות ואטקסיה. קשור למחלת פרקינסון. בלבול. 90, 125–133 (2021).
לואיס, אד ופאוסט, פל. פתולוגיה של רעד חיוני: ניוון עצבי וארגון מחדש של קשרים עצביים. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
ג'ירונל, א. האם רעד חיוני הוא הפרעה ראשונית של תפקוד לקוי של גאבא? כן. internationality. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
דוגרה נ., מאני ר.ג'. וקטארה ד.פ. ציר המעי-מוח: שני אופני איתות במחלת פרקינסון. מולקולות תאיות. נוירוביולוגיה. 42, 315–332 (2022).
קוויגלי, EMM. ציר המיקרוביוטה-מוח-מעי ומחלות ניווניות של מערכת העצבים. current. Nellore. Neuroscience. Reports 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR and He, XX השתלת מיקרוביוטה צואתית משפרת בו זמנית רעד חיוני ותסמונת המעי הרגיז בחולים. Geriatric Psychology 20, 796–798 (2020).
ג'אנג פ. ואחרים. שינויים ספציפיים במיקרוביוטה של ​​המעי ברעד חיוני והבדלתם ממחלת פרקינסון. NPJ Parkinson's disease. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J and Wang D. תפקיד קריטי של המיקרוביוטה בוויסות יחידות נוירונים-גליה-אפיתל. עמידות לזיהומים. 14, 5613–5628 (2021).
אמין א. ואחרים. פתולוגיה של אלפא-סינוקלאין בתריסריון וגליוזיס מעיים במחלת פרקינסון מתקדמת. תנועה. בלבול. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
סקורוואנק מ. ואחרים. נוגדנים לאלפא-סינוקלאין 5G4 מזהים מחלת פרקינסון גלויה ומחלת פרקינסון פרודרומלית ברירית המעי הגס. תנועה. בלבול. 33, 1366–1368 (2018).
אלגרני מ' ופאסאנו א'. צירוף מקרים של רעד חיוני ומחלת פרקינסון. קשור למחלת פרקינסון. בלבול. 46, С101–С104 (2018).
סמפסון, טי.אר. ואחרים. מיקרוביוטה של ​​המעיים מווסתת ליקויים מוטוריים ודלקת עצבית במודלים של מחלת פרקינסון. תא 167, 1469–1480.e1412 (2016).
אונגר, MM ואחרים. חומצות שומן קצרות שרשרת ומיקרוביוטה של ​​המעיים נבדלים בין חולים עם מחלת פרקינסון לבין קבוצת ביקורת תואמת גיל. קשור למחלת פרקינסון. בלבול. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E ו-Elinav E. מטבוליטים המווסתים על ידי המיקרוביום בממשק החיסון של המארח. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).