Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk hasil terbaik, kami sarankan menggunakan versi peramban yang lebih baru (atau menonaktifkan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya atau JavaScript.
Diagnosis dini tremor esensial (ET) dapat menjadi tantangan, terutama ketika dibedakan dari kontrol sehat (HC) dan penyakit Parkinson (PD). Baru-baru ini, analisis sampel tinja untuk mikrobiota usus dan metabolitnya telah memberikan metode baru untuk penemuan biomarker baru penyakit neurodegeneratif. Asam lemak rantai pendek (SCFA), sebagai metabolit utama flora usus, berkurang dalam tinja pada PD. Namun, SCFA tinja belum pernah dipelajari pada ET. Kami bertujuan untuk menyelidiki kadar SCFA tinja pada ET, menilai hubungannya dengan gejala klinis dan mikrobiota usus, dan menentukan potensi kemampuan diagnostiknya. SCFA tinja dan mikrobiota usus diukur pada 37 pasien ET, 37 pasien PD baru, dan 35 HC. Konstipasi, disfungsi otonom, dan tingkat keparahan tremor dinilai menggunakan skala. Kadar propionat, butirat, dan isobutirat tinja lebih rendah pada ET daripada pada HC. Kombinasi asam propionat, butirat, dan isobutirat membedakan ET dari HC dengan AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867). Kadar asam isovalerat dan asam isobutirat dalam feses lebih rendah pada ET dibandingkan pada PD. Asam isovalerat dan asam isobutirat membedakan antara ET dan PD dengan AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857). Propionat dalam feses berbanding terbalik dengan konstipasi dan disfungsi otonom. Asam isobutirat dan asam isovalerat berbanding terbalik dengan tingkat keparahan tremor. Penurunan SCFA dalam feses dikaitkan dengan penurunan kelimpahan Faecalibacterium dan Streptobacterium pada ET. Dengan demikian, kandungan SCFA dalam feses menurun pada ET dan dikaitkan dengan tingkat keparahan gambaran klinis dan perubahan mikrobiota usus. Propionat, butirat, isobutirat, dan isovalerat dalam feses mungkin merupakan biomarker diagnostik dan diagnostik diferensial potensial untuk ET.
Tremor esensial (ET) adalah gangguan neurodegeneratif kronis progresif yang ditandai terutama oleh tremor pada ekstremitas atas, yang juga dapat memengaruhi bagian tubuh lain seperti kepala, pita suara, dan ekstremitas bawah 1. Ciri-ciri klinis ET tidak hanya mencakup gejala motorik tetapi juga beberapa tanda non-motorik, termasuk penyakit gastrointestinal 2. Banyak penelitian telah dilakukan untuk memeriksa karakteristik patologis dan fisiologis tremor esensial, tetapi mekanisme patofisiologis yang jelas belum teridentifikasi3,4; Studi terbaru menunjukkan bahwa disfungsi sumbu mikrobiota-usus-otak dapat berkontribusi pada penyakit neurodegeneratif, dan terdapat bukti yang berkembang untuk potensi hubungan dua arah antara mikrobiota usus dan penyakit neurodegeneratif5,6. Yang perlu diperhatikan, dalam satu laporan kasus, transplantasi mikrobiota feses memperbaiki tremor esensial dan sindrom iritasi usus besar pada seorang pasien, yang mungkin menunjukkan hubungan erat antara mikrobiota usus dan tremor esensial. Selain itu, kami juga menemukan perubahan spesifik pada mikrobiota usus pada pasien dengan ET, yang sangat mendukung peran penting disbiosis usus pada ET8.
Mengenai disbiosis usus pada penyakit neurodegeneratif, PD adalah yang paling banyak dipelajari5. Mikrobiota yang tidak seimbang dapat meningkatkan permeabilitas usus dan mengaktifkan glia usus, yang menyebabkan alfa-sinukleinopati9,10,11. PD dan ET memiliki beberapa kesamaan, seperti frekuensi tremor yang serupa pada pasien ET dan PD, tremor istirahat yang tumpang tindih (tremor khas pada PD), dan tremor postural (sebagian besar ditemukan pada pasien ET), sehingga sulit untuk membedakan keduanya pada tahap awal 12. Oleh karena itu, kita sangat membutuhkan jendela yang berguna untuk membedakan antara ET dan PD. Dalam konteks ini, mempelajari disbiosis usus spesifik dan perubahan metabolit terkait pada ET dan mengidentifikasi perbedaannya dari PD dapat menjadi biomarker potensial untuk diagnosis dan diagnosis banding ET.
Asam lemak rantai pendek (SCFA) adalah metabolit utama yang dihasilkan oleh fermentasi bakteri usus dari serat makanan dan dianggap memainkan peran penting dalam interaksi usus-otak13,14. SCFA diserap oleh sel-sel usus besar dan diangkut ke hati melalui sistem vena portal, dan beberapa SCFA masuk ke sirkulasi sistemik. SCFA memiliki efek lokal dalam menjaga integritas sawar usus dan meningkatkan imunitas bawaan di mukosa usus15. Mereka juga memiliki efek jangka panjang pada sawar darah-otak (BBB) ​​dengan menstimulasi protein sambungan ketat dan mengaktifkan neuron dengan menstimulasi reseptor yang terkait dengan protein G (GPCR) untuk melewati BBB16. Asetat, propionat, dan butirat adalah SCFA yang paling melimpah di usus besar. Studi sebelumnya telah menunjukkan penurunan kadar asam asetat, propionat, dan butirat dalam feses pada pasien dengan penyakit Parkinson17. Namun, kadar SCFA dalam feses belum pernah diteliti pada pasien dengan ET.
Dengan demikian, penelitian kami bertujuan untuk mengidentifikasi perubahan spesifik pada SCFA feses pada pasien dengan ET dan perbedaannya dari pasien dengan PD, menilai hubungan SCFA feses dengan gejala klinis ET dan mikrobiota usus, serta menentukan potensi kemampuan diagnostik dan diagnostik diferensial dari sampel feses. KZhK. Untuk mengatasi faktor-faktor pengganggu yang terkait dengan obat anti-PD, kami memilih pasien dengan penyakit Parkinson yang baru muncul sebagai kontrol penyakit.
Karakteristik demografis dan klinis dari 37 pasien ET, 37 pasien PD, dan 35 pasien HC dirangkum dalam Tabel 1. Pasien ET, PD, dan HC dicocokkan berdasarkan usia, jenis kelamin, dan BMI. Ketiga kelompok tersebut juga memiliki proporsi yang serupa dalam hal merokok, minum alkohol, dan minum kopi serta teh. Skor Wexner (P = 0,004) dan skor HAMD-17 (P = 0,001) pada kelompok PD lebih tinggi daripada kelompok HC, dan skor HAMA (P = 0,011) dan skor HAMD-17 (P = 0,011) pada kelompok ET lebih tinggi daripada kelompok HC. Perjalanan penyakit pada kelompok ET secara signifikan lebih lama daripada pada kelompok PD (P<0,001).
Terdapat perbedaan signifikan pada kadar asam propionat (P = 0,023), asam asetat (P = 0,039), asam butirat (P = 0,020), asam isovalerat (P = 0,045), dan asam isobutirat (P = 0,015) dalam feses. Dalam analisis post hoc lebih lanjut, kadar asam propionat (P = 0,023), asam butirat (P = 0,007), dan asam isobutirat (P = 0,040) pada kelompok ET secara signifikan lebih rendah daripada pada kelompok HC. Pasien dengan ET memiliki kadar isovalerat (P = 0,014) dan isobutirat (P = 0,005) yang lebih rendah daripada pasien dengan PD. Selain itu, kadar asam propionat feses (P = 0,013), asam asetat (P = 0,016), dan asam butirat (P = 0,041) lebih rendah pada pasien dengan PD dibandingkan pada pasien dengan CC (Gambar 1 dan Tabel Tambahan 1).
ag mewakili perbandingan kelompok asam propionat, asam asetat, asam butirat, asam isovalerat, asam valerat, asam kaproat, dan asam isobutirat. Terdapat perbedaan signifikan pada kadar asam propionat, asam asetat, asam butirat, asam isovalerat, dan asam isobutirat dalam feses antara ketiga kelompok. ET (tremor esensial), penyakit Parkinson, HC (kontrol sehat), SCFA. Perbedaan signifikan ditunjukkan oleh *P < 0,05 dan **P < 0,01.
Mengingat perbedaan perjalanan penyakit antara kelompok ET dan kelompok PD, kami mempelajari 33 pasien dengan PD stadium awal dan 16 pasien dengan ET (perjalanan penyakit <3 tahun) untuk perbandingan lebih lanjut (Tabel Tambahan 2). Hasil menunjukkan bahwa kandungan asam propionat feses pada ET secara signifikan lebih rendah daripada HA (P=0,015). Perbedaan antara ET dan HC untuk asam butirat dan asam isobutirat tidak signifikan, tetapi masih terdapat kecenderungan (P = 0,082). Kadar isobutirat feses secara signifikan lebih rendah pada pasien dengan ET dibandingkan dengan pasien dengan PD (P = 0,030). Perbedaan antara ET dan PD untuk asam isovalerat tidak signifikan, tetapi masih terdapat kecenderungan (P = 0,084). Asam propionat (P = 0,023), asam asetat (P = 0,020), dan asam butirat (P = 0,044) secara signifikan lebih rendah pada pasien PD daripada pada pasien HC. Hasil ini (Gambar Tambahan 1) secara umum konsisten dengan hasil utama. Perbedaan hasil antara sampel keseluruhan dan subkelompok pasien awal mungkin disebabkan oleh ukuran sampel yang lebih kecil dalam subkelompok, sehingga menghasilkan kekuatan statistik data yang lebih rendah.
Selanjutnya, kami meneliti apakah kadar SCFA feses dapat membedakan pasien dengan ET dari pasien dengan CU atau PD. Menurut analisis ROC, perbedaan AUC kadar propionat adalah 0,668 (95% CI: 0,538-0,797), yang memungkinkan untuk membedakan pasien dengan ET dari HC. Pasien dengan ET dan GC dapat dibedakan berdasarkan kadar butirat dengan AUC 0,685 (95% CI: 0,556–0,814). Perbedaan kadar asam isobutirat dapat membedakan pasien dengan ET dari HC dengan AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Ketika menggabungkan kadar propionat, butirat, dan isobutirat, diperoleh AUC yang lebih tinggi sebesar 0,751 (95% CI: 0,634–0,867) dengan sensitivitas 74,3% dan spesifisitas 72,9% (Gambar 2a). Untuk membedakan antara pasien ET dan PD, AUC untuk kadar asam isovalerat adalah 0,700 (95% CI: 0,579–0,822) dan untuk kadar asam isobutirat adalah 0,718 (95% CI: 0,599–0,836). Kombinasi kadar asam isovalerat dan asam isobutirat memiliki AUC yang lebih tinggi sebesar 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), sensitivitas 74,3%, dan spesifisitas 62,9% (Gambar 2b). Selain itu, kami memeriksa apakah kadar SCFA dalam feses pasien penyakit Parkinson berbeda dari kelompok kontrol. Menurut analisis ROC, AUC untuk mengidentifikasi pasien PD berdasarkan perbedaan kadar asam propionat adalah 0,687 (95% CI: 0,559-0,814), dengan sensitivitas 68,6% dan spesifisitas 68,7%. Perbedaan kadar asetat dapat membedakan pasien PD dari HC dengan AUC 0,674 (95% CI: 0,542–0,805). Pasien PD dapat dibedakan dari CU hanya berdasarkan kadar butirat dengan AUC 0,651 (95% CI: 0,515–0,787). Ketika menggabungkan kadar propionat, asetat, dan butirat, diperoleh AUC 0,682 (95% CI: 0,553–0,811) (Gambar 2c).
a. Diskriminasi oleh Gereja Ortodoks Rusia terhadap ET dan HC; b. Diskriminasi ROC terhadap ET dan PD; c. Diskriminasi ROC terhadap PD dan HC; ET: tremor esensial, penyakit Parkinson, sehat; HC: kontrol, SCFA.
Pada pasien dengan ET, kadar asam isobutirat feses berkorelasi negatif dengan skor FTM (r = -0,349, P = 0,034), dan kadar asam isovalerat feses berkorelasi negatif dengan skor FTM (r = -0,421, P = 0,001) dan skor TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). Pada pasien dengan ET dan PD, kadar propionat feses berkorelasi negatif dengan skor SCOPA-AUT (r = −0,236, P = 0,043) (Gambar 3 dan Tabel Tambahan 3). Tidak ada korelasi signifikan antara perjalanan penyakit dan SCFA baik pada kelompok ET (P ≥ 0,161) maupun kelompok PD (P ≥ 0,246) (Tabel Tambahan 4). Pada pasien dengan PD, kadar asam kaproat feses berkorelasi positif dengan skor MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). Di seluruh peserta, kadar propionat feses (r = −0,230, P = 0,016) dan asetat feses (r = −0,210, P = 0,029) berkorelasi negatif dengan skor Wexner (Gambar 3 dan Tabel Tambahan 3).
Kadar asam isobutirat feses berkorelasi negatif dengan skor FTM, asam isovalerat berkorelasi negatif dengan skor FTM dan TETRAS, asam propionat berkorelasi negatif dengan skor SCOPA-AUT, asam kaproat berkorelasi positif dengan skor MDS-UPDRS, dan asam propionat berkorelasi negatif dengan skor FTM dan TETRAS. TETRAS dan asam asetat berkorelasi negatif dengan skor Wexner. MDS-UPDRS adalah versi yang disponsori oleh Asosiasi dari Skala Penilaian Penyakit Parkinson Terpadu, Mini-Mental State Examination (MMSE), Skala Penilaian Depresi Hamilton (HAMD-17), 17 item, Skala Penilaian Kecemasan Hamilton (HAMA), HY adalah tahap Hoehn dan Yahr, SCFA, SCOPA – AUT adalah Skala Hasil Gejala Otonom Penyakit Parkinson, FTM adalah Skala Penilaian Tremor Klinis Fana-Tolosa-Marin, TETRAS adalah Skala Penilaian Tremor Esensial Kelompok Penelitian (TRG). Perbedaan signifikan ditunjukkan oleh *P < 0,05 dan **P < 0,01.
Kami selanjutnya mengeksplorasi sifat diskriminatif mikrobiota usus menggunakan analisis LEfSE dan memilih tingkat data kelimpahan relatif genus untuk analisis lebih lanjut. Perbandingan dilakukan antara ET dan HC serta antara ET dan PD. Analisis korelasi Spearman kemudian dilakukan pada kelimpahan relatif mikrobiota usus dan kadar SCFA feses pada kedua kelompok perbandingan.
Faecalibacterium (berkorelasi dengan asam butirat, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (berkorelasi dengan asam butirat, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (berkorelasi dengan asam propionat, r = 0,327) hadir dalam analisis ET dan CA. , P = 0,005; berkorelasi dengan asam butirat, r = 0,374, P = 0,001; Korelasi antara Faecalibacterium dan Catenibacterium dengan asam isobutirat (r = 0,329, P = 0,005), Howardella (korelasi dengan asam propionat, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (korelasi dengan propionat, r = 0,249, P = 0,035), dan Candidatus Arthromitus (korelasi dengan asam isobutirat, r = 0,302, P = 0,010) menurun pada ET dan berkorelasi positif dengan kadar SCFA feses. Namun, kelimpahan Stenotropomonas meningkat pada ET dan berkorelasi negatif dengan kadar isobutirat feses (r = -0,250, P = 0,034). Setelah penyesuaian FDR, hanya korelasi antara Faecalibacterium, Catenibacter, dan SCFA yang tetap signifikan (P ≤ 0,045) (Gambar 4 dan Tabel Tambahan 5).
Analisis korelasi ET dan HC. Setelah penyesuaian FDR, kelimpahan Faecalibacterium (berasosiasi positif dengan butirat) dan Streptobacterium (berasosiasi positif dengan propionat, butirat, dan isobutirat) ditemukan berkurang pada ET dan berasosiasi positif dengan kadar SCFA feses. b Analisis korelasi ET dan PD. Setelah penyesuaian FDR, tidak ditemukan asosiasi yang signifikan. ET: tremor esensial, penyakit Parkinson, HC: kontrol sehat, SCFA. Perbedaan signifikan ditunjukkan oleh *P < 0,05 dan **P < 0,01.
Saat menganalisis ET versus PD, Clostridium trichophyton ditemukan meningkat pada ET dan berkorelasi dengan asam isovalerat feses (r = -0,238, P = 0,041) dan asam isobutirat (r = -0,257, P = 0,027). Setelah penyesuaian FDR, keduanya tetap signifikan (P≥0,295) (Gambar 4 dan Tabel Tambahan 5).
Studi ini merupakan studi komprehensif yang meneliti kadar SCFA feses dan mengkorelasikannya dengan perubahan mikrobiota usus dan tingkat keparahan gejala pada pasien ET dibandingkan dengan pasien CU dan PD. Kami menemukan bahwa kadar SCFA feses menurun pada pasien ET dan berhubungan dengan tingkat keparahan klinis dan perubahan spesifik pada mikrobiota usus. Kadar kumulatif asam lemak rantai pendek (SCFA) feses membedakan ET dari GC dan PD.
Dibandingkan dengan pasien GC, pasien ET memiliki kadar asam propionat, butirat, dan isobutirat yang lebih rendah dalam feses. Kombinasi asam propionat, butirat, dan isobutirat membedakan ET dan HC dengan AUC 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), sensitivitas 74,3% dan spesifisitas 72,9%, menunjukkan penggunaannya sebagai biomarker diagnostik untuk potensi peran ET. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa kadar asam propionat dalam feses berkorelasi negatif dengan skor Wexner dan skor SCOPA-AUT. Kadar asam isobutirat dalam feses berkorelasi terbalik dengan skor FTM. Di sisi lain, penurunan kadar butirat pada ET dikaitkan dengan penurunan kelimpahan mikrobiota penghasil SCFA, Faecalibacterium, dan Categorybacter. Selain itu, penurunan jumlah Catenibacter di ET juga berhubungan dengan penurunan kadar asam propionat dan asam isobutirat dalam feses.
Sebagian besar SCFA yang diproduksi di usus besar diserap oleh kolonosit terutama melalui transporter monokarboksilat yang bergantung pada H+ atau natrium. Asam lemak rantai pendek yang diserap digunakan sebagai sumber energi untuk kolonosit, sedangkan asam lemak yang tidak dimetabolisme di kolonosit diangkut ke sirkulasi portal 18. SCFA dapat memengaruhi motilitas usus, meningkatkan fungsi sawar usus, dan memengaruhi metabolisme dan imunitas inang19. Sebelumnya ditemukan bahwa konsentrasi feses butirat, asetat, dan propionat berkurang pada pasien PD dibandingkan dengan HC17, yang konsisten dengan hasil kami. Studi kami menemukan penurunan SCFA pada pasien dengan ET, tetapi sedikit yang diketahui tentang peran SCFA dalam patologi ET. Butirat dan propionat dapat berikatan dengan GPCR dan memengaruhi pensinyalan yang bergantung pada GPCR seperti pensinyalan MAPK dan NF-κB20. Konsep dasar dari poros usus-otak adalah bahwa SCFA yang disekresikan oleh mikroba usus dapat memengaruhi sinyal inang, sehingga memengaruhi fungsi usus dan otak. Karena butirat dan propionat memiliki efek penghambat yang kuat pada aktivitas histon deasetilase (HDAC)21 dan butirat juga dapat bertindak sebagai ligan untuk faktor transkripsi, keduanya memiliki efek luas pada metabolisme, diferensiasi, dan proliferasi inang, terutama karena pengaruhnya pada regulasi gen22. Berdasarkan bukti dari SCFA dan penyakit neurodegeneratif, butirat dianggap sebagai kandidat terapeutik karena kemampuannya untuk memperbaiki aktivitas HDAC yang terganggu, yang dapat memediasi kematian neuron dopaminergik pada PD23,24,25. Studi pada hewan juga telah menunjukkan kemampuan asam butirat untuk mencegah degenerasi neuron dopaminergik dan memperbaiki gangguan gerakan pada model PD26,27. Asam propionat telah ditemukan dapat membatasi respons inflamasi dan melindungi integritas sawar darah otak (BBB)28,29. Penelitian telah menunjukkan bahwa asam propionat meningkatkan kelangsungan hidup neuron dopaminergik sebagai respons terhadap toksisitas rotenon pada model PD 30 dan bahwa pemberian asam propionat secara oral menyelamatkan hilangnya neuron dopaminergik dan defisit motorik pada tikus dengan PD 31. Sedikit yang diketahui tentang fungsi asam isobutirat. Namun, sebuah penelitian baru-baru ini menemukan bahwa kolonisasi tikus dengan B. ovale meningkatkan kandungan SCFA usus (termasuk asetat, propionat, isobutirat, dan isovalerat) dan konsentrasi GABA usus, menyoroti bahwa telah terjalin hubungan antara mikrobiota usus dan konsentrasi SCFA usus dari neurotransmiter32. Pada ET, perubahan patologis abnormal di serebelum meliputi perubahan pada akson dan dendrit sel Purkinje, perpindahan dan hilangnya sel Purkinje, perubahan pada akson sel keranjang, kelainan pada koneksi serat asenden dengan distribusi sel Purkinje, dan perubahan pada reseptor GABA di tulang dentata. inti, yang menyebabkan penurunan keluaran GABAergik dari serebelum3,4,33. Masih belum jelas apakah SCFA berhubungan dengan neurodegenerasi sel Purkinje dan penurunan produksi GABA serebelum. Hasil kami menunjukkan hubungan yang kuat antara SCFA dan ET, tetapi desain studi potong lintang tidak memungkinkan kesimpulan apa pun tentang hubungan sebab-akibat antara SCFA dan proses penyakit ET; Studi tindak lanjut longitudinal lebih lanjut diperlukan, termasuk pengukuran serial SCFA feses, serta studi hewan yang meneliti mekanisme.
SCFA diperkirakan merangsang kontraktilitas otot polos kolon34. Kekurangan SCFA akan memperburuk gejala sembelit, dan suplementasi dengan SCFA dapat memperbaiki gejala sembelit PD35. Hasil kami juga menunjukkan hubungan yang signifikan antara penurunan kandungan SCFA feses dan peningkatan sembelit serta disfungsi otonom pada pasien dengan ET. Satu laporan kasus menemukan bahwa transplantasi mikrobiota memperbaiki tremor esensial dan sindrom iritasi usus pada pasien 7, yang selanjutnya menunjukkan hubungan erat antara mikrobiota usus dan ET. Oleh karena itu, kami percaya bahwa SCFA/mikrobiota feses dapat memengaruhi motilitas usus dan fungsi sistem saraf otonom pada inang.
Studi ini menemukan bahwa penurunan kadar SCFA feses pada ET dikaitkan dengan penurunan kelimpahan Faecalibacterium (terkait dengan butirat) dan Streptobacterium (terkait dengan propionat, butirat, dan isobutirat). Setelah koreksi FDR, hubungan ini tetap signifikan. Faecalibacterium dan Streptobacterium adalah mikroorganisme penghasil SCFA. Faecalibacterium dikenal sebagai mikroorganisme penghasil butirat36, sedangkan produk utama fermentasi Catenibacter adalah asetat, butirat, dan asam laktat37. Faecalibacterium terdeteksi pada 100% dari kelompok ET dan HC; median kelimpahan relatif kelompok ET adalah 2,06% dan kelompok HC adalah 3,28% (LDA 3,870). Kategori bakteri terdeteksi pada 21,6% (8/37) dari kelompok HC dan hanya pada 1 sampel dari kelompok ET (1/35). Penurunan dan tidak terdeteksinya streptokokus pada ET mungkin juga menunjukkan korelasi dengan patogenisitas penyakit tersebut. Kelimpahan relatif median spesies Catenibacter pada kelompok HC adalah 0,07% (LDA 2,129). Selain itu, bakteri asam laktat dikaitkan dengan perubahan butirat feses (P=0,016, P=0,096 setelah penyesuaian FDR), dan kandidat artritis dikaitkan dengan perubahan isobutirat (P=0,016, P=0,072 setelah penyesuaian FDR). Setelah koreksi FDR, hanya tren korelasi yang tersisa, yang tidak signifikan secara statistik. Lactobacilli juga dikenal sebagai penghasil SCFA (asam asetat, asam propionat, asam isobutirat, asam butirat) 38 dan Candidatus Arthromitus merupakan penginduksi spesifik diferensiasi sel T helper 17 (Th17), dengan Th1/2 dan Tregs yang terkait dengan keseimbangan imun /Th1739. Sebuah studi terbaru menunjukkan bahwa peningkatan kadar pseudoartritis fekal dapat berkontribusi pada peradangan usus besar, disfungsi sawar usus, dan peradangan sistemik 40. Kadar Clostridium trichoides meningkat pada ET dibandingkan dengan PD. Kelimpahan Clostridium trichoides ditemukan berkorelasi negatif dengan asam isovalerat dan asam isobutirat. Setelah penyesuaian FDR, keduanya tetap signifikan (P≥0,295). Clostridium pilosum adalah bakteri yang diketahui berhubungan dengan peradangan dan dapat berkontribusi pada disfungsi sawar usus41. Studi kami sebelumnya melaporkan perubahan mikrobiota usus pada pasien dengan ET8. Di sini kami juga melaporkan perubahan SCFA pada ET dan mengidentifikasi hubungan antara disbiosis usus dan perubahan SCFA. Penurunan kadar SCFA sangat terkait dengan disbiosis usus dan tingkat keparahan tremor pada ET. Hasil kami menunjukkan bahwa poros usus-otak mungkin memainkan peran penting dalam patogenesis ET, tetapi studi lebih lanjut pada model hewan diperlukan.
Dibandingkan dengan pasien PD, pasien ET memiliki kadar asam isovalerat dan isobutirat yang lebih rendah dalam feses mereka. Kombinasi asam isovalerat dan asam isobutirat mengidentifikasi ET pada PD dengan AUC 0,743 (95% CI: 0,629–0,857), sensitivitas 74,3% dan spesifisitas 62,9%, menunjukkan potensi peran mereka sebagai biomarker dalam diagnosis diferensial ET. Kadar asam isovalerat feses berkorelasi terbalik dengan skor FTM dan TETRAS. Penurunan kadar asam isobutirat dikaitkan dengan penurunan kelimpahan katobakteria. Sedikit yang diketahui tentang fungsi asam isovalerat dan asam isobutirat. Sebuah studi sebelumnya menunjukkan bahwa kolonisasi tikus dengan B. ovale meningkatkan jumlah SCFA usus (termasuk asetat, propionat, isobutirat, dan isovalerat) dan konsentrasi GABA usus, menyoroti hubungan usus antara mikrobiota dan konsentrasi SCFA/neurotransmiter usus32. Menariknya, kadar asam isobutirat yang diamati serupa antara kelompok PD dan HC, tetapi berbeda antara kelompok ET dan PD (atau HC). Asam isobutirat dapat membedakan antara ET dan PD dengan AUC 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) dan mengidentifikasi ET dan NC dengan AUC 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Selain itu, kadar asam isobutirat berkorelasi dengan tingkat keparahan tremor, yang semakin memperkuat hubungannya dengan ET. Pertanyaan apakah asam isobutirat oral dapat mengurangi tingkat keparahan tremor pada pasien dengan ET perlu diteliti lebih lanjut.
Dengan demikian, kandungan SCFA feses berkurang pada pasien dengan ET dan berhubungan dengan tingkat keparahan klinis ET serta perubahan spesifik pada mikrobiota usus. Propionat, butirat, dan isobutirat feses dapat menjadi biomarker diagnostik untuk ET, sedangkan isobutirat dan isovalerat dapat menjadi biomarker diagnostik diferensial untuk ET. Perubahan isobutirat feses mungkin lebih spesifik untuk ET daripada perubahan SCFA lainnya.
Studi kami memiliki beberapa keterbatasan. Pertama, pola makan dan preferensi makanan dapat memengaruhi ekspresi mikrobiota, diperlukan sampel studi yang lebih besar pada populasi yang berbeda, dan studi di masa mendatang harus memperkenalkan survei diet yang komprehensif dan sistematis seperti kuesioner frekuensi makanan. Kedua, desain studi potong lintang menghalangi kesimpulan apa pun mengenai hubungan sebab-akibat antara SCFA dan proses penyakit ET. Studi tindak lanjut jangka panjang lebih lanjut dengan pengukuran serial SCFA feses diperlukan. Ketiga, kemampuan diagnostik dan diagnostik diferensial dari kadar SCFA feses harus divalidasi menggunakan sampel independen dari ET, HC, dan PD. Lebih banyak sampel feses independen harus diuji di masa mendatang. Terakhir, pasien dengan PD dalam kohort kami memiliki durasi penyakit yang jauh lebih pendek daripada pasien dengan ET. Kami terutama mencocokkan ET, PD, dan HC berdasarkan usia, jenis kelamin, dan BMI. Mengingat perbedaan perjalanan penyakit antara kelompok ET dan kelompok PD, kami juga mempelajari 33 pasien dengan PD dini dan 16 pasien dengan ET (durasi penyakit ≤3 tahun) untuk perbandingan lebih lanjut. Perbedaan antar kelompok pada SCFA secara umum konsisten dengan data utama kami. Selain itu, kami tidak menemukan korelasi antara durasi penyakit dan perubahan pada SCFA. Namun, di masa mendatang, akan lebih baik untuk merekrut pasien dengan PD dan ET pada tahap awal dengan durasi penyakit yang lebih pendek untuk menyelesaikan validasi dalam sampel yang lebih besar.
Protokol penelitian ini telah disetujui oleh Komite Etika Rumah Sakit Ruijin yang berafiliasi dengan Fakultas Kedokteran Universitas Shanghai Jiao Tong (RHEC2018-243). Persetujuan tertulis telah diperoleh dari semua peserta.
Antara Januari 2019 dan Desember 2022, 109 subjek (37 ET, 37 PD, dan 35 HC) dari Klinik Pusat Gangguan Gerak Rumah Sakit Ruijin, yang berafiliasi dengan Fakultas Kedokteran Universitas Shanghai Jiao Tong, dimasukkan dalam penelitian ini. Kriterianya adalah: (1) usia 25–85 tahun, (2) pasien dengan ET didiagnosis menurut kriteria Kelompok Kerja MDS 42 dan PD didiagnosis menurut kriteria MDS 43, (3) semua pasien tidak mengonsumsi obat anti-PD sebelum pengambilan sampel tinja, (4) kelompok ET hanya mengonsumsi β-blocker atau tidak mengonsumsi obat terkait sebelum pengambilan sampel tinja. HC yang sesuai dengan usia, jenis kelamin, dan indeks massa tubuh (BMI) juga dipilih. Kriteria eksklusi adalah: (1) vegetarian, (2) gizi buruk, (3) penyakit kronis saluran pencernaan (termasuk penyakit radang usus, tukak lambung atau duodenum), (4) penyakit kronis berat (termasuk tumor ganas, gagal jantung, gagal ginjal, penyakit hematologi), (5) riwayat operasi besar saluran pencernaan, (6) konsumsi yogurt kronis atau teratur, (7) penggunaan probiotik atau antibiotik selama 1 bulan, (8) penggunaan kortikosteroid, penghambat pompa proton, statin, metformin, imunosupresan atau obat antikanker secara kronis, dan (9) gangguan kognitif berat yang mengganggu uji klinis.
Semua subjek memberikan riwayat medis, informasi berat badan dan tinggi badan untuk menghitung BMI, dan menjalani pemeriksaan neurologis dan penilaian klinis seperti skor kecemasan Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) 44, skor Hamilton Depression Rating Scale-17 (HAMD-17) 45, depresi, tingkat keparahan sembelit menggunakan Wexner Constipation Scale 46 dan Bristol Stool Scale 47 dan kinerja kognitif menggunakan Mini-Mental State Examination (MMSE) 48. Scale for the Assessment of Autonomic Symptoms of Parkinson's Disease (SCOPA-AUT) 49 memeriksa disfungsi otonom pada pasien dengan ET dan PD. Fana-Tolos-Marin Clinical Tremor Rating Scale (FTM) dan Essential Tremor Rating Scale (TETRAS) 50 The Tremor Study Group (TRG) 50 diperiksa pada pasien dengan ET; Kinson's Disease Rating Scale (MDS-), yang disponsori oleh United Parkinson's Disease Association; UPDRS versi 51 dan Hoehn dan Yahr (HY) versi 52 diperiksa.
Setiap peserta diminta untuk mengumpulkan sampel tinja di pagi hari menggunakan wadah pengumpulan tinja. Pindahkan wadah ke es dan simpan pada suhu -80°C sebelum diproses. Analisis SCFA dilakukan sesuai dengan prosedur rutin Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Sebanyak 400 mg sampel tinja segar dikumpulkan dari setiap subjek dan dianalisis menggunakan SCFA setelah digiling dan disonikasi. SCFA terpilih dalam tinja dianalisis menggunakan kromatografi gas-spektrometri massa (GC-MS) dan kromatografi cair-spektrometri massa tandem (LC-MS/MS).
DNA diekstraksi dari sampel 200 mg menggunakan QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Jerman) sesuai petunjuk pabrik. Komposisi mikroba ditentukan dengan sekuensing gen 16S rRNA pada DNA yang diisolasi dari feses dengan mengamplifikasi wilayah V3-V4. Uji DNA dengan menjalankan sampel pada gel agarosa 1,2%. Amplifikasi reaksi berantai polimerase (PCR) gen 16S rRNA dilakukan menggunakan primer bakteri universal (357 F dan 806 R) dan pustaka amplikon dua langkah yang dibangun pada platform Novaseq.
Variabel kontinu dinyatakan sebagai mean ± standar deviasi, dan variabel kategorikal dinyatakan sebagai angka dan persentase. Kami menggunakan uji Levene untuk menguji homogenitas varians. Perbandingan dilakukan menggunakan uji t dua sisi atau analisis varians (ANOVA) jika variabel terdistribusi normal, dan uji nonparametrik Mann-Whitney U jika asumsi normalitas atau homoskedastisitas dilanggar. Kami menggunakan area di bawah kurva karakteristik operasi penerima (ROC) (AUC) untuk mengukur kinerja diagnostik model dan memeriksa kemampuan SCFA untuk membedakan pasien dengan ET dari pasien dengan HC atau PD. Untuk memeriksa hubungan antara SCFA dan keparahan klinis, kami menggunakan analisis korelasi Spearman. Analisis statistik dilakukan menggunakan perangkat lunak SPSS (versi 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) dengan tingkat signifikansi (termasuk nilai P dan FDR-P) ditetapkan pada 0,05 (dua sisi).
Urutan 16S dianalisis menggunakan kombinasi perangkat lunak Trimmomatic (versi 0.35), Flash (versi 1.2.11), UPARSE (versi v8.1.1756), mothur (versi 1.33.3) dan R (versi 3.6.3). Data gen 16S rRNA mentah diproses menggunakan UPARSE untuk menghasilkan unit taksonomi operasional (OTU) dengan identitas 97%. Taksonomi ditentukan menggunakan Silva 128 sebagai basis data referensi. Tingkat generik data kelimpahan relatif dipilih untuk analisis lebih lanjut. Analisis ukuran efek diskriminan linier (LDA) (LEfSE) digunakan untuk perbandingan antar kelompok (ET vs. HC, ET vs. PD) dengan ambang batas α 0,05 dan ambang batas ukuran efek 2,0. Genus diskriminan yang diidentifikasi oleh analisis LEfSE selanjutnya digunakan untuk analisis korelasi Spearman dari SCFA.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai desain penelitian, lihat Abstrak Laporan Penelitian Alam yang terkait dengan artikel ini.
Data mentah sekuensing 16S disimpan dalam basis data BioProject Pusat Informasi Bioteknologi Nasional (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. Data relevan lainnya tersedia bagi penulis terkait atas permintaan yang wajar, seperti kolaborasi ilmiah dan pertukaran akademis dengan proyek penelitian lengkap. Transfer data kepada pihak ketiga tanpa persetujuan kami tidak diizinkan.
Kode sumber terbuka hanya dengan kombinasi Trimmomatic (versi 0.35), Flash (versi 1.2.11), UPARSE (versi v8.1.1756), mothur (versi 1.33.3) dan R (versi 3.6.3), menggunakan pengaturan default atau bagian “Metode”. Informasi klarifikasi tambahan dapat diberikan kepada penulis terkait atas permintaan yang wajar.
Pradeep S dan Mehanna R. Gangguan gastrointestinal pada gangguan gerakan hiperkinetik dan ataksia. Berhubungan dengan penyakit Parkinson. kebingungan. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED dan Faust, PL Patologi tremor esensial: neurodegenerasi dan reorganisasi koneksi neuronal. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Apakah tremor esensial merupakan gangguan primer disfungsi GABA? Ya. internasionalitas. Rev. Neuroscience. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ dan Katara DP. Sumbu usus-otak: dua mode pensinyalan pada penyakit Parkinson. Molekul seluler. Neurobiologi. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Sumbu mikrobiota-otak-usus dan penyakit neurodegeneratif. Saat ini. Nellore. Neuroscience. Laporan 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR dan He, XX Transplantasi mikrobiota feses secara simultan memperbaiki tremor esensial dan sindrom iritasi usus pada pasien. Psikologi Geriatri 20, 796–798 (2020).
Zhang P. dkk. Perubahan spesifik pada mikrobiota usus pada tremor esensial dan perbedaannya dari penyakit Parkinson. NPJ Penyakit Parkinson. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J dan Wang D. Peran penting mikrobiota dalam pengaturan unit neuron-glia-epitel. Resistensi terhadap infeksi. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. dkk. Patologi alfa-sinuklein duodenum dan gliosis usus pada penyakit Parkinson progresif. move. confusion. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. dkk. Antibodi terhadap alfa-sinuklein 5G4 mengenali penyakit Parkinson yang nyata dan penyakit Parkinson prodromal pada mukosa kolon. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M dan Fasano A. Kesamaan tremor esensial dan penyakit Parkinson. Terkait dengan penyakit Parkinson. kebingungan. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR dkk. Mikrobiota usus memodulasi defisit motorik dan neuroinflamasi pada model penyakit Parkinson. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM dkk. Asam lemak rantai pendek dan mikrobiota usus berbeda antara pasien penyakit Parkinson dan kontrol yang sesuai usia. Berhubungan dengan penyakit Parkinson. kebingungan. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E dan Elinav E. Metabolit yang diatur oleh mikrobioma pada antarmuka imun inang. J. Immunology. 198, 572–580 (2017).