Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Chẩn đoán sớm chứng run vô căn (ET) có thể khó khăn, đặc biệt là khi phân biệt với nhóm đối chứng khỏe mạnh (HC) và bệnh Parkinson (PD). Gần đây, việc phân tích mẫu phân để nghiên cứu hệ vi sinh vật đường ruột và các chất chuyển hóa của nó đã cung cấp các phương pháp mới để phát hiện các dấu ấn sinh học mới của các bệnh thoái hóa thần kinh. Axit béo chuỗi ngắn (SCFA), là chất chuyển hóa chính của hệ vi khuẩn đường ruột, bị giảm trong phân ở bệnh nhân PD. Tuy nhiên, SCFA trong phân chưa từng được nghiên cứu ở bệnh nhân ET. Mục tiêu của chúng tôi là nghiên cứu nồng độ SCFA trong phân ở bệnh nhân ET, đánh giá mối liên hệ của chúng với các triệu chứng lâm sàng và hệ vi sinh vật đường ruột, và xác định khả năng chẩn đoán tiềm năng của chúng. SCFA trong phân và hệ vi sinh vật đường ruột được đo ở 37 bệnh nhân ET, 37 bệnh nhân PD mới và 35 người thuộc nhóm HC. Táo bón, rối loạn chức năng tự chủ và mức độ nghiêm trọng của chứng run được đánh giá bằng các thang điểm. Nồng độ propionat, butyrat và isobutyrat trong phân thấp hơn ở bệnh nhân ET so với nhóm HC. Sự kết hợp của axit propionic, butyric và isobutyric giúp phân biệt ET với HC với AUC là 0,751 (khoảng tin cậy 95%: 0,634–0,867). Nồng độ axit isovaleric và axit isobutyric trong phân thấp hơn ở nhóm ET so với nhóm PD. Axit isovaleric và axit isobutyric phân biệt giữa ET và PD với AUC là 0,743 (khoảng tin cậy 95%: 0,629–0,857). Propionate trong phân có mối liên hệ nghịch với táo bón và rối loạn chức năng tự chủ. Axit isobutyric và axit isovaleric có mối liên hệ nghịch với mức độ nghiêm trọng của chứng run. Sự giảm hàm lượng SCFA trong phân có liên quan đến sự giảm số lượng Faecalibacterium và Streptobacterium ở nhóm ET. Như vậy, hàm lượng SCFA trong phân giảm ở nhóm ET và có liên quan đến mức độ nghiêm trọng của bệnh lý lâm sàng và những thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột. Axit propionic, axit butyric, axit isobutyric và axit isovaleric trong phân có thể là các dấu ấn sinh học tiềm năng để chẩn đoán và phân biệt bệnh ET.
Run vô căn (ET) là một rối loạn thoái hóa thần kinh mạn tính, tiến triển, đặc trưng chủ yếu bởi run ở các chi trên, cũng có thể ảnh hưởng đến các bộ phận khác của cơ thể như đầu, dây thanh quản và chi dưới 1. Các đặc điểm lâm sàng của ET không chỉ bao gồm các triệu chứng vận động mà còn cả một số dấu hiệu không vận động, bao gồm cả bệnh lý đường tiêu hóa 2. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để kiểm tra các đặc điểm bệnh lý và sinh lý của run vô căn, nhưng các cơ chế bệnh sinh rõ ràng vẫn chưa được xác định 3, 4. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rối loạn chức năng của trục vi sinh vật đường ruột-não có thể góp phần vào các bệnh thoái hóa thần kinh, và ngày càng có nhiều bằng chứng về mối liên hệ hai chiều tiềm tàng giữa hệ vi sinh vật đường ruột và các bệnh thoái hóa thần kinh 5, 6. Đáng chú ý, trong một báo cáo trường hợp, cấy ghép vi sinh vật phân đã cải thiện cả chứng run vô căn và hội chứng ruột kích thích ở một bệnh nhân, điều này có thể cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa hệ vi sinh vật đường ruột và chứng run vô căn. Ngoài ra, chúng tôi cũng phát hiện những thay đổi cụ thể trong hệ vi sinh vật đường ruột ở bệnh nhân mắc ET, điều này củng cố mạnh mẽ vai trò quan trọng của rối loạn hệ vi sinh vật đường ruột trong ET8.
Liên quan đến rối loạn hệ vi sinh đường ruột trong các bệnh thoái hóa thần kinh, bệnh Parkinson (PD) là bệnh được nghiên cứu rộng rãi nhất5. Hệ vi sinh không cân bằng có thể làm tăng tính thấm của ruột và kích hoạt tế bào thần kinh đệm ruột, dẫn đến bệnh lý alpha-synuclein9,10,11. PD và run vô căn (ET) có một số đặc điểm chồng chéo, chẳng hạn như tần suất run tương tự ở bệnh nhân ET và PD, run khi nghỉ ngơi chồng chéo (run điển hình ở PD) và run tư thế (chủ yếu được tìm thấy ở bệnh nhân ET), khiến việc phân biệt giữa chúng ở giai đoạn sớm trở nên khó khăn12. Do đó, chúng ta cần khẩn cấp mở ra một hướng tiếp cận hữu ích để phân biệt giữa ET và PD. Trong bối cảnh này, việc nghiên cứu rối loạn hệ vi sinh đường ruột cụ thể và những thay đổi chuyển hóa liên quan ở ET và xác định sự khác biệt của chúng so với PD có thể trở thành các dấu ấn sinh học tiềm năng cho chẩn đoán và chẩn đoán phân biệt ET.
Axit béo chuỗi ngắn (SCFA) là chất chuyển hóa chính được tạo ra bởi quá trình lên men chất xơ trong chế độ ăn của vi khuẩn đường ruột và được cho là đóng vai trò quan trọng trong tương tác giữa ruột và não13,14. SCFA được các tế bào ruột kết hấp thụ và vận chuyển đến gan qua hệ thống tĩnh mạch cửa, và một số SCFA đi vào hệ tuần hoàn. SCFA có tác dụng cục bộ trong việc duy trì tính toàn vẹn của hàng rào ruột và thúc đẩy miễn dịch bẩm sinh trong niêm mạc ruột15. Chúng cũng có tác dụng lâu dài đối với hàng rào máu não (BBB) ​​bằng cách kích thích các protein liên kết chặt chẽ và kích hoạt các tế bào thần kinh bằng cách kích thích các thụ thể liên kết protein G (GPCR) để vượt qua BBB16. Acetate, propionate và butyrate là những SCFA dồi dào nhất trong ruột kết. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra mức độ axit axetic, propionic và butyric trong phân giảm ở bệnh nhân mắc bệnh Parkinson17. Tuy nhiên, mức độ SCFA trong phân chưa từng được nghiên cứu ở bệnh nhân mắc ET.
Do đó, nghiên cứu của chúng tôi nhằm mục đích xác định những thay đổi cụ thể về SCFA trong phân ở bệnh nhân ET và sự khác biệt của họ so với bệnh nhân PD, đánh giá mối quan hệ giữa SCFA trong phân với các triệu chứng lâm sàng của SCFA và hệ vi sinh vật đường ruột, cũng như xác định khả năng chẩn đoán và chẩn đoán phân biệt tiềm tàng của mẫu phân. Để giải quyết các yếu tố gây nhiễu liên quan đến thuốc chống PD, chúng tôi đã chọn bệnh nhân mắc bệnh Parkinson mới khởi phát làm nhóm đối chứng.
Đặc điểm nhân khẩu học và lâm sàng của 37 bệnh nhân ET, 37 bệnh nhân PD và 35 người khỏe mạnh (HC) được tóm tắt trong Bảng 1. Các bệnh nhân ET, PD và HC được ghép cặp theo tuổi, giới tính và chỉ số BMI. Ba nhóm cũng có tỷ lệ hút thuốc, uống rượu và uống cà phê, trà tương tự nhau. Điểm Wexner (P = 0,004) và điểm HAMD-17 (P = 0,001) của nhóm PD cao hơn nhóm HC, và điểm HAMA (P = 0,011) và điểm HAMD-17 (P = 0,011) của nhóm ET cao hơn nhóm HC. Thời gian mắc bệnh ở nhóm ET dài hơn đáng kể so với nhóm PD (P<0,001).
Có sự khác biệt đáng kể về nồng độ axit propionic (P = 0,023), axit axetic (P = 0,039), axit butyric (P = 0,020), axit isovaleric (P = 0,045) và axit isobutyric (P = 0,015) trong phân. Trong phân tích hậu kiểm tiếp theo, nồng độ axit propionic (P = 0,023), axit butyric (P = 0,007) và axit isobutyric (P = 0,040) ở nhóm ET thấp hơn đáng kể so với nhóm HC. Bệnh nhân mắc ET có nồng độ isovalerate (P = 0,014) và isobutyrate (P = 0,005) thấp hơn so với bệnh nhân mắc PD. Ngoài ra, nồng độ axit propionic (P = 0,013), axit axetic (P = 0,016) và axit butyric (P = 0,041) trong phân thấp hơn ở bệnh nhân mắc PD so với bệnh nhân mắc CC (Hình 1 và Bảng bổ sung 1).
ag biểu thị sự so sánh nhóm của axit propionic, axit axetic, axit butyric, axit isovaleric, axit valeric, axit caproic và axit isobutyric, tương ứng. Có sự khác biệt đáng kể về nồng độ axit propionic, axit axetic, axit butyric, axit isovaleric và axit isobutyric trong phân giữa ba nhóm. ET: run vô căn, bệnh Parkinson, HC: nhóm đối chứng khỏe mạnh, SCFA: SCFA. Sự khác biệt đáng kể được biểu thị bằng *P < 0,05 và **P < 0,01.
Để xem xét sự khác biệt về diễn biến bệnh giữa nhóm ET và nhóm PD, chúng tôi đã tiến hành xét nghiệm trên 33 bệnh nhân mắc PD giai đoạn sớm và 16 bệnh nhân mắc ET (thời gian mắc bệnh ≤3 năm) để so sánh thêm (Bảng bổ sung 2). Kết quả cho thấy hàm lượng axit propionic trong phân của nhóm ET thấp hơn đáng kể so với nhóm HA (P=0,015). Sự khác biệt giữa nhóm ET và nhóm HC về axit butyric và axit isobutyric không đáng kể, nhưng vẫn quan sát thấy xu hướng (P = 0,082). Nồng độ isobutyrate trong phân thấp hơn đáng kể ở bệnh nhân ET so với bệnh nhân PD (P = 0,030). Sự khác biệt giữa nhóm ET và PD về axit isovaleric không đáng kể, nhưng vẫn có xu hướng (P = 0,084). Axit propionic (P = 0,023), axit axetic (P = 0,020) và axit butyric (P = 0,044) thấp hơn đáng kể ở bệnh nhân PD so với bệnh nhân HC. Các kết quả này (Hình bổ sung 1) nhìn chung phù hợp với các kết quả chính. Sự khác biệt về kết quả giữa mẫu tổng thể và nhóm bệnh nhân giai đoạn sớm có thể là do kích thước mẫu nhỏ hơn trong nhóm phụ, dẫn đến sức mạnh thống kê của dữ liệu thấp hơn.
Tiếp theo, chúng tôi đã kiểm tra xem liệu nồng độ SCFA trong phân có thể phân biệt bệnh nhân mắc ET với bệnh nhân mắc CU hoặc PD hay không. Theo phân tích ROC, sự khác biệt về AUC của nồng độ propionate là 0,668 (khoảng tin cậy 95%: 0,538-0,797), cho phép phân biệt bệnh nhân mắc ET với nhóm đối chứng khỏe mạnh (HC). Bệnh nhân mắc ET và GC có thể được phân biệt bằng nồng độ butyrate với AUC là 0,685 (khoảng tin cậy 95%: 0,556–0,814). Sự khác biệt về nồng độ axit isobutyric có thể phân biệt bệnh nhân mắc ET với nhóm đối chứng khỏe mạnh (HC) với AUC là 0,655 (khoảng tin cậy 95%: 0,525–0,786). Khi kết hợp nồng độ propionat, butyrat và isobutyrat, thu được AUC cao hơn là 0,751 (khoảng tin cậy 95%: 0,634–0,867) với độ nhạy 74,3% và độ đặc hiệu 72,9% (Hình 2a). Để phân biệt giữa bệnh nhân ET và PD, AUC đối với nồng độ axit isovaleric là 0,700 (khoảng tin cậy 95%: 0,579–0,822) và đối với nồng độ axit isobutyric là 0,718 (khoảng tin cậy 95%: 0,599–0,836). Sự kết hợp của nồng độ axit isovaleric và axit isobutyric có AUC cao hơn là 0,743 (khoảng tin cậy 95%: 0,629–0,857), độ nhạy 74,3% và độ đặc hiệu 62,9% (Hình 2b). Ngoài ra, chúng tôi đã kiểm tra xem nồng độ SCFA trong phân của bệnh nhân Parkinson có khác biệt so với nhóm đối chứng hay không. Theo phân tích ROC, AUC để xác định bệnh nhân mắc bệnh Parkinson dựa trên sự khác biệt về nồng độ axit propionic là 0,687 (khoảng tin cậy 95%: 0,559-0,814), với độ nhạy là 68,6% và độ đặc hiệu là 68,7%. Sự khác biệt về nồng độ acetate có thể phân biệt bệnh nhân Parkinson với nhóm đối chứng khỏe mạnh với AUC là 0,674 (khoảng tin cậy 95%: 0,542–0,805). Bệnh nhân mắc bệnh Parkinson chỉ có thể được phân biệt với nhóm đối chứng khỏe mạnh bằng nồng độ butyrate với AUC là 0,651 (khoảng tin cậy 95%: 0,515–0,787). Khi kết hợp nồng độ propionate, acetate và butyrate, thu được AUC là 0,682 (khoảng tin cậy 95%: 0,553–0,811) (Hình 2c).
a) Phân biệt đối xử của Giáo hội Chính thống Nga đối với ET và HC; b) Phân biệt đối xử của Giáo hội Chính thống Nga đối với ET và PD; c) Phân biệt đối xử của Giáo hội Chính thống Nga đối với PD và HC. ET: run vô căn, HC: bệnh Parkinson, SCFA: nhóm đối chứng.
Ở bệnh nhân mắc ET, nồng độ axit isobutyric trong phân có tương quan nghịch với điểm FTM (r = -0,349, P = 0,034), và nồng độ axit isovaleric trong phân có tương quan nghịch với điểm FTM (r = -0,421, P = 0,001) và điểm TETRAS (r = -0,382, P = 0,020). Ở bệnh nhân mắc ET và PD, nồng độ propionate trong phân có tương quan nghịch với điểm SCOPA-AUT (r = −0,236, P = 0,043) (Hình 3 và Bảng bổ sung 3). Không có mối tương quan đáng kể giữa diễn biến bệnh và SCFA ở cả nhóm ET (P ≥ 0,161) và nhóm PD (P ≥ 0,246) (Bảng bổ sung 4). Ở bệnh nhân mắc bệnh Parkinson, nồng độ axit caproic trong phân có tương quan thuận với điểm số MDS-UPDRS (r = 0,335, P = 0,042). Trên tất cả những người tham gia, nồng độ propionat (r = −0,230, P = 0,016) và axetat (r = −0,210, P = 0,029) trong phân có tương quan nghịch với điểm số Wexner (Hình 3 và Bảng bổ sung 3).
Nồng độ axit isobutyric trong phân có tương quan nghịch với điểm FTM, axit isovaleric có tương quan nghịch với điểm FTM và TETRAS, axit propionic có tương quan nghịch với điểm SCOPA-AUT, axit caproic có tương quan thuận với điểm MDS-UPDRS, và axit propionic có tương quan nghịch với điểm FTM và TETRAS. TETRAS và axit axetic có tương quan nghịch với điểm Wexner. MDS-UPDRS (phiên bản do Hiệp hội tài trợ của Thang điểm đánh giá bệnh Parkinson thống nhất), Bài kiểm tra trạng thái tâm thần thu nhỏ (MMSE), Thang điểm đánh giá trầm cảm Hamilton (HAMD-17), 17 mục, Thang điểm đánh giá lo âu Hamilton (HAMA), giai đoạn Hoehn và Yahr (HY), SCFA, Thang điểm kết quả triệu chứng tự chủ bệnh Parkinson (SCOPA – AUT), Thang điểm đánh giá run lâm sàng Fana-Tolosa-Marin (FTM), Thang điểm đánh giá run vô căn của Nhóm nghiên cứu TETRAS (TRG). Sự khác biệt đáng kể được biểu thị bằng *P < 0,05 và **P < 0,01.
Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu bản chất phân biệt của hệ vi sinh vật đường ruột bằng phân tích LEfSE và chọn mức dữ liệu về độ phong phú tương đối của chi để phân tích sâu hơn. So sánh được thực hiện giữa nhóm ET và HC, cũng như giữa nhóm ET và PD. Sau đó, phân tích tương quan Spearman được thực hiện trên độ phong phú tương đối của hệ vi sinh vật đường ruột và nồng độ SCFA trong phân ở hai nhóm so sánh.
Vi khuẩn Faecalibacterium (tương quan với axit butyric, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (tương quan với axit butyric, r = 0,283, P = 0,016), Streptobacterium (tương quan với axit propionic, r = 0,327) có mặt trong phân tích ET và CA. , P = 0,005; tương quan với axit butyric, r = 0,374, P = 0,001; Số lượng Faecalibacterium (tương quan với axit isobutyric, r = 0,329, P = 0,005), Howardella (tương quan với axit propionic, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (tương quan với propionat, r = 0,249, P = 0,035) và Candidatus Arthromitus (tương quan với axit isobutyric, r = 0,302, P = 0,010) được phát hiện giảm ở nhóm ET và tương quan dương với nồng độ SCFA trong phân. Tuy nhiên, số lượng Stenotropomonas tăng lên ở nhóm ET và tương quan âm với nồng độ isobutyrat trong phân (r = -0,250, P = 0,034). Sau khi điều chỉnh FDR, chỉ có mối tương quan giữa Faecalibacterium, Catenibacter và SCFA vẫn còn có ý nghĩa thống kê (P ≤ 0,045) (Hình 4 và Bảng bổ sung 5).
Phân tích tương quan giữa ET và HC. Sau khi điều chỉnh FDR, số lượng Faecalibacterium (có liên quan tích cực với butyrate) và Streptobacterium (có liên quan tích cực với propionate, butyrate và isobutyrate) được phát hiện giảm ở nhóm ET và có liên quan tích cực với nồng độ SCFA trong phân. b Phân tích tương quan giữa ET và PD. Sau khi điều chỉnh FDR, không tìm thấy mối liên hệ đáng kể nào. ET: run vô căn, PD: bệnh Parkinson, HC: nhóm đối chứng, SCFA. Sự khác biệt đáng kể được biểu thị bằng *P < 0,05 và **P < 0,01.
Khi phân tích ET so với PD, người ta thấy rằng Clostridium trichophyton tăng lên ở nhóm ET và có tương quan với axit isovaleric trong phân (r = -0,238, P = 0,041) và axit isobutyric (r = -0,257, P = 0,027). Sau khi điều chỉnh FDR, cả hai đều vẫn có ý nghĩa thống kê (P≥0,295) (Hình 4 và Bảng bổ sung 5).
Nghiên cứu này là một nghiên cứu toàn diện nhằm kiểm tra nồng độ SCFA trong phân và mối tương quan giữa chúng với những thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột và mức độ nghiêm trọng của triệu chứng ở bệnh nhân mắc ET so với bệnh nhân mắc CU và PD. Chúng tôi nhận thấy rằng nồng độ SCFA trong phân giảm ở bệnh nhân mắc ET và có liên quan đến mức độ nghiêm trọng của bệnh lý lâm sàng và những thay đổi cụ thể trong hệ vi sinh vật đường ruột. Nồng độ tích lũy của axit béo chuỗi ngắn (SCFA) trong phân giúp phân biệt ET với GC và PD.
So với bệnh nhân GC, bệnh nhân ET có nồng độ axit propionic, butyric và isobutyric trong phân thấp hơn. Sự kết hợp của axit propionic, butyric và isobutyric có thể phân biệt giữa ET và HC với AUC là 0,751 (95% CI: 0,634–0,867), độ nhạy 74,3% và độ đặc hiệu 72,9%, cho thấy chúng có tiềm năng đóng vai trò là dấu ấn sinh học chẩn đoán cho ET. Phân tích sâu hơn cho thấy nồng độ axit propionic trong phân có tương quan nghịch với điểm Wexner và điểm SCOPA-AUT. Nồng độ axit isobutyric trong phân có tương quan nghịch với điểm FTM. Mặt khác, sự giảm nồng độ butyrate ở bệnh nhân ET có liên quan đến sự giảm số lượng vi sinh vật sản sinh SCFA, Faecalibacterium và Categorybacter. Ngoài ra, việc giảm số lượng vi khuẩn Catenibacter trong nhóm ET cũng liên quan đến việc giảm nồng độ axit propionic và isobutyric trong phân.
Hầu hết các SCFA được sản xuất trong đại tràng được tế bào ruột kết hấp thụ chủ yếu thông qua các chất vận chuyển monocarboxylate phụ thuộc H+ hoặc phụ thuộc natri. Các axit béo chuỗi ngắn được hấp thụ được sử dụng làm nguồn năng lượng cho tế bào ruột kết, trong khi những axit béo không được chuyển hóa trong tế bào ruột kết sẽ được vận chuyển vào hệ tuần hoàn cửa 18. SCFA có thể ảnh hưởng đến nhu động ruột, tăng cường chức năng hàng rào ruột và ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và miễn dịch của vật chủ19. Trước đây, người ta đã phát hiện ra rằng nồng độ butyrate, acetate và propionate trong phân giảm ở bệnh nhân PD so với nhóm đối chứng khỏe mạnh17, điều này phù hợp với kết quả của chúng tôi. Nghiên cứu của chúng tôi đã tìm thấy SCFA giảm ở bệnh nhân ET, nhưng vai trò của SCFA trong bệnh lý ET vẫn chưa được biết rõ. Butyrate và propionate có thể liên kết với GPCR và ảnh hưởng đến tín hiệu phụ thuộc GPCR như tín hiệu MAPK và NF-κB20. Khái niệm cơ bản của trục ruột-não là SCFA do vi khuẩn đường ruột tiết ra có thể ảnh hưởng đến tín hiệu của vật chủ, từ đó ảnh hưởng đến chức năng ruột và não. Do butyrat và propionat có tác dụng ức chế mạnh mẽ hoạt động của histone deacetylase (HDAC)21 và butyrat cũng có thể hoạt động như một phối tử cho các yếu tố phiên mã, chúng có tác động rộng rãi đến quá trình trao đổi chất, biệt hóa và tăng sinh của vật chủ, chủ yếu là do ảnh hưởng của chúng đến điều hòa gen22. Dựa trên bằng chứng từ SCFA và các bệnh thoái hóa thần kinh, butyrat được coi là một ứng cử viên điều trị do khả năng điều chỉnh hoạt động HDAC bị suy giảm, có thể làm trung gian cho sự chết tế bào thần kinh dopaminergic trong bệnh Parkinson23,24,25. Các nghiên cứu trên động vật cũng đã chứng minh khả năng của axit butyric trong việc ngăn ngừa thoái hóa tế bào thần kinh dopaminergic và cải thiện rối loạn vận động trong các mô hình bệnh Parkinson26,27. Axit propionic đã được phát hiện là có khả năng hạn chế phản ứng viêm và bảo vệ tính toàn vẹn của hàng rào máu não28,29. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit propionic thúc đẩy sự sống sót của các tế bào thần kinh dopaminergic để đáp ứng với độc tính của rotenone trong các mô hình bệnh Parkinson30 và việc uống axit propionic giúp cứu sống các tế bào thần kinh dopaminergic và các khiếm khuyết vận động ở chuột mắc bệnh Parkinson31. Ít thông tin được biết về chức năng của axit isobutyric. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng việc cấy vi khuẩn B. ovale vào chuột làm tăng hàm lượng SCFA trong ruột (bao gồm acetate, propionate, isobutyrate và isovalerate) và nồng độ GABA trong ruột, nhấn mạnh rằng đã có mối liên hệ được thiết lập giữa hệ vi sinh vật đường ruột và SCFA trong ruột. Nồng độ chất dẫn truyền thần kinh32. Đối với ET, những thay đổi bệnh lý bất thường ở tiểu não bao gồm những thay đổi trong sợi trục và nhánh tế bào Purkinje, sự dịch chuyển và mất tế bào Purkinje, những thay đổi trong sợi trục tế bào rổ và những bất thường trong các kết nối sợi hướng lên đến nhân tế bào Purkinje, dẫn đến giảm sản lượng GABAergic từ tiểu não3,4,33. Vẫn chưa rõ liệu SCFA có liên quan đến thoái hóa thần kinh tế bào Purkinje và giảm sản xuất GABA ở tiểu não hay không. Kết quả của chúng tôi cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa SCFA và ET; tuy nhiên, thiết kế nghiên cứu cắt ngang không cho phép đưa ra bất kỳ kết luận nào về mối quan hệ nhân quả giữa SCFA và quá trình bệnh ET. Cần tiến hành thêm các nghiên cứu theo dõi dài hạn, bao gồm đo lường định kỳ nồng độ SCFAs trong phân, cũng như các nghiên cứu trên động vật để kiểm tra cơ chế.
Các axit béo chuỗi ngắn (SCFA) được cho là kích thích khả năng co bóp của cơ trơn đại tràng34. Thiếu SCFA sẽ làm trầm trọng thêm các triệu chứng táo bón, và việc bổ sung SCFA có thể cải thiện các triệu chứng táo bón PD35. Kết quả của chúng tôi cũng chỉ ra mối liên hệ đáng kể giữa việc giảm hàm lượng SCFA trong phân và tăng táo bón cũng như rối loạn chức năng tự chủ ở bệnh nhân mắc chứng run vô căn (ET). Một báo cáo trường hợp cho thấy cấy ghép vi sinh vật đã cải thiện cả chứng run vô căn và hội chứng ruột kích thích ở bệnh nhân số 7, càng cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa hệ vi sinh vật đường ruột và ET. Do đó, chúng tôi tin rằng SCFA/hệ vi sinh vật trong phân có thể ảnh hưởng đến nhu động ruột và chức năng hệ thần kinh tự chủ của vật chủ.
Nghiên cứu cho thấy rằng mức độ SCFA trong phân giảm ở nhóm ET có liên quan đến sự giảm số lượng Faecalibacterium (liên quan đến butyrate) và Streptobacterium (liên quan đến propionate, butyrate và isobutyrate). Sau khi hiệu chỉnh FDR, mối quan hệ này vẫn có ý nghĩa thống kê. Faecalibacterium và Streptobacterium là các vi sinh vật sản sinh SCFA. Faecalibacterium được biết đến là một vi sinh vật sản sinh butyrate36, trong khi các sản phẩm chính của quá trình lên men Catenibacter là acetate, butyrate và axit lactic37. Faecalibacterium được phát hiện ở 100% cả nhóm ET và HC; Tỷ lệ tương đối trung bình của nhóm ET là 2,06% và của nhóm HC là 3,28% (LDA 3,870). Vi khuẩn này được phát hiện ở 21,6% (8/37) của nhóm HC và chỉ ở 1 mẫu của nhóm ET (1/35). Sự suy giảm và không phát hiện được vi khuẩn Streptobacteria trong ET cũng có thể cho thấy mối tương quan với khả năng gây bệnh. Độ phong phú tương đối trung bình của các loài Catenibacter trong nhóm HC là 0,07% (LDA 2,129). Ngoài ra, vi khuẩn axit lactic có liên quan đến sự thay đổi butyrate trong phân (P=0,016, P=0,096 sau khi điều chỉnh FDR), và ứng viên viêm khớp có liên quan đến sự thay đổi isobutyrate (P=0,016, P=0,072 sau khi điều chỉnh FDR). Sau khi hiệu chỉnh FDR, chỉ còn lại xu hướng tương quan, không có ý nghĩa thống kê. Vi khuẩn Lactobacilli cũng được biết đến là tác nhân sản xuất SCFA (axit axetic, axit propionic, axit isobutyric, axit butyric) 38 và Candidatus Arthromitus là tác nhân gây cảm ứng đặc hiệu cho sự biệt hóa tế bào T helper 17 (Th17), với Th1/2 và Tregs liên quan đến cân bằng miễn dịch /Th1739. Một nghiên cứu gần đây cho thấy mức độ viêm khớp giả ở phân tăng cao có thể góp phần gây viêm đại tràng, rối loạn chức năng hàng rào ruột và viêm toàn thân 40. Vi khuẩn Clostridium trichophyton gia tăng ở bệnh nhân ET so với bệnh nhân PD. Sự phong phú của Clostridium trichoides được phát hiện có tương quan nghịch với axit isovaleric và axit isobutyric. Sau khi điều chỉnh FDR, cả hai đều vẫn có ý nghĩa thống kê (P≥0,295). Clostridium pilosum là một loại vi khuẩn được biết là có liên quan đến viêm và có thể góp phần gây rối loạn chức năng hàng rào ruột 41. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã báo cáo những thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột của bệnh nhân ET8. Ở đây, chúng tôi cũng báo cáo những thay đổi về SCFAs ở bệnh nhân ET và xác định mối liên hệ giữa rối loạn hệ vi sinh vật đường ruột và những thay đổi về SCFAs. Mức SCFA giảm có liên quan chặt chẽ với rối loạn hệ vi sinh vật đường ruột và mức độ nghiêm trọng của chứng run ở bệnh nhân ET. Kết quả của chúng tôi cho thấy trục ruột-não có thể đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của ET, nhưng cần có thêm các nghiên cứu trên mô hình động vật.
So với bệnh nhân mắc bệnh Parkinson (PD), bệnh nhân mắc chứng run vô căn (ET) có nồng độ axit isovaleric và isobutyric trong phân thấp hơn. Sự kết hợp của axit isovaleric và axit isobutyric giúp xác định ET ở bệnh nhân PD với AUC là 0,743 (khoảng tin cậy 95%: 0,629–0,857), độ nhạy 74,3% và độ đặc hiệu 62,9%, cho thấy vai trò tiềm năng của chúng như là các dấu ấn sinh học trong chẩn đoán phân biệt ET. Nồng độ axit isovaleric trong phân có tương quan nghịch với điểm số FTM và TETRAS. Nồng độ axit isobutyric trong phân có tương quan nghịch với điểm số FTM. Sự giảm nồng độ axit isobutyric có liên quan đến sự giảm số lượng vi khuẩn catobacteria. Chức năng của axit isovaleric và axit isobutyric vẫn chưa được biết rõ. Một nghiên cứu trước đây cho thấy việc cấy vi khuẩn Bacteroides ovale vào chuột làm tăng hàm lượng SCFA trong ruột (bao gồm acetate, propionate, isobutyrate và isovalerate) và nồng độ GABA trong ruột, làm nổi bật mối liên hệ giữa hệ vi sinh vật đường ruột và nồng độ SCFA/chất dẫn truyền thần kinh trong ruột32. Điều thú vị là, nồng độ axit isobutyric quan sát được tương tự nhau giữa nhóm PD và HC, nhưng khác nhau giữa nhóm ET và PD (hoặc HC). Axit isobutyric có thể phân biệt giữa ET và PD với AUC là 0,718 (95% CI: 0,599–0,836) và xác định ET và NC với AUC là 0,655 (95% CI: 0,525–0,786). Ngoài ra, nồng độ axit isobutyric tương quan với mức độ nghiêm trọng của chứng run, càng củng cố thêm mối liên hệ của nó với ET. Câu hỏi liệu axit isobutyric đường uống có thể làm giảm mức độ nghiêm trọng của chứng run ở bệnh nhân ET hay không cần được nghiên cứu thêm.
Do đó, hàm lượng SCFA trong phân giảm ở bệnh nhân mắc ET và có liên quan đến mức độ nghiêm trọng lâm sàng của ET cũng như những thay đổi cụ thể trong hệ vi sinh vật đường ruột. Propionate, butyrate và isobutyrate trong phân có thể là các dấu ấn sinh học chẩn đoán ET, trong khi isobutyrate và isovalerate có thể là các dấu ấn sinh học chẩn đoán phân biệt ET. Sự thay đổi nồng độ isobutyrate trong phân có thể đặc hiệu hơn đối với ET so với sự thay đổi của các SCFA khác.
Nghiên cứu của chúng tôi có một số hạn chế. Thứ nhất, chế độ ăn uống và sở thích thực phẩm có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của hệ vi sinh vật, cần có các mẫu nghiên cứu lớn hơn ở các quần thể khác nhau, và các nghiên cứu trong tương lai nên đưa ra các khảo sát chế độ ăn uống toàn diện và có hệ thống như bảng câu hỏi tần suất tiêu thụ thực phẩm. Thứ hai, thiết kế nghiên cứu cắt ngang không cho phép đưa ra bất kỳ kết luận nào về mối quan hệ nhân quả giữa SCFA và sự phát triển của ET. Cần có thêm các nghiên cứu theo dõi dài hạn với các phép đo SCFA trong phân định kỳ. Thứ ba, khả năng chẩn đoán và chẩn đoán phân biệt của nồng độ SCFA trong phân cần được xác thực bằng cách sử dụng các mẫu độc lập từ ET, HC và PD. Cần tiến hành thêm nhiều mẫu phân độc lập trong tương lai. Cuối cùng, bệnh nhân mắc PD trong nhóm nghiên cứu của chúng tôi có thời gian mắc bệnh ngắn hơn đáng kể so với bệnh nhân mắc ET. Chúng tôi chủ yếu ghép cặp ET, PD và HC theo tuổi, giới tính và BMI. Do sự khác biệt về diễn biến bệnh giữa nhóm ET và nhóm PD, chúng tôi cũng đã nghiên cứu 33 bệnh nhân mắc PD giai đoạn sớm và 16 bệnh nhân mắc ET (thời gian mắc bệnh ≤3 năm) để so sánh thêm. Sự khác biệt giữa các nhóm về SCFA nhìn chung phù hợp với dữ liệu chính của chúng tôi. Ngoài ra, chúng tôi không tìm thấy mối tương quan nào giữa thời gian mắc bệnh và sự thay đổi của SCFA. Tuy nhiên, trong tương lai, tốt nhất nên tuyển chọn bệnh nhân mắc PD và ET ở giai đoạn sớm với thời gian mắc bệnh ngắn hơn để hoàn tất quá trình xác thực trên một mẫu lớn hơn.
Nghiên cứu này đã được ủy ban đạo đức của Bệnh viện Ruijin, trực thuộc Trường Y Đại học Giao thông Thượng Hải (RHEC2018-243) phê duyệt. Tất cả người tham gia đều đã ký vào bản đồng ý tham gia nghiên cứu bằng văn bản.
Từ tháng 1 năm 2019 đến tháng 12 năm 2022, 109 đối tượng (37 bệnh nhân ET, 37 bệnh nhân PD và 35 người khỏe mạnh) từ Phòng khám Trung tâm Rối loạn Vận động của Bệnh viện Ruijin, trực thuộc Trường Y Đại học Giao thông Thượng Hải, đã được đưa vào nghiên cứu này. Tiêu chí lựa chọn là: (1) tuổi từ 25 đến 85 tuổi, (2) bệnh nhân ET được chẩn đoán theo tiêu chí của Nhóm Công tác MDS 42 và bệnh nhân PD được chẩn đoán theo tiêu chí MDS 43, (3) tất cả bệnh nhân đều không dùng thuốc chống PD trước khi lấy mẫu. (4) Nhóm ET chỉ dùng thuốc chẹn beta hoặc không dùng thuốc liên quan nào trước khi lấy mẫu phân. Nhóm người khỏe mạnh (HC) được lựa chọn sao cho phù hợp về tuổi, giới tính và chỉ số khối cơ thể (BMI). Các tiêu chí loại trừ bao gồm: (1) người ăn chay, (2) chế độ dinh dưỡng kém, (3) các bệnh mãn tính về đường tiêu hóa (bao gồm bệnh viêm ruột, loét dạ dày hoặc tá tràng), (4) các bệnh mãn tính nghiêm trọng (bao gồm u ác tính, suy tim, suy thận, bệnh về máu), (5) Tiền sử phẫu thuật đường tiêu hóa lớn, (6) Thường xuyên hoặc mãn tính tiêu thụ sữa chua, (7) Sử dụng bất kỳ loại men vi sinh hoặc kháng sinh nào trong 1 tháng, (8) Sử dụng mãn tính corticosteroid, thuốc ức chế bơm proton, statin, metformin, thuốc ức chế miễn dịch hoặc thuốc chống ung thư và (9) suy giảm nhận thức nghiêm trọng gây cản trở các thử nghiệm lâm sàng.
Tất cả các đối tượng đều cung cấp tiền sử bệnh, thông tin về cân nặng và chiều cao để tính chỉ số BMI, và trải qua khám thần kinh và đánh giá lâm sàng như điểm số lo âu theo Thang đánh giá lo âu Hamilton (HAMA) 44, điểm số theo Thang đánh giá trầm cảm Hamilton-17 (HAMD-17) 45, trầm cảm, mức độ nghiêm trọng của táo bón bằng Thang đánh giá táo bón Wexner 46 và Thang đánh giá phân Bristol 47 và hiệu suất nhận thức bằng Bài kiểm tra trạng thái tâm thần thu nhỏ (MMSE) 48. Thang đánh giá các triệu chứng tự chủ của bệnh Parkinson (SCOPA-AUT) 49 được sử dụng để kiểm tra rối loạn chức năng tự chủ ở bệnh nhân mắc ET và PD. Thang đánh giá run lâm sàng Fan-Tolos-Marin (FTM) và Thang đánh giá run vô căn (TETRAS) 50 Nhóm nghiên cứu run (TRG) 50 được sử dụng để kiểm tra ở bệnh nhân mắc ET; Thang điểm đánh giá bệnh Kinson (MDS-UPDRS) phiên bản 51 và thang điểm Hoehn và Yahr (HY) cấp độ 52 do Hiệp hội Bệnh Parkinson Hoa Kỳ tài trợ đã được xem xét.
Mỗi người tham gia được yêu cầu thu thập mẫu phân vào buổi sáng bằng dụng cụ đựng phân. Chuyển các dụng cụ đựng phân vào đá và bảo quản ở -80°C trước khi xử lý. Phân tích SCFA được thực hiện theo quy trình thường quy của Công ty TNHH Công nghệ sinh học Tiangene (Thượng Hải). 400 mg mẫu phân tươi được thu thập từ mỗi người tham gia và được phân tích bằng SCFA sau khi nghiền và siêu âm sơ bộ. Các SCFA được chọn trong phân được phân tích bằng sắc ký khí-khối phổ (GC-MS) và sắc ký lỏng-khối phổ song song (LC-MS/MS).
DNA được chiết xuất từ ​​các mẫu 200 mg bằng bộ kit QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Đức) theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Thành phần vi sinh vật được xác định bằng cách giải trình tự gen 16S rRNA trên DNA phân lập từ phân bằng cách khuếch đại vùng V3-V4. Kiểm tra DNA bằng cách chạy mẫu trên gel agarose 1,2%. Khuếch đại gen 16S rRNA bằng phản ứng chuỗi polymerase (PCR) được thực hiện bằng cách sử dụng các mồi vi khuẩn phổ quát (357F và 806R) và thư viện sản phẩm khuếch đại hai bước được xây dựng trên nền tảng Novaseq.
Các biến liên tục được biểu thị bằng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, và các biến phân loại được biểu thị bằng số lượng và tỷ lệ phần trăm. Chúng tôi đã sử dụng kiểm định Levene để kiểm tra tính đồng nhất của phương sai. Các so sánh được thực hiện bằng kiểm định t hai phía hoặc phân tích phương sai (ANOVA) nếu các biến được phân bố chuẩn và kiểm định phi tham số Mann-Whitney U nếu giả định về tính chuẩn hoặc tính đồng nhất phương sai bị vi phạm. Chúng tôi đã sử dụng diện tích dưới đường cong đặc tính hoạt động của người nhận (ROC) (AUC) để định lượng hiệu suất chẩn đoán của mô hình và kiểm tra khả năng của SCFA trong việc phân biệt bệnh nhân mắc ET với những người mắc HC hoặc PD. Để kiểm tra mối quan hệ giữa SCFA và mức độ nghiêm trọng lâm sàng, chúng tôi đã sử dụng phân tích tương quan Spearman. Phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm SPSS (phiên bản 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL) với mức ý nghĩa (bao gồm giá trị P và FDR-P) được đặt ở mức 0,05 (hai phía).
Trình tự 16S được phân tích bằng cách sử dụng kết hợp các phần mềm Trimmomatic (phiên bản 0.35), Flash (phiên bản 1.2.11), UPARSE (phiên bản v8.1.1756), mothur (phiên bản 1.33.3) và R (phiên bản 3.6.3). Dữ liệu gen 16S rRNA thô được xử lý bằng UPARSE để tạo ra các đơn vị phân loại hoạt động (OTU) với độ tương đồng 97%. Phân loại được xác định bằng cách sử dụng Silva 128 làm cơ sở dữ liệu tham chiếu. Mức độ chi của dữ liệu về độ phong phú tương đối được chọn để phân tích tiếp. Phân tích kích thước hiệu ứng phân biệt tuyến tính (LDA) (LEfSE) được sử dụng để so sánh giữa các nhóm (ET so với HC, ET so với PD) với ngưỡng α là 0,05 và ngưỡng kích thước hiệu ứng là 2,0. Các chi phân biệt được xác định bằng phân tích LEfSE được sử dụng tiếp cho phân tích tương quan Spearman của SCFA.
Để biết thêm thông tin về thiết kế nghiên cứu, vui lòng xem Bản tóm tắt báo cáo nghiên cứu tự nhiên kèm theo bài báo này.
Dữ liệu giải trình tự 16S thô được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu BioProject của Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928), URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc= SRP438900&o. =acc_s% 3Aa. Các dữ liệu liên quan khác có sẵn cho tác giả liên hệ theo yêu cầu hợp lý, chẳng hạn như hợp tác khoa học và trao đổi học thuật với các dự án nghiên cứu đầy đủ. Không được phép chuyển giao dữ liệu cho bên thứ ba mà không có sự đồng ý của chúng tôi.
Mã nguồn mở chỉ được cung cấp khi kết hợp Trimmomatic (phiên bản 0.35), Flash (phiên bản 1.2.11), UPARSE (phiên bản v8.1.1756), mothur (phiên bản 1.33.3) và R (phiên bản 3.6.3), sử dụng cài đặt mặc định hoặc mục “Phương pháp”. Thông tin làm rõ bổ sung có thể được cung cấp cho tác giả tương ứng khi có yêu cầu hợp lý.
Pradeep S và Mehanna R. Rối loạn tiêu hóa trong rối loạn vận động tăng động và mất điều hòa. Liên quan đến bệnh Parkinson. nhầm lẫn. 90, 125–133 (2021).
Louis, ED và Faust, PL Bệnh lý của chứng run vô căn: thoái hóa thần kinh và tái tổ chức các kết nối thần kinh. Nat. Pastor Nirol. 16, 69–83 (2020).
Gironell, A. Run vô căn có phải là rối loạn nguyên phát của rối loạn chức năng GABA không? Có. Tạp chí quốc tế về thần kinh học. 163, 259–284 (2022).
Dogra N., Mani RJ và Katara DP Trục ruột-não: hai chế độ truyền tín hiệu trong bệnh Parkinson. Phân tử tế bào. Sinh học thần kinh. 42, 315–332 (2022).
Quigley, EMM. Trục vi sinh vật-não-ruột và các bệnh thoái hóa thần kinh. Hiện tại. Nellore. Khoa học thần kinh. Báo cáo 17, 94 (2017).
Liu, XJ, Wu, LH, Xie, WR và He, XX Cấy ghép vi khuẩn đường ruột đồng thời cải thiện chứng run vô căn và hội chứng ruột kích thích ở bệnh nhân. Tâm lý học lão khoa 20, 796–798 (2020).
Zhang P. và cộng sự. Những thay đổi đặc hiệu trong hệ vi sinh vật đường ruột ở chứng run vô căn và sự phân biệt chúng với bệnh Parkinson. NPJ Bệnh Parkinson. 8, 98 (2022).
Luo S, Zhu H, Zhang J và Wang D. Vai trò quan trọng của hệ vi sinh vật trong việc điều hòa các đơn vị thần kinh-tế bào thần kinh đệm-biểu mô. Khả năng kháng nhiễm trùng. 14, 5613–5628 (2021).
Emin A. và cộng sự. Bệnh lý alpha-synuclein tá tràng và chứng xơ hóa ruột trong bệnh Parkinson tiến triển. move. confusion. https://doi.org/10.1002/mds.29358 (2023).
Skorvanek M. và cộng sự. Kháng thể chống alpha-synuclein 5G4 nhận biết bệnh Parkinson rõ rệt và bệnh Parkinson tiền triệu chứng ở niêm mạc đại tràng. move. confusion. 33, 1366–1368 (2018).
Algarni M và Fasano A. Sự trùng hợp giữa chứng run vô căn và bệnh Parkinson. Liên quan đến bệnh Parkinson. nhầm lẫn. 46, С101–С104 (2018).
Sampson, TR và cộng sự. Hệ vi sinh vật đường ruột điều chỉnh sự suy giảm vận động và viêm thần kinh trong các mô hình bệnh Parkinson. Cell 167, 1469–1480.e1412 (2016).
Unger, MM và cộng sự. Axit béo chuỗi ngắn và hệ vi sinh vật đường ruột khác nhau giữa bệnh nhân mắc bệnh Parkinson và nhóm đối chứng cùng độ tuổi. Liên quan đến bệnh Parkinson. rối loạn nhận thức. 32, 66–72 (2016).
Bleacher E, Levy M, Tatirovsky E và Elinav E. Các chất chuyển hóa được điều hòa bởi hệ vi sinh vật tại giao diện miễn dịch của vật chủ. Tạp chí Miễn dịch học. 198, 572–580 (2017).