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Die Früherkennung von essentiellem Tremor (ET) kann schwierig sein, insbesondere bei der Abgrenzung von gesunden Kontrollpersonen (GK) und Patienten mit Morbus Parkinson (MP). Die Analyse von Stuhlproben hinsichtlich der Darmmikrobiota und ihrer Metaboliten hat in jüngster Zeit neue Methoden zur Entdeckung neuer Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen eröffnet. Kurzkettige Fettsäuren (SCFA), die Hauptmetaboliten der Darmflora, sind im Stuhl bei MP reduziert. SCFA im Stuhl wurden jedoch bei ET bisher nicht untersucht. Ziel dieser Studie war es, die SCFA-Konzentrationen im Stuhl bei ET zu untersuchen, ihren Zusammenhang mit klinischen Symptomen und der Darmmikrobiota zu bewerten und ihr diagnostisches Potenzial zu bestimmen. SCFA im Stuhl und die Darmmikrobiota wurden bei 37 ET-Patienten, 37 neu diagnostizierten MP-Patienten und 35 GK gemessen. Verstopfung, autonome Dysfunktion und Tremorstärke wurden anhand von Skalen erfasst. Die Konzentrationen von Propionat, Butyrat und Isobutyrat im Stuhl waren bei ET niedriger als bei GK. Eine Kombination aus Propionsäure, Buttersäure und Isobuttersäure differenzierte ET von HC mit einer AUC von 0,751 (95 %-KI: 0,634–0,867). Die fäkalen Konzentrationen von Isovaleriansäure und Isobuttersäure waren bei ET niedriger als bei PD. Isovaleriansäure und Isobuttersäure differenzierten zwischen ET und PD mit einer AUC von 0,743 (95 %-KI: 0,629–0,857). Fäkales Propionat korrelierte invers mit Obstipation und autonomer Dysfunktion. Isobuttersäure und Isovaleriansäure korrelierten invers mit der Tremorstärke. Die Abnahme des SCFA-Gehalts im Stuhl war bei ET mit einer verringerten Häufigkeit von Faecalibacterium und Streptobacterium assoziiert. Somit ist der SCFA-Gehalt im Stuhl bei ET reduziert und korreliert mit dem Schweregrad des klinischen Bildes und Veränderungen der Darmmikrobiota. Propionsäure, Buttersäure, Isobuttersäure und Isovaleriansäure im Stuhl könnten potenzielle diagnostische und differenzialdiagnostische Biomarker für ET sein.
Essentieller Tremor (ET) ist eine fortschreitende, chronische neurodegenerative Erkrankung, die primär durch Tremor der oberen Extremitäten gekennzeichnet ist und auch andere Körperteile wie Kopf, Stimmbänder und Beine betreffen kann¹. Zu den klinischen Merkmalen des ET gehören neben motorischen Symptomen auch nicht-motorische Anzeichen, darunter gastrointestinale Erkrankungen². Zahlreiche Studien untersuchten die pathologischen und physiologischen Eigenschaften des essentiellen Tremors, jedoch konnten die zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen bisher nicht eindeutig identifiziert werden^3,4. Neuere Studien deuten darauf hin, dass eine Dysfunktion der Darm-Hirn-Achse zu neurodegenerativen Erkrankungen beitragen kann, und es gibt zunehmend Hinweise auf eine mögliche bidirektionale Verbindung zwischen der Darmmikrobiota und neurodegenerativen Erkrankungen^5,6. Bemerkenswerterweise führte in einem Fallbericht eine Stuhltransplantation bei einem Patienten sowohl zu einer Besserung des essentiellen Tremors als auch des Reizdarmsyndroms, was auf einen engen Zusammenhang zwischen Darmmikrobiota und essentiellem Tremor hindeuten könnte. Darüber hinaus stellten wir bei Patienten mit ET auch spezifische Veränderungen der Darmmikrobiota fest, was die wichtige Rolle der Darmdysbiose bei ET8 stark unterstreicht.
Bezüglich der Darmdysbiose bei neurodegenerativen Erkrankungen ist Parkinson (PD) die am besten untersuchte Erkrankung⁵. Eine gestörte Darmflora kann die Darmpermeabilität erhöhen und die Gliazellen im Darm aktivieren, was zu Alpha-Synucleinopathien führen kann^9,10,11. PD und essentieller Tremor (ET) weisen bestimmte Überschneidungen auf, wie z. B. eine ähnliche Tremorhäufigkeit bei ET- und PD-Patienten, einen überlappenden Ruhetremor (typischer Tremor bei PD) und einen Haltetremor (hauptsächlich bei ET-Patienten), was die Unterscheidung im Frühstadium erschwert¹². Daher besteht ein dringender Bedarf an einem geeigneten Instrument zur Differenzierung zwischen ET und PD. In diesem Zusammenhang könnten die Untersuchung der spezifischen Darmdysbiose und der damit verbundenen Metabolitveränderungen bei ET sowie die Identifizierung ihrer Unterschiede zu PD potenzielle Biomarker für die Diagnose und Differenzialdiagnose von ET liefern.
Kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) sind die Hauptmetaboliten, die bei der bakteriellen Fermentation von Ballaststoffen im Darm entstehen und vermutlich eine entscheidende Rolle in der Darm-Hirn-Achse spielen^13,14. SCFAs werden von Dickdarmzellen aufgenommen und über das Pfortadersystem zur Leber transportiert; ein Teil gelangt in den systemischen Kreislauf. Lokal wirken SCFAs auf die Aufrechterhaltung der Integrität der Darmbarriere und fördern die angeborene Immunität in der Darmschleimhaut¹⁵. Langfristig beeinflussen sie die Blut-Hirn-Schranke (BHS), indem sie Tight-Junction-Proteine ​​stimulieren und Neuronen durch Aktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) aktivieren, die den Übertritt von Molekülen durch die BHS ermöglichen¹⁶. Acetat, Propionat und Butyrat sind die am häufigsten vorkommenden SCFAs im Dickdarm. Frühere Studien zeigten verringerte Konzentrationen von Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure im Stuhl von Patienten mit Morbus Parkinson¹⁷. Die SCFA-Konzentrationen im Stuhl wurden jedoch bei Patienten mit essentiellem Tremor (ET) bisher nicht untersucht.
Ziel unserer Studie war es daher, spezifische Veränderungen der kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) im Stuhl von Patienten mit essentiellem Tremor (ET) zu identifizieren und deren Unterschiede zu Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) zu untersuchen. Weiterhin sollte der Zusammenhang zwischen SCFA im Stuhl und klinischen Symptomen sowie der Darmmikrobiota analysiert und das diagnostische und differenzialdiagnostische Potenzial von Stuhlproben ermittelt werden. (KZHK) Um mögliche Störfaktoren im Zusammenhang mit Anti-PD-Medikamenten auszuschließen, wählten wir Patienten mit neu aufgetretener Parkinson-Krankheit als Krankheitskontrollgruppe aus.
Die demografischen und klinischen Merkmale der 37 ET-Patienten, 37 PD-Patienten und 35 gesunden Kontrollpersonen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. ET-Patienten, PD-Patienten und gesunde Kontrollpersonen waren hinsichtlich Alter, Geschlecht und BMI vergleichbar. Auch der Anteil der Raucher sowie derjenigen, die Alkohol, Kaffee und Tee konsumierten, war in allen drei Gruppen ähnlich. Der Wexner-Score (p = 0,004) und der HAMD-17-Score (p = 0,001) der PD-Gruppe waren höher als die der Kontrollgruppe, während der HAMA-Score (p = 0,011) und der HAMD-17-Score (p = 0,011) der ET-Gruppe höher waren als die der Kontrollgruppe. Der Krankheitsverlauf war in der ET-Gruppe signifikant länger als in der PD-Gruppe (p < 0,001).
Es zeigten sich signifikante Unterschiede in den fäkalen Konzentrationen von Propionsäure (P = 0,023), Essigsäure (P = 0,039), Buttersäure (P = 0,020), Isovaleriansäure (P = 0,045) und Isobuttersäure (P = 0,015). In einer weiteren Post-hoc-Analyse waren die Konzentrationen von Propionsäure (P = 0,023), Buttersäure (P = 0,007) und Isobuttersäure (P = 0,040) in der ET-Gruppe signifikant niedriger als in der HC-Gruppe. Patienten mit ET wiesen niedrigere Konzentrationen von Isovalerat (P = 0,014) und Isobutyrat (P = 0,005) auf als Patienten mit PD. Darüber hinaus waren die Konzentrationen von Propionsäure (P = 0,013), Essigsäure (P = 0,016) und Buttersäure (P = 0,041) im Stuhl bei Patienten mit PD niedriger als bei Patienten mit CC (Abb. 1 und Ergänzungstabelle 1).
ag steht für einen Gruppenvergleich von Propionsäure, Essigsäure, Buttersäure, Isovaleriansäure, Valeriansäure, Capronsäure und Isobuttersäure. Zwischen den drei Gruppen bestanden signifikante Unterschiede in den Konzentrationen von Propionsäure, Essigsäure, Buttersäure, Isovaleriansäure und Isobuttersäure im Stuhl. ET: essentieller Tremor, Morbus Parkinson, gesunde Kontrollgruppe (HC), SCFA. Signifikante Unterschiede sind mit *P < 0,05 und **P < 0,01 gekennzeichnet.
Angesichts des unterschiedlichen Krankheitsverlaufs zwischen der ET-Gruppe und der PD-Gruppe untersuchten wir 33 Patienten mit frühem PD und 16 Patienten mit ET (Krankheitsverlauf ≤ 3 Jahre) zum weiteren Vergleich (Ergänzungstabelle 2). Die Ergebnisse zeigten, dass der Propionsäuregehalt im Stuhl bei ET signifikant niedriger war als bei HA (p = 0,015). Der Unterschied zwischen ET und HC hinsichtlich Buttersäure und Isobuttersäure war nicht signifikant, jedoch war ein Trend erkennbar (p = 0,082). Die Isobutyratwerte im Stuhl waren bei Patienten mit ET signifikant niedriger als bei Patienten mit PD (p = 0,030). Der Unterschied zwischen ET und PD hinsichtlich Isovaleriansäure war nicht signifikant, jedoch war ein Trend erkennbar (p = 0,084). Propionsäure (P = 0,023), Essigsäure (P = 0,020) und Buttersäure (P = 0,044) waren bei Parkinson-Patienten signifikant niedriger als bei gesunden Kontrollpersonen. Diese Ergebnisse (Ergänzende Abbildung 1) stimmen im Allgemeinen mit den Hauptergebnissen überein. Der Unterschied zwischen den Ergebnissen der Gesamtstichprobe und der Subgruppe der Patienten im Frühstadium könnte auf die geringere Stichprobengröße in der Subgruppe und die damit verbundene niedrigere statistische Aussagekraft der Daten zurückzuführen sein.
Anschließend untersuchten wir, ob sich Patienten mit essentiellem Tremor (ET) anhand der Konzentration kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) im Stuhl von Patienten mit chronischer Urtikaria (CU) oder Parkinson-Krankheit (PD) unterscheiden lassen. Laut ROC-Analyse betrug die Differenz der AUC der Propionatkonzentrationen 0,668 (95 %-KI: 0,538–0,797), wodurch eine Unterscheidung von ET-Patienten und gesunden Kontrollpersonen (HC) möglich war. Patienten mit ET und Magenkrebs (GC) konnten anhand der Butyratkonzentrationen mit einer AUC von 0,685 (95 %-KI: 0,556–0,814) unterschieden werden. Unterschiede in den Isobuttersäurekonzentrationen könnten ebenfalls eine Unterscheidung von ET-Patienten und HC ermöglichen (AUC: 0,655; 95 %-KI: 0,525–0,786). Die Kombination der Propionat-, Butyrat- und Isobutyratwerte ergab eine höhere AUC von 0,751 (95 %-KI: 0,634–0,867) mit einer Sensitivität von 74,3 % und einer Spezifität von 72,9 % (Abb. 2a). Zur Differenzierung zwischen Patienten mit essentieller Thrombozythämie (ET) und Parkinson-Krankheit (PD) betrug die AUC für die Isovaleriansäurewerte 0,700 (95 %-KI: 0,579–0,822) und für die Isobuttersäurewerte 0,718 (95 %-KI: 0,599–0,836). Die Kombination der Isovaleriansäure- und Isobuttersäurewerte wies eine höhere AUC von 0,743 (95 %-KI: 0,629–0,857), eine Sensitivität von 74,3 % und eine Spezifität von 62,9 % auf (Abb. 2b). Zusätzlich untersuchten wir, ob sich die SCFA-Konzentrationen im Stuhl von Patienten mit Morbus Parkinson von denen der Kontrollgruppe unterschieden. Laut ROC-Analyse betrug die AUC für die Identifizierung von Parkinson-Patienten anhand von Unterschieden in den Propionsäurekonzentrationen 0,687 (95 %-KI: 0,559–0,814), mit einer Sensitivität von 68,6 % und einer Spezifität von 68,7 %. Unterschiede in den Acetatkonzentrationen ermöglichten die Unterscheidung von Parkinson-Patienten und gesunden Kontrollpersonen mit einer AUC von 0,674 (95 %-KI: 0,542–0,805). Patienten mit Morbus Parkinson konnten von Patienten mit chronischer Urtikaria (CU) nur anhand der Butyratkonzentrationen differenziert werden (AUC: 0,651; 95 %-KI: 0,515–0,787). Die Kombination der Propionat-, Acetat- und Butyratkonzentrationen ergab eine AUC von 0,682 (95 %-KI: 0,553–0,811) (Abb. 2c).
Diskriminierung von ET und gesunden Kontrollpersonen durch die russisch-orthodoxe Kirche; b Diskriminierung von ET und Parkinson durch die russisch-orthodoxe Kirche; c Diskriminierung von Parkinson und gesunden Kontrollpersonen durch die russisch-orthodoxe Kirche. ET: essentieller Tremor, Parkinson-Krankheit, gesunde Kontrollpersonen, SCFA.
Bei Patienten mit essentieller Thrombozythämie (ET) korrelierten die fäkalen Isobuttersäurewerte negativ mit dem FTM-Score (r = -0,349, p = 0,034), ebenso wie die fäkalen Isovaleriansäurewerte mit dem FTM-Score (r = -0,421, p = 0,001) und dem TETRAS-Score (r = -0,382, p = 0,020). Bei Patienten mit ET und Parkinson-Krankheit (PD) korrelierten die fäkalen Propionatwerte negativ mit den SCOPA-AUT-Scores (r = -0,236, p = 0,043) (Abb. 3 und Ergänzungstabelle 3). Es zeigte sich kein signifikanter Zusammenhang zwischen Krankheitsverlauf und kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) in der ET-Gruppe (p ≥ 0,161) oder der PD-Gruppe (p ≥ 0,246) (Ergänzungstabelle 4). Bei Patienten mit Parkinson korrelierten die Capronsäurekonzentrationen im Stuhl positiv mit den MDS-UPDRS-Werten (r = 0,335, p = 0,042). Über alle Studienteilnehmer hinweg korrelierten die Propionat- (r = −0,230, p = 0,016) und Acetatkonzentrationen (r = −0,210, p = 0,029) im Stuhl negativ mit den Wexner-Scores (Abb. 3 und Ergänzungstabelle 3).
Die Konzentration von Isobuttersäure im Stuhl korrelierte negativ mit den FTM-Werten, Isovaleriansäure negativ mit den FTM- und TETRAS-Werten, Propionsäure negativ mit den SCOPA-AUT-Werten, Capronsäure positiv mit den MDS-UPDRS-Werten und Propionsäure negativ mit den FTM- und TETRAS-Werten. TETRAS und Essigsäure korrelierten negativ mit dem Wexner-Score. Verwendete Instrumente: MDS-UPDRS Association (Version der Unified Parkinson's Disease Rating Scale), Mini-Mental State Examination (MMSE), Hamilton Depression Rating Scale (HAMD-17, 17 Items), Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA), Hoehn-und-Yahr-Stadien (HY), SCFA, SCOPA-AUT Parkinson's Disease Autonomic Symptom Outcome Scale, FTM Fana-Tolosa-Marin Clinical Tremor Rating Scale, TETRAS Research Group (TRG) Essential Tremor Rating Scale. Signifikante Unterschiede werden mit *P < 0,05 und **P < 0,01 gekennzeichnet.
Wir untersuchten die diskriminierende Wirkung der Darmmikrobiota mittels LEfSE-Analyse und wählten die Daten zur relativen Häufigkeit der Gattungen für weitere Analysen aus. Es wurden Vergleiche zwischen ET und HC sowie zwischen ET und PD angestellt. Anschließend wurde eine Spearman-Korrelationsanalyse der relativen Häufigkeit der Darmmikrobiota und der fäkalen SCFA-Konzentrationen in den beiden Vergleichsgruppen durchgeführt.
Faecalibacterium (korreliert mit Buttersäure, r = 0,408, P < 0,001), Lactobacillus (korreliert mit Buttersäure, r = 0,283, P = 0,016) und Streptobacterium (korreliert mit Propionsäure, r = 0,327) waren in der Analyse von ET und CA vorhanden. , P = 0,005; korreliert mit Buttersäure, r = 0,374, P = 0,001; Die Häufigkeit von Howardella (korreliert mit Propionsäure, r = 0,242, P = 0,041), Raoultella (korreliert mit Propionat, r = 0,249, P = 0,035) und Candidatus Arthromitus (korreliert mit Isobuttersäure, r = 0,302, P = 0,010) war in der ET-Gruppe verringert und korrelierte positiv mit den SCFA-Konzentrationen im Kot. Die Häufigkeit von Stenotropomonas war in der ET-Gruppe jedoch erhöht und korrelierte negativ mit den Isobutyrat-Konzentrationen im Kot (r = -0,250, P = 0,034). Nach der FDR-Korrektur blieben nur die Korrelationen zwischen Faecalibacterium, Catenibacter und SCFA signifikant (P ≤ 0,045) (Abb. 4 und Ergänzungstabelle 5).
Korrelationsanalyse von ET und HC. Nach FDR-Korrektur war die Häufigkeit von Faecalibacterium (positiv mit Butyrat assoziiert) und Streptobacterium (positiv mit Propionat, Butyrat und Isobutyrat assoziiert) bei ET reduziert und positiv mit den SCFA-Konzentrationen im Stuhl assoziiert. b Korrelationsanalyse von ET und PD. Nach FDR-Korrektur wurden keine signifikanten Assoziationen gefunden. ET: essentieller Tremor, Parkinson-Krankheit, gesunde Kontrollgruppe (HC), SCFA. Signifikante Unterschiede sind mit *P < 0,05 und **P < 0,01 gekennzeichnet.
Beim Vergleich von ET und PD zeigte sich ein Anstieg von Clostridium trichophyton in der ET-Gruppe, der mit der fäkalen Isovaleriansäure (r = -0,238, P = 0,041) und Isobuttersäure (r = -0,257, P = 0,027) korrelierte. Nach FDR-Korrektur blieben beide Ergebnisse signifikant (P ≥ 0,295) (Abbildung 4 und Ergänzungstabelle 5).
Diese umfassende Studie untersucht die Konzentration kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) im Stuhl und korreliert diese mit Veränderungen der Darmmikrobiota und dem Schweregrad der Symptome bei Patienten mit essentiellem Tremor (ET) im Vergleich zu Patienten mit chronischer Urtikaria (CU) und Parkinson-Krankheit (PD). Wir fanden reduzierte SCFA-Konzentrationen im Stuhl bei Patienten mit ET, die mit dem klinischen Schweregrad und spezifischen Veränderungen der Darmmikrobiota assoziiert waren. Die kumulative Konzentration kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) im Stuhl ermöglicht die Differenzierung von ET gegenüber GC und PD.
Im Vergleich zu Patienten mit Magenkrebs weisen Patienten mit essentieller Thrombozythämie (ET) niedrigere Konzentrationen von Propionsäure, Buttersäure und Isobuttersäure im Stuhl auf. Die Kombination dieser Säuren ermöglicht die Differenzierung zwischen ET und gesunden Kontrollpersonen (HC) mit einer AUC von 0,751 (95 %-KI: 0,634–0,867), einer Sensitivität von 74,3 % und einer Spezifität von 72,9 %. Dies deutet auf ihr Potenzial als diagnostische Biomarker für ET hin. Weiterführende Analysen zeigten eine negative Korrelation zwischen den Propionsäurekonzentrationen im Stuhl und dem Wexner-Score sowie dem SCOPA-AUT-Score. Die Isobuttersäurekonzentrationen im Stuhl korrelierten invers mit den FTM-Scores. Zudem war ein Abfall der Butyratkonzentrationen bei ET mit einer verminderten Häufigkeit von SCFA-produzierenden Mikroorganismen, Faecalibacterium und Categorybacter assoziiert. Darüber hinaus ging eine Verringerung der Catenibacter-Häufigkeit in ET auch mit einer Verringerung der fäkalen Propionsäure- und Isobuttersäurekonzentrationen einher.
Die meisten im Kolon produzierten kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) werden von Kolonozyten primär über H+-abhängige oder natriumabhängige Monocarboxylat-Transporter aufgenommen. Absorbierte SCFAs dienen den Kolonozyten als Energiequelle, während nicht in den Kolonozyten metabolisierte SCFAs in den Pfortaderkreislauf transportiert werden¹⁸. SCFAs können die Darmmotilität beeinflussen, die Darmbarrierefunktion verbessern und den Stoffwechsel und die Immunität des Wirts beeinflussen¹⁹. Frühere Studien zeigten reduzierte Konzentrationen von Butyrat, Acetat und Propionat im Stuhl von Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen (HCs)¹⁷, was mit unseren Ergebnissen übereinstimmt. Unsere Studie ergab verminderte SCFA-Werte bei Patienten mit essentiellem Tremor (ET), jedoch ist die Rolle von SCFAs in der Pathologie von ET noch weitgehend unerforscht. Butyrat und Propionat können an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) binden und GPCR-abhängige Signalwege wie MAPK und NF-κB20 beeinflussen. Das Grundkonzept der Darm-Hirn-Achse besagt, dass von Darmmikroben sezernierte kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) die Signalübertragung im Wirt beeinflussen und dadurch die Darm- und Hirnfunktion verändern können. Da Butyrat und Propionat die Aktivität von Histon-Deacetylasen (HDAC) stark hemmen²¹ und Butyrat zudem als Ligand für Transkriptionsfaktoren fungieren kann, haben sie weitreichende Auswirkungen auf den Stoffwechsel, die Differenzierung und die Proliferation des Wirts, vor allem aufgrund ihres Einflusses auf die Genregulation²². Aufgrund von Erkenntnissen zu SCFAs und neurodegenerativen Erkrankungen gilt Butyrat als potenzieller therapeutischer Kandidat, da es die gestörte HDAC-Aktivität korrigieren kann, welche den Tod dopaminerger Neuronen bei Parkinson vermitteln kann^23,24,25. Tierstudien haben außerdem gezeigt, dass Buttersäure die Degeneration dopaminerger Neuronen verhindern und Bewegungsstörungen in Parkinson-Modellen verbessern kann^26,27. Propionsäure begrenzt nachweislich Entzündungsreaktionen und schützt die Integrität der Blut-Hirn-Schranke^28,29. Studien haben gezeigt, dass Propionsäure das Überleben dopaminerger Neuronen nach Rotenon-Toxizität in Parkinson-Modellen fördert³⁰ und dass die orale Gabe von Propionsäure den Verlust dopaminerger Neuronen und motorische Defizite bei Parkinson-Mäusen lindert³¹. Über die Funktion von Isobuttersäure ist wenig bekannt. Eine aktuelle Studie zeigte jedoch, dass die Besiedlung von Mäusen mit B. ovale den Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) im Darm (einschließlich Acetat, Propionat, Isobutyrat und Isovalerat) sowie die GABA-Konzentration im Darm erhöhte. Dies unterstreicht einen Zusammenhang zwischen der Darmmikrobiota und den SCFA-Konzentrationen im Darm sowie den Neurotransmitterkonzentrationen³². Bei essentiellem Tremor (ET) umfassen die pathologischen Veränderungen im Kleinhirn Veränderungen an den Axonen und Dendriten der Purkinje-Zellen, die Verlagerung und den Verlust von Purkinje-Zellen, Veränderungen an den Axonen der Korbzellen sowie Anomalien in den aufsteigenden Faserverbindungen zu den Purkinje-Zellen. Kerne, was zu einer verminderten GABAergen Aktivität des Kleinhirns führt^3,4,33. Es ist weiterhin unklar, ob kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) mit der Neurodegeneration von Purkinje-Zellen und der verminderten GABA-Produktion im Kleinhirn assoziiert sind. Unsere Ergebnisse deuten auf einen engen Zusammenhang zwischen SCFAs und essentiellem Tremor (ET) hin; das Querschnittstudiendesign erlaubt jedoch keine Rückschlüsse auf einen kausalen Zusammenhang zwischen SCFAs und dem Krankheitsverlauf von ET. Weitere longitudinale Follow-up-Studien, einschließlich serieller Messungen von SCFAs im Stuhl sowie Tierstudien zur Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen, sind erforderlich.
Es wird angenommen, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) die Kontraktilität der glatten Muskulatur im Dickdarm stimulieren³⁴. Ein Mangel an SCFAs verschlimmert die Symptome einer Verstopfung, während eine SCFA-Supplementierung diese Symptome verbessern kann³⁵. Unsere Ergebnisse deuten zudem auf einen signifikanten Zusammenhang zwischen einem verminderten SCFA-Gehalt im Stuhl und verstärkter Verstopfung sowie autonomer Dysfunktion bei Patienten mit essentiellem Tremor hin. Ein Fallbericht beschreibt, wie eine Mikrobiota-Transplantation sowohl den essentiellen Tremor als auch das Reizdarmsyndrom bei Patient 7 verbesserte, was die enge Beziehung zwischen Darmmikrobiota und essentiellem Tremor weiter untermauert. Daher gehen wir davon aus, dass fäkale SCFAs/die Darmmikrobiota die Darmmotilität und die Funktion des autonomen Nervensystems beeinflussen können.
Die Studie ergab, dass verringerte Konzentrationen kurzkettiger Fettsäuren (SCFAs) im Stuhl von ET-Patienten mit einer verringerten Häufigkeit von Faecalibacterium (Butyrat-produzierend) und Streptobacterium (Propionat, Butyrat und Isobutyrat-produzierend) einhergingen. Dieser Zusammenhang blieb auch nach FDR-Korrektur signifikant. Faecalibacterium und Streptobacterium sind SCFA-produzierende Mikroorganismen. Faecalibacterium ist als Butyrat-produzierender Mikroorganismus bekannt³⁶, während die Hauptprodukte der Catenibacter-Fermentation Acetat, Butyrat und Milchsäure sind³⁷. Faecalibacterium wurde in 100 % der Fälle sowohl in der ET- als auch in der HC-Gruppe nachgewiesen; die mediane relative Häufigkeit betrug in der ET-Gruppe 2,06 % und in der HC-Gruppe 3,28 % (LDA 3,870). Bakterien der Kategorie B wurden in 21,6 % (8/37) der Proben der HC-Gruppe und nur in einer Probe der ET-Gruppe (1/35) nachgewiesen. Der Rückgang bzw. die Nichtnachweisbarkeit von Streptobakterien bei ET könnte auf einen Zusammenhang mit der Pathogenität der Erkrankung hindeuten. Die mediane relative Häufigkeit von Catenibacter-Spezies in der HC-Gruppe betrug 0,07 % (LDA 2,129). Darüber hinaus korrelierten Milchsäurebakterien mit Veränderungen des fäkalen Butyratspiegels (p = 0,016, p = 0,096 nach FDR-Korrektur), und ein Arthritis-Kandidat korrelierte mit Veränderungen des Isobutyratspiegels (p = 0,016, p = 0,072 nach FDR-Korrektur). Nach FDR-Korrektur blieb lediglich ein Korrelationstrend bestehen, der jedoch statistisch nicht signifikant war. Laktobazillen sind bekanntermaßen Produzenten kurzkettiger Fettsäuren (Essigsäure, Propionsäure, Isobuttersäure, Buttersäure)³⁸, und Candidatus Arthromitus induziert spezifisch die Differenzierung von T-Helferzellen 17 (Th17), wobei Th1/2-Zellen und regulatorische T-Zellen (Tregs) mit dem Immungleichgewicht/Th17 assoziiert sind³⁹. Eine aktuelle Studie deutet darauf hin, dass erhöhte Werte von fäkaler Pseudoarthritis zu Dickdarmentzündungen, Darmbarrierestörungen und systemischen Entzündungen beitragen können⁴⁰. Clostridium trichophyton war bei ET im Vergleich zu PD erhöht. Die Häufigkeit von Clostridium trichoides korrelierte negativ mit Isovaleriansäure und Isobuttersäure. Nach FDR-Korrektur blieben beide signifikant (p ≥ 0,295). Clostridium pilosum ist ein Bakterium, das bekanntermaßen mit Entzündungen assoziiert ist und zu Darmbarrierestörungen beitragen kann⁴¹. Unsere vorherige Studie berichtete über Veränderungen der Darmmikrobiota bei Patienten mit ET⁸. Wir berichten hier auch über Veränderungen der kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) bei essentiellem Tremor (ET) und identifizieren einen Zusammenhang zwischen Darmdysbiose und Veränderungen der SCFAs. Erniedrigte SCFA-Spiegel korrelieren eng mit intestinaler Dysbiose und dem Schweregrad des Tremors bei ET. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Darm-Hirn-Achse eine wichtige Rolle in der Pathogenese von ET spielen könnte; weitere Studien an Tiermodellen sind jedoch erforderlich.
Im Vergleich zu Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) weisen Patienten mit essentiellem Tremor (ET) niedrigere Konzentrationen von Isovalerian- und Isobuttersäure im Stuhl auf. Die Kombination von Isovalerian- und Isobuttersäure ermöglichte die Identifizierung von ET bei PD mit einer AUC von 0,743 (95 %-KI: 0,629–0,857), einer Sensitivität von 74,3 % und einer Spezifität von 62,9 %. Dies deutet auf ihr Potenzial als Biomarker in der Differenzialdiagnose von ET hin. Die Isovaleriansäurekonzentration im Stuhl korrelierte invers mit den FTM- und TETRAS-Scores. Die Isobuttersäurekonzentration im Stuhl korrelierte invers mit den FTM-Scores. Der Rückgang der Isobuttersäurekonzentration war mit einer Abnahme der Katabolitenhäufigkeit assoziiert. Über die Funktionen von Isovalerian- und Isobuttersäure ist wenig bekannt. Eine frühere Studie zeigte, dass die Besiedlung von Mäusen mit Bacteroides ovale den Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) im Darm (einschließlich Acetat, Propionat, Isobutyrat und Isovalerat) sowie die GABA-Konzentration im Darm erhöhte. Dies unterstreicht den Zusammenhang zwischen Darmmikrobiota und den Konzentrationen von SCFA und Neurotransmittern im Darm³². Interessanterweise waren die gemessenen Isobuttersäurewerte in der Parkinson-Gruppe (PD) und der Kontrollgruppe (HC) vergleichbar, unterschieden sich jedoch zwischen der Gruppe mit essentiellem Tremor (ET) und der PD-Gruppe (bzw. der Kontrollgruppe). Isobuttersäure konnte zwischen ET und PD mit einer AUC von 0,718 (95 %-KI: 0,599–0,836) differenzieren und ET von der Kontrollgruppe (NC) mit einer AUC von 0,655 (95 %-KI: 0,525–0,786) unterscheiden. Darüber hinaus korrelieren die Isobuttersäurewerte mit der Tremorstärke, was den Zusammenhang mit ET weiter untermauert. Die Frage, ob orale Isobuttersäure die Schwere des Tremors bei Patienten mit essentiellem Tremor verringern kann, bedarf weiterer Untersuchungen.
Der Gehalt an kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) im Stuhl ist bei Patienten mit essentieller Thrombozythämie (ET) reduziert und korreliert mit dem klinischen Schweregrad der Erkrankung sowie spezifischen Veränderungen der Darmmikrobiota. Propionat, Butyrat und Isobutyrat im Stuhl könnten diagnostische Biomarker für ET sein, während Isobutyrat und Isovalerat als differenzialdiagnostische Biomarker für ET dienen könnten. Veränderungen des fäkalen Isobutyrats sind möglicherweise spezifischer für ET als Veränderungen anderer SCFAs.
Unsere Studie weist mehrere Einschränkungen auf. Erstens können Ernährungsmuster und Lebensmittelpräferenzen die Zusammensetzung der Darmflora beeinflussen. Daher sind größere Studienpopulationen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen erforderlich, und zukünftige Studien sollten umfassende und systematische Ernährungserhebungen, wie z. B. Fragebögen zur Lebensmittelhäufigkeit, einbeziehen. Zweitens erlaubt das Querschnittstudiendesign keine Rückschlüsse auf einen kausalen Zusammenhang zwischen kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) und der Entwicklung von essentiellem Tremor (ET). Weitere Langzeitstudien mit wiederholten Messungen von SCFAs im Stuhl sind notwendig. Drittens sollten die diagnostischen und differenzialdiagnostischen Möglichkeiten der SCFA-Konzentrationen im Stuhl anhand unabhängiger Proben von Patienten mit ET, gesunden Kontrollpersonen (HC) und Parkinson-Krankheit (PD) validiert werden. Zukünftig sollten weitere unabhängige Stuhlproben untersucht werden. Schließlich wiesen Patienten mit PD in unserer Kohorte eine signifikant kürzere Krankheitsdauer auf als Patienten mit ET. Wir haben die Gruppen mit ET, PD und HC hauptsächlich hinsichtlich Alter, Geschlecht und BMI angeglichen. Aufgrund des unterschiedlichen Krankheitsverlaufs zwischen der ET-Gruppe und der PD-Gruppe untersuchten wir zum weiteren Vergleich zusätzlich 33 Patienten mit frühem PD und 16 Patienten mit ET (Krankheitsdauer ≤ 3 Jahre). Die Unterschiede in den SCFA-Werten zwischen den Gruppen stimmten im Allgemeinen mit unseren Primärdaten überein. Darüber hinaus fanden wir keine Korrelation zwischen der Krankheitsdauer und Veränderungen der SCFA-Werte. Zukünftig wäre es jedoch ratsam, Patienten mit Parkinson und essentiellem Tremor in einem frühen Stadium mit kürzerer Krankheitsdauer zu rekrutieren, um die Validierung an einer größeren Stichprobe abzuschließen.
Das Studienprotokoll wurde von der Ethikkommission des Ruijin-Krankenhauses, das der Medizinischen Fakultät der Shanghai Jiao Tong Universität angegliedert ist (RHEC2018-243), genehmigt. Von allen Teilnehmern wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt.
Zwischen Januar 2019 und Dezember 2022 wurden 109 Probanden (37 mit essentiellem Tremor, 37 mit Parkinson-Krankheit und 35 gesunde Kontrollpersonen) der Klinik für Bewegungsstörungen des Ruijin-Krankenhauses der Medizinischen Fakultät der Shanghai Jiao Tong Universität in diese Studie eingeschlossen. Die Einschlusskriterien waren: (1) Alter zwischen 25 und 85 Jahren, (2) Diagnose von essentiellem Tremor gemäß den Kriterien der MDS Working Group⁴² und von Parkinson-Krankheit gemäß den MDS-Kriterien⁴³, (3) keine Einnahme von Parkinson-Medikamenten vor der Stuhlprobenentnahme, (4) Einnahme von Betablockern oder anderen Anti-Parkinson-Medikamenten vor der Stuhlprobenentnahme. Es wurden auch gesunde Kontrollpersonen ausgewählt, die hinsichtlich Alter, Geschlecht und Body-Mass-Index (BMI) übereinstimmten. Ausschlusskriterien waren: (1) Vegetarier, (2) Mangelernährung, (3) chronische Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts (einschließlich entzündlicher Darmerkrankungen, Magen- oder Zwölffingerdarmgeschwüre), (4) schwere chronische Erkrankungen (einschließlich bösartiger Tumore), Herzinsuffizienz, Niereninsuffizienz, hämatologische Erkrankungen), (5) Vorgeschichte größerer gastrointestinaler Operationen, (6) chronischer oder regelmäßiger Joghurtkonsum, (7) Einnahme von Probiotika oder Antibiotika über einen Zeitraum von einem Monat, (8) chronische Einnahme von Kortikosteroiden, Protonenpumpenhemmern, Statinen, Metformin, Immunsuppressiva oder Krebsmedikamenten und (9) schwere kognitive Beeinträchtigungen, die die Durchführung klinischer Studien beeinträchtigen.
Alle Studienteilnehmer gaben ihre Krankengeschichte, Gewichts- und Größenangaben zur Berechnung des BMI an und unterzogen sich einer neurologischen Untersuchung sowie einer klinischen Beurteilung, darunter die Hamilton-Angstskala (HAMA)⁴⁴ zur Erfassung des Angstwerts, die Hamilton-Depressionsskala-17 (HAMD-17)⁴⁵ zur Erfassung der Depression, der Schweregrad der Verstopfung anhand der Wexner-Verstopfungsskala⁴⁶ und der Bristol-Stuhlformenskala⁴⁷ sowie die kognitive Leistungsfähigkeit anhand des Mini-Mental-Status-Tests (MMST)⁴⁸. Die Skala zur Beurteilung autonomer Symptome der Parkinson-Krankheit (SCOPA-AUT)⁴⁹ untersuchte autonome Dysfunktionen bei Patienten mit essentiellem Tremor (ET) und Parkinson-Krankheit (PD). Die Fan-Tolos-Marin-Skala zur klinischen Tremorbeurteilung (FTM) und die Skala zur Beurteilung des essentiellen Tremors (TETRAS)⁵⁰ der Tremor-Studiengruppe (TRG)⁵⁰ wurden bei Patienten mit ET untersucht; Untersucht wurden die von der United Parkinson's Disease Association gesponserte Kinson's Disease Rating Scale (MDS-UPDRS) Version 51 und der Hoehn-und-Yahr-Grad (HY) 52.
Jeder Teilnehmer wurde gebeten, morgens eine Stuhlprobe in einem Stuhlprobenbehälter zu sammeln. Die Behälter wurden anschließend auf Eis gelegt und bis zur Weiterverarbeitung bei -80 °C gelagert. Die SCFA-Analyse erfolgte gemäß den Standardverfahren der Tiangene Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd. Von jedem Probanden wurden 400 mg frische Stuhlproben gesammelt und nach dem Mahlen und der Vorbehandlung mit Ultraschall auf SCFAs analysiert. Ausgewählte SCFAs im Stuhl wurden mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) analysiert.
DNA wurde aus 200 mg Stuhlproben mit dem QIAamp® Fast DNA Stool Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Deutschland) gemäß den Herstellerangaben extrahiert. Die mikrobielle Zusammensetzung wurde durch Sequenzierung des 16S-rRNA-Gens der aus Stuhlproben isolierten DNA mittels Amplifikation der V3-V4-Region bestimmt. Die DNA wurde durch Auftragen der Probe auf ein 1,2%iges Agarosegel auf ihre Identität geprüft. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Amplifikation des 16S-rRNA-Gens erfolgte mit universellen bakteriellen Primern (357 F und 806 R) und einer zweistufigen Amplikonbibliothek, die auf der NovaSeq-Plattform erstellt wurde.
Kontinuierliche Variablen werden als Mittelwert ± Standardabweichung, kategoriale Variablen als absolute und relative Häufigkeiten angegeben. Die Varianzhomogenität wurde mit dem Levene-Test geprüft. Vergleiche erfolgten mittels zweiseitiger t-Tests oder Varianzanalyse (ANOVA) bei normalverteilten Variablen und mittels nichtparametrischer Mann-Whitney-U-Tests bei Verletzung der Normalverteilungs- oder Homoskedastizitätsannahmen. Die diagnostische Leistungsfähigkeit des Modells wurde anhand der Fläche unter der ROC-Kurve (AUC) quantifiziert. Die Fähigkeit der SCFA, Patienten mit essentiellem Tremor (ET) von gesunden Kontrollpersonen (HC) oder Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) zu unterscheiden, wurde untersucht. Der Zusammenhang zwischen SCFA und klinischem Schweregrad wurde mittels Spearman-Korrelationsanalyse untersucht. Die statistische Analyse erfolgte mit der Software SPSS (Version 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL). Das Signifikanzniveau (einschließlich p-Wert und FDR-p-Wert) wurde auf 0,05 (zweiseitig) festgelegt.
Die 16S-Sequenzen wurden mithilfe einer Kombination der Software Trimmomatic (Version 0.35), Flash (Version 1.2.11), UPARSE (Version v8.1.1756), mothur (Version 1.33.3) und R (Version 3.6.3) analysiert. Die Rohdaten des 16S-rRNA-Gens wurden mit UPARSE verarbeitet, um operationelle taxonomische Einheiten (OTUs) mit 97 % Identität zu generieren. Die Taxonomien wurden anhand der Referenzdatenbank Silva 128 festgelegt. Die Daten zur relativen Häufigkeit auf Gattungsebene wurden für die weitere Analyse ausgewählt. Die Effektstärkenanalyse (LEfSE) der linearen Diskriminanzanalyse (LDA) wurde für Gruppenvergleiche (ET vs. HC, ET vs. PD) mit einem α-Schwellenwert von 0,05 und einem Effektstärkenschwellenwert von 2,0 verwendet. Die mittels LEfSE identifizierten diskriminierenden Gattungen wurden anschließend für eine Spearman-Korrelationsanalyse der kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) verwendet.
Weitere Informationen zum Studiendesign finden Sie im Abstract des Natural Research Report, das diesem Artikel beigefügt ist.
Die Rohdaten der 16S-Sequenzierung sind in der BioProject-Datenbank des National Center for Biotechnology Information (NCBI) (SRP438900: PRJNA974928) gespeichert (URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/study/?acc=SRP438900&o.=acc_s%3Aa). Weitere relevante Daten, wie z. B. aus wissenschaftlichen Kooperationen und akademischen Austauschprogrammen mit vollständigen Forschungsprojekten, sind auf Anfrage beim korrespondierenden Autor erhältlich. Die Weitergabe von Daten an Dritte ohne unsere Zustimmung ist nicht gestattet.
Der Open-Source-Code basiert ausschließlich auf einer Kombination aus Trimmomatic (Version 0.35), Flash (Version 1.2.11), UPARSE (Version v8.1.1756), mothur (Version 1.33.3) und R (Version 3.6.3) und verwendet die Standardeinstellungen oder die Angaben im Abschnitt „Methode“. Weitere erläuternde Informationen können auf Anfrage beim entsprechenden Autor bereitgestellt werden.
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