代謝組學在探究帕金森和腸道菌群關系中的應用
百趣代謝組學資訊: 帕金森和腸道菌群有關系？
帕金森病患者糞便和血漿短鏈脂肪酸水平與腸道菌群和臨床指標的關系
文章標題：Association of Fecal and Plasma Levels of Short-Chain Fatty Acids With Gut Microbiota and Clinical Severity in Parkinson Disease Patients
發表期刊：Neurology
影響因子：8.77
發表時間：2022年分組情況：PD患者（n=96）和對照組（n=85）
分析內容：代謝組學+宏基因組學
研究背景
帕金森病（PD）是一種常見的神經系統疾病。研究表明，PD模型的α-突觸核蛋白聚集體可以通過迷走神經從腸神經系統傳播到腦干，胃腸道癥狀可能比運動癥狀早幾十年。與對照組相比，PD患者具有獨特的腸道微生物群結構，并且腸道微生物群的變化與疾病的嚴重程度和進展相關。短鏈脂肪酸（SCFAs）是腸道菌群發酵膳食纖維產生的主要代謝物，推測在腸-腦交叉對話中起關鍵作用。但目前仍缺乏關于檢測糞便和血漿中SCFAs水平的綜合研究。
本研究通過比較分析對照組和PD患者組糞便和血漿中SCFAs水平，以描述SCFAs的相互關系，并將腸道微生物群變化和臨床指標聯系起來，來闡明它們之間的相互關系。
研究結果
1PD患者和對照組糞便和血漿中不同類型SCFAs水平
通過對糞便與血漿中的SCFAs檢測，發現與對照組相比，PD患者糞便中乙酸、丙酸和丁酸濃度顯著降低（圖1）；血漿中丙酸、丁酸和戊酸的濃度顯著增加（圖2）。
通過ROC曲線分析預測PD的發生，發現隨著糞便中乙酸、丙酸和丁酸水平降低及血漿中丙酸、丁酸和戊酸水平增加，AUC預測準確度提高（圖3A）。
與早期疾病患者相比，晚期PD患者的糞便中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸水平均顯著降低，血清中戊酸水平顯著增加。此外，將糞便和血漿中SCFAs水平與運動障礙嚴重程度做關聯分析，發現糞便中乙酸、丙酸和丁酸的水平與運動能力呈負相關（圖3B-D），血漿中丙酸水平與運動能力呈正相關（圖4）。
圖3. 用于區分參與者中PD患者與對照組的ROC曲線及PD患者糞便中SCFAs水平與臨床運動癥狀嚴重程度之間的相關性
認知正常的PD患者和患有癡呆癥的PD（PDD）患者的SCFAs差異分析顯示，糞便中SCFAs水平無顯著差異；血漿中，PDD患者異丁酸和戊酸水平顯著升高（圖5B)，將糞便和血漿中SCFAs水平與認知能力做關聯分析，發現血漿中異丁酸和戊酸水平與認知能力呈負相關（圖5C）。
圖5 不同認知嚴重程度的PD患者糞便和血漿中SCFAs濃度的比較及SCFAs水平與認知能力之間的相關性
4腸道微生物種類與血漿和糞便中SCFAs水平相關
宏基因組分析表明，PD患者的菌群豐富度高于對照組（圖6）。進一步分析腸道菌群與SCFAs的相關性，結果表明，與對照組相比，PD患者特定腸道微生物群豐度的改變與不同SCFAs的血漿和糞便水平相關，與PD患者的運動能力或認知障礙嚴重程度相關（圖7）。
本文通過氣相色譜-質譜（GC-MS）和液相色譜-質譜（LC-MS/MS）對糞便和血漿中的SCFAs進行定量分析，發現PD患者糞便和血漿中SCFAs水平存在差異。SCFAs與運動能力、認知能力、腸道菌群關聯分析顯示：糞便中低水平SCFAs、血漿中高水平丙酸與PD患者的低運動能力相關；糞便中低水平SCFAs、血漿中高水平丁酸和戊酸與較差的認知相關；PD患者部分菌群豐度的改變與血漿和糞便中SCFAs水平相關。結果表明，SCFAs可以作為區分PD患者和對照組以及反映疾病嚴重程度的腸道導向標記物，有助于進一步闡明PD患者復雜的腸-腦相互作用。
文/阿趣代謝組學
帕金森病患者糞便和血漿短鏈脂肪酸水平與腸道菌群和臨床指標的關系
文章標題：Association of Fecal and Plasma Levels of Short-Chain Fatty Acids With Gut Microbiota and Clinical Severity in Parkinson Disease Patients
發表期刊：Neurology
影響因子：8.77
發表時間：2022年分組情況：PD患者（n=96）和對照組（n=85）
分析內容：代謝組學+宏基因組學
研究背景
帕金森病（PD）是一種常見的神經系統疾病。研究表明，PD模型的α-突觸核蛋白聚集體可以通過迷走神經從腸神經系統傳播到腦干，胃腸道癥狀可能比運動癥狀早幾十年。與對照組相比，PD患者具有獨特的腸道微生物群結構，并且腸道微生物群的變化與疾病的嚴重程度和進展相關。短鏈脂肪酸（SCFAs）是腸道菌群發酵膳食纖維產生的主要代謝物，推測在腸-腦交叉對話中起關鍵作用。但目前仍缺乏關于檢測糞便和血漿中SCFAs水平的綜合研究。
本研究通過比較分析對照組和PD患者組糞便和血漿中SCFAs水平，以描述SCFAs的相互關系，并將腸道微生物群變化和臨床指標聯系起來，來闡明它們之間的相互關系。
研究結果
1PD患者和對照組糞便和血漿中不同類型SCFAs水平
通過對糞便與血漿中的SCFAs檢測，發現與對照組相比，PD患者糞便中乙酸、丙酸和丁酸濃度顯著降低（圖1）；血漿中丙酸、丁酸和戊酸的濃度顯著增加（圖2）。
圖1. PD患者和健康對照者糞便中SCFAs水平的比較
圖2. PD患者和健康對照者血漿SCFAs濃度的比較
2糞便和血漿中SCFAs水平與運動癥狀嚴重程度的相關性通過ROC曲線分析預測PD的發生，發現隨著糞便中乙酸、丙酸和丁酸水平降低及血漿中丙酸、丁酸和戊酸水平增加，AUC預測準確度提高（圖3A）。
與早期疾病患者相比，晚期PD患者的糞便中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸水平均顯著降低，血清中戊酸水平顯著增加。此外，將糞便和血漿中SCFAs水平與運動障礙嚴重程度做關聯分析，發現糞便中乙酸、丙酸和丁酸的水平與運動能力呈負相關（圖3B-D），血漿中丙酸水平與運動能力呈正相關（圖4）。
圖4. PD患者血漿中SCFAs水平與臨床運動癥狀嚴重程度之間的相關性
3糞便和血漿中SCFAs水平與認知障礙程度的相關性認知正常的PD患者和患有癡呆癥的PD（PDD）患者的SCFAs差異分析顯示，糞便中SCFAs水平無顯著差異；血漿中，PDD患者異丁酸和戊酸水平顯著升高（圖5B)，將糞便和血漿中SCFAs水平與認知能力做關聯分析，發現血漿中異丁酸和戊酸水平與認知能力呈負相關（圖5C）。
4腸道微生物種類與血漿和糞便中SCFAs水平相關
宏基因組分析表明，PD患者的菌群豐富度高于對照組（圖6）。進一步分析腸道菌群與SCFAs的相關性，結果表明，與對照組相比，PD患者特定腸道微生物群豐度的改變與不同SCFAs的血漿和糞便水平相關，與PD患者的運動能力或認知障礙嚴重程度相關（圖7）。
圖6. PD組和對照組糞便微生物的 α-多樣性和 β-多樣性指數
圖7. 表示不同細菌相對豐度與糞便或血漿中 SCFAs濃度的相關性熱圖
結論本文通過氣相色譜-質譜（GC-MS）和液相色譜-質譜（LC-MS/MS）對糞便和血漿中的SCFAs進行定量分析，發現PD患者糞便和血漿中SCFAs水平存在差異。SCFAs與運動能力、認知能力、腸道菌群關聯分析顯示：糞便中低水平SCFAs、血漿中高水平丙酸與PD患者的低運動能力相關；糞便中低水平SCFAs、血漿中高水平丁酸和戊酸與較差的認知相關；PD患者部分菌群豐度的改變與血漿和糞便中SCFAs水平相關。結果表明，SCFAs可以作為區分PD患者和對照組以及反映疾病嚴重程度的腸道導向標記物，有助于進一步闡明PD患者復雜的腸-腦相互作用。
文/阿趣代謝組學
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