文献分享 | 帕金森病患者粪便和血浆短链脂肪酸水平与肠道菌群和临床指标的关系

文章标题：Association of Fecal and Plasma Levels of Short-Chain Fatty Acids With Gut Microbiota and Clinical Severity in Parkinson Disease Patients

发表期刊：Neurology 影响因子：8.77
发表时间：2022年 分组情况：PD患者（n=96）和对照组（n=85）

分析内容：代谢组学+宏基因组学
 

研究背景  

帕金森病（PD）是一种常见的神经系统疾病。研究表明，PD模型的α-突触核蛋白聚集体可以通过迷走神经从肠神经系统传播到脑干，胃肠道症状可能比运动症状早几十年。与对照组相比，PD患者具有独特的肠道微生物群结构，并且肠道微生物群的变化与疾病的严重程度和进展相关。短链脂肪酸（SCFAs）是肠道菌群发酵膳食纤维产生的主要代谢物，推测在肠-脑交叉对话中起关键作用。但目前仍缺乏关于检测粪便和血浆中SCFAs水平的综合研究。

本研究通过比较分析对照组和PD患者组粪便和血浆中SCFAs水平，以描述SCFAs的相互关系，并将肠道微生物群变化和临床指标联系起来，来阐明它们之间的相互关系。

  研究结果   1.PD患者和对照组粪便和血浆中不同类型SCFAs水平

通过对粪便与血浆中的SCFAs检测，发现与对照组相比，PD患者粪便中乙.酸、丙.酸和丁.酸浓度显著降低（图1）；血浆中丙.酸、丁.酸和戊.酸的浓度显著增加（图2）。

图1. PD患者和健康对照者粪便中SCFAs水平的比较
图2. PD患者和健康对照者血浆SCFAs浓度的比较 2.粪便和血浆中SCFAs水平与运动症状严重程度的相关性

通过ROC曲线分析预测PD的发生，发现随着粪便中乙.酸、丙.酸和丁.酸水平降低及血浆中丙.酸、丁.酸和戊.酸水平增加，AUC预测准确度提高（图3A）。

与早期疾病患者相比，晚期PD患者的粪便中乙.酸、丙.酸、丁.酸和戊.酸水平均显着降低，血清中戊.酸水平显著增加。此外，将粪便和血浆中SCFAs水平与运动障碍严重程度做关联分析，发现粪便中乙.酸、丙.酸和丁.酸的水平与运动能力呈负相关（图3B-D），血浆中丙.酸水平与运动能力呈正相关（图4）。

图3. 用于区分参与者中PD患者与对照组的ROC曲线及PD患者粪便中SCFAs水平与临床运动症状严重程度之间的相关性

图4. PD患者血浆中SCFAs水平与临床运动症状严重程度之间的相关性 3.粪便和血浆中SCFAs水平与认知障碍程度的相关性

认知正常的PD患者和患有痴呆症的PD（PDD）患者的SCFAs差异分析显示，粪便中SCFAs水平无显著差异；血浆中，PDD患者异丁.酸和戊.酸水平显著升高（图5B)，将粪便和血浆中SCFAs水平与认知能力做关联分析，发现血浆中异丁.酸和戊.酸水平与认知能力呈负相关（图5C）。

图5 不同认知严重程度的PD患者粪便和血浆中SCFAs浓度的比较及SCFAs水平与认知能力之间的相关性 4.肠道微生物种类与血浆和粪便中SCFAs水平相关

宏基因组分析表明，PD患者的菌群丰富度高于对照组（图6）。进一步分析肠道菌群与SCFAs的相关性，结果表明，与对照组相比，PD患者特定肠道微生物群丰度的改变与不同SCFAs的血浆和粪便水平相关，与PD患者的运动能力或认知障碍严重程度相关（图7）。

图6. PD组和对照组粪便微生物的 α-多样性和 β-多样性指数

图7. 表示不同细菌相对丰度与粪便或血浆中 SCFAs浓度的相关性热图   结论  

本文通过气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS/MS）对粪便和血浆中的SCFAs进行定量分析，发现PD患者粪便和血浆中SCFAs水平存在差异。SCFAs与运动能力、认知能力、肠道菌群关联分析显示：粪便中低水平SCFAs、血浆中高水平丙.酸与PD患者的低运动能力相关；粪便中低水平SCFAs、血浆中高水平丁.酸和戊.酸与较差的认知相关；PD患者部分菌群丰度的改变与血浆和粪便中SCFAs水平相关。结果表明，SCFAs可以作为区分PD患者和对照组以及反映疾病严重程度的肠道导向标记物，有助于进一步阐明PD患者复杂的肠-脑相互作用。