Die Studie wurde gemäß der Deklaration von Helsinki durchgeführt, und das Protokoll wurde vom Ethikkomitee des Zweiten Angegliederten Krankenhauses der Nanjing Medical University genehmigt (Genehmigungsnummer: 2021-KY-100-01). Von allen Teilnehmern wurde schriftlich informierte Einwilligung eingeholt.
Diese einzentrische retrospektive Beobachtungsstudie wurde an der Abteilung für Neurologie des Zweiten Angegliederten Krankenhauses der Nanjing Medical University durchgeführt. Von Januar 2022 bis Dezember 2023 wurden insgesamt 32 Patienten mit primärer Parkinson-Krankheit eingeschlossen, die die Diagnosekriterien für die Parkinson-Krankheit (Ausgabe 2020) erfüllten. Schließlich wurden sechs Patienten, die strengen Selektionskriterien genügten und alle Studienschritte abgeschlossen hatten, in die anschließende Analyse einbezogen. Einzelheiten zur Screening-, Ausschluss- und Nachuntersuchungsprozedur sind in Abbildung 1, Zusatzmaterial dargestellt.
Sammlung von Stuhlproben und Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft
Das fäkale Mikrobiom wurde von gesunden Freiwilligen gewonnen. Der Spenderauswahlprozess wurde streng gemäß dem chinesischen Expertenkonsens zur klinischen Anwendung der Fäkalmikrobiota-Transplantation durchgeführt. Kriterien für die Spenderrekrutierung: Alter zwischen 18 und 40 Jahren, ohne Vorerkrankung chronischer Erkrankungen; keine Anamnese gastrointestinaler Erkrankungen, Stoffwechselstörungen, Autoimmunerkrankungen oder psychiatrischer Erkrankungen; keine Einnahme von Antibiotika, Probiotika, Immunsuppressiva oder Protonenpumpenhemmern in den letzten drei Monaten; kein Aufenthalt in epidemischen Gebieten, keine Bluttransfusionen und keine Operationen in den letzten sechs Monaten. Blut- und Stuhluntersuchungen zur Ausschlussdiagnostik infektiöser Erkrankungen und Krankheitserreger umfassten: Humanes Immundefizienzvirus (HIV), Hepatitis-B-Virus (HBV), Hepatitis-C-Virus (HCV), Treponema pallidum, Clostridium difficile, Salmonella, Shigella, Campylobacter, pathogene Escherichia coli, enterische Viren und Parasiten. Das Volumen einer einzelnen validen Stuhlprobe sollte mindestens 50 g betragen. Mithilfe eines automatisierten Systems zur Aufreinigung fäkaler Mikrobiota (siehe Tabelle der Materialien) wurden je 100 g frischer Stuhl mit 500 mL steriler Kochsalzlösung versetzt, dreimal standardisiert zentrifugiert und gewaschen (700 × g, 3 min) und unmittelbar nach Herstellung einer Suspension mit steriler Kochsalzlösung im Volumenverhältnis 1:2 appliziert. Die Probanden erhielten eine einmalige Injektion von 150 mL Suspension, die etwa 5 × 10^13 vitale Bakterien enthielt13.
Alle Empfänger erhielten die Fäkalmikrobiota-Transplantation (FMT) mittels Koloskopie, wobei das Endoskop bis in den Z盲cum und den aufsteigenden Dickdarm vorgeschoben wurde; die Suspension wurde langsam und gleichm盲脽ig durch den Biopsiekanal appliziert, um eine bevorzugte Kolonisation des rechten Kolons zu f枚rdern. Nach der Applikation verblieben die Patienten mindestens 2 Stunden in der rechten Seitenlage. Vor dem Eingriff wurde 3 Tage lang eine kohlenhydratarme Di盲t verordnet, danach 24 Stunden vor dem Eingriff eine vollst盲ndige Fl眉ssigkeitskost, wobei feste Nahrung 6 Stunden und Fl眉ssigkeiten 2 Stunden vor der Infusion enthalten wurden. Am Abend vor der Transplantation erfolgte eine standardm盲脽ige Darmreinigung des gesamten Darms mit Polyethylenglykol-Elektrolytl枚sung, bis ein klarer, stuhlfreier Ausfluss erzielt wurde. Medikament枚se Einschr盲nkungen beinhalteten das Zur眉ckhalten systemischer Antibiotika f眉r mindestens 72 Stunden vor der FMT und die Vermeidung derselben f眉r eine Woche danach. Protonenpumpenhemmer (PPIs) wurden 24 bis 48 Stunden vor dem Eingriff abgesetzt, Abf眉hrmittel und Probiotika wurden am Tag der Transplantation unterbrochen.
Während des Eingriffs wurden Herzfrequenz, Blutdruck und Sauerstoffsättigung kontinuierlich überwacht, und es wurden mögliche Symptome wie abdominelle Distension, Schmerzen oder Übelkeit beobachtet; die Infusion wurde unverzüglich gestoppt, falls schwere abdominelle Schmerzen oder Hypotonie auftraten. In den ersten 7 Tagen nach der Transplantation erfolgte eine tägliche Nachuntersuchung, um die Häufigkeit der Stuhlgänge, die Stuhlkonsistenz sowie alle unerwünschten Ereignisse wie abdominelle Schmerzen, Diarrhö, Fieber und Hämatochezie zu dokumentieren. Die Langzeitnachbeobachtung erstreckte sich über 5 Monate und beinhaltete terminierte Stuhlprobenentnahmen zur Analyse der Darmmikrobiota sowie klinische Bewertungen mittels der Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) und des Wexner-Konstipations-Scores, ergänzt durch die Dokumentation von Symptomveränderungen und der gleichzeitigen Medikamenteneinnahme, um Wirksamkeit und Sicherheit umfassend zu beurteilen.
Stuhlproben wurden zu sechs Zeitpunkten gesammelt: vor der Fäkalienmikrobiota-Transplantation (FMT) sowie 1, 2, 3, 4 und 5 Monate danach. Alle Teilnehmer erhielten standardisierte Anweisungen zur Stuhlprobenentnahme. Mithilfe steriler Pinzetten wurde etwa 10–20 g des mittleren Stuhlteils gesammelt und in sterile Sammelgefäße überführt. Die Proben wurden innerhalb von 2–3 Stunden nach der Sammlung zum Labor transportiert und von geschulten Forschern unter aseptischen Bedingungen in sterile 1,5-mL-Mikrozentrifugenröhrchen (siehe Tabelle der Materialien) portioniert. Alle Aliquote wurden unverzüglich bei −80 °C bis zur weiteren Analyse gelagert.
Nach der Sammlung der Stuhlproben wurden alle Proben auf Trockeneis an einen kommerziellen Sequenzierdienstleister transportiert (siehe Tabelle der Materialien) zur 16S-rRNA-Gen-Sequenzierung. Die Bibliotheksherstellung, Sequenzierung und die erste Qualitätskontrolle erfolgten gemäß dem Standardprotokoll des Dienstleisters. Aus jeder Stuhlprobe wurde genomische DNA extrahiert, und die hypervariablen Regionen V3–V4 des bakteriellen 16S-rRNA-Gens wurden mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) mit den Primern 341F und 805R amplifiziert. Die Sequenzierung wurde an einer stationären Kurzleistungs-Sequenzierplattform (siehe Tabelle der Materialien) mit 2 × 300 bp Paired-End-Chemie durchgeführt, um die mikrobiellen Profil des Darms der Patienten vor der FMT sowie zu verschiedenen Zeitpunkten nach der FMT zu charakterisieren. Nach der Sequenzierung wurden die Rohdaten verarbeitet, um qualitativ hochwertige Sequenzen für die nachfolgende mikrobielle Analyse zu erhalten. Die taxonomische Klassifizierung erfolgte mithilfe eines kommerziellen 16S-Taxonomie-Zuordnungspakets und der dazugehörigen Datenbank zur mikrobiellen Identifizierung (siehe Tabelle der Materialien). Die resultierenden taxonomischen Profile wurden für anschließende Analysen der mikrobiellen Diversität, der Gemeinschaftszusammensetzung, der differentiellen Abundanz und der vorhergesagten mikrobiellen Funktion verwendet.
Klinische Bewertungen und analytische Bezeichnungen
Patienten mit PD wurden entsprechend der Krankheitsdauer in zwei Schweregruppen eingeteilt: eine Gruppe mit hoher Schwere (>6 Jahre, gekennzeichnet als „_H“) und eine Gruppe mit geringer Schwere (≤6 Jahre, gekennzeichnet als „_L“). Stuhlproben, die vor der FMT gesammelt wurden, galten als Basislinienproben und wurden je nach zugehöriger Schweregruppe als FB_H oder FB_L bezeichnet. Proben, die 1, 2, 3, 4 und 5 Monate nach der FMT gesammelt wurden, erhielten die Bezeichnungen FP1M_H, FP2M_H, FP3M_H, FP4M_H und FP5M_H für die Gruppe mit hoher Schwere bzw. FP1M_L, FP2M_L, FP3M_L, FP4M_L und FP5M_L für die Gruppe mit geringer Schwere. Zu den untersuchten klinischen Parametern gehörten der Wexner-Verstopfungsscore, die Non-Motor Symptoms Scale (NMSS), der Non-Motor Symptoms Questionnaire (NMSQ), das Neuropsychiatric Inventory (NPI), die Hoehn–Yahr-Stadiumseinteilung, die Activities of Daily Living-Skala (ADL), der Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI), die ursprüngliche UPDRS I–VI sowie der Gesamt-UPDRS-Score. Zur Analyse der Veränderungen klinischer Indikatoren bei PD-Patienten in der Gruppe mit hoher Schwere (_H-Gruppe) und der Gruppe mit geringer Schwere (_L-Gruppe) an sechs Zeitpunkten wurde eine Kombination beschreibender und schließender statistischer Methoden verwendet. Um Gruppenunterschiede über alle Zeitpunkte hinweg vorläufig zu untersuchen, wurden die Verteilungen der Indikatoren zwischen der _H- und der _L-Gruppe an jedem Zeitpunkt mittels des Wilcoxon-Rangsummentests verglichen, und ein strengereres Lineares Gemischtes Modell (LMM) mit patientenspezifischen zufälligen Achsenabschnitten wurde angewandt. Aufgrund der begrenzten Stichprobengröße werden die Ergebnisse des Mixed-Effects-Modells lediglich als explorative Referenzen angegeben. Der primäre Endpunkt dieser explorativen Studie war die Veränderung der mikrobiellen Diversität und Zusammensetzung im Darm von der Basislinie bis zu den Zeitpunkten nach der fäkalen Mikrobiota-Transplantation, wobei klinische Veränderungen als sekundäre Endpunkte bewertet wurden.
Zusammenfassung von OTUs, Diversitätsanalyse und taxonomische Häufigkeit
Operationelle taxonomische Einheiten (OTUs) wurden verwendet, um die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften zusammenzufassen, und Sequenzen mit ≥97 % Ähnlichkeit wurden in derselben OTU zusammengefasst. Die Sequenziertiefe wurde anhand seltener Shannon-basierter Kurven bewertet, wobei die Plateaubildung im Kurvenverlauf im Allgemeinen auf eine ausreichende Abdeckung für nachfolgende Diversitätsanalysen hinweist.
Die Alpha-Diversität wurde mithilfe der Chao1- und der abundance-basierten Coverage-Schätzer (ACE)-Indizes für mikrobielle Artenvielfalt sowie der Shannon- und Simpson-Indizes für die Gesamtdiversität und Gleichmäßigkeit bewertet. Die Beta-Diversität wurde anhand gewichteter und ungewichteter UniFrac-Distanzen analysiert, gefolgt von einer principal coordinate analysis (PCoA), um Unterschiede in der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften zwischen Gruppen zu visualisieren. Unterschiede zwischen Gruppen hinsichtlich Alpha- und Beta-Diversität wurden jeweils mittels nichtparametrischer Tests und der permutativen multivariaten Varianzanalyse (PERMANOVA) geprüft, wie im Abschnitt zur statistischen Analyse beschrieben.
Die taxonomische Zusammensetzung wurde auf Ebene der Phyla, Klassen, Ordnungen, Familien und Gattungen basierend auf 16S-rRNA-Gen-Sequenzierungsdaten zusammengefasst. Mithilfe eines Analysepakets für die Gemeinschafts-Ökologie für R (siehe Tabelle der Materialien) wurden die 10 häufigsten Taxa auf jeder taxonomischen Ebene identifiziert und visualisiert. Die taxonomischen Profile wurden mittels Balkendiagrammen dargestellt, und ausgewählte Taxa wurden zwischen den Gruppen mittels Boxplots weiter verglichen.
Differenzielle Häufigkeitsanalyse mikrobieller Taxa
Unterschiedlich häufige Taxa zwischen vordefinierten Gruppen wurden mithilfe der linearen Diskriminanzanalyse zur Effektgrößenbestimmung (LEfSe) identifiziert. LEfSe kombiniert den Kruskal-Wallis-Test, den Wilcoxon-Test und die lineare Diskriminanzanalyse (LDA), um Taxa mit statistischer Signifikanz und diskriminativer Aussagekraft zu ermitteln. Taxa mit einem P-Wert < 0,05 und einem LDA-Score (log10) > 3 galten als unterschiedlich häufig. Die relativen Häufigkeiten der diskriminativen Taxa wurden mittels taxonomischer Balkendiagramme visualisiert.
Funktionale Vorhersage und klinische Korrelationsanalyse
Vorhergesagte funktionelle Profile der Darmmikrobiota wurden anhand von 16S-rRNA-Gen-Sequenzierungsdaten mittels Tax4Fun2 abgeleitet und gemäß der Kyoto-Enzyklopädie für Gene und Genome (KEGG) annotiert. Unterschiedlich angereicherte vorhergesagte Signalwege wurden mithilfe von LEfSe identifiziert, wobei P < 0,05 und ein LDA-Score (log10) > 3 als Schwellenwerte dienten. Da diese funktionellen Profile abgeleitet und nicht direkt durch metagenomische oder metabolomische Ansätze gemessen wurden, wurden sie als vorhergesagte funktionelle Unterschiede interpretiert. Eine Spearman-Rangkorrelationsanalyse wurde durchgeführt, um Zusammenhänge zwischen mikrobiellen Merkmalen und klinischen Indikatoren zu untersuchen.
Statistische Analyse
Die statistischen Analysen wurden mit der R-Software durchgeführt (siehe Tabelle der Materialien). Klinische Variablen wurden als Mediane und Spannweiten (Minimum–Maximum) zusammengefasst. Die Alpha-Diversitätsindizes wurden zwischen den Gruppen mittels des Wilcoxon-Rangsummentests verglichen, während die Beta-Diversität mittels PERMANOVA mit 999 Permutationen bewertet wurde. Unterschiedlich häufige Taxa und vorhergesagte funktionelle Wege wurden mithilfe von LEfSe identifiziert, wobei P < 0,05 und ein LDA-Score (log10) > 3 als Signifikanzschwellenwerte dienten. Für die longitudinale Analyse der unterschiedlichen Häufigkeit wurde ein gemischtes lineares Modell mit patientenspezifischen zufälligen Achsenabschnitten angewandt, gefolgt von post-hoc paarweisen Vergleichen mit Korrektur der Falsch-Entdeckungsrate nach Benjamini-Hochberg. Die Rangkorrelation nach Spearman wurde verwendet, um Zusammenhänge zwischen mikrobiellen Darmmerkmalen und klinischen Indikatoren zu bewerten, wobei die Korrelations-P-Werte mit der Falsch-Entdeckungsrate-Korrektur nach Benjamini–Hochberg angepasst wurden. Ein zweiseitiger P < 0,05 galt als statistisch signifikant. Die Korrektur für multiple Vergleiche wurde auf Korrelations- und Taxonomie-Häufigkeitsanalysen angewandt. Aufgrund der geringen Stichprobengröße und des wiederholten longitudinalen Stichprobenentnahmedesigns wurden die statistischen Analysen als explorativ betrachtet, und die Ergebnisse wurden vorsichtig interpretiert.