Lo studio è stato condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki, e il protocollo è stato approvato dal Comitato Etico del Secondo Ospedale Affiliato dell'Università Medica di Nanjing (numero di approvazione: 2021-KY-100-01). A tutti i partecipanti è stato ottenuto il consenso informato scritto.
Questo studio osservazionale retrospettivo monocentrico è stato condotto presso il Dipartimento di Neurologia del Secondo Ospedale Affiliato dell'Università Medica di Nanjing. Da gennaio 2022 a dicembre 2023, sono stati inclusi complessivamente 32 pazienti con malattia di Parkinson primaria che soddisfacevano i Criteri Diagnostici per la Malattia di Parkinson (edizione 2020). Alla fine, sei pazienti che soddisfacevano rigorosi criteri di selezione e avevano completato tutte le procedure dello studio sono stati inclusi nell'analisi successiva. I dettagli relativi alla selezione, all'esclusione e al follow-up sono mostrati nella Figura Supplementare 1.
Raccolta dei campioni fecali e analisi della comunità microbica
Il microbiota fecale è stato ottenuto da volontari sani. Il processo di selezione dei donatori è stato rigorosamente condotto in conformità con il Consenso degli Esperti Cinesi sull'Applicazione Clinica del Trapianto di Microbiota Fecale. Criteri di inclusione dei donatori: età compresa tra 18 e 40 anni, senza storia di malattie croniche; assenza di patologie gastrointestinali, disturbi metabolici, malattie autoimmuni o disturbi psichiatrici; assenza di utilizzo di antibiotici, probiotici, immunosoppressori o inibitori della pompa protonica negli ultimi 3 mesi; assenza di viaggi in aree epidemiche, trasfusioni di sangue o interventi chirurgici negli ultimi 6 mesi. Lo screening ematico e fecale per l'esclusione di malattie infettive e patogeni include: virus dell'immunodeficienza umana (HIV), virus dell'epatite B (HBV), virus dell'epatite C (HCV), Treponema pallidum, Clostridium difficile, Salmonella, Shigella, Campylobacter, patogeno Escherichia coli, virus enterici e parassiti. Il volume di un singolo campione di feci valido deve essere di almeno 50 g. Utilizzando un sistema automatizzato di purificazione della microbiota fecale (vedere Tabella dei materiali), sono stati aggiunti 500 mL di soluzione salina sterile ogni 100 g di campione fecale fresco, seguiti da tre cicli di centrifugazione e lavaggio standardizzati (700 × g, 3 min) e immediatamente inoculato dopo aver preparato una sospensione con soluzione salina sterile in rapporto volumetrico 1:2. I soggetti hanno ricevuto una singola iniezione di 150 mL di sospensione contenente circa 5 × 10^13 batteri vitali13.
Tutti i riceventi hanno ricevuto il trapianto di microbiota fecale (FMT) mediante colonscopia, con l'introduzione dello strumento fino al cieco e al colon ascendente; la sospensione è stata infusa lentamente e in modo uniforme attraverso il canale per biopsia per favorire la colonizzazione preferenziale del colon destro. Dopo l'infusione, i pazienti sono rimasti in posizione laterale destra per almeno 2 ore. Nei giorni precedenti la procedura, è stata seguita una dieta iporesiduale per 3 giorni, seguita da una dieta liquida completa per 24 ore prima dell'intervento, con digiuno da cibi solidi per 6 ore e da liquidi per 2 ore prima dell'infusione. La sera precedente il trapianto, è stata effettuata una pulizia standard dell'intero intestino con soluzione elettrolitica di polietilenglicole fino a ottenere un effluente limpido e privo di feci. Tra le restrizioni terapeutiche rientrava la sospensione di antibiotici sistemici almeno 72 ore prima dell'FMT e la loro evitazione per 1 settimana successivamente. Gli inibitori della pompa protonica (PPI) vengono interrotti da 24 a 48 ore prima della procedura, mentre lassativi e probiotici vengono sospesi nel giorno del trapianto.
Durante la procedura, frequenza cardiaca, pressione arteriosa e saturazione di ossigeno sono state monitorate continuamente, e sono stati osservati eventuali sintomi, come distensione addominale, dolore o nausea; l'infusione è stata interrotta immediatamente in caso di dolore addominale grave o ipotensione. Nei primi 7 giorni successivi al trapianto, è stato effettuato un follow-up giornaliero per registrare la frequenza delle evacuazioni intestinali, la consistenza delle feci e tutti gli eventi avversi, inclusi dolore addominale, diarrea, febbre ed ematochezia. Il follow-up a lungo termine si è protratto fino a 5 mesi, con campionamenti programmati di feci per l'analisi della microbiota intestinale e valutazioni cliniche mediante la Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) e il Wexner Constipation Score, insieme alla documentazione dei cambiamenti dei sintomi e dell'uso di farmaci concomitanti, al fine di valutare in modo completo sia l'efficacia che la sicurezza.
I campioni fecali sono stati raccolti in sei momenti temporali: prima del FMT e a 1, 2, 3, 4 e 5 mesi dopo il FMT. Tutti i partecipanti hanno ricevuto istruzioni standardizzate per la raccolta del campione di feci. Approssimativamente da 10 a 20 g di feci della porzione centrale sono stati raccolti utilizzando pinze sterili e posti in contenitori sterili per la raccolta. I campioni sono stati trasportati in laboratorio entro 2-3 ore dalla raccolta e suddivisi in aliquote in provette sterili microcentrifuga da 1,5 mL (vedere Tabella dei Materiali) da ricercatori addestrati in condizioni asettiche. Tutte le aliquote sono state immediatamente conservate a −80 °C fino all'analisi successiva.
Dopo il prelievo dei campioni fecali, tutti i campioni sono stati trasportati su ghiaccio secco presso un fornitore commerciale di sequenziamento (vedere Tabella dei Materiali) per il sequenziamento del gene dell'rRNA 16S. La preparazione delle librerie, il sequenziamento e il controllo iniziale della qualità sono stati eseguiti seguendo il protocollo standard del fornitore. Il DNA genomico è stato estratto da ciascun campione fecale e le regioni ipervariabili V3–V4 del gene batterico dell'rRNA 16S sono state amplificate mediante reazione a catena della polimerasi (PCR) utilizzando i primer 341F e 805R. Il sequenziamento è stato effettuato su una piattaforma di sequenziamento di tipo benchtop con chimica a lettura accoppiata 2 × 300 bp (vedere Tabella dei Materiali) per caratterizzare i profili microbici intestinali dei pazienti prima del trapianto di microbiota fecale (FMT) e in diversi momenti di follow-up successivi al FMT. Dopo il sequenziamento, le letture grezze sono state elaborate per ottenere sequenze di alta qualità destinate all'analisi microbica successiva. La classificazione tassonomica è stata effettuata utilizzando un pacchetto commerciale per l'assegnazione tassonomica 16S e il relativo database di identificazione microbica (vedere Tabella dei Materiali). I profili tassonomici ottenuti sono stati utilizzati per analisi successive sulla diversità microbica, sulla composizione della comunità, sull'abbondanza differenziale e sulla funzione microbica predetta.
Valutazioni cliniche ed etichette analitiche
I pazienti con MP sono stati suddivisi in due gruppi di gravità in base alla durata della malattia: un gruppo ad alta gravità (>6 anni, indicato come “_H”) e un gruppo a bassa gravità (≤6 anni, indicato come “_L”). I campioni fecali raccolti prima del trapianto di microbiota fecale sono stati definiti campioni basali ed etichettati come FB_H o FB_L in base al corrispondente gruppo di gravità. I campioni raccolti a 1, 2, 3, 4 e 5 mesi dopo il trapianto di microbiota fecale sono stati etichettati come FP1M_H, FP2M_H, FP3M_H, FP4M_H e FP5M_H per il gruppo ad alta gravità, e come FP1M_L, FP2M_L, FP3M_L, FP4M_L e FP5M_L per il gruppo a bassa gravità. I parametri clinici valutati includevano il punteggio di costipazione di Wexner, la scala dei sintomi non motori (NMSS), il questionario sui sintomi non motori (NMSQ), l'inventario neuropsichiatrico (NPI), lo stadio di Hoehn–Yahr, la scala delle attività della vita quotidiana (ADL), l'indice di qualità del sonno di Pittsburgh (PSQI), la scala unificata dei disturbi della malattia di Parkinson (UPDRS I–VI) e il punteggio totale UPDRS. È stata utilizzata una combinazione di metodi statistici descrittivi e inferenziali per analizzare le variazioni degli indicatori clinici nei pazienti con MP nel gruppo ad alta gravità (gruppo _H) e nel gruppo a bassa gravità (gruppo _L) in sei punti temporali. Per esplorare preliminarmente le differenze tra i gruppi in tutti i punti temporali, le distribuzioni degli indicatori tra i gruppi _H e _L sono state confrontate in ciascun punto temporale mediante il test della somma dei ranghi di Wilcoxon, e successivamente è stato applicato un modello lineare misto (LMM) più rigoroso con intercette casuali specifiche per paziente. A causa della dimensione campionaria limitata, i risultati del modello a effetti misti sono forniti unicamente come riferimenti esplorativi. L'endpoint primario di questo studio esplorativo è stato il cambiamento nella diversità e composizione del microbiota intestinale dal basale ai diversi punti temporali successivi al trapianto di microbiota fecale, mentre le variazioni cliniche sono state valutate come endpoint secondari.
Raggruppamento delle OTU, analisi della diversità e abbondanza tassonomica
Le unità tassonomiche operative (OTU) sono state utilizzate per riassumere la composizione della comunità microbica, e le sequenze con una similarità ≥97% sono state raggruppate nella stessa OTU. La profondità del sequenziamento è stata valutata mediante curve di rarefazione basate sull'indice di Shannon, il cui plateau indica generalmente una copertura sufficiente per analisi della diversità successive.
La diversità alfa è stata valutata utilizzando gli indici Chao1 e abundance-based coverage estimator (ACE) per la ricchezza microbica, e gli indici di Shannon e Simpson per la diversità complessiva e l'equità. La diversità beta è stata analizzata mediante distanze UniFrac pesate e non pesate, seguite da un'analisi delle coordinate principali (PCoA) per visualizzare le differenze nella composizione delle comunità microbiche tra i gruppi. Le differenze tra gruppi nella diversità alfa e beta sono state valutate rispettivamente mediante test non parametrici e Analisi della Varianza Multivariata Permutazionale (PERMANOVA), come descritto nella sezione relativa all'analisi statistica.
La composizione tassonomica è stata riassunta a livello di phylum, classe, ordine, famiglia e genere in base ai dati di sequenziamento del gene 16S rRNA. Utilizzando un pacchetto per l'analisi di ecologia delle comunità per R (vedere la Tabella dei Materiali), identificare e visualizzare i 10 taxa più abbondanti a ciascun livello tassonomico. I profili tassonomici sono stati rappresentati mediante istogrammi, e alcuni taxa selezionati sono stati ulteriormente confrontati tra i gruppi utilizzando diagrammi a scatola con baffi.
Analisi dell'abbondanza differenziale di taxa microbici
I taxa con abbondanza differenziale tra gruppi predefiniti sono stati identificati mediante l'analisi della dimensione dell'effetto basata sulla discriminante lineare (LEfSe). LEfSe integra il test di Kruskal-Wallis, il test di Wilcoxon e l'analisi discriminante lineare (LDA) per identificare i taxa dotati sia di significatività statistica sia di valore discriminatorio. Sono stati considerati con abbondanza differenziale i taxa con P < 0,05 e un punteggio LDA (log10) > 3. Le abbondanze relative dei taxa discriminatori sono state visualizzate mediante istogrammi tassonomici.
Predizione funzionale e analisi della correlazione clinica
I profili funzionali predetti della microbiota intestinale sono stati dedotti dai dati di sequenziamento del gene dell'RNA ribosomiale 16S mediante Tax4Fun2 e annotati secondo la banca dati Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). I percorsi predetti con arricchimento differenziale sono stati identificati utilizzando LEfSe, con P < 0,05 e un punteggio LDA (log10) > 3 come soglie. Poiché questi profili funzionali sono stati dedotti piuttosto che misurati direttamente mediante approcci metagenomici o metabolomici, sono stati interpretati come differenze funzionali predette. È stata eseguita un'analisi della correlazione dei ranghi di Spearman per esplorare le associazioni tra le caratteristiche microbiche e gli indicatori clinici.
Analisi statistica
Le analisi statistiche sono state eseguite utilizzando il software R (vedere la Tabella dei materiali). Le variabili cliniche sono state riassunte come mediane e intervalli (minimo–massimo). Gli indici di alfa diversità sono stati confrontati tra i gruppi mediante il test della somma dei ranghi di Wilcoxon, mentre la beta diversità è stata valutata tramite PERMANOVA con 999 permutazioni. I taxa e le vie funzionali predette con abbondanza differenziale sono stati identificati utilizzando LEfSe, con P < 0,05 e punteggio LDA (log10) > 3 come soglie di significatività. Per l'analisi longitudinale dell'abbondanza differenziale, è stato applicato un modello a effetti misti con intercette casuali specifiche per paziente, seguito da confronti a coppie post-hoc con correzione del tasso di falsa scoperta di Benjamini-Hochberg. È stata utilizzata l'analisi della correlazione dei ranghi di Spearman per valutare le associazioni tra le caratteristiche microbiche intestinali e gli indicatori clinici, applicando la correzione del tasso di falsa scoperta di Benjamini–Hochberg ai valori P della correlazione. Un valore P bilaterale < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo. È stata applicata la correzione per confronti multipli alle analisi di correlazione e di abbondanza tassonomica. Data la piccola dimensione del campione e il disegno sperimentale longitudinale ripetuto, le analisi statistiche sono state considerate esplorative e i risultati sono stati interpretati con cautela.