De studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki, en het protocol werd goedgekeurd door de Ethische Commissie van The Second Affiliated Hospital of Nanjing Medical University (goedkeuringsnummer: 2021-KY-100-01). Van alle deelnemers is schriftelijke geïnformeerde toestemming verkregen.
Deze retrospectieve observationele studie in één centrum werd uitgevoerd bij de afdeling Neurologie van The Second Affiliated Hospital of Nanjing Medical University. Van januari 2022 tot december 2023 werd in totaal 32 patiënten met primaire PD geïncludeerd die voldeden aan de Diagnostic Criteria for Parkinson’s Disease (editie 2020). Uiteindelijk werden zes patiënten die voldeden aan de strikte selectiecriteria en alle studieprocedures hadden voltooid, opgenomen in de daaropvolgende analyse. Details over de screening, exclusie en follow-up zijn weergegeven in Supplementary Figure 1.
Verzameling van fecesmonsters en analyse van de microbiële gemeenschap
Fecale microbiota werd verkregen van gezonde vrijwilligers. Het screeningsproces van de donoren werd strikt uitgevoerd in overeenstemming met de Chinese Expert Consensus on the Clinical Application of Fecal Microbiota Transplantation. Inclusiecriteria voor donoren: Leeftijd 18–40 jaar, zonder voorgeschiedenis van chronische ziekten; Geen voorgeschiedenis van gastro-intestinale aandoeningen, metabole stoornissen, auto-immuunziekten of psychiatrische stoornissen; Geen gebruik van antibiotica, probiotica, immunosuppressiva of protonpompremmers in de afgelopen 3 maanden; Geen reizen naar epidemische gebieden, bloedtransfusies of chirurgische ingrepen in de afgelopen 6 maanden. Bloed- en fecesscreening om infectieziekten en pathogenen uit te sluiten omvatte: Human immunodeficiency virus (HIV), Hepatitis B virus (HBV), Hepatitis C virus (HCV), Treponema pallidum, Clostridium difficile, Salmonella, Shigella, Campylobacter, pathogene Escherichia coli, enterische virussen en parasieten. Het volume van een enkel geldig fecesmonster moest ten minste 50 g bedragen. Met behulp van een geautomatiseerd systeem voor zuivering van fecale microbiota (zie Table of Materials) werd 500 mL steriele zoutoplossing toegevoegd aan elke 100 g verse feces, gevolgd door drie ronden van gestandaardiseerde centrifugatie en wassing (700 × g, 3 min), waarna direct werd geïnoculeerd na het bereiden van een suspensie met steriele zoutoplossing in een volumeverhouding van 1:2. Proefpersonen ontvingen een enkele injectie van 150 mL suspensie bevattend ongeveer 5 × 10^13 levensvatbare bacteriën13.
Alle ontvangers ondergingen FMT via colonoscopie, waarbij het endoscoop werd doorgevoerd tot in het caecum en het colon ascendens; de suspensie werd langzaam en gelijkmatig via het biopsiekanaal geïnfuseerd om preferentiële kolonisatie van het rechter colon te bevorderen. Na infusie bleven de patiënten gedurende ten minste 2 h in rechter zijligging (decubitus positie). Voorafgaand aan de procedure werd gedurende 3 dagen een vezelarm dieet gevolgd, gevolgd door een volledig vloeibaar dieet gedurende 24 h vóór de ingreep, met vasten van vaste voeding gedurende 6 h en van vloeistoffen gedurende 2 h voorafgaand aan de infusie. Op de avond vóór transplantatie werd een standaard volledige darmreiniging met een polyethyleenglycol-elektrolytoplossing uitgevoerd totdat een helder, fecesvrij effluent was verkregen. Beperkingen voor medicatie omvatten het onthouden van systemische antibiotica gedurende ten minste 72 h vóór FMT en het vermijden daarvan gedurende 1 week daarna. Protonpompremmers (PPI's) worden 24–48 h vóór de procedure gestaakt, en laxantia en probiotica worden op de dag van transplantatie opgeschort.
Tijdens de procedure werden de hartslag, bloeddruk en zuurstofsaturatie continu gemonitord en werden eventuele symptomen, zoals abdominale distentie, pijn of misselijkheid, geobserveerd; de infusie werd onmiddellijk gestopt bij het optreden van ernstige abdominale pijn of hypotensie. Gedurende de eerste 7 dagen na transplantatie werd er dagelijks een follow-up uitgevoerd om de frequentie van de stoelgang, de consistentie van de ontlasting en alle bijwerkingen, waaronder abdominale pijn, diarree, koorts en hematochezia, te registreren. De langetermijnfollow-up liep tot 5 maanden, met geplande ontlastingsafnames voor analyse van het darmmicrobioom en klinische beoordelingen met behulp van de Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) en de Wexner Constipation Score, naast het documenteren van symptoomveranderingen en het gebruik van gelijktijdige medicatie, om zowel de effectiviteit als de veiligheid volledig te evalueren.
Fecale monsters werden verzameld op zes tijdstippen: vóór de FMT en 1, 2, 3, 4 en 5 maanden na de FMT. Alle deelnemers ontvingen gestandaardiseerde instructies voor het verzamelen van ontlastingsmonsters. Ongeveer 10–20 g van het middengedeelte van de ontlasting werd verzameld met steriele pincetten en in steriele verzamelcontainers geplaatst. De monsters werden binnen 2–3 u na verzameling naar het laboratorium getransporteerd en door getrainde onderzoekers onder aseptische omstandigheden verdeeld in steriele 1,5 mL microcentrifugebuisjes (zie Tabel met Materialen). Alle aliquoten werden onmiddellijk bij −80 °C bewaard tot aan verdere analyse.
Na de afname van de fecesmonsters werden alle specimens op droogijs getransporteerd naar een commerciële sequencingprovider (zie Tabel met materialen) voor 16S rRNA-gensequencing. De bibliotheekvoorbereiding, sequencing en de initiële kwaliteitscontrole werden uitgevoerd volgens het standaardprotocol van de provider. Genomisch DNA werd geëxtraheerd uit elk fecesmonster, en de V3–V4 hypervariabele regio's van het bacteriële 16S rRNA-gen werden geamplificeerd via polymerasekettingreactie (PCR) met behulp van de primers 341F en 805R. De sequencing werd uitgevoerd op een benchtop short-read sequencingplatform (zie Tabel met materialen) met gebruik van 2 × 300 bp paired-end chemie om de darmmicrobiële profielen van patiënten vóór FMT en op verschillende follow-up tijdstippen na FMT te karakteriseren. Na de sequencing werden de raw reads verwerkt om hoogwaardige sequenties te verkrijgen voor verdere microbiële analyse. De taxonomische classificatie werd uitgevoerd met een commercieel 16S taxonomisch toewijzingspakket en de bijbehorende microbiële identificatiedatabase (zie Tabel met materialen). De resulterende taxonomische profielen werden gebruikt voor daaropvolgende analyses van microbiële diversiteit, gemeenschapscompositie, differentiële abundantie en voorspelde microbiële functie.
Klinische beoordelingen en analytische labels
Patiënten met PD werden op basis van de ziekteduur gestratificeerd in twee ernstgroepen: een groep met een hoge ernst (>6 jaar, aangeduid als “_H”) en een groep met een lage ernst (≤6 jaar, aangeduid als “_L”). Fecale monsters die vóór de FMT werden verzameld, werden gedefinieerd als baseline-monsters en gelabeld als FB_H of FB_L, afhankelijk van de bijbehorende ernstgroep. Monsters die 1, 2, 3, 4 en 5 maanden na de FMT werden verzameld, werden gelabeld als FP1M_H, FP2M_H, FP3M_H, FP4M_H en FP5M_H voor de groep met een hoge ernst, en als FP1M_L, FP2M_L, FP3M_L, FP4M_L en FP5M_L voor de groep met een lage ernst. De beoordeelde klinische parameters omvatte de Wexner-constipatiescore, de Non-Motor Symptoms Scale (NMSS), de Non-Motor Symptoms Questionnaire (NMSQ), de Neuropsychiatric Inventory (NPI), het Hoehn–Yahr-stadium, de Activities of Daily Living-schaal (ADL), de Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI), de originele (UPDRS I–VI) en de totale UPDRS-score. Een combinatie van beschrijvende en inferentiële statistische methoden werd gebruikt om de veranderingen in de klinische indicatoren van PD-patiënten in de groep met een hoge ernst (_H-groep) en de groep met een lage ernst (_L-groep) op zes tijdstippen te analyseren. Om vooraf groepsverschillen over alle tijdstippen te verkennen, werden de distributies van de indicatoren tussen de _H- en _L-groepen op elk tijdstip vergeleken met de Wilcoxon-rangsomtoets, en werd er een strikter Linear Mixed Model (LMM) met patiëntspecifieke random intercepts toegepast. Vanwege de beperkte steekproefomvang worden de resultaten van het mixed-effects model slechts als verkennende referentie verstrekt. Het primaire eindpunt van deze verkennende studie was de verandering in de diversiteit en samenstelling van het darmmicrobioom van de baseline tot de tijdstippen na de fecale microbiota transplantatie, waarbij klinische veranderingen als secundaire eindpunten werden geëvalueerd.
OTU-clustering, diversiteitsanalyse en taxonomische abundantie
Operationele taxonomische eenheden (OTU's) werden gebruikt om de samenstelling van de microbiële gemeenschap samen te vatten, waarbij sequenties met ≥97% gelijkenis in dezelfde OTU werden geclusterd. De sequencingdiepte werd geëvalueerd met behulp van Shannon-gebaseerde rarefactiecurves, waarbij de plateaus van de curves duidden op een over het algemeen voldoende dekking voor downstream diversiteitsanalyses.
De alfa-diversiteit werd beoordeeld met behulp van de Chao1- en abundance-based coverage estimator (ACE)-indices voor microbiële rijkdom, en de Shannon- en Simpson-indices voor de algemene diversiteit en evenredigheid. Bèta-diversiteit werd geëvalueerd met behulp van gewogen en ongewogen UniFrac-afstanden, gevolgd door een principale coördinaatanalyse (PCoA) om verschillen in de samenstelling van de microbiële gemeenschap tussen de groepen te visualiseren. Verschillen tussen groepen in alfa- en bèta-diversiteit werden respectievelijk beoordeeld met niet-parametrische tests en een Permutational Multivariate Analysis of Variance (PERMANOVA), zoals beschreven in de sectie statistische analyse.
De taxonomische samenstelling werd samengevat op phylum-, klasse-, orde-, familie- en genusniveau op basis van 16S rRNA-gensequencinggegevens. Gebruik een community-ecology analysepakket voor R (zie Table of Materials) om de 10 meest abundante taxa op elk taxonomisch niveau te identificeren en te visualiseren. Taxonomische profielen werden weergegeven met staafdiagrammen, en geselecteerde taxa werden verder vergeleken tussen groepen met behulp van boxplots.
Analyse van differentiële abundantie van microbiële taxa
Taxa met differentiële abundantie tussen vooraf gedefinieerde groepen werden geïdentificeerd met behulp van linear discriminant analysis effect size (LEfSe). LEfSe integreert de Kruskal-Wallis-toets, de Wilcoxon-toets en lineaire discriminantanalyse (LDA) om taxa te identificeren die zowel statistisch significant zijn als een discriminerende waarde hebben. Taxa met een P < 0,05 en een LDA-score (log10) > 3 werden beschouwd als differentieel abundant. De relatieve abundanties van de discriminerende taxa werden gevisualiseerd met behulp van taxonomische staafdiagrammen.
Functionele voorspelling en klinische correlatieanalyse
Voorspelde functionele profielen van het darmmicrobioom werden afgeleid uit 16S rRNA-gensequencinggegevens met behulp van Tax4Fun2 en geannoteerd volgens de Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)-database. Differentieel verrijkte voorspelde pathways werden geïdentificeerd met LEfSe, waarbij P < 0,05 en een LDA-score (log10) > 3 als drempelwaarden werden gehanteerd. Omdat deze functionele profielen waren afgeleid en niet direct waren gemeten via metagenomische of metabolomische benaderingen, werden ze geïnterpreteerd als voorspelde functionele verschillen. Een Spearman-rangcorrelatieanalyse werd uitgevoerd om associaties tussen microbiële kenmerken en klinische indicatoren te onderzoeken.
Statistische analyse
Statistische analyses werden uitgevoerd met R-software (zie Tabel met materialen). Klinische variabelen werden samengevat als medianen en bereiken (minimum–maximum). Alpha-diversiteitsindexen werden tussen groepen vergeleken met de Wilcoxon rank-somtoets, terwijl bèta-diversiteit werd beoordeeld via PERMANOVA met 999 permutaties. Differentieel abundante taxa en voorspelde functionele pathways werden geïdentificeerd met behulp van LEfSe, waarbij P < 0,05 en een LDA-score (log10) > 3 als significantiedrempels werden gehanteerd. Voor longitudinale analyse van differentiële abundantie werd een mixed-effects model met patiëntspecifieke random intercepts toegepast, gevolgd door post-hoc paarsgewijze vergelijkingen met Benjamini-Hochberg correctie voor de false discovery rate. Spearman-rangcorrelatieanalyse werd gebruikt om associaties tussen kenmerken van het darmmicrobioom en klinische indicatoren te evalueren, waarbij Benjamini–Hochberg correctie voor de false discovery rate werd toegepast op de correlatie-P-waarden. Een tweezijdige P < 0,05 werd beschouwd als statistisch significant. Correctie voor meervoudige vergelijkingen werd toegepast op de correlatie- en taxonomische abundantieanalyses. Gezien de kleine steekproefomvang en het longitudinale ontwerp met herhaalde bemonstering werden de statistische analyses als exploratief beschouwd en werden de resultaten behoedzaam geïnterpreteerd.