Исследование было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией, и протокол был одобрен комитетом по этике Второй аффилированной больницы Нанкинского медицинского университета (номер одобрения: 2021-KY-100-01). От всех участников было получено письменное информированное согласие.
Данное одноцентровое ретроспективное обсервационное исследование проводилось на базе отделения неврологии Второй аффилированной больницы Нанкинского медицинского университета. В период с января 2022 года по декабрь 2023 года было включено в общей сложности 32 пациента с первичной БП, соответствовавших Диагностическим критериям болезни Паркинсона (издание 2020 года). В конечном итоге в последующий анализ были включены шесть пациентов, которые соответствовали строгим критериям отбора и прошли все процедуры исследования. Подробная информация о скрининге, исключении и последующем наблюдении представлена на Дополнительном рисунке 1.
Сбор образцов фекалий и анализ микробного сообщества
Фекальная микробиота была получена от здоровых добровольцев. Процесс отбора доноров проводился строго в соответствии с Китайским экспертным консенсусом по клиническому применению трансплантации фекальной микробиоты. Критерии включения доноров: возраст 18–40 лет, отсутствие хронических заболеваний в анамнезе; отсутствие желудочно-кишечных заболеваний, метаболических нарушений, аутоиммунных или психических расстройств; отсутствие приема антибиотиков, пробиотиков, иммунодепрессантов или ингибиторов протонной помпы в течение последних 3 месяцев; отсутствие поездок в эпидемические зоны, переливаний крови или хирургических вмешательств в течение последних 6 месяцев. Скрининг крови и кала для исключения инфекционных заболеваний и патогенов включал: вирус иммунодефицита человека (HIV), вирус гепатита B (HBV), вирус гепатита C (HCV), Treponema pallidum, Clostridium difficile, Salmonella, Shigella, Campylobacter, патогенные Escherichia coli, кишечные вирусы и паразиты. Объем одного подходящего образца кала должен составлять не менее 50 g. С помощью автоматизированной системы очистки фекальной микробиоты (см. Таблицу материалов) к каждым 100 g свежего кала добавляли 500 mL стерильного физиологического раствора, проводили три цикла стандартизированного центрифугирования и промывки (700 × g, 3 min), после чего немедленно выполняли инокуляцию, приготовив суспензию со стерильным физиологическим раствором в объемном соотношении 1:2. Испытуемые получали однократную инъекцию 150 mL суспензии, содержащей приблизительно 5 × 10^13 жизнеспособных бактерий13.
Все реципиенты получили FMT посредством колоноскопии, при этом эндоскоп вводили до слепой и восходящей ободочной кишки; суспензию медленно и равномерно вводили через биопсийный канал для обеспечения преимущественной колонизации правой половины ободочной кишки. После инфузии пациенты оставались в правом боковом положении в течение не менее 2 h. В предоперационном периоде в течение 3 дней соблюдалась диета с низким содержанием клетчатки, затем в течение 24 h перед процедурой — полноценная жидкая диета, при этом голодание в отношении твердой пищи соблюдалось за 6 h, а в отношении жидкостей — за 2 h до инфузии. Накануне вечером перед трансплантацией проводилась стандартная полная очистка кишечника электролитным раствором полиэтиленгликоля до получения прозрачного эффлюента, не содержащего каловых масс. Ограничения по лекарственным препаратам включали отмену системных антибиотиков минимум за 72 h до FMT и их исключение в течение 1 week после процедуры. Прием ингибиторов протонной помпы (ИПП) прекращали за 24–48 h до процедуры, а прием слабительных средств и пробиотиков приостанавливали в день трансплантации.
В ходе процедуры проводился непрерывный мониторинг частоты сердечных сокращений, артериального давления и сатурации кислорода, а также наблюдение за любыми симптомами, такими как вздутие живота, боль или тошнота; при возникновении сильной боли в животе или гипотонии инфузия немедленно прекращалась. В течение первых 7 дней после трансплантации проводилось ежедневное наблюдение для регистрации частоты стула, консистенции кала и всех нежелательных явлений, включая боли в животе, диарею, лихорадку и гематохезию. Долгосрочное наблюдение продолжалось до 5 месяцев и включало плановый отбор проб кала для анализа микробиоты кишечника, клиническую оценку с использованием Унифицированной шкалы оценки болезни Паркинсона (UPDRS) и шкалы запоров Векснера, а также документирование изменений симптомов и применения сопутствующих лекарственных препаратов для комплексной оценки эффективности и безопасности.
Образцы фекалий собирали в шести временных точках: перед FMT, а также через 1, 2, 3, 4 и 5 месяцев после FMT. Все участники получили стандартизированные инструкции по сбору образцов кала. С помощью стерильного пинцета собирали примерно 10–20 g средней порции кала, которую помещали в стерильные контейнеры для сбора. Образцы доставляли в лабораторию в течение 2–3 h после сбора, где обученные исследователи в асептических условиях распределяли их по стерильным микроцентрифужным пробиркам объемом 1.5 mL (см. Table of Materials). Все аликвоты немедленно хранили при −80 °C до проведения дальнейшего анализа.
После сбора образцов фекалий все пробы транспортировались на сухом льду коммерческому поставщику услуг по секвенированию (см. Таблицу материалов) для секвенирования гена 16S рРНК. Подготовка библиотек, секвенирование и первичный контроль качества проводились в соответствии со стандартным протоколом поставщика. Из каждого образца фекалий экстрагировали геномную ДНК, после чего гипервариабельные регионы V3–V4 бактериального гена 16S рРНК амплифицировали с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием праймеров 341F и 805R. Секвенирование выполняли на настольной платформе для короткого прочтения (см. Таблицу материалов) с использованием химии парноконцевого чтения 2 × 300 bp для характеристики профилей микробиоты кишечника пациентов до FMT и в различные временные точки последующего наблюдения после FMT. После секвенирования необработанные чтения подвергали процессингу для получения высококачественных последовательностей для последующего микробиологического анализа. Таксономическая классификация проводилась с использованием коммерческого пакета для таксономического назначения 16S и соответствующей базы данных идентификации микроорганизмов (см. Таблицу материалов). Полученные таксономические профили использовались для последующего анализа микробного разнообразия, состава сообщества, дифференциального обилия и прогнозируемой функции микробиоты.
Клинические оценки и аналитические метки
Пациенты с БП были разделены на две группы в зависимости от степени тяжести заболевания, определяемой продолжительностью болезни: группу с высокой степенью тяжести (>6 лет, обозначенную как «_H») и группу с низкой степенью тяжести (≤6 лет, обозначенную как «_L»). Образцы кала, собранные до ТФМ, были определены как исходные образцы и помечены как FB_H или FB_L в соответствии с соответствующей группой тяжести. Образцы, собранные через 1, 2, 3, 4 и 5 месяцев после ТФМ, были помечены как FP1M_H, FP2M_H, FP3M_H, FP4M_H и FP5M_H для группы с высокой степенью тяжести, и как FP1M_L, FP2M_L, FP3M_L, FP4M_L и FP5M_L для группы с низкой степенью тяжести. Оцениваемые клинические параметры включали шкалу запоров Векснера, шкалу немоторных симптомов (NMSS), опросник немоторных симптомов (NMSQ), нейропсихиатрический реестр (NPI), стадию по Хен-Яру, шкалу повседневной активности (ADL), Питтсбургский индекс качества сна (PSQI), оригинальную шкалу (UPDRS I–VI) и общий балл по UPDRS. Для анализа изменений клинических показателей пациентов с БП в группе с высокой степенью тяжести (группа _H) и группе с низкой степенью тяжести (группа _L) в шести временных точках использовалась комбинация методов описательной и инференциальной статистики. Для предварительного изучения межгрупповых различий во всех временных точках распределения показателей между группами _H и _L в каждой временной точке сравнивались с помощью критерия суммы рангов Уилкоксона, а также применялась более строгая линейная смешанная модель (LMM) с индивидуальными случайными перехватами для каждого пациента. Из-за ограниченного размера выборки результаты модели со смешанными эффектами представлены только в качестве предварительных данных. Первичной конечной точкой этого поискового исследования было изменение разнообразия и состава кишечной микробиоты от исходного уровня до временных точек после трансплантации фекальной микробиоты, а клинические изменения оценивались в качестве вторичных конечных точек.
Кластеризация OTU, анализ разнообразия и таксономическое обилие
Для обобщения состава микробного сообщества использовались операционные таксономические единицы (ОТЕ), при этом последовательности с сходством ≥97% объединялись в одну ОТЕ. Глубина секвенирования оценивалась с помощью кривых разрежения на основе индекса Шеннона; выход кривых на плато свидетельствовал об общем достаточном покрытии для последующего анализа разнообразия.
Альфа-разнообразие оценивали с помощью индексов Chao1 и ACE (abundance-based coverage estimator) для определения микробного богатства, а также индексов Шеннона и Симпсона для оценки общего разнообразия и выровненности. Бета-разнообразие оценивали с использованием взвешенного и невзвешенного расстояний UniFrac с последующим анализом главных координат (PCoA) для визуализации различий в составе микробных сообществ между группами. Межгрупповые различия в альфа- и бета-разнообразии оценивали с помощью непараметрических тестов и пермутационного многомерного дисперсионного анализа (PERMANOVA) соответственно, как описано в разделе статистического анализа.
Таксономический состав был обобщен на уровнях типа, класса, порядка, семейства и рода на основе данных секвенирования гена 16S рРНК. Используя пакет для анализа экологии сообществ в среде R (см. Таблицу материалов), определите и визуализируйте 10 наиболее представленных таксонов на каждом таксономическом уровне. Таксономические профили были представлены в виде столбчатых диаграмм, а выбранные таксоны были дополнительно сравнены между группами с помощью диаграмм размаха.
Анализ дифференциального обилия микробных таксонов
Таксоны с различным уровнем обилия между предопределенными группами были идентифицированы с помощью линейного дискриминантного анализа размера эффекта (LEfSe). LEfSe объединяет критерий Краскела — Уоллиса, критерий Вилкоксона и линейный дискриминантный анализ (LDA) для выявления таксонов, обладающих как статистической значимостью, так и дискриминационным значением. Таксоны с P < 0.05 и показателем LDA (log10) > 3 считались имеющими различное обилие. Относительное обилие дискриминационных таксонов было визуализировано с помощью таксономических столбчатых диаграмм.
Функциональное прогнозирование и анализ клинической корреляции
Прогнозируемые функциональные профили микробиоты кишечника были выведены из данных секвенирования гена 16S рРНК с помощью Tax4Fun2 и аннотированы в соответствии с базой данных Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG). Дифференциально обогащенные прогнозируемые пути были определены с помощью LEfSe с пороговыми значениями P < 0.05 и показателем LDA (log10) > 3. Поскольку эти функциональные профили были выведены, а не измерены напрямую метагеномными или метаболомными методами, они интерпретировались как прогнозируемые функциональные различия. Для изучения взаимосвязей между микробными признаками и клиническими показателями был проведен корреляционный анализ по рангам Спирмена.
Статистический анализ
Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения R (см. Таблицу материалов). Клинические переменные представлены в виде медиан и диапазонов (минимум–максимум). Индексы альфа-разнообразия сравнивали между группами с помощью критерия суммы рангов Уилкоксона, а бета-разнообразие оценивали с помощью PERMANOVA с 999 перестановками. Дифференциально представленные таксоны и прогнозируемые функциональные пути определяли с помощью LEfSe, при этом порогами значимости служили P < 0.05 и показатель LDA (log10) > 3. Для лонгитюдного анализа дифференциальной представленности применяли смешанную модель с рандомными интерцептами для каждого пациента, с последующим апостериорным попарным сравнением с коррекцией ложноположительных результатов по методу Бенджамини-Хохберга. Для оценки взаимосвязей между характеристиками микробиоты кишечника и клиническими показателями использовали корреляционный анализ по рангам Спирмена с применением коррекции ложноположительных результатов по методу Бенджамини-Хохберга для значений P корреляции. Статистически значимым считалось двустороннее P < 0.05. Для анализа корреляций и таксономической представленности применяли коррекцию на множественные сравнения. Ввиду малого размера выборки и дизайна с повторным лонгитюдным отбором проб статистический анализ рассматривали как поисковый, а результаты интерпретировали с осторожностью.