纽约州立大学、北州立医科大学的一组研究人员已经在帕金森病(PD)患者的口腔微生物组中确定了生物标志物，这可以作为早期疾病存在的证据。
研究人员目前正在与Quadrant Biosciences合作，探索基于微生物生物标志物的早期帕金森病唾液诊断方法的开发。
多项研究表明，在大部分帕金森病患者中存在一种叫做路易体的分子——大脑中α -突触核蛋白的异常沉积。研究人员最近还发现，PD患者的肠道紊乱可通过促进路易体发育而迅速加速疾病进展。
纽约州立大学北部神经科学和生理学副教授弗兰克·米德尔顿解释说:“然而，大多数研究只关注下GI或粪便样本，并研究了已确定运动症状或晚期状态的受试者。”“我们研究了口腔微生物组，因为有令人信服的数据显示整个胃肠道功能障碍，这在帕金森病中很常见。”
在初步研究中上个月出版在《公共科学图书馆•综合》米德尔顿和他的团队检查了48名PD患者以及36名健康对照组的表型和基因型信息。大多数受试者之前被观察到有静息性震颤，并正在服用PD药物。此外，95%的患者之前有上或下消化道疾病的证据。
米德尔顿和他的团队首先收集了患者的表型数据，这些患者接受了运动、认知、平衡、自主和化学感觉功能的详细评估，以确定他们的疾病阶段。
与健康对照受试者相比，研究人员发现PD队列在有关运动、认知和感觉功能的几项测试中表现出显著变化。PD组的反应速度较慢，嗅觉和味觉也较差。虽然该团队无法将帕金森病受试者队列中的运动和认知表现变化分开，但该团队认为，任务认知需求的增加导致了表现的降低。
然后，研究人员从每个参与者身上收集了1到4毫升的唾液。在纯化和提取微生物RNA和宿主mRNA后，团队评估了RNA样本的产量和质量，然后建立测序文库。然后，该团队使用Illumina公司的NextSeq 500平台对样本进行了鸟枪测序。
米德尔顿解释说，他的团队使用霰弹枪测序而不是标准的16S测序，因为该工具产生了更全面的微生物覆盖范围。此外，鸟枪测序帮助研究人员从属水平识别到物种，有时是亚种水平的细菌。
“我们还可以获得关于酵母的信息，比如假丝酵母或酿酒这是你用16s测序无法做到的，”米德尔顿说。
为了研究宿主mRNA与微生物组相互作用的可能性，米德尔顿和他的团队将NGS数据与人类转录组进行了比对。该研究的作者说，他们还通过过滤原始数据，研究了受试者中宿主mRNA丰度的潜在差异，“只包括10%的样本中至少有10个原始reads的人类mRNA。”
虽然米德尔顿和他的团队在研究对象组之间没有发现整体alpha和beta多样性的任何差异，但他们确实发现了特定微生物类群的变化。研究人员注意到，与对照组相比，PD受试者中有50个不同的类群表现出显著差异，包括细菌、噬菌体和真核生物类群中的16个属和34个种。
微生物的变化包括丰度的增加和减少。在物种层面上，米德尔顿和他的团队确定了一些物种乳酸菌而且双歧杆菌属细菌属。研究人员还注意到a链球菌噬菌体，以及三种酵母的增加(白色念珠菌，假丝酵母dubliniensis，而且酿酒酵母)。
为了进一步研究该组中的微生物组差异，研究小组通过逻辑回归分类和曲线下面积分析进行了属和种级别的数据，发现只有11个类群可以将早期PD受试者与对照组区分开来，AUC为0.90。
在微生物组分析的同时，研究小组还检查了同一受试者人类唾液mrna的变化数据。在过滤掉最常表达的人类mrna后，该团队测试了组间差异，揭示了PD人群中9种显著差异的mrna，并显示出两组受试者的强大区分能力。宿主mrna也与各种脑功能相关，并与显著变化的微生物群分类群相关。
米德尔顿说:“我们发现了一些有趣的miRNA，因为它们与大脑功能有关，从中我们可能能够推断出除了微生物反应外，可能还有宿主反应。”“因此，我们可能能够从宿主的转录方面识别出一种反应。”
米德尔顿说，他的团队随后分析了微生物数据与全套医学、人口统计学和功能结果测量之间的重要联系。研究小组在物种水平上确定了10个强大的相关性，其中9个是正相关的，而在属水平上则是一个负相关的。
米德尔顿指出，丰富的Lactobacillius这种，通常被认为是一种益生菌，而在PD队列中与运动迟缓呈正相关。因此，他的团队认为，细菌家族的成员可能代表了疾病中不利但一致的事件。
“虽然(这种l .米德尔顿解释说:“它被认为有助于减少便秘、肠易激综合征和腹泻，有研究表明，它可能会这样做，因为它会影响特定神经的活动，这可能被认为是帕金森病病理传播的主要管道。”“你有这样的想法，这种细菌通常会对正常的非患病的人有好处，但它实际上可能会增加帕金森病患者神经的活动，这实际上可能对正在进行的疾病过程有害。”
没有参与这项研究的帕金森基金会首席安全官詹姆斯·贝克(James Beck)认为，纽约州立大学的研究人员需要从更多的帕金森病患者身上获得更多样本，才能准确地解释和建立明确的结论。他指出，研究人员收集了大量的表型数据，这“对于横向研究来说是很多的”，目的是将潜在的相关性与患者的遗传数据联系起来。
米德尔顿承认，他的团队在研究中遇到了一些限制。研究人员必须解决的最大问题是队列规模太小。此外，米德尔顿指出，研究结果可能受到患者在研究前和研究期间服用的药物的潜在影响。因此，他希望最终建立一个由早期、预用药阶段的pd患者组成的队列。
米德尔顿说:“由于这是一项小型研究，我们没有很多受试者不服用PD药物。”“很难找到早期患者，因为你需要神经科医生来确认和诊断帕金森病，而当这些患者去神经科医生那里时，他们可能已经在服用其他药物了。”
和米德尔顿一样，贝克认为，如果研究人员根据不同的疾病状态对个体进行分组，并在研究之前根据患者的药物状况将他们分开，那么这项研究将会更成功。贝克指出，虽然药物治疗并不总是成功的，但它们往往会改变患者的生理状况，产生好坏参半的结果。
贝克说:“我不认为(这项研究)在这个特定阶段会有什么结果。”“它还需要包括各种不同的患者，因为问题是其他患有类似神经系统疾病的人，如阿尔茨海默氏症，是否表现出类似的行为或信息。”
临床应用
米德尔顿设想使用生物标记物最终创建PD的即时检测方法。然而，他不相信这样的工具可以完全替代PD患者在临床医生办公室进行的正常功能和生物学评估。
与此同时，他指出，在医学专家中，帕金森病的误诊率为15%，“在非专家中甚至更糟。”此外，临床医生经常将帕金森病误诊为其他几种疾病。米德尔顿指出，临床医生可以执行一种称为单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像的程序，扫描以前注射到患者静脉中的放射性药物，以潜在地检测PD病例;然而，他认为SPECT测试可能非常昂贵，被过度使用，涉及放射性，并且并不总是能提供明确的结果。
因此，米德尔顿认为临床医生可以使用基于微生物生物标志物的诊断工具作为标准神经学检查的补充诊断。
米德尔顿说:“这可以做出更准确的诊断，并在一定程度上容易识别目前存在的促炎症的生态失调(肠道微生物组的不平衡)。”“这将是一种干预手段，因为改变口腔微生物群比改变胃肠道更容易。”
米德尔顿说，他的团队对研究不同地理区域微生物变化的一致性很感兴趣。研究人员认为，一个人的饮食可能会对口腔微生物群产生更大的影响，这取决于他们的位置，他们的目标是将微生物群的变化与帕金森病的早期阶段直接联系起来。
米德尔顿说:“我们想知道，如果某些患者生活在有杀虫剂的地区，他们的患病风险是否会更高。”“由于我们知道农业中使用的某些农药、除草剂和抗生素会对微生物组产生重大影响，我们很感兴趣的是，是否可以知道这与潜在诱因地区的PD有联系。”
此外，米德尔顿说，他的团队目前正在进行一项研究，着眼于“故事的人类方面”，而不是专注于微生物类群。
米德尔顿指出，纽约州立大学北部分校正在与其他学术机构合作，以增加未来研究的患者群体规模，包括阿勒格尼总医院、德克萨斯大学圣安东尼奥分校和佛罗里达州立大学。
象限生物科学，纽约州立大学北州分校的分支，一直在开发分子和其他测试一些神经疾病和障碍，可能对未来的研究方向感兴趣。米德尔顿自2017年以来一直在Quadrant的科学顾问委员会任职，据他说，Quadrant为最初的研究提供了61880美元的试点奖励。虽然Quadrant没有参与研究设计、数据分析或研究的初始写作，但米德尔顿表示，该公司通过软件准备和行政支持协助数据收集。
此外，SUNY北州和象限共享研究中开发的技术的共同知识产权。vwin德赢ac米兰合作虽然最初的患者招募是通过纽约州立大学北州分校进行的，Quadrant现在正在帮助研究团队招募帕金森病患者，以进行未来的多侧研究。作为象限SAB的成员，米德尔顿为帕金森病、自闭症和其他几个研究项目提供技术投入。
帕金森基金会的贝克指出，虽然他不知道有其他研究将患者的口腔微生物群与帕金森病联系起来，但几个研究小组此前已经研究了肠道微生物群与帕金森病的关系。
贝克说:“这是一个真正的先有鸡还是先有蛋的问题，你正在研究微生物群，并询问它与疾病之间的关系。”“如果有人患有一种疾病，但有一个独特的生物群落，这是生物群落的原因，还是生物群落本身导致了疾病?”
然而，Beck强调，纽约州立大学的研究可能是有益的纵向评估，米德尔顿的团队可以在两年内跟踪患者，以确定遗传变化，并观察口腔微生物组是否预测了上述遗传变化。虽然Beck看到了在帕金森病和口腔微生物组之间建立联系的潜力，但他认为“需要做更多的工作……提出有趣的问题，并进行后续研究来明确回答这些问题。”