Umwelteinfluss auf psychische Erkrankungen durch Veränderungen von Genomen und Metabolomen bei Jugendlichen mit Autismus (ENIGMA-I)

Angstsymptome

Angstsymptome werden anhand der Angstskala für Kinder (ASC-ASD) bewertet.

Der ASC-ASD ist ein 24-Punkte-Selbstbericht zur Verwendung bei jungen Menschen im Alter zwischen 8 und 16 Jahren mit der Diagnose Autismus. Die Items werden auf einer 4-stufigen Likert-Skala bewertet, die von 0 bis 3 reicht. Die Gesamtpunktzahl reicht von 0 bis 72, wobei höhere Punktzahlen auf ein höheres Maß an Angst hinweisen. Der ASC-ASD wird von den Teilnehmern bei den Klinikbesuchen im Monat 0, 2, 4 und 6 ausgefüllt.

Angstsymptome

Angstsymptome werden anhand der überarbeiteten Kinderangst- und Depressionsskala 25 (RCADS-25) beurteilt.

Der RCADS-25 ist ein Selbstbericht mit 25 Items, der eine Angstsubskala mit 14 Items darstellt. Die Punkte werden auf einer 4-Punkte-Likert-Skala bewertet, wobei höhere Bewertungen eine größere Schwere der Symptome bedeuten. Die Werte für die Subskala Angst liegen zwischen 0 und 42. Das RCADS-25 wird während der sechsmonatigen Studiendauer alle zwei Wochen abgeschlossen.

Symptome einer Depression

Depressionssymptome werden anhand des Beck Depression Inventory for Youth (BDI-Y) erfasst.

Der BDI-Y ist ein 20-Punkte-Selbstbericht. Die Punkte werden auf einer 4-Punkte-Likert-Skala von 0 bis 3 bewertet. Die Gesamtpunktzahl reicht von 0 bis 60, wobei höhere Punkte auf eine höhere Schwere der Symptome hinweisen. Der BDI-Y wird von den Teilnehmern der Klinikbesuche im Monat 0, 2, 4 und 6 ausgefüllt.

Symptome einer Depression

Die Symptome einer Depression werden anhand der überarbeiteten Kinderangst- und Depressionsskala 25 (RCADS-25) beurteilt.

Der RCADS-25 ist ein Selbstbericht mit 25 Items, der eine Depressions-Subskala mit 10 Items darstellt. Die Punkte werden auf einer 4-Punkte-Likert-Skala bewertet, wobei höhere Bewertungen eine größere Schwere der Symptome bedeuten. Die Werte für die Depressionssubskala liegen zwischen 0 und 30. Das RCADS-25 wird während der sechsmonatigen Studiendauer alle zwei Wochen abgeschlossen.

Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivität

Die DSM-IV-Kriterien für Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) werden anhand der 18-Punkte-Skala SNAP-IV bewertet, einer abgekürzten Version des Fragebogens von Swanson, Nolan und Pelham (SNAP). Die Items werden auf einer 4-Punkte-Likert-Skala bewertet, wobei höhere Werte auf höhere Symptomniveaus hinweisen. Die beiden Untergruppen der Symptome beziehen sich auf Unaufmerksamkeit (Items 1–9) und Hyperaktivität/Impulsivität (Items 10–18), wobei die möglichen Bewertungen für jede Untergruppe zwischen 0 und 27 liegen. Der SNAP-IV wird von den Eltern der Teilnehmer innerhalb von 72 Stunden vor den Klinikbesuchen in den Monaten 0, 2, 4 und 6 ausgefüllt.

Schlafstörung

Schlafstörungen werden anhand der Schlafstörungsskala für Kinder (SDSC) bewertet, die aus 26 Elementen besteht und auf einer 5-Punkte-Likert-Skala bewertet wird. Der Gesamtwert liegt zwischen 26 und 130, wobei höhere Werte auf ein höheres Maß an Schlafstörungen hinweisen. Neben der Gesamtpunktzahl werden 6 Subskalen berechnet, die spezifischere Schlafstörungen darstellen, d. h. Schwierigkeiten beim Einschlafen und Aufrechterhalten des Schlafs (DIMS); Schlafatmungsstörungen (SBD); Erregungsstörungen (DoA); Schlaf-Wach-Übergangsstörungen (SWTD); Störungen übermäßiger Schläfrigkeit (DOES); Schlafhyperhidrose (SH). Der SDSC wird von den Eltern der Teilnehmer innerhalb von 72 Stunden vor den Klinikbesuchen in den Monaten 0, 2, 4 und 6 ausgefüllt.

Physische Aktivität

Das Ausmaß der körperlichen Aktivität in der letzten Woche wird anhand des Fragebogens zur körperlichen Aktivität für ältere Kinder (PAQ-C) bewertet. Der PAQ-C besteht aus 10 Items, wobei die Items 1–9 auf 5-Punkte-Likert-Skalen mit einer Punktzahl von 1–5 bewertet werden. Die Gesamtbewertung der Aktivitätszusammenfassung wird durch den Mittelwert der Punkte 1–9 dargestellt und liegt somit zwischen 1 und 5, wobei höhere Werte auf ein höheres Maß an körperlicher Aktivität hinweisen. Der PAQ-C wird von den Teilnehmern innerhalb von 72 Stunden vor den Klinikbesuchen in den Monaten 0, 2, 4 und 6 ausgefüllt.

Symptome psychischer Störungen

Die Symptome einer psychischen Störung werden mithilfe des Development and Well-Being Assessment (DAWBA) beurteilt, einem Online-Fragebogen/Interview-Paket, das auf wahrscheinliche psychiatrische DSM-5-Diagnosen hinweist. Teilnehmer und Eltern füllen die Online-Fragebögen innerhalb von 72 Stunden vor Besuch 1 und Besuch 4 aus. Die DAWBA deckt Trennungsangst, spezifische Phobie, soziale Phobie, Panikstörung/Agoraphobie, posttraumatische Belastungsstörung, Zwangsstörung, generalisierte Angststörung ab. Körperdysmorphe Störung, Disruptive Stimmungsstörung, schwere Depression, ADHS/Hyperkinese, oppositionelle Trotzstörung, Verhaltensstörung, Essstörungen, einschließlich Anorexie, Bulimie und Essattacken, Autismus-Spektrum-Störungen, Tic-Störungen, einschließlich Tourette-Syndrom, bipolare Störungen. Diagnosevorhersagen werden in Wahrscheinlichkeitsbereichen gegeben, d. h. (1) weniger als 0,1 % (--), (2) etwa 0,5 % (-), (3) etwa 3 % (+/-), (4) etwa 15 % (+), (5) etwa 50 % (++), (6) über 70 % (+++).

Kognitive Beurteilung

Die kognitive Beurteilung wird mit der Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB) durchgeführt, einer Forschungssoftware zur kognitiven Beurteilung, die über ein Touchscreen-Gerät verwaltet wird. Die Batterie für Teilnehmer mit der Diagnose Autismus besteht aus Maßnahmen zur Untersuchung von Exekutivfunktionen, Planung, episodischem Gedächtnis und Verarbeitungsgeschwindigkeit. CANTAB ist sprachunabhängig und erfordert keine Vorkenntnisse im Umgang mit Computern. Es wird in der Klinik während Besuch 1 und Besuch 4 verabreicht.

Ernährungsbewertung

Die Ernährungsbewertung basiert auf einer angepassten Version der Ernährungsbewertung für Kinder und Erwachsene mit ASD (NACA-ASD). Der NACA-ASD wurde entwickelt, um Familien und Forschern dabei zu helfen, eine grobe Einschätzung der Qualität der Ernährung und Nahrungsergänzung einer Person mit Autismus vorzunehmen. Die Teilnehmer werden gebeten, die Anzahl der Portionen verschiedener Lebensmittelgruppen zu schätzen, die sie in den letzten 24 Stunden gegessen haben. Die Beurteilung wird bei allen Besuchen in der Klinik durchgeführt.

Pulsschlag

Die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute (BPM) wird über das nichtinvasive tragbare Elektrokardiogramm (EKG)-Pflaster Vivalink (EKG-Abtastung 128 Hz; Herzfrequenzbereich 40–300 BPM) bewertet. Die Teilnehmer werden gebeten, den Sensor in den ersten zwei Wochen nach dem Basisbesuch fünf Tage lang zu tragen (d. h. insgesamt 10 Tage). Anschließend werden sie gebeten, den Sensor während des Studienverlaufs alle zwei Wochen 72 Stunden lang zu tragen.

Atemfrequenz

Die Atemfrequenz wird über das nichtinvasive tragbare Elektrokardiogramm (EKG)-Pflaster Vivalink beurteilt. Es wird in Atemzügen pro Minute (BrPM) mit einem Bereich von 5 bis 25 BrPM erfasst. Die Teilnehmer werden gebeten, den Sensor in den ersten zwei Wochen nach dem Basisbesuch fünf Tage lang zu tragen (d. h. insgesamt 10 Tage). Anschließend werden sie gebeten, den Sensor während des Studienverlaufs alle zwei Wochen 72 Stunden lang zu tragen.

Genotyp

Es wird der Infinium Global Screening Array-24 BeadChip mit DNA aus dem Wangenabstrich bei Besuch 1 verwendet. Der Inhalt des Bead-Arrays wird für die Imputationsgenauigkeit bei geringen Allelhäufigkeiten von >1 % in den Populationen des Genomes Project ausgewählt. Zu den Inhalten der klinischen Forschung gehören Varianten mit etablierten Krankheitsassoziationen, relevanten Pharmakogenomik-Markern und kuratierten exonischen Inhalten auf der Grundlage von Datenbanken. Nach dem Intensity Call umfasst die Probenqualitätskontrolle das Entfernen von Proben mit einer Genotypisierungs-Call-Rate <98 % und SNPs mit einer Call-Rate <98 % oder einem Hardy-Weinberg-Gleichgewichts-p-Wert <5 × 10-6. Für die Imputation wurden vom Array abgeleitete Genotypen mit SHAPEITv2 vorphasiert und die Imputation wurde mit der IMPUTE2-Software mit einem Phase-3-Referenzpanel mit 1000 Genomen durchgeführt. SNPs mit einer geringen Allelfrequenz <.10 und einer IMPUTE2-Info-Matrix <.9 wurden ausgeschlossen, um sicherzustellen, dass max. Vertrauen in die Qualität der Imputation. Jeder SNP wird mit 0,1,2 codiert; Zusammenhänge mit Umweltfaktoren und psychischer Gesundheit werden untersucht.

DNA-Methylierung

Die DNA-Methylierung wird mithilfe des Illumina Infinium MethylationEPIC v2.0 BeadChip-Arrays anhand von DNA beurteilt, die aus bei jedem Besuch entnommenen Wangenabstrichen extrahiert wurde. Das EPIC-Array ist ein genomweites Methylierungs-Screening-Tool, das auf über 935.000 CpG-Stellen in den biologisch bedeutendsten Regionen des menschlichen Methyloms abzielt. Infinium 850K-Daten werden mit dem Bioconductor-Paket minfi in R (Version 3.4.2) verarbeitet. Die Beta-Mixture-Quantil-Normalisierung (BMIQ) wird verwendet, um Array-Verzerrungen zu beseitigen und das Sondendesign zu korrigieren. Die DNA-Methylierung wird ein kontinuierliches Maß mit Werten zwischen 0 und 1 sein. Robuste Regressionsmodelle unter Verwendung von Limma werden durchgeführt, um Zusammenhänge zwischen der DNA-Methylierung und den gemessenen Umweltfaktoren, Genotyp und psychischen Gesundheitsergebnissen sowie Veränderungen der DNA-Methylierung im Laufe der Zeit zu bewerten.

Hormonspiegel

Der Hormonspiegel im Urin wird mithilfe von ELISAs und Massenspektrometrie anhand der bei jedem Besuch entnommenen Proben bestimmt. Diese Methoden liefern ug/ml-Messwerte der verschiedenen untersuchten Hormone. Anschließend werden die Hormonspiegel mit den gemessenen Umweltparametern, der DNA-Methylierung, dem Metabolom und den Ergebnissen der psychischen Gesundheit verglichen.

Stoffwechselprofil

Stoffwechselprofile von Urin- und Stuhlproben werden durch Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) (700-MHz-Bruker-Spektrometer, ausgestattet mit einer Kryosonde und Autosampler) und Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LCMS) (Waters Premier LC-System verbunden mit einem Waters Synapt) gemessen Q-TOF). Diese Ansätze werden gezielt eingesetzt, um ein breites Spektrum biochemischer Klassen (z. B. Aminosäuren, Zucker, organische Säuren, Vitamine, aromatische Verbindungen) zu messen. Multivariate Stoffwechselprofile werden mithilfe maßgeschneiderter Pipelines in Matlab und R verarbeitet und analysiert. Zu den verwendeten statistischen Ansätzen gehören unter anderem Hauptkomponentenanalyse, Projektion auf latente Strukturen, selbstorganisierende Karten, DIABLO und Zufallswälder. Diese Methoden werden eingesetzt, um Metabolitenmerkmale und Datenstrukturen im Zusammenhang mit der psychischen Gesundheit, Umweltparametern, DNA-Methylierung und Genotypdaten hervorzuheben.