靶向微生物组以改善双相情感障碍的临床结果

招募和激励研究参与者

对于拟议的研究，研究人员将从密歇根大学的 Prechter 双相情感障碍纵向研究中招募研究参与者，该研究在本申请的导师 Melvin McInnis 博士的指导下进行。 Prechter 研究已进入第 10 个年头，有超过 1200 名参与者，包括精神病患者和健康对照者。 研究人员过去曾成功地从这项研究中招募过人来进行观察性饮食研究和单点微生物组学分析，如前一工作部分所述。 研究人员将利用研究的基础设施，将 50% 的专门时间用于研究助理来管理招募、日程安排、跟进和数据输入职责。 研究人员还将为研究协调员 Gloria Harrington 分配 5% 的专用时间，她负责监督 Prechter 研究的所有行政方面，包括确保合规性。

研究人员将从 Prechter 队列中招募 20 名男性和 20 名女性，年龄在 25-65 岁之间，并通过遗传研究诊断访谈 (DIGS) 确诊为 I 型双相情感障碍，用作 Prechter 研究的基线摄入工具。 符合条件的受试者将获得同意并安排接受面谈，并分配一个唯一的识别号，以便使用安全的实验室信息管理系统进行跟踪。 受试者将获得 200 美元的金钱奖励，在完成研究里程碑活动后分期支付。

确定习惯性饮食

研究人员将在 1 周内使用 3 天非连续日，并通过自动在线 24 小时饮食回顾（美国国家癌症研究所的 ASA24）来确定所有受试者的习惯性基线饮食。 在同意访问期间，受试者将与密歇根大学营养与肥胖研究中心营养评估实验室的认证营养师会面，以解释如何适当地使用召回。 1 周后，受试者将返回 MCRU 获取基线生物样本和饮食指导，详情如下。

收集生物样本、形态数据和标准健康措施

在基线访问期间（在涉及饮食回忆的一周之后），所有受试者将捐献基线禁食血样用于游离脂肪酸分析；用于分析氧化应激标记物的尿样；并记录他们的身高、体重、腰臀围和血压，并要求他们完成访谈者引导的汉密尔顿抑郁量表问卷、年轻躁狂评定量表问卷和全球身体活动问卷。 参与者还将在他们的基线和最终访问期间完成一个简短的 25-35 分钟神经心理学测试电池。 受试者还将返回粪便样本，这些样本将在家中使用提供的收集套件收集。 受试者将在饮食方案的第 1 周和第 4 周结束时重复所有程序。 这些程序以及饮食访谈将在密歇根大学的密歇根临床研究中心进行，配备有抽血师、护士、营养师和在所有拟议程序方面具有专业知识的技术人员；和处理样品所需的设备。 最后，受试者将被问及上周服用的所有处方药和非处方药。

饮食干预

对于饮食干预，受试者将由经过认证的营养师指导，以达到 15% 蛋白质、45% 碳水化合物、40% 脂肪、

考虑到从所述习惯性饮食分析中收集到的个人偏好，研究人员将通过特定菜单实现饮食。 研究人员将为受试者提供特定的食用油，以添加到家庭准备的食物中，以实现油酸 (OLA)、LA 和 α-亚麻酸 (LNA) 目标；和鱼油补充剂以达到 DHA 和 EPA 的目标。 还将向受试者提供一份要吃和避免的食物清单（根据他们的习惯饮食记录量身定制），以及连锁餐厅的几种菜单项，供他们在外出时不可避免地吃的饭菜吃。 将训练受试者使用 ASA24 报告他们的饮食。 记录将由研究人员至少每周审查一次，并评估饮食是否偏离至少 12% PUFA 和不超过 50% 碳水化合物的阈值范围（作为平均每日摄入量）。 在这个项目的同时，调查人员将开发 python 脚本来提取数据以自动化该过程，但是，调查人员将不依赖于该目标的成功来满足该项目的目标。 超出设定阈值的值将引起受试者的注意，并提出纠正建议。 重要的是，由于血浆 LA 与膳食摄入量密切相关，因此在完成空腹血液样本的游离脂肪酸分析后，将可以客观地衡量膳食对 PUFA 摄入量的依从性，这可以用作统计模型中的协变量。 最后，研究人员将避免 11 月至 1 月进行饮食干预，因为在此期间饮食往往是非习惯性的。

在 4 周的饮食控制之后，将鼓励受试者维持高 PUFA 饮食 6 个月。 由于资源有限，调查人员将不会在 4 周后继续收集粪便样本（尽管将寻求其他资金来这样做）。 但是，研究人员将继续鼓励受试者每周使用 ASA24。 调查人员还将继续监测自我报告措施，作为纵向研究的一部分，不需要从该申请中获得额外资源。

Evans 博士（首席研究员）在过去的研究中与营养评估实验室 (NAL) 的研究人员建立了良好的关系，如上所述，并与 Theresa Han-Markey，RD，Bionutrition 一起制定了拟议的饮食控制计划NAL 的经理，他的服务已列入拟议研究的预算。 博士 作为 K01 职业发展奖的组成部分，埃文斯最近还完成了营养科学方面的正式培训，并将密切参与饮食研究。 此外，营养与肥胖研究中心主任、Dr. Charles Burant 博士的前导师。 埃文斯 K01 奖，将就这些研究进行咨询（见支持信）。

询问粪便微生物组的分类组成

来自 DNA Genotek（渥太华，加利福尼亚州）的家庭 OmniGene 肠道粪便收集试剂盒将用于在饮食期的基线、第 1 周和第 4 周收集样本。 这些试剂盒已成功用于生成上述初步数据，并具有在不冷冻的情况下保持样本 DNA 稳定性 14 天的优势。 受试者将在预定的研究访问中返回完整的工具包。 密歇根大学 HMI 实验室先前在一份出版物中描述了识别样品中微生物补体的方法。 简而言之，微生物 DNA 将从粪便样本中提取，并使用双索引测序策略进行 16S 核糖体测序。 根据制造商的说明，测序将在 Illumina MiSeq 平台上完成。 将使用 SOP (www.mothur.org/wiki/MiSeq_SOP) 对 16S rRNA 基因进行分析，以处理 MiSeq 数据。 序列分类将通过将序列与核糖体数据库项目进行比较来确定，并且序列将被聚类成 OTU。

收集自我报告的健康措施

纵向参与者目前每 2 个月通过邮件完成一次自评问卷。 对于当前的研究，研究人员使用之前收集的平均反应作为基线测量，并使用在节食期结束时收集的新反应作为结果测量。 这些问卷包括 PHQ-9、PSQI、LFQ、奥特曼躁狂自评量表 (ASRM)、简表 12 健康调查 (SF-12) 和广泛性焦虑障碍评估 (GAD-7)。

数据分析

数据分析有两个主要阶段。 第一个是从各种措施中生成归一化的汇总分数。 第二个是使用统计模型来测试饮食的主要影响。 问卷分数和拟人化措施的总结是标准的，这里不再详细说明。 微生物组数据集的汇总将按上述方式进行，OTU 以两种方式输出：1) 作为分数表示表，其中每个 OTU 表示为每个样本总 OTU 的分数；和 2) 作为总序列计数，其中每个 OTU 表示为总丰度。 两者都将在统计分析中进行测试。

在第二阶段，研究人员将使用两个主要的统计模型：1) 回归分析来测试饮食对 OTU 水平微生物组数据和自我报告的疾病负担测量的主要影响，并根据年龄、性别和 BMI 进行调整； 2) 结构方程建模分析，以检验 OTU 对饮食和临床结果之间关系的中介作用。 研究人员将实现后一种方法，如图 2 所示。饮食的主要影响将在血浆 PUFA（主要是 LA）、微生物组 OTU 和自我报告的健康指标上进行测试，如虚线所示。 使用 SEM 的交叉滞后模型将测试统计上显着的相互影响，如粗箭头所示。 例如，研究人员将测试血浆 LA 的增加是否解释了微生物组 OTU 变化的影响（全部或部分），以及 OTU 的变化是否解释了对自我报告结果测量的影响。