背景：过去十年间，大量研究强调了肠道微生物群（GM）在维持机体稳态中的关键作用。 GM失衡与多种功能障碍相关，包括代谢和神经发育障碍。 GM受多种因素影响，其中包括某些药物（如第二代抗精神病药物[SGAs]）的使用，并反过来作用于内分泌、免疫和神经系统。 尽管对微生物群-肠-脑轴的兴趣日益增长，但我们对SGAs如何影响GM及其宿主代谢特征的理解仍存在显著空白。
目标：本研究旨在拓展当前对SGAs对接受SGA治疗的儿童青少年临床参数、微生物和代谢谱以及行为影响的认识。
方法：这是一项前瞻性纵向研究，将在SGAs引入前和引入后3至6个月评估其影响。 将采用综合方法，包括临床数据（如体重、血脂谱和葡萄糖水准）; 微生物组和代谢组分析; 情绪、行为和睡眠模式（通过精神科量表评估）; 以及饮食习惯。
结果：该专案于2023年11月获得资助，并将于2026年1月开始数据收集。 预计将于2027年完成。
结论：本研究有望提供关于SGAs对儿童青少年多维影响的见解，包括临床数据、GM微生物谱、代谢和行为。 研究结果可能有助于更好地理解治疗影响，并为更个人化的治疗策略提供资讯。
国际注册报告标识码（IRRID）:P RR1-10.2196/77374
关键词
精神障碍; 肠道微生物群-脑轴; 微生物组; 代谢组; 第二代抗精神病药物
引言
与宿主密切相关的微生物群落（统称为微生物群）已进化并与人体多个区域共生，其中胃肠道浓度最高。 越来越多的证据支援GM对宿主健康的相关性。 它参与广泛的生理过程，如营养代谢、胃肠道运动、免疫调节，甚至神经功能。 另一方面，GM组成受多种宿主相关因素影响，包括年龄、生活方式和药物干预，如抗精神病药物，这是本研究的重点。
在生命早期，GM特别容易受到环境因素的影响，对免疫、代谢和神经内分泌通路产生长期影响。 在关键发育阶段的扰动可能通过免疫失调和改变的神经发育信号使儿童易患不同疾病。 这些联系尚待理解，它们突显了专注于儿科人群研究的重要性。
抗精神病药物的使用，尤其是第二代抗精神病药物（SGAs），已远远超出其主要适应症，并在3岁左右的儿童中使用增加。 SGAs被用于标签外条件，包括焦虑、自闭症和注意缺陷/多动障碍。 尽管具有治疗潜力，但在年轻人中使用SGAs与重要副作用相关，包括体重增加、代谢紊乱、心脏病和镇静等。
儿童和青少年似乎特别容易受到抗精神病药物影响。 这些副作用可能迅速出现且广泛，研究表明在治疗的前15周内体重显著增加，几乎所有研究的抗精神病药物都与临床相关体重增加（≥7%）相关。 值得注意的是，在成人中被认为是中性的药物在年轻人群中可能导致体重增加。
鉴于SGAs影响的复杂性，全面监测SGAs与临床、微生物、代谢和行为数据之间的相互作用对于开发更安全和更个性化的治疗策略非常重要。 据此，本研究的主要目的是评估SGA治疗前后（3至6个月）儿童青少年关键临床参数、GM组成和代谢特征的变化。 次要目标是评估行为、情绪调节、睡眠和饮食参数，并探索它们与微生物、代谢和临床变化的潜在关联。 为此，定义了以下具体目标：
- 评估两个时间点的体重、BMI、腹围、葡萄糖水准和血脂谱变化
- 比较SGA治疗前后的GM和代谢谱
- 使用经过验证的心理测量工具（情绪调节检查表、青少年行为量表和匹兹堡睡眠质量指数）评估行为、情绪调节和睡眠品质，这些工具已针对研究人群进行了调整
- 调查治疗前后饮食模式的变化及其与评估参数的关联
- 通过统计建模技术，探索所研究因素与SGA引入及其他可能影响结果的变数（如药物和年龄）之间的潜在联系
通過這種方式，本研究旨在解決文獻中的當前空白，因為據我們所知，之前沒有研究將臨床參數與SGA治療背景下的代謝組和微生物組數據整合。 結果可能有助於識別關聯，這些關聯可能在未來有助於闡明GM如何與這些藥物的副作用相關聯的機制。
方法
研究設計
這項前瞻性觀察性研究將在兩個時間點評估SGAs對兒童青少年的影響：治療開始前（基線）和治療開始后3至6個月。 不會應用任何干預，所有數據將作為參與者常規臨床護理的一部分收集，從而允許監測與SGA使用相關的代謝、微生物、行為和臨床參數的時間變化。 本研究遵循STROBE（加強流行病學中觀察性研究報告）指南，為觀察性研究的透明和全面報告提供結構化框架。
研究人群
參與者將從米納斯吉拉斯聯邦大學醫院診所的普通兒童精神病學、自閉症譜系障礙和注意缺陷/多動障礙門診招募。 符合條件的參與者將包括6至17歲的兒童和青少年，他們有抗精神病治療的臨床指徵但尚未開始治療。
樣本量
在這項觀察性研究中，參與者招募將逐步進行，取決於臨床環境中開始SGA治療的合格個體的可用性。 這種設計符合常規臨床實踐; 然而，它可能影響隨時間招募的參與者數量。 樣本量估計使用單樣本t檢驗計算，以治療前後體重差異為主要結果，因為其對SGAs的反應穩健且早期。
統計功效和顯著性水平分別設定為0.80和0.05，這是通常接受的值。 效應量估計為0.58，基於我們研究小組先前進行的一項研究的未發表數據。 鑒於先前數據集的樣本量有限，且此估計接近中等效應量的常規閾值，為計算採用了更保守的Cohen dz值0.5。 基於此假設，至少需要34名參與者。
先前數據還表明約23%的輟學率（30名招募參與者中有7名未提供任何樣本、未在規定時間返回進行第二次採樣或中斷SGA治療）。 因此，考慮此資訊，研究所需的最終參與者人數為45名。 隨著GM和代謝組數據的可用，此估計可能會得到完善。
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招募將在患者的常規醫療訪問期間進行。 如果指示SGA治療，將向父母和患者解釋研究，獲得父母同意和兒童同意后，在治療開始前和開始后約3至6個月收集血液和糞便樣本。 在初次訪問時，招募后，將測量患者的身高、體重、腹圍和臀圍。 由南美青年/兒童心血管和環境研究小組提供的飲食模式問卷將由父母或兒童填寫並返回給研究人員。
為最大限度地減少不適，血液樣本將與常規實驗室測試（空腹葡萄糖、糖化血紅蛋白、總膽固醇及其分數以及甘油三酯）一起收集，這些測試安排在隨訪預約時進行，無需額外的靜脈穿刺。 對於代謝組學分析，血漿將從4-乙二胺四乙酸管中的血液樣本中通過在4°C下以3000 g離心15分鐘提取，並分成盡可能多的300 μL等分試樣。 代謝組學將通過學術合作使用液相色譜與質譜聯用進行。
關於糞便樣本，在請求實驗室測試的同一次訪問中將提供收集套件（Coloff），並附有詳細的使用和存儲說明。 糞便收集可在家中進行，最好在血液測試的同一天或前一天。 參與者將被指示將材料保持在冷藏（2°C至8°C）狀態，直到交付給研究工作人員，然後將其分成0.25 μg並保持在-80°C，直到進一步處理。 對於微生物組分析，將使用QIAamp PowerFecal Pro DNA試劑盒（Qiagen）從糞便樣本中提取總DNA，按照製造商的說明進行。 使用NanoDrop 2000分光光度計（Thermo Fisher Scientific）評估提取DNA的濃度和品質。 鳥槍法巨集基因組學將在Illumina平臺上由待確定的測序服務提供者進行（配對端150 bp），每個樣本至少6 GB的數據。
鑒於有限的證據支援僅歸因於抗精神病葯的行為改善以及顯著的不良反應風險，還將調查行為變化。 該方法將使用經過驗證和標準化的工具進行，這些工具評估每位參與者的由護理人員和患者報告的情緒和行為狀態以及睡眠模式。 關鍵評估工具包括：
- 兒童和青少年行為量表：一種廣泛譜的工具，用於評估6至18歲兒童和青少年的行為和情緒癥狀，在巴西人群中已得到驗證。 它涵蓋多個領域，包括焦慮、抑鬱、注意力問題和行為障礙。
- 情緒調節檢查表：該工具評估情緒功能，側重於調節和波動性或消極性; 它也已在3至12歲巴西兒童的背景下得到驗證。
- 匹茲堡睡眠質量指數：該問卷評估一個月期間睡眠品質的各個方面。 已在巴西兒童和青少年中驗證，特別適用於識別睡眠障礙。
數據分析
微生物組和代謝組
巨集基因組數據分析涉及使用不同生物資訊學工具的幾個步驟。 最初，將進行品質控制以去除低品質序列和適配器污染。 FastQC將用於質量評估，Trimmomatic用於修剪。 使用Bowtie2通過與宿主基因組比對去除宿主DNA。 過濾后的讀數將使用metaSPAdes組裝成重疊群，然後使用Prodigal進行基因預測。 使用Kraken2進行分類分析。 使用DIAMOND結合UniProtKB進行功能分析，然後映射到KEGG（京都基因與基因組百科全書）直系同源系統。
將使用R包（包括Phyloseq、Vegan和DESeq2）進行統計分析和數據可視化，以探索樣本間的群落結構、多樣性和差異特徵。 將使用定量PCR量化抗精神病治療開始前後識別的差異豐富和臨床相關的微生物，以確定其絕對濃度並提高實驗可重複性。 將從文獻中選擇特定引物，併為每個目標構建標準曲線。
代謝組數據將使用R包XCMS進行處理，用於峰檢測、對齊和歸一化。 隨後將在MetaboAnalyst中進行單變數和多變數統計分析，顯著代謝物將針對Curated資料庫進行註釋，包括KEGG、Lipid Maps和人類代謝組資料庫。 該方法將實現時間點之間的比較，並識別與治療相關的代謝模式。
精神科量表和營養數據
精神科量表的選擇基於其特定指徵，使用每個量表的評分系統來評估癥狀的存在和嚴重程度。 結果將與其他變數（如臨床、微生物學和代謝數據）一起分析，以提供對SGAs對患者行為、睡眠模式和情緒狀況影響的全面理解。
將使用飲食決定因素問卷（DDQ）和食物頻率問卷（FFQ）調查飲食習慣，如果參與者在研究評估的任何其他變數（臨床、微生物學、代謝或精神病學）中呈現改變，則將結果資訊包括在分析中。 DDQ將通過主題部分進行定性分析。 將識別與研究目標直接相關的專案並進行二分編碼，例如，“消耗給定食物”與“不消耗”，以及“認為超重”與“認為體重不足”，以表徵父母做法、兒童/青少年飲食自主性和整體飲食行為。
FFQ將根據每個食物項目的消費頻率（例如，從不或每週一次，2至4次每周，或每天一次）進行定性和分類分析。 這種分類將允許識別與參與者營養狀況相關的飲食模式，重點是相關食物組（包括超加工食品和含糖飲料等）。 此外，將通過將FFQ和DDQ數據與研究期間觀察到的臨床結果相結合，進行綜合個體水準分析。
統計
临床结果（体重、BMI、腰围和臀围、葡萄糖和血脂谱）将使用适合数据分布的基于回归的方法进行分析，体重变化作为主要结果。 模型将根据年龄、诊断、采样间隔、SGA类型和剂量（氯丙嗪当量）进行调整。
为了整合数据集，将使用相关分析来评估GM变化（多样性测量和临床相关细菌分类群的差异丰度）、代谢谱和临床结果之间的关联。 当样本量允许时，分析将按SGA和年龄组分层。 将使用0.05的显著性水准，并提供感兴趣结果的置信区间。
伦理考虑
研究方案已提交并获得巴西国家研究伦理委员会批准（CAAE 79026224.4.0000.5149）。 本研究的伦理方面已仔细考虑，以确保所有参与者的保护和福祉。 潜在益处包括改进对SGAs使用代谢和行为影响的理解，这可能有助于更个性化的治疗策略。 血液采集相关联的最小物理风险，粪便采样可能引起潜在的心理或社会不适。 没有计划的补偿，因为这是一项没有干预的观察性研究; 但是，将有一个专门的团队随时提供必要的说明。
所有参与者及其法定监护人将获得关于研究的全面资讯，包括其目标、程式、潜在风险、补偿和益处。 在参与与项目相关的任何活动之前，将获得父母或法定监护人的知情同意以及儿童的同意。 知情同意书明确指出参与的自愿性质，有权随时无处罚退出研究，以及确保保密性的措施。 个人和临床数据将被匿名化并安全存储，仅限授权研究人员访问，符合数据保护法规。
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该专案于2023年11月获得资助，并将根据批准的方案进行。 数据收集预计将于2026年1月开始，持续到2027年6月。 结果预计将于2027年可用于发表。
我们研究小组先前进行的一项研究的初步未发表数据使我们能够评估参与者依从性并确定关键的后勤和程序挑战。 在该伫列中，招募了30名参与者; 11名提供了粪便样本; 7名中断了他们的参与。 在最初同意的合格个体中观察到约23%的辍学率，主要与粪便样本要求相关。
在先前的研究中，参与者在年龄（平均8.7，SD 4.1）和性别（全部为男性）方面同质。 临床概况包括20名自闭症谱系障碍儿童，8名对立违抗性障碍，以及2名合并注意缺陷/多动障碍和对立违抗性障碍。 预计在当前项目中诊断类别和性别分布的比例相似。
