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摘要
介紹運動幹預是改善阿爾茨海默病患者認知的一種有前途的治療方法。這與阿爾茨海默病藥物治療相似，隻有18-48%的治療患者表現出認知能力的改善。有氧運動幹預通過生物健全的途徑積極影響大腦結構和功能。然而，有氧運動的作用機製是血漿中的n-3脂肪酸。這項初步研究的目的是為未來的大規模研究提供信息，以開發基於n-3脂肪酸的阿爾茨海默病有氧運動治療的認知反應預測。
方法與分析這項研究將招募並跟蹤參加FIT-AD試驗的25名受試者，這是一項正在進行的隨機對照試驗，旨在調查為期6個月的中等強度自行車幹預對患有輕度至中度阿爾茨海默病的老年人一年的認知和海馬體積的影響。本研究將收集受試者在基線、3個月和6個月時的血液，以測定血管生物標誌物(即血漿脂肪酸)。通過阿爾茨海默病評估量表-認知(ADAS-Cog)在基線、3、6、9和12個月測量的整體認知將被用作主要結果。采用多元線性回歸模型，將12個月的認知變化作為n-3脂肪酸的結局和基線測量，或在3和/或6個月時，隨機治療組血漿中n-3與n-6脂肪酸水平的比值變化，並將其相互作用作為預測因子。
倫理與傳播我們的研究已經獲得了機構審查委員會的批準。我們獲得所有受試者的同意或同意/代理同意，這取決於他們的同意能力評估。本研究的數據將存儲在研究電子數據采集(REDCap)中。我們計劃通過演講和手稿來展示和發表我們的研究成果。
試用注冊號NCT01954550．
- 鍛煉
- 阿爾茨海默病
- 血管生物標誌物
- 脂肪酸
- 磷脂
這是一篇開放獲取文章，根據創作共用屬性非商業(CC BY-NC 4.0)許可證發布，該許可證允許其他人以非商業方式分發、混音、改編、在此作品的基礎上進行構建，並以不同的條款許可其衍生作品，前提是原始作品被正確引用且使用是非商業性的。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
數據來自Altmetric.com
本研究的優勢和局限性
我們的試點研究嵌入在一個設計良好的FIT-AD試驗中。
具體的目標有強有力的科學前提支持。
結果可能僅限於有氧運動。
結果可能僅限於患有輕度至中度阿爾茨海默病的老年人。
背景
阿爾茨海默病(AD)是全球公共衛生優先考慮的問題。1，2僅在美國，估計就有530萬人患有AD，估計每年花費2260億美元，3.如果不開發出有效的治療方法來預防、減緩或阻止這種毀滅性疾病，預計到2040年將增加到5110億美元。3.有效的治療方法需要改變大腦中的AD病理變化(即β澱粉樣斑塊和神經纖維纏結)。然而，20年來針對這些疾病的藥物臨床試驗以99.6%的失敗率失敗，4這表明迫切需要研究AD的血管生物標誌物等其他機製。血漿n-3脂肪酸就是一個潛在的機製。紅細胞中較低水平的n-3脂肪酸，特別是二十二碳六烯酸(DHA)，與認知障礙有關，即使在沒有臨床癡呆症的人身上也是如此。5AD組血漿n-3脂肪酸水平較低6並且與AD患者較低的迷你精神狀態測試(MMSE)分數相關。7在分子水平上，運動和脂肪酸對認知有一些相似的影響。兩者都作用於多巴胺能通路，8，9並影響腦源性神經營養因子的表達，促進人類和齧齒動物的突觸可塑性、細胞增殖和細胞存活。10，11由於神經生物學和生理學的共同作用，一些人類和動物研究推測血漿中較高的內源性n-3脂肪酸水平有助於運動的認知效果。12，13最近,Chytrova等14結果表明，運動對補充n-3脂肪酸的成年雄性sd大鼠突觸可塑性和膜結構蛋白表達的促進作用大於未補充n-3脂肪酸的大鼠。盡管來自Chytrova的研究結果等是基於n-3脂肪酸的補充，這表明，在AD患者中，較高的內源性n-3脂肪酸水平可能與更好的運動治療認知反應有關。
此外，影響血漿中n-3脂肪酸水平的有氧運動等幹預措施可能對改善認知能力、延緩功能衰退、減少癡呆行為和心理症狀的患病率和影響有效。15 - 17日有氧運動被認為可以通過幾種經過廣泛測試的直接機製來影響認知，包括改善腦血流量，18刺激神經發生,19增加腦容量，20.促進功能連接和可塑性。21尚未開發的機製是運動對AD的血管生物標誌物如n-3脂肪酸的間接影響。運動增加了血漿中n-3脂肪酸的相對水平(即n-3與n-6脂肪酸的比率)。安德森等表明運動訓練的健康男性腿部肌肉中n-3與n-6脂肪酸的比例明顯高於未運動訓練的健康男性，這可能是由於n-6脂肪酸優先於n-3脂肪酸的氧化以及脂代謝酶活性的增加。22，23這些運動引起的骨骼肌中n-3和n-6脂肪酸比例的增加也在血漿中觀察到。24血漿n-3脂肪酸具有抗氧化和抗炎特性，有助於其對AD認知的腦血管保護作用。25，26綜上所述，運動誘導的血漿中n-3 -6脂肪酸水平比值的增加可能作為運動幹預的長期認知反應的早期生物標誌物(替代終點)。
研究的目的是
這項試點隊列研究的目的是為未來的大規模研究提供信息，以開發基於n-3脂肪酸預測AD患者對運動的認知反應。本研究的具體目標和假設是:
目的1:確定預測AD患者運動認知反應的基線血管生物標誌物
假設1:基線時較高水平的血漿n-3脂肪酸與12個月時認知能力的良好變化相關。
目的2:評估血管生物標誌物的變化，作為替代終點，用於早期測量AD患者對運動的認知反應
假設23個月和/或6個月時血漿中n-3與n-6脂肪酸水平比值的較大增加與12個月時認知能力的有利變化相關。
方法
設計
我們將采用隊列設計，從自行車幹預組和假運動組招募25名參加FIT-AD試驗的受試者。FIT-AD試驗是一項隨機對照試驗，研究了為期6個月、個體化、中等強度自行車幹預對社區居住的輕度至中度AD老年人(MMSE評分為15-16)的認知和海馬體積的影響。27該試驗目前在明尼蘇達大學(UMN)進行，隨機將90名受試者按2:1的分配比例進行為期6個月的中等強度自行車幹預或假運動，並在2013年8月1日至2019年4月30日的運動幹預後再跟蹤他們6個月，每個招募年度於4月30日結束。FIT-AD試驗於2014年3月開始招募，並於2014年6月3日招募了第一名受試者。FIT-AD試驗在第1年和第2年分別達到了24名和22名受試者的招募目標，並於2016年5月1日開始了第3年的招募，並於2016年5月30日招募了22名受試者中的2名。有關運動幹預的細節已在其他地方發表。27在FIT-AD試驗中，拉伸運動作為假運動使用，強度不超過心率儲備的20%或感知用力等級為8，主要包括坐姿運動和靜態拉伸。27在FIT-AD試驗中，在基線、3個月、6個月、9個月和12個月用AD評估量表-認知(ADAS-Cog)測量整體認知，並與本研究共享。在本研究中，我們將收集受試者在基線、3個月和6個月時的空腹血樣，並測量n-3和n-6血漿脂肪酸水平。研究對象的載脂蛋白E (ApoE)基因型也將被確定，原因有二:載脂蛋白Eε4等位基因是AD的一個公認的危險因素;28和ApoE基因型已被證明影響脂代謝。29
設置
血液采集將在UMN臨床和轉化科學研究所(CTSI)由經驗豐富的抽血師進行。一名研究生研究助理將為受試者提供免費的交通工具，使用租來的大學車輛進行采血，並提供責任保險。樣品將儲存在UMN醫療中心藥物分析實驗室(DAL)的−70°C冷凍室中，並由第一作者實驗室的實驗室技術人員(RT)處理。血漿脂肪酸分析將在MT的實驗室在UMN實驗室醫學和病理學(LMP)進行。DNA提取和ApoE基因型分析將在LMP UMN部門的高級研究和診斷實驗室(ARDL)進行。所有參與血液采集、處理和生物標誌物評估的人員對受試者的FIT-AD試驗治療組分配和認知結果不知情。
研究人群
研究人群是居住在社區的患有輕度至中度AD的老年人。符合FIT-AD試驗資格標準的受試者27將需要滿足兩項額外的要求才能參加這項研究:同意捐獻總共30毫升的血液(每次采血10毫升);在采血前禁食至少8小時以上(除了水和處方藥，不攝入任何食物或飲料)。由訓練有素的抽血師采集靜脈血被認為是低風險的受試者。
倫理、同意和許可
預計在第2-4年納入FIT-AD試驗的66名受試者中，將有25名受試者被招募到本研究中。FIT-AD試驗項目經理(SG)也將擔任本研究的項目經理。項目經理將招募FIT-AD試驗和本隊列研究的受試者，並將同時獲得FIT-AD試驗和本研究的同意。我們將隻招募成功參加FIT-AD試驗並同意參加本研究的受試者。具體而言，項目經理將在FIT-AD試驗中隨機抽取所有連續入組的受試者，並詢問他們參與本研究的興趣。如果有興趣，項目經理將向他們提供同意書，並根據他們的同意能力評估，獲得所有受試者的知情同意或同意/代理同意。代理人的身份將按照委托書、配偶、成年子女和重要他人的降序排列。受試者或其代理人對研究的理解和決策能力將使用“受試者對研究的理解評估”表格進行檢查，其中包括為本研究專門設計的10個問題。一次試驗後答對≥80%的受試者可自行簽署同意書。在一次試驗後答對<80%的受試者將需要一名家庭成員與參與者簽署代理同意書，以簽署同意書。 The project manager will obtain consent at baseline and re-assess consent prior to each subsequent data collection,27並向機構審查委員會(IRB)提交任何後續對協議的更改或修訂，以獲得批準。這項研究已被UMN的IRB批準:# 1508M77566。本研究於2015年12月開始招募。
樣本大小
這項初步研究的重點是為未來大規模研究中估計功率計算的效應量提供初步結果。使用85%的保守保留率(2015年4月FIT-AD試驗的第一年保留率為95%)，預計30名入組者將產生25個目標樣本量。
保留
FIT-AD試驗使用了15種留存策略。27本研究將使用五種額外的策略來保留受試者:(1)采血後打電話以解決問題並確保未來的參與;(2)發送生日卡和感謝卡，以建立融洽關係;(3)靈活安排采血時間;(4)提供采血運輸;(5)補償對象。
血液采集和處理
項目經理將在相應的認知評估後的同一周內安排采血(基線和3個月和6個月)。采血前一天，項目經理會通過電話提醒受試者及其看護人預約，並要求受試者禁食，看護人確保受試者禁食。受試者將被允許喝水和藥物，但在預約時間前至少8小時(例如，從午夜開始)不得進食。鼓勵受試者在采血前喝水，以確保順利采血。糖尿病患者在禁食期間應經常檢查血糖水平，如果血糖水平超過300 mg/dL或低於70 mg/dL，應立即停止禁食。此外，項目經理會為糖尿病受試者安排盡可能早的采血預約，以防止長時間的禁食。在采血後，所有受試者(無論是否患有糖尿病)都將立即提供零食，以防止低血糖。
在采血當天，研究生研究助理將詢問受試者及其護理人員在過去8小時內的食物攝入量。如果一個受試者沒有禁食，研究生研究助理將通知項目經理，他將重新安排抽血。如果受試者禁食，研究生研究助理將把受試者運送到UMN CTSI。抽血師將收集總共10毫升的血液到6毫升血漿(EDTA)管和4毫升血清管中。這些試管將貼上FIT-AD試驗患者識別號碼的標簽。采集後，抽血師將輕輕地混合管子，並將管子存放在冰上。研究生研究助理將通知DL實驗室的實驗室技術員RT在一小時內到CTSI取標本。
將血漿和血清管輕輕混合，並在DAL分析實驗室中使用溫控離心機(即Sorvall Heraeus Multifuge 3 S-R)和擺動轉子(即#75 006 445)在4°C下以3000 g離心10分鍾。離心完成後，試管將立即從離心機中取出。從等離子管中，將製作9份等離子液(500 μ L的1份，50 μ L的1份和250 μ L的7份);從血清管中提取8份250 μ L的血清;血漿管中的紅細胞將被轉移到一個5毫升的DNA小瓶中。aliquote樣品(即，血漿，血清和從血漿中分離的填充細胞)將存儲在DAL的- 70°C冷凍室中。
每個受試者可以在研究結束後決定使用他或她的樣本。如果受試者表示他或她不希望標本被保存以供將來使用，這些標本將在本研究完成時被丟棄。如果受試者表示標本可用於未來的研究，則標本將繼續存儲在DAL的−70°C冷凍室中。
生物標誌物評估
生物標誌物分析將在收集所有受試者的血液樣本時進行。樣品將在單個批次中進行分析，以避免批次效應。血漿脂肪酸將使用基於Hewlett Packard 5890氣相色譜儀(Hewlett Packard, Wilmington, Delaware, USA)的方法進行分析。30.測量28種磷脂脂肪酸，包括3種n-3脂肪酸(α-亞麻酸(ALA)、二十碳五烯酸(EPA)和DHA)和2種n-6脂肪酸(亞油酸(LA)和花生四烯酸(AA))。該方法的變異係數(CV)如下:ALA, 2.4%;美國環保署,3.3%;DHA, 2.7%;洛杉磯,2.6%;AA, 2.4%。DNA將使用Puregene試劑(Qiagen, Germantown, Maryland, USA)從−70°C存儲的白細胞計數中提取，ApoE基因型將使用Taqman SNP基因分型檢測rs429358和rs7412 (Life Technologies, Carlsbad, California, USA)確定。
數據管理
FIT-AD試驗(FY)的首席研究員(PI)將管理FIT-AD試驗數據收集的所有數據，並進行數據審計，以確保FIT-AD試驗數據的準確性和完整性。本研究的PI DL將管理本研究的所有生物標誌物數據。在生物標誌物分析期間，將在重複中測量質量控製樣本，以確保生物標誌物評估的準確性和準確性。所有生物標誌物數據以及作為FIT-AD試驗的一部分收集的數據將存儲在研究電子數據捕獲(REDCap)中。REDCap是一個安全的網絡界麵，在數據輸入和上傳過程中進行數據檢查，以確保數據質量，並位於由UMN學術健康中心信息係統運營的安全服務器上。
統計分析
目的1:確定預測AD患者運動認知反應的基線血管生物標誌物
為了定性地解決目標1，將計算兩個隨機治療組之間以及不同類別的n-3脂肪酸基線測量(例如，不同分位數的DHA)之間12個月的認知變化(例如，平均值，中位數，最小值和最大值)。為了估計基線n-3脂肪酸相互作用和運動治療反應的效應大小，將使用多元線性回歸模型，將12個月的認知變化作為結果和n-3脂肪酸、隨機治療組的基線測量，並將其相互作用作為預測因子。單獨的模型將適用於n-3脂肪酸(即，ALA, EPA和DHA)的每種測量。其他人口統計學和臨床特征，如年齡、教育程度、性別、ApoE基因型和運動依從性將在這些模型中進行調整。考慮到中等樣本量，在模型估計值變得不穩定之前，模型中可能隻包括一兩個其他協變量。
目的2:評估血管生物標誌物的變化，作為替代終點，用於早期測量AD患者對運動的認知反應
為了解決目標2，將計算3個月或6個月n-3與n-6脂肪酸水平比值變化與ADAS-Cog測量的12個月認知變化之間的相關性，包括Pearson和Spearman等級。對n-3到n-6脂肪酸比例的幾種定義將被考慮，包括(EPA+DHA)/AA和DHA/AA。31，32此外，如何最好地量化這一比率的變化，將利用基線與3或6個月之間的差異，基線與3或6個月之間的比率等進行探索。如果比率的變化嚴重偏倚，則可以考慮對這些測量值進行對數變換。在單變量分析中，如果生物標誌物水平的變化與認知的變化存在中度或強相關(Pearson r>0.4)，則將使用多元線性回歸模型檢驗變量與認知之間的關聯。納入的協變量可包括年齡、教育程度、性別、ApoE基因型、生物標誌物基線值和隨機治療組。預計基線與6個月之間比值的變化比基線與3個月之間比值的變化更可能與12個月時認知的變化相關。
額外的分析注意事項
由於這是一項初步研究，旨在估計未來大規模研究的效應大小，因此不進行正式的假設檢驗。由於結果僅用於產生假設，因此不對多種n-3或n-6脂肪酸的比較進行調整。這兩個目標的主要終點都將是在12個月時測量的認知變化，但在其他時間點(如6個月和9個月)測量的變化也將被視為探索性分析的一部分。
傳播
研究結果將通過出版物和演講傳播。作者身份將遵循國際醫學期刊編輯委員會既定的出版準則。我們不打算使用專業作家。
討論
有幾個因素影響了我們如何設計這項研究。首先，AD患者通常服用n-3脂肪酸補充劑，包括魚油，這會增加血漿n-3脂肪酸。由於FIT-AD試驗每月對受試者的藥物變化進行監測，我們將使用該信息從數據分析中排除那些在研究期間開始、停止或改變服用這些補充劑頻率的受試者。這不會影響評估基線生物標誌物的Aim 1。這可能會影響評估生物標誌物變化的Aim 2。但是，排除受試者不應影響本試點研究的目標，即估計效應量，用於未來大規模研究的功率計算。
其次，眾所周知，樣品收集和處理中的分析前變量可能會影響血漿中脂肪酸的濃度。33因此，當我們設計采集和處理血液樣本的方案時，我們確保我們的方案與血漿中脂肪酸的穩定性兼容，例如在采集後立即將血液樣本放在冰上，並在4°C下離心，並在−70°C的冰箱中長期保存樣本。
第三，盡管作為FIT-AD試驗的一部分，認知數據將在基線、3、6、9和12個月收集，並與本研究共享，但本研究中的血液樣本將僅在基線、3和6個月收集，而不是在9和12個月收集。這是因為隨訪期間血管生物標誌物(即血漿n-3脂肪酸)的變化不在本研究範圍內。目的是確定基線時的血管生物標誌物或運動過程中的變化是否預測12個月時ADAS-Cog的改善或穩定。
最後，假運動將被用作對照，以確保確定的預測性生物標誌物確實與運動治療相關，而不是代表預後性生物標誌物，因為預後性生物標誌物可能表明預後良好和疾病進展緩慢，無論患者是否接受運動幹預。我們不會試圖在治療組(騎自行車幹預組和假運動組)方麵平衡受試者。
我們的研究有三個局限性。首先，我們選擇由ADAS-Cog測量的整體認知作為本研究的結果，因為ADAS-Cog是fda批準的藥物隨機對照試驗的認知測量，這將使我們能夠將我們的結果與其他已發表的研究進行比較。然而，這種全球性的測量方法可能無法檢測到對有氧運動幹預有不同反應的特定認知領域的認知變化。FIT-AD試驗將收集特定領域的認知測量，包括注意力、處理速度、執行功能、記憶和語言，27這可以用於本研究中的假設生成分析。其次，FIT-AD試驗的結果可能僅限於有氧運動，可能不能反映其他形式的運動(如無氧運動)或不同強度或持續時間的幹預。最後，這項研究的結果將僅限於患有輕度至中度AD的老年人，而不適用於患有嚴重AD或早發性家族性AD的個體。
這項試點隊列研究將產生初步結果，用於未來大規模研究的能量計算，以開發基於生物標誌物的AD運動認知反應預測。這項試點研究將成為未來研究的第一步，以提供關於血漿n-3脂肪酸與AD患者對運動治療的認知反應相關程度的重要知識。如果發現血漿n-3脂肪酸可預測AD患者有氧運動幹預的認知反應，則可能建議補充n-3脂肪酸以增強運動的前認知作用，進一步減緩AD患者的認知能力下降。癡呆症患者的認知能力下降和相關的身體功能損害是養老院安置的主要原因。34，35旨在減緩認知和其他相關功能損害的幹預措施，以及養老院安置，不僅可以改善AD患者的生活質量，還可以節省數十億美元的正式護理費用。36個性化治療已經徹底改變了癌症的治療方法。37有充分的證據支持個性化幹預的價值，以解決癡呆症患者的行為和心理症狀，並改善他們的生活質量。38，39我們的試點研究將為未來的研究提供知識，這對於開發有效的、個性化的AD運動治療方法至關重要，這可能會最大限度地利用資源，降低醫療成本，提高AD患者的治療效果和生活質量。
研究現狀
在稿件提交時，隊列研究的狀態是開放的。我們在2016年1月開始招生，預計在2017年11月完成招生。
參考文獻
腳注
貢獻者DL設計並監督了研究的各個方麵，並起草了手稿。今日俄羅斯為這份手稿的草稿做出了貢獻。MT監督血漿脂肪酸分析，並貢獻了手稿的草稿。LL對手稿的草稿做出了貢獻，並對研究的設計提供了反饋。SG對該手稿的草稿做出了貢獻。DV參與了稿件的起草，對研究的設計提供反饋，並設計了統計分析方案。FA為手稿的草稿做出了貢獻，並為研究的設計提供了重要的反饋。所有作者都閱讀並批準了最終的手稿。
資金本研究由阿爾茨海默病協會(NIGR-15-362392, 2015年12月1日至2017年11月30日)資助。
相互競爭的利益沒有宣布。
倫理批準這項研究已被UMN的IRB批準:# 1508M77566。
出處和同行評審不是委托;外部同行評審。