双相障碍Ⅱ型患者静息态脑功能活动与外周血促炎症细胞因子相关性研究☆

付思莹 陈观茂 陈盼 陈枫 龚佳英△ 钟辉 贾艳滨 钟舒明黄力 王颖

双相障碍（bipolar disorder，BD）是常见的情绪异常精神疾病，根据躁狂或轻躁狂发作分为Ⅰ型（BD-Ⅰ）和Ⅱ型（BD-Ⅱ）。BD患者大脑结构和功能异常与其外周血炎症标志物浓度异常存在联系[1-2]，表明炎症过程可能影响脑活动[3]。低频振荡振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）是静息态功能磁共振（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）技术中反映脑自发活动的指标。ALFF常规频段覆盖范围较广，可能会混合频段依赖性的生理波动，其亚频段slow-5和slow-4信号振荡分别分析皮质和皮质下灰质核团信号，而slow-3和slow-2信号振荡主要局限于白质，亚频段信号可反映局部脑区频段依赖性的自发性功能活动[4-6]。BD-I和BD-II患者病理生理、神经生物学、脑结构和功能活动改变存在差异[7]。既往研究发现BD患者脑结构与其促炎症细胞因子浓度存在相关[8]，但深入探讨BD-Ⅱ患者脑功能与促炎症细胞因子浓度相关的研究较少。本研究探讨 BD-Ⅱ患者 slow-5、slow-4亚频段ALFF值改变与外周血促炎症细胞因子浓度的关系，可能有助于寻找潜在的BD神经标志物，并解释脑功能异常改变的复杂相互作用。

1 对象与方法

1.1 研究对象 患者组来自2016年10月至2019年3月暨南大学附属第一医院精神科BD-Ⅱ患者。纳入标准：①符合《精神障碍诊断与统计手册第四版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders，Fourth Edition，DSM-Ⅳ）BD-Ⅱ型诊断标准；②年龄18～55岁；③右利手；④未曾服用抗抑郁药或至少停药6个月；⑤24项汉密尔顿抑郁量表（Hamilton depression scale，HAMD24）总分＞21分，且杨氏躁狂量表（Young mania rating scale，YMRS）总分＜7分。排除标准：①合并其他精神疾病（包括人格障碍和精神发育迟滞）；②半月内有急性感染、创伤、炎症、发热、过敏，或患有其他严重、不稳定的躯体疾病；③存在MRI禁忌证；④月经期、妊娠期或哺乳期女性。共收集42例患者，因MRI中头动过大剔除3例，最终入组39例，其中未曾服药患者26例，停药6个月患者16例。

对照组为在本市招募的健康志愿者。入组标准：①无精神疾病和躯体疾病；②一级亲属中无患精神疾病或遗传性神经系统疾病；③年龄18～55岁；④右利手。排除标准同患者组。最终入组66名对照。

所有受试者均签署知情同意书。本研究得到暨南大学伦理委员会审核批准，伦理审批号：[2016]伦审批科021号。

1.2 研究方法

1.2.1 量表评估 采用HAMD24、汉密尔顿焦虑量表（Hamilton anxiety scale，HAMA） 和 YMRS 对患者的抑郁、焦虑和躁狂症状进行评估。

1.2.2 MRI数据采集 采用3.0 T超导MR（美国GE Discovery 750）扫描仪，8通道相控阵表面头线圈采集数据。使用头部固定装置减少受试者头动，嘱咐受试者静息平卧、保持清醒。先进行常规结构像MRI平扫以排除颅脑器质性病变。rs-fMRI采用血氧水平依赖梯度回波-回波平面成像序列，轴状位扫描，扫描参数：重复时间/回波时间2000 ms/25 ms，90°翻转角，层厚/间距 3.0 mm/1.0 mm，视野240 mm×240 mm，矩阵 64×64，层数 35，激励次数1，每次采集210个时间点，扫描时间7 min。结构像采用三维颅脑容积MRI序列行轴面扫描，重复时间/回波时间 8.2 ms/3.2 ms，反转时间 380 ms，12°翻转角，层厚/间距 1.0 mm/0 mm，视野 240 mm×240 mm，激励次数 1，矩阵 256×256，扫描时间3 min 45 s。

1.2.3 图像数据预处理 运用SPM12和DPARSF软件对rs-fMRI图像数据进行预处理。操作步骤：①格式转换；②剔除前10个时间点；③时间层校正；④头动校正，剔除头动平动＞2 mm或旋转＞2°被试的数据；⑤空间标准化（重采样为3 mm×3 mm×3 mm）；⑥去线性漂移；⑦低频滤波（0.01～0.1 Hz）和回归去除协变量 （24个Friston头动模型参数、脑白质、全脑均值信号和脑脊液）。

1.2.4 ALFF计算 使用快速傅里叶变换将每个体素的时间序列变换到频域。计算每个体素的频域开方根，并计算在0.01～0.1 Hz频段的频域开方根均值，该开方根均值即常规频段ALFF值。将低频段分成 5 个亚频段，即 slow-6（0～0.01 Hz）、slow-5（0.01～0.027 Hz）、slow-4（0.027～0.073 Hz）、slow-3（0.073～0.198 Hz）、slow-2（0.198～0.25 Hz），计算每个体素分别在slow-5和slow-4亚频段的频域开方根均值，即为对应亚频段的ALFF值，排除与白质信号和生理噪声有关的slow-6、slow-3和slow-2亚频段。最后得到每名被试常规频段ALFF，以及slow-5和slow-4亚频段ALFF脑图，将单体素的ALFF除以全脑所有体素的平均ALFF，得到标准化的ALFF脑图，以减少受试者全脑体素间ALFF信号变异的影响。

1.2.5 外周血促炎症细胞因子检测 所有被试于入组次日早晨使用非抗凝管采集空腹静脉血4 mL，凝血30 min，于4℃条件下以1000 r/min离心15 min，血清再次离心（3000 r/min，10 min，4℃），-80℃保存。使用Bio-Plex Pro人细胞因子检测试剂盒检测外周血促炎症细胞因子IL-6、IL-8和TNF-α，用Bio-Plex Manager软件（6.1版）采集细胞因子浓度数据，使用Bio-Plex 200阵列阅读器显示浓度结果。

1.3 统计学方法 采用SPSS 17.0进行统计分析，MRI数据使用DPABI软件分析。两组年龄和教育年限采用独立样本t检验，促炎症细胞因子水平采用Mann-Whitney U检验，性别比较采用检验。两组间常规频段ALFF脑图比较行双样本t检验。以疾病分组作为组间因素，slow-5和slow-4亚频段作为组内因素，将年龄、性别、教育年限作为协变量，对ALFF值进行基于体素的双因素重复测量方差分析，在有交互效应脑区对slow-5和slow-4亚频段两组ALFF值分别进行事后双样本t检验，用高斯随机场 （Gaussian random field，GRF）进行多重比较校正，单个体素P＜0.005和校正后的簇水平P＜0.05脑区为差异有统计学意义的区域。进一步提取组间有差异脑区ALFF值与促炎症细胞因子浓度、临床变量进行Spearman相关分析。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 一般资料 两组间性别、年龄差异无统计学意义（P＞0.05），教育年限差异有统计学意义（t=-3.788，P＜0.001），见表 1。

表1 患者组与对照组人口统计学资料和临床特征

2.2 患者组与对照组ALFF比较 在常规频段，未发现患者组与对照组差异有统计学意义的脑区（P＞0.05）。全脑重复测量方差分析结果显示，疾病分组主效应无统计学意义（P＞0.05）；频段主效应显示slow-5频段比slow-4频段ALFF值高（P＜0.05）的脑区主要位于皮质，slow-5频段比slow-4频段ALFF值低（P＜0.05）的脑区主要位于皮质下脑区；交互效应有统计学意义（F=11.372，P＜0.05）。对组别与频段有交互效应的脑区进行事后检验，经过GRF校正，在slow-5亚频段，患者组左侧眶额回 （延伸到前扣带回）（布鲁德曼分区11区；MNI坐标：X=12 mm，Y=33 mm，Z=-18 mm）的ALFF 值比对照组减低（t=-4.279，P＜0.05，簇大小=5832 mm3）（图 1），在 slow-4 亚频段，未发现患者组与对照组存在统计学差异的脑区（P＞0.05）。

图1 slow-5亚频段患者组比对照组ALFF值减低的脑区 蓝色区域为患者组ALFF值低于对照组ALFF值，即左侧眶额回（延伸到前扣带回）。ALFF为低频振荡振幅。

2.3 患者组与对照组促炎症细胞因子比较 与对照组比较，患者组血清 IL-6（Z=-1.974，P=0.048）、IL-8（Z=-3.000，P=0.003）、TNF-α（Z=-1.965，P=0.049）浓度升高，见表 2。

表2 患者组与对照组外周血促炎症细胞因子浓度

2.4 相关性分析 患者组左侧眶额回（延伸到前扣带回）在slow-5亚频段的ALFF值与血清IL-8（r=-0.326，P=0.043）、TNF-α（r=-0.329，P=0.041）浓度呈负相关。患者组血清TNF-α与其总病程呈正相关（r=0.330，P=0.041）。患者组左侧眶额回延伸到前扣带回的slow-5亚频段的ALFF值与临床变量（发作次数、发病年龄、总病程、HAMD24评分、HAMA评分、YMRS评分）之间无统计学相关性（P＞0.05）。对照组 ALFF 值与血清 IL-6、IL-8、TNF-α 浓度无统计学相关性（P＞0.05）。

3 讨论

本研究结合基于rs-fMRI技术的全脑ALFF亚频段分析和外周血促炎症细胞因子水平测定，探讨BD-Ⅱ患者静息态脑功能活动与炎症反应的联系。结果显示，BD-Ⅱ患者slow-5亚频段的左侧眶额回（延伸到前扣带回）ALFF值较对照组减低，血清 IL-6、IL-8、TNF-α 浓度升高，且眶额回（延伸到前扣带回）slow-5亚频段ALFF值与IL-8、TNF-α浓度呈负相关。本研究结果提示BD-Ⅱ患者眶额回和前扣带回局部功能活动异常及免疫调节失衡，且两者具有相关性。

眶额回主要参与愉快、愤怒和悲伤等情绪调节[9]。本研究中BD-Ⅱ患者眶额回在slow-5亚频段的ALFF值较对照组下降。既往meta分析报告BD患者眶额回静息态脑血流灌注不足，在情绪刺激的任务下眶额回激活减低，提示BD眶额回参与情绪调节[10]。结构MRI研究发现BD患者眶额回体积减少[11]和灰质密度降低[12]，提示BD患者存在眶额回结构损伤，本研究与文献结果一致。任务态fMRI研究显示，BD-Ⅱ患者眶额回皮层激活降低，且与工作记忆和情绪学习相关的额颞回路连接改变有关[13]，提示BD-Ⅱ患者眶额回功能异常可能与其记忆损害和情绪调节障碍有关。另有基于识别情绪面孔任务的fMRI研究显示BD患者眶额回激活减低，尤其在识别负性情绪面部表情任务时[14]，提示眶额回功能异常与BD患者情绪处理有关。结合本研究结果，推测BD-Ⅱ患者眶额回自发功能活动减低可能与其情绪调节障碍有关。

前扣带回是参与情绪反应的关键区域，与奖赏反应、情绪记忆功能密切相关[15]。本研究中BD-Ⅱ患者前扣带回slow-5亚频段的ALFF值减低，提示其局部功能活动破坏。近年单光子发射计算机断层扫描和rs-fMRI研究均发现，BD患者前扣带回的局部脑血流灌注和功能活动降低[16-17]，前扣带回功能活动异常会引起情绪不稳和注意力不集中等临床症状[18]，既往文献提示前扣带回功能活动减低可能与BD-Ⅱ情绪调节障碍有关。联合结构和功能MRI的研究显示，首发未治疗BD患者前扣带回体积减少，并伴有前扣带回与左侧眶额回的功能连接降低[19]。任务态fMRI研究发现，BD患者在执行奖赏任务时前扣带回激活减弱[20]，提示前扣带回损伤可能影响BD患者奖赏机制。结合本研究BD-Ⅱ患者slow-5亚频段ALFF值减低的结果，推测前扣带回和眶额回自发功能活动破坏可能共同参与BD-Ⅱ患者的情绪调节障碍。

外周血促炎症细胞因子是介导免疫系统的关键生物因子，其中促炎趋化因子在促进和维持神经炎症中起重要作用[21]，促炎症细胞因子通过炎症反应在BD病理生理机制中具有重要影响[22-23]。本研究发现BD-Ⅱ患者血清中促炎趋化因子IL-8和TNF-α浓度升高，且IL-8和TNF-α浓度与左侧眶额回（延伸到前扣带回）局部脑功能活动呈负相关，TNF-α浓度与BD-Ⅱ总病程呈正相关，与既往研究报道一致[24]。研究发现健康被试在情绪应激状态可诱导促炎趋化因子产生，刺激大脑中色氨酸的分解代谢[25]，进而对神经递质代谢、神经内分泌功能产生影响[26]。BD-Ⅱ患者在抑郁发作时血清谷氨酸水平异常增高[27]，提示BD患者情绪应激状态可能诱导促炎症细胞因子产生，引起神经免疫失衡。既往弥散张量成像研究显示，BD患者IL-8浓度异常与大脑前扣带回低各向异性具有关联[28]，促炎趋化因子IL-6的浓度异常升高与边缘系统脑区灰质体积减少呈高度相关[29]，提示BD患者体内异常的炎症因子可能损害与情绪相关脑区结构或功能。结合本研究结果，推测BD-Ⅱ患者由于情绪调节障碍，促炎症细胞因子失衡，引起神经炎症，从而损害眶额回 （延伸到前扣带回）等边缘系统区域的功能活动，并进一步对情绪调节产生不利影响。

本研究存在一些不足：①两组受教育年限有统计学差异，虽然比较分析中将其作为协变量控制，减少了对结果的影响，但进一步研究仍需扩大样本量，招募临床资料更匹配的被试者；②本研究仅为横断面研究，无法说明BD-Ⅱ患者脑功能改变是发病的原因还是疾病引起的后果，未来研究可深入探索干预前后BD-Ⅱ患者病程演变与免疫炎症、脑功能变化的关系。综上所述，本研究结果显示静息态下BD-Ⅱ患者眶额回和前扣带回局部功能活动破坏与外周血促炎症细胞因子浓度失衡相关，这些发现有助于从神经免疫角度加深对BD病理生理机制的理解。