带状疱疹后神经痛患者的脑自发活动改变：一项基于rs-fMRI数据的ALE元分析

邱志强，钟向凯，杨麒民，石夕冉，徐晓雪

0 前言

带状疱疹后神经痛（postherpetic neuralgia,PHN）是一种神经性疼痛综合征，通常定义为带状疱疹（急性带状疱疹）爆发后持续3 个月以上的慢性疼痛，这种剧烈的疼痛会严重影响患者的生活质量。此外，PHN 还可能会增加患者焦虑、抑郁和自杀的风险[1]。由于其复杂的发病机制，目前还没有令人满意的治疗方案[2]。了解PHN患者疼痛的中枢神经机制将有助于制订预防和治疗PHN 的策略。已有学者应用静息态功能磁共振成像（resting state-functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）技术对带状疱疹后神经痛患者的脑自发活动变化特点做出了大量研究，试图揭示PHN可能的中枢神经机制。然而，各研究的结果并不一致，CAO等[3]的研究发现与健康对照组（healthy controls, HCs）相比，PHN 患者在包括脑干、丘脑、边缘系统、颞叶、前额叶和小脑在内的几个大脑区域表现出显著异常的局部一致性（regional homogeneity, ReHo）和 比 率 低 频 振 幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF）值改变。也有研究[4]认为，PHN患者右前额叶皮层的低频 振 幅（amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF）值显著降低，而双侧小脑前叶的 ALFF 值显著增加。还有研究[5]认为PHN患者在脑干、左右侧颞叶、左右侧额叶、右侧扣带回前部、右侧顶叶的ALFF值较对照组显著增高，且与患者的视觉模拟评分（visual analogue scale, VAS）呈正相关。

这些研究结果的差异使得PHN 患者疼痛的中枢神经机制仍然存在争议，研究结果难以得到推广。因此，有必要通过元分析的方法对这些不一致的结果进行整合。激活似然估计法（activation likelihood estimation, ALE）[6]是一种基于坐标的元分析方法，近年来ALE方法已广泛运用于认知领域的脑功能元分析中，它通过对纳入文献的激活点坐标进行三维高斯处理和统计检验，以定位具有统计显著性的脑区。

本研究针对目前PHN 患者脑自发活动变化特点研究结果不一致、仍存在争议的问题，创新性地采用基于坐标的ALE 方法对他们的研究结果进行二次分析，并对这些结果进行基于统计学的整合，力图解决这种争议，为PHN脑功能研究结果的推广提供重要依据，也为揭示PHN可能的中枢神经机制，后期通过PHN患者的脑自发活动改变客观评估PHN 治疗疗效奠定基础。

1 材料与方法

1.1 文献纳入和排除标准

1.1.1 文献纳入标准

本研究已在PROSPERO注册，注册号为CRD420223 82343。文献纳入标准：（1）研究类型为PHN 患者与HCs 在rs-fMRI 下脑自发活动组间差异的全脑分析；（2）研究对象为符合PHN 诊断的患者，根据国际疼痛研究协会PHN 诊断标准确诊为PHN[7]；（3）采用ReHo和（或）ALFF/fALFF 的分析方法；（4）差异脑区结果以蒙特利尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）[8]或Talairach[9]三维峰值坐标呈现；（5）每项研究的样本人数大于5人。

1.1.2 文献排除标准

文献排除标准：（1）中、英文以外的文献；（2）重复发表或文献数据重复的文献；（3）无法获取三维峰值坐标的文献；（4）文献类型为综述、元分析及个案报道；（5）文献质量偏低。

1.2 文献检索策略

数据库检索PubMed、The Cochrane Library、EMBase、Medine、Web of Science、中国知网、中国生物医学文献数据库（CBM）、维普网和万方数据知识服务平台数据库符合纳入标准的所有关于PHN的rs-fMRI 研究，语种限定为中文和英文，检索时限为2012 年12 月1 日 至2022 年12 月1 日。英 文 检索 词 包 括：“postherpetic neuralgia”“PHN”“fMRI”“functional MRI”“Resting-State Functional MRI”“ALFF”“fALFF”“amplitude of low-frequency fluctuation”“fractional amplitude of low-frequency fluctuation”“ReHo”“regional homogeneity”中文检索词包括：“带状疱疹后神经痛”“低频振幅”“比率低频振幅”“局部一致性”“功能磁共振成像”“静息态功能磁共振”。为减少漏检，对已有综述的参考文献进行人工检索，并将所有检索到的文献导入EndNote X9文献管理工具中进行进一步筛选。

1.3 文献筛选和资料提取

由2名研究人员分别进行文献筛选、资料提取并进行交叉核对，如有分歧，则通过相互讨论进行确定。文献筛选首先排除文体类型不符的文献，再通过阅读摘要排除研究内容或研究对象不符的文献，最后阅读全文确定是否纳入。资料提取：（1）纳入研究的信息包括第一作者、发表年份、样本量、年龄、磁共振扫描设备场强、脑功能分析方法、差异脑区数量、峰值中心坐标呈现方式及差异脑区的峰值中心坐标；（2）进行质量评价所需内容。

1.4 质量评价

采 用NOS（Newcastle-Ottawa Scale）[10]量 表 对本研究所纳入文献进行质量评分，评分标准包括3个方面：（1）研究对象的选择，含4 个条目（0～4 分），包括病例确定是否恰当、病例的代表性、对照的选择、对照的确定；（2）研究对象的可比性，含1个条目（0～2 分），即设计和统计分析时考虑病例和对照的可比性；（3）临床结局的评估，含3 个条目（0～3 分），包括暴露因素的确定、采用相同的方法确定病例和对照组暴露因素、无应答率。总分为9 分，若纳入文献评分≥6分即可纳入进行数据分析。

1.5 数据处理

1.5.1 ALE元分析

本研究在MNI标准空间下进行，将试验中的激活点进行三维高斯处理，大脑中的每个体素会因此得到一个对应的概率P，该概率P基于d（每个体素与激活点之间的距离）和σ（噪声程度，这取决于试验中的受试者数量）。通过对单个试验中所有激活点重复该程序，计算出该试验中每个体素的模型化激活（modelled activation, MA）分数。然后，通过对纳入研究的所有试验中位于同一坐标体素的MA分数求和来确定每个体素的ALE 分数，得到ALE 地图，最后对得到的ALE 地图进行统计检验[11]。在统计检验方法的选择上，本研究采用了GingerALE software Version 3.0.2[12]（http://brainmap.org/ale）软件最新的建议方法：簇水平整体错误（cluster-level family-wise error, cluster-level FWE）法。检验阈值设定如下：置换检验次数设为5000次，簇形成阈值设为P＜0.001，统计学显著性阈值设为P＜0.05[13]。最后使用Mango 软件（http://rii.uthscsa.edu/mango/）查看统计检验得到的ALE结果阈值图。

1.5.2 敏感性分析

采用刀切法（Jackknife）[14]对纳入研究进行再抽样，对研究结果的可重复性进行检测，每次除去1项研究，对剩余研究的数据进行ALE元分析，重复这样的操作，将除去某项研究后的结果与原结果进行对比。

2 结果

2.1 文献检索结果

在线检索PubMed、The Cochrane Library、EMBase、Medine、Web of Science、中国知网、中国生物医学文献数据库（CBM）、维普网和万方数据知识服务平台数据库共得到相关文献1855 篇，通过筛选，最终纳入11 篇文献[3,5,15-23]，其中有5 篇分别采用fALFF 及ReHo方法对同一组PHN 患者和HCs 进行研究[3,15-16,18,20]，因此共计纳入16 项研究，包括5 项ReHo 研究、4 项ALFF研究及7 项fALFF 研究，文献筛选流程及结果见图1。本文将这些研究结果分别纳入到3 项元分析中：（1）联合ALFF/fALFF 及ReHo 分析方法的数据进行元分析；（2）单独使用ALFF/fALFF分析方法的数据进行元分析；（3）单独使用ReHo 分析方法的数据进行元分析。

图1 文献筛选流程图。Fig.1 Flow chart of study selection strategy.

2.2 数据提取

共提取到PHN 患者200 名，HCs 236 名。共计194 个差异脑区，其中ALFF 差异脑区32 个、fALFF 差异脑区98 个、ReHo 差异脑区64 个。所纳入文献特征见表1。

表1 纳入研究的特点Tab.1 Characteristics of included studies

2.3 数据分析

2.3.1 ALE元分析结果

联合ALFF/fALFF 及ReHo 研究的数据进行元分析结果显示：PHN患者相对于HCs右侧额中回、右侧丘脑、左侧纹状体及右侧楔叶脑自发活动增高（表2、图2）；而右侧颞叶及右侧海马旁回脑自发活动减低（表3、图3）。单独使用ALFF/fALFF研究的数据进行元分析结果显示：PHN患者相对于HCs右侧额中回、右侧丘脑及左侧纹状体脑自发活动增高（表4、图4），并未发现脑自发活动减低的脑区；单独使用ReHo 研究的数据进行元分析结果显示，PHN 患者相对于HCs 未出现脑自发活动增高或减低的脑区。

表2 联合ALFF/fALFF及ReHo研究分析PHN患者相对于HCs脑自发活动增高脑区的ALE元分析结果Tab.2 The ALE Meta-analysis results of the brain regions with increased spontaneous brain activity in PHN patients compared with HCs are analyzed by combining ALFF/fALFF and ReHo studies

表3 联合ALFF/fALFF及ReHo研究分析PHN患者相对于HCs脑自发活动减低脑区的ALE元分析结果Tab.3 The ALE Meta-analysis results of the brain regions with reduced spontaneous brain activity in PHN patients compared with HCs are analyzed by combining ALFF/fALFF and ReHo studies

表4 ALFF/fALFF研究分析PHN患者相对于HCs脑自发活动增高脑区的ALE元分析结果Tab.4 The ALE Meta-analysis results of the brain regions with increased spontaneous brain activity in PHN patients compared with HCs are analyzed by ALFF/fALFF studies

图2 联合ALFF/fALFF及ReHo研究分析PHN患者相对于HCs脑自发活动增高脑区的示意图，右侧额中回（2A）、右侧丘脑（2B）、右侧楔叶（2C）及左侧纹状体（2D）活动增高（cluster-level FWE，P＜0.05）。ALFF：低频振幅；fALFF：比率低频振幅；ReHo：局部一致性；PNH：带状疱疹后神经痛；HCs：健康对照组；cluster-level FWE：簇水平整体错误法。Fig.2 Combined ALFF/fALFF and ReHo study to analyze the schematic diagram of brain regions with increased basal brain activity in PHN patients compared with HCs.The spontaneous brain activities of right middle frontal gyrus (2A), right thalamus (2B) , right cuneus (2C) and left striatum (2D) are increased(cluster-level FWE, P＜0.05).ALFF: low-frequency fluctuation; fALFF: fractional amplitude of low-frequency fluctuation; ReHo: regional homogeneity; PHN:postherpetic neuralgia; HCs: healthy controls; FWE: family-wise error.

图3 联合ALFF/fALFF 及ReHo 研究分析PHN 患者相对于HCs 脑自发活动减低脑区的示意图，右侧颞叶（3A）及右侧海马旁回（3B）活动减低（cluster-level FWE，P＜0.05）。ALFF：低频振幅；fALFF：比率低频振幅；ReHo：局部一致性；PNH：带状疱疹后神经痛；HCs：健康对照组；cluster-level FWE：簇水平整体错误法。Fig.3 Combined ALFF/fALFF and ReHo study to analyze the schematic diagram of brain regions with reduced spontaneous brain activity in PHN patients compared with HCs.The basal brain activities of right temporal lobe(3A) and right parahippocampal gyrus (3B) are reduced (cluster-level FWE, P＜0.05).ALFF: low-frequency fluctuation; fALFF: fractional amplitude of low-frequency fluctuation; ReHo: regional homogeneity; PHN: postherpetic neuralgia; HCs: healthy controls; FWE: family-wise error.

图4 采用ALFF/fALFF 研究分析PHN患者相对于HCs脑自发活动增高脑区的示意图，右侧额中回（4A）、右侧丘脑（4B）及左侧纹状体（4C）增高（cluster-level FWE，P＜0.05）。ALFF：低频振幅；fALFF：比率低频振幅；ReHo：局部一致性；PNH：带状疱疹后神经痛；HCs：健康对照组。cluster-level FWE：簇水平整体错误法。Fig.4 ALFF/fALFF study is used to analyze the schematic diagram of brain areas with increased basal brain activity in PHN patients compared with HCs.The spontaneous brain activities of right middle frontal gyrus (4A), right thalamus (4B) and left striatum (4C) are increased (cluster-level FWE, P＜0.05).ALFF: low-frequency fluctuation; fALFF: fractional amplitude of low-frequency fluctuation; ReHo: regional homogeneity; PHN: postherpetic neuralgia; HCs:healthy controls; FWE: family-wise error.

2.3.2 敏感性分析结果

采用刀切法（Jackknife）对纳入研究进行再抽样，元分析结果显示，联合ALFF/fALFF 及ReHo 研究的数据进行元分析时，右侧额中回、右侧丘脑及右侧颞叶在16 次分析中重复性均达到了14 次，右侧楔叶及右侧海马旁回重复性均达到了13 次，而左侧纹状体重复性达到了11 次。单独使用ALFF/fALFF 研究的数据进行元分析时，右侧额中回及右侧丘脑在11次分析中重复性均达到了9次，而左侧纹状体重复性达到了7 次。单独使用ReHo 研究的数据进行元分析时，PHN 患者相对于HCs 未出现脑自发活动增高或减低的脑区。

3 讨论

本研究为探讨PHN患者脑自发活动改变特点，采用ALE 元分析的方法将已有rs-fMRI 全脑研究进行整合分析。结果显示，PHN 患者脑自发活动改变的脑区可能为右侧额中回、右侧丘脑、左侧纹状体、右侧楔叶、右侧颞叶及右侧海马旁回，在接下来的内容中，本文将对这一结果进行阐释，进一步讨论PHN 患者的脑自发活动改变特点。

3.1 额叶

额叶是脑部发育的最高级部分，由前额叶和位于中央沟之前的初级运动区、前运动区组成[24]。APKARIAN 等[25]的研究认为，前额叶负责编码急性和慢性疼痛中的认知部分，具有评估疼痛和决定如何应对疼痛的重要作用。有研究[26]已经证实前额叶皮层是疼痛的脑网络的一部分，参与病理性痛觉信息传入的疼痛调节。本元分析也显示，PHN 患者相对于HCs 右侧额中回的脑自发活动出现了增高，在本元分析纳入的16 项研究中，有8 项ALFF/fALFF 研究[3,5,15-20]及5 项ReHo 研究[3,15-16,18,20]都报告了PHN 患者在额叶出现了脑自发活动的增高。本文初步推测，是PHN患者的慢性疼痛引起了额叶脑自发活动的增高，同时额叶功能的增强也发挥了其抗痛的作用。张益[18]采用基于体素的形态测量学（voxel-based morphometry, VBM）方法对PHN 患者进行研究发现，PHN 患者额中回的灰质体积明显缩小，他们认为这种损伤可能与PHN 患者在带状疱疹皮损恢复后疼痛的长期维持有关。

3.2 丘脑

丘脑是感觉传入通路的重要组成部分，传导痛觉和温觉的纤维走行于外侧形成脊髓丘脑侧束，经丘脑特异性感觉接替核后最终投射到躯体感觉区[27]。因此，外周的持续疼痛可直接影响丘脑核团的活动。本元分析也显示PHN 患者相对于HCs 右侧丘脑的脑自发活动出现了增高，在本元分析纳入的16 项研究中，共 有3 项ALFF/fALFF 研 究[3,16,20]及5 项ReHo 研究[3,15-16,18,20]报告了PHN 患者在丘脑出现了脑自发活动的增高。此外，张益[18]的研究还通过相关性分析，发现丘脑的同步性活动与患者的疼痛强度感受呈显著的正相关性。而ZHANG 等[28]通过扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）对PHN 患者进行研究发现，PHN患者相对于HCs在3个DKI参数上强度都有所降低，这表明PHN患者的丘脑在微观结构上也出现了异常。

3.3 海马旁回和纹状体

海马旁回和纹状体都是边缘系统的重要组成部分，边缘系统是启动和调节行为、情感反应的复杂环路中的重要组成部分，参与嗅觉形成、情绪活动、学习与记忆功能及调节内脏活动[29]。而本研究发现，海马旁回和纹状体在PHN 患者中出现了脑自发活动的改变，在本元分析纳入的16 项研究中，共有9 项研究[3,15-16,18,20]报告了PHN 患者在纹状体出现了脑自发活动的增高，3 项研究[5,17,20]报告了PHN 患者 在 海 马旁回出现了脑自发活动的减低。因此，我们初步推测PHN 在病理生理学中除了疼痛外还存在异常情绪相关的脑机制，PHN 患者不仅会经历身体上的疼痛，而且容易在这种长期的疼痛中产生情绪障碍。此外，GU 等[21]基于VBM 方法的研究，还发现PHN 患者的右侧海马旁回灰质体积明显增加，并且与视觉模拟评分呈显著正相关性。而曹嵩[15]研究发现，纹状体（主要差异区域为豆状核）在PHN 患者中出现了灰质体积的明显增大。他们对PHN 患者脑自发活动的研究，进一步证实了海马旁回和纹状体在PHN患者病理生理学上的改变。

3.4 楔叶

楔叶是枕叶的一部分，主要参与了视觉信息的整合[30]，也有研究[31]证明楔叶也具有整合体感信息的功能，楔叶可被多个躯体部位的热痛刺激所激活。脑电图—脑磁图的研究[32]也发现慢性三叉神经痛可激活楔叶/楔前叶区域。本研究同样显示PHN患者右侧楔叶脑自发活动的增强，在本元分析纳入的16 项研究 中，共 有5 项ALFF/fALFF 研 究[3,15-16,18,20]及3 项ReHo 研究[16,18,20]报告了PHN 患者在楔叶/枕叶出现了脑自发活动的增高。因此，本文推测楔叶可能参与了PHN 疼痛的中枢整合过程。此外，有研究[33]报道了电刺激大鼠枕叶可以明显减轻大鼠的疼痛，他们认为这可能和枕叶与疼痛下行抑制系统的结构联系有关。

3.5 颞叶

颞叶在听觉、言语功能、情绪、精神活动以及记忆中均扮演着重要的角色[34]，近年来颞叶被认为是中枢疼痛整合的脑区之一[35]，有研究[36]显示内侧颞叶参与了疼痛感知的调节。本研究表明，PHN 患者右侧颞叶出现了脑自发活动的减低，在本元分析纳入的16项研究中，共有5项ALFF/fALFF研究[5,15-17,20]及4项ReHo研究[3,15,18,20]报告了PHN患者在颞叶出现了脑自发活动的减低。且曹嵩[15]还通过相关性分析发现颞叶的ReHo值与VAS评分和疼痛时间之间有显著的负相关，即疼痛越强颞叶的活动越弱。这些结果提示PHN可能对颞叶的正常脑活动产生了抑制。本文推测，这可能与PHN患者随着疼痛增强或病程延续，引起了语言交流减少及抑郁情绪等并发症有关，而这些并发症导致了PHN患者颞叶脑自发活动的减低。

3.6 本研究的创新性及临床价值

本研究针对目前对PHN患者脑自发活动变化特点研究结果不一致、存在争议的问题，创新性地采用基于坐标的ALE方法对他们的研究结果进行二次分析。这种分析方法让大多数研究中不典型的结果不会在本元分析结果中显现出来，使得假阳性结果的风险大大降低，为这些研究结果的推广提供了重要依据，也为揭示PHN 可能的神经机制，通过PHN 患者脑自发活动的改变客观评估PHN治疗疗效奠定了基础。

3.7 本元分析结果的必然性和偶然性

本元分析结果的必然性在于：首先，本研究采取了较为严格的纳入与排除标准，严格限制了纳入的研究对象（根据国际疼痛研究协会PHN诊断标准确诊为PHN的患者）和研究内容（PHN 患者与HCs 在rs-fMRI 下脑自发活动组间差异的全脑分析）以及脑功能分析方法（ALFF/fALFF 或ReHo），这尽可能地降低了来源于不同研究数据的异质性。其次，本元分析共纳入16 项研究（PHN 患者200 名，HCs 236 名），样本量较大。最后，本研究采用了较为科学的分析方法，使用了GingerALE software Version 3.0.2 软件最新的建议方法，cluster-level FWE 对ALE 地图进行统计检验，降低了结果的偶然性。这些使得我们对本元分析的结果充满信心。

本元分析结果的偶然性在于：ALE 元分析作为一种概率分布算法，报告的激活点坐标越集中，那么满足统计检验阈值的概率就越大，较为一致的脑自发活动改变区域就越容易被发现。当激活点数量过少时，就可能由于激活点太过分散，达不到统计检验阈值，而漏掉潜在的脑自发活动改变区域。这可能也是本研究在单独使用ReHo 数据（共64 个激活点）进行元分析时未能发现出现脑自发活动差异脑区的原因之一。

3.8 局限性

本研究也有一定的局限性：（1）即使本研究采用了较为严格的纳入与排除标准，纳入元分析的研究之间仍然存在较大的异质性，尽管ALE方法的应用使得假阳性结果的风险大大降低，但我们仍需正视这些异质性对元分析结果带来的影响；（2）本元分析中包含了具有不同统计阈值的研究，虽然本研究也考虑过控制这种可能的偏差，但本文认为将这些具有一定假阳性结果风险的研究包括在内比完全忽略它们更加合适；（3）在本元分析纳入的所有研究中，都缺乏与其他慢性疼痛患者进行对比的阳性对照组，因此，目前尚不清楚本元分析结果是否具有特异性，这种脑自发活动改变特点是否仅适用于PHN患者。

4 结论

综上所述，本文通过ALE 元分析的方法，基于目前已有rs-fMRI 全脑研究数据，发现PHN 患者可能的脑自发活动改变脑区为右侧额叶、右侧丘脑、左侧壳核、右侧楔叶、右侧梭状回及右侧海马旁回。然而，由于本元分析纳入的研究中都缺乏其他慢性疼痛患者的阳性对照组，这使得很难评估这些结果是否具有特异性，是否为PNH 患者的独有特征。因此，还需要进一步的神经影像学研究来比较PHN 与其他慢性疼痛疾病对患者脑自发活动的影响。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：徐晓雪设计本研究的方案，对稿件重要内容进行了修改；邱志强起草和撰写稿件，获取、分析本研究的数据；钟向凯、杨麒民、石夕冉获取、分析本研究的数据，对稿件重要内容进行了修改；徐晓雪获得了国家临床重点专科建设项目及四川省卫生健康委员会科技项目的基金资助。全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。