严重进展性多发性硬化中胆固醇代谢失调、慢性炎症与残疾的关联研究

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Dysregulated Cholesterol Metabolism, Chronic Inflammation, and Disability in Severe Progressive Multiple Sclerosis

　　

摘要 背景：脂质代谢失调可影响髓鞘再生和神经修复，但在进展性多发性硬化（progressive multiple sclerosis，PMS）中尚未得到广泛研究。本研究旨在探讨胆固醇代谢失调是否与PMS残疾相关。 方法：研究样本包括53例需要专业护理的严重PMS患者（扩展残疾状态量表，Expanded Disability Status Scale，EDSS评分：7.0–9.5）和53例年龄、性别及病程匹配的社区居住对照PMS患者（EDSS评分：3.0–6.5）。患者接受神经系统检查并提供血液样本。研究人员获取了胆固醇和载脂蛋白（apolipoprotein，Apo）谱、核磁共振波谱代谢组学谱、炎症细胞因子、神经轴突及胶质损伤生物标志物。残疾程度采用EDSS和组合加权残疾量表（Combinatorial Weight-Adjusted Disability，CombiWISE）进行测量。 结果：严重PMS组的高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）、ApoA-I和ApoA-II水平较低（均p?<?0.001），而ApoB和ApoE水平较高。严重PMS组的营养状态生物标志物白蛋白较低，而慢性炎症标志物GlycA较高（均p?<?0.001）。总胆固醇、ApoA-II和ApoB与EDSS和CombiWISE量表的残疾相关。差异相关图分析显示严重PMS中生物标志物相互依赖关系发生了显著重塑。在严重PMS中，ApoE与脂质和营养生物标志物的关联更强，但在对照PMS中与神经轴突标志物（血清神经丝轻链、胶质纤维酸性蛋白）的关联更强。炎症细胞因子（肿瘤坏死因子、白细胞介素-6）在严重PMS中与载脂蛋白的关联更强，而若干脂质-炎症和脂质-营养相关性则有所减弱。 结论：胆固醇代谢紊乱和慢性炎症与严重PMS中更严重的残疾密切相关。研究结果还表明，严重PMS中代谢、炎症、营养和神经胶质生物标志物网络发生了显著改变。

论文解读：严重进展性多发性硬化中胆固醇代谢失调、慢性炎症与残疾的关联研究

一、研究背景与目的

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是一种以血脑屏障（blood–brain barrier，BBB）完整性丧失、脱髓鞘、神经炎症和神经变性为特征的中枢神经系统疾病，可导致身体、认知和神经功能障碍。约10%–15%的MS患者为进展性亚型（progressive MS，PMS），包括继发进展型（secondary-progressive MS，SPMS）和原发进展型（primary-progressive MS，PPMS），其特征为残疾在无复发或新MRI活动的情况下持续恶化。PMS可根据残疾轨迹进一步分为早期侵袭型和晚期严重型亚型。早期侵袭型PMS以发病后快速残疾进展为特征，患者需在发病10年内借助辅助行走（EDSS≥6.0）；晚期严重型PMS定义为发病10年后残疾累积。与复发型MS相比，针对PMS患者的研究相对有限，且延缓残疾进展的有效治疗方案较少。因此，探索代谢失调等其他影响因素具有重要意义。

胆固醇是髓鞘的核心结构成分，对神经元和星形胶质细胞的功能与维持至关重要。胆固醇信号传导和代谢缺陷与神经元活动受损有关，可导致树突棘和突触的神经变性。MS神经炎症期间BBB完整性丧失可使脂蛋白进入中枢神经系统，低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein-cholesterol，LDL-C）及其在炎症环境中的氧化可促进白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-8和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等促炎细胞因子的产生。高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein-cholesterol，HDL-C）通过促进胆固醇外流降低BBB通透性，发挥抗炎和抗氧化作用。载脂蛋白A-I（apolipoprotein A-I，ApoA-I）对细胞因子诱导的内皮细胞活化具有抑制作用，而ApoA-II的作用尚不清楚。

既往研究表明，脂质和胆固醇代谢失调与PMS不良结局相关。低水平HDL-C和ApoA-I与更严重的灰质和皮层体积丢失及从复发缓解型MS向SPMS的转化相关；较高的血清极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）水平与EDSS评分增加相关；血清LDL-C升高与对比增强病灶、新发或扩大T2病灶及EDSS进展正相关。

本研究旨在探讨脂质和胆固醇在早期侵袭型和晚期严重型PMS中的作用及其与残疾的关联，并识别代谢、炎症、营养和神经胶质生物标志物网络之间交互作用的差异。

二、研究方法

研究人员开展了一项前瞻性横断面多中心研究，即严重受累多发性硬化综合评估（Comprehensive Assessment of Severely Affected Multiple Sclerosis，CASA-MS）研究。对照PMS组在纽约州布法罗大学雅各布斯多发性硬化治疗与研究中心招募，晚期严重型PMS患者在马萨诸塞州多切斯特的波士顿之家专业护理机构入组。研究共纳入53例严重PMS患者（EDSS评分7.0–9.5）和53例年龄、性别及病程匹配（±2年内）的社区居住对照PMS患者（EDSS评分3.0–6.5）。纳入标准为基于2017年McDonald标准的MS诊断、年龄30–80岁。排除标准为无法提供知情同意，或入组前30天内出现复发或接受皮质类固醇治疗。

研究人员采用的主要技术方法包括：使用Pentra 400化学分析仪通过免疫比浊法测量总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯、HDL-C、LDL-C及载脂蛋白ApoA-I、ApoA-II、ApoB和ApoE水平；通过免疫比浊法测量血清白蛋白和前白蛋白；采用单分子阵列（single-molecule array，SIMOA）技术测量血清神经丝轻链（serum neurofilament light chain，sNfL）和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）浓度；通过免疫测定法测量生长分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF15）水平；采用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）波谱法在Vantera分析仪上测量GlycA（循环血浆糖蛋白上N-乙酰甲基基团数量的全身性炎症标志物）、脂蛋白颗粒大小分布、支链氨基酸和酮体浓度；通过免疫测定法测量促炎细胞因子TNF、IL-6和胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）。此外，研究人员计算了临床验证的综合指标，包括炎症脆弱指数（Inflammatory Vulnerability Index，IVX）、代谢-营养不良指数（Metabolic-Malnutrition Index，MMX）、糖尿病风险指数（Diabetic Risk Index，DRI）和代谢脆弱指数（Metabolic Vulnerability Index，MVX）。残疾程度采用EDSS和组合加权残疾量表（Combinatorial Weight-Adjusted Disability，CombiWISE）测量，后者结合了EDSS、定时25英尺步行、Scripps神经评定量表（Scripps Neurological Rating Scale，SNRS）和9孔钉测试。

统计分析使用R统计计算平台（4.1.2）完成。回归分析调整了年龄、性别和体重指数（body mass index，BMI），严重PMS状态变量在逻辑回归中作为因变量，EDSS和CombiWISE残疾测量在包含严重PMS状态变量与感兴趣生物标志物交互项的线性回归模型中作为因变量。研究人员计算了对照组和严重PMS组的Spearman相关矩阵，并绘制差异相关图以可视化生物标志物相互依赖关系的变化。贝叶斯网络（Bayesian network，BN）建模采用bnlearn R包中的爬山算法，以贝叶斯信息准则惩罚模型复杂度，EDSS为目标节点。

三、研究结果

3.1 临床和人口统计学特征

对照组和严重PMS组的平均年龄、病程和性别分布相似。严重PMS组的平均BMI较低（26.0对28.5，p?=?0.048），中位EDSS（8.0对6.0）、SNRS和CombiWISE评分均显著高于匹配的对照组（均p?<?0.001）。

3.2 代谢、炎症、营养、神经轴突和胶质生物标志物

严重PMS组的HDL-C、ApoA-I和ApoA-II水平较低（均p?<?0.001），ApoB和ApoE水平较高。白蛋白和小HDL颗粒（small HDL particles，SHDLP）浓度较低，GlycA浓度较高（均p?<?0.001）。综合NMR代谢组学指标IVX、DRI和MVX在严重PMS组中均高于对照组（均p?<?0.001）。TNF水平在严重PMS组中略高（p?=?0.016），但未发现IL-6或IGF-1的组间差异。sNfL和GFAP水平在两组间相似，而GDF15水平在严重PMS组中较高（p?=?0.016）。

3.3 生物标志物与严重PMS残疾的关联

回归分析调整年龄、性别和BMI后显示，TC、ApoA-II和ApoB的主效应和交互项均与EDSS和CombiWISE评分相关。LDL交互项与EDSS相关，而LDL的主效应和交互项与CombiWISE相关。SHDLP交互项和IVX主效应项与CombiWISE相关。MVX的主效应和交互项均与CombiWISE相关。值得注意的是，TNF和IL-6的主效应和交互项均与EDSS和CombiWISE相关。

3.4 严重PMS中生物标志物相互依赖关系的显著变化

差异相关图分析显示严重PMS中生物标志物相互依赖关系发生显著重塑。ApoE与神经轴突标志物sNfL和GFAP的关联在对照组中更强（Spearman相关差异ΔR分别为0.73和0.45），而ApoE与TC（ΔR?=??0.51）、HDL（ΔR?=??0.40）、ApoA-II（ΔR?=??0.37）以及白蛋白和前白蛋白（ΔR?=??0.40和?0.51）的关联在严重PMS组中更强。GFAP与IVX和MVX的关联在对照组中更强。TNF与ApoA-II的关联在严重PMS组中更强（ΔR?=??0.33），IL-6与HDL（ΔR?=??0.32）、ApoA-I（ΔR?=??0.32）和ApoA-II（ΔR?=??0.41）的关联在严重PMS组中更强。ApoA-II与GlycA的关联在对照组中更强（ΔR?=?0.42），但ApoA-II与IL-6、TNF和ApoE的关联在严重PMS中更强。ApoA-I与GlycA（ΔR?=?0.37）和SHDLP（ΔR?=?0.34）以及SHDLP与GlycA（ΔR?=?0.44）的关联在对照组中更强。

贝叶斯网络建模显示，严重PMS状态是网络中的主要中间枢纽节点，且是EDSS的唯一父节点，表明EDSS方差可由严重和对照PMS组之间的差异解释。年龄是sNfL和GFAP的主要驱动因素。年龄下游的级联包括GDF15，后者通过白蛋白与严重PMS相关联，支持GDF15在炎症、营养和代谢状态交汇中的关键作用。脂质/载脂蛋白网络包含独立的LDL生物标志物和HDL生物标志物模块，LDL模块中的ApoB影响ApoE。在炎症细胞因子模块中，TNF影响IL-6和IGF-1。严重PMS状态节点是连接慢性炎症（GlycA）、HDL和LDL通路生物标志物以及通过IGF-1连接炎症细胞因子通路的父节点。

3.5 他汀类药物对生物标志物的影响

对照组中17例（32%）和严重PMS组中18例（34%）报告使用他汀类药物。如预期所料，使用他汀类药物的组在严重PMS和对照组中均具有较低的LDL通路生物标志物水平，包括TC、LDL-C和ApoB。未获得他汀类药物对HDL-C、ApoA-I、ApoA-II或ApoE影响的证据。也未发现他汀类药物使用与白蛋白、TNF、MVX、sNfL和GFAP之间的组间或组内差异。他汀类药物使用不是对照组（p?=?0.93）或严重PMS组（p?=?0.45）EDSS的显著修饰因素。

四、讨论与结论

本研究探讨了胆固醇代谢失调在PMS残疾中的作用以及代谢、炎症、营养和神经胶质生物标志物网络之间的交互作用。严重PMS组具有较低的HDL-C、ApoA-I、ApoA-II和SHDLP水平，以及较高的ApoB和ApoE水平。营养和炎症生物标志物存在差异，严重PMS队列中白蛋白较低，GlycA和TNF较高（p?<?0.001）。综合代谢组学指标（IVX、DRI、MVX）在严重PMS中更高（p?<?0.001）。TNF水平适度升高（p?=?0.016），而IL-6和IGF-1未改变。sNfL和GFAP在两组间相似。值得注意的是，GDF15这一处于代谢、炎症、应激和衰老通路交汇处的新兴生物标志物在严重PMS中更高。

调整年龄、性别和BMI后的回归分析显示，胆固醇和载脂蛋白生物标志物（TC、ApoA-II、ApoB和LDL）以及SHDLP、IVX、MVX、TNF和IL-6与残疾相关（EDSS和/或CombiWISE）。差异相关图分析揭示了严重PMS中生物标志物相互依赖关系的显著重塑。ApoE在严重PMS中与脂质和营养生物标志物的关联更强，但在对照组中与神经轴突标志物（sNfL、GFAP）的关联更强。炎症细胞因子（TNF、IL-6）在严重PMS中与载脂蛋白的关联更强。总体而言，这些发现表明严重PMS中代谢、炎症、营养和神经胶质生物标志物网络发生了显著改变。

研究人员将PMS中的代谢组学发现置于MS-STAT（NCT00647348）和MS-STAT2（NCT03387670）临床试验的背景下进行讨论。这两项试验均为随机、安慰剂对照研究，评估80mg高剂量辛伐他汀（一种阻断胆固醇合成的羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂）的效果。辛伐他汀具有高亲脂性和疏水性，可穿过BBB，比其他他汀类药物表现出更直接的中枢神经系统效应。MS-STAT（n=140，每组70例）报告辛伐他汀治疗组脑萎缩较安慰剂组减少43%。MS-STAT2（n=964）旨在确认辛伐他汀是否对残疾进展有影响，但未发现辛伐他汀治疗组残疾进展的差异。临床-放射学脱节（显著的萎缩效应与残疾进展之间的不一致）引发了关于萎缩因果关系和SPMS中残疾终点敏感性的根本问题。此外，MS-STAT结果提示可能的生物标志物-萎缩脱节，因为辛伐他汀组的NfL与安慰剂组相似。这种脱节可能源于在PMS中依赖单一、特异性选择性生物标志物（sNfL）的局限性，因为PMS中的临床结局（如残疾进展和认知）受多种通路影响。

总之，研究结果表明严重PMS中代谢、炎症、营养和神经胶质生物标志物网络发生显著改变，胆固醇代谢紊乱和慢性炎症与严重PMS中更严重的残疾密切相关。