《Safety and Health at Work》：Longitudinal Changes in Brain Age After Shift Work: Mini Literature Review and an MRI-based Case Report
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摘要
背景：以不规律工作时间为特征的轮班工作在现代社会中日益普遍，并与多种不良健康结局相关。既往研究主要关注代谢、心血管及睡眠相关效应，而关于轮班工作如何具体影响脑老化（brain aging）的认知十分有限。
方法：本纵向病例报告（longitudinal
摘要
背景：以不规律工作时间为特征的轮班工作在现代社会中日益普遍，并与多种不良健康结局相关。既往研究主要关注代谢、心血管及睡眠相关效应，而关于轮班工作如何具体影响脑老化（brain aging）的认知十分有限。
方法：本纵向病例报告（longitudinal case report）利用重复磁共振成像（MRI）测量，在两名健康医师开始轮班工作前后，考察轮班工作对基于MRI预测脑龄（predicted brain age）的影响。研究采用已验证模型brainageR、MIDIconsortium/BrainAge及ENIGMA_brainage来估计基于MRI的脑龄。
结果：基于三种模型，两名参与者在开始轮班工作后的随访中均表现出更高的预测脑龄估计值；然而，由于模型应用于相同的MRI扫描图像，这种一致性应作描述性解读。ENIGMA_brainage显示出最大的变化幅度。
结论：这些初步的、产生假设的观察结果表明，两名个体在开始轮班工作后，其随访基于MRI的预测脑龄估计值升高，但尚不能确立暴露相关的生物学效应。未来需要更大规模、设置对照组及更长随访时间的纵向研究，以确定此类变化是否反映持续性的生物学老化、短暂的结构波动，抑或测量相关的变异。
论文解读：轮班工作与基于MRI预测脑龄的纵向变化——小型文献综述与病例报告
一、研究背景与研究目的
轮班工作（shift work）以超出常规日间作息的工作时间为特征，在现代社会中日益普遍，全球约五分之一的工作者受其影响。既往研究已证实轮班工作与代谢紊乱、心血管疾病及睡眠障碍等多种不良健康结局相关，但关于其对大脑老化的具体影响，学界认知十分有限。脑龄（brain age）作为基于磁共振成像（MRI）预测的脑部年龄指标，正日益被用作客观的神经健康生物标志物。然而，轮班工作如何纵向影响脑老化进程，仍存在显著的知识空白。为此，研究人员开展了一项整合小型叙述性文献综述与纵向MRI病例观察的研究，旨在弥合流行病学证据与新兴MRI神经生物学证据之间的鸿沟，探讨轮班工作与脑老化之间的关联。
二、研究内容与主要结论
研究人员对PubMed和Embase数据库进行了系统检索，共识别130条记录，去重后剩余95篇，最终纳入39篇文献进行叙述性综合。文献综述揭示了轮班工作通过昼夜节律紊乱（circadian disruption）、睡眠碎片化（sleep fragmentation）及职业应激等途径，可能促进氧化应激、神经炎症、神经发生受损及突触可塑性下降，进而导致海马萎缩和皮层变薄等类似早期神经退行性改变的脑结构变化。在39项纳入研究中，仅有一项神经影像学研究纵向考察了轮班工作与脑结构的关系，且该研究缺乏基于MRI的脑龄指标，无法刻画个体内预测脑龄的纵向轨迹。在此背景下，研究人员对两名既往无轮班工作经验的男性医师开展了纵向病例观察，在开始轮班工作前约一个月采集基线MRI，并在开始轮班后约三个月（病例#1）和七个月（病例#2）进行随访MRI。研究采用三种公开可用的脑龄预测模型——brainageR（基于T1加权图像的高斯过程回归模型）、MIDIconsortium/BrainAge（基于T2加权图像的DenseNet深度学习模型）及ENIGMA_brainage（基于77个FreeSurfer形态学特征的岭回归模型）——分别估计两次扫描的预测脑龄，并计算绝对变化量（ΔBA、ΔBAG）及年化变化率（ΔBA/ΔCA、ΔBAG/ΔCA）。结果表明，两名参与者在开始轮班工作后，三种模型均一致显示预测脑龄升高。病例#1的ΔBA分别为0.70、1.10和1.79年，年化ΔBA分别为2.80、4.40和7.16年/年；病例#2的ΔBA分别为1.80、1.20和2.00年，年化ΔBA分别为3.10、2.07和3.45年/年。其中ENIGMA_brainage显示的变化幅度最大。此外，两名参与者在轮班工作开始后还表现出体重、收缩压和舒张压、总胆固醇、甘油三酯及肝酶指标（AST、ALT、r-GTP）的轻度生理变化。研究人员强调，这些观察仅为描述性发现，由于三种模型应用于相同的MRI扫描，其方向一致性不应被解读为独立的生物学效应验证，且部分变化幅度（尤其是ENIGMA_brainage的结果）落在已发表的测量误差范围内，需谨慎解读。
三、主要关键技术方法
本研究采用三种公开可用的MRI脑龄预测模型：brainageR（基于3,377名健康个体的T1加权图像训练，并在857名个体上验证）、MIDIconsortium/BrainAge（基于英国医院超过23,000张T2加权MRI图像训练）及ENIGMA_brainage（基于77个FreeSurfer特征分别针对男性和女性训练）。MRI数据采集自区域代表性三级医院的临床3T扫描仪（Siemens Magnetom Prisma），使用三维T1加权MPRAGE和T2加权SPACE序列。Dicom文件通过dcm2niix转换为NIfTI格式，FreeSurfer 7.4.1用于图像分析。所有分析在Ubuntu 22.04环境中进行，并参照各模型实现所指定的包版本和MRI序列以确保一致性。样本来源于一项2023年区域代表性三级医院的研究，其中151名参与者中两名医师自愿在轮班前后接受重复MRI扫描。
四、研究结果
Mini Review: Shift Work and Brain Aging（小型综述：轮班工作与脑老化）
文献综述表明，轮班工作与认知功能下降、记忆功能减退及MRI可测量的脑结构改变相关。昼夜节律紊乱被认为是驱动轮班工作者脑老化加速的核心生物学机制，反复的内部生物钟与外部光照-黑暗周期错位会改变视交叉上核信号，导致睡眠-觉醒周期、激素分泌及神经元代谢失调。慢性昼夜节律错位升高氧化应激和神经炎症，损害神经发生和突触可塑性，累积的睡眠碎片化和糖皮质激素升高可能进一步促进海马萎缩和皮层变薄。然而，现有数据多为横断面研究，依赖自我报告的工作时间表或短期暴露窗口，因果推断受限，且不同脑龄算法间的异质性使结果比较复杂化。
Case report（病例报告）
两名无既往轮班工作经验的男性医师在开始轮班工作后，三种脑龄预测模型均显示预测脑龄升高。病例#1的平均预测脑龄从31.88（SD 8.76）岁增至33.08（SD 8.80）岁，平均年化ΔBA为4.79（SD 2.21）年/年；病例#2的平均预测脑龄从26.87（SD 9.93）岁增至28.53（SD 9.66）岁，平均年化ΔBA为2.87（SD 0.72）年/年。与已发表的测试-重测基准相比，brainageR在病例#1中的0.70年变化小于其MAD（1.27年），而病例#2的1.80年变化大于该基准；ENIGMA_brainage在两名参与者中的变化（1.79和2.00年）均远小于其MAD（6.05年）。研究人员强调，MAD仅为描述性测量，不能作为判断真实生物学变化的统计阈值。
五、讨论与结论
讨论部分指出，观察到的预测脑龄升高可能反映短暂、可逆的结构改变而非永久性神经退行。既往证据表明，总睡眠剥夺可使健康年轻成年人的脑龄增加1-2年，且在恢复睡眠后完全逆转。本研究中两名参与者同时出现的代谢和生理变化（体重、血压、血脂及肝酶升高）与急性代谢和生理应激反应一致，可能独立或协同地影响脑形态测量。研究人员强调，由于三种模型基于相同的MRI扫描，其方向一致性不应视为独立的生物学验证；且脑龄模型主要开发和验证用于横断面年龄预测，而非检测数月间隔内的细微个体内变化。研究存在样本量极小、缺乏对照组、随访期短、未控制混杂因素等固有局限。结论指出，这些初步的、产生假设的观察结果表明轮班工作可能与预测脑龄升高相关，但尚不能确立加速生物学脑老化的因果关系。未来需要更大规模、设置对照组、纳入昼夜节律指标、客观睡眠监测、应激生物标志物及轮班停止后恢复评估的纵向研究，以确定脑龄变化是否反映持续性的生物学老化、短暂的结构波动，抑或测量相关的变异，从而为24小时社会中的职业脑健康保护提供科学依据。
