《Chronic Diseases and Translational Medicine》：Prefrontal Planning Latency Associated With Age and Serological Evidence of Microbial Exposure
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背景：已有假说认为，某些以额叶执行功能障碍为特征的认知障碍疾病（如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD），一种涉及淀粉样蛋白-β（amyloid-β）和tau蛋白的神经退行性构象性蛋白病），可能与既往感染源暴露有关。本研究旨在检验微生物暴
背景：已有假说认为，某些以额叶执行功能障碍为特征的认知障碍疾病（如阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD），一种涉及淀粉样蛋白-β（amyloid-β）和tau蛋白的神经退行性构象性蛋白病），可能与既往感染源暴露有关。本研究旨在检验微生物暴露的血清学标志物与人类额叶活动相关的假说。
方法：本横断面研究测量了53名成年参与者的执行规划潜伏期。采集每名参与者的静脉血样本，并以盲法方式进行细菌和病毒暴露的血清学标志物检测。
结果：广义线性模型（广义线性模型（generalized linear model，GLM），似然比χ2=27.76，自由度（df）=5，p=0.0001）包含五个具有统计学显著性的自变量。其中，年龄（|t|=4.360，p=0.0001）、伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）淋巴细胞功能相关抗原-1（lymphocyte function-associated antigen-1，LFA-1）（|t|=3.260，p=0.002）以及查菲埃立克体（Ehrlichia chaffeensis）和嗜吞噬无形体（Anaplasma phagocytophilum）检测（|t|=3.138，p=0.003）具有高度显著性。
结论：本研究支持以下假说：以前额叶皮层规划潜伏期为指标的额叶执行功能，与多种细菌属（尤其是疏螺旋体属（Borrelia）和埃立克体属（Ehrlichia）/无形体属（Anaplasma））暴露的血清学证据以及年龄相关。
论文解读
一、研究背景与目的
额叶执行功能是人类高级认知功能的核心组成部分，涉及目标导向行为的组织与规划能力。Norman和Shallice于1980年提出了高级大脑信息处理的详细模型，该模型描述了信息从感知系统经触发数据库传递至图式控制单元，最终到达效应系统的过程。在这一模型中，非常规选择需要被称为监督性注意系统（supervisory attentional system）的机制参与，而这一规划功能可通过前瞻性谜题（look-ahead puzzles）的问题解决形式进行评估，如汉诺塔（Tower of Hanoi）、伦敦塔（Tower of London）和多伦多塔（Tower of Toronto）任务，以及剑桥自动化神经心理测试组合（Cambridge Automated Neuropsychological Test Battery，CANTAB）中的剑桥袜子任务（Stockings of Cambridge task）。这类任务包含规划成分和空间加工成分，前者以规划潜伏期（即从目标排列呈现到首次移动的时间间隔）为指标。已有研究表明，额叶病变患者表现出更长的规划潜伏期，额叶痴呆患者也呈现潜伏期延长的趋势。
近年来，感染性疾病在某些神经精神疾病中的病因学作用受到关注。在COVID-19大流行期间，急性谵妄和其他神经精神症状在感染者中频繁报道，严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染与可能累及额叶的神经炎症并发症相关。此外，梅毒螺旋体（Treponema pallidum）可穿越血脑屏障引起神经梅毒。Bransfield等人指出，微生物对心理功能的影响远大于传统认识，多种感染源具有潜在的精神病学表现，包括疏螺旋体属（Borrelia）成员（与密螺旋体属（Treponema）同属螺旋体）、非螺旋体细菌如衣原体属（Chlamydia）、埃立克体属（Ehrlichia）和肺炎支原体（Mycoplasma pneumoniae），以及某些病毒。本研究旨在检验这些微生物暴露的血清学标志物与人类额叶活动相关的假说。
二、研究设计与方法
本研究为横断面研究，纳入53名成年受试者（年龄≥18岁），包括27名符合修订版美国风湿病学会纤维肌痛标准的患者和26名年龄、性别匹配的健康志愿者。所有受试者均未服用已知与执行规划潜伏期变化相关的药物或营养补充剂。研究经CPUREC研究伦理委员会批准（批准号：001/18）。
执行规划潜伏期通过CANTAB中的一键式剑桥袜子任务（one-touch Stockings of Cambridge task）测量，使用支持触摸屏的iPad进行。规划潜伏期定义为所有首次反应正确的试验中的中位潜伏期，即袜子中球首次出现到首次选择之间的时间间隔。
在规划潜伏期测量后1小时内采集静脉血，进行细菌和病毒感染的血清学检测。细菌检测包括：伯氏疏螺旋体B31参考株全抗原（酶联免疫斑点检测（enzyme-linked immunosorbent spot assay，ELISpot））、伯氏疏螺旋体外表面蛋白（outer surface protein，Osp）肽混合物（ELISpot）、伯氏疏螺旋体淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）（ELISpot）、肺炎衣原体（Chlamydia pneumoniae）免疫球蛋白A（IgA）和免疫球蛋白G（IgG）（酶联免疫吸附检测（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA））、沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis）IgA和IgG（ELISA）、肺炎支原体IgA和IgG（ELISA）、耶尔森菌属（Yersinia）IgA和IgG（ELISA）、查菲埃立克体和嗜吞噬无形体（ELISpot）。病毒检测包括：柯萨奇病毒A7 IgA和IgG（免疫荧光）、柯萨奇病毒B1 IgA和IgG（免疫荧光）、埃可病毒IgA和IgG（免疫荧光）。
统计分析采用广义线性模型，以执行规划潜伏期为因变量，采用α=0.05的向后选择法。由于数值值域实际为(0, ∞)，对伽马族使用自然对数作为连接函数。性别和组别作为自变量进入模型，年龄作为协变量直接进入，ELISpot和ELISA结果同样直接进入。免疫荧光检测结果以倒数变换数据进入，与相应病毒IgA和IgG检测结果呈正单调关系。使用卡方检验比较最终模型与零模型。使用标准化残差>3进行逐例诊断检验，并使用偏差和皮尔逊拟合优度检验评估拟合充分性。
三、研究结果
队列由53名受试者组成，其中2名为男性，平均年龄（标准误）为48.9（1.5）岁。所有受试者均为同一族裔，即白人高加索人。平均执行规划潜伏期为11,328（562）毫秒。
纤维肌痛患者的平均规划潜伏期（11,985（915）毫秒）与对照组（10,424（671）毫秒；p=0.17）无显著差异。在校正年龄和感染标志物的多变量广义线性模型中，这一差异仍不显著，提示观察到的潜伏期延长更好地由年龄和微生物暴露标志物解释，而非纤维肌痛诊断。
广义线性模型高度显著（χ2=27.76，df=5，p=0.0001）。最终模型相对于饱和模型的拟合优度极佳（偏差D=3.781，df=47，p=1；基于皮尔逊残差的皮尔逊拟合优度统计量=3.734，df=47，p=1）。未发现影响性病例（标准化残差>3）。
在整个队列中观察到年龄与规划潜伏期之间存在显著正相关（Spearman秩相关系数r?=0.394，p=0.003）。按组分层时，对照组（r?=0.368，p=0.059）和纤维肌痛患者组（r?=0.410，p=0.034）均保持正相关。
探索性事后分析显示，查菲埃立克体/嗜吞噬无形体检测结果与伯氏疏螺旋体检测结果之间存在显著正相关（r?=0.433，p=0.001）。
最终模型包含五个具有统计学显著性的自变量（连同截距）。其中，年龄、伯氏疏螺旋体LFA-1以及查菲埃立克体和嗜吞噬无形体检测最为显著。具体系数为：年龄（回归系数β=0.0155850，标准误=0.0035747，|t|=4.3598746，p=0.0000704，95%置信区间：0.0086395至0.0225268）、伯氏疏螺旋体LFA-1（β=0.1237321，标准误=0.0379555，|t|=3.2599250，p=0.0020760，95%置信区间：0.0509069至0.1980777）、查菲埃立克体和嗜吞噬无形体（β=?0.1201517，标准误=0.0382948，|t|=3.1375477，p=0.0029393，95%置信区间：?0.1915913至?0.0467751）、肺炎支原体IgA（β=0.1815919，标准误=0.0817634，|t|=2.2209434，p=0.0312108，95%置信区间：0.0300410至0.3405268）、肺炎衣原体IgG（β=?0.1130832，标准误=0.0543394，|t|=2.0810521，p=0.0429033，95%置信区间：?0.2236863至?0.0022612）。
四、讨论与结论
本研究支持以下假说：以前额叶皮层规划潜伏期为指标的额叶执行功能，与疏螺旋体属（Borrelia）、埃立克体属（Ehrlichia）/无形体属（Anaplasma）、支原体属（Mycoplasma）和衣原体属（Chlamydia）细菌暴露的血清学证据以及年龄相关。
关于年龄关联，本研究的发现与灵长类前额叶皮层突触衰老的研究一致。例如，恒河猴大脑46区发生突触丢失，该区域对应于背外侧前额叶皮层，与伦敦塔等前瞻性谜题中的规划表现相关。前额叶皮层规划潜伏期与衰老之间的交互作用可能解释了为何AD研究往往未显示潜伏期显著增加，但纳入年轻对照组后即可揭示潜伏期延长。
需要强调的是，本研究结果展示的是关联而非因果。慢性细菌暴露导致认知衰老和痴呆风险的假说仍属推测，需要纵向验证。已有多种机制被提出将外周感染与额叶功能障碍联系起来：全身性炎症可触发血脑屏障通透性改变，允许细胞因子和潜在微生物产物进入中枢神经系统实质；外周免疫激活可能诱导小胶质细胞预激活，导致对后续挑战的过度神经炎症反应；某些病原体可能直接侵入神经组织或产生分子模拟物，触发针对神经元蛋白的自身免疫反应。然而，反向因果（如年龄相关免疫衰老增加感染易感性）、未测量的混杂因素或小样本量引起的人为关联等替代解释无法排除。因此，本研究结果应被视为支持进一步研究的初步证据，而非感染病因学导致认知衰退的最终证明。
本研究首次记录了前额叶皮层规划潜伏期与伯氏疏螺旋体暴露血清学证据之间的强关联。这与多项将额叶疾病与莱姆病相关联的研究一致。Waniek等人于1995年报告了一例与进行性额叶型痴呆相关的致命性莱姆病病例。Blanc等人描述了20例痴呆且脑脊液抗疏螺旋体抗体阳性的患者队列，其中4例（20%）出现进行性痴呆恶化，最终诊断为AD。MacDonald和Miranda于1987年报告在死于AD的患者尸检脑组织中直接观察到疏螺旋体。Miklossy于1993年报告在14例AD病例的尸检脑组织、血液和脑脊液中发现螺旋体，而13例年龄匹配的对照组中均未发现，这些螺旋体被鉴定为狭义伯氏疏螺旋体。Miklossy团队进一步证明，哺乳动物神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞体外暴露于伯氏疏螺旋体2至8周，出现与AD斑块相似的形态结构，并具有相似的β-淀粉样蛋白免疫反应性。
关于查菲埃立克体和嗜吞噬无形体血清学反应性的负系数，可能归因于该反应性与伯氏疏螺旋体暴露之间的关系。事后分析显示两者之间存在高度显著的正相关（r?=0.433，p=0.001）。
模型中最后两个显著的预测变量是肺炎支原体IgA和肺炎衣原体IgG水平。虽然肺炎支原体暴露尚未被特别关联至额叶功能障碍，但此类感染已在长新冠患者中被注意到。肺炎衣原体IgG系数为负，表面上看似乎与北曼哈顿研究中感染负担指数（包括肺炎衣原体IgG）与认知表现下降相关的发现相矛盾，但与Roberts等人较新的研究一致，该研究显示肺炎衣原体暴露与执行功能受损无关，而与语言测试表现受损相关。
关于伯氏疏螺旋体的两个启示值得探讨。第一，作为人畜共患病原体，伯氏疏螺旋体在其地方性动物流行周期中维持于哺乳动物宿主中。宿主前额叶皮层规划潜伏期的增加可能与节肢动物媒介（包括新孵化的幼虫）附着哺乳动物并通过血餐获取伯氏疏螺旋体的可能性增加有关。第二，如果额叶型痴呆和AD与既往伯氏疏螺旋体暴露或持续感染相关，抗生素治疗可能具有治疗价值。Waniek等人的病例报告中，抗生素治疗与进行性额叶痴呆的暂时改善相关，停药后复发。Blanc等人的研究中，接受头孢曲松治疗的7例患者痴呆保持稳定或轻度改善。然而，本研究未提供治疗有效性的证据，这些发现应严格视为假说生成性的。
本研究存在若干局限性。样本量相对较小，但最终GLM表现出稳健的稳定性，多重共线性诊断显示方差膨胀因子可忽略不计（范围：1.06–1.61），未检测到有影响的离群值。病毒检测面板相对有限，仅包括柯萨奇病毒A7、柯萨奇病毒B1和埃可病毒，未评估单纯疱疹病毒1型和2型、巨细胞病毒和EB病毒等其他常见病毒。研究为横断面设计，无法排除潜伏期变化先于感染的可能性（尽管这在生物学上不太可能）。队列来自单一临床中心，所有受试者为单一族裔（白人高加索人），限制了研究结果向其他环境或人群的推广性。
结论：本研究支持前额叶皮层规划潜伏期（作为额叶执行功能的指标）与多种细菌属（特别是疏螺旋体属和埃立克体属/无形体属）暴露的血清学证据以及年龄相关的假说。这些发现提示特定病原体暴露的血清学证据与执行功能障碍之间存在潜在联系，值得进一步研究微生物暴露在认知衰老和神经退行性风险中的作用。
