通过电化学微分析方法检测循环中的偏头痛相关生物标志物，以实现早期临床诊断

《Microchemical Journal》：Electrochemical microanalytical detection of circulating migraine-associated biomarkers for early clinical diagnosis

　　

杨慧芳|李旭|梁东|陶守军

中国杭州西湖大学医学院附属杭州第一人民医院，杭州310000

摘要

偏头痛是一种常见的神经系统疾病，对全球患者造成严重的影响；然而，由于缺乏快速的生物标志物检测技术，临床上的早期诊断一直未能取得成功。外周血液中的偏头痛病理生理学生物标志物——降钙素基因相关肽（CGRP）的水平可能作为预测指标。本研究属于传感器与感知领域的一项更大规模的生物传感研究，旨在快速准确地识别血液中的偏头痛生物标志物。在258名参与者中，有183人被医生诊断为偏头痛。研究使用了一种微型化的电化学生物传感器，该传感器具有微分析传感接口，从而减少了血液样本的处理和评估工作。传感器表面的功能化电极提高了灵敏度和稳定性，并采用了信号放大技术。通过接收者操作特征（ROC）分析，确定CGRP的最佳诊断临界值为40.0 pg/mL。我们使用皮尔逊相关性分析（IBM SPSS版本26.0）研究了CGRP水平与临床严重程度之间的关系。根据这一临界值，将参与者分为三组：CGRP水平低组（n=70）、中等组（n=56）和高组（n=57）。在偏头痛患者中，CGRP水平与发作频率（r=0.71）、疼痛强度（r=0.68）和病程持续时间（r=0.65；p<0.001）之间存在强烈的正相关。高CGRP组中出现了更频繁的严重颅周疼痛。鉴于这些因素，所提出的方法可以提供快速、便携且廉价的即时检测手段，实现偏头痛的早期诊断和个性化监测。

引言

偏头痛的特点是反复发作、难以预测且有时非常严重的头痛，同时伴有广泛的神经生理表现。它是全球主要的致残性疾病之一，对经济和人类健康有着深远的影响。作为导致残疾的主要原因之一，偏头痛还常与其他疾病（如焦虑和抑郁）共存，从而加重了其危害[1]，[2]。当偏头痛与其他精神疾病合并时，其社会影响更加严重，这表明该疾病本身具有复杂性[3]。偏头痛的治疗包括急性治疗和预防措施。随着针对CGRP的药物的出现，CGRP作为偏头痛诱因的重要性日益凸显。CGRP作为一种具有临床相关性的生物标志物，有助于实现疾病的客观诊断和监测[4]，[5]。在偏头痛的发病机制中，CGRP参与了血管扩张、三叉神经血管信号传导和神经源性炎症的过程。此外，外源性给予CGRP能够诱发偏头痛，进一步证明了其在偏头痛发病中的因果作用。年龄和性别是影响循环CGRP水平的两个重要因素[6]，[7]，[8]。CGRP类阿片物质通过激活相关神经回路，改善了炎症性和神经病理性疼痛的感知[9]。过去CGRP研究的多样性和普遍性不足，主要是由于单中心设计所致。由于各种生物标志物之间的比较不足以及缺乏纵向研究，诊断验证效果不佳[10]，[11]，[12]。

为了解决这些问题，研究人员开发了一种灵敏且快速的电化学微分析系统，用于检测循环中的生物标志物，特别是降钙素基因相关肽，以便在临床早期阶段诊断偏头痛。在传感器与感知部分介绍的微型化生物传感器可用于测量外周血液中的生物标志物浓度，为患者分类提供便捷的诊断依据。该项目的目标还包括提高临床判断能力和实现偏头痛的个性化治疗，以及实现实时决策和即时检测。研究的主要成果如下：

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研究表明，使用稳定、响应迅速且灵敏的电化学生物传感器可以更可靠、更准确地实时检测偏头痛生物标志物；根据传感器与感知领域的研究，这种生物传感器也可用于临床分析。

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为了便于对偏头痛的严重程度进行临床评估，采用了40.0 pg/mL的降钙素基因相关肽临界值，将患者分为低、中、高三个生物参数组。

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低成本即时检测系统能够早期识别、监测和治疗偏头痛，减少了对复杂实验室设备的需求。

本文结构如下：第1节介绍偏头痛、CGRP及研究目标；第2节回顾了生物标志物检测技术及其局限性；第3节涵盖了临床样本采集、生物传感器设计、电化学检测和统计分析；第4节讨论了实验结果、传感器性能、诊断评估和临床相关性；第5节探讨了临床意义、研究局限性和未来研究方向；第6节总结了全文。

章节摘录

文献综述

本研究调查了153名偏头痛患者及其血清样本和HIT-6评分，通过逻辑回归分析探讨了CGRP预测卵圆孔未闭（PFO）的存在情况[13]。CGRP和HIT-6评分存在显著差异，CGRP是独立的危险因素（OR=1.698），预测价值较高（AUC=0.845）。由于这是一项样本量有限的观察性研究，因此无法得出因果关系的结论。后续进行了前瞻性血浆分析。

材料与方法

电化学微分析方法为偏头痛相关生物标志物的电化学检测提供了系统框架。通过临床样本采集、生物传感器设计、电化学传感（属于传感器与感知领域）和统计验证，实现了快速准确的生物标志物评估。其中CGRP是偏头痛研究中的关键生物标志物。这些技术应用于即时检测、实时监测和初步临床诊断等领域。

结果

研究结果表明，电化学微分析技术适用于测量和检测偏头痛患者的循环CGRP水平。偏头痛患者的CGRP水平远高于健康对照组，且这些水平与发作频率、先兆出现、颅周疼痛及临床严重程度密切相关。在传感器与感知部分提到的生物传感器在快速、现场检测方面显示出了良好的效果。

结论

所提出的电化学微分析方法能够快速、灵敏且准确地检测循环中的CGRP，基于电化学分析技术。该平台的传感器和传感技术具有快速响应时间（小于两分钟）、线性检测范围（5至100 pg/mL）和高检测限（4.0 pg/mL）。偏头痛患者与健康对照组之间的CGRP水平存在显著差异。

作者贡献声明

杨慧芳：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目监督。李旭：数据整理、概念构思。梁东：方法设计、实验研究。陶守军：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件开发、资源协调。

资金支持

本研究未获得任何资金支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。