慢性疼痛患者免疫生物标志物关联的探索性横断面研究

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：An explorative cross-sectional study on the association between immunological biomarkers in patients with chronic pain

　　

摘要

背景：研究表明疼痛感知与炎症反应之间存在关联。然而，炎症细胞因子在调节疼痛与疼痛相关共存症状（如疲劳）之间相互作用中的表达情况仍 largely unknown。目的：本研究采用炎症生物标志物综合筛查方法，客观研究其与疲劳及其他患者报告结局（如抑郁和睡眠障碍）的关系，研究对象为慢性疼痛患者队列及无疼痛对照者。材料与方法：纳入36例慢性疼痛患者和36例健康无痛对照者。为探究患者与对照者之间可能存在的差异，使用QUICKPLEX SQ 120平台及71种促炎和抗炎蛋白 panel（蛋白质组合检测 panel）。同时收集覆盖疲劳、疲劳易感性、情绪和睡眠等方面的患者报告数据。结果：患者与对照者之间未发现炎症物质丰度的明显差异。同样，炎症生物标志物水平与客观测量的认知疲劳易感性表现之间亦无关联。然而，以免疫反应为决定因素的探索性多变量主成分分析（PCA）揭示了五个特异性聚类：两个对照者聚类和三个患者聚类。其中一个患者聚类（cluster 3）的炎症物质浓度整体低于其他聚类。该聚类报告了更高水平的总体疲劳（特质疲劳）和状态疲劳，以及更高比例的痛苦部位数量、感知无助感、失眠、抑郁症状和焦虑。结论：本研究强调了疼痛感知的复杂性及其与炎症反应的相互作用，以及疲劳和其他共存症状的个体化体验。研究人员认为，慢性疼痛患者并非同质群体，简单的患者-对照比较可能不足以阐明所涉及的潜在炎症过程。研究结果表明，报告更高水平疲劳、睡眠障碍和抑郁症状的慢性疼痛患者可能表现出与组织修复机制相关的炎症反应蛋白。研究人员推测，这种模式可能提示一种更多由中枢疼痛机制驱动的反应。

慢性疼痛免疫生物标志物关联的探索性横断面研究：论文解读

**一、研究背景与问题**

疼痛是医疗保健中最常见的就诊原因之一，持续超过三个月的疼痛被归类为慢性疼痛(chronic pain)。慢性疼痛的病理机制涉及中枢神经系统(CNS)内下行与上行通路的失衡，导致神经元可塑性改变，进而增加疼痛敏感性，并提高抑郁、焦虑和疲劳的风险。慢性低度炎症被认为在慢性疼痛的维持中发挥作用，既往研究在神经病理性疼痛和广泛性慢性疼痛患者中报告了炎症生物标志物水平的升高。然而，与急性炎症反应不同，全身性慢性炎症(systemic chronic inflammation)呈低度持续性特征，多种急性炎症的既定生物标志物在此状态下可能无法检出或仅痕量检出。虽然群体水平上慢性疼痛患者与健康对照者存在炎症生物标志物水平的差异，但个体水平上这些数值仍处于健康参考范围内。睡眠障碍是慢性疼痛的常见伴随表现，既是疲劳的重要促成因素，也是抑郁的核心特征之一，睡眠剥夺可增强疼痛敏感性。神经生物学证据提示下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴失调、单胺能神经传递改变和昼夜节律紊乱构成共享通路，而促炎细胞因子可改变神经递质代谢和小胶质细胞激活，驱动快感缺失、痛觉过敏和疲劳等症状。然而，炎症细胞因子在调节疼痛、精神疲劳与睡眠之间相互作用中的表达情况仍 largely unknown。这一认知缺口限制了对为何某些个体发展出更显著且持续症状的理解，因此需要采用探索性方法进行研究。

**二、研究开展的内容**

本研究为一项探索性横断面研究，是更大规模临床试验(NCT05452915)的子研究，经瑞典伦理审查局批准。研究对象为2020年9月至2021年9月期间转诊至瑞典于默奥大学医院疼痛中心或丹德吕德大学医院康复医学科的36例慢性疼痛患者，以及按群体水平年龄和教育程度匹配的36例健康无痛对照者。主要诊断包括：关节过度活动综合征(M35.7，n=24)，纤维肌痛(M79.7，n=16)，埃勒斯-当洛斯综合征(Q79.6，n=19)，其他慢性疼痛(R52.2C，n=15)，未特指疼痛(R52.9，n=19)。排除标准包括创伤性脑损伤、其他神经系统疾病、严重精神问题或物质滥用、进行性疾病、强镇静药物使用及妊娠等。患者组与对照组的性别分布存在差异，患者组全部为女性，对照组女性占91.67%。

**三、关键研究方法**

本研究采用的主要技术方法包括：1) 使用MESO QUICKPLEX SQ 120平台及U-PLEX 71种促炎和抗炎蛋白panel对空腹静脉血血浆样本进行多重免疫分析，该抗体检测法提供蛋白质绝对浓度(pg/ml)；2) 采用多维疲劳量表(MFI-20)测量特质疲劳，视觉模拟量表(VAS)测量状态疲劳，韦氏成人智力量表-III(WAIS-III)数字符号编码测试测量认知疲劳易感性(CF)；3) 运用多变量数据分析(MVDA)，包括主成分分析(PCA)检测离群值和相关性模式、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)确定组间差异、层次聚类分析(HCA)识别亚组；4) 通过独立样本t检验比较患者与对照组的差异，单因素方差分析(ANOVA)比较各聚类间的临床变量差异；5) 使用蛋白相互作用网络分析(STRING)分析差异蛋白参与的生物学过程。

**四、研究结果**

**4.1 认知疲劳易感性与患者报告数据**

患者组在神经心理学评估前(t(70)=-6.808,p<0.001)和评估后(t(70)=-7.632,p<0.001)的自评状态疲劳水平均显著高于对照组。然而，客观测量的认知疲劳易感性在患者与对照者之间无显著差异(t(70)=0.816, p=0.417)。患者组在所有MFI-20分量表上的特质疲劳评分均显著升高(所有p<0.001)，焦虑、抑郁和睡眠障碍评分亦显著高于对照组。

**4.2 患者与对照者的炎症蛋白差异**

通过PCA对71种细胞因子/趋化因子的血浆浓度进行分析，检测到一个患者离群值并将之排除。OPLS-DA分析未产生显著模型，表明所分析的炎症蛋白无法在整体水平区分患者与对照者。

**4.3 基于炎症蛋白的聚类分析**

对排除离群值后的数据进行HCA分析，检测到五个聚类：两个对照者聚类(cluster 1和2，分别含24例和12例)和三个患者聚类(cluster 3、4、5，分别含14例、7例和11例)，模型验证显著(两主成分，CV-ANOVA p=0.004，R2=0.2，Q2=0.1)。对照者两聚类间存在25种蛋白的差异表达(variable importance in projection (VIP)>1.0，绝对p(corr)>0.4)，且全部在cluster 2中显著上调。患者三聚类间基于26种蛋白(VIP>1.0，绝对p(corr)>0.5)实现分离。

**4.4 患者聚类与健康对照者聚类间的炎症蛋白差异**

OPLS-DA分析显示，cluster 1与三个患者聚类之间均存在显著差异。而cluster 2仅与cluster 3之间存在显著OPLS-DA模型。与其他聚类相比，cluster 3的炎症物质浓度整体较低，但例外的是促红细胞生成素(EPO)、白介素-1受体拮抗剂(IL1RA)、巨噬细胞源性趋化因子(MDC)和巨噬细胞炎症蛋白-1β(MIP-1β)在cluster 3中相对于cluster 1对照者呈现升高。

**4.5 cluster 3显著蛋白的通路分析**

蛋白互作网络分析(STRING数据库)显示，cluster 3中显著蛋白高度互联(蛋白互作富集p值<1.0e-16)，提示这些蛋白具有生物学连接。鉴定的生物学过程包括：巨噬细胞激活的调节、巨噬细胞激活、炎症反应、防御反应和免疫系统过程。

**4.6 生物标志物聚类与认知疲劳易感性和患者报告数据的关联**

单因素ANOVA显示各聚类间的认知疲劳易感性无显著差异(p=0.749)，表明炎症生物标志物水平对认知疲劳易感性无显著影响。但聚类间在MFI-20总体疲劳评分(F(4,66)=59.19, p<0.001)、评估前后的状态疲劳评分(分别为F(4,66)=16.47, p<0.001和F(4,66)=18.85, p<0.001)方面存在显著差异。患者聚类间在疼痛定位数量(F(2,29)=3.46, p=0.045)和感知无助感(F(2,29)=3.42, p=0.046)方面存在显著差异。失眠(F(4,62)=29.94, p<0.001)、抑郁症状(F(4,63)=37.73, p<0.001)和焦虑(F(4,63)=11.51, p<0.001)在各聚类间亦存在显著差异。事后分析显示，cluster 3报告的疼痛定位数量显著高于cluster 4(p=0.039)和cluster 5(p=0.035)，感知无助感显著高于cluster 4(p=0.016)，失眠评分显著高于除cluster 5外的其他所有聚类(p<0.001)。用药评估显示各组间SSRI、NSAID和TCA使用分布相对均衡。

**五、讨论与结论**

本研究结果表明慢性疼痛患者与对照者作为两个独立群体在炎症物质丰度上无显著差异，但探索性多变量分析揭示了五个不同的免疫聚类，提示慢性疼痛患者并非同质群体。尤为值得关注的是，报告更高水平疲劳、睡眠障碍和抑郁症状的cluster 3患者反而呈现整体较低的炎症物质浓度，但其中EPO、IL1RA、MDC和MIP-1β升高。EPO可促进神经元修复和生长，IL-8和巨噬细胞相关趋化因子则提示组织修复机制可能正在启动而非单纯的促炎过程。研究结果提示，特定慢性疼痛患者亚群的疼痛机制可能更多由中枢机制驱动，而非外周炎症反应主导。本研究的局限性包括样本量较小、患者群体主要为年轻女性、对照组并非在炎症标志物丰度方面完全同质，以及缺乏吸烟、饮食和月经周期等可能影响炎症生物标志物的数据。

结论：本研究识别了慢性疼痛患者和对照者的不同聚类，可视化呈现了患者群体的复杂性。结果表明慢性疼痛患者构成异质性群体，炎症生物标志物水平无法可靠地将其与健康对照者区分。相反，研究结果提示慢性疼痛人群内存在不同的亚组，其特征表现为自评疲劳、睡眠障碍和抑郁与生物标志物水平之间关联模式的不同。然而，指示进行中修复机制的特定生物标志物与自评疲劳及多种其他症状之间存在关联。这凸显了疼痛感知及其与炎症反应和个体症状体验之间联系的复杂性。