中老年膝关节骨关节炎疼痛表型中IGF-1和IGF-2的血浆水平与外周DNA甲基化

《Neurobiology of Pain》：Plasma levels and peripheral DNA methylation of IGF-1 and IGF-2 across knee osteoarthritis pain phenotypes in middle-aged and older adults

　　

研究人员在中老年人群中评估了胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和胰岛素样生长因子-2（IGF-2）的血浆水平及其外周血DNA甲基化与膝关节骨关节炎（OA）疼痛表型的关系。研究共纳入158名45至85岁成人，根据疼痛影响和放射学OA（ROA）严重程度分为五个表型。结果显示，血浆IGF-1和IGF-2水平以性别依赖方式与ROA疼痛表型相关。早期ROA且低影响疼痛的女性血浆IGF-1水平显著高于男性；男性中，高影响疼痛且早期ROA者血浆IGF-2水平较低。平均IGF1和IGF2甲基化水平与这些表型的关联有限，且无CpG位点通过多重检验校正。血浆IGF-2与ROA疼痛表型的关联较IGF-1更强。这些发现提示内分泌和性别相关生物学因素在OA相关疼痛中具有重要作用。

## 论文解读：中老年人膝骨关节炎疼痛表型中IGF-1/IGF-2血浆水平与外周DNA甲基化的性别依赖性关联

骨关节炎（osteoarthritis, OA）是慢性关节疼痛和残疾的主要原因，尤其在膝关节。OA被视为一种衰老相关疾病，其病理过程涉及炎症信号、线粒体功能障碍以及关节组织和感觉通路中的表观遗传改变。DNA甲基化作为关键表观遗传调控机制，通过影响软骨细胞功能、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）重塑和炎症通路，参与软骨退变和疼痛信号调制。胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor, IGF）信号是关节稳态的重要调节因子，IGF-1在衰老过程中水平下降，可促进胶原和ECM合成、支持软骨细胞存活并抑制细胞因子介导的分解代谢；IGF-2则受基因组印记调控，在实验性OA中能防止骨赘形成和软骨下骨硬化，并维持软骨完整性。然而，IGF信号、表观遗传调控与人类膝OA疼痛严重程度的关系尚不明确。因此，该研究发表于《Neurobiology of Pain》，旨在检查中老年人中血浆IGF-1和IGF-2水平及其外周血DNA甲基化与放射学OA（radiographic OA, ROA）疼痛表型的关联，并关注性别作为效应修饰因子。

研究人员开展了一项横断面分析，数据来自佛罗里达大学（University of Florida, UF）和阿拉巴马大学伯明翰分校（University of Alabama at Birmingham, UAB）社区招募的45至85岁成人，共158名参与者。通过临床和社区策略招募，排除类风湿性疾病、膝关节手术史、严重心血管疾病等。参与者接受膝关节X线检查，采用Kellgren-Lawrence（KL）分级评估ROA严重程度；使用分级慢性疼痛量表（Graded Chronic Pain Scale, GCPS）评估疼痛影响，并结合疼痛影响与KL分级聚类出五个表型：无痛/无ROA（cluster 1）、疼痛/无ROA（cluster 2）、疼痛/晚期ROA（cluster 3）、高影响疼痛/早期ROA（cluster 4）、低影响疼痛/早期ROA（cluster 5）。血浆IGF-1和IGF-2浓度采用Luminex技术检测；外周血白细胞层DNA经亚硫酸氢盐转换后进行Illumina EPIC芯片甲基化分析，使用limma包进行差异甲基化分析，并应用Benjamini-Hochberg错误发现率（false discovery rate, FDR）校正。研究人员还查询了人类背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）细胞图谱中IGF配体及其受体的表达。统计模型调整了年龄、性别、种族、体重指数（body mass index, BMI）和研究中心。

研究结果分为五个部分。第一，疼痛影响和ROA严重程度与循环IGF因子的关系：单因素方差分析显示，KL分级单独与血浆IGF-1水平显著相关（F(1,155)=7.74, p=0.006），但与血浆IGF-2无显著关联；KL分级还与IGF1甲基化水平显著相关（F(1,155)=9.83, p=0.0021），但疼痛影响单独与IGF2甲基化无关。第二，血浆IGF-1和IGF-2水平与ROA疼痛表型的关联：调整协变量后，ROA疼痛表型与血浆IGF-1水平显著相关（p=0.038），事后比较发现低影响疼痛/早期ROA表型中女性IGF-1水平显著高于男性；血浆IGF-2方面，无痛/无ROA组男性IGF-2水平显著高于女性，且无痛/无ROA组及疼痛/无ROA组男性的IGF-2水平均显著高于高影响疼痛/早期ROA组男性，表明IGF-2与高影响疼痛和早期ROA的关联具有性别特异性。第三，与疼痛相关的IGF相关CpG位点：在调整模型中，没有IGF CpG探针经FDR校正后显著；在名义p<0.05水平，5个IGF1探针（3个高甲基化、2个低甲基化）和6个IGF2探针（3个高甲基化、3个低甲基化）与疼痛状态相关，分布于启动子、外显子、内含子和基因间区域，但q值范围0.28–0.39，均未通过多重检验校正。第四，IGF1和IGF2的外周甲基化水平：未调整模型中ROA疼痛表型与IGF1平均甲基化显著相关（p=0.007），但调整后不再显著；IGF2方面，调整模型发现疼痛/无ROA组中女性平均甲基化水平显著高于男性。第五，人类DRG神经元亚型中IGF配体和受体表达：在22个DRG神经亚型中，IGF1R和IGF2R在所有亚型中均有表达，而IGF1和IGF2表达水平均很低。

讨论部分指出，本研究发现血浆IGF水平与ROA疼痛表型存在性别依赖性关联，尤其是IGF-2。高影响疼痛/早期ROA的男性IGF-2水平较低，而IGF-2在实验性OA中具有软骨保护作用，因此循环IGF-2降低可能反映或伴随关节退化与疼痛加剧。IGF-1在低影响疼痛/早期ROA女性中升高，可能是一种代偿性保护反应，但由于该关联仅存在于特定亚组，需谨慎解释。外周血DNA甲基化与表型关联有限，可能因为血液白细胞甲基化不能反映关节软骨、滑膜或感觉神经等靶组织的局部表观遗传状态，且IGF2受基因组印记调控，等位基因平均化β值可能掩盖亲源特异性信号。研究优势包括基于经验聚类而非预设的疼痛-结构表型、同时评估循环蛋白和外周甲基化、以及性别分层分析框架。局限性包括横断面设计无法推断因果、对照组样本量小（n=12）、研究中心分配不均（UAB仅参与部分表型），以及缺少关节组织水平的表观遗传测量。

研究结论可翻译为：总之，血浆IGF-1和IGF-2水平以性别依赖性方式与OA疼痛表型相关，IGF-2水平在无痛男性中较高，而在高影响疼痛者中较低，而外周DNA甲基化与这些表型的关联有限。早期ROA/低影响疼痛的女性IGF-1水平显著高于男性。在疼痛/无ROA者中，女性IGF2甲基化水平高于男性。IGF-2与ROA疼痛的关联可能部分反映软骨保护机制，但本研究未评估软骨完整性。未来研究应使用影像学或组织学措施评估软骨完整性。这些发现凸显内分泌和性别相关生物学因素在OA相关疼痛中的重要性，并推动对IGF通路组织特异性表观遗传调控的进一步研究。未来需要更大规模的纵向队列研究来验证和扩展这些发现。