炎症蛋白特征作为胰岛素抵抗与认知功能的预测指标：mPRIME队列的一年纵向研究

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Inflammatory protein signatures as predictors of insulin resistance and cognitive function: a one-year longitudinal study in the mPRIME cohort

　　

摘要专业翻译 背景：大规模研究已证实胰岛素抵抗（IR）与外周炎症之间存在时间性关联，同时新近证据提示其与认知功能下降亦有关联。然而，现有研究大多聚焦于单一炎症蛋白，与IR和认知功能相关的炎症蛋白特征组合的作用尚未得到充分探索。 目的：本研究旨在探究：a）特定炎症蛋白特征组合是否与IR相关；b）基线炎症蛋白特征组合能否预测一年随访后稳态模型评估胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）的变化；c）基线IR和/或特定炎症特征组合能否预测随访时的认知表现。 方法：研究纳入mPRIME研究中110名健康成年人，在基线和一年随访时分别评估45种炎症标志物（采用OLINK邻位延伸分析技术测定）、HOMA-IR（作为IR指标）以及认知功能（通过全面的神经心理测验组套评估）。采用层次聚类分析定义炎症蛋白特征组合，并通过回归分析和交叉滞后分析检验炎症、HOMA-IR与认知变化之间的时间关系。 结果：除累积评分外，研究识别出两种炎症蛋白特征组合，分别与1）细胞因子信号传导、2）免疫细胞迁移相关。基线时，细胞因子信号传导特征组合与HOMA-IR相关；在超过99%的模型中，BMI、CCL7和CCL4被一致筛选出，惩罚回归特征组合解释了HOMA-IR方差的38.2%（平均样本外R2）。交叉滞后分析显示，基线HOMA-IR可预测随访时的免疫细胞迁移特征组合和IL-6水平，而CRP可预测未来的HOMA-IR。认知表现（整体认知表现、工作记忆z分数，但不包括执行功能）与细胞因子信号传导特征组合和基线HOMA-IR呈名义上的关联，但未通过FDR校正。未发现炎症、HOMA-IR与一年认知表现变化之间存在一致的关联。 结论：本研究结果有助于深入理解IR与炎症时间关联中所涉及的特定炎症蛋白：CRP可预测HOMA-IR，而更特异的细胞因子信号传导相关特征组合则不能；相反，高HOMA-IR可预测与免疫细胞迁移相关的更高炎症水平。研究发现了包括CCL4、CCL7和IL-10在内的与HOMA-IR相关的蛋白，值得进一步探索。

论文解读

一、研究背景与研究目的

不健康的饮食结构导致的肥胖率在过去二十年间急剧攀升，全球肥胖人口已超过20亿，较1991年增长超过一倍。胰岛素抵抗（IR）作为2型糖尿病（T2DM）的核心病理环节，在普通人群中的患病率约为20%-40%，在肥胖人群中更高。IR是指细胞对胰岛素反应能力下降，尤其在骨骼肌、脂肪组织和肝脏中表现突出，最终导致葡萄糖摄取和代谢受损。

近年来，炎症已被确认为IR的风险因素和维持因素。当脂肪组织扩张时，巨噬细胞和其他免疫细胞向组织内浸润增加，形成炎症微环境并诱发IR。然而，关于炎症与IR孰先孰后的时间顺序仍不明确，部分原因在于既往研究样本多已包含T2DM患者，且研究焦点往往局限于临床实验室易检测的单一炎症蛋白（如CRP或IL-6）。识别时间序列和特定蛋白对于确定合适的治疗靶点至关重要。

此外，IR和炎症不仅影响外周代谢，还与大脑功能密切相关。T2DM患者患痴呆和认知功能下降的风险更高，循环细胞因子、高血糖和氧化应激可共同降低血脑屏障（BBB）紧密连接完整性并增加其通透性，从而促进外周与中枢神经系统之间的炎症信号传导。既往研究已分别证实IR和炎症与认知表现不佳相关，但两者对认知能力的联合效应尚未得到充分验证。

基于上述背景，本研究旨在：a）探索与IR相关的个体蛋白研究及潜在机制；b）探索一年随访期间的时间动态变化；c）评估炎症特征组合对IR（以HOMA-IR为指标）与认知表现关系的调节效应；d）评估一年后认知功能下降情况。

二、研究设计与关键方法

本研究为mPRIME队列的二次分析，在德国法兰克福大学医院精神科开展，经当地研究伦理委员会批准（伦理批准号20-767），并在德国临床试验注册中心注册（DRKS00022774）。研究于2020年12月至2023年3月间招募124名参与者，最终纳入110名（排除标准包括MMSE<25、未经治疗的T2DM等）。参与者年龄≥18岁，入组时尽量招募BMI≥24 kg/m2者。排除标准包括：除T2DM外的糖尿病诊断、口服降糖药或胰岛素使用、糖皮质激素或减肥药物使用、特殊饮食方案、神经系统疾病、双相I型障碍、精神分裂症、器质性精神障碍或物质滥用、妊娠或哺乳期等。

关键方法包括：采用Olink Target 48 panel（Olink Proteomics，瑞典乌普萨拉）通过邻位延伸分析（PEA）技术定量45种炎症相关蛋白的绝对浓度；HOMA-IR依据空腹血糖和胰岛素水平计算；认知功能通过全面神经心理测验组套评估，涵盖整体认知（GC）、工作记忆（WM）和执行功能（EF）三个领域。统计分析包括：层次聚类分析（Ward最小方差法）定义炎症蛋白特征组合；累积炎症评分计算（Cronbach's α评估内部一致性）；MANCOVA和ANCOVA检验基线关联（校正年龄、BMI和性别）；惩罚回归（弹性网络，嵌套10折交叉验证）识别HOMA-IR预测因子；交叉滞后面板分析（CLPM，lavaan包）评估纵向时间关系；稳健线性回归（lmrob包）检验认知功能关联。

三、研究结果

炎症蛋白特征组合的识别

通过层次聚类分析，基于引导重采样稳定性（平均Jaccard系数=0.72），研究保留了两聚类解决方案。聚类1包含25种蛋白（IFNG、MMP12、CXCL9、CXCL10、TGFA、CSF1、IL-10、IL-15、TNFSF10、LTA、CCL19、TNF、FLT3LG、IL-6、CSF3、CCL11、CCL2、CXCL8、CCL7、IL-27、IL-18、CCL3和CCL4等），主要涉及细胞因子介导的信号传导通路、炎症反应和免疫应答，命名为"细胞因子信号传导"特征组合。聚类2包含11种蛋白（HGF、CXCL11、CXCL12、MMP1、TNFSF12-7、OSM、OLR-1、EGF、CCL13和VEGFA等），主要涉及淋巴细胞趋化、细胞趋化和组织重塑，命名为"免疫细胞迁移"特征组合。

基线关联：炎症与HOMA-IR的关系

基线分析显示，累积炎症评分与HOMA-IR显著相关（F=7.71，p=0.006）和胰岛素水平相关（F=5.34，p=0.023），但与HbA1c无显著关联。MANCOVA分析显示，该效应主要由细胞因子信号传导特征组合驱动（F=10.77，p<0.001，校正后p=0.001），而免疫细胞迁移特征组合与HOMA-IR无显著关联（p=0.694）。在个体蛋白层面，IL-10、CCL4、CCL7、CCL3、CCL2、CCL19、IL-6、CXCL10、CCL11、IL-27和IFN-γ与HOMA-IR呈显著正相关（均校正后p<0.05）。

惩罚回归分析中，模型调优倾向于lasso解（α=1），平均样本外R2为0.382，即约38%的HOMA-IR方差可在留出观测中被预测。BMI（选择频率100%）、CCL7（99.5%）、CCL4（99.5%）和IL-10（94.5%）在几乎所有模型中均被选中，而IL-6（74.5%）和CCL19（65.5%）的选择稳定性居中。

纵向预测：交叉滞后面板分析

交叉滞后面板分析揭示了一致的模式：基线HOMA-IR对后续炎症的预测作用强于炎症对后续HOMA-IR的预测。具体而言，基线较高的HOMA-IR可预测随访时更高的累积炎症评分（b=0.29，β=0.42，p<0.001）、免疫细胞迁移特征组合评分（b=0.31，β=0.34，p<0.001）和IL-6水平（b=0.28，β=0.24，p=0.017）。相反，基线HOMA-IR不能预测随访时的细胞因子信号传导特征组合（p=0.974）或CRP（p=0.194）。值得注意的是，CRP显示出相反的方向性关联：基线CRP可预测随访时更高的HOMA-IR（b=0.17，β=0.17，p=0.021）。

炎症和HOMA-IR与认知表现及认知下降的关联

基线相关分析显示，累积炎症指数、细胞因子信号传导特征组合和HOMA-IR与整体认知z分数和工作记忆z分数呈显著负相关。然而，在控制年龄和教育程度并进行FDR校正后，所有关联均不再显著（均校正后p>0.448）。

在随访认知表现的稳健回归模型中，累积炎症和HOMA-IR对GC、WM或EF均无显著主效应，仅免疫细胞迁移特征组合对GC出现小幅度主效应（B=0.08，p=0.021），CRP对EF出现主效应（B=0.23，p=0.006）。累积炎症×HOMA-IR交互作用对GC显著（B=-0.081，p=0.013），细胞因子信号传导特征组合×HOMA-IR交互作用对GC亦显著（B=-0.058，p=0.028），模型预测显示低HOMA-IR（-1SD）组在随访时的表现优于高HOMA-IR（+1SD）组。但经多重检验校正后，这些关联均不再显著（校正后p=0.180和0.205）。

四、讨论与结论

讨论部分总结

本研究有助于厘清不同炎症特征组合与IR之间的时间顺序。基线时细胞因子信号传导特征组合与IR相关而免疫细胞迁移特征组合不相关，提示早期IR可能主要涉及细胞因子介导的全身性炎症，而非局部免疫细胞向组织浸润。从机制角度看，脂肪组织中的免疫细胞迁移和炎症放大过程可能构成从细胞因子信号传导到组织炎症的渐进式级联反应。CCL4和CCL7作为趋化因子在脂肪组织免疫细胞募集中的作用与既往研究一致，CCL4在肥胖者胰岛素抵抗人群的脂肪组织中表达升高，CCL7在T2DM患者血浆中水平升高。IL-10虽通常被视为抗炎细胞因子，但其与HOMA-IR的正相关可能反映对持续脂肪组织炎症的代偿性反应。CRP作为未来IR的预测因子在本研究的一年随访期内得到验证，支持其在常规临床评估中作为代谢风险早期指标的实用价值。在认知方面，虽然基线HOMA-IR和炎症与认知表现存在关联，但效应较小且未通过FDR校正，可能与样本量有限和随访期较短有关。

研究结论翻译

总而言之，在本研究样本中，炎症过程的解析提示炎症反应在IR之前呈现渐进性特征，其中细胞因子信号传导可能作为更晚期炎症过程的前驱阶段。更深入理解这一序列可能有助于识别生活方式和/或抗炎干预的关键窗口期，以阻断这一级联反应并减少免疫细胞的组织迁移，从而改善长期预后。趋化因子CCL4和CCL7、IL-10以及CRP作为糖尿病预防的潜在靶点值得进一步探索。尽管基线HOMA-IR和炎症与认知表现相关，但效应较小且未通过FDR校正，凸显了未来研究需要更长的随访周期。此外，未来研究应将炎症特征组合扩展到经典蛋白（即IL-6、CRP）之外，以更好地理解可能有益于延缓或治疗IR的通路。