《Frontiers in Neurology》：Exploratory associations between APOE-ε4 carrier status and facial neuromuscular activity in cognitively intact adults: a cross-sectional surface electromyography study
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摘要：背景：APOE-ε4等位基因是迟发性阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的遗传风险因素。除认知衰退外，APOE-ε4还影响运动功能，可能通过线粒体功能障碍和氧化应激降低肌肉力量和协调性。本研究采用表面肌电图（surface el
摘要：背景：APOE-ε4等位基因是迟发性阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的遗传风险因素。除认知衰退外，APOE-ε4还影响运动功能，可能通过线粒体功能障碍和氧化应激降低肌肉力量和协调性。本研究采用表面肌电图（surface electromyography, EMG）检验APOE-ε4等位基因对言语产生相关口腔肌肉神经肌肉功能的影响，并评估基于EMG的多变量模型区分APOE-ε4携带者与非携带者的初步判别性能。方法：42名认知完好的成年人（16名APOE-ε4携带者，26名非携带者）在完成言语任务时，从7块颅面肌肉记录EMG。提取了包括幅度、频率、复杂性、规律性和功能性连接在内的70个EMG特征。统计分析评估了基因型效应、性别差异以及与血液代谢生物标志物的相关性，同时对认知指标进行组间比较以确认该样本认知功能保持完好。结果：APOE-ε4携带者表现出与运动单位募集和同步化增加一致的趋势性模式，提示神经肌肉控制改变及可能的代偿性调整。基于EMG的多变量模型在携带者与非携带者之间显示出有前景的内部判别能力，而标准认知指标在该队列中未显示出显著的APOE-ε4相关差异。EMG指标还与代谢生物标志物相关。基因型及基因型-性别交互作用对EMG衍生因子的影响未达到统计学显著性。然而，描述性的性别分层模式提示女性携带者功能性连接降低，男性携带者功能性连接增加。讨论：这些发现提示，基于言语的神经肌肉变化可能作为与认知完好成人中APOE-ε4携带状态相关的神经肌肉易感性的探索性候选指标。尽管本研究区分了APOE-ε4携带者与非携带者，但仍需进一步研究以确定这些EMG特征是否能诊断AD、预测向轻度认知损害（mild cognitive impairment, MCI）或痴呆的进展，或作为早期诊断或预后生物标志物。此外，其预后价值及与标准认知指标的关系应在等效模型及更大规模、独立的纵向队列中得到证实。
**论文解读：APOE-ε4携带状态与认知正常成人颅面神经肌肉活动的关联——基于表面肌电图的探索性横断面研究**
**研究背景与目的**
APOE-ε4等位基因是迟发性阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）公认的遗传风险因素，但并非决定性致病因素，其外显率不完全。除认知损害外，APOE-ε4还被发现与运动功能下降有关，可加速老年期运动功能衰退，导致肌力减弱和协调性降低，可能机制涉及线粒体功能障碍、氧化应激和突触信号紊乱。粗大运动任务主要涉及较大肌群，难以捕捉细微缺陷；而言语产生依赖多个小运动单位的高度协调、持续激活，可能更早反映亚临床神经肌肉损害。表面肌电图（surface electromyography, EMG）能够直接量化言语相关肌肉的激活模式，为疾病早期检测提供独特窗口。然而，既往AD相关言语研究多聚焦声学、语言或认知指标，对言语产生背后的神经肌肉过程关注不足。因此，研究人员开展本研究，旨在探索APOE-ε4等位基因对言语相关颅面肌肉神经肌肉功能的影响，评估基于EMG的多变量模型区分携带者与非携带者的潜力，并初步检验EMG指标与血液代谢生物标志物的关联。
**研究设计与主要结论**
研究人员纳入42名认知完好的成人（16名APOE-ε4携带者，26名非携带者），在完成言语任务时同步记录7块颅面肌肉（上、下唇口轮匝肌，左、右咬肌，左、右颞肌，二腹肌前腹）的EMG信号，提取了70个特征，涵盖幅度、频率、复杂性、规律性及功能连接。结果发现，携带者表现出与运动单位募集和同步化增加一致的趋势性模式，提示神经肌肉控制改变及可能的代偿性调整。基于EMG的多变量分类模型在内部交叉验证中获得了平均AUC为0.73的判别性能，而标准认知测量未显示显著的APOE-ε4相关差异。EMG指标还与总胆固醇、低密度脂蛋白（LDL）胆固醇、血红蛋白和维生素B12等代谢标志物存在相关性，但多重校正后不显著。基因型主效应及基因型-性别交互作用对EMG衍生因子的影响未达统计学显著性，但描述性性别分层提示女性携带者功能连接降低、男性携带者功能连接增加。该研究为EMG作为AD易感性相关神经肌肉变化的探索性候选指标提供了初步证据，并提示言语相关肌电指标可在认知完好阶段捕捉到APOE-ε4相关的生理改变。
**主要关键技术方法**
研究样本来自MGB（Mass General Brigham）机构审查委员会批准的队列，共42名认知正常成人，通过血液样本进行APOE基因分型，分为携带者（ε3/ε4杂合13名，ε4/ε4纯合3名）和非携带者（ε3/ε3纯合26名）。技术方法包括：使用无线表面肌电系统记录7块颅面肌肉在朗读富含双唇音等音素句子时的肌电活动；提取频域（中位频率、beta频段相干性）、时域（平均绝对值、平均绝对值斜率、过零率、斜率符号变化、波形长度）、时频域（Shannon熵）及递归量化分析（递归率、确定性）共70个特征；采用领域特异性探索性因子分析降维得到14个潜在因子；运用线性混合效应模型检验基因型、性别及交互作用；采用收缩判别分析结合重复嵌套参与者水平交叉验证评估分类性能；通过Spearman相关分析探索EMG因子与血液代谢标志物的关系。
**研究结果**
**3.1 队列的认知分类**
通过预先指定的 actuarial Jak/Bondi 标准作为主要框架，所有42名参与者（16名携带者、26名非携带者）均被归类为认知正常，无个体符合轻度认知损害（MCI）标准。采用更宽松的Conservative、Custom和Petersen标准时，有少数参与者被分类为MCI（分别为4、1和8名），且分布大致相似。该结果表明，该队列在认知层面上保持完好，EMG差异并非由明显认知损害所驱动。
**3.2 APOE-ε4对EMG特征的影响**
通过计算按性别分层的Cohen's d效应量，研究人员发现携带者和非携带者之间存在共同及独特的EMG特征模式。共同效应包括幅度（MAV、WL）、频率（MDF、ZR、SlpSignChange）和复杂性（RR、DET、ShanEn）的增加，尤其在唇部肌肉中；性别差异主要体现在功能连接上：男性携带者趋向于功能连接增加，女性携带者趋向于功能连接降低。
**3.3 因子分析**
对句子水平观察数据进行领域特异性探索性因子分析后，70个EMG特征被聚类为14个可解释的潜在因子，分别对应整体功能连接、右侧咀嚼肌、左侧咀嚼肌、颏下肌和唇肌特征。因子负荷模式在参与者水平分析中保持稳定，验证了句子水平分析所得结构的有效性。
**3.4 基于EMG的区分能力**
在线性混合效应模型中，基因型对二腹肌前腹复杂度因子（Comp_ABD）和唇肌整体特征因子（Glob_L）有显著影响；性别对二腹肌前腹频率因子（Freq_ABD）有显著影响；年龄对右侧咀嚼肌整体特征因子（Glob_RJ）有显著影响；基因型与性别的交互作用对唇肌频率因子（Freq_UL）有显著影响。而三种标准认知测量未发现基因型、性别或交互作用的显著效应。将14个EMG因子与年龄、性别输入收缩判别分析，经重复嵌套参与者水平交叉验证后，模型获得平均AUC为0.73，准确率0.64，敏感度0.71，特异度0.52，显示中等判别能力。
**3.5 与血液生物标志物的相关性**
Spearman相关分析显示，部分EMG因子与总胆固醇、LDL胆固醇、血红蛋白和维生素B12相关。例如，下唇肌幅度和复杂性增加与总胆固醇和LDL胆固醇降低相关；唇肌频率和复杂性与维生素B12正相关；二腹肌前腹和左侧咬肌特征与血红蛋白相关。然而，所有相关性在错误发现率多重校正后均不显著，因此应视为探索性结果。
**讨论与结论**
讨论部分指出，APOE-ε4携带者中观察到的运动单位募集和同步化增加可能是代偿性调整，以应对线粒体功能障碍、氧化应激和能量代谢受损带来的神经肌肉效率下降，但疲劳未被直接测量，故这一解释为假说生成性质。EMG特征与胆固醇、维生素B12和血红蛋白的相关性从生物学上支持上述机制。性别特异性功能连接模式与女性携带者更严重的AD病理负担及男性携带者可能的代偿性同步激活有关，但基因型-性别交互作用未达显著，需谨慎解读。面部肌肉（尤其唇肌）比下颌肌肉受影响更明显，可能与肌肉纤维组成、皮层支配差异及任务需求有关。局限性包括样本量小、横断面设计、因子分析在全数据集上进行可能引入信息泄漏、缺乏最大自主收缩（MVC）标准化等，因此分类性能应视为探索性估计。
总而言之，本研究提供了初步证据，表明APOE-ε4携带状态与认知完好成人口面部神经肌肉功能的可测量改变相关，表现为EMG指标的多方面变化，共同提示运动单位募集和同步化可能增加，尤其是在言语产生中起核心作用的唇部肌肉。这些基因型相关差异（以描述性的性别依赖性颅面肌肉连接模式出现）提示，APOE-ε4甚至可能在明显认知损害出现之前即影响言语的神经肌肉控制。这些发现凸显了基于EMG评估颅面和言语相关肌肉作为检测APOE-ε4携带状态相关早期生理变化的敏感、无创方法的潜力，而标准认知测量未显示显著组间差异，并为与AD易感性的潜在联系产生可检验的假说，以指导未来研究。然而，这些神经肌肉特征应被视为初步和假说生成性的；需要具有临床终点的纵向和多模态研究来确定其预后价值，并确定其是否可作为AD风险的可靠早期生物标志物，以及它们如何与既有认知评估相关或互补。
