慢性骨骼肌肉疼痛（CMP）影響了全世界40%以上的人口，造成了極大的健康和社會(huì )經(jīng)濟負擔。除了持續的疼痛癥狀外，認知功能的加速衰退以及癡呆風(fēng)險的增加也日益成為CMP患者所面臨的一大挑戰，然而有效的預防措施依然缺乏，其主要原因是對該現象的神經(jīng)機制了解甚少。

在衰老過(guò)程中，身體各個(gè)系統均會(huì )表現出衰老的軌跡，其中大腦的加速老化，是造成認知損傷和癡呆的重要原因。中國科學(xué)院心理研究所涂毅恒研究組前期研究發(fā)現（Zhao et al., PNAS, 2023），慢性疼痛患者的海馬區域會(huì )出現加速老化的現象，并且中介了患者認知功能的損傷。然而由于慢性疼痛的異質(zhì)性高、機制復雜，不同類(lèi)型慢性疼痛患者大腦老化的模式和機制仍不清楚。

因此，涂毅恒研究組利用超過(guò)9000人的橫向和縱向數據，對多種CMP群體（包括肩頸痛、腰背痛、髖部痛、膝痛）的腦老化特征進(jìn)行了刻畫(huà)，并解碼了其背后的遺傳分子機制。該成果已在線(xiàn)發(fā)表于Nature Mental Health，題為Morphological and genetic decoding show heterogeneous patterns of brain aging in chronic musculoskeletal pain。

圖1. 研究框架示意圖

基于UK Biobank數據庫6000多名健康人的結構MRI數據，該研究構建了一個(gè)大腦年齡預測模型，并利用其對CMP的大腦老化模式進(jìn)行了評估。在多種CMP類(lèi)型中，研究發(fā)現僅患有膝骨關(guān)節炎（KOA）的群體表現出了大腦老化加速，且在另一批獨立數據中驗證了該發(fā)現。隨后的分析表明，海馬等負責認知功能的腦區是導致大腦老化加速的重要來(lái)源。通過(guò)對KOA患者進(jìn)行5年隨訪(fǎng)，研究揭示了大腦老化加速程度在預測膝骨關(guān)節炎患者記憶損傷與癡呆風(fēng)險方面的重要價(jià)值。

圖2. CMP大腦加速老化模式以及加速衰老相關(guān)腦體積改變

為進(jìn)一步闡釋KOA大腦老化加速背后的分子生物基礎，該研究將大腦老化的空間模式與人類(lèi)大腦轉錄圖譜相結合，發(fā)現SLC39A8基因表達特性、神經(jīng)膠質(zhì)細胞以及神經(jīng)發(fā)育相關(guān)生物路徑是KOA大腦老化加速的關(guān)鍵因素。

圖3. 與KOA神經(jīng)影像表型高度相關(guān)基因的富集分析

研究結果多尺度揭示了KOA患者的大腦加速老化現象和機制，為人們理解CMP與大腦老化之間的關(guān)系提供了新的視角。這一發(fā)現不僅為未來(lái)在臨床診療中更好地理解和預測CMP患者的認知衰退提供了理論基礎，也強調了早期干預的重要性，以減緩CMP患者的大腦老化進(jìn)程，保持其認知功能。

該研究得到了科技部科技創(chuàng )新2030“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”青年科學(xué)家項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院心理研究所科學(xué)基金和中國科協(xié)青年人才托舉工程項目的資助。

研究成果已在線(xiàn)發(fā)表于Nature Mental Health。涂毅恒研究組博士生趙磊和首都醫科大學(xué)劉嬌副教授為論文共同第一作者，涂毅恒研究員為通訊作者。

論文信息：

Zhao L.+, Liu, J. +, Zhao, W.H., Chen, J., Fan, J.C., Ge, T. and Tu, Y* (2024). Morphological and genetic decoding shows heterogeneous patterns of brain aging in chronic musculoskeletal pain. Nature Mental Health. https://www.nature.com/articles/s44220-024-00223-3