0 引言

       随着社会快速发展，抑郁症和失眠的发病率日趋升高^{[1, 2]}。抑郁症具有高复发率、高死亡率的特点^[2]。抑郁症终身患病率高达3.4%，但识别率仅为21%，急需引起重视^[3]。此外，大约有三分之一的成人患有失眠症^[4]，失眠可引起患者多系统患病风险增加^[5]，其可独立诊断为失眠障碍或抑郁症伴发的核心症状之一，两者常互为因果^[6]。研究表明，抑郁症共病失眠较仅抑郁或失眠的治疗预后更差、自杀意念更加强烈^{[7, 8, 9]}。因此，抑郁症共病失眠的病理机制探索逐渐引起研究者的广泛关注^{[10, 11]}。精神疾病症状个体异质性大，缺乏客观诊断指标，难以对特定类型或者个人进行个体化、精准化的治疗。在治疗开始前识别抑郁症共病失眠患者的亚型具有重要意义^{[1, 2, 12]}。

       相比静息态功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI），任务态fMRI结果无法完全规避实验范式及刺激呈现等因素的影响。此外，静息态对于大脑连接性的检测更敏感^[13]。局部指标如低频振幅存在争议，因其仅着眼于局部脑区的活动，且易受生理噪声的影响^[13]，功能连接（functional connectivity, FC）分析方法可研究脑区间的关系，更全面地对抑郁症共病失眠的脑功能进行研究。既往研究通过结构MRI、fMRI、扩散张量成像、磁共振波谱等多种技术手段，以及从不同的年龄段对抑郁症合并失眠的脑功能进行了诸多探究^{[7, 14]}，此外，复发抑郁症共病失眠（recurrent depression comorbid insomnia, RDCI）相比首发抑郁症共病失眠（first-episode depression comorbid insomnia, FEDCI）有更高的复燃率和自杀率，需要更长的治疗时间，需要引起重视^{[15, 16]}。然而目前抑郁症共病失眠障碍患者抑郁发作频次差异的相关脑功能研究未见报道。

       因此，本研究拟采用静息态fMRI技术，采取与抑郁、失眠的发病机制密切相关的喙侧前扣带回（rostral anterior cingulate cortex, rACC）为种子点^{[17, 18]}，结合FC分析方法，探索FEDCI与RDCI的脑功能差异及其与抑郁、失眠症状严重程度相关性，为后续探索抑郁症共病失眠患者的抑郁发作频次及其脑功能研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究为前瞻性研究，共纳入53例抑郁症共病失眠患者，21例健康对照（healthy control, HC）者。患者均来自于2023年8月至2024年3月期间在深圳市宝安区中医院针灸科、心身医学科门诊中就诊的患者。同期通过广告招募HC者。本研究通过了深圳市宝安区中医院医学伦理委员会审批（伦理号：KY-2023-001-05），所有受试者均签署知情同意书，本研究遵守《赫尔辛基宣言》。

       抑郁症共病失眠患者纳入标准：（1）经一名精神心理科主任医师评估诊断目前符合DSM-5中抑郁障碍、失眠障碍的诊断标准；（2）18≤年龄≤65周岁；（3）汉密尔顿抑郁量表（17-item Hamilton Depression Scale, HAMD-17）>17且匹兹堡睡眠质量指数量表（Pittsburgh Sleep Quality Index, PSQI）总分>7；失眠严重程度指数量表（Insomnia Severity Index, ISI）总分>7；（4）右利手。

       不论患者是否接受药物治疗，FEDCI定义为目前正处在抑郁症状第1次发作阶段且共病失眠；RDCI定义为截止到当前抑郁发作次数≥2次且共病失眠。

       抑郁症共病失眠患者排除标准：（1）存在《精神疾病诊断与统计手册第五版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders Fifth Edition, DSM-5）中其他睡眠问题，如呼吸暂停综合征、不宁腿综合征等；（2）伴有精神病性症状；（3）处于妊娠、哺乳期或有计划妊娠女性；（4）酒精或物质滥用引起的失眠问题；（5）大脑器质性病变及脑损伤病史；（6）MRI扫描禁忌证，如体内有金属或幽闭恐惧症者。

       HC组纳入标准：（1）性别、年龄、受教育年限与患者组相匹配；（2）HAMD-17、PSQI、ISI总分值均<7；（3）无严重精神疾病及躯体疾病；（4）右利手；（5）体内无金属植入物及无幽闭恐惧症。

       HC组排除标准：（1）存在《精神疾病诊断与统计手册第五版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders Fifth Edition, DSM-5）中其他睡眠问题，如呼吸暂停综合征、不宁腿综合征等；（2）伴有精神病性症状；（3）处于妊娠、哺乳期或有计划妊娠女性；（4）酒精或物质滥用引起的失眠问题；（5）大脑器质性病变及脑损伤病史。

1.2 研究方法

1.2.1 量表评定

       所有受试者均接受HAMD-17、PSQI、ISI评估。

1.2.2 MRI数据采集

       所有受试者均在深圳市宝安区中医院扫描，fMRI数据均在同一台3.0 T德国西门子（MAGNETOM PRISMA）超导磁共振采集，64通道头颈线圈。所有患者、健康者接受一次fMRI扫描。采集T1高清解剖像后，技师提示受试者闭眼、在不思考特定问题、无特殊认知任务状态下采集静息态血氧水平依赖-fMRI数据。扫描参数如下：

       3D-T1 MPRAGE结构像：TR 2530 ms，TE 2.98 ms，翻转角（flip angle, FA）7°，192层矢状位扫描，体素大小1 mm×1 mm×1 mm，FOV 256 mm×256 mm，基本分辨率256，扫描时间5 min 53 s。平面回波成像-血氧水平依赖功能相：TR 2000 ms，TE 30ms，FA 90°，层数33，层厚3.5 mm，层间隔0.7 mm，体素大小3.5 mm×3.5 mm×3.5mm，FOV 224 mm×224 mm，基本分辨率64，相位分辨率100%，扫描时间8 min 8 s。

1.2.3 数据处理

       采用基于SPM12平台的DPARSF 5.2fMRI数据分析工具包^[19]，首先排除了fMRI数据的前十个时间点。随后实施了时间层校正。为消除头部运动对数据的潜在干扰，应用最小二乘法结合六参数线性模型进行头动校正，并将个体的结构影像与校正后的功能影像进行配准，此过程采用了联合分割技术^[20]。进一步地，将这些配准后的结构影像标准化模板配准到平均模板上。对于功能图像，我们将其配准到MNI标准空间，并调整至3.5 mm³的空间分辨率，以增强图像的一致性和分辨率。最后，利用6 mm全宽半高的高斯平滑核进行空间平滑处理，最后行0.01~0.10 Hz的滤波以改善信号质量。

1.3 统计学分析

1.3.1 临床数据

       在临床数据分析中，采用SPSS 26.0统计软件包，对FEDCI组、RDCI组以及HC组的人口统计学特征行方差分析，以评估三组组间差异。随后，使用曼-惠特尼U检验比较FEDCI组和RDCI组的病程以及抑郁发作次数；采用单因素方差分析比较FEDCI组、RDCI组、HC组的临床量表评分（HAMD-17、PSQI、ISI）。P<0.05定义为差异有统计学意义。

1.3.2 磁共振图像数据

       （1）FC分析依托SPM12框架下的DPRASF 5.2工具包进行。运用单因素方差分析，将受试者的年龄、性别、受教育年限及微头动框架位移作为控制变量，计算出三组间FC值存在显著差异的脑区。随后，采用高斯随机场（Gaussian random field, GRF）校正校正方法，设定体素阈值P<0.001与簇阈值P<0.05，以界定差异具有统计学显著性。（2）应用事后统计检验法，针对三组差异性区域，提取时间序列均值，实施独立样本t检验两两对照，结果经Bonferroni校正，界定P<0.016（α/3校正）为显著统计学差异。（3）运用Pearson相关性分析法，从FEDCI组、RDCI组与HC组中提取差异脑区的FC平均值，分别与各组临床量表得分进行相关性检验，P<0.05为统计显著性差异阈值。

2 结果

2.1 人口学统计资料

       FEDCI组、RDCI组、HC三组年龄、性别、受教育年限差异均无统计学意义（P>0.05）（表1）。FEDCI组的病程、抑郁发作次数显著低于RDCI组（P<0.05），FEDCI组、RDCI组、HC组之间HAMD-17、PSQI、ISI评分之间差异具有统计学意义（P<0.05）（表2）。

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表1  人口学统计资料比较
Tab. 1  Comparison of demographic statistics

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表2  临床资料及神经心理量表评分的组间比较
Tab. 2  Comparison of Clinical Data and Neuropsychological Scales scores among three groups

2.2 影像学结果

2.2.1 组间对比

       三组间方差分析结果显示：以左侧rACC为种子点，FEDCI组、RDCI组、HC组差异主要分布在左侧额下回、角回，右侧额中回；以右侧rACC为种子点，三组差异脑区为左侧丘脑、中央后回、右侧岛叶，差异有统计学意义（P<0.016）（表3，图1）。

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图1  FEDCI组、RDCI组、HC组FC差异脑区结果。1A：左侧额下回（-55, 21, 26）；1B：左侧角回（-41, -63, 30）；1C：右侧额中回（43, 21, 37）；1D：左侧丘脑（-4, -21, 16）；1E：左侧中央后回（-48, -7, 33）；1F:右侧岛叶：（36, -21, 23）。色柱颜色由红色到黄色表明FC值由低到高的程度（F值，P<0.001，cluster P<0.05）。柱状图表示两样本t检验后对FEDCI组、RDCI组、HC三组分别做两两比较后的FC具体值。经Bonferroni校正，*表示P<0.016，**表示P<0.01，***表示P<0.001。FEDCI：首发抑郁症共病失眠；RDCI：复发抑郁症共病失眠；HC：健康对照；FC：功能连接。
Fig. 1  Differences in brain regions between the FEDCI group, the RDCI group, and the HC group in FC. 1A: Left inferior frontal gyrus (-55, 21, 26); 1B: Left angular gyrus (-41, -63, 30); 1C: Right middle frontal gyrus (43, 21, 37); 1D: Left thalamus (-4, -21, 16); 1E: Left postcentral gyrus (-48, -7, 33); 1F: Right insula (36, -21, 23). The color ranging from red to yellow indicates the degree of FC values from low to high (F value, P < 0.001, cluster P < 0.05). The bar graph shows the specific FC values after pairwise comparisons between the FEDCI group, RDCI group, and HC group using the two-sample t-test. After Bonferroni correction, *: P < 0.016, **: P < 0.01, ***: P < 0.001. FEDCI: first-episode depression comorbid insomnia; RDCI: recurrent depression comorbid insomnia; HC: healthy control; FC: functional connectivity.

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表3  FC组间差异脑区
Tab. 3  Differences in brain regions of FC

2.2.2 两两比较结果

       以左侧rACC为种子点，与HC组相比，RDCI组左侧角回、右侧额中回的FC值更低；与RDCI组相比，FEDCI组左侧角回、左侧额下回FC值更高（P<0.05）。以右侧rACC为种子点，与HC组相比，FEDCI组左侧丘脑FC值更高（P<0.05），左侧中央后回、右侧岛叶FC值更低（P<0.05）。与RDCI组相比，FEDCI组左侧中央后回、右侧岛叶FC值更低（P<0.05）。未发现FEDCI组、RDCI两组与HC存在相同的差异脑区（P>0.05）（表3，图1）。

2.2.3 FC值与临床相关性分析

       在控制性别、年龄、受教育年限、微头动框架位移时，FEDCI组左侧前扣带回和左侧角回之间的FC值与HAMD-17评分呈正相关（r=0.439，P=0.012）（图2）。

       在控制性别、年龄、受教育年限、微头动框架位移时，RDCI组的发作次数与左侧rACC与左侧额下回之间的FC值正相关（r=0.654，P=0.002）（图3）。

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图2  FEDCI组左侧rACC和左侧角回FC值与HAMD-17评分相关性。
图3  RDCI组左侧rACC和左侧额下回之间的FC值与抑郁发作次数相关性。FEDCI：首发抑郁症共病失眠；HAMD-17：汉密尔顿抑郁量表；RDCI：复发抑郁症共病失眠；rACC：喙侧前扣带回；FC：功能连接。
Fig. 2  The correlation between the FCvalues in the left anterior cingulate cortex and left angular gyrus of the FEDCI group and the HAMD-17 scores.
Fig. 3  The frequency of episodes in the RDCI group with insomnia disorder is correlated with the FC value between the left and the left inferior frontal gyrus. FEDCI: first-episode depression comorbid insomnia; HAMD-17: 17-item Hamilton Depression Scale; RDCI: Recurrent Depression Comorbid Insomnia; rACC: rostral anterior cingulate cortex; FC: functional connectivity.

3 讨论

       本研究采取静息态fMRI的方法探索FEDCI和RDCI的脑功能FC差异，研究结果表明：以左侧rACC为种子点， RDCI组左侧角回、左侧额下回FC值高于FEDCI组。以右侧rACC为种子点，与RDCI组相比，FEDCI组左侧中央后回、右侧岛叶FC值低于RDCI组。此外，FEDCI组左侧rACC和左侧角回FC值与HAMD-17评分正相关，RDCI组抑郁发作次数与左侧rACC与左侧额下回之间的FC值正相关。本研究首次探索FEDCI和RDCI之间的脑功能连接差异，为FEDCI或RDCI的诊断提供脑功能网络特征基础。

3.1 rACC作为种子点研究抑郁症共病失眠的必要性

       rACC属于前扣带皮质，位于胼胝体前部，接受来自丘脑、脑干的传入纤维，并与前额叶外侧皮质有密切联系^[21]。是多个与抑郁、失眠病理机制相关的脑网络如凸显网络、奖赏网络、默认网络的关键脑区^{[18, 22, 23]}，HU等^[24]发现抑郁症共病失眠患者默认网络的FC存在异常。此外，Meta分析结果表明抑郁症患者大脑前扣带回皮质灰质相比健康人更薄^[25]。CHENG等^[26]采用多国近万名抑郁症受试者数据研究，发现与睡眠和抑郁评分相关的FC增加的大脑区域包括前扣带和后扣带皮层、脑岛等。γ-氨基丁酸（γ-amino butyric acid, GABA）和谷氨酸（glutamine concentrations, Glu）分别是大脑抑制和兴奋的神经递质，进一步地，神经内分泌研究提示抑郁症、失眠患者的rACC的神经递质异常^{[17, 27]}。综上，基于rACC与失眠、抑郁的大脑结构、功能、神经内分泌病理机制及治疗效应密切。本研究选用双侧rACC作为种子点，发现FEDCI和RDCI患者存在双侧rACC与多脑区FC的异常，且FEDCI患者左侧rACC和左侧角回FC值与HAMD-17呈正相关，RDCI患者的左侧rACC与左侧额下回FC值与抑郁严重程度发作次数呈正相关，揭示了双侧rACC及其网络与抑郁、失眠病理的多维度密切相关性。

3.2 抑郁症共病失眠rACC与额下回之间的FC与抑郁症发作次数存在关联

       复发的发作次数越多，抑郁症疗效预后越差，预防复发是抑郁症的治疗原则之一^[6]。fMRI研究揭示抑郁与失眠存在一致和差异的病变脑区^[28]，然而既往研究关于FEDCI和RDCI患者的fMRI脑区机制差异尚未明确。额下回的结构功能异常涉及与抑郁、失眠相关的认知、情绪相关的如默认网络、边缘网络等。广义Q采样图像（Generalized Q-Sampling Imaging, GQI）纤维跟踪成像结果显示，额下回与默认网络的楔叶、顶下小叶相连、额下回功能涉及语言理解、内感受意识和情绪加工等^[29]。慢性失眠患者相比正常睡眠患者额下回灰质体积减少，提示了额下回可能是抑郁症特异性病理脑区^[30]。SCHNEIDER等^[15]发现，与健康人相比，抑郁症患者左侧额下回的比例低频振幅值更低，而治疗后升高，这一结果在老年抑郁症患者群体上进一步得到验证^[31]。抑郁多次发作会引起长期的神经生物学变化，从而增加复发的风险，需要引起重视。本研究发现RDCI患者的发作次数和左侧rACC左侧额下回FC值正相关，可能是失眠伴抑郁患者抑郁发作次数的脑机制之一。rACC属于默认网络的一部分，fMRI研究揭示抑郁症、失眠患者存在广泛rACC结构与功能异常^{[32, 33]}。YAN等^[28]采用基于中国人群体的抑郁症大样本数据研究，发现复发性抑郁症患者的默认模式网络FC相比首发未用药患者下降，这与本研究结果一致，即与RDCI患者相比，FEDCI患者左侧rACC与左侧额下回FC值更高，但由于本研究受试者为抑郁症共病失眠患者，其病理机制更为复杂，因此其无法与本研究的结果完全对应。CHEN等^[34]采用针刺方法治疗失眠患者治疗后，蓝斑与左侧额下回之间的FC减少，虽然患者失眠状况减轻，但是未报道与临床症状的相关性，暂时无法揭示额下回功能异常与失眠症状的联系，可能是由于该研究样本量偏小。值得注意的是，FEDCI和RDCI患者的差异脑区，即左侧rACC和左侧额下回之间的FC值与抑郁发作次数相关，初步提示rACC与额下回之间的FC可作为抑郁症复发次数的影像学标记物。

3.3 提高对抑郁症共病失眠患者角回的功能异常的关注

       既往fMRI研究提示抑郁症患者存在角回功能异常^[35]。一项包含1148名抑郁症患者的抑郁症数据库分析表明角回的FC异常增强^[36]。YANG等^[37]发现抑郁症患者扣带回与角回之间的FC异常，提示了角回、扣带回与抑郁之间的潜在关联，rACC是前扣带回的一部分，YANG的研究结果部分支持了本研究结果，即抑郁严重程度与角回和rACC之间的FC存在相关。值得注意的是，抑郁症纵向研究发现经颅磁治疗后抑郁评分降低，并伴随左侧角回的ReHo值升高。MO等^[38]进一步分析表明左侧角回与左侧扣带回的FC与抑郁症患者的认知损伤测试结果存在正相关性，即左侧角回与左侧扣带回与抑郁症核心症状的认知损害密切相关，进一步支持了本研究的结果，即FEDCI患者左侧rACC和左侧角回FC值与抑郁严重程度正相关。

3.4 抑郁症共病失眠患者存在前额叶-情感网络-感觉运动网络广泛脑功能异常

       默认网络、突显网络和边缘系统均为与情绪密切相关的脑网络。我国抑郁症数据库研究结果表明抑郁症患者前额叶、感觉运动网络、前额叶、皮层下网络功能紊乱^[36]。此外，失眠患者突显网络以及默认网络功能与健康人存在差异^[39]。岛叶、前扣带皮层均为突显网络核心脑区。纵向研究进一步提示岛叶和前额叶可能是经皮耳迷走神经治疗抑郁症、失眠刺激的共同脑区^[40]。角回是感觉运动网络的脑区之一，丘脑属于边缘网络。以上结果均从脑区的角度支持了本研究结果，即FEDCI和RDCI患者的脑功能异常脑区涉及额中回、角回及边缘系统的前扣带皮层、丘脑、岛叶等。

3.5 局限性

       本研究尚存在一些不足之处。首先，本研究的样本量偏小，未来应纳入更大样本的受试者数据进行验证。其次，本研究未统一患者所接受的药物治疗以及非药物治疗方式，而这一点可能造成结论的偏差。未来需要更严格的受试者纳入条件，以及在分组时应充分考虑受试者药物的使用情况，采用更多元的分析方法，更深入地从组水平甚至个体水平揭示FEDCI和RDCI患者的神经机制。

4 结论

       综上，本研究发现，FEDCI和RDCI患者的前额叶-情感网络-感觉运动网络存在明显差异。并且，FEDCI和RDCI患者差异脑区FC与临床症状、发作次数存在一定的相关。将为进一步探索FEDCI和RDCI患者的神经病理机制，以及后续临床上该疾病的精准诊疗打下基础。