分享:
分享到微信朋友圈
X
综述
克罗恩病伴负面情绪患者的大脑多模态影像技术研究进展
余丽 杨玲 吴欣妍 唐开强 张玲琴 李康

Cite this article as: YU L, YANG L, WU X Y, et al. Progress on multimodal imaging technology in the brains of Crohn's disease patients with negative emotions[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2025, 16(4): 132-138.本文引用格式:余丽, 杨玲, 吴欣妍, 等. 克罗恩病伴负面情绪患者的大脑多模态影像技术研究进展[J]. 磁共振成像, 2025, 16(4): 132-138. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.04.021.


[摘要] 克罗恩病(Crohn's disease, CD)患者常伴焦虑、抑郁等负面情绪,这不仅可能影响患者的心理健康,还可能加剧疾病进程,降低其生活质量。目前,临床对于CD患者常伴负面情绪的认知较低,一般的抗炎治疗不能有效缓解患者的这些症状,而且对其诊断的方法局限且具有主观性,所以找到客观的评估方法、指导临床诊疗成为了问题的关键。越来越多的研究表明CD患者负面情绪的产生可能与特定脑区结构、功能变化密切相关。目前,多模态影像技术,如结构MRI、功能MRI和近红外光谱成像,已广泛运用于脑功能、结构变化研究,并说明了一定的临床价值。本文综述了近年来基于多模态影像技术找到的与CD患者焦虑、抑郁等负面情绪相关的大脑结构、功能变化影像结果,为未来CD患者合并负面情绪的评估和治疗提供影像学依据。
[Abstract] Patients with Crohn's disease (CD) often experience negative emotions such as anxiety and depression, which not only potentially compromise their mental health but also aggravate the disease progression and diminish their quality of life. Currently, clinical recognition of the negative emotions commonly associated with CD is limited. Standard anti-inflammatory treatments are ineffective in alleviating these symptoms, and the diagnostic methods available are subjective and restricted. Therefore, finding objective assessment methods to guide clinical diagnosis and treatment has become a critical issue. An increasing number of studies suggest that the development of negative emotions in CD patients is closely linked to structural and functional changes in specific brain regions. Currently, multimodal imaging techniques, such as structural magnetic resonance imaging, functional magnetic resonance imaging, and near-infrared spectroscopy, have been widely applied in the study of brain function and structural changes, demonstrating significant clinical value. This review will summarize the recent findings based on multimodal imaging techniques that have identified brain structural and functional changes associated with negative emotions such as anxiety and depression in CD patients. These findings provide neuroimaging-based evidence for future assessments and treatments of CD patients with comorbid negative emotions.
[关键词] 克罗恩病;焦虑;抑郁;磁共振成像;结构磁共振成像;功能磁共振成像;近红外光谱成像技术
[Keywords] Crohn's disease;anxiety;depression;magnetic resonance imaging;structural magnetic resonance imaging;functional magnetic resonance imaging;near-infrared spectroscopy

余丽 1, 2, 3   杨玲 2, 3   吴欣妍 2, 3, 4   唐开强 2, 3   张玲琴 2, 3   李康 1, 2, 3*  

1 重庆医科大学,重庆 400016

2 重庆大学附属人民医院放射科,重庆 401147

3 重庆市人民医院放射科,重庆 401147

4 川北医学院,南充 637100

通信作者:李康,E-mail:lkrmyydoctor@126.com

作者贡献声明:李康设计本综述的方向和框架,对稿件的重要内容进行了修改,获得了重庆市科技创新重大研发项目的资助;余丽起草和撰写稿件,获取、分析和解释本研究的文献;吴欣妍、杨玲、唐开强、张玲琴获取、分析或解释本研究的数据,对稿件的重要内容进行了修改;全体作者都同意最后的修改稿发表,都同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


基金项目: 重庆市科技创新重大研发项目 CSTB2024TIAD-STX0045
收稿日期:2025-01-09
接受日期:2025-04-10
中图分类号:R445.2  R574 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2025.04.021
本文引用格式:余丽, 杨玲, 吴欣妍, 等. 克罗恩病伴负面情绪患者的大脑多模态影像技术研究进展[J]. 磁共振成像, 2025, 16(4): 132-138. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.04.021.

0 引言

       克罗恩病(Crohn's disease, CD)是一种慢性、反复发作的炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD),其发生与遗传易感个体对环境因素的免疫反应异常有关[1]。其典型的临床症状为腹痛、腹泻、便血、体重减轻和疲劳[2]。近年来,越来越多研究发现,CD患者常伴有胃肠道以外的症状(主要包括疲劳和情感障碍),其中较为突出的是焦虑和抑郁症状[3, 4, 5]。研究表明,IBD与焦虑症状合并患病率约1/3、与抑郁症状合并患病率约1/5~1/4[3],且活动期患病率更高,其中女性CD患者的抑郁症状更严重[6]。这不仅可能影响患者生活质量,还可显著增加患者预后不良恶化的风险,其中包括疾病的发作、住院、再入院、急诊就诊、手术和药物治疗升级[7]。因此,负面情绪(焦虑、抑郁)的及时评估和早期干预在CD患者临床治疗中具有重要意义。

       “脑-肠轴”的概念部分解释了负面情绪与肠道炎症之间的关联。研究表明,胃肠道内的各种内脏信号与大脑中的神经信号之间存在双向信息交流[8, 9, 10],涉及免疫系统、自主神经和肠道神经系统、肠道微生物群及其代谢物、激素以及神经递质等机制和作用[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]。一项动物实验表明,小鼠的副交感神经功能受损会增加炎症性肠病的易感性。研究者采用作用于副交感神经的致抑郁和抗抑郁药物,诱导结肠炎小鼠的抑郁样症状出现后病情加重,而抗抑郁药物治疗后病情缓解[12]。另外,一项基于人群的研究表明,IBD的慢性炎症可能通过细胞因子信号(如TNF-α、IL-6)、一氧化氮通路异常、海马神经发生减少等途径诱发精神症状[13],抑郁/焦虑可能通过免疫失调(如炎症细胞因子增加)、迷走神经功能异常、肠道菌群紊乱等机制加剧IBD活动,并且这些因素可能相互作用,并受到潜在遗传倾向的影响[4, 14, 15]。ZHANG等[14]通过构建多参数脑MRI影像组学模型,系统揭示了CD患者的神经重塑特征及其肠-脑轴调控机制。这些研究揭示了脑-肠轴在调节CD患者胃肠道症状方面发挥作用,而胃肠道症状的反复发作可能进一步影响患者的精神心理状态,从而在患者脑部结构或功能表现出现异常[15]。这为我们进一步研究CD患者伴发焦虑、抑郁等负面情绪的神经影像改变提供了可能的理论基础。

       目前,负面情绪状态的评估主要依赖患者临床症状、精神状态检查以及心理量表评分,但是这样的评估缺乏精确性和客观性[16]。迫切需要一种新的评估方式,尽管MRI在CD脑影像方面取得了相当大的进展,但大多数研究都集中在单一模式的数据信息上[17],因此多模态影像技术的运用为客观评估CD患者的大脑功能、结构变化及其与负面情绪之间的关系提供了新的思路。目前关于CD患者的脑结构、功能变化与负面情绪的相关性的研究有很多,但结果各异,仍然不清楚CD伴负面情绪患者在哪些脑区存在变化。本文综述了近年来关于CD患者伴负面情绪的脑结构和功能的MRI及近红外光谱技术的临床研究进展,旨在为未来评估CD患者的负面情绪提供影像学依据和参考,为临床治疗该类患者提供可能的“靶点”。

1 CD伴负面情绪患者的大脑结构影像指标改变

1.1 脑灰质体积与皮层厚度变化

       近年来,关于CD患者脑形态学变化研究主流的方法包括基于体素的形态学测量(voxel-based morphometry, VBM)和基于表面的形态学分析(surface-based morphometry, SBM),通过以上两种方法分别得到反映脑组织密度和体积的以及皮层表面形态学多维参数的影像结构指标:脑区灰质体积(gray matter volume, GMV)、皮层厚度(cortical thickness, CT),它们是反映神经解剖学互补方面的两个测量指标,对不同的病理生理过程可能具有不同的敏感性[18]。现有研究揭示CD患者的脑结构改变主要集中于情绪调节相关脑区。多项研究发现,CD患者与负面情绪相关的脑区结构变化可能发生在额叶、脑岛、边缘系统。额叶多个亚区被发现参与情绪调节,如前额叶皮层[18]、内侧额上回[19],它们的变化通常与情绪控制、决策、冲动控制等认知功能相关;岛叶在情绪调控和内感知中发挥关键作用[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21],边缘系统则被广泛认为是情绪调节功能的重要结构[18, 19, 20, 21]

       早在2015年,BAO等[18]就对缓解期CD患者GMV与心理因素相关性进行了研究,发现缓解期CD患者的GMV主要在边缘系统多个脑区显著增加,当把焦虑和抑郁作协变量进行分析时,其中的杏仁核的GMV差异消失了,而其他区域的差异减小;CD患者的GMV和CT在扣带回、补充运动区、脑岛、中央后回、中央前回、额叶、颞叶和顶下小叶显著减小,而CT值减少还表现在海马旁回,同样把焦虑和抑郁作协变量进行分析时,补充运动区、中央前回、额叶的GMV以及海马旁回的CT差异消失了,其他脑区差异有所减小。这可能提示CD患者在边缘系统、额叶、补充运动区、中央前回、海马旁回的GMV/CT改变与焦虑、抑郁存在潜在相关性。而最近的一些研究也得到了相似的结果,LI等[21]以情绪调节参与脑区—新纹状体为感兴趣脑区,发现CD患者壳核GMV升高。一项Meta分析[19]研究发现,CD患者内侧额上回GMV减少与焦虑评分呈负相关,且CD患者内侧额上回GMV的减少已通过激活可能性估计法和基于种子点的d值映射法得到证实。为了进一步了解结构变化与情绪变化的潜在神经机制,研究发现[22],γ-氨基丁酸浓度的减少可能导致神经抑制功能下降,引发情绪调节异常,并且证明了神经递质的减少是眶额叶皮层变薄与抑郁症状加重的核心中介因子,通过联合功能连接(functional connectivity, FC)分析提出可能的机制:神经递质的减少可能削弱额叶对杏仁核和下丘脑的抑制性调控,使应激反应增强,最终导致抑郁。关于岛叶,郑妍玲等[20]研究发现CD患者脑岛的CT值减少与抑郁评分负相关。THOMANN等[4]排除医院焦虑抑郁量表评分>7分(可以认为无焦虑/抑郁症状)的CD患者后,结果显示缓解期CD与健康人的GMV无显著性差异,这可能部分解释了CD患者脑区的变化受焦虑、抑郁影响。另外,最近的一项研究显示[23],采用症状自评量表对患者心理问题评估,发现CD患者在额极、中央后回、扣带回的GMV减少与躯体化(由于心理因素而引起的身体不适症状)呈负相关,而颞极GMV减少与精神质(反映个体的信任问题,严重时可能与精神分裂症等精神疾病相关)呈负相关,虽然他们没有探索脑区变化与焦虑、抑郁的相关性,但是却发现与前研究相似的脑区变化。上述研究表明,边缘系统(杏仁核、海马、扣带回)和认知调控区域(前扣带回、前额叶)的结构改变可能是CD患者情绪失调的神经基础。值得注意的是,CD患者这些与认知和情绪处理相关的脑区的变化还可能与其他因素相关。例如,丘脑体积变化与C-反应蛋白(C-reactive protein, CRP)浓度呈正相关,且在女性疼痛患者中增加[24];左侧中央前回GMV减少与疲劳、粪便钙卫蛋白呈负相关[4]。前扣带回、背内侧前额叶、左侧脑岛的GMV减少与病程呈负相关;扣带回GMV变化还与红细胞、血红蛋白、肠道症状、全身症状呈正相关;较缓解期CD患者相比,活动期患者后扣带回皮层的GMV减少,而扣带回对炎症高度敏感,其GMV减少或为CD相关情绪障碍的结构基础[19]。这些研究表明CD患者脑结构的变化一部分可能解释了焦虑、抑郁情绪发生的可能原因,另一方面,它们的变化可能还与其他因素交互作用共同影响脑结构的变化。因此CD患者负面情绪相关脑区结构变化时,除了需要评估心理外,还需要关注实验室炎症指标、肠道微生物群、病程、疾病活动性等因素,进行多参数脑MRI影像学变化研究,从而进一步揭示CD患者肠道炎症、脑形态学、负面情绪三者之间可能存在潜在的关联,为补充说明脑-肠轴提供影像学依据。

       综上,伴负面情绪的CD患者脑影像指标变化常出现在边缘系统(特别是杏仁核、海马)、额叶(特别是内侧额上回、额极、额叶眶部)、脑岛,这些脑区的结构变化,可能反映了CD患者长期慢性炎症引起的神经重塑或萎缩,进而影响相应脑区的情绪调节功能。未来或许可以靶向治疗或监测这些脑区的GMV、CT变化,用于评估患者疾病-情绪共病改善情况。另外,部分研究显示中央前回、中央后回、补充运动区等多个脑区存在影像学指标异常,但是具体与负面情绪的相关性未来需要进一步探究。

       基于VBM、SBM分析我们可精准定位体积/厚度变化,但无法解释功能或代谢机制,未来需结合多模态数据和纵向设计,探索结构动态变化与情绪症状的时序关联。另外,目前研究结果异质性较大,这可能和样本量过小、脑区变化的个体差异性以等因素相关,未来需要扩大样本量研究;现有研究多为横断面,缺乏纵向证据,无法明确结构变化与情绪症状的因果关系。

1.2 DTI和DKI影像指标变化

       结构MRI已对灰质进行了大量研究,白质同样作为组成大脑的重要结构,负责灰质各个区域间通信,并将灰质连接到服务于认知与情感功能的神经网络中[25]。扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可通过白质束的方向和完整性来识别白质异常,从而揭示患者群体中复杂的结构差异[26],其指标可反映细胞结构、肿胀、轴突损伤、坏死和炎症等信息。基于此成像技术,研究有了重要发现。例如,HOU等[27]发现缓解期CD患者的焦虑评分与扣带束、下纵束以及胼胝体压部的DTI指标具有显著相关性。结果提示这些通路在CD患者焦虑的神经生物学机制中可能起关键作用,进一步强调了情绪障碍与慢性炎症性疾病的复杂相互作用,同时为探索焦虑的生物学机制和个性化治疗提供了新的思路。然而,有一部分研究[28, 29, 30]仅提示溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)或CD患者脑白质结构可能存在的变化,并没有对患者认知、行为及情绪症状(焦虑或抑郁)进行评估,暂且不能说明两者的相关关系,未来有待进一步做相关性研究。

       相比传统的DTI,扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)的非高斯特性使之能检测大脑神经退行性异常,准确反映交叉纤维区域的神经突密度,并评估更复杂的微观结构[31, 32]。其在神经系统疾病、肿瘤诊断和组织微结构研究中具有显著的优势,但由于扫描时间和计算复杂性的限制,目前仍处于科研与临床应用的过渡阶段。基于此技术,研究表明,CD患者在尾前扣带回的峰度各向异性会增加[14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25]。而尾部前扣带回作为分布式注意力网络的一部分,是感觉和认知研究中的关键领域,涉及疼痛调节和相关的情绪处理,例如焦虑、抑郁和恐惧[33]。这表明疼痛和相关的情绪处理,如焦虑、抑郁和恐惧,可能会导致这个脑区持续紧张,这点支持CD患者焦虑/抑郁高发的神经基础。另外,一项研究通过DKI与功能MRI(functional MRI, fMRI)多模态联合的方法,发现了IBD患者脑默认网络(default mode network, DMN)的DKI指标、FC发生了变化[17]。最新研究发现,岛叶、额叶、颞叶的扩散表观系数、表观峰度系数可能成为区分CD患者焦虑症状的有效指标[34],研究表明伴焦虑的CD患者存在以上脑区存在不同程度的损伤,并且与焦虑量表评分密切相关。这表明,岛叶、额叶和颞叶的微观结构变化可能在CD患者的焦虑症状中起到重要作用,相关指标有望为临床诊断和治疗提供新的参考依据。然而,脑白质结构变化与CD疾病之间的因果关系尚不清楚,YU等[29]的反向孟德尔随机化分析发现,遗传上预测的IBD对大脑右侧顶盖纤维束的微观结构(定向扩散指数)有显著的因果影响,且这一结果经过进一步的敏感性分析得到了验证。综上,我们发现,白质纤维束(如扣带束、ILF)连接异常可能通过破坏边缘-皮层环路,加剧情绪处理障碍。并且反向孟德尔分析提示CD的遗传易感性可能导致白质微观结构的改变,支持“肠-脑轴”单向假说。

       DTI/DKI可量化白质完整性,但无法区分轴突损伤与髓鞘病变;DKI对交叉纤维的解析更优,建议扩大其应用。目前,基于DTI、DKI成像技术对CD患者脑白质的研究甚少,未来还需大量研究来证实CD患者是否存在稳定且特异的DTI参数改变,从而服务于临床,并且对于白质改变是否直接导致负面情绪,或为炎症/治疗的继发效应仍需验证。然而,DKI在早期识别CD患者情绪症状方面具有一定潜能,未来可以进一步与其他影像技术(如fMRI)结合,深入探讨CD的脑功能和结构改变,以及其与情绪症状之间的关系。

2 CD伴负面情绪患者的大脑功能指标改变

2.1 基于静息态fMRI

2.1.1 脑局部自发神经活动与区域一致性变化

       脑局部神经活动常用衡量标准包括:自发低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuations, ALLF)、局部一致性(regional homogeneity, ReHo),前者强调单一脑区的活动振幅、后者注重脑区与其周围体素之间的同步性,它们分别评估静息态脑功能的强度和一致性。

       CD患者负面情绪的伴随可能导致多个脑区局部神经活动以及区域一致性改变。近期,有研究[34]发现IBD患者扣带回的ALLF值显著增加且与疼痛相关的负性情绪相关,而中央后回的ALLF值显著下降与特质抑郁情绪相关。另外,GOODYEAR等[24]通过研究IBD患者的认知和情绪处理脑区,包括边缘系统、基底节和下丘脑的部分区域,观察到海马、下丘脑、丘脑、岛叶、尾状核等脑区ALFF值增加。这可为我们研究不同负面情绪状态下CD患者脑活动变化提供参考依据。例如,ZHANG等[14]发现CD患者中央前回ALLF、ReHo降低可能和感觉运动和情绪功能障碍相关。同样,在疾病活动期也观察到了类似现象。例如,KONG等[35]发现活动期CD患者左前扣带回表现出ALLF值显著升高且与抑郁评分呈正相关。通过症状自评量表对CD患者心理评估,有研究[36]发现了CD活动期患者在特定脑区(如左枕叶梭状回、右侧胼胝体内皮质和右侧扣带回等)的ALFF值存在显著差异,且这些差异与临床症状(如焦虑、精神病症状和敌对情绪)相关。通过联合客观支持评分的心理评估,HUANG等[37]发现,活动期 CD 患者左侧额中回的ReHo值与抑郁、强迫症和偏执评分呈正相关,与全身症状评分呈负相关。这些研究表明克罗恩病患者在不同负面情绪状态下,大脑活动的显著变化,尤其是在疾病活动期。并且提示患者的焦虑、抑郁情绪可能与大脑特定区域的神经活动变化密切相关,尤其是CD患者前扣带回、楔前叶、中央后回ALFF变化以及额叶的ReHo变化,且前扣带回活动与抑郁评分正相关[34, 35],而扣带回过度激活可能反映对慢性疼痛和负性情绪的异常加工,这与“自我参照思维过度活跃”相关。这些变化脑区或为今后的研究和临床干预提供了参考依据。ALFF/ReHo可反映脑局部自发活动,但易受头动和生理噪声干扰,因此需标准化预处理流程减少混杂因素影响。另外存在个体差异问题,有研究发现,负面情绪的CD患者未出现脑局部神经活动变化或不能进一步证明变化脑区与焦虑或抑郁的相关性[19, 20],这可能说明研究结果可重复性较低,未来需整合多中心大数进行研究。

2.1.2 脑FC和脑网络变化

       脑FC是指不同脑区之间,通过BOLD信号时间序列的相关性反映出的协同活动。而静息状态下,不同脑区域之间的FC进行协作形成了脑网络。常用的分析方法包括:基于感兴趣区域(region of interest, ROI)的连接性分析、独立成分分析以及脑网络分析(如图论分析)。研究表明,IBD患者在岛叶、下丘脑、海马、壳核、尾状核等脑区间的FC显著增加。这些变化可能与认知和情绪处理脑区改变有关[24]。同样在CD患者中有观察到类似结果。在CD患者中,焦虑和抑郁症状对FC有显著影响。基于ROI分析,在控制焦虑和抑郁后,岛叶背侧前部和右后脑岛之间的FC差异不再显著[38]。CD患者在杏仁核亚区有显著的FC变化,这些变化可能与疾病本身或焦虑和抑郁的症状有关[39]。但是,同样是采用ROI分析,郑妍玲等[20]观察到CD患者左脑岛-右后顶叶间FC显著降低,而未发现其与焦虑、抑郁得分的相关性。HUANG等[36]的研究发现了缓解期CD患者在多个脑区(如额极、缘上回、扣带回)之间的FC显著增加,但与焦虑和抑郁评分也无显著关联。

       CD中FC的改变已在DMN和额顶网络区域、视觉、小脑、显著性和注意力网络中发现,构成了CD特异性神经表型[40],DMN核心节点(楔前叶、内侧前额叶)与自我关注和负性情绪加工相关[19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41],尤其是楔前叶的异常可能加剧患者的疼痛感知与情绪困扰[39]。近年来,研究者越来越关注伴负面情绪CD的患者在FC和脑网络方面的变化。2017年,THOMANN等[42]的研究首次提供了缓解期CD患者内在神经网络连通性(包括DMN)选择性破坏的证据。他们基于独立成分分析,观察到CD患者的DMN,尤其是前扣带回和中扣带回之间的连接增强,且与焦虑症状密切相关。但是,也有研究提示DMN内FC差异性变化可能与焦虑水平无关。研究表明,CD患者在DMN及其他脑网络的FC发生改变,例如右楔前叶与右后扣带回皮层间的FC增加以及部分网络内和网络间的FC变化。然而,这些FC的变化未显示出与焦虑、抑郁或CDAI的显著相关性[41, 42, 43]

       基于图论分析方法,研究发现,CD患者的前扣带回的中心度较高[34],前扣带回作为边缘系统的重要组成部分,参与了多种高级认知功能(如冲突监控、情绪调节、疼痛处理等),其高中心度表明它在整合不同脑区的信息时发挥着关键作用。另外,有研究发现,UC患者的脑网络的神经可塑性变化可能与负面情绪具有相关性。例如:TURKIEWICZ等[28]发现,UC患者的躯体感觉网络和DMN区域中心性较高,后岛叶和苍白球的中心性较低。这与情绪特质焦虑和抑郁症状相关。此外,皮质稳定性与情绪相关。再如,THOMANN等[44]的研究虽然没有发现组间焦虑、抑郁的差异性,但是CD患者的全局连接模式改变、局部连接性减低的变化,提示这些变化可能是CD缓解期的神经表型,代表了焦虑、抑郁症状的倾向性神经相关因素以及心理状态与脑网络交互的复杂性。这些研究发现CD患者大脑FC与脑网络存在广泛变化,其中核心发现了“边缘-皮层环路”可能失调,即脑岛-杏仁核、前额叶-海马FC减弱,可能导致情绪调节能力下降;而脑网络中DMN的异常连接是CD情绪共病的核心特征。

       一方面,脑FC和网络分析方式多样,但目前研究结果各异,存在网络特异性不明的问题,不同研究定义的ROI和网络划分标准不一,结论难以整合,未来可能需开发标准化脑网络图谱,验证网络异常的行为学意义。另一方面,尽管FC变化和网络异常与CD—负面情绪密切相关,但这些改变是疾病的结果还是原因、背后的病理机制仍然不清,未来研究应整合多种成像数据(如静息态fMRI、结构MRI、扩散张量成像等),以更全面地理解脑FC和网络变化的机制。例如,结合基因表达、神经递质受体分布等生物学信息,可以更好地解释FC的个体差异。另外,关于CD患者情绪变化引起的脑结构以及功能变化研究,绝大多数是对大脑的研究,不过鲜有的研究[18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45]也发现了小脑结构及功能的变化,未来对于小脑的结构、功能及其与负面情绪的相关性研究还有待进一步论证及深入讨论。

2.2 基于任务态fMRI

       任务态fMRI能够通过特定任务诱发的神经反应,精准定位大脑中与特定认知、感觉或运动功能相关的脑区,从而揭示脑区的功能特异性和在不同任务中的灵活参与[46]。随着对CD及其心理并发症研究的深入,任务态fMRI将继续发挥关键作用,特别是在探索CD患者焦虑抑郁症状的神经生物学基础方面。CD患者的认知功能、情感反应和内脏敏感性与特定脑区的激活模式密切相关。研究表明,任务态fMRI揭示了CD患者在认知任务中的脑区激活异常,尤其是在与情感、应激应答以及内脏感知相关的脑区,如杏仁核、扣带皮层、内侧颞叶等[47, 48]。此外,通过内隐联想测试任务,研究发现CD 的治疗(如抗TNF-α治疗、免疫调节治疗)可改善与这些脑区相关的情感认知偏差,减轻焦虑和抑郁症状[48, 49]。这些发现不仅提供了对CD患者神经机制变化的深刻理解,还表明病程中的脑结构变化可能对认知和情感反应产生重要影响。CD患者的焦虑和抑郁症状可能与特定的情绪加工网络功能异常相关。未来的研究可以使用任务态fMRI来探讨这些网络的具体功能。例如,情绪识别任务、情绪调节任务、情绪反应抑制任务等,可以帮助研究者识别CD患者在面对负面情绪刺激(如痛苦、压力等)时的脑功能活动差异。

3 基于近红外光谱成像技术

       基于近红外光谱成像技术(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)是一种非侵入性脑成像技术,它通过监测脑组织对近红外光的吸收,来实时反映大脑的氧合水平,进而推测神经活动。目前,广泛用于抑郁症研究中[50]。一项研究表明[51],UC患者额叶的平均含氧血红蛋白浓度显著降低,但抑郁相关指标均未表现出组间差异,在此研究中未发现抑郁症与脑活动之间的确切关系。在CD患者中,未发现类似异常,这可能说明IBD的亚型可能存在不同的神经影像变化机制。此外,有研究通过联合此项技术,发现了脑网络情感识别的高性能方法[52]。然而,其空间分辨率限制了对于深部脑区的检测,如边缘系统活动监测受限。未来,NIRS可能在早期识别情绪问题、实时监测负面情绪引发的脑区活动上具有重要临床价值,为临床医生精准治疗、评估患者疗效提供可能的工具。其便携性、高时间分辨率、低成本、生态环境可操作的优势[53],使之有望成为CD诊疗中的普适工具。fNIRS的运用将促进多学科的协作和更加综合的诊疗策略。

4 小结与展望

       CD患者常伴随焦虑、抑郁等负面情绪。现有研究表明,合并负面情绪的CD患者在边缘系统(尤其是杏仁核、扣带回、海马)、额叶、脑岛等多个脑区结构和功能异常,提示CD患者负面情绪的产生和调节由多个脑区协同活动,并且结构与功能同/不同步变化、网络功能受损(如DMN、躯体感觉网络)。值得注意的是,这些异常在疾病活动期更为显著,且与炎症标志物(如CRP)动态关联,支持“脑-肠轴”双向互作假说。多模态影像技术(如结构/功能MRI、近红外光谱)从不同维度揭示了上述改变:结构MRI显示灰质体积与皮层厚度的双向变化,功能MRI发现DMN过度活跃与边缘-皮层环路连接减弱,而NIRS通过检测脑血氧水平为便捷临床评估提供了可能。

       然而,当前研究结果仍存在异质性,可能与以下因素相关:样本量小、疾病分期与治疗史未严格分层、情绪评估量表不一致(如HADS与CES-D的敏感性差异)、影像分析中ROI选择偏倚等。此外,多数研究局限于现象描述,对肠-脑轴信号通路的机制探索不足,例如迷走神经传导、细胞因子(如IL-6、TNF-α)的中枢渗透、微生物代谢物(如短链脂肪酸)的神经调节作用等尚未系统解析。

       因此,未来研究需通过多模态数据融合(整合结构、功能、代谢组学及遗传数据)全面揭示脑网络改变机制,并关注跨尺度交互作用:从肠道局部(如炎症强度、病变部位、粪便钙卫蛋白、肠道菌群组成)到中枢系统(如神经递质浓度、胶质细胞活化),构建动态关联模型。纵向设计可追踪肠道炎症、负面情绪与脑影像指标三者的时序关系,明确“因”与“果”;干预研究(如抗炎药、益生菌、神经调控技术)有望验证靶向治疗对脑-肠轴的可塑性影响。另外,在技术层面,单一影像模态的局限性可通过多组学联合分析(如影像+微生物组+代谢组)突破,而机器学习驱动的计算模型能挖掘潜在影像生物标志物,辅助临床分层诊疗。最终目标是通过跨学科合作与大数据整合,解析CD情绪共病的多维度机制,推动个性化脑-肠整合治疗策略的落地,为患者提供从症状缓解到神经功能重塑的全周期管理方案。

[1]
GRACIE D J, FORD A C. Crohn's disease connectome conundrums: Relevance to the prevalence and management of mood disorders[J]. Gastroenterology, 2019, 157(5): 1429-1430. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.09.030.
[2]
YANG L, HE P, ZHANG L, et al. Altered resting-state brain functional activities and networks in Crohn's disease: A systematic review[J/OL]. Front Neurosci, 2024, 18: 1319359 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1319359. DOI: 10.3389/fnins.2024.1319359.
[3]
CHESTER M A, KEEFER L. Beyond depression and anxiety in inflammatory bowel diseases: forging a path toward emotional healing[J/OL]. Am J Gastroenterol, 2024 [2025-01-09]. https://doi.org/10.14309/ajg.0000000000003125. DOI: 10.14309/ajg.0000000000003125.
[4]
THOMANN A K, SCHMITGEN M M, STEPHAN J C, et al. Associations between brain morphology, inflammatory markers and symptoms of fatigue, depression or anxiety in active and remitted Crohn's disease[J/OL]. J Crohns Colitis, 2024: jjae078 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjae078. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjae078.
[5]
JAYASOORIYA N, BLACKWELL J, SAXENA S, et al. Antidepressant medication use in inflammatory bowel disease: a nationally representative population-based study[J]. Aliment Pharmacol Ther, 2022, 55(10): 1330-1341. DOI: 10.1111/apt.16820.
[6]
BARBERIO B, ZAMANI M, BLACK C J, et al. Prevalence of symptoms of anxiety and depression in patients with inflammatory bowel disease: A systematic review and meta-analysis.[J]. Lancet Gastroenterol Hepatol, 2021, 6(5): 359-370. DOI: 10.1016/S2468-1253(21)00014-5.
[7]
JI Y, LI H, DAI G, et al. Systematic review and meta-analysis: Impact of depression on prognosis in inflammatory bowel disease[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2024, 39(8): 1476-1488. DOI: 10.1111/jgh.16568.
[8]
LI L, MA J, XU J G, et al. Brain functional changes in patients with Crohn's disease: A resting-state fMRI study[J/OL]. Brain Behav, 2021, 11(8): e2243 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1002/brb3.2243. DOI: 10.1002/brb3.2243.
[9]
FAIRBRASS K M, LOVATT J, BARBERIO B, et al. Bidirectional brain-gut axis effects influence mood and prognosis in IBD: A systematic review and meta-analysis[J]. Gut, 2022, 71(9): 1773-1780. DOI: 10.1136/gutjnl-2021-325985.
[10]
BISGAARD T H, ALLIN K H, ELMAHDI R, et al. The bidirectional risk of inflammatory bowel disease and anxiety or depression: a systematic review and meta-analysis[J]. Gen Hosp Psychiatry, 2023, 83: 109-116. DOI: 10.1016/j.genhosppsych.2023.05.002.
[11]
HU C, GE M, LIU Y, et al. From inflammation to depression: key biomarkers for IBD-related major depressive disorder[J/OL]. J Transl Med, 2024, 22(1): 997 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1186/s12967-024-05758-8. DOI: 10.1186/s12967-024-05758-8.
[12]
GHIA J E, BLENNERHASSETT P, COLLINS S M. Impaired parasympathetic function increases susceptibility to inflammatory bowel disease in a mouse model of depression[J]. J Clin Invest, 2008, 118(6): 2209-2218. DOI: 10.1172/JCI32849.
[13]
BISGAARD T H, ALLIN K H, KEEFER L, et al. Depression and anxiety in inflammatory bowel disease: epidemiology, mechanisms and treatment[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2022, 19(11): 717-726. DOI: 10.1038/s41575-022-00634-6.
[14]
ZHANG R N, WANG Y D, WANG H J, et al. Identification of neural alterations in patients with Crohn's disease with a novel multiparametric brain MRI-based radiomics model[J/OL]. Insights Imaging, 2024, 15: 289 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1186/s13244-024-01859-6. DOI: 10.1186/s13244-024-01859-6.
[15]
唐伍丽, 李康. 克罗恩病患者脑结构和功能改变的 MRI研究进展[J]. 磁共振成像, 2022, 13(8): 154-157. DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.08.035.
TANG W L, LI K. Progress in MRI study of brain structure and functional alterations in patients with Crohn's disease[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(8): 154-157. DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.08.035.
[16]
TONG Y, WANG Q, WANG X, et al. A scoping review of functional near-infrared spectroscopy biomarkers in late-life depression: depressive symptoms, cognitive functioning, and social functioning[J/OL]. Psychiatry Res Neuroimaging, 2024, 341: 111810 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1016/j.pscychresns.2024.111810. DOI: 10.1016/j.pscychresns.2024.111810.
[17]
DENG J, SUN J, LU S, et al. Exploring neural activity in inflammatory bowel diseases using functional connectivity and DKI-fMRI fusion[J/OL]. Behav Brain Res, 2023, 443: 114325 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2023.114325. DOI: 10.1016/j.bbr.2023.114325.
[18]
BAO C H, LIU P, LIU H R, et al. Alterations in brain grey matter structures in patients with Crohn's disease and their correlation with psychological distress[J]. J Crohns Colitis, 2015, 9(7): 532-540. DOI: 10.1093/ecco-jcc/jjv057.
[19]
KONG N, ZHOU F, ZHANG F, et al. Morphological and regional spontaneous functional aberrations in the brain associated with Crohn's disease: A systematic review and coordinate-based meta-analyses[J/OL]. Cereb Cortex, 2024, 34(4): bhae116 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1093/cercor/bhae11. DOI: 10.1093/cercor/bhae116.
[20]
郑妍玲, 李芸菲, 胡杨, 等. 克罗恩病患者左脑岛及右后顶叶皮层厚度与功能连接异常[J]. 磁共振成像, 2024, 15(6): 31-35. DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2024.06.004.
ZHENG Y L, LI Y F, HU Y, et al. Abnormal cortical thickness and functional connectivity of the left insula and right posterior parietal cortex in Crohn's disease[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2024, 15(6): 31-35. DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2024.06.004.
[21]
LI P, CHEN F, CHEN D, et al. Evaluation of neostriatum changes in Crohn's disease: a multimodal brain magnetic resonance imaging study[J]. Quant Imaging Med Surg, 2024, 14(12): 8320-8330. DOI: 10.21037/qims-23-1603.
[22]
WANG J, LIU G, XU K, et al. The role of neurotransmitters in mediating the relationship between brain alterations and depressive symptoms in patients with inflammatory bowel disease[J]. Hum Brain Mapp, 2023, 44(16): 5357-5371. DOI: 10.1002/hbm.26439.
[23]
HUANG M, MA H, ZOU Y, et al. Structural alterations of brain in different disease states of Crohn's disease: Results of a cross-sectional study in a Chinese hospital[J/OL]. Heliyon, 2024, 10(6): e27446 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27446. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e27446.
[24]
GOODYEAR B G, HEIDARI F, INGRAM R J M, et al. Multimodal brain MRI of deep gray matter changes associated with inflammatory bowel disease[J]. Inflamm Bowel Dis, 2023, 29(3): 405-416. DOI: 10.1093/ibd/izac089.
[25]
赵琪. 脑成像衍生表型:炎症性肠病发病的生物标志物和精神并发症的潜在介导因素[D]. 吉林大学, 2024. DOI: 10.27162/d.cnki.gjlin.2024.004467.
ZHAO Q. Brain imaging derived phenotypes: a biomarker for the onset of inflammatory bowel disease and a potential mediator of mental complications[D]. Jilin University, 2024. DOI: 10.27162/d.cnki.gjlin.2024.004467.
[26]
METIN M Ö, GÖKÇAY D. Diffusion tensor imaging group analysis using tract profiling and directional statistics[J/OL]. Front Neurosci, 2021, 15: 625473 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2021.625473. DOI: 10.3389/fnins.2021.625473.
[27]
HOU J, DODD K, NAIR V A, et al. Alterations in brain white matter microstructural properties in patients with Crohn's disease in remission[J/OL]. Sci Rep, 2020, 10(1): 2145 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59098-w. DOI: 10.1038/s41598-020-59098-w.
[28]
TURKIEWICZ J, BHATT R R, WANG H, et al. Altered brain structural connectivity in patients with longstanding gut inflammation is correlated with psychological symptoms and disease duration[J/OL]. Neuroimage Clin, 2021, 30: 102613 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2021.102613. DOI: 10.1016/j.nicl.2021.102613.
[29]
YU J, XIE W, WANG P. Inflammatory bowel disease and white matter microstructure: A bidirectional mendelian randomization study[J/OL]. Brain Res, 2024, 1845: 149206 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2024.149206. DOI: 10.1016/j.brainres.2024.149206.
[30]
FILIP P, VOJTÍŠEK L, JIČÍNSKÁ A M, et al. Wide-spread brain alterations early after the onset of Crohn's disease in children in remission-a pilot study[J/OL]. Front Neurosci, 2024, 18: 1491770 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1491770. DOI: 10.3389/fnins.2024.1491770.
[31]
KAMAGATA K, ANDICA C, KATO A, et al. Diffusion magnetic resonance imaging-based biomarkers for neurodegenerative diseases[J/OL]. Int J Mol Sci, 2021, 22(10): 5216 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3390/ijms22105216. DOI: 10.3390/ijms22105216.
[32]
YANG J, TONG P, DONG L P, et al. A novel approach to investigate the mechanism of electroconvulsive therapy in the treatment of major depression disorder: diffusion kurtosis imaging[J]. J Psychiatr Res, 2024, 179: 372-378. DOI: 10.1016/j.jpsychires.2024.09.036.
[33]
WU K, LIU Y Y, SHAO S, et al. The microglial innate immune receptors TREM-1 and TREM-2 in the anterior cingulate cortex (ACC) drive visceral hypersensitivity and depressive-like behaviors following DSS-induced colitis[J]. Brain Behav Immun, 2023, 112: 96-117. DOI: 10.1016/j.bbi.2023.06.003.
[34]
YANG L, ZHANG L, LIU Y, et al. The different impacts of pain-related negative emotion and trait negative emotion on brain function in patients with inflammatory bowel disease[J/OL]. Sci Rep, 2024, 14(1): 23897 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1038/s41598-024-75237-z. DOI: 10.1038/s41598-024-75237-z.
[35]
KONG N, GAO C, ZHANG F, et al. Neurophysiological effects of the anterior cingulate cortex on the exacerbation of Crohn's disease: A combined fMRI-MRS study[J/OL]. Front Neurosci, 2022, 16: 840149 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.840149. DOI: 10.3389/fnins.2022.840149.
[36]
HUANG M, MA G, ZOU Y, et al. A potential brain functional biomarker distinguishing patients with Crohn's disease with different disease stages: A resting-state fMRI study[J/OL]. Front Neurosci, 2024, 18: 1361320 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1361320. DOI: 10.3389/fnins.2024.1361320.
[37]
HUANG M, LI X, FAN W, et al. Alterations of regional homogeneity in Crohn's disease with psychological disorders: A resting-state fMRI study[J/OL]. Front Neurol, 2022, 13: 817556 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fneur.2022.817556. DOI: 10.3389/fneur.2022.817556.
[38]
S Z, F C, J W, et al. Altered structural covariance and functional connectivity of the insula in patients with Crohn's disease[J]. Quant Imaging Med Surg, 2022, 12(2): 1020-1036. DOI: 10.21037/qims-21-509.
[39]
SUN J, SUN W, YUE K, et al. Abnormal amygdala subregion functional connectivity in patients with Crohn's disease with or without anxiety and depression[J/OL]. Behav Neurol, 2024, 2024: 1551807 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1155/2024/1551807. DOI: 10.1155/2024/1551807.
[40]
THAPALIYA G, ELDEGHAIDY S, RADFORD S J, et al. An examination of resting-state functional connectivity in patients with active Crohn's disease[J/OL]. Front Neurosci, 2023, 17: 1265815 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1265815. DOI: 10.3389/fnins.2023.1265815.
[41]
LI L, MA J, HUA X, et al. Altered intra- and inter-network functional connectivity in patients with Crohn's disease: An independent component analysis-based resting-state functional magnetic resonance imaging study[J/OL]. Front Neurosci, 2022, 16: 855470 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.855470. DOI: 10.3389/fnins.2022.855470.
[42]
THOMANN A K, GRIEBE M, THOMANN P A, et al. Intrinsic neural network dysfunction in quiescent Crohn's disease[J/OL]. Sci Rep, 2017, 7(1): 11579 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11792-y. DOI: 10.1038/s41598-017-11792-y.
[43]
HOU J, MOHANTY R, NAIR V A, et al. Alterations in resting-state functional connectivity in patients with Crohn's disease in remission[J/OL]. Sci Rep, 2019, 9(1): 7412 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43878-0. DOI: 10.1038/s41598-019-43878-0.
[44]
THOMANN A K, REINDL W, WÜSTENBERG T, et al. Aberrant brain structural large-scale connectome in Crohn's disease[J/OL]. Neurogastroenterol Motil, 2019, 31(6): e13593 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1111/nmo.13593. DOI: 10.1111/nmo.13593.
[45]
LI Y, ZHENG Y, RONG L, et al. Altered function and structure of the cerebellum associated with gut-brain regulation in Crohn's disease: A structural and functional MRI study[J]. Cerebellum, 2024, 23(6): 2285-2296. DOI: 10.1007/s12311-024-01715-9.
[46]
GUO R, WU J, ZHENG Y, et al. Graph theory further revealed visual spatial working memory impairment in patients with inflammatory bowel disease[J]. J Inflamm Res, 2024, 17: 2811-2823. DOI: 10.2147/JIR.S462268.
[47]
AGOSTINI A, BALLOTTA D, RIGHI S, et al. Stress and brain functional changes in patients with Crohn's disease: A functional magnetic resonance imaging study[J]. Neurogastroenterol Motil, 2017, 29(10): 1-10. DOI: 10.1111/nmo.13108.
[48]
GRAY M A, CHAO C Y, STAUDACHER H M, et al. Anti-TNFα therapy in IBD alters brain activity reflecting visceral sensory function and cognitive-affective biases[J/OL]. PLoS One, 2018, 13(3): e0193542 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0193542. DOI: 10.1371/journal.pone.0193542.
[49]
SIEBENHÜNER A R, ROSSEL J B, SCHREINER P, et al. Effects of anti-TNF therapy and immunomodulators on anxiety and depressive symptoms in patients with inflammatory bowel disease: a 5-year analysis[J/OL]. Ther Adv Gastroenterol, 2021, 14: 17562848211033763 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1177/17562848211033763. DOI: 10.1177/17562848211033763.
[50]
WU Y, QIAO S, ZHONG J, et al. FNIRS-based energy landscape analysis to signify brain activity dynamics of individuals with depression[J/OL]. CNS Neurosci Ther, 2024, 30(11): e70139 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1111/cns.70139. DOI: 10.1111/cns.70139.
[51]
FUJIWARA T, KONO S, KATAKURA K, et al. Evaluation of brain activity using near-infrared spectroscopy in inflammatory bowel disease patients[J/OL]. Sci Rep, 2018, 8(1): 402 [2025-01-09]. https://doi.org/10.1038/s41598-017-18897-4. DOI: 10.1038/s41598-017-18897-4.
[52]
HOU M, ZHANG X, CHEN G, et al. Emotion recognition based on a EEG-fNIRS hybrid brain network in the source space[J/OL]. Brain Sci, 2024, 14(12): 1166 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3390/brainsci14121166. DOI: 10.3390/brainsci14121166.
[53]
BONILAURI A, SANGIULIANO INTRA F, ROSSETTO F, et al. Whole-head functional near-infrared spectroscopy as an ecological monitoring tool for assessing cortical activity in parkinson's disease patients at different stages[J/OL]. Int J Mol Sci, 2022, 23(23): 14897 [2025-01-09]. https://doi.org/10.3390/ijms232314897. DOI: 10.3390/ijms232314897.

上一篇 抑郁症多模态磁共振脑成像与炎性标志物的相关性研究进展
下一篇 影像转录组关联研究在神经退行性疾病中的研究进展
  
诚聘英才 | 广告合作 | 免责声明 | 版权声明
联系电话:010-67113815
京ICP备19028836号-2