0 前言

       湿疹等皮肤病患者常自诉剧痒难忍，严重时可导致失眠、焦虑等身心功能障碍^[1]。据报道，皮肤病患者中瘙痒患病率超过50％^[2]。此外，糖尿病、肝病、肾病、肿瘤等患者群体中也存在瘙痒问题^{[3, 4]}。因此瘙痒应引起临床医生足够的关注。目前对瘙痒病因的研究主要集中于周围神经方面，瘙痒的中枢机制尚不完全清楚。静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）常用于分析各类疾病的脑影像学特征^[5]。分数低频振幅（fraction amplitude of low frequency fluctuation, fALFF）、局部一致性（regional homogeneity, ReHo）、功能连接性（functional connectivity, FC）等基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependence, BOLD）原理的指标^{[6, 7]}可以反映瘙痒的中枢特征。既往瘙痒的功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）报道以任务态范式为主，如利用组胺、刺毛黧豆、辣椒素、毛刷或视听刺激等方式诱导受试者产生瘙痒感觉并观察相应的脑功能活动变化^{[8, 9, 10]}。人工诱导或观看视频诱发“传染性瘙痒”等方式，可引起初级感觉皮层、初级运动皮层、颞叶皮层、前额叶皮层、扣带回、海马、脑岛、丘脑、基底节区和小脑等BOLD信号的广泛激活，并显示出性别差异^{[11, 12]}。除了健康受试者之外，瘙痒相关皮肤病的fMRI研究报道表明，银屑病患者在接受瘙痒刺激后，边缘系统和小脑之间，以及小脑蚓部、顶下小叶、缘上回和丘脑间的FC连接增强^[13]。荨麻疹患者存在小脑区域ReHo值升高，右侧腹侧纹状体和右侧枕叶、右侧壳核与左侧中央前回之间的FC值减低等现象^[14]。这些研究从局部脑区或脑网络等角度客观分析瘙痒的中枢特征，为阐明瘙痒的中枢机制提供了可供参考的方法。

       我们注意到，此前任务态fMRI研究有助于观察瘙痒的即刻脑效应，但难以评估瘙痒对神经活动的潜在影响。传统的基于种子点的FC分析依赖先验的假设或已知的功能脑网络。本研究团队在临床中收治到一批在华旅居的韩国人，该群体既往无瘙痒相关疾病病史，在华生活一段时间后出现典型的湿疹瘙痒症表现，使得这些患者成为研究瘙痒的理想群体。基于以上背景，本研究采用rs-fMRI技术以及fALFF和FC等分析方法，探究湿疹瘙痒所致的局部脑区自发活性和FC之间的关系。fALFF分析旨在揭示不同脑区的自主活动特征，而FC分析则关注脑区之间的协调性和相互作用。两种分析方法结合可以获得更全面和丰富的功能信息，更进一步刻画瘙痒的脑影像学特征。综上所述，本研究有助于增进我们对瘙痒中枢机制的理解，特别是为今后皮肤病所致瘙痒的诊断、治疗和新药开发等环节提供有参考价值的神经影像学证据支持。

1 材料与方法

1.1 受试者招募

       于2022年8月至10月间，招募我院就诊的韩国籍湿疹瘙痒患者42名纳入观察组，同时招募韩国籍健康受试者44名纳入对照组。两组受试者在年龄、身高、体质量、性别比、受教育年限方面相匹配。所有受试者均已被详细告知研究内容，同意参加本研究并签署知情同意书。本研究遵守《赫尔辛基宣言》并已经过我院伦理委员会批准（伦理批号：2022-1168-105-01）。

1.2 入组标准

       湿疹诊断标准：主要参考《中国临床皮肤病学》第2版中有关湿疹急性期的诊断^[15]：皮肤红斑、水肿基础上粟粒大丘疹、丘疱疹、水疱、糜烂及渗出，病变中心较重，外围有散在丘疹、丘疱疹，境界不清。

       观察组纳入标准：（1）临床符合急性期湿疹表现，首次发病且病程在6周以内；（2）年龄18～55周岁；（3）右利手；（4）高中以上文化程度；（5）同意参加本研究并签署知情同意书。

       对照组纳入标准：（1）既往身体健康，半年内无湿疹及瘙痒相关病史；（2）年龄18～55周岁；（3）右利手；（4）高中以上文化程度；（5）同意参加本研究并签署知情同意书。

       观察组和对照组排除标准：（1）患有其他类型的湿疹或能引起皮肤瘙痒的原发和继发疾病，如特应性皮炎、脂溢性皮炎、荨麻疹、胆汁淤积、尿毒症、糖尿病、多发性硬化；（2）合并有心脑血管疾病、肝肾功能不全、造血系统及精神疾病；（3）妊娠期或哺乳期女性；（4）入组前1周内口服过抗组胺类药物，或类固醇制剂及其他免疫抑制剂者；（5）伴有不适合进行磁共振检查的情况，如植入助听器、心脏起搏器，幽闭恐惧症等。

1.3 数据采集

       临床资料：所有受试者在入组时均记录年龄、性别、利手、身高、体质量、受教育年限、匹兹堡睡眠质量指数（Pittsburgh Sleep Quality Index, PSQI）^[16]、焦虑自评量表（Self-rating Anxiety Scale, SAS）^[17]。此外观察组接受瘙痒视觉模拟评分法（Visual Analogue Scale, VAS）^[18]、12项瘙痒严重程度评估量表（12-Item Pruritus Severity Scale, 12-PSS）^[19]、湿疹面积及严重程度评分（Eczema Area and Severity Index, EASI）^[20]等相关评估。（1）VAS：用0～10共11个数字表示瘙痒感觉，0表示无瘙痒，10代表难以忍受的瘙痒，受试者根据自身瘙痒程度从中挑选一个数字代表自身的瘙痒程度。（2）12-PSS：总分3～22分，评分越高表示痒程度越重。（3）EASI：总分0～72分，评分越高表示湿疹面积及严重程度越重。

       rs-fMRI扫描：嘱受试者于扫描前一天不要饮用咖啡、浓茶等兴奋性饮料；扫描前去除全身金属物品；扫描过程中闭目并保持清醒，尽量不要做吞咽等动作，以防止头动过大；所有受试者取仰卧位，头部固定，戴耳塞，闭目并保持清醒。采用西门子Skyra 3.0 T磁共振扫描仪和16通道相控阵线圈。先行高清3D-T1WI结构像平扫，排除颅脑器质性病变。采用梯度回波序列，扫描参数如下：TR 7.2 ms，TE 3.1 ms，FA 10°，FOV 256 mm×256 mm，矩阵512×512，层厚 1 mm，层数192，体素1 mm×1 mm×1 mm。随后行功能像扫描，采用EPI-BOLD序列，全脑横断扫描，平行于AC-PC线，包括小脑和脑干，扫描时间8 min 10 s，共240个时间点，其中前5个时间点不采集数据，具体扫描参数如下：TR 2000 ms，TE 30 ms，FA 90°，FOV 224 mm×224 mm，矩阵64×64，层数33，体素3.5 mm×3.5 mm×3.5 mm。扫描过程中，观察组2人和对照组1人分别出现头动过大并立刻重新扫描，扫描结束后所有受试者接受问卷调查。

1.4 数据处理

       数据预处理基于Matlab2019a平台，采用DPABI工具箱（http://rfmri.org/dpabi）对原始图像资料进行预处理。主要步骤包括：（1）图像格式转换；（2）时间层校正；（3）头动校正，将所有时间点的数据与第一时间点数据进行空间对齐，获得受试者头部运动参数，剔除各方向（X，Y，Z）头动＞3 mm及角度＞3°的数据；（4）图像配准及标准化；（5）去线性漂移；（6）带通滤波（0.01～0.08 Hz）。

       fALFF计算在滤波之前进行。首先以全宽半高（full width at half maxima, FWHM）为6 mm×6 mm×6 mm高斯核进行空间平滑。将0.01～0.08 Hz内的低频功率谱的均方根，与全频率（0～0.25 Hz）功率谱的均方根相比得到fALFF。再将每个体素fALFF值除以全脑平均fALFF值，得到标准化mfALFF值。

       FC值计算采用两组fALFF值有差异的脑区为种子点，计算每个种子点的平均时间序列同全脑时间序列的相关系数，利用Fisher变换将相关系数r值转变为z值，使结果服从正态分布，最后得到每个种子点与全脑的FC值。

1.5 统计学分析

       临床资料采用SPSS 25.0软件，计量资料以均数±标准差表示。两组性别构成比采用卡方检验，平均年龄、身高、体质量、受教育年限等资料进行正态性检验和方差齐性检验，符合正态分布且方差齐则进行独立样本t检验，不符合正态分布或方差不齐则采用Mann-Whitney U检验。采用RESTplus工具包对两组受试者差异脑区的fALFF、FC值进行两独立样本t检验，并将结果进行错误发现率（false discovery rate, FDR）多重比较校正，校正后以P＜0.01，连续体素大于50表示脑区差异有统计学意义。提取两组间差异脑区的fALFF和FC值，与临床指标进行Pearson相关性分析，显著性水平设置为P＜0.05（双侧）。

2 结果

2.1 两组基本资料比较

       所有受试者均完成基本资料和rs-fMRI数据采集。两组受试者在年龄、身高、体质量、受教育年限等基本资料方面差异无统计学意义（表1）。

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表1  两组基本资料比较
Tab. 1  Comparison of demographic data and clinical scale scores between two groups

2.2 两组脑影像学结果比较

       与对照组相比，观察组左侧中央前回、左侧中央后回、左侧补充运动区、左侧中扣带回的fALFF值增高（表2，图1），未发现fALFF值减低的脑区。

       随后以左侧中央前回、左侧中央后回、左侧补充运动区、左侧中扣带回为种子点，分析两组全脑FC值有差异的脑区。与对照组相比，左侧中央前回与双侧颞下回、双侧梭状回、双侧海马、双侧颞中回、双侧枕下回、双侧舌回之间的FC值减低（表3，图2），未发现FC值增高的脑区。左侧补充运动区与双侧颞下回、双侧颞上回、右侧海马、右侧脑岛的FC减低（表3，图3），未发现FC增高的脑区；两组左侧中央后回、左侧中扣带回与全脑的FC未见明显差异。

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图1  两组fALFF值有差异的脑区。与对照组相比，观察组左侧中央前回、左侧中央后回、左侧补充运动区、左侧中扣带回的fALFF值增高。红-黄色代表fALFF增高的脑区。P＜0.01，FDR校正。
图2  两组FC值有差异的脑区（以左侧中央前回为种子点）与对照组相比，观察组左侧中央前回与双侧颞下回、双侧梭状回、双侧海马、双侧颞中回、双侧枕下回、双侧舌回之间的FC值减低。蓝色代表FC值减低的脑区。P＜0.01，FDR校正。
图3  两组FC值有差异的脑区（以左侧补充运动区为种子点）与对照组相比，观察组左侧补充运动区与双侧颞下回、双侧颞上回、右侧海马、右侧脑岛的FC值减低。蓝色代表FC值减低的脑区。P＜0.01，FDR校正。fALFF：分数低频振幅；FC：功能连接性。
Fig. 1  Brain Regions with Differential fALFF Values between Two Groups. Compared to the control group, the observation group showed increased fALFF values in the left precentral gyrus, left postcentral gyrus, left supplementary motor area, and left cingulate gyrus. Brain regions with increased fALFF values are represented by red-yellow colors. P＜0.01, FDR corrected.
Fig. 2  Brain regions with differential FC values between two groups (with the left precentral gyrus as the seed point). Compared to the control group, the observation group exhibited decreased FC values between the left precentral gyrus and bilateral inferior temporal gyri, bilateral fusiform gyri, bilateral hippocampi, bilateral middle temporal gyri, bilateral occipital gyri, and bilateral lingual gyri. The brain regions showing decreased FC values are represented by blue color. P＜0.01, FDR corrected.
Fig. 3  Brain regions with differential FC values between two groups (with the left supplementary motor area as the seed point). Compared to the control group, the observation group exhibited decreased FC values between the left supplementary motor area and bilateral inferior temporal gyri, bilateral superior temporal gyri, right hippocampus, and right insula. The brain regions showing decreased FC values are represented by blue color. P＜0.01, FDR corrected. fALFF: fraction amplitude of low frequency fluctuation; FC: functional connectivity.

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表2  两组fALFF值有差异的脑区
Tab. 2  Brain regions with differential fALFF values between two groups

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表3  两组FC值有差异的脑区（以fALFF值有差异的脑区为种子点）
Tab. 3  Brain regions with differential functional connectivity (based on seed regions with differential fALFF values) between two groups

2.3 相关分析

       提取有差异脑区fALFF值和FC值与临床资料进行相关分析（图4）。观察组12-PSS评分和左侧中央前回（r=0.59，P＜0.01）、左侧中央后回的fALFF值呈正相关（r=0.52，P＜0.01），和VAS评分呈正相关（r=0.33，P＜0.05）。

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图4  相关分析图。4A：观察组12-PSS评分和左侧中央前回的fALFF值呈正相关；4B：观察组12-PSS评分和左侧中央后回的fALFF值呈正相关；4C：观察组12-PSS评分和VAS评分呈正相关。12-PSS：12项瘙痒严重程度评估量表；fALFF：分数低频振幅；VAS：视觉模拟评分。
Fig. 4  Correlation analysis. 4A: Positive correlation between 12-PSS scores and fALFF values in the left precentral gyrus in the observation group; 4B: Positive correlation between 12-PSS scores and fALFF values in the left postcentral gyrus in the observation group; 4C: Positive correlation between 12-PSS scores and VAS scores in the observation group. 12-PSS: 12-Item Pruritus Severity Scale; fALFF: fraction amplitude of low frequency fluctuation; VAS: Visual Analogue Scale.

3 讨论

       本研究采用rs-fMRI中的fALFF和FC分析方法，首先根据fALFF方法分析了湿疹瘙痒所致的局部脑区自发活性变化，结果显示湿疹瘙痒患者的左侧中央前回、左侧中央后回、左侧补充运动区、左侧中扣带回fALFF值增高，随后根据差异脑区做进一步的FC分析，以观察局部脑区活动对其他脑区的影响。结果显示左侧中央前回、左侧补充运动区与颞叶、枕叶和基底节区存在广泛的FC值下降。

3.1 湿疹瘙痒症所致的局部脑区活性变化

       与疼痛、温度和触觉等其他感觉相似，瘙痒被认为是一种独立的感觉形式，能唤起挠痒的欲望。虽然某些特定脑区负责处理瘙痒，但瘙痒相关的神经环路在很大程度上仍未被探索。本研究结果表明，瘙痒可引起局部脑区及脑网络FC方面的变化。首先，观察组左侧中央前回、左侧中央后回、左侧补充运动区及左侧中扣带回的fALFF值较对照组增高。瘙痒由感觉、情感和搔抓冲动等不同成分或过程组成^[21]。中央后回负责瘙痒处理的感觉成分^[22]。既往研究表明，健康受试者在注射组胺或生理盐水后，中央后回出现明显激活，在观看瘙痒视频片段后，中央后回等脑区在“传染性瘙痒”试验中也出现激活^[23]。中央前回和补充运动区的激活反映了患者的搔抓冲动意图^[24]。中央前回和中扣带回在驱动搔抓行为中起着关键作用，在瘙痒和疼痛刺激下均会被激活。患者左侧中央前回、左侧中央后回fALFF值和12-PSS评分之间的相关性，提示这两处脑区在接收和处理瘙痒感觉的过程中扮演关键角色。12-PSS评分背后所代表的瘙痒严重程度可能是左侧中央前回和左侧中央后回低频自发活动增高的主要原因。瘙痒程度与特定区域的神经活动之间的关系，有助于我们更好地理解瘙痒的神经生物学机制，并为开发更有效的治疗方法提供了新的线索和方向。我们还注意到，12-PSS还与瘙痒VAS评分存在相关性。此前一项调查表明^[25]，汉化版12-PSS与VAS评分的相关系数为0.73，量表Cronbach's α系数为0.783，重测信度为0.896，表明12-PSS具有良好的信度和效度，是评估瘙痒的可靠工具。本研究结果支持这一结论，但具体相关系数与该报道尚存在一定差异，其原因可能与患者尚处于瘙痒急性期，以及受试者群体的非汉语文化背景有关。有趣的是，我们注意到被激活的脑区均位于左侧大脑半球，结合受试者均为右利手，提示瘙痒可导致患者优势半球躯体感觉运动区的自发活性增强。

       此前有研究对健康受试者采用毛笔轻划足底产生瘙痒感觉来观察受试者脑功能活动变化^[26]，在这一任务态模式下，脑岛、丘脑、豆状核、扣带回、中央旁小叶、中央前回和中央后回等多个脑区出现激活。其他多个研究报道采用类似的物理或化学方法，同样观察到受试者前额叶皮层、基底神经节、顶叶、枕叶、丘脑和小脑的激活^{[27, 28]}。与既往报道相比，本研究结果中，异常激活的脑区集中在初级体感、运动皮层和中扣带回。造成这一区别的原因主要是受试者来源不同，本研究患者的瘙痒源于生活环境变化所致的湿疹，在fMRI扫描前，患者已不同程度地受到瘙痒问题困扰，而这一过程可能涉及神经功能重塑。部分基于健康受试者的瘙痒fMRI研究多采取单次刺激模式，因此在瘙痒刺激中存在神经超敏反应，表现为多个脑区的广泛激活。患者左侧中扣带的fALFF值出现异常增高。此前大量研究表明，扣带回皮层在急慢性疼痛中均可被激活，并且和疼痛过程中的焦虑、抑郁等情感表达有关^{[29, 30]}。我们分析扣带回的异常激活可能和瘙痒感觉诱导的负性情绪相关。

3.2 瘙痒所致的局部脑区活动变化对脑FC的影响

       进一步的FC分析显示，瘙痒患者左侧中央前回、左侧补充运动区与颞叶、枕叶、海马、脑岛等多个脑区之间的FC下降，这一现象可能涉及瘙痒相关的视听觉神经环路。有趣的是，左侧中央前回和其他脑区之间的FC值下降呈现两侧对称的特征，这是本研究的一项新发现。既往研究通过视、听任务诱发的瘙痒（如观看搔抓视频或昆虫时感到瘙痒），可激活脑岛和补充运动区。此外，海马、脑岛以及扣带回皮层隶属于大脑的奖赏环路，患者通过搔抓来抑制或减轻瘙痒的过程中，涉及瘙痒的搔抓动机成分和奖赏系统的激活^[31]。国外一项研究发现，单纯瘙痒和瘙痒—搔抓任务均可激活补充运动区、扣带回等奖赏环路相关脑区，而瘙痒诱导的搔抓会抑制颞叶和海马活性^[32]。颞中回和颞下回负责语言和语义任务的记忆、处理，视觉感知和多种感觉整合^[33]。颞上回主要负责听觉信息的初步处理^[34]。海马除了与记忆和学习有关外，还与空间定向有关^[35]。位于视觉皮层的梭状回和枕下回则具有面孔情绪识别功能^{[36, 37]}。另据报道，舌回与抑郁患者的视觉记忆和注意力缺陷有关，主要表现为对悲伤表情的过度关注及反应增加^{[38, 39]}。因此，以上相关脑区FC值的广泛下降，提示瘙痒患者的学习、记忆、空间定向和面部识别等较高级别认知能力可能会受到影响，并最终指向与瘙痒相关的大脑区域和奖励系统的神经功能的重塑或抑制。

3.3 本研究的局限性

       本研究不可避免地存在几点不足之处。首先研究未进行血清学或免疫学方面的检查，因此未能深入探究瘙痒所致的脑功能活动异常和神经内分泌系统之间的关系。例如有研究认为白细胞介素-31（IL-31）在瘙痒发生的中枢机制和治疗中扮演靶点角色^[40]。其次，本研究女性受试者人数较多，这可能和女性患者对湿疹瘙痒更敏感和就医愿望更迫切有关。此外，患者的焦虑状态也可能会导致结果不可避免地存在偏倚。我们会在未来的研究中继续改进设计，扩大样本量，增加血清学指标，以使结果更有说服力。

4 结论

       本研究通过rs-fMRI方法，观察了特定的湿疹患者人群的脑影像学特征，并将局部脑区自发活性的改变与对FC的影响联系在了一起。结果表明，瘙痒首先会引起大脑优势半球的躯体感觉运动皮层自发活性增高，而自发活性增高的左侧中央前回、左侧补充运动区和颞叶、枕叶和边缘系统脑区存在广泛的FC下降。本研究为湿疹瘙痒的中枢机制研究提供了客观可视化的证据支持，并有助于增进我们对瘙痒相关神经病理学的理解。