细胞因子诱导的抑郁情绪和社交疼痛的功能磁共振成像研究：性别差异的作用

程序

该研究在加州大学洛杉矶分校GCRC进行，采用随机、双盲、安慰剂对照设计。参与者于上午7:30（n=31）或8:30（n=8）到达加州大学洛杉矶分校GCRC，并被分配到单人或双人房间的床上。到达后，收集尿样并进行药物使用和妊娠测试，以确保继续有资格参与研究。没有参与者的测试结果呈阳性。完成后，参与者开始研究程序。

GCRC的一名护士对病情视而不见，她获得了基线生命体征（血压、脉搏、体温）以及身高和体重。然后，护士将一根带肝素锁的导管插入主要前臂（右），每小时抽血一次，将一根导管插入非主要前臂，进行连续盐水冲洗和给药。导管就位后，护士开始滴生理盐水，以保持参与者水分充足（1000cc生理盐水，150cc/hr）；在整个研究过程中，除了参与者离开去完成神经成像疗程外，都在继续输注生理盐水。参与者在服用药物或安慰剂之前完成一些人口统计学调查问卷并吃一顿清淡的早餐，以此开始这项研究。

到达GCRC后90分钟，每位参与者被随机分配接受内毒素（0.8纳克/千克体重）或安慰剂（相同体积的0.9%生理盐水），由护士静脉注射。本研究中使用的内毒素来源于大肠杆菌(大肠杆菌O组：113），由美国国立卫生研究院临床中心提供，作为人体实验性炎症研究的参考内毒素(Suffredini等人，1999年). 以前的研究已经证明在许多不同的样品中安全使用这种参考内毒素(Andreasen等人，2008年;苏弗雷迪尼和奥格雷迪，1999年). 两组之间在年龄、教育年限或体重方面没有发现显著差异。

在整个研究过程中，每半小时对生命体征（血压、脉搏和体温）进行一次评估（神经成像期间除外），并在基线检查时采集血样（两次基线检查：上午8:30和8:45或上午9:30和9:45，取决于开始时间）然后在接下来的六个小时里，大约每小时一次。后来对这些抽血进行了IL-6和皮质醇水平的测定，此前已表明IL-6和皮质醇水平会随着内毒素的增加而增加(Reichenberg等人，2001年). 此外，随后对基线抽血进行雌二醇和孕酮水平分析，以控制女性月经周期的阶段。参与者还完成了每次抽血时身体症状（例如肌肉疼痛、疲劳）和抑郁情绪的自我报告测量。

注射后约两小时，之前的研究显示促炎细胞因子达到峰值(Krabbe等人，2005年;Reichenberg等人，2001年;Suffredini等人，1999年;Wright等人，2005年)，参与者完成了一次神经移植课程。参与者被护送至加州大学洛杉矶分校大脑映射中心，在那里他们在扫描仪中完成了Cyberball社交排斥任务（详见fMRI范式）。神经成像课程结束后，参与者返回GCRC，吃午饭，并完成剩余的研究程序。出于安全原因，研究医生（M.I.）知道每个参与者的分组，但没有参与测试程序。研究医生在每次实验期间都会随时待命。经研究医生批准，参与者在最后一次抽血后从GCRC出院；如果自我报告的身体和心理症状恢复到基线水平，则获得批准。因此，所有参与者离开研究时的感觉与开始时一样好。在研究结束时，参与者得到了感谢、汇报，并为他们的参与支付了费用（200美元）。

行为评估

fMRI范式

为了评估对社会排斥的神经认知反应，参与者在完成Cyberball社会排斥任务时进行了扫描，扫描方式与之前的工作类似(Eisenberger等人，2003年,2007;Williams等人，2000年). 在GCRC期间（内毒素/安慰剂给药后），参与者被告知，他们稍后将被护送到加州大学洛杉矶分校脑标测中心，在那里他们将完成神经成像课程。据解释，在本次会议期间，他们将与另外两名同样在fMRI扫描仪中的人玩一个虚拟的击球游戏。然而，事实上，没有其他玩家；参与者玩一个预设的电脑程序。为了支持参与者与其他两人一起玩的封面故事，参与者（仍在GCRC）被要求填写一份简短的问卷，在问卷中回答关于他们自己的问题（例如，“你将来想从事什么职业？”“你的爱好或其他兴趣是什么？”）并被告知，其他两名玩家会看到他们的答案，他们会在扫描之前看到其他两名球员的答案。到达加州大学洛杉矶分校脑图中心后，每个受试者阅读另外两个假定受试者对这些问题的答案；事实上，这些问卷是提前编写的，每个受试者都读了相同的问卷。

在阅读了其他假定受试者的问卷后，参与者被安置在扫描仪中，并进行了网络游戏。每个游戏开始时，屏幕上角有两个虚拟玩家的静态图片，屏幕中下角有一只代表参与者的手。9秒后，左上角的卡通玩家开始游戏，将球扔给其他卡通玩家或参与者。参与者可以通过按下右手中按钮盒上的两个键中的一个将球返回给其中一名球员。Cyberball项目设置为每场比赛60次投掷，电脑玩家在投掷之前等待0.5-3.0秒（随机确定），以增强参与者实际上是在与其他人玩游戏的感觉。

在任务期间，参与者完成了两次扫描。在第一次扫描（包括）中，参与者在整个扫描期间与其他两名球员一起玩，每个虚拟球员向参与者投掷约50%的球。在第二次扫描（排除）中，参与者只接受了总共十次投掷的球，然后在剩下的扫描中，当两名球员停止向参与者投掷球时（50-70秒），参与者被排除在外。尽管在参与者之间平衡纳入和排除扫描的顺序是理想的，但这很可能改变了被试拒绝心理体验的含义。因此，为了确保有意义的排除体验，所有受试者首先完成了包括扫描。

fMRI数据采集和数据分析

数据通过西门子Allegra 3T正面扫描仪采集。用泡沫垫和外科胶带在每位参与者的额头上固定头部运动。每个参与者的高分辨率结构T2加权回波平面成像体积（自旋回波；TR=5000ms；TE=33ms；矩阵大小128×128；36个轴向切片；视野=20-cm；3-mm厚，跳跃1-mm）与功能扫描共面。采集两次功能扫描（回波平面T2*加权梯度回波，TR=2000ms，TE=25ms，翻转角度=90°，矩阵尺寸64×64，36个轴向切片，视野=20-cm；3-mm厚，跳跃1-mm），每次持续2分48秒。

使用SPM’5（英国伦敦神经病学研究所威康认知神经病学系）对影像数据进行分析。对每个受试者的图像进行重新校准，以纠正头部运动，将其归一化为标准立体定向空间，并使用8mm高斯核（最大宽度为一半）进行平滑处理，以提高信噪比。该设计采用与典型血流动力学响应函数卷积的箱形函数进行建模。对于每个参与者，根据参与者的包含和排除事件的长度，将包含和排除的时间建模为时间段（由于虚拟球员在投球时的随机延迟以及受试者自己返回投球的反应时间，参与者之间的时间略有不同）。在对每个参与者的任务进行建模后，将计划的比较计算为线性对比，以调查排除事件与包含事件之间的神经活动。使用为每个参与者生成的对比度图像计算该组的随机效应分析。

血浆IL-6、皮质醇、雌二醇和孕酮水平

将血浆样本收集在含有乙二胺四乙酸钠和抑肽酶的预冷管中，并立即离心、等分，并放置在-70°F的冰箱中。采用高灵敏度酶联免疫吸附测定法（明尼苏达州明尼阿波利斯R&D Systems）定量血浆IL-6水平。所有样品均重复运行，并在同一时间进行分析，单个操作员使用单个批次的试剂和消耗品，所有变量的组内变异系数均小于5%。使用DPC IMMULITE 1000免疫分析化学分析仪（美国加利福尼亚州诊断产品公司）测量血浆皮质醇水平。IMMULITE 1000皮质醇分析是一种固相竞争性化学发光酶免疫分析，根据制造商的说明进行。该分析的分析灵敏度为0.2μg/dL（5.5 nmol/L）。对基线时采集的血浆样本进行雌二醇和孕酮的激素评估。使用涂层管放射免疫分析试剂盒。使用的特异性试剂盒为DSL-4300 ACTIVE®雌二醇包被管放射免疫试剂盒和DSL-5000 ACTIVE®17αOH孕酮包被管放射免疫试剂盒。

细胞因子相关抑郁情绪和排斥反应的性别差异

有趣的是，促炎细胞因子活性、抑郁情绪和对社会排斥的神经反应之间的关系出现了性别差异。首先，对于暴露于内毒素的女性，IL-6水平的增加与抑郁情绪的增加显著相关，而对于暴露于毒素的男性，没有显著关系。此外，对于接触内毒素的女性，IL-6的增加几乎完全与社会疼痛相关神经活动的更大活动有关，而这种活动介导了IL-6增加和抑郁情绪增加之间的关系。对于男性，IL-6的增加与一些与社会疼痛相关的神经区域以及参与心理化和情绪调节的区域的增加相关；然而，这些区域中没有一个与自我报告的抑郁情绪增加显著相关。换句话说，尽管IL-6水平的增加与男性和女性更大的社会疼痛相关神经活动有关，但这些神经活动与抑郁情绪之间的关系是女性特有的。

目前尚不清楚是什么导致了这些性别差异；有几种不同的可能性。在文化或社会层面上，本研究中的男性不太可能报告感到抑郁，因为这与性别刻板印象背道而驰，性别刻板观念规定男性表达悲伤或抑郁的情绪在社会上不太被接受(Fabes和Martin，1991年). 尽管内毒素与安慰剂对自我报告的抑郁情绪的影响没有性别差异，但低估抑郁情绪细微变化的倾向可能使我们无法发现抑郁情绪与男性IL-6变化或对排斥的神经反应之间的显著关系。除自我报告外，未来的研究还应收集抑郁情绪的行为指数，以减少男性和女性报告特定负面情绪状态时的偏见。

在神经水平上，细胞因子相关抑郁情绪的性别差异可能部分归因于男性和女性通常参与的不同神经过程。在当前的研究中，女性主要表现出IL-6的增加与社会疼痛相关的神经活动之间的相关性，而男性表现出IL-60的增加与几种不同类型的神经活动（包括社会疼痛相关神经活动以及心理化和情绪调节神经活动）之间的相关性。事实上，对于男性来说，rVLPFC（一个参与情绪调节的区域）的活动与前岛叶的活动呈负相关，前岛叶与介导IL-6增加和女性抑郁情绪增加之间关系的岛叶激活类似。因此，男性在社会排斥期间可能参与更多的调节性神经活动，这与情感神经反应性降低有关；我们推测，这种增强的神经调节活动可能在一定程度上缓冲了男性IL-6反应、社会疼痛相关神经活动和女性抑郁情绪之间的强烈联系。然而，为什么炎症反应更强的男性会比女性招募更多的神经调节活动，目前尚不清楚。

在神经化学水平上，性别特异性激素底物可能导致细胞因子相关抑郁情绪的性别差异。基于女性抑郁症和自身免疫性疾病的高发病率(Nolen-Hoeksema，2001年;Whitacre等人，1999年)性激素似乎是导致细胞因子相关抑郁情绪性别差异的因素。这是否属实尚不清楚。然而，基于对抑郁症性别差异的研究(Nolen-Hoeksema和Girgus，1994年)虽然我们的分析没有揭示雌二醇或孕酮水平的变化对我们的研究结果有影响，但性激素与其他生物系统结合可能导致细胞因子相关抑郁症的性别差异。

最后，炎症信号过程中的性别差异（除外周炎症外）也可能与观察到的神经差异有关。周围的炎症反应被传递到大脑，以改变神经活动和抑郁情绪。因此，除了“信号生成”（外围释放的细胞因子）外，神经和行为反应还可能反映“听到的信号”，这在一定程度上取决于炎症细胞因子（如IL-6）对大脑中炎症信号的影响。核因子κ-B（NF-κ-B）是协调炎症信号级联的关键转录因子，被炎症和其他挑战激活。我们推测，神经对炎症信号反应的性别差异可能部分归因于NF-κ-B激活的差异。事实上，我们之前发现女性（而非男性）对急性应激源（睡眠不足；Irwin等人，2008年)已知其可增加促炎细胞因子(Mullington等人，2009年). 需要进一步研究，以确定女性与男性相比，是否在NF-κ-B激活或其他核信号通路对内毒素的反应中表现出差异性增加。

作者没有与本研究结果相关的财务收益，也没有潜在的利益冲突。我们要感谢加州大学洛杉矶分校临床研究中心和大脑绘图中心的工作人员和支持。我们还要感谢美国国立卫生研究院沃伦·格兰特·马格努森临床中心的医学博士安东尼·苏弗雷迪尼（Anthony Suffredini）和R.P.乔治·格里姆斯（George Grimes）提供标准参考内毒素，感谢Thanh Luu进行细胞因子分析，感谢理查德·奥姆斯特德（Richard Olmstead）博士提供统计建议，感谢马修·利伯曼（Matthew Lieberman）博士。，征求对手稿的反馈意见。本研究由NARSAD青年研究员奖（N.I.E.）、达纳基金会拨款（N.I.E）和博士后研究奖学金（N.I.E.T32-MH19925）资助。此外，作者感谢拨款HL-079955、AG-026364、CA-10014152、CA-116778、P30-AG028748、M01-RR00865、加州大学洛杉矶分校塞梅尔神经科学研究所表亲中心、加州大学洛德·D·佩珀老年美国人独立中心炎症生物学核心、，和普通临床研究中心计划（M01-RR00865）。