作者：陈哲  詹晨  龙俐  彭雯  黄茸芯  林明通  卢汉坤  易芳  李新春  赖克方

第一作者单位：广州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科 国家呼吸医学中心 国家呼吸系统疾病临床医学研究中心 呼吸疾病国家重点实验室 广州呼吸健康研究院，广州

通信作者：赖克方，广州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科 国家呼吸医学中心 国家呼吸系统疾病临床医学研究中心 呼吸疾病国家重点实验室 广州呼吸健康研究院，广州

引用本文:陈哲, 詹晨, 龙俐, 等. 基于功能磁共振成像的慢性咳嗽患者脑区活跃差异特征[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2025, 48(11): 1020-1027. DOI:10.3760/cma.j.cn112147-20250303-00122

摘要

目的利用静息态功能磁共振成像（fMRI）技术，探讨慢性咳嗽患者脑功能活动的变化特征。

方法前瞻性研究。2016年1月至2019年1月，纳入广州医科大学附属第一医院慢性咳嗽门诊20例难治性慢性咳嗽患者［男10例，女10例，年龄（39.3±8.2）岁］、19例躯体性咳嗽综合征患者［男14例，女5例，年龄（34.5±9.2）岁］及29名健康对照者［男19名，女10名，年龄（38.3±12.1）岁］进行分析。对所有受试者进行静息态fMRI扫描，并评估其咳嗽严重程度及行辣椒素咳嗽激发试验。采用低频振幅（ALFF）分析方法评估脑功能活动。首先，比较难治性慢性咳嗽组与健康对照组之间脑区活动的差异；随后，以差异脑区作为种子点，进行基于种子点的全脑功能连接分析，比较组间功能连接值（FC值）的差异。咳嗽严重程度采用视觉模拟评分法（VAS）进行评估，咳嗽敏感性通过引起5次咳嗽的辣椒素溶液浓度（C5）来定义，并以lgC5表示。采用单因素方差分析ANOVA比较各组间肺功能差异，Kruskal-Wallis检验比较各组咳嗽症状积分VAS、辣椒素咳嗽敏感性LgC5差异。fMRI数据采用Rest1.8软件进行统计分析，各组进行两独立样本t检验。

结果难治性慢性咳嗽组在小脑右侧8区及小脑右侧Crus2区的ALFF值均显著高于健康对照组（0.96±0.14比0.72±0.15，t=5.46，P<0.001；0.87±0.11比0.68±0.11，t=6.25，P<0.001）；躯体性咳嗽综合征组直回区ALFF值显著高于健康对照组（1.19±0.26比0.90±0.16，t=4.92，P<0.001）。在脑功能连接分析中，难治性慢性咳嗽组右侧小脑8区与左侧小脑8区（0.60±0.18比0.35±0.15，t=5.47，P<0.001）、小脑蚓部（0.85±0.17比0.69±0.16，t=5.26，P<0.001）及屏状核（0.33±0.13比0.14±0.10，t=6.02，P<0.001）的FC值均高于健康对照组；右侧小脑Crus2区与丘脑（0.31±0.17比0.10±0.11，t=5.57，P<0.001）、右侧背外侧额上回（0.35±0.16比0.1±0.13，t=6.20，P<0.001）及右侧中央后回（0.41±0.19比0.17±0.17，t=4.52，P<0.001）的FC值均高于健康对照组。在相关性分析中，难治性慢性咳嗽组的右侧小脑8区与Crus2区存在中等强度正相关（r=0.57，P=0.009）。

结论难治性慢性咳嗽患者及躯体性咳嗽综合征患者均存在多个脑区功能连接增强的现象，提示这些患者可能存在中枢敏化。难治性慢性咳嗽患者与躯体性咳嗽综合征患者之间活跃脑区的差异，表明不同病因的慢性咳嗽可能存在不同的中枢高敏机制。

咳嗽敏感性增高是慢性咳嗽患者的重要病理生理特征，包括外周敏化和中枢敏化［1］。外周敏化主要与气道炎症相关。对于慢性咳嗽的常见病因，如咳嗽变异性哮喘和嗜酸性粒细胞性支气管炎，通过吸入糖皮质激素减少气道嗜酸性炎症后，咳嗽症状会显著改善。然而，难治性慢性咳嗽患者和躯体性咳嗽综合征患者对常规抗炎治疗无反应，但对神经调节剂（如巴氯芬、加巴喷丁）有反应［2, 3］。因此，中枢敏化可能在咳嗽的潜在机制中起重要作用［4, 5］。慢性难治性咳嗽的心理和社会影响以及病程可能与左额叶脑区的结构和功能变化有关［6］。通过任务态功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI），Bautista等［7］发现吸入辣椒素后延髓、中脑和皮层等脑区活动增强，首次确定了与急性咳嗽相关的脑区。然而，慢性咳嗽是一个持续的过程，其咳嗽反射通路的基础兴奋性已上调。任务态fMRI无法反映个体在静息状态下持续自发性神经活动的差异。因此，有必要对慢性咳嗽患者进行静息态fMRI检查。本研究旨在基于静息态fMRI研究，探讨不同病因慢性咳嗽患者脑功能活动的变化。

对象与方法

一、研究对象招募

本研究为前瞻性研究。根据《咳嗽的诊断与治疗指南》［8］推荐的病因诊断和治疗流程，2016年1月至2019年1月，广州医科大学附属第一医院慢性咳嗽门诊纳入难治性慢性咳嗽、躯体性咳嗽综合征患者，同时招募健康志愿者作为健康对照组。所有受试者均签署知情同意书，该项目获得广州医科大学附属第一医院伦理委员会批准（批准号：201778）。

纳入标准：（1）年龄18~65岁；（2）血常规、胸部X线/CT及肺功能检查结果正常；（3）无吸烟史或已戒烟超过6个月。难治性慢性咳嗽患者需满足以下条件：咳嗽持续时间>8周；已完成规范的病因学检查，并接受针对性或经验性治疗，但仍无法明确病因、治疗效果不佳或咳嗽持续存在的慢性咳嗽；患者需表现出对至少一种环境刺激物（如油烟、灰尘、异味或冷空气）的异常敏感性。躯体性咳嗽综合征的诊断标准如下：干咳为主；实验室检查未明确病因或按常规治疗无效；经心理评估与心理专家会诊诊断为躯体性咳嗽综合征，且仅对心理治疗有反应者。排除标准：（1）过去4周内有呼吸道感染；（2）存在气道高反应性或任何慢性呼吸系统疾病；（3）患有严重的心、肝、肾或神经系统疾病（如脑肿瘤、脑卒中、癫痫、精神分裂症），或其他严重慢性病（如晚期糖尿病、恶性肿瘤、未控制高血压、肥胖伴OSAHS），以及易诱发神经病变的疾病（如慢性疼痛/瘙痒）。

研究共招募24例难治性慢性咳嗽患者、23例躯体性咳嗽综合征患者、32名健康志愿者进行fMRI扫描，经过筛选以及数据预处理，排除不符合被试的4例难治性慢性咳嗽患者、4例躯体性咳嗽综合征患者、3名健康志愿者，最终纳入20例难治性慢性咳嗽患者［男10例，女10例，年龄（39.3±8.2）岁］、19例躯体性咳嗽综合征患者［男14例，女5例，年龄（34.5±9.2）岁］及29名健康对照者［男19名，女10名，年龄（38.3±12.1）岁］。

二、研究流程

在基线阶段，记录慢性咳嗽患者的相关信息，包括病程、咳嗽性质及诱因、治疗过程，以及咳嗽视觉模拟评分（VAS）。VAS采用100 mm线性标尺记录患者对咳嗽严重程度的评估，范围从“无咳嗽”（0 mm）到“最严重咳嗽”（100 mm）。随后，对慢性咳嗽患者和健康对照组进行肺功能测试和辣椒素咳嗽激发试验。辣椒素咳嗽激发试验使用辣椒素溶液进行，起始浓度为1.95 μmol/L，随后浓度加倍，直至1 000 μmol/L，具体方法如文献［9］。每位受试者以1 min为间隔吸入递增浓度的辣椒素，并在吸入后的前30 s内记录咳嗽次数。使受试者产生5次咳嗽（C5）的辣椒素浓度被定义为对辣椒素的咳嗽敏感性，C5值经对数转换后表示为LgC5。最后，对所有受试者进行静息态fMRI扫描，为排除辣椒素激发的急性影响，静息态fMRI扫描均在辣椒素试验结束至少2 h后进行。

三、图像采集及分析

所有受试者均使用飞利浦MR设备在标准头部通道线圈中进行扫描，操作由广州医科大学附属第一医院专业影像技术人员完成。扫描前，向受试者告知注意事项。使用MRI扫描仪配置的头部固定器固定受试者头部，要求受试者闭眼，佩戴橡胶耳塞以减少噪声，保持清醒且不进行任何思维活动，安静平卧于检查床上。随后，检查室灯光调暗，待受试者适应周围环境后开始扫描。

数据由专业技术人员进行检查和筛选。使用RESTplus软件包在Matlab 13平台上进行数据处理。低频波动幅度（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）反映了神经元的活动强度。为了对全脑每个体素的ALFF值进行标准化并消除个体间全脑ALFF水平的差异，将每个体素的ALFF值除以全脑信号幅度的平均值，然后将标准化后的ALFF图像纳入最终的统计分析。脑功能连接值（functional connectivity value，FC值）主要计算两个脑区之间低频振荡信号时间序列的相关性，以有效描述脑区中存在的协同工作机制。首先，选择感兴趣的脑区作为种子点（seed point），然后通过建立全脑相关性，找到与种子点信号同步的脑区，从而形成特定的功能连接网络。本研究中选取差异性脑区作为感兴趣区，首先在MatLab7.3上使用REST 软件包选取以坐标点为中心，半径6 mm 的球体为种子区域，计算感兴趣区与全脑的相关系数，获得每个被试者功能连接图，使用Fisher′s r-to-z 转换将相关系数转化为Z值，使其更加接近正态分布，以进一步进行统计学分析。

四、统计学分析

使用SPSS 23.0统计学软件对受试者临床基本特征进行统计分析。使用单因素方差分析ANOVA比较各组间肺功能差异，使用Kruskal-Wallis检验比较各组咳嗽症状积分VAS、辣椒素咳嗽敏感性LgC5差异，P<0.05有统计学意义。

fMRI数据采用Rest1.8 软件进行统计分析，各组进行两独立样本t检验，使用年龄、性别作为协变量，若P<0.05，则采用基于蒙特卡洛算法的AlphaSim校正后使P<0.01，连续体素数量大于40的脑区定义为有意义的脑区，得到静息态ALFF值和FC值差异有统计学意义的脑区。

结果

一、受试者基本资料

难治性慢性咳嗽患者、躯体性咳嗽综合征患者辣椒素咳嗽敏感性均显著高于健康对照组。各组间年龄、肺功能差异均无统计学意义（表1）。

二、难治性慢性咳嗽组与健康对照组ALFF值比较

难治性慢性咳嗽组小脑区域ALFF值显著高于健康对照组。根据AAL90划分，难治性慢性咳嗽患者主要在右侧小脑第8区（0.96±0.14比0.72±0.15，t=5.46，P<0.001）和右侧小脑Crus2区（0.87±0.11比0.68±0.11，t=6.25，P<0.001）表现出更高的活跃性，未发现与健康对照组相比ALFF值更低的脑区（图1）。

注：RCC：难治性慢性咳嗽；SCS：躯体性咳嗽综合征；HC：健康对照

图1  RCC与HC组间差异脑区的ALFF值比较　1A：RCC与HC组间差异脑区的连续冠状位，图注表示分析时t值的大小；1B：基于上述差异脑区，提取RCC、SCS、HC组在该区域的ALFF值并比较，aP<0.001

根据不同脑区提取的ALFF值，对难治性慢性咳嗽组的ALFF值、VAS及咳嗽敏感性LgC5值进行相关性分析。结果显示，右侧小脑8区与右侧小脑Crus2区的ALFF值呈中度正相关（r=0.57，P=0.009），与VAS（右侧小脑8区r=-0.15，P=0.556，右侧小脑Crus2区r=0.20，P=0.441）及LgC5（右侧小脑8区r=-0.21，P=0.488；右侧小脑Crus2区r=-0.07，P=0.823）均无显著相关性。

三、躯体性咳嗽综合征组与健康对照组ALFF值比较

躯体性咳嗽综合征组直回区ALFF值显著高于健康对照组（1.19±0.26比0.90±0.16，t=4.92，P<0.001）。根据AAL90分区标准，该活跃脑区包括：额叶、内侧额回、眶上额回、前扣带回皮层等。此外，未发现SCS患者ALFF值显著低于健康对照组的脑区（图2）。

注：RCC：难治性慢性咳嗽；SCS：躯体性咳嗽综合征；HC：健康对照

图2SCS组与HC组差异脑区ALFF值比较　2A：SCS组与HC组差异脑区连续冠状位分布图，图注表示分析时t值的大小；2B：基于上述差异脑区，提取RCC、SCS、HC组在该区域的ALFF值并比较，aP<0.001

根据不同脑区提取的ALFF值，对躯体性咳嗽综合征组的ALFF值、VAS及咳嗽敏感性LgC5值进行相关性分析。结果显示，差异脑区ALFF值与VAS、LgC5值均无显著相关性（r=0.12，P=0.663；r=-0.13，P=0.730）。

四、难治性慢性咳嗽与躯体性咳嗽综合征ALFF值比较

难治性慢性咳嗽组辅助运动区的ALFF值显著高于躯体性咳嗽综合征组（0.59±0.08比0.44±0.04，t=6.41，P<0.001）。未发现难治性慢性咳嗽组较躯体性咳嗽综合征组存在ALFF值降低的脑区（图3）。

注：RCC：难治性慢性咳嗽；SCS：躯体性咳嗽综合征；HC：健康对照

图3 SCS与RCC差异脑区ALFF值比较　3A：SCS与RCC差异脑区冠状位连续切面图示，图注表示分析时t值的大小；3B：基于上述差异脑区，提取RCC、SCS、HC组在该区域的ALFF值并比较，aP<0.001

根据不同脑区提取的ALFF值，对差异ALFF值、VAS及咳嗽敏感性LgC5值进行相关性分析。结果显示，差异脑区ALFF值与VAS、LgC5值均无显著相关性（r=0.10，P=0.592；r=-0.11，P=0.637）。

五、各组受试者脑功能连接的差异

根据ALFF值找到差异脑区后，以差异脑区为种子点，进一步比较基于种子点各组受试者的脑功能连接差异。以右侧小脑8区及右侧小脑Crus2区作为种子点，发现难治性慢性咳嗽组与健康受试组的脑功能连接差异脑区（图4）。以直回区作为种子点，未发现躯体性咳嗽综合征组较健康受试组脑功能连接差异脑区；以辅助运动区作为种子点，未发现难治性慢性咳嗽组较躯体性咳嗽综合征组脑功能连接差异脑区。

图4  难治性慢性咳嗽组与健康对照组脑功能连接值有差异的脑区连续冠状位图　图注表示分析时t值大小　4A：以右侧小脑8区为种子点；4B. 以右侧小脑Crus2区为种子点

在基于右侧小脑8区及右侧小脑Crus2区为种子点的脑功能连接中，发现难治性慢性咳嗽组与健康受试组的脑功能连接差异脑区。在基于右侧小脑8区的脑功能连接中，与健康对照组相比，难治性慢性咳嗽组右侧小脑8区与左侧小脑8区（0.60±0.18比0.35±0.15，t=5.47，P<0.001）、小脑蚓部（0.85±0.17比0.69±0.16，t=5.26，P<0.001）、屏状核（0.33±0.13比0.14±0.10，t=6.02，P<0.001）的FC值均较高，差异均有统计学意义。在基于右侧小脑Crus2区的脑功能连接中，与健康对照组相比，难治性慢性咳嗽组右侧小脑Crus2区与丘脑（0.31±0.17比0.10±0.11，t=5.57，P<0.001）、右侧背外侧额上回（0.35±0.16比0.1±0.13，t=6.20，P<0.001）、右侧中央后回（0.41±0.19比0.17±0.17，t=4.52，P<0.001）的FC值均较高，差异均有统计学意义。见表2。

讨论

本研究通过静息态fMRI发现慢性咳嗽患者脑内存在异常活跃的区域，部分脑区具有特征性的功能连接模式，这表明慢性咳嗽患者存在中枢高敏反应，这些发现为慢性咳嗽脑网络连接提供了重要的数据支撑。

与健康对照组相比，难治性慢性咳嗽患者活跃脑区主要在小脑8区和Crus2区，这与既往关于咳嗽的任务态fMRI研究相符［10, 11］。不同的是，我们的研究没有发现初级感觉和运动皮层、脑岛、额眶叶皮层、扣带回和其他既往报道脑区活动增加，这可能是静息态和任务态fMRI的区别。小脑是调节机体平衡、肌肉张力和协调随意运动的重要部位之一，近年来fMRI研究证实，小脑也参与感觉传入、认知、情感、社会行为和语言的调节［12］。其中，小脑的8区主要参与运动整合并接收来自运动皮层的投射，小脑的Crus2区参与非运动功能，如认知、情感和语言，接收来自前额叶皮层的投射。感觉上行通路增强或下行抑制通路减弱均可导致咳嗽敏感性增加，但小脑参与何种通路尚无报道。脑干是呼吸的主要调节中枢，先前的研究已经证实，小脑接收来自延髓的纤维投射，并且呼吸节律的改变也可以通过电刺激猫的小脑来诱发［13］。Xu等［14］发现猫切除小脑后咳嗽次数减少，这与小脑的深层核团中间核和顶叶核有关［15］。通过对脑功能连接的分析，我们进一步发现咳嗽高敏反应患者小脑活动相关的脑区，与小脑蚓部和左侧小脑8区同样主要负责运动整合，小脑Crus2相关的丘脑、背外侧额上回和中央后回主要参与躯体感觉信息传入、协调感觉信息活动。本研究结果反映了小脑8和Crus2 FC值的不同分布，并表明小脑可能通过传递运动和感觉信息介导难治性慢性咳嗽患者的咳嗽高敏通路。

与健康对照组相比，躯体性咳嗽综合征患者的额叶、内侧额回、眶上额回以及前后皮质区域的活动增强。额叶、内侧额回和额直肌彼此相邻，而额叶是大脑皮层中最大的脑区之一，它接收来自多个大脑区域的纤维投射，并负责认知行为、语言控制、情绪调节、预测和决策功能。高级脑区的活动与躯体性咳嗽综合征患者的临床特征一致。躯体性咳嗽综合征是一种由非器质性疾病引起的慢性咳嗽，在儿童和青少年中更为常见，且大多与情绪和行为有关［16, 17］。情绪可以影响身体对刺激强度的感知，而边缘系统甚至可以在低浓度或无害刺激的情况下，通过身体的咳嗽行为表现出来。患者可以选择另一种方式来转移注意力并逃离当前情境。预测当前行为未来后果并产生咳嗽行为的能力也与额叶有关。Mazzone等［18］通过任务态fMRI发现，前额叶皮层的激活与健康人群的自发性咳嗽和主观咳嗽抑制有关。我们还发现，前扣带皮层在少数躯体性咳嗽综合征患者中处于活跃状态。既往研究已经报道了前扣带皮层与咳嗽之间的关系，对猫的前扣带回进行电刺激可以抑制由刺激颈神经引起的咳嗽［19］。前扣带回活动与感官欲望相关［10］，这表明前扣带回是咳嗽的高级抑制网络成员之一，当咳嗽欲望强烈时，前扣带回可能参与抑制咳嗽；然而，静息态fMRI的固有局限使我们无法直接验证前扣带回在咳嗽行为抑制中的因果作用，未来研究可结合咳嗽抑制试验以及任务态fMRI动态监测，以更全面地阐明前扣带回在咳嗽调控网络中的功能。

与躯体性咳嗽综合征患者相比，难治性慢性咳嗽患者表现出更强的右侧辅助运动区激活。在任务态fMRI研究中，健康受试者吸入咳嗽诱发剂后，辅助运动区也是活跃的脑区之一。Farrell等［11］发现，在健康受试者吸入较高浓度的咳嗽诱发剂后，辅助运动区被激活，这表明辅助运动区与咳嗽抑制有关。该区域在难治性慢性咳嗽患者中的活跃活动表明，在静息状态下，这些患者的大脑抑制网络已显示出激活状态。Ando等［20］通过任务态fMRI比较了难治性慢性咳嗽患者和健康受试者的大脑区域活动。他们发现，在难治性慢性咳嗽患者中，中脑区域的楔形核和中脑导水管灰质显著活跃，而下行抑制网络的活动则有所减弱。这与本研究中发现的难治性慢性咳嗽抑制性网络的增强相矛盾。我们推测这主要是由于机体在静息和兴奋状态下的脑活动模式不同所致。在咳嗽高敏患者的静息状态下，抑制网络已被轻微激活，但在难治性慢性咳嗽中，整体下行抑制网络的抑制能力降低。当咳嗽被急性诱发时，受损的下行抑制网络容易引发咳嗽。

难治性慢性咳嗽和躯体性咳嗽综合征的诊断依赖于排除其他疾病［16］。此类患者通常需要抗哮喘和抗反流治疗，常规实验室检查往往无法提示病因，但如果在治疗过程中患者的咳嗽无法得到改善，病情将在一定程度上被延误。此外，在一些罕见的病因中，如伴有神经病变和前庭反射消失的小脑性共济失调综合征，慢性咳嗽常常是最常见的症状，在咳嗽病程超过20年的患者中更为常见，此类患者往往检查结果正常，但咳嗽敏感性增加。如果结合功能影像学检查，将更有助于明确不明原因慢性咳嗽的病因。

本研究初步探讨了ALFF值和FC值在不同脑区的诊断价值，发现部分ALFF值和FC值具有良好的区分效果，提示其在诊断中的可能性。同时初步分析了基于不同病因慢性咳嗽患者脑区差异的脑功能活动及功能连接特征，而慢性咳嗽患者是否存在各种脑网络功能障碍尚需进一步阐明。此外，为了充分利用fMRI在慢性咳嗽病因诊断中的应用，有必要进一步明确慢性咳嗽常见病因的脑区活动，并找出脑区和功能连接的差异。在评估方法上，尽管本研究采用的VAS评分操作简便，但其主观性可能引入偏差，未来研究可结合CET/LCQ评分或客观监测工具（如咳嗽频率记录仪）以提高数据可靠性，为脑功能异常与临床症状的关联研究提供更可靠的证据。此外，还需要进行大样本队列研究，以进一步明确功能影像学在鉴别慢性咳嗽病因方面的作用。

参考文献（略）

转载请联系学术助手微信：KVOPR183