结构连接组架构与生物学脆弱性共同决定了可卡因使用障碍患者大脑皮层的萎缩过程

《BMC Medicine》：Structural connectome architecture and biological vulnerability shape cortical atrophy in cocaine use disorder

　　

摘要

背景

可卡因使用障碍（CUD）非常普遍，其特征是大脑皮层广泛出现灰质萎缩。然而，目前尚不清楚基于连接组的神经回路和生物学特征在多大程度上以及如何影响这些结构异常。

方法

我们将CUD患者（发现组：N=53；验证组：N=74；对照组：N=364）的皮层萎缩模式映射到大脑的结构连接组、功能连接性、转录组相似性和受体相似性构建上。通过使用多模态和多尺度的连接性分析框架，我们确定了CUD的病灶中心，并评估了这些病灶中心与治疗性脑刺激目标之间的空间对应关系以及个体临床症状的差异。

结果

我们发现，CUD相关的区域性萎缩受到白质（WM）结构连接组的限制。在这些白质通路中，具有相似血流动力学活动和分子特征的脑区更有可能表现出一致的萎缩特征。通过将结构连接组与多种连接性模型整合，我们进一步识别出了CUD的病灶中心，并发现前额叶和视觉皮质是核心系统。此外，我们将这些病灶中心与皮层转录组模式和受体结构联系起来，发现了与突触和神经稳态相关的基因富集现象，并发现它们与5-羟色胺（5-HT_1B/5-HT₄）和多巴胺（D₂）受体的空间分布最为吻合。最后，我们证明这些病灶中心的分布与重复经颅磁刺激产生的可卡因渴求反应图谱相关，并能够追踪个体在临床表现上的差异，这表明它们有可能成为治疗干预的目标。

结论

总的来说，我们的研究建立了一个结构性受限的框架，用于解释CUD中皮层萎缩的病理机制，其中初始的病理改变通过结构连接组通路传播到受神经活动和分子环境影响的脆弱区域。