阿爾茨海默病譜系患者的海馬亞區(qū)體積損害特征

羅財妹， 李夢春， 秦若夢， 劉任遠(yuǎn)， 楊 丹， 黃麗麗， 趙 輝， 柏 峰， 徐 運

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)以記憶功能逐漸喪失為臨床特征。遺忘型輕度認(rèn)知障礙(amnestic mild cognitive impairment，aMCI)是AD的前驅(qū)期[1]。主觀認(rèn)知下降(subjective cognitive decline，SCD)是AD的臨床前期，指患者主觀感受記憶下降明顯，但客觀神經(jīng)心理測試結(jié)果正常[2]。

海馬是記憶系統(tǒng)的重要組成部分，其由功能特點不同的亞區(qū)組成，AD疾病進(jìn)程中各亞區(qū)受累情況不一樣[3]。海馬萎縮是臨床判斷AD最有效便捷及應(yīng)用廣泛的生物標(biāo)志物之一[4]。既往多數(shù)研究只關(guān)注海馬整體在AD過程中的萎縮情況，而在不同病程中對各個亞區(qū)萎縮模式缺乏相關(guān)研究，尤其是SCD階段[4]。本研究旨在基于3.0 3DT1結(jié)構(gòu)磁共振及FreeSurfer 6.0[5]軟件精細(xì)分區(qū)的方法，探討SCD、aMCI及AD患者海馬亞區(qū)體積的變化規(guī)律，并進(jìn)一步分析亞區(qū)體積與記憶功能的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對象及分組 收集2016年6月-2019年5月至南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科門診就診的151例受試者進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測試及3.0T磁共振掃描。本研究經(jīng)南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院道德倫理委員會審核批準(zhǔn)，所有受試者或其家屬簽署知情同意書。

神經(jīng)心理學(xué)評估：簡明智能狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination，MMSE)、蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)評估總體認(rèn)知水平。MoCA評分劃分認(rèn)知障礙界值：文盲：≤13分；小學(xué)(1～6 y)：≤19分；初中(7～12 y)：≤24分；高中以上(>12 y)：≤25分。聽覺詞語學(xué)習(xí)測試(Auditory Verbal Learning Test，AVLT)評估記憶功能[6]，延遲回憶得分劃分記憶障礙界值為：50～60歲：≤4分；60～70歲：≤3分；70歲以上：≤2分。所有認(rèn)知測試均由同一位經(jīng)驗豐富的精神科醫(yī)生執(zhí)行。研究對象分組：正常對照組(Normal control，NC)納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)無認(rèn)知障礙主訴；(2)認(rèn)知功能測試在相應(yīng)年齡和教育年限正常范圍。SCD組納入條件符合SCD-I[7]推薦標(biāo)準(zhǔn)：(1)與先前自我狀態(tài)相比，自我感覺記憶持續(xù)下降，并為此感到擔(dān)憂于門診就診；(2)記憶下降出現(xiàn)在近5 y內(nèi)；(3)MMSE、MoCA及AVLT測試評分均在相應(yīng)教育年限或年齡的正常范圍內(nèi)。aMCI組納入條件符合Petersen[1]標(biāo)準(zhǔn):(1)記憶障礙主訴，并被知情人證實；(2)MoCA評分提示認(rèn)知障礙且MMSE評分≥24分；(3)AVLT-延時回憶評分低于正常對照1.5個標(biāo)準(zhǔn)差；(4)非癡呆。AD的入組標(biāo)準(zhǔn)符合美國老年癡呆癥協(xié)會(National Institute of Aging Alzheimer’s Association,NIA-AA)[8]推薦標(biāo)準(zhǔn)的很可能AD。所有受試者排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡低于50歲；(2)卒中病史；(3)血管性癡呆、帕金森病、癲癇、占位、中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染及其他引起認(rèn)知下降的神經(jīng)系統(tǒng)疾病；(4)嚴(yán)重抑郁癥、精神分裂癥等精神心理疾病患者；(5)嚴(yán)重的系統(tǒng)性疾病和代謝障礙疾??；(6)藥物、酒精成癮病史；(7)核磁不能耐受或不能配合完成神經(jīng)心理學(xué)測試；(8)其他可能影響認(rèn)知功能的疾病。

1.2 臨床資料收集 采集受試者年齡、性別、受教育年限、高血壓病史、糖尿病病史、高血脂病史、基礎(chǔ)疾病情況及吸煙飲酒個人史。由本院經(jīng)驗豐富的神經(jīng)科醫(yī)生進(jìn)行規(guī)范的神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查。

1.3 影像數(shù)據(jù)采集 應(yīng)用荷蘭飛利浦公司3.0 T磁共振儀行頭部MRI檢查。掃描序列包括：彌散加權(quán)成像(DWI)、T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像。3DT1采用三維快速自旋回波序列，掃描參數(shù)：重復(fù)時間=9.9 ms，回波時間=4.6 ms，傾倒腳=8°，平面分辨率=1.0 mm2，視野=256×256 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，掃描時間6分47秒。

1.4 海馬分割及體積計算 FreeSurfer圖像分析軟件包(version 6.0.0,http://freesurfer.net/)處理3D T1MRI 圖像。主要步驟如下：(1)運行dcm2nii和mri_convert命令將原始的DICM格式轉(zhuǎn)化為mgz格式；(2)頭動校正，去除非腦組織；(3)配準(zhǔn)至Talairach標(biāo)準(zhǔn)空間系統(tǒng)；(4)概率腦圖譜分割皮質(zhì)下和皮質(zhì)結(jié)構(gòu)；(5)根據(jù)FreeSurfer內(nèi)設(shè)模塊將海馬分割為12亞區(qū)[5]：海馬尾、下托、CA1、海馬裂、前下托、旁下托、分子層、齒狀回、CA3、CA4、海馬傘及海馬杏仁核過渡區(qū)(Hippocampus amygdala transition area，HATA)，同時估算總顱內(nèi)體積(estimated total intracranial volume,eTIV)，該步驟由recon-all命令完成。

2 結(jié) 果

2.1 臨床資料和神經(jīng)心理學(xué)測試 4組的年齡、性別、血管危險因素?zé)o統(tǒng)計學(xué)差異。AD組教育年限顯著低于其他3組。SCD組與NC組比較，MMSE、MoCA、AVLT-即刻、AVLT-延時、AVLT-再認(rèn)評分均無統(tǒng)計學(xué)差異。aMCI組和AD組MoCA、AVLT測試評分均顯著低于NC組。4組顱內(nèi)總體體積大小相匹配(見表1)。

2.2 海馬整體體積及海馬亞區(qū)比較 4組左右側(cè)海馬整體體積有顯著差異(P<0.05/13)；除右側(cè)海馬裂、右側(cè)旁下托外，其余海馬亞區(qū)體積4組間均有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05/13)(見圖1)。事后比較顯示，左右側(cè)海馬整體體積、左右側(cè)海馬分子層、左側(cè)海馬齒狀回、左側(cè)CA4體積每兩組間存在顯著差異(P<0.05)。與NC組比較，SCD組雙側(cè)海馬尾、分子層、齒狀回，左側(cè)CA3、CA4、HATA體積顯著下降(P<0.05)；aMCI 相比于NC組，雙側(cè)海馬尾、下托、CA1、前下托、分子層、齒狀回、CA3、CA4、HATA以及左側(cè)旁下托體積顯著下降；AD組內(nèi)通過校正的亞區(qū)體積均顯著低于NC組(見圖1)。

2.3 偏相關(guān)分析結(jié)果 在SCD組內(nèi)，海馬亞區(qū)體積與AVLT測試評分無相關(guān)性(P>0.05)；aMCI組左側(cè)海馬尾部與AVLT-再認(rèn)評分顯著相關(guān)(P<0.05)；AD組左右側(cè)下托，左右側(cè)前下托，左側(cè)海馬裂、旁下托、分子層、齒狀回、CA4、HATA、右側(cè)海馬傘體積與AVLVT-延時回憶評分相關(guān)(P均<0.05)(見圖2)。

表1 人口統(tǒng)計、臨床資料及神經(jīng)心理評估結(jié)果

注：NC：正常對照；SCD：主觀認(rèn)知障礙；aMCI：遺忘型輕度認(rèn)知障礙；AD:阿爾茨海默??；MMSE：簡易智能狀態(tài)評價量表；MoCA：蒙特利爾認(rèn)知評估；AVLT：聽覺詞語學(xué)習(xí)測試；eTIV：估計總顱內(nèi)體積；與正常對照相比aP<0.05；與主觀認(rèn)知障礙相比bP<0.05；與遺忘型輕度認(rèn)知障礙相比cP<0.05

圖1 海馬亞區(qū)組間事后分析，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.0083(0.05/6)，****P<0.001

圖2 aMCI 組、AD組偏相關(guān)分析結(jié)果(校正年齡、性別、教育年限、顱內(nèi)總體積)

3 討 論

海馬是儲存和檢索記憶重要的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)，與皮質(zhì)及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)有著廣泛聯(lián)系[3]。AD認(rèn)知損害以情景記憶為主，其發(fā)生發(fā)展與海馬結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)。既往研究證明，aMCI和AD患者海馬不同程度萎縮,SCD患者其結(jié)構(gòu)磁共振已可檢測到海馬萎縮[9]。在AD疾病進(jìn)展中，海馬各亞區(qū)受累的情況不盡相同。FreeSurfer 6.0版本的海馬亞區(qū)分割是一種新穎的全自動算法，該算法比原先低版本算法具有更高的精度，亞區(qū)分割的準(zhǔn)確性提高[5]。

本研究結(jié)果顯示，SCD aMCI和AD組雙側(cè)海馬總體積較NC組顯著下降。與本研究結(jié)果相似，Nadine等發(fā)現(xiàn)SCD患者雙側(cè)海馬體積減小[10]，海馬萎縮在AD發(fā)展中幾乎普遍存在，敏感性較高。既往研究也發(fā)現(xiàn)SCD患者腦脊液tau高水平，顳葉淀粉樣蛋白沉積增加及低代謝等類似AD的病理改變[11]。臨床實踐中，相比于其他檢測技術(shù)，結(jié)構(gòu)磁共振具備無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)而便捷等優(yōu)勢。通過計算海馬體積對篩查高AD風(fēng)險SCD患者，助力于AD早期診斷、療效和預(yù)后判斷。

與NC比較，AD和aMCI患者的海馬尾、下托、前下托、旁下托、分子層、齒狀回、CA1、CA3、CA4、海馬傘、HATA亞區(qū)體積顯著下降，SCD患者雙側(cè)的海馬尾、分子層、齒狀回、左側(cè)CA3、CA4、HATA體積顯著降低。這與近期研究報道一致[12]。同時SCD組雙側(cè)的CA1、左側(cè)前下托、左側(cè)旁下托、右側(cè)的下托、CA3、CA4體積顯示下降趨勢。海馬主要信息輸入通路是從內(nèi)嗅皮質(zhì)至齒狀回和CA3區(qū)的椎體神經(jīng)元，輸出通路始于海馬腳(CA1-CA4)或下托，投射至前后扣帶回皮質(zhì)、后壓部皮質(zhì)、前額和顳葉等腦區(qū)[13]，這些通路相互作用共同負(fù)責(zé)記憶的編碼、鞏固、提取過程。病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外神經(jīng)元纖維纏結(jié)、神經(jīng)元和突觸的丟失是海馬萎縮的主要病理機(jī)制，AD患者CA1區(qū)神經(jīng)元丟失率高達(dá)68%，下托達(dá)47%，是神經(jīng)元丟失最嚴(yán)重的兩個亞區(qū)，其次是CA3、CA4/齒狀回[4]。MCI患者中也發(fā)現(xiàn)相似的亞區(qū)萎縮模式，MCI患者CA1和下托體積萎縮率分別為20%、15%，此類患者進(jìn)展癡呆的風(fēng)險較高[4]。本研究中觀察到AD、aMCI患者CA1和下托萎縮明顯，SCD患者只顯示出體積下降趨勢，可能受樣本量小的影響，也可能因為本研究納入的SCD患者癥狀輕微。

本研究還發(fā)現(xiàn)SCD、aMCI、AD患者分子層、齒狀回、CA4體積隨疾進(jìn)展呈現(xiàn)顯著下降模式，這幾個亞區(qū)具有豐富的纖維聯(lián)系和神經(jīng)突觸，在海馬內(nèi)在聯(lián)系和外部信息接收中發(fā)揮重要作用[14]。分子層體由下托和海馬角區(qū)之間的中間神經(jīng)元神經(jīng)突觸組成，起調(diào)節(jié)海馬活動作用[5]，體積萎縮提示錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元突觸病變，推測其可能在AD致病機(jī)制中起一定作用。CA4亞區(qū)位于齒狀回內(nèi)部，共同接收大腦皮質(zhì)的興奮性信息，是海馬三突觸環(huán)路中的第一個突觸連接[5]，CA4亞區(qū)和齒狀回神經(jīng)突觸丟失影響大腦皮質(zhì)至海馬的信息輸入，推測CA4亞區(qū)及齒狀回可能是發(fā)病機(jī)制中的重要位點。SCD階段檢測CA4和齒狀回體積利于篩選高AD風(fēng)險人群。

Carlesimo等報道AD患者CA3、CA4、齒狀回、下托體積與延時回憶和即刻回憶顯著相關(guān)；前下托體積與延時回憶相關(guān)；MCI患者下托、前下托體積與即刻回憶相關(guān)[15]。本研究中AD患者CA4、齒狀回、下托、前下托、分子層、旁下托和HATA與延時回憶評分相關(guān)。旁下托和HATA體積萎縮可能影響海馬-杏仁核網(wǎng)絡(luò)的完整性而導(dǎo)致記憶功能障礙[16]。組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)分子層突觸的數(shù)量與延遲回憶能力相關(guān)[17]。AD患者右側(cè)海馬傘體積也與延時回憶相關(guān)。海馬傘是海馬神經(jīng)纖維發(fā)出的組成穹隆的白質(zhì)結(jié)構(gòu)，穹隆是海馬記憶環(huán)路的重要組成部分，穹隆體積減少與延時回憶、即刻回憶相關(guān)[18]。海馬尾部與內(nèi)側(cè)前額葉、丘腦、后扣帶皮質(zhì)功能聯(lián)系緊密，本研究中aMCI患者左側(cè)海馬尾與AVLT-再認(rèn)評分相關(guān)，推測海馬尾與長期記憶功能密切相關(guān)，但需進(jìn)一步驗證。

本文是小樣本橫斷面研究，有待大樣本隨訪研究的驗證。研究只關(guān)注了海馬灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，未考慮海馬功能及白質(zhì)的影響。我們將擴(kuò)大樣本，結(jié)合多個模態(tài)的影像數(shù)據(jù)，綜合分析海馬亞區(qū)在阿爾茨海默病病程中的變化，以期找到AD疾病早期診斷和監(jiān)測病情的有效影像標(biāo)志物。

4 結(jié) 論

SCD患者海馬總體積和部分海馬亞區(qū)體積出現(xiàn)萎縮。隨著疾病的加重，海馬雙側(cè)分子層、左側(cè)海馬齒狀回、CA4亞區(qū)體積顯著下降模式。下托、前下托、旁下托、CA4、齒狀回、分子層、HATA、海馬傘、海馬尾部體積與記憶功能相關(guān)。