復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化患者腦白質(zhì)的多體素磁共振波譜成像特征

孫聚葆，李新瑜，高秀菊，李小潘，倪莉，宋浩

1.河南科技大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心，河南洛陽 471003；2.西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點實驗室，陜西西安 710049；

多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種典型的以白質(zhì)病變?yōu)樘卣鞯膰?yán)重中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前全世界有超過100萬人患有MS引起的肢體殘疾，并且發(fā)病率呈逐漸上升趨勢[1]。炎癥和脫髓鞘是MS典型的神經(jīng)病理學(xué)特征，但是MS的病因十分復(fù)雜，目前尚無確切一致的結(jié)論。近年來，質(zhì)子磁共振波譜（1H magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS）作為一種無創(chuàng)定量的MRI技術(shù)在MS的研究中得到廣泛關(guān)注[2]。目前，在MS患者腦內(nèi)NAWM區(qū)域內(nèi)的代謝物改變情況尚不清楚。既往報道的MRS對MS的研究中，代謝物異常改變的空間分布很少受到關(guān)注。本研究擬探討MS患者腦內(nèi)NAWM區(qū)域的不同子區(qū)內(nèi)與MS相關(guān)的重要代謝物的異常改變情況。

1 資料與方法

1.1 研究對象 經(jīng)臨床或?qū)嶒炇覚z查確診的復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化（relapsing-remitting MS，RRMS）患者17例，其中男6例，女11例；年齡（42.3±13.2）歲，均為右利手。MS的診斷基于2010年McDonald的MS診斷標(biāo)準(zhǔn)，同時對致殘程度依據(jù)殘疾狀況評分量表EDSS進行評估。選擇與RRMS組患者年齡、性別、偏手性等相匹配的21名健康志愿者作為對照，其中男8例，女13例；年齡（46.7±8.9）歲，均為右利手。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，患者及健康志愿者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T MR掃描儀和16通道頭顱線圈。常規(guī)MR圖像包括橫軸位T1WI、T2WI、T2 FLAIR。掃描參數(shù)：T1WI：TR 7.6 ms，TE 3.7 ms；T2WI：TR 190 ms，TE 80 ms；T2 FLAIR：TR 6 000 ms，TI 2 000 ms，TE 140 ms；視野（FOV）250 mm×250 mm；翻轉(zhuǎn)角90o；層厚7.5 mm；層間距1 mm。MRS使用自動勻場技術(shù)補償磁場的非均勻性，勻場后線寬小于10 Hz。采用化學(xué)位移選擇性成像序列（CHESS）進行水信號抑制，并采用外部容積飽和脈沖序列用于抑制自感興趣區(qū)域外的信號污染。采用2D-PRESS序列采集感興趣區(qū)域內(nèi)體素的波譜信號。2D-PRESS序列掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 53 ms，F(xiàn)OV 150 mm×195 mm，層厚15 mm，體素15 mm×15 mm，平均次數(shù)1024。波譜序列的總采集時間<20 min。

1.3 MRS數(shù)據(jù)的處理 采用Philips Spectra view處理MRS數(shù)據(jù)。感興趣區(qū)的選擇依據(jù)T2 FLAIR所顯示的正常表現(xiàn)白質(zhì)區(qū)域為基礎(chǔ)，所選擇的體素來源于額葉、頂葉、頂-枕葉正常表現(xiàn)白質(zhì)（normal appearing white matter，NAWM）區(qū)。所有MRS檢測的代謝物濃度均表示為信號強度的比值，包括N-乙酰天冬氨酸（NAA）/肌酸（Cr）、膽堿（Cho）/NAA和Cho/Cr。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件，計量資料以±s表示，采用兩獨立樣本Kolmogorov-Smirnov（K-S）檢驗比較兩組主要代謝物比值的差異，采用Spearman相關(guān)分析檢測RRMS組全局NAWM中NAA/Cr與額葉、頂葉以及頂葉-枕葉NAWM區(qū)NAA/Cr之間的相關(guān)性，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 從全局角度比較兩組NAWM區(qū)域內(nèi)代謝物濃 度的差異（圖1） RRMS組腦內(nèi)NAWM區(qū)域內(nèi)的NAA/Cr低于對照組（P<0.001），RRMS組Cho/NAA高于對照組（P<0.001）。兩組Cho/Cr差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。

圖1 RRMS組與對照組NAWM區(qū)域內(nèi)代謝物濃度比值的比較

2.2 兩組不同子區(qū)NAWM區(qū)域內(nèi)代謝物濃度比較（圖2） RRMS患者腦內(nèi)NAWM區(qū)NAA/Cr比值下降與區(qū)域緊密相關(guān)：在額葉NAWM區(qū)，RRMS組的NAA/Cr為1.54±0.14，較對照組的1.72±0.08下降11%（P<0.001）；在頂葉NAWM區(qū)，RRMS組的NAA/Cr為1.35±0.12，較對照組的1.65±0.07下降23%（P<0.001）；在頂-枕葉NAWM區(qū)域，RRMS組的NAA/Cr為1.37±0.13，較對照組的1.54±0.08下降12%（P<0.001）。對全局NAWM區(qū)域內(nèi)的NAA/Cr與3個子區(qū)域內(nèi)的NAA/Cr的相關(guān)性分析（圖3）顯示，RRMS患者頂葉NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr與全局NAWM區(qū)域內(nèi)的NAA/Cr顯著相關(guān)（r=0.609，P<0.05），而額葉與頂-枕葉NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr與全局NAWM區(qū)域內(nèi)的NAA/Cr無相關(guān)性（r=0.038、0.406，P>0.05）。

3 討論

隨著MRI技術(shù)的不斷進步，常規(guī)磁共振結(jié)構(gòu)成像及功能磁共振成像如擴散張量成像、磁化轉(zhuǎn)移成像、MRS等越來越多地應(yīng)用于研究MS的復(fù)雜發(fā)病機制[3-5]。在上述技術(shù)中，MRS可提供反映大腦內(nèi)部代謝機制變化的生化信息，進而間接地反映MS病理學(xué)中神經(jīng)退行性病變的特征[6]。MRS可以作為一種有效的方法用于監(jiān)測MS的疾病進展[7]。Rovaris等[8]研究表明，1H-MRS可用于探索MS患者神經(jīng)元或軸突損傷的病理演變過程及特征，其研究結(jié)果表明對于伴有臨床分離癥狀的MS患者，軸突功能障礙一般發(fā)生于患病早期階段，但其與短期內(nèi)的疾病進展無相關(guān)關(guān)系。

圖2 RRMS組與對照組3個被檢子區(qū)內(nèi)代謝物濃度比值的比較。A、B、C分別為兩組額葉、頂葉、頂-枕葉NAWM區(qū)域內(nèi)代謝物濃度比值的比較

圖3 全局NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr與3個子區(qū)域內(nèi)NAA/Cr的相關(guān)性。A、B、C分別為額葉、頂葉、頂葉-枕葉NAWM與全局NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr比值的相關(guān)性（r=0.038，P=0.89；r=0.609，P=0.016；r=0.406，P=0.133）

MRS可以檢測到的常見代謝物包括NAA、Cho、Cr及肌醇等。NAA主要在神經(jīng)元的線粒體內(nèi)合成，對于成熟的大腦NAA幾乎僅存在于大腦的神經(jīng)元中，使其成為間接反映大腦神經(jīng)元完整性非常具有代表性的生物標(biāo)志物。NAA濃度降低通常意味著大腦內(nèi)軸突受到損傷或丟失。Brex等[9]研究發(fā)現(xiàn)，與健康腦組織相比，在MS白質(zhì)病變斑塊處NAA濃度水平顯著下降。因此，NAA濃度的改變可以反映軸突的變化情況。Cho是細(xì)胞膜活動（降解或合成）的指標(biāo)。當(dāng)細(xì)胞密度增加時，如存在腫瘤時，Cho濃度會明顯上升。Cr濃度水平則主要反映細(xì)胞中的能量代謝情況，一般在健康的大腦中其濃度比較穩(wěn)定。

本研究中，從全局的角度采用二維多體素波譜技術(shù)在3T的場強下對17例RRMS患者和21名健康受試者的大腦NAWM區(qū)域內(nèi)與MS疾病相關(guān)的重要代謝物比值的變化包括NAA/Cr、Cho/NAA及Cho/Cr進行檢測分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，RRMS組大腦NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr顯著降低，Cho/NAA顯著增高，而兩組Cho/Cr則無顯著差異。結(jié)構(gòu)異常和損傷在MS患者的腦組織內(nèi)廣泛分布，在傳統(tǒng)MRI掃描的結(jié)構(gòu)像上呈現(xiàn)正常表現(xiàn)的白質(zhì)區(qū)域內(nèi)可能也存在不同程度的組織損傷。本研究中，MS患者組NAWM區(qū)域內(nèi)NAA/Cr顯著下降，表明白質(zhì)內(nèi)軸突功能障礙或損失廣泛存在，而非僅局限于MR常規(guī)圖像上顯示的局灶性病變，與既往報道結(jié)果一致[10-11]。Tartaglia等[12]研究顯示，在NAWM區(qū)域內(nèi)有代謝異常的體素與區(qū)域內(nèi)代謝正常的體素相比更容易演變成未來可被MRI所見的病灶。因此，如果能夠明確MS患者腦內(nèi)NAWM區(qū)域中隱藏的病理學(xué)改變，將有助于更加深入地了解MS疾病的退行性病理學(xué)特征以及病變斑塊形成的機制，這對于探索MS疾病的病理機制、早期診斷和治療監(jiān)測具有十分重要的臨床價值。

大腦額葉主要參與認(rèn)知功能的調(diào)節(jié)。本研究中，額葉區(qū)NAA/Cr比值顯著降低在一定程度上可以解釋大多數(shù)MS患者普遍存在的認(rèn)知功能障礙現(xiàn)象，而MS患者的認(rèn)知功能受到損傷已經(jīng)得到證實[13-14]。Staffen等[15]研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)MS患者存在廣泛性的記憶障礙，包括短期、長期和工作記憶障礙；Farez等[14]研究發(fā)現(xiàn)，MS患者在風(fēng)險條件下的決策能力明顯降低，這可能與大腦的信息處理速度下降和視覺空間學(xué)習(xí)障礙有關(guān)。至于NAA/Cr在頂葉-枕葉NAWM區(qū)域內(nèi)的 異常改變，Kotov等[16]研究表明，它很可能是造成MS 患者視覺功能障礙的重要因素之一。

目前很少有對MS的MRS研究關(guān)注到患者腦內(nèi)代謝物異常改變程度的空間分布情況。本研究分析了MS患者腦內(nèi)NAWM區(qū)域不同子區(qū)內(nèi)代謝物的異常改變，主要包括額葉、頂葉和頂葉-枕葉NAWM子區(qū)，結(jié)果表明，在額葉、頂葉和頂-枕葉3個子區(qū)內(nèi)NAA/Cr在MS組均顯著低于對照組，這也與全局分析結(jié)果一致。特別是在頂葉區(qū)NAA/Cr的下降程度顯著高于其他2個被檢子區(qū)。此外，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，在MS組中，僅來自頂葉NAWM子區(qū)內(nèi)NAA/Cr的變化與全局NAWM內(nèi)NAA/Cr的變化具有高度相關(guān)性，提示頂葉NAWM區(qū)內(nèi)NAA/Cr下降對全局NAWM分析中NAA/Cr的變化貢獻(xiàn)比例最大。因此，與其他部分的白質(zhì)區(qū)域相比，靠近頂葉白質(zhì)區(qū)域內(nèi)軸突的結(jié)構(gòu)完整性或功能可能會受到更嚴(yán)重的MS病理學(xué)作用的影響。

MS的病理機制非常復(fù)雜，本研究僅對NAA、Cho及Cr代謝物在白質(zhì)內(nèi)的代謝異常進行研究，具有一定的局限性，后續(xù)研究可對更多有價值的代謝物如肌醇、谷氨酸和脂類的變化進行檢測，也可以結(jié)合灰質(zhì)、皮層等其他類型的組織進行研究，這樣可以對MS疾病對代謝機制的影響有更加深入的理解，有助于提高MS的檢出率及早期診斷的正確率。

總之，在頂葉NAWM區(qū)比額葉和頂-枕葉NAWM區(qū)對代謝物水平的異常改變敏感性更高，并且更易于檢測，在以后的臨床檢測中應(yīng)當(dāng)更多地關(guān)注MS患者頂葉周圍白質(zhì)區(qū)域內(nèi)的變化，這將有利于及早地檢測到NAWM區(qū)域內(nèi)所發(fā)生的微小的代謝改變，從而及時地對MS的病理進展和具體的臨床治療效果獲得更加準(zhǔn)確的評估。