復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者扣帶束白質(zhì)完整性與扣帶皮質(zhì)灌注研究

鄭橋，李詠梅，謝敏，曾春，韓永良，陳曉婭

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016； *通訊作者 李詠梅 lymzhang70@aliyun.com

多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性自身免疫性炎性脫髓鞘疾病，多見于青壯年女性，以復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化（relapsing remitting multiple sclerosis，RRMS）最為常見[1]。其病理改變以脫髓鞘、軸索損傷、炎癥、神經(jīng)膠質(zhì)增生及神經(jīng)元丟失為特征[2]?？蹘邮沁吘壪到y(tǒng)的主要部分，在經(jīng)典Papez 環(huán)路中作為關(guān)鍵神經(jīng)部位參與情緒活動?？蹘泳哂卸喾矫娴纳硇睦砉δ?，不僅與情緒有關(guān)，還涉及感知覺、運動、注意、記憶以及其他高級認(rèn)知過程。扣帶束是扣帶回與其他腦結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系纖維，其完整性可能與MS 患者的認(rèn)知功能、精神等改變直接相關(guān)。既往研究表明，扣帶回在MS 病程進(jìn)展中最先出現(xiàn)萎縮[3]。邊緣系統(tǒng)中扣帶皮層與認(rèn)知功能障礙及抑郁的相關(guān)性較強，且扣帶束的改變也與MS 患者的認(rèn)知改變緊密聯(lián)系[4-6]。因此，扣帶回和扣帶束在MS 病程進(jìn)展中易受損害，且與患者認(rèn)知功能下降以及抑郁有關(guān)。本研究使用擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）和三維偽連續(xù)動脈自旋標(biāo)記（ three-dimensional pseudo continuous arterial spin labeling，3D-pCASL）技術(shù)探討扣帶束白質(zhì)完整性和扣帶皮質(zhì)灌注改變及其與認(rèn)知及抑郁的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 連續(xù)納入2017 年1 月—2018 年12 月重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科診斷明確并行MRI 檢查的RRMS 患者24 例（MS 組），年齡20～59歲，男6例、女18例，擴展殘疾狀態(tài)量表（expanded disability status scale，EDSS）評分0.5～7.5 分，病程1～13 年。納入標(biāo)準(zhǔn)：①RRMS 診斷基于2017 年修訂的McDonald 標(biāo)準(zhǔn)，即脫髓鞘癥狀發(fā)作具備空間多發(fā)和時間多發(fā)的客觀證據(jù)[7]；②常規(guī)MRI 檢查顯示腦組織存在符合MS 的診斷病灶，無腦缺血灶、腦梗死、腫瘤和腦萎縮；③既往無腦血管病、腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：①近3 個月內(nèi)有靜脈注射糖皮質(zhì)激素史或有復(fù)發(fā)；②既往有大量抗抑郁藥物服用史、大量酗酒史；③圖像質(zhì)量欠佳、頭動偽影較大；④有MRI 檢查禁忌證，如帶有心臟起搏器及其他金屬異物、幽閉恐懼癥等。同期招募26 名健康體檢者作為對照組，年齡22～53 歲，男10 例、女16 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：既往無神經(jīng)精神、神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，無神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，體檢無明確神經(jīng)系統(tǒng)陽性體征，常規(guī)MRI檢查無異常。所有受試者均為右利手。MRI 掃描前對受試者進(jìn)行臨床資料采集及神經(jīng)心理學(xué)量表評分，包括EDSS 量表、漢密頓抑郁量表（Hamilton depression scale，HAMD）和符號數(shù)字轉(zhuǎn)換測驗（symbol digit modalities test，SDMT）。兩組受試者年齡、性別及受教育年限差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P均>0.05），SDMT評分、HAMD 評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.005、P=0.01）。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者及（或）家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR 掃描儀，使用8 通道相控陣標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈。掃描過程中囑受試者安靜平躺，閉目，保持清醒。采集常規(guī)軸位T1WI（TR 250 ms、TE 2.86 ms）、軸位T2WI（TR 3600 ms、TE 120 ms）、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fluidattenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）序列（TR 8000 ms、TE 120 ms），層厚5 mm，層數(shù)20；3D-pCASL 灌注掃描參數(shù)：PLD 1525 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣512×8，層數(shù)60；軸位3D-T1WI 掃描參數(shù)：TR 8.3 ms，TE 3.3 ms，翻轉(zhuǎn)角12°，矩陣256×256，層厚1.0 mm，層數(shù)156；軸位DTI 采用單次激發(fā)自旋回波平面回波（spin echo-echo planar imaging，SE-EPI）序列掃描參數(shù)：TR 15 000 ms，TE 86.8ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，層厚2.4 mm，無間隔，層數(shù)53，b 值分別為0、1000 s/mm2，30 個擴散方向。

1.3 數(shù)據(jù)處理 ASL 數(shù)據(jù)處理采用GE AW 4.6 工作站，使用Function Tool 軟件自帶的3D-pCASL 后處理軟件，生成腦血流量（cerebral blood flow，CBF）圖。使用SPM8 軟件，將CBF 圖與3DT1 圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以蒙特利爾標(biāo)準(zhǔn)腦空間（Montreal neurological institute，MNI）152 模板為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化，然后進(jìn)行空間平滑。最后使用MNI152 標(biāo)準(zhǔn)空間大腦亞區(qū)模板中扣帶模板提取扣帶亞區(qū)灌注值。3D-T1 數(shù)據(jù)處理采用Freesurfer 軟件（http://surfer.nMR.mgh.harvard.edu），預(yù)處理步驟包括去除頭動、標(biāo)準(zhǔn)化、去除非腦結(jié)構(gòu)、表面平滑及圖像重建。使用MNI152 標(biāo)準(zhǔn)空間大腦亞區(qū)模板提取各扣帶亞區(qū)皮層體積值。單側(cè)扣帶皮層的平均灌注計算為單側(cè)大腦半球以下灰質(zhì)（前扣帶皮層頭部和尾部，后扣帶皮層和扣帶皮層峽部）ROI 的平均值，每個區(qū)域?qū)ζ骄档呢暙I(xiàn)由該區(qū)域的體積加權(quán)[8]。

使用擴散磁共振處理軟件PANDA 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。預(yù)處理步驟包括去除非腦組織和渦流校正，再通過擬合擴散數(shù)據(jù)的張量模型計算每名患者部分各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）和平均擴散率（mean diffusivity，MD）圖。參照軟件自帶的約翰霍普金斯的分區(qū)圖譜將扣帶束分為2 部分，分別為沿胼胝體走行的扣帶回部（cingulum-cingulate gyrus，CGC ） 和沿海馬走行的海馬部（ cingulumhippocampus，CGH），并獲得扣帶束的FA 值和MD值（圖1）。

圖1 扣帶皮層與扣帶束在標(biāo)準(zhǔn)大腦矢狀位圖示。扣帶皮層從前到后分別為前扣帶皮層喙部（紫色）、前扣帶皮層尾部（淺藍(lán)色）、后扣帶皮層（黃色）、扣帶皮層峽部（深藍(lán)色）；扣帶束從前到后為扣帶束扣帶回部（紅色）、扣帶束海馬部（綠色）

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 22.0 軟件，首先對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S 正態(tài)性檢驗。計量資料以±s表示，正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用Mann-WhitneyU檢驗；性別分布比較行X2檢驗。采用Pearson 相關(guān)、Spearman 相關(guān)以及偏相關(guān)分析評估RRMS 患者M(jìn)RI 參數(shù)值與臨床資料及神經(jīng)心理學(xué)量表評分的相關(guān)性，以及確定扣帶皮層的CBF 與扣帶束的WM 顯微結(jié)構(gòu)完整性之間的關(guān)系。P<0.05 表示有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 RRMS 患者扣帶束微觀結(jié)構(gòu)及扣帶皮層灌注的改變 與對照組相比，MS 組患者雙側(cè)CGC 部FA 值明顯降低，MD 值明顯升高；右側(cè)CGH 部FA 值明顯降低，雙側(cè)CGH 部MD 值明顯升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01），見表1。MS 組左側(cè)前扣帶皮層尾部、右側(cè)后扣帶皮層及扣帶皮層峽部CBF 值顯著減低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。右側(cè)扣帶皮層平均CBF 值顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表2。

2.2 相關(guān)性分析 SDMT 評分與年齡（r=-0.699、P=0.000）及EDSS 評分（r=-0.443、P=0.030）呈負(fù)相關(guān)，與受教育年限呈正相關(guān)（r=0.746、P=0.000），與 性別及病程無顯著相關(guān)性（P>0.05）。HAMD 評分與年齡、性別、受教育年限、EDSS 評分及病程均無顯著相關(guān)性（P>0.05）。

表1 MS 組與對照組扣帶束FA 值及MD 值比較（±s）

表1 MS 組與對照組扣帶束FA 值及MD 值比較（±s）

FA 值 左側(cè)CGC 0.41±0.05 0.46±0.03 -5.122 <0.001 右側(cè)CGC 0.35±0.05 0.42±0.03 -5.924 <0.001 左側(cè)CGH 0.30±0.04 0.32±0.03 -1.174 0.248 右側(cè)CGH 0.28±0.04 0.31±0.03 -2.991 0.004 MD 值（×10-3 mm2/s） 左側(cè)CGC 0.82±0.05 0.77±0.02 5.064 <0.001 右側(cè)CGC 0.80±0.05 0.76±0.02 4.067 <0.001 左側(cè)CGH 0.86±0.07 0.80±0.03 3.594 0.001 右側(cè)CGH 0.92±0.09 0.83±0.03 4.433 <0.001

表2 MS 組與對照組扣帶亞區(qū)CBF 值比較（±s）

表2 MS 組與對照組扣帶亞區(qū)CBF 值比較（±s）

左側(cè) 前扣帶皮層喙部 57.65 ±14.37 59.72 ±12.45 -0.584 0.586 前扣帶皮層尾部 55.38 ±11.51 61.47 ±9.34 -2.058 0.045 后扣帶皮層 64.59 ±10.21 68.80 ±11.71 -1.352 0.183 扣帶皮層峽部 59.73 ±9.90 66.08 ±12.36 -1.994 0.052 平均CBF 59.86 ±10.34 64.51 ±10.79 -1.552 0.127 右側(cè) 前扣帶皮層喙部 57.85 ±11.44 61.80 ±8.32 -1.226 0.226 前扣帶皮層尾部 55.90 ±7.99 67.78 ±12.58 -1.670 0.103 后扣帶皮層 61.61 ±8.32 69.64 ±14.06 -2.480 0.017 扣帶皮層峽部 59.70 ±11.20 67.78 ±12.58 -2.390 0.021 平均CBF 59.12 ±8.27 65.98 ±12.24 -2.302 0.026

神經(jīng)心理學(xué)量表評分與ASL 及DTI 參數(shù)的相關(guān)性顯示，SDMT 評分與扣帶皮層CBF 值及扣帶束FA值和MD 值相關(guān)性見表3。其余EDSS 評分及SDMT、HAMD 評分與MRI 測量值間無顯著相關(guān)性。RRMS患者扣帶皮層右側(cè)總CBF 值與右側(cè)CGC 部FA （r=0.300、P=0.035）及MD 值（r=-0.357、P=0.011），及右側(cè)CGH 部MD 值（r=-0.336、P=0.017）間具有顯著相關(guān)性。偏相關(guān)分析結(jié)果顯示，SDMT 評分與雙側(cè)扣帶束CGC 部分FA 值仍有顯著相關(guān)性（左側(cè)：r=0.385，P=0.008，右側(cè)：r=0.493，P=0.000）；且其與扣帶束CGH 部分右側(cè)FA 值呈正相關(guān)（r=-0.363，P=0.012），雙側(cè)MD 值呈負(fù)相關(guān)（左側(cè)：r=-0.350，P=0.016，右側(cè)：r=-0.429，P=0.003）。

表3 RRMS 患者扣帶皮層CBF 值、扣帶束FA 值和MD值與SDMT 及HAMD 評分的相關(guān)性[r（P）]

3 討論

扣帶回是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，MS 所致扣帶回病變可導(dǎo)致患者出現(xiàn)認(rèn)知障礙和情感障礙。本研究使用DTI 及3D-pCASL 分別評估RRMS 患者扣帶束微觀結(jié)構(gòu)改變和扣帶皮層亞區(qū)及整體的灌注情況，分析扣帶回白質(zhì)完整性和皮層灰質(zhì)灌注改變，及其與神經(jīng)心理學(xué)評分的相關(guān)性。

3.1 DTI 和3D-pCASL 技術(shù) DTI 通過描述水分子在三維空間中的擴散特性反映微觀組織結(jié)構(gòu)的變化，對表征腦白質(zhì)纖維束改變具有獨特的優(yōu)勢，可用于觀察顱內(nèi)纖維束的完整性，其影像學(xué)指標(biāo)如FA 和MD 對組織損傷十分敏感[9]。FA 以白質(zhì)束平行纖維為基礎(chǔ)，反映軸突髓磷脂含量；MD 則反映細(xì)胞的完整性[10]。脫髓鞘及軸突變性導(dǎo)致FA 減少、MD 增加。MS 患者DTI 異常與組織損傷相關(guān)[11]。3D-pCASL 是以動脈血作為示蹤劑，無需靜脈注射對比劑的MR 腦灌注成像，可定量檢測腦血流量，在多種疾病中廣泛應(yīng)用[12]。3D-pCASL 能夠敏感地檢測腦血流動力學(xué)狀態(tài)，反映腦內(nèi)微血管的灌注情況，且受磁敏感偽影的影響較小。

3.2 RRMS 患者與對照組扣帶束白質(zhì)改變和扣帶皮層灌注比較 本研究結(jié)果顯示，MS 組患者扣帶束FA 值明顯降低、MD 值明顯增高，提示RRMS 患者扣帶束受微觀病理損傷影響，與既往研究相符[13-14]。羅琦等[13]采用基于纖維束的空間統(tǒng)計方法發(fā)現(xiàn)MS 患者扣帶束、穹窿和鉤束的FA 值減低，MD 值增高。Kern 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，扣帶束、穹窿及鉤束FA 值降低，并伴丘腦和海馬體積減少。動物實驗證實FA 值降低與白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)，可能預(yù)示髓鞘和軸突受損，表明白質(zhì)纖維束的結(jié)構(gòu)完整性和組織排列可能受到損傷[15]。MD 值升高則表明水分子在各方向上的平均擴散率升高。病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞間隙擴大的主要原因是軸索或髓鞘缺損，因而造成水分子擴散增加，表現(xiàn)為MD值升高[16]。Bartzokis 等[17]報道，扣帶束具有較長的髓鞘發(fā)育周期，直到50 歲左右才發(fā)育成熟；而髓鞘化越晚的區(qū)域，由于少突膠質(zhì)細(xì)胞較少，修復(fù)能力較差，因此更容易暴露于自由基和其他代謝性損害因素中，從而發(fā)生脫髓鞘病變。

既往研究發(fā)現(xiàn)，RRMS 患者早期未出現(xiàn)腦萎縮時即可出現(xiàn)全腦灰質(zhì)灌注減低[18]。Hojjat 等[19]采用3DpCASL 對伴發(fā)認(rèn)知障礙的RRMS患者進(jìn)行全腦研究，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)扣帶皮層總體灌注減低。本研究在此基礎(chǔ)上評估扣帶皮層亞區(qū)及整體灌注改變，發(fā)現(xiàn)RRMS 患者左側(cè)前扣帶皮層尾部、右側(cè)后扣帶皮層及峽部CBF值明顯減低，右側(cè)扣帶皮層平均CBF 值顯著降低。大腦灰質(zhì)灌注減少與神經(jīng)元代謝功能障礙有關(guān)[18]。CBF 降低可能是維持神經(jīng)激活對CBF 的自發(fā)和即時增加的腦血管反應(yīng)性彌散性降低，這可能是MS 神經(jīng)變性的潛在原因[20]。

3.3 RRMS 患者扣帶回灰白質(zhì)改變與認(rèn)知及抑郁的相關(guān)性 本研究發(fā)現(xiàn)，SDMT 評分與EDSS 評分呈負(fù)相關(guān)，與Eizaguirre 等[21]及Motl 等[22]的研究結(jié)果一致，提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害程度越重，患者殘疾越重，認(rèn)知功能越差。SDMT 主要評估注意力和信息處理速度。SDMT 可較好地區(qū)分MS 患者和健康對照組[23]。本研究結(jié)果表明，扣帶束和扣帶皮層受損與RRMS 患者注意力和信息處理速度下降有關(guān)。Keser 等[24]報道SDMT 評分與右側(cè)扣帶束FA 值及扣帶皮層峽部皮層厚度具有顯著相關(guān)性，結(jié)果出現(xiàn)差異考慮與樣本選擇及個體差異有關(guān)。使用偏相關(guān)，控制年齡、性別及受教育程度后發(fā)現(xiàn)，SDMT 評分與雙側(cè)扣帶束的FA 值及MD 值仍然顯著相關(guān)，但與扣帶皮層灌注無相關(guān)性，推測是由于RRMS 患者認(rèn)知與扣帶回白質(zhì)受損相關(guān)性較強。多發(fā)性硬化髓鞘和軸突受損，引起扣帶束白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致與認(rèn)知和情感相關(guān)的皮質(zhì)-皮質(zhì)、皮質(zhì)-皮質(zhì)下失聯(lián)絡(luò)，引起起始和執(zhí)行功能障礙，造成認(rèn)知功能損害。Shen 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，RRMS患者扣帶回白質(zhì)FA 值與HAMD 評分呈負(fù)相關(guān)，與本研究結(jié)果部分一致。本研究發(fā)現(xiàn)HAMD 評分不僅與雙側(cè)扣帶回纖維束FA 值呈負(fù)相關(guān)，且與MD 值呈正相關(guān)。HAMD 評分主要評估患者的抑郁狀態(tài)，而RRMS 患者扣帶束與抑郁的相關(guān)性可能提示邊緣系統(tǒng)中扣帶纖維束功能與情緒有關(guān)。

本研究有一定的局限性：納入的樣本量較小，組間比較及相關(guān)分析的統(tǒng)計效能可能受樣本量的限制；本研究性質(zhì)為橫向研究；研究采用的神經(jīng)心理學(xué)量表較為單一。在后續(xù)研究中，本課題組將采用大樣本縱向研究，聯(lián)合采用多種MRI 技術(shù)及更加豐富的神經(jīng)心理學(xué)量表研究RRMS 患者扣帶回的改變。

總之，本研究使用DTI 及3D-pCASL 研究扣帶回灰白質(zhì)改變，發(fā)現(xiàn)RRMS 患者右側(cè)扣帶皮層灌注降低，扣帶束FA 值降低、MD 值增高，其認(rèn)知改變與扣帶皮層灌注相關(guān)，而抑郁情況主要與患者扣帶束白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常相關(guān)。這可能闡釋了扣帶回的功能異質(zhì)性，扣帶回灰白質(zhì)的功能差異。