精神分裂癥和強迫癥的結(jié)構(gòu)和功能磁共振成像比較研究進展

郁曉曼，周振和，汪 帥，田 霖

（南京醫(yī)科大學附屬無錫精神衛(wèi)生中心，江蘇 無錫 214151*通信作者：田 霖，E-mail：tianz@njmu.edu.cn）

精神分裂癥和強迫癥是精神科常見的兩種不同類型的精神障礙，但這兩類疾病患者存在諸多相似的人口統(tǒng)計學特征和臨床表現(xiàn)，且這兩種疾病在病理生理學方面密切相關［1-4］。臨床上精神分裂癥和強迫癥的共病率較高［5-6］。研究表明，約7.8%～26%的精神分裂癥患者可出現(xiàn)伴強迫癥精神分裂癥，精神分裂癥患者患強迫癥的風險是普通人群的10倍以上［5-6］。一項縱向隨訪研究表明，強迫癥患者及其后代罹患精神分裂癥和精神分裂癥譜系障礙的風險更高，提示兩種疾病之間可能存在共同的病理起源［4］。近年來，精神分裂癥和強迫癥的關系受到越來越多的關注，但目前這兩種疾病之間的神經(jīng)生物學底物和病因?qū)W關系仍未明確［7-8］。隨著腦成像技術特別是磁共振（MRI）技術的發(fā)展，多種非侵入性的序列被用來輔助研究大腦的結(jié)構(gòu)和功能，為進一步認識精神分裂癥和強迫癥提供了重要工具［9］。本文對近年來國內(nèi)外開展的有關精神分裂癥和強迫癥的結(jié)構(gòu)和功能MRI成像的比較研究進展進行綜述。

1 資料與方法

1.1 資料來源與檢索策略

1.1.1 資料來源

于2020年6月-2021年1月對萬方醫(yī)學網(wǎng)、中國知網(wǎng)等中文數(shù)據(jù)庫和PubMed英文數(shù)據(jù)庫進行檢索，檢索時限為2000年1月-2021年1月。

1.1.2 檢索策略

檢索主題詞：精神分裂癥（schizophrenia）、強迫癥（obsessive-compulsive disorder）、結(jié) 構(gòu) 磁 共 振（structural MRI）、功能磁共振（functional MRI）、腦網(wǎng)絡（brain network）、磁共振（MRI）。中文檢索式：精神分裂癥AND強迫癥AND（結(jié)構(gòu)磁共振OR功能磁共振OR腦網(wǎng)絡OR磁共振）；英文檢索式：（（schizophrenia）AND（obsessive-compulsive disorder））AND（（structural MRI）OR（functional MRI）OR（brain network）OR（MRI））。

1.2 文獻納入與排除標準

納入標準：①關于精神分裂癥和強迫癥在內(nèi)的精神疾病磁共振成像特征的比較研究，磁共振成像特征比較是針對結(jié)構(gòu)磁共振（structural MRI）、功能磁共振（functional MRI）和腦網(wǎng)絡（brain network）；②文章數(shù)據(jù)可靠，具有科學性、創(chuàng)新性；③可獲取全文的中英文文獻。排除標準：①重復的文獻；②質(zhì)量較差的文獻。

1.3 文獻篩選與質(zhì)量評估

由研究者進行文獻篩選，先進行文獻檢索、排除重復文獻，再閱讀文章題目、摘要和全文進行篩選，嚴格按照納入和排除標準篩選符合要求的文獻，對于存在爭議的文獻，通過討論決定是否納入。

2 結(jié) 果

2.1 文獻納入基本情況

初步檢索共獲取文獻581篇，其中，英文文獻549篇，中文文獻32篇。通過排除重復文獻以及閱讀文題、摘要和全文進行篩選，最終共納入文獻30篇。文獻篩選流程見圖1。

圖1 文獻篩選流程圖

2.2 結(jié)構(gòu)MRI研究

2.2.1 灰質(zhì)結(jié)構(gòu)MRI

常規(guī)的T1加權結(jié)構(gòu)磁共振成像可顯示大腦微觀解剖信息，并具有較高的分辨率和強大的灰/白質(zhì)對比度［10］，主要包括感興趣區(qū)（ROI）法、基于體素的形態(tài)學測量（VBM）方法［11］以及基于表面的形態(tài)學測量（SBM）方法［12］等。大腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)是精神疾病神經(jīng)影像學早期研究的重點方向之一。Goodkind等［13］對193項基于VBM方法的研究進行Meta分析，結(jié)果顯示精神分裂癥和強迫癥等多種精神疾病患者灰質(zhì)體積減少較為一致的區(qū)域包括背側(cè)前扣帶回和雙側(cè)島葉，且這些腦區(qū)灰質(zhì)受損與患者執(zhí)行功能下降有關。

既往研究在同一研究框架下比較了精神分裂癥和強迫癥患者的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)MRI成像特征。Kwon等［14］在進行年齡、性別匹配后納入了精神分裂癥患者、強迫癥患者和正常對照組各22例，測量并比較三組被試的海馬、杏仁核和丘腦體積，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，強迫癥患者和精神分裂癥患者的雙側(cè)海馬體積更小，推測可能與兩種疾病的癥狀重疊有關；強迫癥患者的左側(cè)杏仁核體積更大，但精神分裂癥患者的左側(cè)杏仁核體積則無明顯變化。提示杏仁核在強迫癥的發(fā)病機制中可能發(fā)揮獨特作用。該研究未發(fā)現(xiàn)三組被試的丘腦體積有顯著差異。但Kang等［15］和Kwon等［14］使用同一批數(shù)據(jù)的進一步研究顯示，精神分裂癥患者和強迫癥患者的丘腦畸形存在差異，與正常對照組相比，強迫癥患者的丘腦前外側(cè)畸形明顯，而精神分裂癥患者的丘腦后內(nèi)側(cè)畸形較明顯。Kim等［16］納入精神分裂癥患者、強迫癥患者和正常對照組各21例，比較三組被試的島葉體積，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，精神分裂癥患者左側(cè)島葉體積更小，而在強迫癥患者中未見島葉體積的形態(tài)變化，提示精神分裂癥的發(fā)生機制可能與島葉的異常有關。Riffkin等［17］納入了精神分裂癥患者、強迫癥患者和正常對照組各18例，采用VBM方法和ROI法重點對三組被試的眶額回（OFC）、前扣帶回（ACC）和尾狀核（CN）腦區(qū)及其他腦區(qū)的灰白質(zhì)體積進行對比，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，強迫癥患者僅在采用VBM方法時發(fā)現(xiàn)其右側(cè)顳葉區(qū)域出現(xiàn)了白質(zhì)體積減少；與強迫癥患者相比，精神分裂癥患者表現(xiàn)出更嚴重、更廣泛的腦結(jié)構(gòu)異常，VBM方法顯示精神分裂癥患者的雙側(cè)OFC（灰質(zhì)）、左側(cè)梭形回（灰質(zhì)）、右側(cè)腦島（灰質(zhì)）、右側(cè)OFC（白質(zhì)）、雙側(cè)背側(cè)ACC（白質(zhì)）、雙側(cè)腹側(cè)ACC（灰質(zhì)和白質(zhì)）和左后側(cè)ACC（灰質(zhì)和白質(zhì)）等腦區(qū)體積更小。Ha等［18］納入了50例精神分裂癥患者、45例強迫癥患者和26例正常對照組，比較三組被試大腦皮層表面的分形維度（fractal dimension，F(xiàn)D）指標，結(jié)果顯示精神分裂癥患者的FD最低、強迫癥患者居中、正常對照組最高。張曉晰等［19］采用VBM方法直接比較了22例精神分裂癥患者、20例強迫癥患者和23例正常對照組的大腦灰質(zhì)體積，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，精神分裂癥與強迫癥患者前扣帶回灰質(zhì)體積更小。Wang等［20］比較了21例精神分裂癥患者、22例強迫癥患者、22例伴強迫癥精神分裂癥和22例正常對照組的腦灰質(zhì)體積和皮層厚度，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，精神分裂癥患者左側(cè)中央前回、左側(cè)楔葉、左側(cè)丘腦、左側(cè)小腦下半月小葉、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回的灰質(zhì)體積更小，強迫癥患者右側(cè)額上回、右側(cè)額中回、右側(cè)顳中回的灰質(zhì)體積更大。與強迫癥患者相比，精神分裂癥患者左側(cè)楔前葉、左側(cè)顳上回、右側(cè)額中回、右側(cè)中央前回、雙側(cè)額上回、雙側(cè)額上回內(nèi)側(cè)和中央旁回灰質(zhì)體積更小。研究結(jié)果未發(fā)現(xiàn)精神分裂癥和強迫癥組患者的皮層厚度具有顯著異常。Gong等［21］比較了未使用過抗精神病藥物的精神分裂癥患者與強迫癥患者等四組精神疾病患者的灰質(zhì)體積，結(jié)果顯示，四組患者均表現(xiàn)出殼核的灰質(zhì)體積增大，且殼核灰質(zhì)體積的大小與各組癥狀嚴重程度之間呈正相關。Opel等［22］比較了常見的六種精神障礙患者的腦結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示，精神分裂癥、強迫癥、重度抑郁和雙相情感障礙患者的大腦結(jié)構(gòu)異常存在高度相關（r=0.443～0.782），精神分裂癥和強迫癥患者均表現(xiàn)出海馬、梭狀回等腦區(qū)形態(tài)特征的異常。精神分裂癥和強迫癥患者均存在腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常，關于其腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)果不一致，可能與研究方法不同和藥物治療等因素有關。

2.2.2 白質(zhì)結(jié)構(gòu)MRI

彌散張量成像（DTI）是基于水分子在腦組織中擴散的定量分析，能夠提供腦白質(zhì)纖維束的完整性和微結(jié)構(gòu)的相關信息［23］。分數(shù)各向異性（FA）是DTI的主要分析指標，基于纖維束的空間統(tǒng)計（TBSS）方法是目前最穩(wěn)定和成熟的DTI數(shù)據(jù)定量分析技術［24］。已有多項研究表明，精神分裂癥和強迫癥患者通常會出現(xiàn)大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常，包括精神分裂癥和強迫癥在內(nèi)的多種精神疾病患者的扣帶束、胼胝體以及額葉和顳葉區(qū)域的白質(zhì)纖維束更可能存在異常［25-27］。

既往直接對比精神分裂癥和強迫癥DTI特征的研究較少。White等［28］比較了兒童青少年人群中的早發(fā)性精神分裂癥和早發(fā)性強迫癥等多種精神疾病患者的DTI成像，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，早發(fā)性精神分裂癥患者的白質(zhì)異常較明顯，但該研究并未發(fā)現(xiàn)早發(fā)性強迫癥患者存在顯著的白質(zhì)異常。Hawco等［2］納入了48例精神分裂癥患者、38例強迫癥患者和45例正常對照組，采用DTI成像技術比較三組被試的白質(zhì)完整性，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，精神分裂癥和強迫癥患者的胼胝體FA值下降，兩組患者的總白質(zhì)FA值差異無統(tǒng)計學意義，提示精神分裂癥和強迫癥可能存在共同的神經(jīng)生物學底物；該研究還發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長，兩種疾病的患者都出現(xiàn)FA值下降，強迫癥患者主要為左上縱束中FA值下降，而精神分裂癥患者則存在更廣泛腦區(qū)的FA值下降。在最近的一項研究中，Wang等［29］納入了28例精神分裂癥患者、30例強迫癥患者、28例伴強迫癥精神分裂癥患者和30例正常對照組，采用TBSS方法比較四組患者的白質(zhì)異常特征，結(jié)果僅發(fā)現(xiàn)伴強迫癥精神分裂癥患者腦白質(zhì)FA值和徑向擴散率（radial diffusion，RD）的異常，未發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者和強迫癥患者FA值和RD值的顯著改變；采用概率性纖維束追蹤法（probabilistic tractography）分析后發(fā)現(xiàn)，與強迫癥患者相比，精神分裂癥患者在右枕中回（視覺網(wǎng)絡）以及左枕中回與左顳中回（視覺網(wǎng)絡和DMN）之間的連接概率增加。上述影像學證據(jù)表明，精神分裂癥和強迫癥患者均存在腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常，前者的腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)受損范圍可能更廣泛，且腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與病程等因素存在關聯(lián)。

2.3 fMRI研究

功能磁共振成像（fMRI）通過測量血氧依賴水平（BOLD）信號的變化來評估腦的內(nèi)在功能狀態(tài)，分為靜息態(tài)和任務態(tài)fMRI［30］。常用的靜息態(tài)fMRI分析指標包括低頻振幅（ALFF/fALFF）、功能連接（FC）、局部一致性（ReHo）等［30-31］。獨立成分分析（ICA）是一種常用的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法［32］。默認模式網(wǎng)絡（default-mode network，DMN）是目前研究最多的大規(guī)模功能性腦網(wǎng)絡［33］。Fan 等［34］的一項靜息態(tài)fMRI成像研究表明，精神分裂癥患者和強迫癥患者的持續(xù)注意缺陷與默認模式網(wǎng)絡相關的功能連接變化有關，其中強迫癥患者持續(xù)注意缺陷與其在DMN內(nèi)右內(nèi)側(cè)前額葉（mPFC）和左額上回（SFG）的功能連接性受損有關；精神分裂癥患者持續(xù)注意缺陷與其左mPFC和雙側(cè)前扣帶回（ACC）的功能連接變化相關。該研究結(jié)果提示，在與精神分裂癥和強迫癥患者持續(xù)注意力缺陷有關的神經(jīng)機制中，DMN參與的網(wǎng)絡內(nèi)部和網(wǎng)絡之間的功能連接發(fā)揮了重要作用。Wang等［35］納入了22例精神分裂癥患者、20例強迫癥患者、22例伴強迫癥精神分裂癥患者和22例正常對照組，比較各組間DMN的19個子區(qū)域與全腦體素之間的靜息態(tài)功能連接（rsFC）的強度，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，三個患者組在DMN的子區(qū)域與執(zhí)行控制網(wǎng)絡（ECN）之間的rsFC均增加。不同的是，精神分裂癥患者和伴強迫癥精神分裂癥患者在DMN的子區(qū)域和顳中回之間顯示出rsFC增加，而強迫癥患者rsFC降低。張曉晰等［19］納入了22例精神分裂癥患者、20例強迫癥患者和23例正常對照組，結(jié)果顯示，與正常對照組相比，精神分裂癥患者和強迫癥患者均出現(xiàn)了左側(cè)楔葉ReHo值降低和左內(nèi)側(cè)額上回ReHo值增高。綜上所述，精神分裂癥和強迫癥患者均存在靜息態(tài)fMRI的異常，他們在靜息狀態(tài)下的腦功能變化有一定的相似之處但也存在差異，可能因研究方法不一致，未能得出一致結(jié)論。

采用任務態(tài)fMRI直接對比精神分裂癥患者和強迫癥患者腦成像特征的研究較少。Bleich-Cohen等［36］在聽覺動詞生成任務中使用fMRI比較了精神分裂癥患者、強迫癥患者、伴強迫癥精神分裂癥患者與正常對照組在語言處理過程中的區(qū)域激活模式，結(jié)果顯示，強迫癥患者的語言處理與正常對照組的語言處理差異無統(tǒng)計學意義，但精神分裂癥患者和伴強迫癥精神分裂癥患者的語言處理相似，都表現(xiàn)為語言側(cè)向化和左右半球額下回功能連接性降低，語言處理出現(xiàn)異常。Bleich-Cohen等［37］的另一項類似研究也表明，強迫癥患者的語言處理無明顯異常，精神分裂癥患者表現(xiàn)為語言側(cè)向化和左右半球額下回功能連接性降低，且左右半球額下回功能連接性降低與陰性癥狀有關。

2.4 大腦連接組分析的研究

大腦連接組分析（腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡和腦功能網(wǎng)絡）是目前腦科學領域較為前沿的研究方向和研究熱點之一，主要驅(qū)動力是圖論的模型和方法［38-39］。在圖論中，大腦網(wǎng)絡可以抽象為由節(jié)點（node）和邊（edge）構(gòu)成的圖，節(jié)點表示單個神經(jīng)元或整個腦區(qū)域，即網(wǎng)絡的基本單元，邊表示這些基本單元之間的聯(lián)系［38-39］。基于圖論的方法可以研究大腦網(wǎng)絡的拓樸屬性，主要指標包括全局指標［局部效率（Local Efficiency）、全局效率（Global Efficiency）、集群系數(shù)（Clustering Coefficient）、最短路徑（Shortest Length）、小世界屬性（Small-Wor1d）］和局部指標［節(jié)點度中心性（Nodal Degree Centrality）和節(jié)點效率（Nodal Efficiency）］［40］。其中腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的構(gòu)建需要提取每個大腦區(qū)域的度量（例如灰質(zhì)體積、皮層厚度或其他類似指標）作為節(jié)點，然后將兩個大腦區(qū)域之間的相關性定義為感興趣腦區(qū)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的邊［41-42］。

Crossley等［43］采用Meta分析比較了諸多精神疾病患者的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡特征，結(jié)果顯示，與其他嚴重的精神疾病患者相比，強迫癥患者結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡中核心節(jié)點相對更少。Qin等［44］將圖論和基于網(wǎng)絡的統(tǒng)計分析（NBS）方法應用于DTI成像研究，納入了29例精神分裂癥患者、29例強迫癥患者和65例正常對照組，與正常對照組相比，強迫癥患者眶額回和額中回的節(jié)點效率和強度更低，而精神分裂癥患者眶額回、額中回、梭狀回、顳橫回、距狀回、舌回、殼核和丘腦等多個腦區(qū)都出現(xiàn)節(jié)點效率和強度的異常。與強迫癥患者相比，精神分裂癥患者在紋狀體與視覺/聽覺皮層之間的連接強度降低。提示精神分裂癥患者和強迫癥患者可表現(xiàn)出不同程度的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡損傷和拓撲屬性異常，精神分裂癥患者的腦網(wǎng)絡損傷更嚴重、更廣泛。Cauda等［45］基于結(jié)構(gòu)協(xié)變網(wǎng)絡的分析方法比較了精神分裂癥譜系障礙患者和強迫癥譜系障礙患者的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡模式，結(jié)果顯示兩種疾病患者的大腦均存在結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡共同萎縮（灰質(zhì)體積減少）的情況。此結(jié)構(gòu)協(xié)變網(wǎng)絡可以區(qū)分出由11個高度連接的節(jié)點組成的子網(wǎng)，該子網(wǎng)包括前島葉、額下區(qū)域、左顳上區(qū)域、左海馬旁區(qū)域、左丘腦和右中央前回等腦區(qū)。既往對比精神分裂癥患者和強迫癥患者大腦連接組分析的研究較少，且使用方法有差異，因此未能得到確切結(jié)論。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，目前在同一研究框架和研究條件下直接對比精神分裂癥患者和強迫癥患者的神經(jīng)影像學特征的研究較少，二者之間的MRI成像特征的比較結(jié)果也尚無一致結(jié)論。既往研究納入的研究對象多為慢性精神疾病患者，對首發(fā)未用藥患者的研究較少，無法明確兩種疾病之間MRI成像的差異是由于疾病特征的差異所致，還是使用不同的抗精神病藥物形成的差異，且無法排除疾病病程對患者腦MRI成像的影響。多數(shù)研究未納入伴強迫癥精神分裂癥患者，且未考慮樣本的異質(zhì)性。相關研究中，橫斷面研究較多，縱向研究或回顧性研究較少，且對影像學異常指標與認知功能等臨床癥狀關系的研究較有限。未來可以采用大樣本分析研究，采用多模態(tài)MRI成像并結(jié)合多種神經(jīng)影像和電生理技術，如fMRI、腦電圖［46］和腦磁圖［47］等，更深入地探索這兩種疾病之間的關系。