抗?N?甲基?D?天冬氨酸受體腦炎患者海馬體的體素形態(tài)學(xué)及功能連接分析

龍啟佳 呂宗夏 史珂 黎春燕 鄭金甌

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（南寧530021）

抗N?甲基?D?天冬氨酸受體（NMDAR）腦炎是自身免疫性腦炎中最常見的類型［1］?；颊咄ǔ１憩F(xiàn)為精神和行為異常、意識(shí)障礙、記憶和認(rèn)知功能障礙、癲癇發(fā)作、運(yùn)動(dòng)障礙和自主神經(jīng)功能障礙等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。最近一項(xiàng)研究［2］表明，抗NMDAR 腦炎患者重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU）入住率約為50%，病死率約為5.6%。并且抗NMDAR 腦炎患者在恢復(fù)期仍會(huì)存在明顯的以記憶及執(zhí)行功能損傷為主的認(rèn)知功能障礙［3］。因此，深入研究抗NM?DAR 腦炎患者腦結(jié)構(gòu)及功能損害的病理生理學(xué)機(jī)制十分必要。

海馬體是記憶與高級(jí)認(rèn)知情感的中樞，認(rèn)知功能障礙與海馬體的結(jié)構(gòu)和功能的完整性被破壞有關(guān)［4］。有研究表明，海馬前后部的結(jié)構(gòu)和功能不完全相同，前海馬功能上與語(yǔ)義記憶網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域相連，而后海馬與情景記憶網(wǎng)絡(luò)相連［5-6］?；隗w素的形態(tài)學(xué)分析（voxel?based morphometry，VBM）是一種在體素水平上對(duì)腦結(jié)構(gòu)影像進(jìn)行定量分析的形態(tài)測(cè)量學(xué)方法，具有自動(dòng)性、客觀性和可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)隱匿性腦結(jié)構(gòu)的損傷［7］。功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C）是目前研究腦功能領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，可解釋大腦不同區(qū)域間時(shí)變動(dòng)態(tài)的信息交互［8］。目前對(duì)海馬體在抗NMDAR 受體腦炎患者認(rèn)知功能損害的作用機(jī)制尚不清楚，國(guó)內(nèi)外針對(duì)抗NMDAR 腦炎患者海馬體結(jié)構(gòu)及功能的研究甚少。因此，本研究首次對(duì)抗NMDAR 腦炎患者海馬體結(jié)構(gòu)和功能連接強(qiáng)度的改變進(jìn)行研究，探討抗NMDAR 腦炎患者海馬體結(jié)構(gòu)及功能連接的改變與認(rèn)知功能之間的關(guān)系，可能為揭示抗NMDAR 腦炎認(rèn)知障礙的病理生理機(jī)制提供研究基礎(chǔ)和理論意義。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象本研究招募了2015年11月至2020年12月曾在廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科就診的21 例抗NMDAR 腦炎患者和21 名性別、年齡、文化程度相匹配、無(wú)神經(jīng)精神疾病的健康對(duì)照組（HC）。根據(jù)抗NMDAR 腦炎的診斷標(biāo)準(zhǔn)［9］，患者組入組標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）滿足下列癥狀中的1 項(xiàng)或者多項(xiàng)：①精神行為異?；蛘哒J(rèn)知障礙；②癲癇發(fā)作；③自主神經(jīng)功能障礙；④運(yùn)動(dòng)障礙；⑤意識(shí)障礙；⑥言語(yǔ)障礙。（2）腦脊液或者血清抗NMDA 抗體檢測(cè)陽(yáng)性。（3）右利手。（4）年齡16～50 歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并可能影響智能的神經(jīng)精神疾病者；（2）藥物濫用者；（3）MRI 檢查不能合作者。本研究由廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)并取得所有研究參與者（或家庭成員）的知情同意。

1.2 磁共振數(shù)據(jù)采集使用Achieva 3.0T MR 掃描儀（飛利浦，阿姆斯特丹，荷蘭），標(biāo)準(zhǔn)顱腦線圈，采集被試者的T1 加權(quán)成像（T1WI）和功能像。在掃描過程中，被試者平躺，固定頭部，保持清醒和放松的狀態(tài)，避免思考，同時(shí)閉眼。使用以下參數(shù)進(jìn)行采集：（1）T1 加權(quán)成像（T1WI）：采用快速梯度回波序列采集結(jié)構(gòu)圖像：TR=7.8 ms，TE=3.4 ms，層厚= 1.4 mm，層間距= 1.4 mm，翻轉(zhuǎn)角= 20°，矩陣=256 × 256。視野240 mm × 240 mm，體素1 mm ×1 mm×1 mm，掃描時(shí)間為5 min 49 s。（2）采用平面回波成像（EPI）技術(shù)（TR=2 000 ms，TE=30 ms，體素=3.44×3.55×3.50 mm，視野=220×220 mm2，翻轉(zhuǎn)角= 90°，41 層，層厚= 3.5 mm，層間距=1 mm，掃描225 個(gè)時(shí)間點(diǎn)）采集靜息態(tài)功能磁共振（rs?fMRI）圖像。

1.3 磁共振數(shù)據(jù)處理

1.3.1 VBM 數(shù)據(jù)處理運(yùn)用基于Matlab 2013b 平臺(tái)的spm8 對(duì)所有被試的T1WI 進(jìn)行預(yù)處理，步驟：（1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；（2）空間標(biāo)準(zhǔn)化、分割、調(diào)制及配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)空間，行半高全寬值8 mm 的平滑處理。（3）以AAL 模板構(gòu)建海馬體掩模，對(duì)患者組及HC 組行兩樣本t檢驗(yàn)，以年齡、性別、及教育程度作為協(xié)變量，比較兩組間灰質(zhì)體積差異（體素P<0.001，F(xiàn)WE 校正），得出患者組與對(duì)照組海馬體積存在差異的腦區(qū)。

1.3.2 rs?fMRI 數(shù)據(jù)處理運(yùn)用REST plus 軟件工具包在Matlab 2013b 平臺(tái)上對(duì)所有被試的rs?fMRI圖像進(jìn)行預(yù)處理，步驟：（1）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式；（2）移除前10 個(gè)時(shí)間點(diǎn)圖像；（3）時(shí)間層校正；（4）頭動(dòng)校正，將平均頭動(dòng)> 3 mm 或旋轉(zhuǎn)角度> 3°的被試排除；（5）空間標(biāo)準(zhǔn)化：一步配準(zhǔn)到蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所的空間標(biāo)準(zhǔn)化解剖模板，重采樣至3 mm×3 mm×3 mm；（6）平滑；（7）去線性漂移；（8）在0.01 ～ 0.08 的頻率范圍內(nèi)濾波；（9）去除協(xié)變量；（10）基于海馬分區(qū)坐標(biāo)，即右前海馬（28，-10，-22）、左前海馬（-28，-10，-22）、右后海馬（25，-37，0）和左后海馬（-25，-37，0），以上述種子點(diǎn)為中心做半徑為6 mm 的小球作為計(jì)算FC值的感興趣區(qū)（ROI）［10］，并將FC 值經(jīng)Fisher′s r?to?z轉(zhuǎn)換，得到z?FC 圖，然后進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，以年齡、性別和教育程度作為協(xié)變量，得出患者組與HC 組存在差異的腦區(qū)（體素P< 0.005，團(tuán)塊P<0.05，GRF 校正）。

1.4 神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試由兩名經(jīng)過神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試培訓(xùn)的人員對(duì)所有被試者在行MRI 掃描的當(dāng)天進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試，包括蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估基礎(chǔ)量表（MoCA?B）評(píng)定認(rèn)知功能，漢密爾頓焦慮量表（HAMA）和漢密爾頓抑郁量表（HAMD17）評(píng)定焦慮和抑郁程度。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)數(shù)資料（性別）比較用采用χ2檢驗(yàn)。其余人口學(xué)和臨床特征的組間差異采用兩樣本t檢驗(yàn)，提取海馬差異腦區(qū)的灰質(zhì)體積及功能連接差異腦區(qū)的FC 值，用Pearson 相關(guān)分析確定其與病程、Moca?B 評(píng)分、HAMA 及HAMD?17 評(píng)分等之間的關(guān)系，以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料和HC 組相比，抗NMDAR腦炎組的年齡、性別、受教育年限差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在認(rèn)知功能得分方面（MoCa?B 量表總分、執(zhí)行功能、流暢性、定向、抽象、延遲回憶）顯著低于HC 組（P<0.05）；精神情緒方面（HAMD17、HAMA）評(píng)分顯著高于HC 組（P<0.05），見表1。

表1 抗NMDAR 腦炎患者組及對(duì)照組的臨床資料Tab.1 The clinical data of patients with anti?NMDAR encephalitis and healthy controls ±s

表1 抗NMDAR 腦炎患者組及對(duì)照組的臨床資料Tab.1 The clinical data of patients with anti?NMDAR encephalitis and healthy controls ±s

注：*為χ2檢驗(yàn)

性別（男/女，例數(shù)）年齡（歲）教育程度（年）起病年齡（歲）病程（個(gè)月）MoCa?B HAMD17 HAMA抗NMDAR 腦炎組（n=21）8/13 27.14±8.398 13.05±3.471 25.25±8.294 21.57±17.189 25.29±5.943 4.81±3.723 2.95±2.958 HC 組（n=21）9/12 26.62±5.054 14.10±3.015? ?29.05±0.973 1.52±2.136 0.95±1.532 P 值0.753*0.808 0.303? ?0.009 0.001 0.010

2.2 VBM 分析結(jié)果與HC 組相比，抗NMDAR腦炎患者組右前海馬灰質(zhì)體積減?。▓D1，表2）。

表2 抗NMDAR 腦炎患者組與HC 組雙側(cè)海馬灰質(zhì)體積差異的腦區(qū)Tab.2 Brain regions showing differences in volume of hippocampus between groups

圖1 抗NMDAR 腦炎患者右前海馬灰質(zhì)體積減小Fig.1 The brain regions of decreased volume of hippocampus in patients with anti?NMDAR encephalitis

2.3 rs?fMRI 分析結(jié)果與HC 組相比較，抗NM?DAR 腦炎患者組的左后海馬與左側(cè)丘腦、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（圖2A）的FC 值下降；右后海馬與左側(cè)中央后回（圖2B）的FC 值升高；左前海馬、右前海馬與全腦的FC 值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2、表3）。

表3 抗NMDAR 腦炎患者組與HC 組之間存在FC 值組間差異的腦區(qū)Tab.3 Brain regions showing differences in FC values between groups

圖2 抗NMDAR 腦炎患者FC 值存在差異的腦區(qū)Fig.2 The brain regions of different FC values in patients with anti?NMDAR encephalitis

2.4 相關(guān)性分析結(jié)果將患者組存在差異的海馬灰質(zhì)體積及功能連接差異腦區(qū)的FC 值與臨床資料進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，右前海馬灰質(zhì)體積與MoCa?B 評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.640，P=0.002）。右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)FC 值與患者病程呈正相關(guān)（r=0.508，P= 0.019），左側(cè)丘腦及左側(cè)中央后回FC 值與病程及量表評(píng)分等不相關(guān)。見圖3。

圖3 海馬灰質(zhì)體積及差異腦區(qū)FC 值與臨床資料的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis between the volume of hippocampus and different brain regions FC values and clinical data

3 討論

基于VBM 及FC 的方法，本研究發(fā)現(xiàn)，與HC 組相比，抗NMDAR 腦炎患者右前海馬灰質(zhì)體積減小，左后海馬與左側(cè)丘腦、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的FC下降；右后海馬與左側(cè)中央后回的FC 增強(qiáng)，相關(guān)性分析顯示，右前海馬灰質(zhì)體積與認(rèn)知功能呈正相關(guān)，右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)FC 值與患者病程呈正相關(guān)。說明抗NMDAR 腦炎患者海馬結(jié)構(gòu)損傷，并且與其他腦區(qū)功能連通性受損。

抗NMDAR 腦炎的致病機(jī)制可能是介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞突觸可塑性的NMDAR 快速和可逆的減少，使得NMDAR 介導(dǎo)的突觸功能喪失，出現(xiàn)相應(yīng)神經(jīng)功能障礙［11-12］。本研究發(fā)現(xiàn)抗NMDAR 腦炎患者右前海馬灰質(zhì)體積減小，右前海馬灰質(zhì)體積與認(rèn)知功能成正相關(guān)。FINKE 等［13］的研究發(fā)現(xiàn)，抗NMDAR腦炎患者存在海馬萎縮以及海馬微結(jié)構(gòu)損傷，并且與記憶能力、疾病嚴(yán)重程度和病程有關(guān)，與本研究結(jié)果相符。海馬體是中大腦中NMDAR 密度最高的區(qū)域之一［14］，抗NMDAR 腦炎患者存在長(zhǎng)期的認(rèn)知缺陷，包括記憶障礙和執(zhí)行功能障礙，說明海馬可能是抗NMDAR 腦炎的靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)之一。

在FC 分析中，左側(cè)丘腦、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的FC 下降。輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)位于前額葉，結(jié)構(gòu)上與丘腦、基底節(jié)及許多大腦皮質(zhì)存在纖維連接，是控制機(jī)體運(yùn)動(dòng)功能及語(yǔ)言行為的重要區(qū)域［15］。丘腦在神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)過程中扮演著信號(hào)轉(zhuǎn)換器的角色，丘腦皮質(zhì)神經(jīng)元接收軀體感覺或運(yùn)動(dòng)信息，通過丘腦皮質(zhì)束投射到大腦皮層［16］。有研究［17-18］表明，運(yùn)動(dòng)功能障礙，包括重復(fù)動(dòng)作、口面部運(yùn)動(dòng)障礙和肌張力障礙等異常運(yùn)動(dòng)在抗NMDAR 腦炎患者中十分常見。LIANG 等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，抗NMDAR 腦炎患者左側(cè)額葉平均彌散率升高；ZHANG 等［20］的研究表明，約有40%的抗NMDAR 腦炎患者會(huì)在包括丘腦在內(nèi)的非常規(guī)部位出現(xiàn)病灶。因此本研究推測(cè)是由于抗體介導(dǎo)的NMDAR 減少引起皮質(zhì)?紋狀體?丘腦?皮質(zhì)環(huán)路功能障礙，失去了對(duì)下丘腦和腦干的控制，從而導(dǎo)致了抗NMDAR 腦炎患者運(yùn)動(dòng)功能障礙。同時(shí)，右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的FC 值與抗NMDAR 腦炎患者病程呈正相關(guān)，進(jìn)一步說明抗NMDAR 腦炎患者運(yùn)動(dòng)功能障礙可能與輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)功能損傷有關(guān)，并且隨著病程的延長(zhǎng)，腦功能可能會(huì)出現(xiàn)部分的恢復(fù)代償。

中央后回是軀體感覺?運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的中樞，主要負(fù)責(zé)整合各種軀體感覺刺激傳遞的信息，細(xì)微的損傷都可能引起軀體感覺障礙的出現(xiàn)［21］。本研究發(fā)現(xiàn)抗NMDAR 腦炎患者中央后回的FC 增強(qiáng)，提示患者感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常。前期研究發(fā)現(xiàn)，抗NMDAR 腦炎患者后扣帶回與中央后回的FC 值增高［22］，與本研究相符。有研究［23］表明，精神分裂癥患者也存在中央后回腦功能活動(dòng)異常，并與認(rèn)知功能障礙有關(guān)?？筃MDAR 腦炎患者常有精神異常和攻擊行為，可能是由中央后回結(jié)構(gòu)和功能異常引起，中央后回的FC 增強(qiáng)而不是減弱，推測(cè)是由于腦功能活動(dòng)代償性升高所致，這一點(diǎn)在今后還需要進(jìn)一步研究證明。

本研究仍具有一定的局限性：首先，本研究樣本量小，結(jié)果可能具有一定的不穩(wěn)定性；入組患者發(fā)病原因、臨床表現(xiàn)以及治療方案不同，可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響；最后，海馬前后部的分區(qū)不夠詳細(xì)。因此，今后應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，在更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)上劃分海馬亞區(qū)，以求更好地解釋海馬各亞區(qū)的功能及作用，并且需要進(jìn)行縱向研究，以進(jìn)一步了解抗NMDAR 腦炎腦結(jié)構(gòu)和功能的損害和恢復(fù)情況。

綜上所述，本研究從腦結(jié)構(gòu)和功能的角度，證實(shí)了海馬在抗NMDAR 腦炎疾病過程中扮演著重要的角色?？筃MDAR 腦炎患者存在海馬灰質(zhì)體積及海馬與其他腦區(qū)間功能連接的異常，并且這些異常與認(rèn)知功能障礙及病程長(zhǎng)短有關(guān)。這些結(jié)果將為更好地理解抗NMDAR 腦炎和其他與NM?DAR 功能障礙相關(guān)的疾病的病理生理學(xué)機(jī)制提供幫助。