孤獨癥譜系障礙兒童丘腦和小腦磁共振波譜特征和臨床關(guān)系的前瞻性研究

康倩倩 李旭 童光磊 范亞蘭 施磊

（復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院安徽醫(yī)院/安徽省兒童醫(yī)院，安徽合肥 230022）

孤獨癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）是一種嚴重的神經(jīng)異質(zhì)性發(fā)育障礙類疾病，其特征是存在社會溝通障礙和受限的興趣、重復(fù)刻板行為，多起病于3歲之前［1］，常共患癲癇、智力障礙、注意缺陷與多動障礙等疾病，給家庭帶來沉重經(jīng)濟和心理負擔(dān)。近年，其發(fā)病率正在逐年增加，2020 年美國疾病控制中心最新公布的數(shù)據(jù)顯示，患病率為1/54，男女比例4.3∶1［2］。ASD已然被視為全球公共問題之一，但其發(fā)病機制仍未完全清楚。磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）為測量體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的代謝指標變化提供了一種無創(chuàng)方法。目前，大量有關(guān)ASD 兒童大腦的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)研究表明，最有可能存在異質(zhì)性的區(qū)域有額葉、顳葉、杏仁核-海馬復(fù)合體區(qū)、頂葉、小腦、丘腦、扣帶回、枕葉、尾狀核、殼核等，這些部位的改變與ASD 核心癥狀之間有不同程度的關(guān)聯(lián)，可能存在廣泛性的神經(jīng)發(fā)育和結(jié)構(gòu)異常［3-4］。其中，小腦在語言、工作記憶、執(zhí)行控制、情緒加工等方面起著重要的作用，丘腦是感覺傳導(dǎo)的接替站，各種感覺的傳導(dǎo)通路均在丘腦內(nèi)更換神經(jīng)元，而后投射到大腦皮質(zhì)，丘腦與小腦、額葉及扣帶回之間存在廣泛聯(lián)系，但是丘腦和小腦生化代謝物之間的關(guān)系，這些解剖部位的代謝異常與ASD 癥狀的關(guān)系仍不明確。本研究應(yīng)用短回波單體素點分辨率波譜（point resolved spectroscopy， PRESS） 序 列 選 取ASD 兒童雙側(cè)丘腦和小腦做為感興趣區(qū)（region of interest，ROI）進行MRS采集，分析兩腦半球代謝物差異、不同腦部位間代謝物關(guān)聯(lián)及同發(fā)育水平的相關(guān)性，為ASD發(fā)病機制提供影像學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

前瞻性選取 2020 年 1 月至 2021 年 7 月我院康復(fù)科門診收治的50 名2～6 歲的ASD 兒童為研究對象。入選標準：符合《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第 5 版 （Diagnostic and statistical manual of mental disorders-5，DSM-5） ASD 診斷標準［5］，診斷由同一主治醫(yī)生進行，該醫(yī)生于北京大學(xué)第六醫(yī)院兒科進修ASD 的早期診斷和干預(yù)，具有ASD 臨床診斷能力。排除標準：（1）患脆性X綜合征、結(jié)節(jié)性硬化癥、腦性癱瘓、癲癇、聽力障礙者；（2）臨床診斷患有其他精神障礙者，如精神分裂癥、情感障礙等；（3）外觀畸形、顱腦磁共振或腦電圖檢查異常者及其他神經(jīng)系統(tǒng)或軀體疾病者。最終納入ASD兒童50例，其中男孩38例（76%）、女孩12 例 （24%），平均年齡 （3.5±1.3） 歲，頭圍（49.8±1.7）cm，平均體重（17±4）kg，平均身高（103±11）cm。

該研究通過我院醫(yī)學(xué)倫理委員會審批（審批號：EYLL-2019-020），所有入組ASD 患兒均由家屬簽署知情同意書。

1.2 研究工具

1.2.1 兒童孤獨癥評定量表 兒童孤獨癥評定量表 （Childhood Autism Rating scale，CARS） 由Schopler等［6］于1980年編制。該量表共15個項目，每個項目4級評分。每級評分意義依次為“與年齡相當?shù)男袨楸憩F(xiàn)”“輕度異?！薄爸卸犬惓！薄皣乐禺惓！?。量表總分為60 分。非ASD 指得分＜30 分，輕至中度ASD指得分30～36分，并且低于3分的項目不到5項；重度ASD指得分＞36分，并且至少有5 項的評分高于3 分。該量表適用于2 歲以上的人群［7］。

1.2.2 Griffiths 發(fā)育評估量表中文版 Griffiths發(fā)育評估量表中文版（Griffiths Mental Development Scales-Chinese，GDS-C）分為0～2歲和3～8歲部分，0～2 歲部分分為粗大運動、個人-社交、聽力-語言、手眼協(xié)調(diào)、視覺表現(xiàn)5 個能區(qū)，3～8 歲部分增加實際推理能區(qū)，共6個能區(qū)。每個兒童的測評結(jié)果以各能區(qū)的得分、百分數(shù)、相當月齡及總發(fā)育商表示。各能區(qū)的得分是各分量表的累計分數(shù)依據(jù)參考標準進行計算的，并可通過中國常模標準將各能區(qū)的得分轉(zhuǎn)換成百分數(shù)和相當月齡，6個能區(qū)得分的均值再通過常模標準換算轉(zhuǎn)化為總發(fā)育商，具體計算方法為總發(fā)育商=平均相當月齡/實際月齡×100，平均相當月齡為各能區(qū)得分的均值根據(jù)常模標準換算得出。其中總發(fā)育商的均值為100，標準差為15［8］。本研究統(tǒng)計分析中選擇重合的前5 個能區(qū)與MRS 檢測結(jié)果進行相關(guān)分析，排除實際推理能區(qū)。

1.3 MRS檢測

ASD 兒童影像采集均在安徽省兒童醫(yī)院影像中心進行，使用10%水合氯醛鎮(zhèn)靜（劑量為0.3～0.5 mL/kg），采用飛利浦1.5 T磁共振掃描儀，首先進行頭部自旋回波（spin echo，SE）矢狀位T1WI［重復(fù)時間（time of repetition，TR）=1 968 ms，回波時間（time of echo，TE）=11 ms］，快速恢復(fù)快速自旋回波軸位T2WI（TR=4 060 ms，TE=99 ms），冠狀位T2WI（TR=3 640 ms，TE=99 ms）以除外腦部未知病變。通過單體素波譜選用PRESS 進行勻場，選取雙側(cè)丘腦（體素=13 mm×13 mm×16 mm）和小腦（體素=14 mm×20 mm×20 mm）作為 ROI，TR=2 000 ms，TE=30 ms，反轉(zhuǎn)角 80°（圖1）。掃描完成后從工作站導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)，在LCModel 上通過對原始波譜校正后，所有數(shù)據(jù)在LCModel 上的信噪比＞5，半峰全寬＜0.07，濃度標準差以＜15%為采用標準，以Cr 為內(nèi)標準，計算NAA/Cr、Cho/Cr、MI/Cr、Glx/Cr的比值。

圖1 ASD兒童MRS采集及對應(yīng)LCModel校正譜線圖

質(zhì)量控制：本研究中常規(guī)磁共振和MRS 檢查均按以上參數(shù)設(shè)置，MRS 檢測ROI 的定位均避開腦脊液、血管部位，所有影像操作均由我院同一位有豐富臨床經(jīng)驗的醫(yī)師完成。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。正態(tài)分布計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，組間比較采用配對t檢驗。代謝物與ASD相關(guān)量表的關(guān)系和兩部位間的關(guān)系采用Pearson相關(guān)性分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ASD兒童兩側(cè)丘腦和小腦代謝物與ASD相關(guān)量表的相關(guān)性分析

ASD 兒童左側(cè)丘腦 NAA/Cr 與 GDS-C 中聽力-語言和手眼協(xié)調(diào)評分呈正相關(guān)（P＜0.05）；右側(cè)小腦Cho/Cr 與個人-社交、聽力-語言、手眼協(xié)調(diào)呈正相關(guān)（P＜0.05）。ASD 兒童兩側(cè)丘腦和小腦各代謝物與CARS得分無相關(guān)性（P＞0.05）。見表1～2。

表1 ASD兒童兩側(cè)丘腦各代謝物與GDS-C、CARS得分的相關(guān)性分析

2.2 ASD兒童同側(cè)丘腦和小腦代謝物之間相關(guān)性分析

ASD 兒童左側(cè)丘腦和左側(cè)小腦的NAA/Cr 呈正相關(guān)，左側(cè)丘腦和左側(cè)小腦的Glx/Cr 呈正相關(guān)（P＜0.05），見表3。

表3 ASD兒童同側(cè)丘腦和小腦代謝物之間的相關(guān)性分析 （，n=50）

表3 ASD兒童同側(cè)丘腦和小腦代謝物之間的相關(guān)性分析 （，n=50）

images/BZ_68_237_2207_460_2332.pngimages/BZ_68_460_2207_1352_2269.png右側(cè)images/BZ_68_460_2269_712_2332.pngimages/BZ_68_1158_2269_1352_2332.pngimages/BZ_68_1600_2269_1848_2332.png images/BZ_68_964_2269_1158_2332.pngimages/BZ_68_1352_2269_1600_2332.pngNAA/Cr Glx/Crimages/BZ_68_1848_2269_2046_2332.pngimages/BZ_68_712_2269_964_2332.png Pimages/BZ_68_237_2391_460_2450.pngimages/BZ_68_712_2391_964_2450.png0.314 0.894 0.898 0.597images/BZ_68_460_2391_712_2450.pngimages/BZ_68_1158_2391_1352_2450.pngimages/BZ_68_1352_2391_1600_2450.pngimages/BZ_68_1600_2391_1848_2450.pngimages/BZ_68_1848_2391_2046_2450.png1.56±0.20 0.90±0.18images/BZ_68_964_2391_1158_2450.pngimages/BZ_68_237_2509_460_2568.pngimages/BZ_68_460_2509_712_2568.pngimages/BZ_68_712_2509_964_2568.png1.01±0.20 0.88±0.20images/BZ_68_964_2509_1158_2568.png0.481 0.586images/BZ_68_1158_2509_1352_2568.png0.005＜0.001images/BZ_68_1352_2509_1600_2568.png1.60±0.21 0.69±0.50images/BZ_68_1600_2509_1848_2568.png1.01±0.16 0.88±0.19images/BZ_68_1848_2509_2046_2568.png0.156-0.024

2.3 ASD兒童兩側(cè)丘腦和小腦各代謝物比較

ASD 兒童丘腦和小腦部位左右兩側(cè)代謝物之間相比差異無統(tǒng)計意義（P＞0.05），見表4。注：［ASD］孤獨癥譜系障礙；［NAA］N-乙酰天冬氨酸；［Cr］肌酸；［Cho］膽堿；［Glx］谷氨酸復(fù)合物；［MI］肌醇。

表4 ASD兒童兩側(cè)丘腦和小腦各代謝物比較 （，n=50）

表4 ASD兒童兩側(cè)丘腦和小腦各代謝物比較 （，n=50）

注：［ASD］孤獨癥譜系障礙；［NAA］N-乙酰天冬氨酸；［Cr］肌酸；［Cho］膽堿；［Glx］谷氨酸復(fù)合物；［MI］肌醇。

images/BZ_68_237_2764_437_2882.pngimages/BZ_68_437_2764_1341_2823.png小腦images/BZ_68_437_2823_702_2882.pngimages/BZ_68_967_2823_1170_2882.png images/BZ_68_1170_2823_1341_2882.png images/BZ_68_1341_2823_1606_2882.pngimages/BZ_68_1606_2823_1871_2882.pngimages/BZ_68_1871_2823_2074_2882.png Pimages/BZ_68_237_2941_437_3000.pngNAA/Cr Glx/Crimages/BZ_68_437_2941_702_3000.pngimages/BZ_68_702_2823_967_2882.pngimages/BZ_68_702_2941_967_3000.pngimages/BZ_68_1341_2941_1606_3000.png0.911 0.607 0.983 0.527images/BZ_68_1606_2941_1871_3000.png1.56±0.20 0.90±0.18 1.60±0.21 0.69±0.50images/BZ_68_967_2941_1170_3000.pngimages/BZ_68_1170_2941_1341_3000.pngimages/BZ_68_1871_2941_2074_3000.pngimages/BZ_68_237_3059_437_3118.pngimages/BZ_68_437_3059_702_3118.pngimages/BZ_68_702_3059_967_3118.pngimages/BZ_68_967_3059_1170_3118.png-0.758 0.181images/BZ_68_1170_3059_1341_3118.png0.454 0.858images/BZ_68_1341_3059_1606_3118.png1.01±0.20 0.88±0.20images/BZ_68_1606_3059_1871_3118.png1.01±0.16 0.88±0.19images/BZ_68_1871_3059_2074_3118.png0.113-0.022

表2 ASD兒童小腦兩側(cè)各代謝物與GDS-C、CARS得分的相關(guān)性分析

3 討論

本研究中發(fā)現(xiàn)ASD 兒童左側(cè)丘腦NAA/Cr 和右側(cè)小腦Cho/Cr 改變與ASD 兒童發(fā)育能力的嚴重程度呈正相關(guān)，其降低會導(dǎo)致ASD聽力-語言、手眼協(xié)調(diào)和個人-社交能力的受損。既往關(guān)于MRS代謝物與ASD 臨床癥狀關(guān)系研究中，也顯示ASD 兒童大腦存在廣泛NAA 代謝異常且不同腦區(qū)臨床癥狀相關(guān)性有所不同，其中在頂葉白質(zhì)中NAA 水平降低與社會性注視、空間感知和記憶缺陷相關(guān)［9］，前扣帶回系統(tǒng)與社交能力相關(guān)［10］，右內(nèi)側(cè)顳葉與情緒和聽理解相關(guān)［11］，扣帶回腦區(qū)與CARS評分呈負相關(guān)［12］。小腦MRS 代謝物相關(guān)研究中，鄒小兵等［13］研究顯示ASD兒童小腦蚓部NAA下降嚴重程度與語言障礙、認知障礙等臨床表現(xiàn)相關(guān)。姚滔濤等［14］研究顯示右小腦 Cho/Cr 與 CARS 評分呈正相關(guān)。此外，有關(guān)ASD 兒童丘腦的MRS 研究中，Hegarty 等［15］報道 ASD 患者丘腦 NAA 濃度下降，其含量與社會交往障礙、重復(fù)刻板行為癥狀嚴重程度一致。NAA 主要位于神經(jīng)元和軸突內(nèi)，是神經(jīng)/軸索密度和異型性的公認神經(jīng)元標志物，其含量反映了神經(jīng)元及軸突的完整性，可能與線粒體的功能有關(guān)。NAA或NAA/Cr水平下降可能與神經(jīng)元代謝率下降、神經(jīng)元死亡或丟失，以及神經(jīng)軸突、樹突和突觸連接減少、髓鞘形成減少有關(guān)［16］，說明ASD 兒童小腦和丘腦部位存在神經(jīng)元或軸突損傷，NAA/Cr 和Cho/Cr 有望作為患兒臨床癥狀評估的定量指標。Cho為腦內(nèi)總膽堿的總稱，主要參與細胞膜構(gòu)成及神經(jīng)細胞髓鞘的形成，是乙酰膽堿的前體，可反映神經(jīng)膠質(zhì)細胞的密度，與記憶、情緒密切相關(guān)。Sokol 等［17］對 10 個 ASD 兒童的顳中回海馬區(qū)進行MRS 分析，發(fā)現(xiàn)其Cho/Cr 值與疾病嚴重程度呈正相關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)ASD 兒童NAA/Cr 和Glx/Cr 在左側(cè)丘腦和左側(cè)小腦之間存在正相關(guān)，既往研究大多證實NAA 在ASD 兒童大腦中廣泛降低［18-20］，由此預(yù)示著ASD 兒童左側(cè)小腦和丘腦部位Glx/Cr 也存在降低可能。DeVito 等［21］對高功能ASD 和正常兒童的顱腦MRS 研究發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童小腦半球Glx 較正常對照明顯降低。Horder 等［22］研究也發(fā)現(xiàn) ASD 患者丘腦 Glx 濃度明顯下降，且與社交損害嚴重程度呈正相關(guān)。Glx包括谷氨酸（glutamic acid，Glu）和谷氨酰胺（glutamine，Gln），是腦內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，也是腦內(nèi)含量最高的氨基酸，與腦內(nèi)葡萄糖氧化代謝呈直線相關(guān)。Gln 和Glu 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它們的峰在MRS 上重疊并很難分離，所以這兩種物質(zhì)經(jīng)常被合稱為Glx。ASD兒童小腦興奮/抑制失衡會影響其與丘腦的回路協(xié)調(diào)功能［23-24］，這一改變同ASD 的發(fā)病相關(guān)，而Glx介導(dǎo)興奮性突觸傳遞過程，是興奮性/抑制性失衡的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，Glu的過度激活則對腦組織非常有害。本研究未發(fā)現(xiàn)ASD 兒童內(nèi)丘腦和小腦左右代謝物之間差異，與姚滔濤等［25］研究顯示左側(cè)小腦Cho/Cr 均低于右側(cè)不同，分析原因可能與年齡不同、參數(shù)設(shè)置，以及采集ROI部位大小有關(guān)。國外對于正常兒童的不同部位MRS 研究提示MRS檢查不需要考慮大腦半球間的差異［26］。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)ASD 兒童左側(cè)丘腦NAA/Cr和右側(cè)小腦Cho/Cr均與聽力-語言和手眼協(xié)調(diào)能力呈正相關(guān)，此外右側(cè)小腦中Cho/Cr 還與個人-社交呈正相關(guān)，提示丘腦和小腦部分代謝物與ASD 臨床癥狀間存在關(guān)聯(lián)，代謝物可做為臨床判斷ASD 嚴重程度的指標；還發(fā)現(xiàn)左側(cè)丘腦和左側(cè)小腦的NAA/Cr 呈正相關(guān)，左側(cè)丘腦和左側(cè)小腦的Glx/Cr呈正相關(guān)，可見大腦左側(cè)小腦和丘腦間存在神經(jīng)連接并相互影響。MRS 有望為將來ASD 臨床癥狀嚴重程度判斷及大腦間神經(jīng)聯(lián)系提供影像參考依據(jù)。本研究亦存在一定的局限性，未能區(qū)分年齡、性別、智力等因素，未設(shè)立正常對照組，今后若能進一步擴大樣本細化臨床亞型并與行為學(xué)癥狀進行相關(guān)研究，并探究同正常兒童各代謝物的差異，將有利于深入理解ASD 各臨床癥狀的神經(jīng)病理機制。MRS 通過對神經(jīng)代謝物的檢測，必將成為研究腦發(fā)育性疾病的重要手段，為ASD病因?qū)W的研究提供重要幫助。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。