帕金森病不同運(yùn)動(dòng)亞型白質(zhì)纖維損害的彌散張量成像研究

劉依然 劉泰松 宋金輝

1）錦州醫(yī)科大學(xué)湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬襄陽市第一人民醫(yī)院研究生培養(yǎng)基地，湖北 襄陽 44100

2）湖北省帕金森病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，湖北 襄陽 441000 3）湖北醫(yī)學(xué)院附屬襄陽市第一人民醫(yī)院，湖北 襄陽 441000

帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）是一種常見的慢性神經(jīng)退行性疾?。?］，主要分為震顫為主型（tremor dominant，TD）和姿勢(shì)不穩(wěn)-步態(tài)障礙型（postural instability difficulty，PIGD）兩種運(yùn)動(dòng)亞型。流行病學(xué)研究表明，目前中國65 歲以上的老年人患病率1.7%，預(yù)計(jì)在2030 年P(guān)D 的患病率將翻一倍［2］。帕金森病主要病理特征是黑質(zhì)紋狀體通路多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性喪失，最終導(dǎo)致帕金森病的運(yùn)動(dòng)癥狀［3-4］，包括運(yùn)動(dòng)遲緩、肌肉強(qiáng)直、姿勢(shì)不穩(wěn)和靜止性震顫。然而，PD是一種具有多種運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)癥狀的異質(zhì)性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其范圍超過多巴胺能神經(jīng)元的損害［5］。帕金森病引起廣泛的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害在其運(yùn)動(dòng)癥狀出現(xiàn)前就已經(jīng)發(fā)生［6］，復(fù)雜性在于其臨床多樣性，不同的臨床癥狀及病情演變提示不同的神經(jīng)機(jī)制［7］。磁共振成像（MRI）技術(shù)被用于研究可能存在的組織改變和結(jié)構(gòu)異常，以便更全面地了解PD 的神經(jīng)基礎(chǔ)［8-9］。磁共振彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）主要利用人體內(nèi)水分子在不同方向上自由運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)成像，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)和腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化，能夠無創(chuàng)地顯示神經(jīng)纖維形態(tài)，反映纖維束的完整性，評(píng)估腦內(nèi)不同區(qū)域間的連通性。DTI 越來越多被用來研究微結(jié)構(gòu)的完整性和神經(jīng)纖維束的變化。各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）可定量反映腦白質(zhì)纖維束髓鞘化的程度，是評(píng)價(jià)腦白質(zhì)損傷或功能障礙的最敏感參數(shù)，纖維束越完整，F(xiàn)A 值越高［10］。既往研究推測(cè)DTI 結(jié)果的異常與PD 的嚴(yán)重程度和亞型有關(guān)，認(rèn)為DTI 反映的微結(jié)構(gòu)變化可能是一種潛在的生物標(biāo)志物。以往的DTI對(duì)PD的研究都依賴于一種感興趣區(qū)的方法，局限于大腦的某一個(gè)區(qū)域，容易產(chǎn)生局限性。此外，先前的研究很少探討隨著PD運(yùn)動(dòng)癥狀的加重以及在不同的運(yùn)動(dòng)亞型方面微結(jié)構(gòu)變化的分布是不同的。本文通過基于纖維束追蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析方法（tract-based spatial statistics，TBSS）聯(lián)合確定性纖維追蹤技術(shù)分析不同運(yùn)動(dòng)亞型大腦白質(zhì)纖維的改變，評(píng)價(jià)大腦微結(jié)構(gòu)變化的區(qū)域分布，并探討這些區(qū)域的微結(jié)構(gòu)變化與PD運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重程度的相關(guān)性，以及在不同運(yùn)動(dòng)亞型中微結(jié)構(gòu)改變的差異，希望能夠?yàn)镻D的磁共振生物標(biāo)志物奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料納入2019-09—2021-03 在湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬襄陽市第一人民醫(yī)院就診的PD患者，其中TD組16 例，PIGD組30 例，同期年齡、性別匹配的健康志愿者為對(duì)照組（HC 組），3 組一般資料比較見表1。

表1 3組一般資料比較 （±s）Table 1 Comparison of general data between the three groups （±s）

表1 3組一般資料比較 （±s）Table 1 Comparison of general data between the three groups （±s）

項(xiàng)目年齡/歲性別（男/女）受教育程度/a病程/a H-Y分期UPDRSⅢ評(píng)分/分MoCA評(píng)分/分TD組63.7±6.7 9/7 10.1±3.8 3.7±2.4 2.3±0.8 31.0±16.7 18.2±6.4 PIGD組65.9±7.1 17/13 8.0±3.7 6.6±3.8 2.4±0.8 29.3±14.6 19.80±5.9 HC組64.1±7.3 11/7 7.6±3.0——檢驗(yàn)值0.912 1.037 2.869—2.705—1.082—1.682—0.725 P值0.720 0.764 0.427 0.263 0.422 0.196 0.466

PD 患者入組標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合2015 國際運(yùn)動(dòng)障礙協(xié)會(huì)（MDS）公布的PD 診斷標(biāo)準(zhǔn)，確診為PD 患者；（2）年齡50～80 歲；（3）右利手；（4）簽署知情同意，能夠配合檢查并完成研究者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡50～80 歲；（2）臨床診斷非原發(fā)性PD：由神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、腦卒中、顱腦外傷、藥物等原因引起的PD綜合征患者；（3）有嚴(yán)重外傷、嚴(yán)重的內(nèi)科疾?。ㄈ缗K器功能不全、自身免疫系統(tǒng)疾病、血液系統(tǒng)疾病、腫瘤疾病等）；（4）無法配合檢查者（如精神狀態(tài)混亂、明顯焦慮抑郁、嚴(yán)重認(rèn)知功能障礙、磁共振檢查禁忌等）。

明確診斷后，所有患者均在關(guān)期（脫離藥物治療至少12 h）進(jìn)行臨床評(píng)估；采用國際統(tǒng)一帕金森病評(píng)分 量 表（united Parkinson’s disease rating scale，UPDRS）中震顫評(píng)分與姿勢(shì)不穩(wěn)步態(tài)障礙評(píng)分之比進(jìn)行分組［11］，TD均分/PIGD均分≥1.5為TD組，TD均分/PIGD 均分≤1.0 為PIGD 組，1.0＜TD 均分/PIGD＜1.5為不確定組，TD均分=0時(shí)為PIGD組，PIGD均分=0 時(shí)為TD 組。所有研究組病例均進(jìn)行Hoehn-Yahr（H-Y）分期、MoCA、漢密爾頓焦慮及漢密爾頓抑郁量表評(píng)定。健康對(duì)照者入組標(biāo)準(zhǔn)：（1）無器質(zhì)性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，神經(jīng)系統(tǒng)檢查正常；（2）年齡50～80歲；（3）右利手；（4）簽署知情同意。3 組間年齡、受教育程度、性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；TD 組與PIGD 組間的病程、H-Y分期、MoCA評(píng)分、UPDRSⅢ評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。本研究得到醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)采集所有受試者均采用GE Signa HDxt 3.0T 超導(dǎo)型磁共振進(jìn)行頭部磁共振和8 通道高分辨頭頸聯(lián)合線圈檢查，掃描序列包括：（1）T1WI FLAIR：TR 1 750 ms，TE 24.0 ms；（2）T2WI：TR 3 800 ms，TE 120 ms；（3）DTI：TR 6 000 ms，TE 98.6 ms，層間距1.5 mm，層厚5 mm，偏轉(zhuǎn)角度45°，F(xiàn)OV 24 mm，擴(kuò)散系數(shù)b=1 000 s/mm2，掃描時(shí)間8 min 23.8 s。

1.3 圖像及數(shù)據(jù)處理在Linux 虛擬機(jī)下運(yùn)用MATLAB R2016a 及PANDA 工具包，首先將DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到NIFTI 格式，去除顱骨和頭皮等非腦組織，剪裁掉腦實(shí)質(zhì)以外空間，然后進(jìn)行頭動(dòng)及湍流校正、圖像進(jìn)行平均化及標(biāo)準(zhǔn)化配準(zhǔn)，得到的FA 圖制作一個(gè)代表所有受試者共同的纖維束的FA骨架，F(xiàn)A骨架的閾值為0.2，以排除FA值較低的體素，個(gè)體平均彌散率（mean diffusivity，MD）和FA 數(shù)據(jù)被投射到這個(gè)共同的骨架上。運(yùn)用約翰霍普金斯大學(xué)JHU ICBM-DTI-81 白質(zhì)圖譜標(biāo)記組間異常差異的纖維骨架。根據(jù)JHU ICBM-DTI-81 白質(zhì)圖譜所定義的大腦區(qū)域，運(yùn)用PANDA進(jìn)行確定性纖維追蹤，轉(zhuǎn)角＞45°時(shí)停止纖維追蹤，閾值定在0.2～1.0 mm，可得到全腦48個(gè)腦區(qū)纖維的FA值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，年齡、受教育程度間的比較采用單因素方差分析，性別采用χ2檢驗(yàn)，病程、H-Y分期、MoCA評(píng)分、UPDRS評(píng)分間的比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。利用FSL 中的“randomise”方法檢測(cè)TD、PIGD、HC 組間在FA、MD 上的差異，該程序使用基于置換的測(cè)試，有5 000次排列，并應(yīng)用無閾值聚類增強(qiáng)（Tfce）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷。3 組間特定纖維束的FA 比較采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)有顯著性差異，則進(jìn)行兩兩之間Mann-Whitney U 檢驗(yàn)。所有P 值取雙側(cè)，由于是多重?cái)?shù)據(jù)的比較，P值均經(jīng)Bonferroni校正；各個(gè)腦區(qū)FA值與H-Y分期、UPDRSⅢ評(píng)分、MoCA評(píng)分之間的關(guān)系采用Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 TBSS結(jié)果見圖1。與HC組和PIGD組比較，TD 組在前放射冠、皮質(zhì)脊髓束、扣帶回、海馬回、大鉗、小鉗、下額枕束、上縱束、鉤束、上縱束（顳部）等纖維束的FA 升高，相反PIGD 組在上述纖維束中FA降低。與HC組相比，PIGD組患者FA的降低差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。3 組間MD 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

圖1 FA組間差異Figure 1 Group differences in FA

2.2 確定性纖維追蹤結(jié)果見表2。與HC組相比，TD 組和PIGD 組在左側(cè)內(nèi)囊后肢-左側(cè)上放射冠的FA均升高，TD組升高更明顯，其余纖維束間FA值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 3組間纖維束FA差異Table 2 Group differences in FA of white matter tracts

2.3 相關(guān)白質(zhì)纖維FA 值與H-Y 分期、UPDRSⅢ評(píng)分、MoCA評(píng)分的相關(guān)性小腦中腳-右側(cè)皮質(zhì)脊髓束、小腦中腳-小腦下腳的FA 值與H-Y 分期呈負(fù)相關(guān)（圖2A、B），小腦中腳-小腦下腳的FA值與UPDRSⅢ評(píng)分呈負(fù)相關(guān)（圖2C），右丘腦后輻射-右矢狀層的FA值與MoCA評(píng)分呈正相關(guān)（圖2D）。

圖2 相關(guān)白質(zhì)纖維FA值與H-Y分期、UPDRSⅢ評(píng)分、MoCA評(píng)分的相關(guān)性Figure 2 Correlation between the FA and H-Y stage，UPDRSⅢscore and MoCA score in related white matter tracts

3 討論

本研究采用基于纖維束追蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析方法聯(lián)合確定性纖維追蹤技術(shù)研究白質(zhì)纖維束，探討帕金森病不同運(yùn)動(dòng)亞型的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化以及隨著運(yùn)動(dòng)癥狀的加重，白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的區(qū)域特征。本研究發(fā)現(xiàn)TD 患者在一些投射纖維（如前放射冠、皮質(zhì)脊髓束）的FA升高，表明纖維完整性更高，軸索變性和脫髓鞘更少；PIGD患者雖然在疾病分期和病程上與TD 患者差異不大，但與TD 組和HC 組相比，白質(zhì)纖維完整性損害更嚴(yán)重，F(xiàn)A下降明顯，在小腦中腳、小腦下腳處FA 值與運(yùn)動(dòng)程度相關(guān)，與H-Y 分期、UPDRS Ⅲ評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。

本研究結(jié)果似乎與以往研究結(jié)果存在些許不同，雖然PIGD患者的FA 降低不明顯，但TD患者的纖維完整性更高。既往研究表明，PIGD 患者中白質(zhì)纖維微小結(jié)構(gòu)的破壞更為廣泛，白質(zhì)纖維存在更多的病理改變，而TD中較少，所以PIGD患者的主要白質(zhì)纖維束出現(xiàn)FA降低［12-13］。VERVOORT等［14］運(yùn)用TBSS發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，PIGD在胼胝體壓部、體部和膝部和前放射冠等多處聯(lián)絡(luò)纖維束的FA 降低，而TD 患者與HC 組無明顯差異；采用纖維追蹤方法發(fā)現(xiàn)，與HC組比較，TD組和PIGD組MD增加，而FA未發(fā)現(xiàn)降低。然而，另一項(xiàng)研究采用兩種不同的全腦分析方法指出，早期PD患者中在胼胝體、小鉗等投射纖維和上、下縱束等聯(lián)絡(luò)纖維上FA升高［15］。ATKINSON-CLEMENT等［16］研究發(fā)現(xiàn)PD患者在皮質(zhì)脊髓束的FA 是增加的。WEN 等［7］也發(fā)現(xiàn)TD 患者多個(gè)運(yùn)動(dòng)腦區(qū)FA 值的升高，與本研究結(jié)果是相似的。這些存在差異的結(jié)果在早期多認(rèn)為是方法上的不同造成，如不同的磁共振掃描儀、場(chǎng)強(qiáng)、感興趣區(qū)大小、交叉纖維、患者不同的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知特征等［17-18］。而越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 升高不能僅僅歸因于方法上的差異，也可能提示著神經(jīng)纖維的代償或興奮反應(yīng)。BROTCHIE等［19］提出多巴胺缺乏補(bǔ)償?shù)囊环N表現(xiàn)可能是神經(jīng)回路的結(jié)構(gòu)重塑，F(xiàn)A的增加或MD、RD 的減少可能是對(duì)多巴胺能異常調(diào)制和左旋多巴攝入的適應(yīng)性反應(yīng)，帕金森病的發(fā)病到臨床癥狀的發(fā)病時(shí)間較長，皮質(zhì)下和皮層運(yùn)動(dòng)通路很可能在PD 患者臨床診斷之前就已經(jīng)歷了代償性和適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)和功能重組。本研究結(jié)果也支持這一病理改變，尤其是皮質(zhì)脊髓束對(duì)自身發(fā)起的運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，是帕金森病運(yùn)動(dòng)遲緩的原因之一［20］，所以它會(huì)發(fā)生改變，以抵消丘腦和基底節(jié)區(qū)的異?；顒?dòng)。隨著癥狀的加重，代償反應(yīng)減弱，F(xiàn)A 降低，MD、RD 則升高，因此在PIGD 中FA 多表現(xiàn)為降低，與本研究結(jié)果也一致，所以需要進(jìn)行更長的隨訪來研究神經(jīng)纖維的補(bǔ)償效應(yīng)或興奮效應(yīng)在PD 進(jìn)程中的變化和區(qū)域分布。

本研究也發(fā)現(xiàn)FA值與和H-Y分期、UPDRSⅢ評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，與運(yùn)動(dòng)癥狀呈明顯相關(guān)性，與先前的研究［21］一致。這些發(fā)現(xiàn)支持了FA值作為PD病理改變的潛在預(yù)測(cè)指標(biāo)，也進(jìn)一步證明了DTI 可作為PD 進(jìn)展的一個(gè)有價(jià)值的生物標(biāo)志物，有助于區(qū)分PD的不同亞型、評(píng)估病情以及預(yù)測(cè)預(yù)后，指導(dǎo)臨床早期干預(yù)。

既往研究［22］表明，這兩種亞型不僅在顯性運(yùn)動(dòng)癥狀上存在差異，在非運(yùn)動(dòng)癥狀上也存在差異。如與TD 患者相比，PIGD 患者更容易出現(xiàn)認(rèn)知功能受損、疾病進(jìn)展更快、生活質(zhì)量較差的情況。先前的一項(xiàng)研究運(yùn)用基于全腦體素分析法發(fā)現(xiàn)，與HC 組相比，PIGD患者雙側(cè)上縱束FA 減少［23］，與本研究結(jié)果是一致的，上縱束連接頂葉、顳葉和枕葉與同側(cè)額葉皮質(zhì)，該纖維束內(nèi)的異常可能損害這些回路之間的通信，這可能是PIGD 表型患者癥狀更嚴(yán)重、更多樣的原因之一。之前的尸檢研究表明，TD患者的多巴胺能和非多巴胺能神經(jīng)回路的細(xì)胞損失少于非震顫型PD 患者。本研究結(jié)果也傾向于TD 是PD 的一種良性亞型，盡管本研究中白質(zhì)纖維完整性和連通性的改變似乎與BURKE 等［24］的神經(jīng)病理學(xué)特征無明顯相關(guān)。然而，無證據(jù)表明BURKE 分期與PD 的臨床嚴(yán)重程度有直接關(guān)系。本研究還發(fā)現(xiàn)，小腦中腳、小腦下腳FA值與運(yùn)動(dòng)程度呈負(fù)相關(guān)，最近的證據(jù)表明不應(yīng)忽視小腦在PD中的作用。ZENG等［25］發(fā)現(xiàn)小腦結(jié)構(gòu)的改變可以區(qū)分PD組與健康對(duì)照組，準(zhǔn)確率為95%，所以將來有必要對(duì)小腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行更精確的劃分，研究其在PD中的結(jié)構(gòu)改變，對(duì)區(qū)別PD的各種亞型進(jìn)行補(bǔ)充。

由于TBSS會(huì)產(chǎn)生部分容積效應(yīng)，又鑒于大腦中90%的體素都存在交叉纖維，所以聯(lián)合了確定纖維追蹤技術(shù)。該方法比TBSS更為敏感，并重建出可靠的白質(zhì)通路，改進(jìn)了纖維結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域及受部分容積影響區(qū)域的纖維跟蹤。本研究采用兩種互補(bǔ)的方法探討PD的兩種不同運(yùn)動(dòng)亞型的異質(zhì)性，更精確地反映了兩種不同亞型白質(zhì)纖維的差異以及在PD 進(jìn)程中微結(jié)構(gòu)改變的分布。但不可避免的是，某些患者在服藥狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)評(píng)估，可能會(huì)出現(xiàn)亞型偏倚，以及PD患者中常見的頭部運(yùn)動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生虛假的組間差異。本研究樣本量較小，有一定的局限性，因此在未來的研究中需要嚴(yán)格控制這些混雜因素，最好結(jié)合磁共振功能成像進(jìn)一步研究，并詳細(xì)記錄患者病程，對(duì)運(yùn)動(dòng)亞型進(jìn)行多次評(píng)定，結(jié)合病理學(xué)檢查明確診斷。