阿爾茨海默病患者的酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)磁共振成像研究

李經(jīng)緯，李群，楊碩，冉志蓉，鄭明明，朱囡囡，程鵬，陳苑苑，石麗，張?jiān)S來，6*

阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）作為目前世界第一大常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化性疾病，在全球范圍內(nèi)影響了超過約3 000萬人[1]，其起病早期無明顯的臨床癥狀，故患者的確診非常困難。AD的臨床表現(xiàn)包括認(rèn)知功能的下降，如記憶力進(jìn)行性下降、定向力逐漸缺失等，同時(shí)隨病程不斷進(jìn)展，部分患者會伴發(fā)行為和精神異常，如性格的改變、妄想、幻覺、焦慮、抑郁、易激惹等[2]。目前AD的發(fā)病機(jī)制尚不明確，可能是遺傳及環(huán)境的共同影響所致。最新的研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)在AD的發(fā)病中起著重要的作用[3]。海馬體作為與人類記憶功能最密切的器官[4]，內(nèi)部包含大量星形膠質(zhì)細(xì)胞[5]。AD患者中最常見的活化細(xì)胞就是星形膠質(zhì)細(xì)胞[6]。星形膠質(zhì)細(xì)胞變性也可引起星形膠質(zhì)瘤，該腫瘤的臨床表現(xiàn)與AD相近?；瘜W(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像技術(shù)（chemical exchange saturation transfer mri contrast，CEsT）最常應(yīng)用于星形膠質(zhì)瘤的診斷，且有著良好的應(yīng)用效果[7]。

CEsT是一種全新的核磁共振（MR）對比成像技術(shù)，不同于使用傳統(tǒng)的MR對比劑，其通過兩種或多種處于不同化學(xué)環(huán)境下的質(zhì)子之間的化學(xué)交換產(chǎn)生成像對比[8]，可以觀察到常規(guī)MR圖像上難以觀察到的信號。酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)（Amide proton transfer-weighted imaging，APT w）MR作為一種特殊類型的CEsT，能夠觀察到細(xì)胞內(nèi)源性移動(dòng)肽和蛋白質(zhì)[9]。酰胺質(zhì)子是人體中廣泛存在的一類含氮的羧酸衍生物，是蛋白質(zhì)的一種特殊類型。既往研究結(jié)果顯示，多數(shù)AD患者腦內(nèi)淀粉樣蛋白濃度發(fā)生特異性改變[10]，可以作為AD的預(yù)測指標(biāo)之一。星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤[11]最常見的發(fā)病部位就是海馬體，與AD的發(fā)病部位、發(fā)病原因均有較大的聯(lián)系。已有大量研究證明，運(yùn)用APT w可以有效觀察星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤及AD動(dòng)物模型中的腦內(nèi)酰胺質(zhì)子變化[12]，但是對于AD的診斷研究仍有待發(fā)展。

目前臨床上對AD的診斷仍主要依賴患者及患者家屬的自我評價(jià)及病史、臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)性診斷及正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission tomography，PETCT）[13]，但這種診斷方式主觀性較強(qiáng)且價(jià)格高昂，十分依賴醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)，對于疾病早期的診斷準(zhǔn)確率低[14]。找到新型的可用于客觀評估AD進(jìn)程的生物學(xué)指標(biāo)對于患者的治療方案選擇和病情評估均具有非常重要的臨床意義。因此，本研究運(yùn)用APT w MR探究AD患者腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量與認(rèn)知功能、精神癥狀的相關(guān)性，探究APT w MR對AD的診斷價(jià)值。

1 對象和方法

1.1 研究對象及分組 本研究選取2019年11月至2021年8月于安徽醫(yī)科大學(xué)附屬心理醫(yī)院首次門診就診及住院治療的55歲以上AD患者41例為研究對象，歸為AD組。同期招募本院退休健康職工及周邊社區(qū)的健康志愿者37例為健康對照組。本研究獲得合肥市第四人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會的批準(zhǔn)（倫理號：2020BAT0031），所有參與者及其家屬在接受測驗(yàn)前簽署知情同意書。

1.1.1 納入、排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合《精神和行為障礙分類》（ICD-10）[15]中AD的診斷標(biāo)準(zhǔn)且顱腦磁共振成像僅提示為腦萎縮的首診患者；（2）可以接受磁共振掃描；（3）完成簡易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMsE）[16]與阿爾茨海默病病理行為評分表（BEHAVE-AD）[17]；（4）患者家屬知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）顱腦創(chuàng)傷、軀體疾病或合并其他精神障礙者；（2）有酒精及其他物質(zhì)依賴史者；（3）無法行磁共振掃描者或經(jīng)磁共振成像（MRI）診斷為血管性癡呆者或根據(jù)既往病史尚不能完全排除感染性癡呆者；（4）既往服用促認(rèn)知類、抗精神疾病藥物者，如酒石酸卡巴拉汀、多奈哌齊、美金剛、甘露特納、奧氮平、喹硫平、利培酮等。

1.1.2 健康對照組選擇 根據(jù)AD組資料，通過年齡、性別、受教育年限匹配健康對照組受試者。

1.2 資料收集 收集所有受試者的臨床資料，包括性別、年齡、受教育年限等，MMsE、BEHAVE-AD評分，利用APT w MR計(jì)算腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量。

1.3 MMsE及BEHAVE-AD評定 由1名經(jīng)過量表一致性培訓(xùn)的經(jīng)驗(yàn)豐富的精神科主治醫(yī)師對AD組及健康對照組受試者的認(rèn)知功能、精神癥狀進(jìn)行評估。MMsE主要包括記憶力（6分），視空間（1分），注意集中（5分），語言能力（8分）和定向力（10分），滿分30分，分?jǐn)?shù)越低表示認(rèn)知障礙越嚴(yán)重。BEHAVE-AD主要包括偏執(zhí)和妄想（21分），幻覺（15分），行為紊亂（9分），攻擊行為（9分），日夜節(jié)律紊亂（3分），情感障礙（6分），焦慮和恐懼（12分），滿分75分，分?jǐn)?shù)越高表示精神癥狀越嚴(yán)重。

1.4 MRI及CEsT成像采集及圖像處理 使用3.0 T普通MRI，其中T1加權(quán)成像重復(fù)時(shí)間（TR）=8.2 ms，回波時(shí)間（TE）=3.2 ms，flip=12°，小視野映像（FOV）=256 mm×256 mm，層厚 =1.00 mm。CEsT 成像 TR=3 000 ms，TE=2 ms，flip=20°，F(xiàn)OV=20 mm×20 mm，層厚=8 mm，掃描矩陣=128×128。CEsT成像中取3種不同飽和幅度下成像，分別為飽和幅度=2 ut，飽和時(shí)間 1 000 ms；飽和幅度 =3 ut，飽和時(shí)間 1 000 ms；飽和幅度 =4 ut，飽和時(shí)間 1 000 ms。所有圖像處理和數(shù)據(jù)分析使用MATLAB軟件（版本7.5，R2007b）進(jìn)行。通過使用Eq，運(yùn)用20 ppm信號歸一化，計(jì)算出CEsT對比度為±0.6 ppm。其中s-VE、s+ve、s0均是經(jīng)過B0校正的MR信號，大小分別為 -0.6 ppm、+0.6 ppm、20 ppm。

通過將CEsT圖像強(qiáng)度繪制為飽和脈沖的共振偏移函數(shù)生成Z光譜。B0為通過相對于TE差展開相位后累計(jì)的像素相位線性擬合。對于CEsT不對稱曲線，在0～1.2 ppm的頻率偏移處繪制了相對的水信號差。由于認(rèn)知功能及精神癥狀與海馬及顳葉相關(guān)度較高，本研究選擇兩名以上放射科醫(yī)生手工繪制2個(gè)感興趣區(qū)（region of interest，ROI）并主要對該部位進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?？紤]到部分研究對象配合程度較低，成像過程中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)幅度過大等情況，成像數(shù)據(jù)會出現(xiàn)重疊，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，后期會進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除。AD患者典型MRI及CEsT成像見圖1。

圖1 AD患者典型MRI及CEsT成像圖對比Figure 1 Images of APTw MRI and chemical exchange saturation transfer in detecting Alzheimer's disease

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用sPss 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以（±s）表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以M（P25，P75）表示，兩組間比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以相對數(shù)表示，兩組間比較采用χ2檢驗(yàn)。采用spearman秩相關(guān)分析探究腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量與認(rèn)知功能和精神癥狀因子的關(guān)系。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組一般資料比較 AD組男性13例，女性28例，平均年齡為（69.8±7.7）歲，平均受教育年限為（6.7±5.0）年；健康對照組男性15例，女性22例，平均年齡為（63.8±7.8）歲，平均受教育年限為（7.5±3.4）年。兩組間性別、年齡和受教育年限比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=1.108，P＞0.05；t=3.428，P＞0.05；t=-0.806，P＞0.05）

2.2 兩組MMsE及BEHAVE-AD評分比較 兩組MMsE和BEHAVE-AD各因子評分及總分比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 AD患者與健康對照組MMsE和BEHAVE-AD量表評分、腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量比較Table 1 Comparison of the total and domain scores of MMsE and BEHAVE-AD and cerebral amide proton content in Alzheimer's disease patients and healthy controls

2.3 兩組腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量比較 AD組2 ut下右側(cè)海馬、2 ut下左側(cè)海馬、2 ut下海馬（總）、4 ut下右側(cè)海馬、4 ut下左側(cè)海馬、4 ut下海馬（總）區(qū)酰胺質(zhì)子含量高于健康對照組，3 ut下左側(cè)海馬、3 ut下海馬（總）區(qū)酰胺質(zhì)子含量低于健康對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組3 ut下右側(cè)海馬、不同飽和幅度下顳葉區(qū)酰胺質(zhì)子含量比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1、圖2。

圖2 AD患者不同飽和幅度下APT w成像Figure 2 APT w imaging under different saturation amplitude in AD

2.4 相關(guān)性分析 spearman秩相關(guān)分析結(jié)果顯示，2 ut 下右側(cè)海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與偏執(zhí)和妄想因子（rs=0.574，P=0.040）、幻覺因子（rs=0.595，P=0.032）、日夜節(jié)律紊亂因子（rs=0.591，P=0.033）呈正相關(guān)；3 ut 下右側(cè)海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與偏執(zhí)和妄想因子（rs=0.588，P=0.034）、幻覺因子（rs=0.572，P=0.041）、日夜節(jié)律紊亂因子（rs=0.650，P=0.016）呈正相關(guān)；3 ut 下左側(cè)海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與定向力呈負(fù)相關(guān)（rs=-0.590，P=0.034）；3 ut 下海馬（總）酰胺質(zhì)子含量與偏執(zhí)和妄想因子（rs=0.625，P=0.022）、幻覺因子（rs=0.606，P=0.028）、日夜節(jié)律紊亂因子（rs=0.611，P=0.026）呈正相關(guān)；4 ut 下右側(cè)海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與情感障礙因子（rs=0.615，P=0.025）呈正相關(guān)；4 ut 下左側(cè)海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與視空間（rs=-0.570，P=0.042）、注意集中（rs=-0.570，P=0.042）、記憶力（rs=-0.732，P=0.004）呈負(fù)相關(guān)；4 ut 下海馬（總）酰胺質(zhì)子含量與情感障礙因子（rs=0.580，P=0.038）呈正相關(guān)。見表2。

表2 AD患者腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量與MMsE量表評分的相關(guān)性分析（rs值，n=13）Table 2 Correlation analysis of cerebral amide proton content with the total and domain scores of MMsE and BEHAVE-AD in Alzheimer's disease patients

3 討論

隨著人口老齡化進(jìn)展的加劇，AD的發(fā)病率也在逐年遞增，但是其起病的隱匿性和嚴(yán)重的腦功能損傷讓無數(shù)患者及其家庭飽受傷害[19]。然而經(jīng)過數(shù)十年的努力，至今仍未能發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)AD的有效手段[20]，這也凸顯出臨床前的預(yù)防工作尤為重要。大量研究表明，腦內(nèi)特定蛋白質(zhì)的積累[21]如β淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的細(xì)胞外沉積[22]、神經(jīng)原纖維纏結(jié)[23]、神經(jīng)元和突觸的喪失[24]以及反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)增生和炎癥的發(fā)生[25]可能是AD的重要特征。人們對于載脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）[26-27]致病機(jī)制的理解也已經(jīng)從以Aβ為中心的機(jī)制擴(kuò)展到Tau神經(jīng)原纖維變性[23]、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)[28]以及血-腦脊液屏障中斷[29]。雖然目前尚未能明確AD的具體病因，但在疾病的影響下，大部分患者的腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞均會出現(xiàn)一定的改變[28]。有研究認(rèn)為酰胺質(zhì)子在星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的改變可能與神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)病息息相關(guān)[12]。但是，目前臨床研究甚少，且無相關(guān)研究探討腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量變化與AD患者臨床癥狀的相關(guān)性。因此，本研究探討了AD患者不同腦區(qū)酰胺質(zhì)子變化，并進(jìn)一步分析了其變化與患者臨床癥狀的相關(guān)性。

既往研究發(fā)現(xiàn)，AD患者在疾病初期最常見的表現(xiàn)可能僅僅是認(rèn)知功能的輕度下降，即輕度認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI），隨著病程的進(jìn)展，之后可能才會相繼出現(xiàn)多任務(wù)處理困難、情感改變以及認(rèn)知障礙的加重[30]，本研究中AD組MMsE評分低于健康對照組，BEHAVE-AD評分高于健康對照組，提示AD組患者存在明顯情緒、精神問題。但是，MCI的最終轉(zhuǎn)歸具備非常大的個(gè)體差異，其最終是否會轉(zhuǎn)變?yōu)锳D亦不能下定論[31]。BUDsON等[32]研究表明，AD的明確診斷仍需要對腦組織進(jìn)行尸檢，腦脊液及PETCT檢查結(jié)合幾個(gè)相對較新的生物標(biāo)志物檢測可以提高存活患者的診斷率。在當(dāng)前醫(yī)療環(huán)境下，對高齡患者進(jìn)行腦脊液或腦組織病理檢查的難度明顯較高，因此發(fā)現(xiàn)安全、有效且能較早提示AD病理變化的生物學(xué)標(biāo)志物，及早進(jìn)行臨床干預(yù)更為重要。

大量研究表明，CEsT通過不同溶劑對比成像[33]使腦內(nèi)的成像效果更為清晰，這點(diǎn)在神經(jīng)膠質(zhì)瘤[34]尤其是星形膠質(zhì)瘤[35]的診斷運(yùn)用中更為明顯。同時(shí)，CEsT使用不同溶劑時(shí)產(chǎn)生的成像效果也存在不同[8]，例如肌醇化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移磁共振（Myoinositol chemical exchange saturation transfer，MICEsT）腦功能成像效果要優(yōu)于水和溶劑的CEsT成像[36]，中繼核Overhauser效應(yīng)化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移磁共振（relayed nuclear Overhauser effect chemical exchange saturation transfer，rNOE-CEsT）[37]應(yīng)用于腫瘤組織成像效果良好。CHAN等[38]研究結(jié)果顯示，谷氨酸化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移磁共振（Glutamate chemical exchange saturation transfer，GluCEsT）可以較好地顯示出腦內(nèi)谷氨酸的含量。ZHANG等[39]研究表明，APT w成像在表征遺忘性輕度認(rèn)知障礙（characterizing amnestic mild cognitive impairment，aMCI）的臨床診斷中有良好的潛力。研究證明，在非侵入性檢查方法中，CEsT通過使用不同的溶劑可以觀察到腦內(nèi)不同物質(zhì)含量的變化[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，APT w作為CEsT 中的特殊類型，能有效地觀察到AD組腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量與健康對照組存在差異。同時(shí)，本研究通過相關(guān)分析還發(fā)現(xiàn)，海馬區(qū)酰胺質(zhì)子含量與視空間、記憶力及注意集中因子呈負(fù)相關(guān)，與偏執(zhí)和妄想、幻覺、日夜節(jié)律紊亂等因子呈正相關(guān)。這一結(jié)果提示患者腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量的增多可能在認(rèn)知功能改變及精神癥狀的發(fā)生中起著重要作用，可能是引發(fā)疾病的關(guān)鍵因素。既往多項(xiàng)研究表明，隨著AD病程的進(jìn)展，大腦的退化過程從內(nèi)嗅皮質(zhì)[40]開始逐漸發(fā)展至海馬[41]、杏仁核[42]和海馬旁回[43]，并且這些結(jié)構(gòu)均會隨疾病的發(fā)生而逐漸失去神經(jīng)元組織[44]，從而引發(fā)多種臨床癥狀。雖然目前的主要研究領(lǐng)域集中于通過PET測量ROI的方法進(jìn)行檢查，并以此推算出腦內(nèi)Tau指數(shù)（CTI）以定義腦組織Tau沉積的程度[45]，但是隨著疾病的進(jìn)展，AD患者不僅僅表現(xiàn)出記憶力下降的癥狀，同時(shí)還伴隨很多精神、行為及情緒癥狀，如妄想、幻覺[46]、焦慮、抑郁、激越、易激惹、淡漠[47]等，這些癥狀往往會出現(xiàn)間歇性的變化，并具有恢復(fù)和復(fù)發(fā)的可能，且有的癥狀會隨病程的延續(xù)而加重[48]。由于個(gè)體差異性較大、部分患者配合程度較低、既往MRI等檢查手段并不精細(xì)等，過去對于腦組織的探查程度不高，無法得出較為統(tǒng)一的結(jié)果，但是CEsT的應(yīng)用使發(fā)現(xiàn)不同腦區(qū)結(jié)構(gòu)的改變成為可能，未來能更進(jìn)一步認(rèn)識人腦的變化。

總之，AD患者腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量發(fā)生變化、伴有不同精神或情緒癥狀的患者腦內(nèi)酰胺質(zhì)子含量也存在不同程度的差異性，且可在CEsT下被監(jiān)測到，這對于未來發(fā)現(xiàn)檢測AD的影像學(xué)指標(biāo)有良好的臨床指導(dǎo)意義?？紤]到AD不僅是一種腦部的疾病，更有可能是一組全身性疾病，因此從全身性的觀點(diǎn)出發(fā)、使用影像學(xué)檢查方法可以為臨床更加便捷、無創(chuàng)地進(jìn)行AD的預(yù)防和治療提供新思路，減輕疾病的社會負(fù)擔(dān)。在后續(xù)的研究中，可進(jìn)行多中心、大樣本的數(shù)據(jù)收集；尋找更加有效的檢測方法以提高圖像質(zhì)量；對部分患者進(jìn)行干預(yù)以增加部分重度患者配合程度。

作者貢獻(xiàn)：李經(jīng)緯進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，結(jié)果的分析與解釋，撰寫論文，進(jìn)行論文的修訂；李經(jīng)緯、張?jiān)S來進(jìn)行研究的實(shí)施與可行性分析，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校；李經(jīng)緯、李群、楊碩、冉志蓉、鄭明明、朱囡囡、程鵬、陳苑苑、石麗進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理；張?jiān)S來進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，對文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。