認(rèn)知障礙的潛在視網(wǎng)膜標(biāo)志物

呂小涵 謝少為 李瑞娜 呂佩源

認(rèn)知障礙是指記憶、注意、語言、執(zhí)行、推理、計算和定向力等一個或多個認(rèn)知領(lǐng)域的受損，根據(jù)嚴(yán)重程度可分為輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment，MCI)和癡呆兩種類型[1]。隨著我國進入人口老齡化階段，認(rèn)知障礙的發(fā)病率越來越高。據(jù)估計，我國有超過5000萬的癡呆與認(rèn)知障礙人群，至2027年將可能突破6000萬[2]，嚴(yán)重影響了患者的社會功能和生活質(zhì)量。阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是最常見的老年認(rèn)知障礙類型，其次是血管性認(rèn)知障礙(vascular cognitive impairment，VCI)[3]。AD是一種進行性神經(jīng)退行性疾病，其主要特征是β-淀粉樣蛋白(amyloid-beta，Aβ)沉積形成的老年斑和tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)[4]。目前，AD的生物標(biāo)志物檢測依賴于腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)檢查及正電子發(fā)射計算機斷層成像(positron emission tomography，PET)掃描[4]，均為較為昂貴的侵入性檢查。因此，發(fā)現(xiàn)新的無創(chuàng)、經(jīng)濟、簡約的AD生物學(xué)標(biāo)志物迫在眉睫。VCI是指腦血管病及相關(guān)危險因素引發(fā)的認(rèn)知障礙[5]。其機制尚不清楚，有必要尋找更加直觀的血管觀察方法進一步探索其機制。

近年來，越來越多的研究表明，視網(wǎng)膜中央血管、血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)、視網(wǎng)膜厚度及其微血管結(jié)構(gòu)的病變與認(rèn)知障礙存在相關(guān)性，并且未來有望成為認(rèn)知障礙的有效標(biāo)志物。本文就認(rèn)知障礙與視網(wǎng)膜病變關(guān)系的研究進展進行綜述，以期為發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙潛在的視網(wǎng)膜標(biāo)志物提供參考。

1 視網(wǎng)膜及視網(wǎng)膜病變

1.1 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜由內(nèi)界膜層、神經(jīng)纖維層(nerve fiber layer，NFL)、神經(jīng)節(jié)細胞層(ganglion cell layer，GCL)、內(nèi)叢狀層(inner plexiform，IPL)、內(nèi)核層、外叢狀層、外核層、外界膜層、視錐和視桿細胞層9層神經(jīng)上皮層與色素上皮層構(gòu)成。NFL、GCL和IPL分別是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的軸突、細胞核及樹突所在部位，NFL的軸突匯集最終形成視神經(jīng)[6]。視網(wǎng)膜視盤和黃斑是兩個較為重要的結(jié)構(gòu)。視盤是視神經(jīng)穿出，向視覺中樞傳遞的部位，同時有視網(wǎng)膜中央動脈和靜脈由此通過。黃斑是視網(wǎng)膜上視覺最敏銳的無血管凹陷區(qū)。

視網(wǎng)膜被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。胚胎學(xué)上，視網(wǎng)膜是間腦的外延部分，與大腦具有許多相似的結(jié)構(gòu)和功能特征，如均由神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞組成、形成相似的血-腦屏障和BRB等，并且二者以視神經(jīng)相連[7]。鑒于眼動脈起源于頸內(nèi)動脈，視網(wǎng)膜血管與腦血管也有許多共同的解剖和生理特征[8]。因此，視網(wǎng)膜被視為“通向大腦的窗口”。

1.2 視網(wǎng)膜病變視網(wǎng)膜病變包括視網(wǎng)膜血管改變、BRB損傷的表現(xiàn)、視網(wǎng)膜變性及色素改變等。視網(wǎng)膜血管是活體中惟一可直接觀察的血管結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是觀察腦血管和全身血管狀況的“窗口”。視網(wǎng)膜血管常見改變有管徑異常、動脈硬化、動靜脈交叉壓跡、異常血管增生等[8]，BRB損傷，以及血漿、脂質(zhì)、蛋白、紅細胞等成分滲入神經(jīng)上皮層，則表現(xiàn)為視網(wǎng)膜的水腫、出血、滲出[9]，上述病變最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮層損傷，產(chǎn)生視覺癥狀[10]。

既往研究表明，視網(wǎng)膜病變與多種大腦疾病相關(guān)。糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜動脈阻塞和視網(wǎng)膜靜脈阻塞患者更容易出現(xiàn)腦血管病[11]。有前瞻性研究結(jié)果表明，視網(wǎng)膜出血、動靜脈交叉壓跡、微動脈瘤等病變，可以預(yù)測缺血性腦卒中，并且可以評估腦卒中的死亡風(fēng)險[12]。一些大腦和脊髓的神經(jīng)退行性疾病在眼部也有表現(xiàn)，且出現(xiàn)眼部癥狀通常先于此類中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷[12]。病理研究顯示，腦內(nèi)紅細胞血栓數(shù)量與視網(wǎng)膜紅細胞血栓嚴(yán)重程度相關(guān)，視網(wǎng)膜血管淀粉樣病變與腦內(nèi)血管淀粉樣病變相關(guān)[13]。這進一步證明了視網(wǎng)膜病變與腦部疾病可能同步發(fā)生發(fā)展。另有研究表明，顳下葉和枕葉的視覺關(guān)聯(lián)皮層特別容易受到神經(jīng)纖維纏結(jié)和淀粉樣斑塊沉積的影響，這些病理沉積破壞了視神經(jīng)傳導(dǎo)束內(nèi)的連接，可能逆行性導(dǎo)致視神經(jīng)的神經(jīng)元變性，在光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)上表現(xiàn)為NFL、GCL及IPL變薄[14]。由該研究結(jié)果推測，NFL、GCL及IPL變薄可能提示著腦部的神經(jīng)退行性病變。上述結(jié)果均表明，視網(wǎng)膜病變有可能成為多種大腦疾病的理想標(biāo)志物。

2 認(rèn)知障礙的潛在視網(wǎng)膜標(biāo)志物

目前用于評估視網(wǎng)膜病變的無創(chuàng)檢查方法主要包括眼底照相、OCT及光學(xué)相干斷層血管成像(optical coherence tomography angiography，OCTA)等[6]。這些方法所發(fā)現(xiàn)的視網(wǎng)膜病變，有的與認(rèn)知障礙具有相關(guān)性，有可能成為認(rèn)知障礙的潛在標(biāo)志物(表1)。

2.1 眼底照相眼底照相是通過眼底照相機直接獲取眼底彩色圖片的方法，具有直觀、經(jīng)濟、快捷等優(yōu)點，至今仍然是眼底最基本、最普遍的檢查方法之一。眼底照相能夠清晰、客觀的顯示視網(wǎng)膜血管變化及水腫、滲出、出血等BRB損傷的表現(xiàn)，對各種眼底病變的診斷具有重要意義，廣泛應(yīng)用于高度近視、糖尿病視網(wǎng)膜病變、眼底病、青光眼等疾病的篩查和診斷中[9]。常見的視網(wǎng)膜血管改變有動脈狹窄、靜脈迂曲擴張、動脈硬化呈“銅絲”“銀絲”樣改變、動靜脈交叉壓迫、異常血管增生等。BRB損傷時，血漿、脂質(zhì)、蛋白、紅細胞等成分滲入神經(jīng)上皮層，則表現(xiàn)出水腫、出血、滲出等。

近來研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知障礙可能與視網(wǎng)膜中央動脈縮窄及視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病相關(guān)。一項研究發(fā)現(xiàn)，1型糖尿病患者中認(rèn)知障礙者與認(rèn)知正常者相比，視網(wǎng)膜中央動脈縮窄程度增加1.8%，縮窄速度加快31.1%[15]。該研究表明1型糖尿病患者中，認(rèn)知障礙者出現(xiàn)視網(wǎng)膜中央動脈縮窄的可能性較認(rèn)知正常者大。視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病包括視網(wǎng)膜動脈阻塞性疾病和視網(wǎng)膜靜脈阻塞性疾病。一項以大于65歲健康人群為受試者的大型橫斷面隊列研究發(fā)現(xiàn)，與未患視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病的受試者相比，患有視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病的受試者癡呆患病率更高[16]。上述研究表明，認(rèn)知障礙患者更容易出現(xiàn)視網(wǎng)膜中央動脈縮窄，而視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病患者也更易伴發(fā)癡呆。

分形維數(shù)是一個反映視網(wǎng)膜血管的分支復(fù)雜情況的指標(biāo)，將眼底照相圖片經(jīng)軟件分析處理后得到，分形維數(shù)降低即表示視網(wǎng)膜血管分支較為稀疏。一項meta分析顯示，認(rèn)知障礙者的視網(wǎng)膜小動脈和小靜脈分形維數(shù)較認(rèn)知正常者顯著降低[17]。該研究提示認(rèn)知障礙患者更易出現(xiàn)視網(wǎng)膜血管分形維數(shù)降低。

認(rèn)知障礙患者較認(rèn)知正常者更易出現(xiàn)BRB損傷。一項10年隨訪研究中，在隨訪期間發(fā)現(xiàn)，與眼底照相未發(fā)現(xiàn)BRB損傷(微動脈瘤、出血、滲出等)的受試者相比，出現(xiàn)BRB損傷的受試者的簡易精神狀態(tài)量表評分較低(P<0.05)[9]。在執(zhí)行能力和精神運動速度測試中，伴有上述BRB損傷的患者的初始得分明顯較低，且在隨訪期間的下降率較高。一項囊括12317名45～64歲、高中以上教育程度的健康社區(qū)人群的研究顯示，與不伴BRB損傷(微動脈瘤、出血、滲出)的參與者相比，伴有中重度BRB損傷的參與者在20年的隨訪期間認(rèn)知能力評分的下降程度明顯增大，而視網(wǎng)膜中央動脈等效值改變和視網(wǎng)膜血管局灶性狹窄則未顯示出相應(yīng)變化[1]。上述研究表明，BRB損傷患者的早期認(rèn)知能力下降速度可能更快，甚至可能比血管本身形態(tài)的改變更能反映認(rèn)知障礙的程度。

綜上所述，眼底照相上所示視網(wǎng)膜中央動脈縮窄、視網(wǎng)膜血管阻塞性疾病、小動靜脈的分形維數(shù)降低、BRB損傷等可能在一定程度上反映認(rèn)知障礙的嚴(yán)重程度。

2.2 OCTOCT是20世紀(jì)90年代初期發(fā)展起來的一種新型非接觸性無創(chuàng)光學(xué)影像診斷技術(shù)，是利用眼內(nèi)不同組織對入射光束的反射性的不同，通過測量儀測定反射光束的延遲時間和反射強度，分析出不同組織的結(jié)構(gòu)及其距離，經(jīng)計算機處理，以偽彩或灰度形式顯示組織的斷層結(jié)構(gòu)[24]。OCT具有非接觸性、分辨率高、可重復(fù)性高、獲取圖像快等特點，能清晰地顯示視網(wǎng)膜各層的形態(tài)，被廣泛用于疾病，如青光眼、視神經(jīng)炎、老年性黃斑變性和糖尿病視網(wǎng)膜病變等的早期診斷、進展跟蹤及療效評價[25]。視網(wǎng)膜出現(xiàn)病變時，OCT可顯示出厚度的改變，以及水腫、裂孔、前膜、劈裂、神經(jīng)上皮及色素上皮脫離、玻璃體視網(wǎng)膜牽拉等表現(xiàn)[10]。

NFL厚度可能與認(rèn)知障礙密切相關(guān)。NFL是OCT圖像中最內(nèi)層的高反射帶，由神經(jīng)節(jié)細胞軸突組成。神經(jīng)節(jié)細胞軸突匯集成束形成視神經(jīng)，離開視網(wǎng)膜，將視覺信息傳遞至視覺中樞[6]。NFL變薄常見于青光眼、視神經(jīng)炎等視神經(jīng)受損的疾病，并與高齡、糖尿病、眼壓增高、高度近視、心血管疾病、高血壓等因素相關(guān)[25-26]。一項納入32038名社區(qū)健康人的研究表明，NFL越薄，基線評估的認(rèn)知表現(xiàn)越差。在后續(xù)的認(rèn)知測試中發(fā)現(xiàn)，基線NFL厚度較低組，較基線NFL厚度較高組，出現(xiàn)認(rèn)知功能下降的可能性增加了兩倍[10]。該研究表明NFL較薄和認(rèn)知能力較差之間存在較為密切的關(guān)聯(lián)。Aβ和Tau蛋白是當(dāng)前公認(rèn)的AD生物標(biāo)志物，CSF中Aβ42水平降低和Tau水平增高高度提示AD。Asanad等[18]對一組認(rèn)知正常者的CSF中的Aβ42和Tau進行測量，并根據(jù)CSF中Aβ42/Tau濃度比值的病理學(xué)回歸臨界值，將受試者分為臨床前AD組(Aβ42/Tau比值較低)和健康對照組(Aβ42/Tau比值較高)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組視盤NFL差異顯著，臨床前AD組的平均視盤NFL較健康對照組薄了9.8 μm。并且，利用視盤NFL厚度篩選臨床前AD的敏感性為87%，特異性為56.3%。上述研究表明，NFL較薄可能與認(rèn)知障礙下降相關(guān)，并且有可能成為反映AD認(rèn)知障礙的早期預(yù)測指標(biāo)。

然而，也有研究認(rèn)為，黃斑GCL厚度可能更能反映認(rèn)知情況。GCL是NFL下一層較低反射的層面，由GCL細胞核組成。Ward等[19]研究發(fā)現(xiàn)，以非癡呆人群為受試者，在調(diào)整相關(guān)危險因素后，黃斑GCL厚度每減少1個標(biāo)準(zhǔn)差的整體認(rèn)知功能下降幅度，大于視盤NFL厚度每減少1個標(biāo)準(zhǔn)差的知功能下降幅度。在調(diào)整相關(guān)混雜因素后，黃斑GCL厚度較小與整體認(rèn)知功能、信息處理速度和語言情景記憶較差呈線性相關(guān)。這表明黃斑GCL厚度與認(rèn)知功能的相關(guān)性可能更強。

綜上所述，目前對于NFL、GCL預(yù)測認(rèn)知障礙的敏感性大小仍存在一定爭議，仍需進一步研究驗證。

2.3 OCTAOCTA是由OCT發(fā)展而來的一項無創(chuàng)血管檢查，是通過檢測血流引起的運動變化，產(chǎn)生視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜灌注系統(tǒng)的三維影像。OCTA可在不注射造影劑的情況下，快速、無創(chuàng)地獲取高分辨率的不同層面視網(wǎng)膜及脈絡(luò)膜血流信息并對相關(guān)參數(shù)進行定量分析，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于青光眼、眼底病及視神經(jīng)疾病等眼病的臨床診療[22]。既往評估眼底的血管情況多采用熒光血管造影技術(shù)，而OCTA由于無須造影劑可避免造影劑引起過敏的風(fēng)險，且可反復(fù)進行，與熒光血管造影技術(shù)相比具有一定的優(yōu)勢。此外，OCTA有著更高的成像質(zhì)量，可分別測量視網(wǎng)膜淺層毛細血管叢(superficial retinal capillary plexus，SCP)、視網(wǎng)膜深層毛細血管叢(deep retinal capillary plexus，DCP)及脈絡(luò)膜毛細血管叢密度[22]。其中，SCP是供應(yīng)內(nèi)界膜層至IPL的毛細血管叢，DCP是供應(yīng)內(nèi)核層至外叢狀層的毛細血管叢[22]。

OCTA所反映的血管密度降低與認(rèn)知情況相關(guān)。Yan等[20]研究表明，OCTA視網(wǎng)膜血管密度降低與整體認(rèn)知、記憶、執(zhí)行和視覺空間感知功能顯著相關(guān)。Fickweiler等[21]的研究則發(fā)現(xiàn)，SCP血管密度降低與精神運動速度較差以及與即時和延遲記憶缺陷有關(guān)。Zhang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，AD及腦小血管病患者的視網(wǎng)膜血管密度顯著降低，且認(rèn)知功能改善者的視網(wǎng)膜血管密度相應(yīng)增加。

在提示認(rèn)知障礙的敏感性方面，SCP可能是較DCP更為敏感的指標(biāo)。Chua等[22]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，AD患者的黃斑SCP和DCP的血管密度顯著降低，而與健康對照組相比，MCI參與者僅發(fā)現(xiàn)SCP中血管密度顯著降低。該研究結(jié)果表明在認(rèn)知障礙發(fā)展過程中，SCP改變出現(xiàn)較早。SCP主要負責(zé)GCL的代謝供應(yīng)[24]。病理組織學(xué)研究表明，AD患者的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞和軸突數(shù)量減少[27]。AD患者視網(wǎng)膜血管缺失的原因，可能與神經(jīng)元丟失及Aβ清除障礙造成微血管損傷相關(guān)[22]。視網(wǎng)膜中央動脈進入視網(wǎng)膜后立即分支、吻合，形成了平行于視網(wǎng)膜表面的SCP。SCP顯示出獨特的血管樹，并向視網(wǎng)膜深部層面發(fā)出垂直支，其垂直支再次分支、吻合，形成呈小葉結(jié)構(gòu)的DCP[24]。由于各血管叢分支構(gòu)成、供應(yīng)層面特點及其相互間的作用關(guān)系的差異，SCP可能是比DCP更有意義的潛在生物標(biāo)志物。

黃斑中央無血管區(qū)(foveal avascular zone，F(xiàn)AZ)由中央凹邊緣相互連接的視網(wǎng)膜淺、深毛細血管網(wǎng)包圍而成，極易受到灌注不足的損害，導(dǎo)致末端毛細血管的脫落，表現(xiàn)為FAZ增大。FAZ增大對于早期發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙較為敏感。FAZ增大發(fā)生于視網(wǎng)膜微血管損傷的早期階段[23]。Zhang等[5]的研究表明，AD及腦小血管病患者的FAZ顯著增大。Criscuolo等[23]的研究表明，與對照組相比，遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者的黃斑SCP、DCP血管密度均顯著降低，F(xiàn)AZ顯著增大。該研究更深一步探究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，僅單個記憶領(lǐng)域異常的參與者的血管密度無明顯差異，但FAZ面積明顯增大[23]，提示FAZ可能是視網(wǎng)膜微血管病變的原發(fā)部位。同理，F(xiàn)AZ增大也有望成為反映腦內(nèi)微血管變化的早期視網(wǎng)膜標(biāo)志物，進而反映認(rèn)知的早期變化。

上述研究表明，OCTA所示視網(wǎng)膜微血管變化可能與認(rèn)知障礙存在相關(guān)性，其中SCP血管密度降低敏感性較強，而FAZ增大作為反映微血管損傷的早期指標(biāo)，可能用于認(rèn)知改變的早期發(fā)現(xiàn)。

綜上所述，現(xiàn)有研究表明，眼底照相、OCT及OCTA等作為經(jīng)濟、無創(chuàng)、易于重復(fù)的可直觀觀察視網(wǎng)膜病變的檢查方法，可以較為敏感地發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知障礙密切相關(guān)的異常表現(xiàn)，這些異常表現(xiàn)可能有望成為認(rèn)知功能改變的有效生物學(xué)標(biāo)志物。這對于實現(xiàn)認(rèn)知障礙的早期預(yù)防及縱向監(jiān)測具有重要意義。但是，認(rèn)知障礙與視網(wǎng)膜病變相關(guān)的機制尚不十分明確，尚需大樣本的前瞻性隊列研究來探究；如何利用上述可能的視網(wǎng)膜標(biāo)志物建立科學(xué)、敏感的認(rèn)知障礙早期預(yù)測體系，也仍需進一步研究探討。