無癥狀性頸動脈狹窄患者血腦屏障通透性變化的研究

陰曉坤， 葉 靖， 于海龍， 陳蓓蕾

無癥狀性頸動脈狹窄 (asymptomatic carotid artery stenosis，ACAS) 是指發(fā)生在頸動脈顱外段的動脈粥樣硬化性狹窄，且不伴由于缺血性卒中、短暫性腦缺血發(fā)作或頸動脈狹窄相關(guān)的其他神經(jīng)系統(tǒng)體征或癥狀，多數(shù)研究將時(shí)間界定為既往6個(gè)月內(nèi)無上述癥狀發(fā)生[1]?；A(chǔ)研究結(jié)果顯示，頸動脈狹窄所致的慢性低灌注可能與血腦屏障(blood brain barrier，BBB)通透性的變化有關(guān)[2，3]。作為維持大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，BBB受損可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡及神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙[4]。動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振 (dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)以組織微循環(huán)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，經(jīng)連續(xù)快速的掃描得到對比劑注入前后動態(tài)增強(qiáng)的圖像，通過對其相關(guān)參數(shù)的計(jì)算分析組織的改變，還能從定量的角度進(jìn)一步做出解釋[5]。以往的研究聚焦于腦血管病、神經(jīng)退行性疾病等疾病過程中BBB通透性變化所致的病理生理學(xué)表現(xiàn)[6]，但是這種改變是否發(fā)生在明顯的病理改變之前，即ACAS患者中，以及這種改變與腦血流灌注及腦萎縮之間是否有關(guān)目前尚不明確。本研究將使用DCE-MRI技術(shù)非侵入性地評估ACAS患者BBB通透性變化，并觀察上述變化對腦血流及腦組織的相關(guān)影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 根據(jù)入排標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)納入2020年7月-2021年10月因體檢發(fā)現(xiàn)頸動脈狹窄就診于蘇北人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，經(jīng)臨床和影像學(xué)診斷為無癥狀性頸動脈狹窄的患者40例，年齡60～83 (68.8±6.9) 歲。

入組標(biāo)準(zhǔn)：(1) 年齡≥60周歲；(2)經(jīng)頭頸動脈CTA證實(shí)存在單側(cè)頸動脈顱外段(C1段) 中度以上狹窄 (狹窄程度≥50%)；(3)6個(gè)月內(nèi)無缺血性卒中、短暫性腦缺血發(fā)作或頸動脈狹窄相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)體征、癥狀發(fā)生。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1) 經(jīng)臨床和MRI明確診斷為腦梗死或短暫性腦缺血發(fā)作的患者；(2) 既往有動靜脈畸形、靜脈竇血栓、頭頸部血管動脈瘤、夾層等血管疾??；(3) 既往有腦腫瘤、腦部手術(shù)、外傷史或其他腦損傷等；(4) 不能配合相關(guān)檢查的患者。

本研究方案經(jīng)蘇北人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審查批準(zhǔn) (倫理審批號：蘇北人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會2019KY-037)，患者或其家屬均簽署了診療知情同意書。

1.2 研究方法 采用自身對照的研究方法，使用DCE-MRI對入組的40例ACAS患者進(jìn)行頭部MRI掃描，并對影像資料進(jìn)行圖像后處理以得到其頸動脈狹窄側(cè)和對側(cè)大腦半球Ktrans值、CBF值及灰質(zhì)體積，并對以上所得到的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析、檢驗(yàn)。

1.3 MRI檢查 MRI的掃描使用3.0T 750W磁共振[通用電器醫(yī)療集團(tuán)公司 (美國GE公司)]完成，按序完成T1加權(quán)成像 (T1-weighted imaging，T1WI)、T2加權(quán)成像 (T1-weighted imaging，T2WI)、動脈自旋標(biāo)記(arterial spin labaling，ASL) 灌注成像、動態(tài)對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像 (dynamic contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DCE-PWI) 及3D純軸位腦容積(3-dimensional axial brain volume，3D AxBRAVO) 增強(qiáng)序列的掃描。T1WI、T2WI為快速自旋回波，其掃描參數(shù)：重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間2 534ms/29 ms (T1WI)、5324 ms/101 ms (T2WI)，視野240×240 mm2，層厚5mm，無間距。3D質(zhì)子快速自旋回波偽連續(xù)螺旋采集ASL技術(shù)掃描參數(shù)：TR/TE 4632 ms/1.5 ms，矩陣96×61，視野240×240 mm2，層厚5 mm，無間距，標(biāo)記后延遲1535 ms。DCE-PWI則采用軸位梯度回波T1WI序列掃描，參數(shù)：重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間 5.26 ms/1.67 ms，矩陣192×168，視野 220×220 mm2，層厚5 mm，無間距，翻轉(zhuǎn)角度包括3°、6°、9°、12°、15°。完成5組T1WI平掃后進(jìn)行DCE檢查 (共60次采集)，在第5次采集完成后經(jīng)肘靜脈注入釓雙胺對比劑[歐乃影，通用電氣藥業(yè) (上海) 有限公司](總量以0.2 mg/kg計(jì)算，速率為3 ml/s)，隨后再以相同速率注射等滲鹽水。最后掃描3D AxBRAVO增強(qiáng)序列，參數(shù)：重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間7.8 ms/3.0 ms，矩陣512×512，視野240×240 mm2，層厚1.2 mm，重疊層間距0.6 mm。

1.4 MRI圖像資料后處理

1.4.1 ASL圖像后處理 將ASL序列圖像傳入GE公司的ADW4.6圖像后處理工作站，使用Funtool軟件處理得到患者頸動脈狹窄側(cè)及對側(cè)大腦半球的腦血流量 (cerebral blood flow，CBF) 偽彩圖。ROI區(qū)域的選擇由2名工作經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師協(xié)助完成，在原始圖像資料中狹窄側(cè)大腦半球頸動脈供血區(qū)域的3個(gè)不同層面上各隨機(jī)勾畫3個(gè)ROI (共9個(gè))，并通過鏡像選定對側(cè)同源的ROI區(qū)域面積差值<5 mm2，注意避開血管所在區(qū)域。測定所選取ROI區(qū)域CBF值并計(jì)算其平均值。

1.4.2 DCE-MRI圖像后處理 將MRI圖像的原始資料傳入GE公司的工作站，使用Omni-Kinetics軟件[GE醫(yī)療，中國]進(jìn)行后處理以得到BBB通透性改變 (用Ktrans值表示) 的相關(guān)數(shù)據(jù)資料。使用Extendetofts linear雙室模型對腦組織感興趣區(qū)(area of interest，ROI)進(jìn)行后處理，血管輸入函數(shù)以腦組織的時(shí)間-信號強(qiáng)度曲線表示。在頸動脈狹窄側(cè)大腦半球選取與ASL序列中相同的ROI區(qū)域，并通過鏡像選定對側(cè)同源的ROI區(qū)域，得到ROI內(nèi)Ktrans值后，分別計(jì)算頸動脈狹窄側(cè)及對比側(cè)ROI的Ktrans平均值。Ktrans是從血漿到組織間隙的體積轉(zhuǎn)移常數(shù)，代表對比劑的攝取，Ktrans值越高，則代表大腦半球血-腦屏障通透性越高[7]。

1.4.3 3D AxBRAVO圖像后處理 3D AxBRAVO序列圖像則傳入聯(lián)影智能公司的人工智能腦結(jié)構(gòu)分析平臺，由人工智能系統(tǒng)對腦區(qū)進(jìn)行自動劃分，并自動計(jì)算出頸動脈狹窄側(cè)及對側(cè)皮質(zhì)各腦功能區(qū)灰質(zhì)及皮質(zhì)下灰質(zhì)的體積。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPSS 26.0軟件對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。使用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)對計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以M(P25，P75)表示。ACAS患者兩側(cè)大腦半球的CBF值、Ktrans值和灰質(zhì)體積差異的比較采用Wilcoxon非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)腦灌注、血腦屏障通透性和皮質(zhì)灰質(zhì)體積之間使用Spearman相關(guān)分析。P≤0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 頸動脈狹窄患者兩側(cè)大腦半球血流灌注比較 ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)的CBF值較對側(cè)明顯降低，分別為40.439 0 (33.161 8，49.685 8) ml/(100 g·min)、44.197 2 (39.513 5，49.719 3) ml/(100 g·min)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (Z=-4.288，P<0.001)。ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球血流灌注低于對側(cè) (見圖1)。

A：頭頸部動脈CT血管成像，示左側(cè)頸動脈C1段重度狹窄；B：頭部MRI彌散加權(quán)成像序列，示無急性卒中病灶；C：將ASL序列后處理得到CBF偽彩圖，示左側(cè)大腦半球灌注低于對側(cè)

2.2 頸動脈狹窄側(cè)與對側(cè)Ktrans值比較 ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)Ktrans值較對側(cè)明顯升高，分別為0.004 8(0.0012，0.0057)/min，0.004 8 (0.001 1，0.005 4)/min，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (Z=-2.527，P=0.012)。ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球血腦屏障通透性高于對側(cè) (見圖2)。

A：左側(cè)大腦半球灌注低于對側(cè)；B：左側(cè)大腦半球血腦屏障通透性較對側(cè)升高

2.3 頸動脈供血區(qū)域皮質(zhì)灰質(zhì)體積的變化 ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)頸動脈供血區(qū)大腦皮質(zhì)灰質(zhì)的體積明顯低于對比側(cè)，其中，兩側(cè)顳葉、額葉、頂葉及島葉頸動脈狹窄側(cè)的體積與對側(cè)相比均有萎縮，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但兩側(cè)皮質(zhì)下灰質(zhì)體積相比差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (見表1)(見圖3)。

A：顳葉；B：額葉；C：頂葉；D：島葉；E：皮質(zhì)下灰質(zhì)。頸動脈狹窄側(cè)灰質(zhì)體積小于對側(cè)

表1 ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)及對側(cè)灰質(zhì)體積比較[M(P25，P75)，cm3]

2.4 Ktrans值、CBF值 和皮質(zhì)灰質(zhì)體積的相關(guān)性分析 ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球的Ktrans值與CBF值之間具有負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r=-0.334，P=0.035)，Ktrans值與皮質(zhì)灰質(zhì)體積之間 (P=0.583)、CBF值與皮質(zhì)灰質(zhì)體積之間 (P=0.539) 不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。

3 討 論

由于缺乏敏感性高且無創(chuàng)的手段對BBB的變化進(jìn)行定量評估，以往的研究對ACAS與BBB通透性改變的相關(guān)性鮮有報(bào)道。由于具有非侵入性、能夠定量分析、高敏感性的特點(diǎn)，DCE-MRI不僅應(yīng)用于急性腦血管病、腫瘤等疾病，在一些神經(jīng)退行性疾病、細(xì)微BBB通透性改變的研究中也有著良好的表現(xiàn)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，DCE-MRI可以定量評估細(xì)微的血腦屏障通透性變化，并且具有良好的重復(fù)性[5]。

本項(xiàng)研究使用DCE-MRI技術(shù)進(jìn)行評估后發(fā)現(xiàn)，ACAS雖然沒有發(fā)生急性腦血管事件等嚴(yán)重的后果，但在這類患者中已經(jīng)出現(xiàn)了頸動脈狹窄側(cè)相應(yīng)供血區(qū)域BBB通透性的升高。已有的研究發(fā)現(xiàn)BBB通透性的改變通常發(fā)生在具有明顯癥狀的疾病中，如急性腦血管病、阿爾茨海默病等[5]。本項(xiàng)研究結(jié)果則顯示，在明顯的病理改變發(fā)生之前就已經(jīng)出現(xiàn)了BBB通透性的改變，這提示無癥狀性頸動脈狹窄不應(yīng)該被認(rèn)為是“無癥狀”的，在臨床工作中發(fā)現(xiàn)ACAS患者時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意隨訪，必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)。

頸動脈狹窄是動物實(shí)驗(yàn)中腦低灌注相關(guān)研究常用的模型，臨床研究也顯示超過80%的ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球血流灌注低于對側(cè)[8]。本研究使用ASL技術(shù)對ACAS患者兩側(cè)大腦半球CBF值進(jìn)行測定和分析也得到了類似的結(jié)論。不僅如此，本研究對影像學(xué)資料分別進(jìn)行Ktrans值和CBF值的處理后發(fā)現(xiàn)，ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球的頸動脈供血區(qū)域存在廣泛低灌注狀態(tài)的同時(shí)，也存在BBB通透性的升高。這一發(fā)現(xiàn)與既往的動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，Liu等人對實(shí)驗(yàn)組大鼠進(jìn)行雙側(cè)頸總動脈狹窄手術(shù)，對照組進(jìn)行假手術(shù)，并評估術(shù)后兩組大鼠的腦血流量和BBB通透性。結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)組大鼠CBF明顯下降后的第2天就出現(xiàn)了明顯的EB外滲，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)組的腦灌注情況逐漸改善后，兩組的EB外滲之間無明顯差異[3]；Sekaran等人使用同樣的頸動脈狹窄模型，發(fā)現(xiàn)在術(shù)后第1天時(shí)實(shí)驗(yàn)組BBB通透性明顯高于對照組，而第3、7、14、30天時(shí)兩組的BBB通透性差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[2]；說明在頸動脈狹窄所致的低灌注發(fā)生后，出現(xiàn)了BBB通透性的損傷。本研究將經(jīng)過后處理的Ktrans偽彩圖與CBF偽彩圖進(jìn)行對比時(shí)可以看到，BBB通透性升高的區(qū)域與灌注降低的區(qū)域并非完全一致，這可能與Willis環(huán)的代償作用有關(guān)[9]，在低灌注發(fā)生早期時(shí)Willis環(huán)對缺血組織的代償避免了BBB通透性改變的發(fā)生，而在晚期代償不足時(shí)，相應(yīng)區(qū)域發(fā)生了明顯的BBB通透性變化。

頸動脈狹窄對大腦的影響不僅僅是改變了腦血流量和BBB的通透性。動物研究認(rèn)為腦血流灌注的減少會導(dǎo)致大腦皮質(zhì)萎縮[10]，Matsumoto等人的臨床研究顯示，阿爾茨海默病患者內(nèi)側(cè)顳葉的萎縮與BBB通透性升高有關(guān) (r=0.567，P=0.0023)[11]。本研究使用人工智能分析軟件對ACAS患者的皮質(zhì)灰質(zhì)進(jìn)行了分割和體積計(jì)算，發(fā)現(xiàn)BBB通透性升高側(cè)的大腦半球皮質(zhì)灰質(zhì)體積明顯小于對側(cè)。Shen等人在動物研究中通過病毒載體將血管生成素-1與內(nèi)皮細(xì)胞生長因子1∶1導(dǎo)入腦中動脈閉塞的小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)兩者共同表達(dá)能夠增加BBB的結(jié)構(gòu)完整性，并減少了腦體積的萎縮[12]；Gu等人也發(fā)現(xiàn)外源性藥物Poloxamer 188對卒中患者的BBB具有保護(hù)作用，并且可以減少卒中發(fā)生3周后的腦萎縮程度[13]。本項(xiàng)研究的結(jié)果顯示BBB損傷區(qū)域的大腦半球皮質(zhì)灰質(zhì)出現(xiàn)萎縮，但兩側(cè)皮質(zhì)下灰質(zhì)的體積差異并不顯著，這可能是由于在低灌注發(fā)生后，皮質(zhì)灰質(zhì)相比于皮質(zhì)下的腦組織更容易受到影響[14]。腦萎縮的患者通常伴有認(rèn)知障礙的發(fā)生[15]，關(guān)于ACAS患者是否已經(jīng)出現(xiàn)了認(rèn)知功能的下降還有待進(jìn)一步研究。

將上述結(jié)果進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)的Ktrans值與CBF值之間具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說明ACAS患者頸動脈狹窄側(cè)大腦半球的BBB通透性增加與低灌注有關(guān)。低灌注會影響神經(jīng)血管單元細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)、神經(jīng)血管偶聯(lián)機(jī)制等，發(fā)生膠質(zhì)細(xì)胞活化、血管內(nèi)皮細(xì)胞代謝失調(diào)、毛細(xì)血管周細(xì)胞收縮等，使BBB通透性發(fā)生改變[16]。但本研究并沒有發(fā)現(xiàn)頸動脈狹窄側(cè)的皮質(zhì)灰質(zhì)與BBB通透性、CBF之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)，一方面，本研究對于BBB通透性域和CBF的測量是在頸動脈供血區(qū)的腦組織中進(jìn)行的，所選擇的ROI區(qū)域可能也包含一些白質(zhì)組織，而體積的測定只包含了皮質(zhì)灰質(zhì)，另一方面，由于納入的患者數(shù)較少，可能會造成統(tǒng)計(jì)學(xué)的偏倚。

綜上所述，ACAS患者中已經(jīng)出現(xiàn)了頸動脈狹窄側(cè)大腦半球腦血流量的減少和相應(yīng)供血區(qū)域BBB的損傷，兩者之間具有相關(guān)性。同時(shí)，在BBB通透性發(fā)生改變的大腦半球出現(xiàn)了皮質(zhì)灰質(zhì)的萎縮，BBB通透性的改變與認(rèn)知障礙之間的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。本研究也為針對ACAS是否需要血管內(nèi)干預(yù)提供了重要提示，及時(shí)的處理ACAS可能對大腦存在潛在地保護(hù)作用。

本項(xiàng)研究對ACAS患者的腦灌注、BBB通透性及腦體積之間的關(guān)系得到了一個(gè)初步的結(jié)論，也具有一定的局限性。首先，由于樣本量較小，未能進(jìn)一步分組以分析各腦區(qū)灌注、BBB及體積的相關(guān)性。其次，因未將頸動脈輕度狹窄的患者納入，因此無法進(jìn)一步探討B(tài)BB的損傷是否與頸動脈狹窄程度呈線性相關(guān)。另外，由于本項(xiàng)研究為自身對照研究，因此無法完成BBB通透性變化相關(guān)因素的分析。將來需要更大的樣本量及多指標(biāo)研究以得到更有說服力的結(jié)果。