乳腺癌化療腦局部一致性異常的靜息態(tài)fMRI研究＊

周文蘇 李 瑗 夏建國 張 繼 田為中 姚天琦 朱正才 焦良和

1.遼寧省大連醫(yī)科大學(xué)研究生院 (遼寧 大連 116044)

2.江蘇省泰州市人民醫(yī)院放射科 (江蘇 泰州 225300)

3.江蘇省泰州市人民醫(yī)院乳腺外科 (江蘇 泰州 225300)

化療是乳腺癌常見的輔助治療方法，化療藥物可以跨越血腦屏障，改變神經(jīng)功能，導(dǎo)致某些認(rèn)知領(lǐng)域的損害[1]?；熛嚓P(guān)認(rèn)知功能障礙(chemotherapy-related cognitive impairment，CRCI)主要表現(xiàn)為記憶、執(zhí)行能力、處理速度等認(rèn)知領(lǐng)域的缺陷，常見于乳腺癌、前列腺癌等腫瘤病人中[2]，乳腺癌是常用的“化療腦”模型。既往有報(bào)道稱乳腺癌患者在化療后1個(gè)月即出現(xiàn)認(rèn)知功能損傷，1年后部分恢復(fù)[3]。但也有研究發(fā)現(xiàn)部分化療患者在化療10年后仍能觀察到腦區(qū)結(jié)構(gòu)的異常[4],這表明化療所致的認(rèn)知功能損傷不是一個(gè)暫時(shí)性現(xiàn)象。目前，大多數(shù)研究都集中在化療后的急性效應(yīng)，化療后長期腦功能改變的研究相對(duì)較少。

本研究利用神經(jīng)心理學(xué)量表和靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state fMRI，rs-fMRI)來探討化療患者是否存在長期的化療相關(guān)認(rèn)知功能缺陷及其可能的機(jī)制。rs-fMRI是一種無創(chuàng)的反映大腦自發(fā)活動(dòng)的成像工具，已廣泛用于多種神經(jīng)精神疾病的研究中[5-7]。局部一致性(regional homogeneity，ReHO)是常用指標(biāo)，可用于衡量神經(jīng)同步性，間接反映局部自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)[8-9]。本研究旨在研究乳腺癌化療患者長期大腦活動(dòng)的改變，及其與神經(jīng)心理學(xué)量表和血液生化指標(biāo)的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象本研究共招募了62名女性乳腺癌患者。其中，化療結(jié)束1-6年的乳腺癌女性患者31例，分為化療組(chemotherapy group，C+組)。手術(shù)后未進(jìn)行化療的乳腺癌患者31例，分為非化療組(non-chemotherapy group，C-組)。所有的參與者均進(jìn)行了局部手術(shù)治療。

納入標(biāo)準(zhǔn)：乳腺癌0-Ⅲ級(jí)，未進(jìn)行放化療及內(nèi)分泌治療；化療方案為標(biāo)準(zhǔn)劑量及標(biāo)準(zhǔn)方案，化療結(jié)束后1-6年被納入；一般認(rèn)知功能正常(簡易精神量表得分≧27)；無視力、聽力、語言等障礙；頭顱CT/MRI無器質(zhì)性病變。排除標(biāo)準(zhǔn)：焦慮、抑郁，其他精神或神經(jīng)疾病史，酗酒史；正在服用改善認(rèn)知功能或影響大腦結(jié)構(gòu)的藥物；惡病質(zhì)或其他部位腫瘤史。所有受試者均為右撇子。所有受試者均簽署了知情同意書。本研究獲得了泰州市人民醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)(編號(hào)：KY 2022-041-01)。

1.2 化療方案所有受試者均有病理結(jié)果，C+組浸潤性乳腺癌24例，非浸潤性乳腺癌5例;C-組浸潤性乳腺癌26例，非浸潤性乳腺癌2例，均無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。手術(shù)術(shù)式有：保乳切除術(shù)11例，改良根治術(shù)45例，乳腺單純切除術(shù)6例。主要有4種化療方案，持續(xù)時(shí)間約2-6個(gè)月。

1.3 神經(jīng)心理學(xué)測試由同一名神經(jīng)科醫(yī)生在MRI掃描前對(duì)受試者一般資料進(jìn)行收集。神經(jīng)心理學(xué)測試，包括簡易精神狀態(tài)量表(mini-Mental state examination，MMSE)、蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估北京版(Montreal cognitive assessment，MoCA)、運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能疲勞量表(the fatigue scale for motor and cognitive Functions，F(xiàn)SMC)、數(shù)字連接實(shí)驗(yàn)A(number connection Test-A，NCT-A)、數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)(digital symbol test，DST)、癌癥治療的功能評(píng)價(jià)-認(rèn)知功能(the functional assessment of cancer therapycognitive，F(xiàn)ACT-cog)、焦慮自評(píng)量表(self-rating anxiety scale，SAS)、抑郁自評(píng)量表(self-rating depression Scale，SDS)等。其中FSMC量表又分為運(yùn)動(dòng)疲勞(FSMC-M)和認(rèn)知疲勞(FSMC-C)。FACT-cog量表包括感知認(rèn)知障礙(perceived cognitive impairments，CogPCI)、他人的評(píng)價(jià)(comments from others on cognitive function，CogOth)、感知認(rèn)知能力(perceived cognitive abilities，CogPCA)、感知認(rèn)知障礙對(duì)生活質(zhì)量的影響(impact of perceived cognitive impairment on quality of life，CogQOL)4部分?？倻y試時(shí)間約為40分鐘。

1.4 血液生化指標(biāo)測定早上7:00-9:00采集空腹靜脈血進(jìn)行空腹血糖、血紅蛋白、膽固醇、甘油三酯檢測并在MRI掃描前完成，2小時(shí)內(nèi)送檢。

1.5 MRI掃描在同一臺(tái) Siemens Skyra 3.0T MR掃描儀進(jìn)行檢查，采用8通道頭部線圈。使用3D-T1加權(quán)序列獲取高分辨率的腦結(jié)構(gòu)圖。掃描參數(shù)：TR 2300ms，TE 2.98ms，F(xiàn)A 9°，層數(shù)176，層厚1mm，F(xiàn)OV 256mm×256mm，體素大小1×1×1mm.由兩名高年資的影像科醫(yī)師診斷以排除有器質(zhì)性病變的參與者。采集平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列，掃描參數(shù)：TR 2160ms，TE 30.0ms，F(xiàn)A 90°，層數(shù)40，層厚3mm，F(xiàn)OV 256mm＊256mm，體素大小 4×4×3mm。

1.6 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理：圖像預(yù)處理在MatlabR2014b平臺(tái)的Restplus-V1.2軟件進(jìn)行，包括：格式轉(zhuǎn)換；去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的圖像；時(shí)間層校正、頭動(dòng)校正(C+組和C-組中分別有2、3人頭動(dòng)平移大于2mm，或旋轉(zhuǎn)大于2°，故排除)；空間標(biāo)準(zhǔn)化并重采樣成3mm×3mm×3mm的體素；去線性；回歸協(xié)變量；濾波以去除高頻信號(hào)干擾，頻段為0.01-0.08Hz。

指標(biāo)計(jì)算：使用MatlabR2014b平臺(tái)的Restplus-V1.2軟件進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算。使用肯德爾系數(shù)計(jì)算某體素的時(shí)間序列與其相鄰體素時(shí)間序列的相似性[10]，得到KCC-ReHO，再進(jìn)行平滑。為了標(biāo)準(zhǔn)化，將每個(gè)體素的ReHO值除以全腦平均ReHO值，得到全腦平均ReHO值(mean ReHO，mReHO)。再對(duì)mReHO進(jìn)行空間平滑得到SmReHO(smooth mReHo，SmReHO)。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析一般資料：用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件包對(duì)兩組人口學(xué)特征和臨床資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，正態(tài)分布資料進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，非正態(tài)分布資料采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

影像學(xué)數(shù)據(jù)：使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)評(píng)估兩組SmReHO的差異，統(tǒng)計(jì)范圍限制在Explicit mask(AAL_binary_msk_nocerebellum)，并將結(jié)果進(jìn)行FWE校正。

相關(guān)分析：用SPSS 26.0軟件對(duì)SmReHO值與神經(jīng)心理學(xué)量表、血液指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，采用Pearson或Spearman相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 一般人口學(xué)特征與臨床資料在納入的62例患者中，C+組2例和C-組3例因頭部平移2mm或旋轉(zhuǎn)任意角度大于2°被排除。本實(shí)驗(yàn)最終納入57名受試者，其中C+組29名，C-組28名。C+組年齡范圍為40-66歲，C-組年齡范圍為40-63歲，他們的中位年齡均為51歲。C+組平均化療結(jié)束年限為3.36±1.94年。兩組年齡、受教育程度、腫瘤分級(jí)的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。神經(jīng)心理學(xué)測試結(jié)果顯示C+組FSMC-M，F(xiàn)SMC-C，CogPCI，CogOth和CogQOL得分明顯增高，CogPCA得分明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，提示C+組存在認(rèn)知能力下降。C+組MMSE，MoCA，NCT-A 和 DST得分較C-組差(P＞0.05)。兩組焦慮抑郁均處于正常水平。C+組空腹血糖、血紅蛋白、膽固醇水平均高于C-組，甘油三酯水平低于C-組(P＞0.05)。結(jié)果見表1。

表1 兩組人口學(xué)特征和臨床資料

2.2 rs-fMRI結(jié)果與C-組相比，C+組在左內(nèi)側(cè)和旁扣帶回SmReHO值降低，左側(cè)顳極:顳中回、右側(cè)顳上回、左側(cè)中央后回、右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)SmReHO值升高(體素水平FWE校正，P＜0.01)。ReHO結(jié)果見圖1，表2。

圖1 C+組與C-組SmReHO值存在顯著差異；綠色(紅色)表示SmReHO降低(增高)的腦區(qū)(FWE校正，體素水平P＜0.01，團(tuán)塊水平P＜0.05)。

表2 兩組SmReHO有顯著差異的腦區(qū)

2.3 相關(guān)分析C+組右側(cè)顳上回SmReHO值與數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)、生活質(zhì)量影響評(píng)分呈正相關(guān)(r=0.639，P=0.000；r=0.432，P=0.019)，左內(nèi)側(cè)和旁扣帶回SmReHO值與感知認(rèn)知能力呈負(fù)相關(guān)(r=-0.391，P=0.036)，右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)、左側(cè)中央后回SmReHO值與膽固醇水平呈負(fù)相關(guān)(r=-0.494，P=0.006；r=-0.447，P=0.015)。結(jié)果見圖2-6。

圖2-圖3 右側(cè)顳上回與數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)、生活質(zhì)量影響呈正相關(guān)圖4 右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)與總膽固醇呈負(fù)相關(guān)圖5 左側(cè)中央后回與總膽固醇呈負(fù)相關(guān)圖6 左內(nèi)側(cè)和旁扣帶回與感知認(rèn)知能力呈負(fù)相關(guān)

3 討論

近年來，化療相關(guān)的認(rèn)知損傷備受關(guān)注，早期發(fā)現(xiàn)CRCI有助于臨床進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)，提高生存質(zhì)量。rs-fMRI是常見的評(píng)估大腦功能活動(dòng)的工具。ReHO是一種基于體素的大腦活動(dòng)測量方法，能評(píng)估給定體素與其相鄰體素的同步性[8]。本研究通過ReHO、神經(jīng)心理學(xué)測試和血液生化指標(biāo)來探討化療患者是否存在持續(xù)性認(rèn)知功能缺陷。

本研究發(fā)現(xiàn)C+組患者存在多個(gè)腦區(qū)的SmReHO值變化，主要集中在額葉、頂葉和顳葉，這與大多數(shù)先前的研究是一致的[11-12]。顳極是靈長類所獨(dú)有的解剖結(jié)構(gòu)，它是許多皮層區(qū)域廣泛連接的中樞，能接收和處理不同認(rèn)知信息，與高級(jí)認(rèn)知功能有關(guān)[13]，顳極損傷導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙在阿爾茲海默癥、癡呆等疾病中均有報(bào)道。Resende等[14]發(fā)現(xiàn)患有情景記憶障礙的額顳葉癡呆及阿爾茲海默癥患者出現(xiàn)顯著的顳極萎縮。此外，有研究表明額葉、顳葉更易受到化療藥物的影響，額顳葉功能活動(dòng)的改變可能與化療相關(guān)執(zhí)行功能障礙有關(guān)[12]。在本研究中，C+組受試者均使用環(huán)磷酰胺作為化療藥物之一，相關(guān)研究表明環(huán)磷酰胺能通過血腦屏障直接作用于大腦[15]，因此顳葉可能是化療藥物的作用靶點(diǎn)之一。相關(guān)分析顯示右側(cè)顳上回SmReHO值與數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)得分呈正相關(guān)。數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)是一種測試執(zhí)行功能的工具，得分越低執(zhí)行能力越差。結(jié)果顯示C+組得分較C-組差，但差異并不顯著，這表明兩組的執(zhí)行能力并沒有顯著差異，左側(cè)顳極:顳中回及右側(cè)顳上回SmReHO值增高可能是化療后神經(jīng)損傷的代償反應(yīng)。

感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(Sensorimotor network，SMN)主管軀體的感覺運(yùn)動(dòng)，中央后回和補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)是重要組成部分。相關(guān)研究報(bào)道了感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)與認(rèn)知障礙的相關(guān)性[16]。Lang等[17]研究發(fā)現(xiàn)SMN內(nèi)部連接性降低是認(rèn)知障礙的原因之一。該研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)中央后回和右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)出現(xiàn)了異常功能活動(dòng)，提示SMN網(wǎng)絡(luò)存在內(nèi)部連接異常。同時(shí)，相關(guān)分析提示右側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)區(qū)、左側(cè)中央后回SmReHO值與膽固醇水平呈負(fù)相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)血脂水平是認(rèn)知功能減退的危險(xiǎn)因素之一，提示血脂代謝紊亂可能通過影響感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部連接來影響認(rèn)知水平[18]。以往研究對(duì)內(nèi)側(cè)和旁扣帶回的報(bào)道相對(duì)較少。內(nèi)側(cè)和旁扣帶回是前扣帶回的一部分。研究發(fā)現(xiàn)前扣帶回與情緒、執(zhí)行功能等認(rèn)知能力有關(guān)[19]。Wei等[20]也報(bào)道了前扣帶回與認(rèn)知缺陷的相關(guān)性。在本研究中，C+組感知認(rèn)知能力評(píng)分明顯低于C-組且與左內(nèi)側(cè)和旁扣帶回呈明顯的負(fù)相關(guān)，提示患者感知認(rèn)知功能較化療前降低，左內(nèi)側(cè)和旁扣帶回SmReHO值降低可能是其病理機(jī)制之一。

運(yùn)動(dòng)疲勞與認(rèn)知功能量表是常用的測試精神與身體疲勞并進(jìn)行量化和分級(jí)的自我評(píng)價(jià)工具，具有較高的敏感性和特異性，主要包括認(rèn)知疲勞和運(yùn)動(dòng)疲勞?；颊呋熀筮€出現(xiàn)了明確的認(rèn)知疲勞和運(yùn)動(dòng)疲勞，疲勞已被證實(shí)與認(rèn)知障礙密切相關(guān)[21]，疲勞與認(rèn)知癥狀往往同時(shí)出現(xiàn)，這表明它們可能存在共同的致病機(jī)制。數(shù)字連接實(shí)驗(yàn)和數(shù)字符號(hào)實(shí)驗(yàn)是常用的測試認(rèn)知能力的客觀評(píng)估工具，兩組差異不顯著。癌癥治療認(rèn)知功能評(píng)估量表是一種自我報(bào)告工具，常用于評(píng)估化療前、中、后癌癥患者認(rèn)知功能的損害及其對(duì)生活質(zhì)量的影響。在臨床中，當(dāng)缺乏客觀證據(jù)的支持時(shí)，患者的自我認(rèn)知報(bào)告往往得不到重視。該研究中，化療患者表現(xiàn)出明顯的認(rèn)知主訴，但客觀的神經(jīng)心理學(xué)測試結(jié)果差異并不顯著。有研究表明，主觀認(rèn)知衰退是未來認(rèn)知功能下降的預(yù)測指標(biāo)[22]。該研究發(fā)現(xiàn)患者存在明顯的主觀認(rèn)知能力下降?；颊咧饔^認(rèn)知能力下降但客觀證據(jù)不足，而rs-fMRI可在早期就監(jiān)測到腦區(qū)異?；顒?dòng)，為臨床診療提供客觀依據(jù)。

本研究存在一些局限性。第一，有研究表明不同化療藥物能對(duì)認(rèn)知功能產(chǎn)生不同的影響[23]。探討不同化療方案對(duì)認(rèn)知功能的影響可成為未來的一個(gè)研究方向。第二，本研究沒有將納入健康對(duì)照組，不能排除腫瘤相關(guān)認(rèn)知功能障礙。此外，目前的臨床研究尚不足以評(píng)估化療持續(xù)時(shí)間與認(rèn)知是否存在相關(guān)性，這也可作為今后的一個(gè)研究方向。

本研究結(jié)果表明，化療對(duì)乳腺癌患者的認(rèn)知能力和腦區(qū)功能存在長期的負(fù)面影響，rs-fMRI可在早期監(jiān)測到腦區(qū)異常活動(dòng)，為臨床早診斷、早治療提供理論依據(jù)，提高患者預(yù)后。