阿爾茨海默病患者局部腦血流量及腦血管反應性研究

高永哲， 章軍建， 吳光耀， 劉 暉， 張 洪， 熊 麗

隨著流行病學、神經影像、病理、藥物治療學以及臨床研究的進展，越來越多的證據提示血管因素在阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的發生發展中扮演著重要角色［1］，AD發生機制學說中的血管性假說也具備了越來越多的臨床和實驗研究的證據。

具有血管疾病危險因素的人群如高血壓、糖尿病、高血脂、肥胖等已被確證為罹患AD的危險人群［2］。因此有理由推測AD患者相對正常同齡者存在腦局部血流量以及腦血管反應性的病理變化。

動脈自旋標記核磁共振(arterial spin labeling magnetic resonance imaging，ASL-MRI)是一種無創、定量測定腦血流量的技術，現已逐漸在臨床廣泛使用，它與灌注 CT(perfusion computed tomography，pCT)所測定局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)值成高度線性相關，較傳統的經顱多普勒(transcranial Doppler，TCD)技術更能提供精準的量化 rCBF 值［3］。

我們通過應用ASL-MRI技術定量測定AD患者局部腦血流量、吸入CO2后腦血流量變化所代表的血管反應能力，以期描述AD各腦區腦血流量、腦血管反應性(cerebrovascular reactivity，CVR)的變化特征及規律，并探討是否可作為AD臨床診斷的客觀參考指標。

1 材料與方法

1.1 一般資料 序貫收錄2009年11月 ～2011年11月在武漢大學中南醫院神經科住院的AD患者以及非癡呆的對照組。其中AD組55例，男34例，女21例，年齡52～85歲，均值67±2.7歲;對照組58例，男35例，女23例，年齡50～87歲，均值68±2.5歲。所有志愿者或家屬(照料著)簽署內容詳盡的知情同意書，知情同意書以及研究過程均得到武漢大學中南醫院醫學倫理委員會的批準及監督。

AD的診斷標準采用美國神經病學、語言障礙和卒中-老年癡呆和相關疾病學會工作組(NINCDS/ADRDA)標準［4］。每位志愿者均接受簡易智能狀態量表(MMSE)檢測，確定均未接受過膽堿酯酶抑制劑治療。同時收集所有志愿者的相關基礎疾病史及其他信息如高血壓、糖尿病、教育年限等資料。

1.2 ASL-MRI掃描 應用德國西門子公司生產的3T核磁掃描每位志愿者的腦血流量，腦血流量的測定采用脈沖式動脈自旋標記(pulsed arterial spin labelling，PASL)技術，掃描參數:QUIPSS II(定量灌注成像，使用一個單一的減法，第2版)，TI1=700毫秒(時間位于反相脈沖與周期性飽和脈沖的起始之間)，TI1s=1600毫秒(時間位于反相脈沖與周期飽和脈沖的末端之間)，TI2=1800毫秒(時間位于反相脈沖與采集的近端圖像之間)，通過一個梯度回波單次激發的EPI來顯示讀數，采集的參數:TR/TE=2500/11毫秒，FOV=240mm，矩陣=64×64。

每位志愿者第一次掃描后，立即面罩吸入預備的5%的CO2(混合有21% 的O2及74% 的N2)，面罩在常規臨床應用面罩的基礎上加有活瓣，確保吸氣時吸入預備的氣體，而呼氣時將氣體呼出面罩。吸入2min后，立即進行第二次ASL掃描。比較兩次局部腦血流量的前后變化率，可以反映該區域腦血管反應性的能力。

在得到每位志愿者的兩次腦血流量掃描圖譜后，由一名經驗豐富的放射科醫生，對圖像進行興趣區(region of interest，ROIs)的徒手劃定，界定的區域包括雙側的額、顳、頂皮質及白皮質下，雙側基底節區共14個興趣區。劃定興趣區同時，屏幕會自動生成該區域的腦血流量(ml/100g/min)。我們采取的公式CVR=ΔrCBF=rCBFstim-CBFrest/rCBFrest×100代表腦血管反應能力。

1.3 統計處理 采用 Mann-Whitney test(GraphPad Prism 5.0，San Digeo，California，USA)，所有數據以及標準差以均數±標準差()表示，統計顯著性差異設定為P＜0.05。

2 結果

2.1 一般資料 AD組與對照組在性別、年齡、基礎疾病、受教育程度等方面相比較無顯著性差異(P＞0.05)。AD組與對照組，例數:55例 vs 58例;年齡(歲):67 ±2.7 vs 68 ±2.5;性別:男 34 例vs 35例，女21例 vs 23例;受教育年限(年):8.9±2.5 vs 8.5 ±2.3。

2.2 AD組與對照組在rCBF、CVR的比較。

2.2.1 與對照組相比，AD組在雙側額葉、顳葉、頂葉的皮質及皮質下，rCBF(ml/100g/min)均有明顯下降(P﹤0.05):雙側額葉皮質及皮質下52.3±7.1 vs 72.6 ±7.1，52.1 ±6.7 vs 73.1 ±7.4，25.2±3.1 vs 35.7 ±3.4，25.1 ±2.5 vs 30.3 ±2.2;雙側顳葉皮質及皮質下49.7 ±7.0 vs 67.6 ±6.8，48.7 ±7.4 vs 66.4 ±6.3，24.7 ±4.1 vs 34.2 ±4.2，25.8 ±4.3 vs 39.2 ±5.2;雙側頂葉皮質及皮質下 49.2 ±7.1vs 61.7 ±6.4，49.9 ±7.5 vs 61.1 ±6.1，26.2 ±4.1vs 37.4 ±4.2，27.0 ±4.43 vs 6.4 ±4.6。

2.2.2 但在比較兩組在吸入 CO2后rCBF增加率(%)時，AD組僅在雙側額葉皮質較對照組有顯著性下降:右側 27.7 ±4.1 vs 34.7 ±4.0，左側26.8 ±4.0 vs 33.1 ±4.2(見表 1)。

表1 各興趣區(ROIs)靜息狀態下rCBF值以及吸入CO2后rCBF增加率(ΔrCBF)

3 討論

阿爾茨海默病是一種在世界范圍內發病率快速增長的疾病，其發病機制中有多個系統、途徑及分子機制參與其中并相互作用，如異常的蛋白加工、信號傳導、激活的免疫系統、脂質的轉運、內皮的吞噬、凋亡、氧化損害及氧化應激、tau蛋白、神經元及突觸的丟失、能量代謝異常等［5］。近年來，AD的血管因素越來越受到人們的關注，不僅表現在AD具有血管危險因素如高血壓、糖尿病、動脈粥樣硬化、高半胱氨酸血癥等，甚至如胰島素抵抗、肥胖、腦外傷也能增加罹患 AD 的風險［6，7］。Allen J最近提出的 AD微卒中學說(Micron Stroke Hypothesis)是AD病因學研究上的全新探索，微卒中學說首先定義的血管直徑在8～30μm，此直徑造成的卒中灶傳統影像學往往不能發現。Allen J列舉了AD歷史上的各種學說，從1990年的自由基學說到1998年的淀粉樣蛋白學說再到2004年的線粒體聯級學說，發現微卒中學說可以最大程度地解釋融合上述各種學說的核心要件。微卒中學說總結了AD的發生包含首要因素和次要因素，這些因素包括腦基礎狀態、心房纖顫、高凝狀態、低密度脂蛋白、頸動脈狹窄、吸煙、高血壓、糖尿病、炎性反應(高C反應蛋白及抗凝血因子Ⅲ)等，加強處理這些危險因素甚至可以在神經影像和神經心理測量出現異常前預測發生AD發生概率［8］。有學者提出AD血管性假說的兩條基本路徑。腦微循環障礙作為兩條路徑的共同始動因素，一個方向為微循環障礙致血腦屏障功能下降，致毒性物質聚集以及清除Aβ能力下降所致的Aβ沉積;另一個方向為微循環障礙導致APP表達及合成增加最終致Aβ沉積，同時微循環障礙所致的腦低灌注致p-tau增加，兩條路徑的結果最終影響認知功能［9］。

根據上述研究現狀，我們推測AD存在血流動力學改變，首次應用ASL-MRI技術定量測定AD各腦區rCBF值。結果表明，較正常對照組，AD患者存在廣泛的皮質及皮質下區域(雙側額、顳、頂葉)的rCBF下降。已有的有關AD腦血流量的研究較少，但基本支持AD患者存在不同區域、不同程度的腦血流量下降。較早的研究已發現在海馬、扣帶回后部灰質、顳葉皮層在臨床早期即表現出CBF的下降，隨著癥狀的加重，雙側額葉也受累及［10］。較近的一個縱向研究則進一步提示在左側顳葉、扣帶回后部、雙側額葉出現CBF下降的AD患者，將會有更快的認知下降病程、進一步更惡化的腦局部血流量紊亂病理生理過程［11］。有趣的是，如果將CBF的下降與臨床特征關聯起來看，可能會有更多的發現，比如那些表現為異常運動行為(aberrant motor behaviour，AMB)的AD患者，特征性地表現雙側額葉CBF 的下降［12］。

CVR是指腦動脈對血管活性物質慢性刺激的代償性反應，包括血管的收縮舒張、口徑改變而影響血流動力學，此功能對維持腦循環血量的穩定性至關重要。CVR功能損害會導致腦血管疾病，使卒中的風險增加。導致CVR損害的危險因素包括糖尿病、高血壓、抑郁等。測定CVR是評價腦血管功能、腦血管病風險和預后的重要指標。臨床上使用吸入CO2或注射乙酰唑胺(acetazolamide，ATZ)作為刺激源，應用 TCD、PCT、PMRI、Blood-Oxygenation-Level-Dependent(BOLD)-fMRI等技術來測定腦血流變化，從而反映 CVR 是否受損［13，14］。經典使用的TCD技術僅能作為反映腦血流量變化的間接指標，近年已逐步被ASL、BOLD等功能核磁所取代。本研究應用CO2作為刺激物，通過ASL測定吸入CO2前后rCBF的變化評估反應腦血管反應能力，結果發現，相對廣泛的rCBF下降，AD患者僅在雙側額葉皮質存在明顯的CVR損害。

目前有關AD患者CVR變化的研究更少見，僅Uma S應用BOLD技術的研究比較了AD患者與正常對照各腦區VCR的變化，結果發現，在前腦(包括額葉、扣帶回前部、島葉皮質)出現了明顯的CVR下降，而且CVR受損的區域與CBF下降的區域(更明顯的是在顳葉和頂葉)在空間分布上并不一致，原因作者并未作更多的解釋，不過，他贊同如下觀點:CBF的下降更多反映的是組織代謝的紊亂，而CVR更能反映血管的健康狀態［15］。我們的結果與此研究結果類似，均突出了AD在前腦區域CVR能力的明顯下降。同時我們推測，雙側額葉皮質無論是rCBF還是CVR的下降均可能是作為AD發生發展的前期因素而非腦萎縮后對能量代謝需求下降的結果，這也與Norbert Schuff的研究結果印證，他發現rCBF的下降與腦體積(萎縮程度)并不成相關性［16］。

4 結論

AD腦存在廣泛的皮質及皮質下區域的局部腦血流量下降，同時，特征性地在前腦特別是額葉皮質表現為腦血管反應能力的下降，這可能是繼腦脊液查淀粉樣蛋白-β(Aβ)、載脂蛋白E基因測定等之后在AD臨床診斷上又一可行的、可供參考的客觀指標。

［1］Anouk GW，van Norden，Ewoud J，et al.Dementia:Alzheimer pathology and vascular factors:from mutually exclusive to interaction［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2012，1822(3):340-349.

［2］Alzheimer’s Association.Alzheimer’s Association Report:2012 Alzheimer’s disease facts and figures［J］.Alzheimer’s and Dementia，2012，8(2):131-168.

［3］Koziak AM，Winter J，Lee TY，et al.Validation study of a pulsed arterial spinl a beling technique by comparison to perfusion computed to mography［J］.Magn Reson Imaging，2008，26(4):543-553 .

［4］Blacker D，Albert MS，Bassett SS，et al.Reliability and validity of NINCDS-ADRDA criteria for Alzheimer’s disease.The National Institute of Mental Health Genetics Initiative［J］.Arch Neurol，1994，51(12):1198-1204.

［5］Harald Hampel，David Prvulovi C，Stefan Teipel，et al.The future of Alzheimer’s disease:The next 10 years［J］.Progress in Neurobiology，2011，95(4):718-728.

［6］Sivanandam TM，Thakur MK.Traumatic brain injury:A risk factor for Alzheimer’s disease［J］.Neuroscience and Biobehavioral Reviews，2012，36(5):1376-1381.

［7］Bosco D，Fava A，Plastino M，et al.Possible implications of insulin resistance and glucose metabolism in Alzheimer’s disease pathogenesis［J］.J Cell Mol，2011，15(9):1807-1821.

［8］Allen J，Orehek.The micron stroke hypothesis of Alzheimer’s disease and dementia［J］.Medical Hypotheses，2012，78(5):562-570.

［9］Berislav V，Zlokovi C.Neurovascular pathways to neurodegeneration in Alzheimer’s disease and other disorders［J］.Nature Reviews Neuroscience，2011，12(12):723-738.

［10］Matsuda H，Kitayama N，Ohnishi T，et al.Longitudinal evaluation of both morphologic and functional changes in the same individuals with Alzheimer’s disease［J］.J Nucl Med，2002，43(3):304-311.

［11］Haruo Hanyu，Tomohiko Sato，Kentaro Hirao，et al.The progression of cognitive deterioration and regional cerebral blood flow patterns in Alzheimer’s disease:A longitudinal SPECT study［J］.J Neurological Sciences，2010，290(1):96-101.

［12］Thomas J，Reilly R，Roger T，et al.Regional cerebral blood flow and aberant motor behaviour in Alzheimer’s disease［J］.Behavioural Brain Research，2011，222(2):375-379.

［13］Schwertfeger N，Neu P，Schlattmann P，et al.Cerebrovascular reactivity over time course in healthy subjects［J］.J Neurological Sciences，2006，249(2):135-139.

［14］Emmanuel Carrera，Leslie K，Lee SG，et al.Cerebrovascular reactivity and cerebral autoregulation in normal subjects［J］.J Neurological Sciences，2009，285(1):191-194.

［15］Uma S，Yezhuvath JU，Yamei C，et al.Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer’s disease［J］.Neurobiology of Aging，2012，33(1):75-82.

［16］Norbert Schuff，Shinji M，Joseph K，et al.Cerebral blood flow in ischemic vascular dementia and Alzheimer’s disease，measured by arterial spin-labeling magnetic resonance imaging［J］.Alzheimer’s and Dementia，2009，5(6):454-462.