顳葉癲癇患者前額葉背外側的定量質子磁共振波譜研究

譚喬月，孫懷強，郝南亞，楊喜彪，王維娜，龔啟勇，月強

?

顳葉癲癇患者前額葉背外側的定量質子磁共振波譜研究

譚喬月，孫懷強，郝南亞，楊喜彪，王維娜，龔啟勇，月強

【推薦理由】 該文用磁共振波譜（MRS）研究了顳葉癲癇患者雙側前額葉背外側區（DLPFC）的神經生化改變，并對各代謝物的生理意義及其在顳葉癲癇發病機制中的可能作用進行了初步的探討，得到了很有價值的結論。文章具有以下特點：①研究具有創新性。既往已有不少研究表明顳葉癲癇患者在顳葉外的其他區域存在著廣泛的神經生化改變，但是國內外目前尚無使用MRS研究TLE患者額葉DLPFC區神經生化的報道，而該研究彌補了這一學術空白。②實驗方法科學可靠。研究采用3.0T高場強磁共振儀進行掃描，并采用LCModel軟件進行后處理。后者是國際上公認的MRS后處理金標準，但目前國內配置LCModel的研究機構很少。該研究采用LCModel計算各代謝物的絕對濃度，這較既往普遍使用的代謝物/肌酸比值更加科學可靠，研究發現顳葉癲癇患者額葉肌酸水平發生了異常改變，也說明了采用這種方法的合理性。③論文書寫規范，條理清晰，邏輯嚴密，表述準確，具有較高的可讀性。基于以上理由，本人認為這是一篇較高質量的學術論文，對進一步闡明額葉癲癇的發病機制具有重要價值，特此推薦發表。

（成都，四川大學華西醫院磁共振研究中心 龔啟勇）

【摘要】目的：利用氫質子磁共振波譜（1H-MRS）研究顳葉癲癇（TLE）患者前額葉背外側區（DLPFC）的生化改變，探討額葉在TLE發病代謝機制中的作用。方法：納入TLE患者（TLE組）及健康志愿者（健康對照組）各20例。根據24h視頻腦電圖（VEEG）所提示致癇灶所在部位將TLE組分為左側TLE亞組及右側TLE亞組。利用單體素1H-MRS點分辨波譜序列（PRESS）進行掃描，并采用LCModel軟件進行后處理，獲取所有被試者雙側DLPFC區氮乙酰天門冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、膽堿（Cho）、肌醇（Ins）及谷氨酸/谷氨酰胺復合物（Glx）的絕對濃度。然后分別對比健康對照組及TLE患者左側DLPFC區與右側DLPFC區、健康對照組與TLE患者同側DLPFC區之間各代謝物濃度的差異。結果：健康對照組左右側DLPFC區NAA濃度分別為（7.24±0.57）mmol/L、（6.76±0.87）mmol/L，左側NAA濃度顯著高于右側（P=0.024）；而TLE患者上述NAA不對稱性消失，左右側NAA濃度分別為（6.58±0.56）mmol/L、（6.31±0.62）mmol/L（P=0.092）。與健康對照相比，TLE患者左側DLPFC區NAA、Cr及Ins濃度顯著降低（P=0.000、0.014、0.025），右側DLPFC區僅Ins濃度顯著降低（P=0.013），而Cho、Glx濃度在左右側DLPFC區均無顯著改變。分層分析進一步揭示左側TLE亞組的左側DLPFC區NAA、Cr及Ins濃度較對照組顯著降低（P=0.001、0.047、0.007），右側DLPFC區Ins濃度較對照組顯著降低（P=0.002）；而右側TLE組僅有左側DLPFC區NAA濃度顯著降低（P=0.037）。結論：顳葉癲癇患者的額葉也存在生化代謝異常，且以左側額葉改變為主，說明額葉在TLE發病的代謝機制中可能起著重要作用。

【關鍵詞】癲癇，顳葉；磁共振波譜分析；前額葉背外側；氮乙酰天門冬氨酸

顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）是臨床最常見的局灶性癲癇，也是藥物難治性癲癇中最常見類型之一。既往關于TLE的研究，多數集中在對顳葉結構、功能及代謝改變的探討上。但人腦作為一個整體，不同腦葉和腦功能區之間存在緊密聯系。TLE患者結構、功能與代謝的改變不僅會累及顳葉，也可能會累及顳葉以外的其他結構。以往有研究表明，TLE患者在顳葉外的其他區域的確存在著結構、功能及代謝改變［1-2］。其中，額葉作為高級神經活動的整合中樞，在TLE發病機制中的作用尚未闡明，目前報道額葉代謝改變的研究也非常少。氫質子磁共振波譜（proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS）是一種能夠無創性檢測活體組織器官生化代謝情況的輔助診斷技術，可檢測癲癇患者腦內各種代謝物的改變情況，間接反映與癲癇相關的各種病理改變，如神經元缺失、膠質增生等。以往研究發現在TLE患者中存在著雙側前額葉背外側區（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的體積萎縮［3］及糖代謝減低［4］，說明DLPFC區可能是TLE的靶區之一。因此，本研究利用單體素1H-MRS研究TLE患者DLPFC區生化代謝情況，探討額葉在TLE發病機制中的作用。

材料與方法

1.研究對象

TLE組：搜集2013-2015年來本院神經內科治療的顳葉癲癇患者。納入標準：①臨床發作癥狀及發作期/間期EEG強烈提示顳葉源性的癲癇；②頭顱影像學檢查未發現腫瘤、血管畸形等器質性病變。排除標準：①合并其它神經-精神系統疾病及嚴重軀體疾病；②藥物濫用者（需除外抗癲癇藥）。共收集病例20例，其中男9例，女11例，年齡12～46歲，平均27歲，平均發作病程8年（1～27年）。根據24h視頻腦電圖提示的致癇灶所在部位將TLE組分為左側TLE亞組（致癇灶在左側，12例）及右側TLE亞組（致癇灶在右側，8例），見圖1。

健康對照組：選擇與上述TLE患者年齡、性別及受教育程度大致匹配的20例健康志愿者作為對照組，其中男8例，女12例，年齡22～46歲，平均27歲。所有入組患者及正常對照組均為右利手。

2.MRI檢查方法

采用Siemens Trio Tim 3.0T超導MR掃描儀，頭部32通道相控陣線圈。定位像之后，先行矢狀面高分辨薄層T1WI掃描（MPRAGE序列，TR 2250 ms，TE 2.6 ms，視野256 mm×256 mm，掃描層數192，層厚1 mm，掃描時間5 min 43 s），并重建出冠狀面、橫軸面1 mm薄層圖像。以此3D T1WI圖像為基礎，進行1H-MRS興趣區（region of interest，ROI）的三維定位，ROI置于雙側DLPFC區，典型大小為2 cm× 4 cm×1.5 cm，盡量包全灰質而避開白質，同時避免鄰近大腦凸面的腦脊液和頭皮脂肪沾染（圖2）。1H-MRS掃描采用單體素點分辨波譜（point-resolved spectroscopy，PRESS）序列（TR 2000 ms，TE 30 ms，帶寬1200 Hz）掃描兩次，第一次開啟水抑制以采集代謝物信號，重復128次，第二次關閉水抑制以采集組織水信號，重復16次，掃描時間合計10 min 8 s。

3.波譜數據后處理

波譜采集所得原始數據導出為rda文件，然后通過LCModel軟件進行后處理，包括以不抑水的序列為參照進行渦流校正、組織水標定，最后自動進行曲線擬合并計算代謝物的絕對濃度，同時提供每種代謝物的擬合誤差。納入統計分析的數據應滿足以下標準：①波譜的信噪比（signalnoiseratio，SNR）≥15；②波譜的半高寬（FWHM）≤0.08 ppm；③代謝物的擬合誤差＜15%。本研究分析的代謝物包括氮-乙酰天門冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA），膽堿（choline，Cho）、肌酸/磷酸肌酸（creatine，Cr）、谷氨酸/谷氨酰胺復合物（glutamate/glutamine，Glx）及肌醇（myo-inositol，Ins）。

4.統計學處理

采用SPSS 19.0對數據進行統計學分析。對比分析主要包括：①健康對照及TLE患者左側與右側DLPFC區之間各代謝物濃度的對比（表1）；②健康對照與TLE患者之間同側DLPFC區之間各代謝物濃度的對比（表2）。組間對比分析前，先行數據分布的正態性檢驗，對于符合正態性分布者，采用參數檢驗（獨立樣本t檢驗），對于不符合正態性分布者則采用非參數檢驗（Mann-Whitney U檢驗）。健康對照及TLE患者左側與右側DLPFC區之間各代謝物濃度對比則選用配對樣本t檢驗。描述性統計量用均數±標準差表示。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

本研究中的波譜數據具有良好的質量，平均SNR 為26，平均FWHM為0.04 ppm。代謝物的擬合極佳，平均擬合誤差為NAA 3%，Cr 2%，Cho 3%，Ins 4%，Glx 5%。

在健康對照中，左右側DLPFC區的代謝物濃度并不完全對稱，左右側NAA濃度分別為（7.24± 0.57）mmol/L、（6.76±0.87）mmol/l，左側NAA濃度顯著高于右側（P=0.024），而其他代謝物在左右兩側差異無統計學意義（P＞0.05）。在TLE患者中，左右側DLPFC區的NAA濃度相對于正常人均有下降，但左側下降更為明顯，左右側NAA濃度分別為（6.58±0.56）mmol/L、（6.31±0.62）mmol/l，差異無統計學意義（P=0.092），其他代謝物濃度差異也無統計學意義（P＞0.05）。由此表明，在健康對照組中存在的左右側DLPFC區NAA水平不對稱性在TLE患者中消失（表1）。

與健康對照組相比，TLE患者雙側DLPFC區生化代謝均發生改變，且以左側改變為主，表現為左側DLPFC區NAA、Cr與Ins濃度顯著降低（P=0.000、0.014、0.025）；右側變化趨勢與左側一致，但僅Ins差異有統計學意義（P=0.013），NAA與Cr差異均無統計學意義（P=0.07、0.062，表2）。

分層分析發現，與對照組相比，左側TLE亞組的左側DLPFC區NAA、Cr、Ins濃度均顯著降低（P=0.001、0.047、0.007），右側DLPFC區Ins濃度顯著降低（P=0.002）；右側TLE亞組右側DLPFC區各代謝物濃度與對照組相比差異均無統計學意義（P＞0.05），而左側DLPFC區NAA含量較對照組顯著降低（P=0.037，表2）。

表1　健康對照與TLE患者DLPFC區代謝物濃度（mmol/L）：左側vs右側

表2　健康對照與TLE患者DLPFC區代謝物濃度（mmol/L）：健康對照vs TLE患者

討 論

本研究發現TLE患者雙側額葉DLPFC區的NAA、Cr和Ins較正常對照組同側DLPFC區降低，其中部分指標（左側NAA、Cr、Ins及右側Ins）差異有統計學意義。這證明了筆者的假設，即TLE患者的代謝異常并不局限于顳葉，也會影響到其他腦葉和腦功能區。既往關于TLE的全腦1H-MRS研究也佐證了這一觀點：Capizzano等［5］發現TLE患者致癇側及對側大腦半球NAA含量均較正常對照組雙側大腦半球NAA含量的平均值降低，Vermathen等［6］發現TLE患者除海馬外的全腦其他區域NAA/（Cr+Cho）平均值較正常對照降低；但他們的研究都未能闡明具體是哪一個腦葉或腦功能區存在代謝異常。TLE患者額葉生化代謝改變與既往報道的顳葉生化代謝改變相比，既有相似之處，也有不同之處。相同之處在于，NAA水平無論在額葉還是顳葉［7］，均呈現下降趨勢。不同之處在于，既往研究發現TLE患者的顳葉Cho水平增高［8］，并認為Cr在各種病理狀態下能保持相對恒定［9］，而本研究中并未發現額葉Cho的異常改變，但左側額葉Cr減低。TLE患者顳葉Ins、Glx水平的變化趨勢爭議較大，升高、降低及無顯著性改變在以往研究中均有報道［10-11］。

本研究發現正常對照左側DLPFC區NAA水平顯著高于右側。類似結果在以往研究中亦有報道，并認為這與多數人的優勢半球為左側大腦半球有關［12］。有意思的是，TLE患者DLPFC區的代謝異常也主要集中在左側（左側NAA、Cr、Ins均顯著下降，而右側只有Ins顯著下降），其中左側NAA水平下降最為明顯，并導致在正常對照中存在的NAA水平左右側不對稱性在TLE患者中消失（表1）。分層分析揭示了代謝異常以左側為主的原因：TLE患者左側DLPFC區的NAA、Cr、Ins異常主要是由左側TLE亞組貢獻的，右側DLPFC區Ins異常，同樣是由左側TLE亞組貢獻的；右側TLE亞組對左側DLPFC區的NAA降低也有貢獻，卻對右側DLPFC區代謝異常沒有貢獻（表2）。這種代謝異常的左側化傾向表明左側額葉在顳葉癲癇發病的代謝機制中可能起著更為主要的作用。左側TLE亞組和右側TLE亞組都可以出現左側而非右側額葉NAA的顯著下降，表明無論致癇灶位于哪一側，左側DLPFC區可能都是TLE的主要病變靶區之一。考慮到右側DLPFC區的NAA、Cr變化趨勢與左側一致，雖未達到顯著性水平，筆者不能完全排除右側額葉也受到癲癇影響的可能性，只是其受影響的程度可能遠不如左側額葉明顯。

NAA只存在于神經元內，是神經元的特異性標記。本研究發現NAA的降低，提示神經元的功能受損或數目減少［13］。TLE患者額、顳葉NAA水平均降低，說明神經元的結構和功能異常在TLE的發病機制中扮演著核心角色。Ins是第二信使的中間產物，也常被視為神經膠質細胞的標記物，在膠質增生和低級別膠質瘤中可以見到Ins的增高。本研究中所發現的DLPFC區Ins降低與Wellard等［14］的研究結果一致，但略有不同的是，Wellard等的研究只分析了右側額葉，而本研究分析了雙側額葉。TLE患者Ins下降，說明在其發病機制中神經膠質細胞的異常也可能起著一定作用。既往研究多假定Cr水平恒定不變，并以代謝物與Cr比值的變化來說明代謝物本身的變化，比如NAA/Cr降低，即被解讀為NAA水平的降低。本研究發現TLE患者的Cr絕對濃度發生了異常改變，那么NAA/Cr的異常，也有可能是由Cr的變化所導致的。這說明采用代謝物/Cr比值研究TLE的生化代謝改變是存在局限性的。1H-MRS研究中所指的Cr包括肌酸和磷酸肌酸。后者作為高能磷酸化合物，在能量代謝中起著重要作用。因此TEL患者Cr降低是能量代謝受損的證據。Cho是反應細胞密度和增殖狀態的指標，Cho升高往往提示增生性病變（炎性或腫瘤性病變）。本研究未發現額葉Cho增高，表明額葉細胞水平的異常可能還是以功能異常為主。Glx中的谷氨酸是興奮性神經遞質，Glx未發生變化表明興奮性神經遞質的異常可能不是TLE發病的病因。

綜上所述，顳葉癲癇患者的確存在額葉代謝異常，且以左側額葉為主。額葉代謝異常與既往報道的顳葉代謝異常既有相似之處，也有不同之處。代謝物水平的異常改變，提示神經元和神經膠質細胞都與TLE的發病有關，而能量代謝異常可能是發病機制中的重要一環。

本研究相對于既往TLE研究的主要進步在于，一方面首次對額葉重要腦功能區（DLPFC區）的生化代謝進行了探討并闡明了其異常改變；另一方面采用了國際通用的LCModel軟件計算代謝物絕對濃度，從而避免了用代謝物比值作為評價指標可能帶來的偏倚。本研究不足之處在于，一方面納入患者例數偏少可能導致檢驗效能不足；另一方面限于掃描時間，未能同時對顳葉的生化代謝進行研究，因而對額、顳葉代謝改變的異同之處缺乏自身對照。

參考文獻：

［1］Wang J，Qiu S，Xu Y，et al.Graph theoretical analysis reveals disrupted topological properties of whole brain functional networks in temporal lobe epilepsy［J］.Clin Neurophysiol，2014，125（9）：1744-1756.

［2］Li J，Zhang Z，Shang H.A meta-analysis of voxel-based morphometry studies on unilateral refractory temporal lobe epilepsy［J］.Epilepsy Res，2012，98（2-3）：97-103.

［3］Keller SS，Baker G，Downes JJ，et al.Quantitative MRI of the prefrontal cortex and executive function in patients with temporal lobe epilepsy［J］.Epilepsy Behav，2009，15（2）：186-195.

［4］Takaya S，Hanakawa T，Hashikawa K，et al.Prefrontal hypofunction in patients with intractable mesial temporal lobe epilepsy［J］.Neurology，2006，67（9）：1674-1676.

［5］Capizzano AA，Vermathen P，Laxer KD，et al.Multisection proton MR spectroscopy for mesial temporal lobe epilepsy［J］.AJNR，2002，23（8）：1359-1368.

［6］Vermathen P，Laxer KD，Schuff N，et al.Evidence of neuronal injury outside the medial temporal lobe in temporal lobe epilepsy：N-acetylaspartate concentration reductions detected with multisection proton MR spectroscopic imaging——initial experience［J］.Radiology，2003，226（1）：195-202.

［7］Xu MY，Ergene E，Zagardo M，et al.Proton MR spectroscopy in patients with structural MRI-negative temporal lobe epilepsy［J］.J Neuroimaging，2015，25（6）：1030-1037.

［8］Kuzniecky R，Hugg JW，Hetherington H，et al.Relative utility of1H spectroscopic imaging and hippocampal volumetry in the lateralization of mesial temporal lobe epilepsy［J］.Neurology，1998，51 （1）：66-71.

［9］Li LM，Dubeau F，Andermann F，et al.Proton magnetic resonance spectroscopic imaging studies in patients with newly diagnosed partial epilepsy［J］.Epilepsia，2000，41（7）：825-831.

［10］Riederer F，Bittsansky M，Schmidt C，et al.1H magnetic resonance spectroscopy at 3T in cryptogenic and mesial temporal lobe epilepsy［J］.NMR Biomed，2006，19（5）：544-553.

［11］Doelken MT，Stefan H，Pauli E，et al.1H-MRS profile in MRI positive-versus MRI negative patients with temporal lobe epilepsy［J］.Seizure，2008，17（6）：490-497.

［12］Amunts K，Schlaug G，Schleicher A，et al.Asymmetry in the human motor cortex and handedness［J］.Neuroimage，1996，4（3 Pt 1）：216-222.

［13］Kuzniecky R，Palmer C，Hugg J，et al.Magnetic resonance spectroscopic imaging in temporal lobe epilepsy：neuronal dysfunction or cell loss［J］.Arch Neurol，2001，58（12）：2048-2053.

［14］Wellard RM，Briellmann RS，Prichard JW，et al.Myoinositol abnormalities in temporal lobe epilepsy［J］.Epilepsia，2003，44（6）：815-821.

·中樞神經影像學·

A quantitative proton magnetic resonance spectroscopy study of dorsolateral prefrontal cortex in patients with temporal lobeep-ilepsy

TAN Qiao-yue，SUN Huai-qiang，HAO Nan-ya，et al.Huaxi MR Research Center（HMRRC），Department of Radiology，West China Hospital of Sichuan University，Chengdu 610041，China

【Abstract】Objective：The purposes of this study were to explore the biochemical changes of bilateral dorsolateral prefrontal cortex（DLPFC）and to discuss the possible role of the frontal lobe in the pathogenesis in patients with temporal lobe epilepsy（TLE）by using proton magnetic resonance spectroscopy（1H-MRS）.Methods：We performed single-voxel1HMRS with a standard point-resolved spectroscopy（PRESS，TR 2000ms，TE 30ms）sequence over the bilateral dorsolateral prefrontal cortex of 20 consecutive TLE patients and 20 healthy volunteers.Patients were classified into two TLE subgroups of left-sided and right-sided according to the localizations of epileptogenic foci revealed by 24 hours video electroencephalography（VEEG）.Raw data were processed using LCModel.Absolute concentrations of N-acetyl aspartate（NAA），creatine （Cr），choline（Cho），myo-inositol（Ins）and glutamate-glutamine（Glx）were calculated and compared between rightbook=210,ebook=23DLPFC and left DLPFC in both TLE patients and healthy controls，and between TLE patients and healthy controls in ipsilateral DLPFC.Results：The asymmetry of NAA level between right and left DLPFC was observed in healthy controls：NAA level of the left DLPFC was significantly higher than that of the right（left 7.24±0.57mmol/L，right 6.76±0.87mmol/L，P=0.024）.Whereas in TLE patients such asymmetry disappeared（left 6.58±0.56mmol/L，right 6.31±0.62mmol/L，P=0.092）.The concentration of NAA（P=0.000），Cr（P=0.014）and Ins（P=0.025）in left DLPFC and the concentration of Ins（P=0.013）in right DLPFC was significantly reduced in TLE patients compared with that in healthy controls.However，no significant change of Cho and Glx level was observed in either right or left DLPFC.Further stratification analysis revealed that NAA（P=0.001）and Cr（P=0.047）concentration in left DLPFC and Ins（left P=0.007，right P= 0.002）concentration in bilateral DLPFCs of the left TLE subgroup was significantly reduced compared with controls.However，no significant changes were found between the right TLE subgroup and the control group except for a significant reduction of NAA（P=0.037）in left DLPFC.Conclusion：Significant metabolic changes can be also observed in the frontal lobes of TLE patients with left-sided predominance，which suggests that the frontal lobe might also play an important role in the pathogenesis of TLE.

【Key words】Epilepsy，temporal lobe；Magnetic resonance spectroscopy；Dorsolateral prefrontal cortex；N-acetyl aspartate

收稿日期：（2015-11-17）

基金項目：國家自然科學基金面上項目（81371528）

通訊作者：月強，E-mail：qiangmoon@126.com

作者簡介：譚喬月（1990-），女，重慶墊江人，碩士研究生，主要從事神經影像學診斷及磁共振波譜分析。

DOI：10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.03.004

【中圖分類號】R445.2；R742.1

【文獻標識碼】A

【文章編號】1000-0313（2016）03-0209-06

作者單位：610041 成都，四川大學華西醫院放射科磁共振研究中心（譚喬月、孫懷強、楊喜彪、王維娜、龔啟勇、月強）；610041 成都，四川大學華西醫院神經內科（郝南亞）