青少年肌陣攣癲癇丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的磁共振波譜研究進展

曹莉培，王正閣，張 冰*

(1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210008)

青少年肌陣攣癲癇丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的磁共振波譜研究進展

曹莉培1,2，王正閣2，張 冰2*

(1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210008)

青少年肌陣攣癲癇是一種特發(fā)性全面性癲癇綜合征，對其診斷主要依靠病史、臨床癥狀和腦電圖，常規(guī)影像學(xué)檢查未見腦內(nèi)器質(zhì)性病變。MRS可無創(chuàng)地定量測定腦內(nèi)神經(jīng)代謝物濃度，評估患者大腦代謝改變。目前，丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)功能障礙是本病的研究熱點，該網(wǎng)絡(luò)中存在神經(jīng)代謝物濃度改變以及神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸和γ-氨基丁酸代謝失衡。而癲癇的發(fā)病與腦內(nèi)興奮性和抑制性氨基酸的比例失衡有關(guān)，且癲癇發(fā)作可引起神經(jīng)元損傷，導(dǎo)致神經(jīng)元相關(guān)代謝產(chǎn)物濃度改變。本文將物質(zhì)代謝、神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能相結(jié)合，對青少年肌陣攣癲癇患者的磁共振波譜研究進行綜述。

青少年；癲癇，肌陣攣；磁共振波譜成像；丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)

青少年肌陣攣癲癇(juvenile myoclonic epilepsy, JME)是常見的特發(fā)性全面性癲癇(idiopathic generalized epilepsy, IGE)綜合征，發(fā)作特點是肌陣攣、全面強直陣攣性發(fā)作和失神發(fā)作。JME約占所有癲癇的5%～10%，占IGE的18%，發(fā)作高峰年齡為12～18歲[1]。JME的診斷與分類主要依靠病史、臨床癥狀和腦電圖(electroencephalography, EEG)，常規(guī)MRI無器質(zhì)性病變[2]。基于體素的形態(tài)學(xué)分析(voxel-based morphometry, VBM)證實JME患者額葉皮質(zhì)—丘腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變，且皮層下結(jié)構(gòu)變化更明顯[3]，fMRI可發(fā)現(xiàn)JME存在丘腦—運動皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)異常[4]，而MRS則可通過非侵入性檢查定量檢測癲癇患者腦內(nèi)代謝物改變，也可利用MRS定位技術(shù)選擇ROI，將代謝與結(jié)構(gòu)相結(jié)合。用于MRS的原子核有多種，其中以感應(yīng)性和敏感性最高的1H-MRS應(yīng)用較廣泛。本文將物質(zhì)代謝、神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能相結(jié)合，對JME患者的MRS研究進行綜述。

1 1H-MRS檢測癲癇相關(guān)的神經(jīng)代謝物

癲癇發(fā)作是由腦內(nèi)神經(jīng)元突發(fā)超同步放電所致，期間神經(jīng)細胞代謝改變引起腦內(nèi)多種生化物質(zhì)濃度改變。癲癇反復(fù)發(fā)作造成細胞結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙，甚至導(dǎo)致細胞死亡，引起腦內(nèi)物質(zhì)濃度改變。與正常大腦比較，癲癇患者腦中與代謝相關(guān)的N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)、肌酸類(creatine, Cr)、膽堿類化合物(choline, Cho)、肌醇(myo-Inositol, MI)、谷氨酸(glutamate, Glu)和谷氨酰胺(glutamine, Gln)、γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid, GABA)等濃度發(fā)生改變[5]。1H-MRS主要檢測上述物質(zhì)的濃度，根據(jù)其生理功能分為兩類。

1.1 神經(jīng)代謝產(chǎn)物類 NAA僅存在于神經(jīng)元和軸突的線粒體，反映神經(jīng)元數(shù)量，當(dāng)神經(jīng)元受到破壞，NAA濃度降低，可由此評估神經(jīng)元損傷。Cr是肌酸/磷酸肌酸類，為能量代謝中高能磷酸鍵的緩沖儲備物，分布相對穩(wěn)定，其變化反映能量代謝改變，一般作為波譜分析的參照物。Cho是膽堿/磷酸膽堿類，為細胞膜成分之一，反映膠質(zhì)細胞數(shù)量。MI是細胞膜特有成分，參與細胞內(nèi)第二信使通路，可調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞興奮性，其濃度受癲癇發(fā)作和膠質(zhì)細胞增生影響。在癲癇組織中，Cho、Cr及MI升高，提示膠質(zhì)細胞增生和代謝增高，丙戊酸鹽可使細胞內(nèi)MI濃度下降約10%，但對Cho和Cr無明顯影響[6]。

1.2 神經(jīng)遞質(zhì)類 包括Glu、Gln和GABA，其中Glu、Gln合稱為Glx，為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，GABA為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。Glx與GABA的代謝相互關(guān)聯(lián)，均發(fā)生在“神經(jīng)膠質(zhì)細胞—神經(jīng)元單位”(glial-neuronal unit, GNU)。Glu與Gln在GNU間形成Glu—Gln循環(huán)，神經(jīng)膠質(zhì)細胞特異性合成的谷氨酰胺合成酶將Glu轉(zhuǎn)化為Gln，從而清除突觸間隙的Glu，神經(jīng)元內(nèi)的谷氨酰胺酶將Gln轉(zhuǎn)化為Glu。Glu是GABA的前體，通過谷氨酸脫羧酶合成GABA。突觸間隙的GABA清除是通過神經(jīng)元再攝取，重新生成GABA神經(jīng)遞質(zhì)，或通過GABA轉(zhuǎn)氨酶生成琥珀酸參與線粒體的三羧酸循環(huán)[5]。

GABA在癲癇發(fā)作中具有重要作用，但常規(guī)MRS難以將其檢出，因GABA信號在2.0 ppm、3.0 ppm和2.3 ppm處分別與NAA、Cr和Glx的信號重疊，而GABA在人腦中含量較后三者低，其信號淹沒于較高濃度物質(zhì)的信號中，另外，GABA不同C原子上的H質(zhì)子間存在耦合作用，導(dǎo)致3.0 ppm與1.9 ppm的信號耦合，常規(guī)MRS對其無法檢出[7]。利用GABA質(zhì)子信號耦合的特性并結(jié)合差譜的思想設(shè)計的MEGA-PRESS序列，分別對1.9 ppm和3.0 ppm的脈沖進行編輯，可將GABA信號從較強的疊加信號中分離[7-8]。目前MEGA-PRESS序列已成為檢測GABA的標準方法，推進了腦內(nèi)GABA變化與疾病關(guān)系的研究。

癲癇的特征是神經(jīng)興奮性異常增高，其發(fā)作與Glx和GABA失衡密切相關(guān)。癲癇發(fā)作間期，發(fā)作部位的Glx低于對側(cè)，而在發(fā)作期則高于對側(cè)[9]。復(fù)雜部分癲癇患者發(fā)作前致癇海馬細胞外GABA濃度較低，Glu濃度較高并持續(xù)升高達潛在的神經(jīng)毒性濃度直至發(fā)作，由此推測細胞外Glu升高可導(dǎo)致癲癇發(fā)作[10]。細胞興奮毒性破壞GNU的相互作用，也可使GABA濃度降低，導(dǎo)致癲癇發(fā)作[5]。另外，反復(fù)持續(xù)癲癇發(fā)作使GABA受體被抑制，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞Glu受體過度激活和攝取轉(zhuǎn)運蛋白表達改變，導(dǎo)致對神經(jīng)元抑制減弱，進而導(dǎo)致癲癇[11]。近期研究[12]表明JME患者大腦的GABA水平較低，即使癲癇發(fā)作控制良好，其大腦GABA水平仍低于健康人。Glx升高和GABA降低導(dǎo)致大腦的興奮與抑制失衡，引起癲癇發(fā)作，而后者又導(dǎo)致Glx和GABA濃度改變，形成惡性循環(huán)。

2 JME相關(guān)主要病變部位的神經(jīng)代謝物改變規(guī)律

Zhang等[13]根據(jù)物質(zhì)分類對JME的MRS結(jié)果進行Meta分析發(fā)現(xiàn)，JME的主要受累腦區(qū)為丘腦、額葉、枕葉、后扣帶回、紋狀體和島葉等，其中以丘腦與額葉皮質(zhì)代謝物濃度改變的聯(lián)系最密切。目前各腦區(qū)在丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的作用仍存在爭議，后文將以該網(wǎng)絡(luò)的受累腦區(qū)為線索對JME的MRS結(jié)果及與該腦區(qū)相關(guān)的結(jié)構(gòu)與功能改變進行分析，闡述癲癇可能的起源與擴散機制。

2.1 丘腦 VBM分析發(fā)現(xiàn)JME患者雙側(cè)丘腦灰質(zhì)減少[14]，丘腦前部萎縮[15]，而EEG-fMRI發(fā)現(xiàn)不同核團參與癲癇樣放電的起源、早期傳播及維持的不同過程[16]，其中丘腦是丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

對MRS的研究[17]發(fā)現(xiàn)JME患者丘腦NAA/Cr比值較正常人顯著下降，即使癥狀控制良好，其雙側(cè)丘腦NAA和NAA/Cr仍低于對照組[18]。全面強直陣攣癲癇(generalized tonic-clonic seizure, GTCS)次數(shù)越多，丘腦NAA水平越低[19]，排除發(fā)作頻率和服藥的影響，丘腦NAA/Cr下降與年齡增長和病程延長相關(guān)，提示JME神經(jīng)功能呈進行性損害[20]。

JME患者丘腦Glx顯著升高，伴NAA或NAA/Cr顯著降低，可能是Glx的興奮毒性引起神經(jīng)元損傷所致[19]。JME患者丘腦GABA濃度降低，優(yōu)勢半球更顯著，提示丘腦GABA能神經(jīng)元損害[21]。而丘腦Glx升高和GABA降低提高了丘腦的興奮性，參與癲癇發(fā)作的過程。Park等[22]利用結(jié)構(gòu)體積進行有效連接分析發(fā)現(xiàn)，JME具有從整個大腦皮層向丘腦的顯著有效連接，而無丘腦向皮質(zhì)的顯著有效連接，因此認為JME是皮質(zhì)起源的病變而非丘腦。因此，丘腦可能是癲癇發(fā)作的早期受損區(qū)域，并參與癇樣放電的傳播。

2.2 額葉 額葉參與人體運動、感覺、認知等復(fù)雜生理過程，是丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的重要部分，其中前內(nèi)側(cè)額葉皮質(zhì)及運動皮質(zhì)在JME中研究較多。Seneviratne等[23]通過對IGE的癥狀學(xué)、EEG、神經(jīng)心理、神經(jīng)病理及神經(jīng)影像學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)，部分EEG及神經(jīng)影像學(xué)研究揭示額葉的全面棘慢波放電在時間上先于丘腦，且JME的神經(jīng)心理學(xué)表現(xiàn)為額葉功能受損，推測額葉可能是JME的起源部位。

JME患者額葉的NAA和NAA/Cr明顯降低[13]，與GTCS患者表現(xiàn)為丘腦NAA下降顯著不同，提示JME可能具有獨特的解剖結(jié)構(gòu)甚至發(fā)病機制[24]。額葉神經(jīng)遞質(zhì)的變化也有相似結(jié)論，Lin等[20]發(fā)現(xiàn)JME前內(nèi)側(cè)額葉的Glx/Cr顯著下降，Hattigen等[21]發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢半球Gln和GABA顯著升高，且GABA升高與GTCS相關(guān)性更高[25]，推測可能是JME的神經(jīng)遞質(zhì)水平與IGE其他亞型間存在差異，或其丘腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)存在微小結(jié)構(gòu)差異而致局部GABA能神經(jīng)元密度升高，或皮質(zhì)過度興奮局限。也有學(xué)者[26]提出JME為多局灶發(fā)病，是“額葉多區(qū)域—丘腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)”癲癇，而非全面性癲癇綜合征。

運動皮質(zhì)的NAA/Cr降低[13]，優(yōu)勢半球NAA/Cr及雙側(cè)Glx/Cr顯著降低，變化趨勢與丘腦一致[20]，而服用新型抗癲癇藥者優(yōu)勢半球的GABA和Gln可升高[21]。另外，在發(fā)生肌陣攣抽搐時，初級運動區(qū)激活[27]，fMRI發(fā)現(xiàn)輔助運動區(qū)結(jié)構(gòu)連接顯著下降而與枕葉聯(lián)系增高[28]，前運動區(qū)與丘腦間存在聯(lián)系[29]，故運動皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能異常可能是癲癇起源與擴散的機制之一。

2.3 后扣帶回 Lin等[20]發(fā)現(xiàn)JME的后扣帶回雙側(cè)NAA/Cr降低，但無顯著差異，雙側(cè)Glx/Cr降低，優(yōu)勢半球下降顯著，而Zhang等[13]對JME進行Meta分析未發(fā)現(xiàn)后扣帶回Glx/Cr發(fā)生顯著改變。后扣帶回是默認模式網(wǎng)絡(luò)(default mode network, DMN)的重要腦區(qū)，在IGE研究[30]中發(fā)現(xiàn)DMN連接可能促進發(fā)作間期癲癇樣放電，但DMN對JME特異的腦網(wǎng)絡(luò)作用還需進一步研究。

2.4 紋狀體、島葉 紋狀體是椎體外系的重要部分，參與運動的控制和調(diào)節(jié)，且與島葉與額葉、顳葉和頂葉皮層相通，組成邊緣系統(tǒng)。紋狀體內(nèi)含有GABA能神經(jīng)元，右利手的JME患者左側(cè)Glx/Cr顯著升高，雙側(cè)紋狀體、島葉的NAA/Cr和右側(cè)Glx/Cr無顯著改變[20,31]，而紋狀體、島葉又與丘腦毗鄰，可能誘導(dǎo)丘腦過度興奮[13]。Bartolini等[32]通過對光敏感JME的研究，推測光刺激發(fā)作反應(yīng)可能是紋狀體—丘腦皮質(zhì)系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，但采用VBM的大腦深部灰質(zhì)研究[33]并未發(fā)現(xiàn)紋狀體發(fā)生顯著的結(jié)構(gòu)變化。

2.5 枕葉、頂葉 JME枕葉皮質(zhì)未發(fā)現(xiàn)Glx、GABA等發(fā)生顯著改變[23]，而在光敏感JME中發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢半球NAA和Cr升高，NAA升高可能是枕葉代謝增高或NAA代謝異常而沉積造成，Cr升高可能由神經(jīng)元興奮性增高和能量代謝增高引起[34]；另外，JME網(wǎng)絡(luò)的多元回歸分析發(fā)現(xiàn)枕葉與丘腦間存在相關(guān)性[20]。不伴人格障礙的JME患者頂葉NAA/Cr升高，且優(yōu)勢半球顯著，而伴人格障礙者NAA/Cr則降低，可能其腦網(wǎng)絡(luò)損傷更嚴重[31]。頂葉與初級運動區(qū)、楔前葉、中央后回和右側(cè)海馬等節(jié)點連接增強[27]，提示頂葉可能在癲癇傳播過程中發(fā)揮作用。

2.6 海馬 多數(shù)JME的研究未提及海馬，但JME患者海馬存在NAA/Cr改變，尤其是海馬頭部[35]。VBM研究[33]發(fā)現(xiàn)JME疾病持續(xù)時間與左側(cè)海馬體積相關(guān)，而首次發(fā)作年齡則與右側(cè)海馬體積相關(guān)；JME存在海馬萎縮，并出現(xiàn)記憶功能障礙[36]；JME網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中連接增強的部位包括右側(cè)海馬[27]；海馬與同側(cè)丘腦的有效連接顯著[22]，因此海馬可能參與JME的發(fā)病，但還有待進一步研究。

3 小結(jié)與展望

在JME的起源與擴散機制研究中，MRS通過無創(chuàng)檢查獲得神經(jīng)代謝物與神經(jīng)遞質(zhì)的濃度改變，從代謝角度解釋丘腦—皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元損傷及異常神經(jīng)興奮與癲癇發(fā)作的關(guān)系，但結(jié)果尚存在爭議。由于MRS檢查要求患者高度配合，通常只能在發(fā)作間期進行，因此獲得的是代謝改變的結(jié)果，無法同步觀察發(fā)作時的代謝物濃度變化。盡管EEG可同步記錄發(fā)作時的癇樣放電部位，時間分辨率達毫秒級，但1H-MRS的時間分辨率為秒，兩者難以同步，需要更多的研究方法將兩者結(jié)合。另一方面，不同研究出現(xiàn)的部分差異性結(jié)果難以用現(xiàn)有理論解釋，是系統(tǒng)性差異還是存在其他的發(fā)病機制仍需更多研究探討。

在疾病發(fā)展過程中，代謝改變早于功能與結(jié)構(gòu)異常，MRS的優(yōu)勢在于可定量檢測腦內(nèi)代謝物和神經(jīng)遞質(zhì)的濃度，以此定位代謝異常的腦區(qū)，對于疾病早期尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常的腦區(qū)具有提示作用，有望成為提示亞臨床認知改變的敏感技術(shù)[17]，也可用于預(yù)測藥物反應(yīng)[37]，為臨床早期干預(yù)及預(yù)后評估提供參考。另外，對同一個體進行MRS隨訪，可比較藥物對代謝物濃度的影響及個體的藥物療效[38]，對個體化治療具有積極意義。在MRS與EEG的病例對照研究中，MRS表現(xiàn)出對顳葉癲癇病變定位較高的準確率[39]，但是否適用于JME的早期診斷，需進一步探究。

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Progresses of magnetic resonance spectroscopy in thalamo-cortical network of juvenile myoclonic epilepsy

CAOLipei1,2,WANGZhengge2,ZHANGBing2*

(1.MedicalschoolofNanjingUniversity,Nanjing210093,China; 2.DepartmentofRadiology,NanjingDrumTowerHospital,theAffiliatedHospitalofNanjingUniversityMedicalSchool,Nanjing210008,China)

Juvenile myoclonic epilepsy (JME) diagnosed with seizure history, semiology and electroencephalography is a syndrome of idiopathic generalized epilepsy. MRS can quantitatively detect the concentration of neurometabolites noninvasively, and assess the metabolic changes in brain. Currently, studies of pathogenesis of JME are focused on the dysfunction of thalamo-cortical network and the neurometabolites and imbalance of Glutamate and γ-aminobutyric acid in the network are alterted. Epilepsy is associated with the imbalance of the ratio of excitatory and inhibitory amino acid, and seizures lead to neuronal lesions which result in altered concentration of neuron related metabolites. This article reviewed MRS studies of JME by combining material metabolism, neural structure and function.

Juvenile; Epilepsies, myoclonic; Magnetic resonance spectroscopy; Thalamo-cortical network

國家自然科學(xué)基金青年基金(81301198、81300925)、國家自然科學(xué)基金面上項目(81571040)。

曹莉培(1989—)，女，重慶人，在讀碩士。研究方向：癲癇的多模態(tài)功能磁共振研究。E-mail: m15996315779@163.com

張冰，南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，210008。E-mail: zhangbing_nanjing@vip.163.com

2016-07-13

2017-04-24

R742.1; R445.2

A

1003-3289(2017)06-0954-05

10.13929/j.1003-3289.201607060