阿爾茨海默病腦磁共振氨基質子轉移成像與臨床心理量表評分的相關性研究

王蕊，班允清，李春媚，婁寶輝，張晨，陳敏

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是引起癡呆的最常見病因。對AD患者來講，早期診斷、早期治療可有效改善癥狀，延緩病情發展。磁共振在AD的診斷與鑒別診斷中發揮著重要作用，除可通過形態學測量觀察內顳葉結構的萎縮外，還可采用一些如磁化轉移成像、動脈自旋標記成像、波譜成像、磁敏感成像、彌散張量成像、腦功能成像等功能性成像方法來反映AD患者腦細微結構代謝和功能方面的異常改變[1-2]。近來的神經病理學研究顯示AD伴有中樞神經系統異常蛋白的沉積[3]。酰酰質子轉移(amide proton transfer，APT)成像是近年來發展起來的一種全新的磁共振分子成像技術，可探測活體組織內游離的低濃度蛋白及多肽，間接反映細胞內部的生理病理信息[4]，這就使得采用APT成像技術發現AD腦異常成為可能，本研究旨在評測APT成像是否能夠顯示AD患者與正常老年人間腦改變的差異，并探討各腦結構的APT成像值與神經心理量表評分的相關性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究包括20例AD患者和20例正常對照者。AD組：所有患者均來自我院神經內科記憶障礙門診，正常對照者來自同一時期我院鄰近社區的健康老年人。AD組：男8例，女12例；平均年齡(71.2±4.5)歲，所有AD患者均符合精神障礙診斷和統計手冊(第4版)[5]以及美國國立神經疾病語言障礙和卒中研究所-阿爾茨海默病及相關疾病學會(NINCDS-ADRDA)[6]制定的很可能AD的診斷標準。正常對照組(NC)：男9例，女11例；平均年齡(72.7±4.6)歲，無認知功能障礙，無嚴重內科疾病和神經精神疾患。所有受試者均進行了簡易精神狀態量表(mimi-mental state examination，MMSE)和臨床癡呆評定量表(clinical dementia rating，CDR)的評估。2組間年齡、性別、MMSE和CDR評分的比較見表1。參與本研究的所有患者和健康對照者均已簽署知情同意書。

1.2 MR檢查方法

采用Philips 3.0 T Achieva磁共振成像系統和頭部8-通道線圈進行MRI掃描。首先行常規掃描以除外顱腦其他器質性病變，然后再行覆蓋全腦的矢狀位3D高分辨turbo field echo梯度回波T1WI掃描，掃描參數為：TR 7.4 ms，TE 3.0 ms，TI 1049 ms，視野(field of view，FOV) 240 mm×160 mm，矩陣256×256，層厚1.2 mm，無間隔，層數140。最后行APT成像掃描，掃描層面為平行于海馬長軸的斜橫斷位層面，具體掃描參數：TR 3000 ms，TE 7.9 ms，快速自旋回波因子54，飽和時間0.8 s, 飽和率2 μT，位移±3.5 ppm，FOV 230 mm×200 mm，矩陣105×100，層厚5 mm。

1.3 APT圖像后處理

APT的圖像分析采用基于交互式數據語言(interactive data language，IDL)環境的內部開發軟件進行處理。在APT圖上勾畫感興趣區，包括雙側海馬、顳葉白質、枕葉白質和大腦腳，具體勾畫方法見圖1。各腦結構的APT信號強度通過測量酰胺質子的不對稱磁化轉移率(magnetic resonance ratio asymmetry，MTRasym)來獲得。由于在Z譜中酰胺質子的共振峰位于水峰(4.7 ppm)左邊約3.5 ppm的位置，因此酰胺質子的MTRasym，即MTRasym(3.5 ppm)的計算公式如下：MTRasym(3.5 ppm)=MTR (+3.5 ppm)–MTR (–3.5 ppm)=Ssat(–3.5 ppm)/S0–Ssat(+3.5 ppm)/。

1.4 統計學方法

采用SPSS 19.0統計學軟件包進行統計學分析。正常對照者和AD患者各腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值、平均年齡、MMSE和CDR評分均以±s來表示；采用獨立樣本t檢驗比較AD組和對照組間年齡、MMSE和CDR評分以及各腦結構MTRasym(3.5 ppm)值的差異，兩組間性別構成的比較采用χ2檢驗。以年齡和受教育時間為控制變量，采用偏相關分析比較所有受試者各腦結構MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評分的相關性。P＜0.05表示差異具有統計學意義。

圖1 T1WI (A)和APT像(B)均為平行于海馬長軸的斜橫斷面圖像。參考T1WI，在APT像上分別勾畫雙側海馬(紅色)、顳葉白質(棕色)、枕葉白質(藍色)和大腦腳(黃色)的感興趣區Fig. 1 T1WI (A) and APT-weighted image (B) parallel to the long axis of the hippocampus show examples of the definition of the ROI for quantitative analysis. Red: hippocampus.Brown: temporal white matter. Blue: occipital white matter. Yellow: cerebral peduncles.

表1 AD組和正常對照組的年齡、性別、MMSE和CDR評分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

表1 AD組和正常對照組的年齡、性別、MMSE和CDR評分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

注：a除性別采用χ2檢驗外，余指標均采用獨立樣本t檢驗進行兩組間比較

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表2 AD組和正常對照組間各腦結構MTRasym (3.5 ppm)值的比較[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

表2 AD組和正常對照組間各腦結構MTRasym (3.5 ppm)值的比較[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

右側海馬 0.85±0.32 1.43±0.36 5.317 0.000左側海馬 0.84±0.33 1.41±0.32 5.569 0.000右側顳葉白質 0.40±0.17 0.41±0.20 0.147 0.884左側顳葉白質 0.37±0.14 0.43±0.19 1.071 0.291右側枕葉白質 0.32±0.15 0.34±0.18 0.255 0.800左側枕葉白質 0.37±0.17 0.32±0.15 -0.970 0.338右側大腦腳 1.08±0.30 1.13±0.37 0.496 0.623左側大腦腳 1.07±0.34 1.16±0.35 0.844 0.404

表3 所有受試者各腦結構的MTRasym (3.5 ppm)值與MMSE和CDR評分的相關性Tab. 3 The correlation between MTRasym (3.5 ppm) values of bilateral cerebral structures and MMSE, CDR scores in all the subjects

2 結果

2.1 正常對照組和AD患者組各腦結構的APT定量分析

表2顯示：與正常對照組比較，AD患者組的雙側海馬MTRasym(3.5 ppm)值明顯增高，且差異具有統計學意義；與NC組比較，AD組右側海馬的MTRasym(3.5 ppm)增高68%，左側海馬的MTRasym(3.5 ppm)增高66%。不過兩組間其他腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值并無統計學差異(t=-0.970～1.071，P＞0.05)。

2.2 各腦結構的MTRasym (3.5 ppm)值與臨床心理評分的相關性分析

在所有受試者中，雙側海馬的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE評分均呈明顯負相關(右側r=-0.639，P=0.000；左側r=-0.609，P=0.000)；與CDR評分均呈明顯正相關(右側r=0.683，P=0.000；左側r=0.651，P=0.000)而其他腦結構MTRasym(3.5 ppm)值均與MMSE評分及CDR評分無統計學相關性(r=-0.160～0.113，P＞0.05)(表3)。

3 討論

3.1 APT成像的基本原理及其應用

APT成像作為一種全新的MRI技術，利用特定頻率的脈沖來飽和細胞內游離蛋白質和多肽上的酰胺質子，酰胺質子又與自由水質子發生化學交換，通過檢測自由水的信號來間接反映活體細胞內可溶性小分子蛋白質和多肽的濃度[7-8]。其優勢在于：與正電子發射斷層顯像 (positron emission tomography，PET)相比，它無電離輻射，無需注射具有放射活性的外源性對比劑即可間接反映細胞內的代謝變化和生理病理信息；同時它具有良好的空間分辨率，接近常規磁共振圖像，這點明顯優于可以反映活體細胞內代謝變化的磁共振波譜成像。目前中樞神經系統的APT成像研究主要集中于腦腫瘤和中風[4，9-11]，而關于神經退行性疾病的APT研究卻很少。最近Li等[12]一項關于帕金森病(Pakinson's disease，PD)的APT成像研究顯示，與正常對照者比較，PD患者蒼白球、殼核和尾狀核的APT信號顯著增高，作者推測這可能與PD患者神經元細胞內蛋白，如α-突觸核蛋白的異常增加有關。

近來的病理學研究顯示AD患者腦內伴有異常蛋白的沉積，其中一些是位于細胞內的游離小分子蛋白或多肽，如Aβ寡聚體、Tau蛋白、α-突觸核蛋白和TDP-43蛋白等[13-16]。可溶性的Aβ寡聚體可誘導有害的級聯反應，引起神經元的凋亡[13]。AD患者腦內存在三種形式的Tau蛋白：C-Tau、AD P-Tau、PHF-Tau，前兩者是可溶性的[14]。對于伴有Lewy小體的AD患者，Lewy小體內α-突觸核蛋白的沉積是其細胞內主要的病理學改變[15]。這些研究結果提示采用APT成像技術有可能發現AD患者腦內異常蛋白的沉積。

3.2 AD患者APT異常及與臨床心理量表的相關性

通過比較正常對照者和AD患者各腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值發現：AD患者雙側海馬的MTRasym(3.5 ppm)值明顯增高，且差異具有統計學意義；而其他腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值則無統計學差異。我們推測這主要有以下兩方面原因：首先，AD患者海馬MTRasym(3.5 ppm)值的增高可能與上述游離蛋白和多肽的異常增加有關[13-16]。其次，海馬是AD受累最早且最重的部位，該病優先累及灰質，雖然也會引起腦白質的異常[17]，但往往發生較晚且程度相對較輕。另外AD通常并不累及腦干，這里只是將中腦作為一個參照結構納入研究。上述研究結果提示采用APT成像技術測量海馬區的MTRasym(3.5 ppm)值有助于AD患者的診斷。 本研究的受試者主要接受了兩個AD患者常用的神經心理學量表的評估，即MMSE和CDR。MMSE是目前最具影響的認知功能篩查工具，簡單易行；而CDR可根據認知功能和社會生活功能損害的嚴重程度對癡呆患者進行臨床分級。我們利用偏相關分析評價了所有受試者各腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評分的相關性，發現雙側海馬的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE評分呈顯著負相關，而與CDR評分呈明顯的正相關；而其他腦結構的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評分均無顯著相關性。這提示海馬區與認知功能密切相關[18]，且海馬區異常蛋白的沉積可能導致了認知功能的下降，因此APT技術有助于AD患者的病情監測。

3.3 不足之處

本次研究尚存在一些不足之處：首先，由于本研究的樣本量還比較小，很難根據癡呆的嚴重程度對AD組進行分級細化研究，不過從相關分析中我們還是看到了APT成像值與臨床神經心理學量表評分的相關性。在今后的工作中我們會積累更多的患者以深入研究。其次由于APT圖像的分辨率所限，因此在準確勾畫海馬這樣小的腦結構邊界時仍存在一定困難，這也許會在一定程度上影響我們結果的準確性。不過隨著該技術的不斷改進和發展，相信這一問題會得以解決。

總之，作為一種安全無創的磁共振分子成像技術，APT可顯示AD患者MTRasym(3.5 ppm)值的升高，且APT值與神經心理學量表評分呈顯著相關，因此APT成像將可在AD的臨床診斷、病情監測、病理生理研究等方面提供重要的客觀評價依據。

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