阿爾茨海默病譜系患者的海馬亞區體積損害特征

羅財妹， 李夢春， 秦若夢， 劉任遠， 楊 丹， 黃麗麗， 趙 輝， 柏 峰， 徐 運

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)以記憶功能逐漸喪失為臨床特征。遺忘型輕度認知障礙(amnestic mild cognitive impairment，aMCI)是AD的前驅期[1]。主觀認知下降(subjective cognitive decline，SCD)是AD的臨床前期，指患者主觀感受記憶下降明顯，但客觀神經心理測試結果正常[2]。

海馬是記憶系統的重要組成部分，其由功能特點不同的亞區組成，AD疾病進程中各亞區受累情況不一樣[3]。海馬萎縮是臨床判斷AD最有效便捷及應用廣泛的生物標志物之一[4]。既往多數研究只關注海馬整體在AD過程中的萎縮情況，而在不同病程中對各個亞區萎縮模式缺乏相關研究，尤其是SCD階段[4]。本研究旨在基于3.0 3DT1結構磁共振及FreeSurfer 6.0[5]軟件精細分區的方法，探討SCD、aMCI及AD患者海馬亞區體積的變化規律，并進一步分析亞區體積與記憶功能的相關性。

1 資料與方法

1.1 研究對象及分組 收集2016年6月-2019年5月至南京大學醫學院附屬鼓樓醫院神經內科門診就診的151例受試者進行神經心理學測試及3.0T磁共振掃描。本研究經南京大學醫學院附屬鼓樓醫院道德倫理委員會審核批準，所有受試者或其家屬簽署知情同意書。

神經心理學評估：簡明智能狀態檢查量表(mini-mental state examination，MMSE)、蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)評估總體認知水平。MoCA評分劃分認知障礙界值：文盲：≤13分；小學(1～6 y)：≤19分；初中(7～12 y)：≤24分；高中以上(>12 y)：≤25分。聽覺詞語學習測試(Auditory Verbal Learning Test，AVLT)評估記憶功能[6]，延遲回憶得分劃分記憶障礙界值為：50～60歲：≤4分；60～70歲：≤3分；70歲以上：≤2分。所有認知測試均由同一位經驗豐富的精神科醫生執行。研究對象分組：正常對照組(Normal control，NC)納入標準：(1)無認知障礙主訴；(2)認知功能測試在相應年齡和教育年限正常范圍。SCD組納入條件符合SCD-I[7]推薦標準：(1)與先前自我狀態相比，自我感覺記憶持續下降，并為此感到擔憂于門診就診；(2)記憶下降出現在近5 y內；(3)MMSE、MoCA及AVLT測試評分均在相應教育年限或年齡的正常范圍內。aMCI組納入條件符合Petersen[1]標準:(1)記憶障礙主訴，并被知情人證實；(2)MoCA評分提示認知障礙且MMSE評分≥24分；(3)AVLT-延時回憶評分低于正常對照1.5個標準差；(4)非癡呆。AD的入組標準符合美國老年癡呆癥協會(National Institute of Aging Alzheimer’s Association,NIA-AA)[8]推薦標準的很可能AD。所有受試者排除標準：(1)年齡低于50歲；(2)卒中病史；(3)血管性癡呆、帕金森病、癲癇、占位、中樞神經系統感染及其他引起認知下降的神經系統疾病；(4)嚴重抑郁癥、精神分裂癥等精神心理疾病患者；(5)嚴重的系統性疾病和代謝障礙疾病；(6)藥物、酒精成癮病史；(7)核磁不能耐受或不能配合完成神經心理學測試；(8)其他可能影響認知功能的疾病。

1.2 臨床資料收集 采集受試者年齡、性別、受教育年限、高血壓病史、糖尿病病史、高血脂病史、基礎疾病情況及吸煙飲酒個人史。由本院經驗豐富的神經科醫生進行規范的神經系統體格檢查。

1.3 影像數據采集 應用荷蘭飛利浦公司3.0 T磁共振儀行頭部MRI檢查。掃描序列包括：彌散加權成像(DWI)、T1加權成像、T2加權成像。3DT1采用三維快速自旋回波序列，掃描參數：重復時間=9.9 ms，回波時間=4.6 ms，傾倒腳=8°，平面分辨率=1.0 mm2，視野=256×256 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，掃描時間6分47秒。

1.4 海馬分割及體積計算 FreeSurfer圖像分析軟件包(version 6.0.0,http://freesurfer.net/)處理3D T1MRI 圖像。主要步驟如下：(1)運行dcm2nii和mri_convert命令將原始的DICM格式轉化為mgz格式；(2)頭動校正，去除非腦組織；(3)配準至Talairach標準空間系統；(4)概率腦圖譜分割皮質下和皮質結構；(5)根據FreeSurfer內設模塊將海馬分割為12亞區[5]：海馬尾、下托、CA1、海馬裂、前下托、旁下托、分子層、齒狀回、CA3、CA4、海馬傘及海馬杏仁核過渡區(Hippocampus amygdala transition area，HATA)，同時估算總顱內體積(estimated total intracranial volume,eTIV)，該步驟由recon-all命令完成。

2 結 果

2.1 臨床資料和神經心理學測試 4組的年齡、性別、血管危險因素無統計學差異。AD組教育年限顯著低于其他3組。SCD組與NC組比較，MMSE、MoCA、AVLT-即刻、AVLT-延時、AVLT-再認評分均無統計學差異。aMCI組和AD組MoCA、AVLT測試評分均顯著低于NC組。4組顱內總體體積大小相匹配(見表1)。

2.2 海馬整體體積及海馬亞區比較 4組左右側海馬整體體積有顯著差異(P<0.05/13)；除右側海馬裂、右側旁下托外，其余海馬亞區體積4組間均有統計學差異(P<0.05/13)(見圖1)。事后比較顯示，左右側海馬整體體積、左右側海馬分子層、左側海馬齒狀回、左側CA4體積每兩組間存在顯著差異(P<0.05)。與NC組比較，SCD組雙側海馬尾、分子層、齒狀回，左側CA3、CA4、HATA體積顯著下降(P<0.05)；aMCI 相比于NC組，雙側海馬尾、下托、CA1、前下托、分子層、齒狀回、CA3、CA4、HATA以及左側旁下托體積顯著下降；AD組內通過校正的亞區體積均顯著低于NC組(見圖1)。

2.3 偏相關分析結果 在SCD組內，海馬亞區體積與AVLT測試評分無相關性(P>0.05)；aMCI組左側海馬尾部與AVLT-再認評分顯著相關(P<0.05)；AD組左右側下托，左右側前下托，左側海馬裂、旁下托、分子層、齒狀回、CA4、HATA、右側海馬傘體積與AVLVT-延時回憶評分相關(P均<0.05)(見圖2)。

表1 人口統計、臨床資料及神經心理評估結果

注：NC：正常對照；SCD：主觀認知障礙；aMCI：遺忘型輕度認知障礙；AD:阿爾茨海默病；MMSE：簡易智能狀態評價量表；MoCA：蒙特利爾認知評估；AVLT：聽覺詞語學習測試；eTIV：估計總顱內體積；與正常對照相比aP<0.05；與主觀認知障礙相比bP<0.05；與遺忘型輕度認知障礙相比cP<0.05

圖1 海馬亞區組間事后分析，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.0083(0.05/6)，****P<0.001

圖2 aMCI 組、AD組偏相關分析結果(校正年齡、性別、教育年限、顱內總體積)

3 討 論

海馬是儲存和檢索記憶重要的神經解剖學基礎，與皮質及皮質下結構有著廣泛聯系[3]。AD認知損害以情景記憶為主，其發生發展與海馬結構異常密切相關。既往研究證明，aMCI和AD患者海馬不同程度萎縮,SCD患者其結構磁共振已可檢測到海馬萎縮[9]。在AD疾病進展中，海馬各亞區受累的情況不盡相同。FreeSurfer 6.0版本的海馬亞區分割是一種新穎的全自動算法，該算法比原先低版本算法具有更高的精度，亞區分割的準確性提高[5]。

本研究結果顯示，SCD aMCI和AD組雙側海馬總體積較NC組顯著下降。與本研究結果相似，Nadine等發現SCD患者雙側海馬體積減小[10]，海馬萎縮在AD發展中幾乎普遍存在，敏感性較高。既往研究也發現SCD患者腦脊液tau高水平，顳葉淀粉樣蛋白沉積增加及低代謝等類似AD的病理改變[11]。臨床實踐中，相比于其他檢測技術，結構磁共振具備無創、經濟而便捷等優勢。通過計算海馬體積對篩查高AD風險SCD患者，助力于AD早期診斷、療效和預后判斷。

與NC比較，AD和aMCI患者的海馬尾、下托、前下托、旁下托、分子層、齒狀回、CA1、CA3、CA4、海馬傘、HATA亞區體積顯著下降，SCD患者雙側的海馬尾、分子層、齒狀回、左側CA3、CA4、HATA體積顯著降低。這與近期研究報道一致[12]。同時SCD組雙側的CA1、左側前下托、左側旁下托、右側的下托、CA3、CA4體積顯示下降趨勢。海馬主要信息輸入通路是從內嗅皮質至齒狀回和CA3區的椎體神經元，輸出通路始于海馬腳(CA1-CA4)或下托，投射至前后扣帶回皮質、后壓部皮質、前額和顳葉等腦區[13]，這些通路相互作用共同負責記憶的編碼、鞏固、提取過程。病理學研究發現，細胞外神經元纖維纏結、神經元和突觸的丟失是海馬萎縮的主要病理機制，AD患者CA1區神經元丟失率高達68%，下托達47%，是神經元丟失最嚴重的兩個亞區，其次是CA3、CA4/齒狀回[4]。MCI患者中也發現相似的亞區萎縮模式，MCI患者CA1和下托體積萎縮率分別為20%、15%，此類患者進展癡呆的風險較高[4]。本研究中觀察到AD、aMCI患者CA1和下托萎縮明顯，SCD患者只顯示出體積下降趨勢，可能受樣本量小的影響，也可能因為本研究納入的SCD患者癥狀輕微。

本研究還發現SCD、aMCI、AD患者分子層、齒狀回、CA4體積隨疾進展呈現顯著下降模式，這幾個亞區具有豐富的纖維聯系和神經突觸，在海馬內在聯系和外部信息接收中發揮重要作用[14]。分子層體由下托和海馬角區之間的中間神經元神經突觸組成，起調節海馬活動作用[5]，體積萎縮提示錐體細胞和中間神經元突觸病變，推測其可能在AD致病機制中起一定作用。CA4亞區位于齒狀回內部，共同接收大腦皮質的興奮性信息，是海馬三突觸環路中的第一個突觸連接[5]，CA4亞區和齒狀回神經突觸丟失影響大腦皮質至海馬的信息輸入，推測CA4亞區及齒狀回可能是發病機制中的重要位點。SCD階段檢測CA4和齒狀回體積利于篩選高AD風險人群。

Carlesimo等報道AD患者CA3、CA4、齒狀回、下托體積與延時回憶和即刻回憶顯著相關；前下托體積與延時回憶相關；MCI患者下托、前下托體積與即刻回憶相關[15]。本研究中AD患者CA4、齒狀回、下托、前下托、分子層、旁下托和HATA與延時回憶評分相關。旁下托和HATA體積萎縮可能影響海馬-杏仁核網絡的完整性而導致記憶功能障礙[16]。組織學研究發現分子層突觸的數量與延遲回憶能力相關[17]。AD患者右側海馬傘體積也與延時回憶相關。海馬傘是海馬神經纖維發出的組成穹隆的白質結構，穹隆是海馬記憶環路的重要組成部分，穹隆體積減少與延時回憶、即刻回憶相關[18]。海馬尾部與內側前額葉、丘腦、后扣帶皮質功能聯系緊密，本研究中aMCI患者左側海馬尾與AVLT-再認評分相關，推測海馬尾與長期記憶功能密切相關，但需進一步驗證。

本文是小樣本橫斷面研究，有待大樣本隨訪研究的驗證。研究只關注了海馬灰質結構的變化，未考慮海馬功能及白質的影響。我們將擴大樣本，結合多個模態的影像數據，綜合分析海馬亞區在阿爾茨海默病病程中的變化，以期找到AD疾病早期診斷和監測病情的有效影像標志物。

4 結 論

SCD患者海馬總體積和部分海馬亞區體積出現萎縮。隨著疾病的加重，海馬雙側分子層、左側海馬齒狀回、CA4亞區體積顯著下降模式。下托、前下托、旁下托、CA4、齒狀回、分子層、HATA、海馬傘、海馬尾部體積與記憶功能相關。