健康成人新紋狀體區鐵沉積及體積與年齡的相關性

王秋實，王曉明

(中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽 110004)

圖1 測量雙側新紋狀體區體積及平均相位值示意圖 A.3D-TFE-T1WI； B.SWI相位圖 (a:右側尾狀核；b:左側尾狀核；c:右側殼核；d:左側殼核)

鐵是腦內含量最多的順磁性金屬元素，可引起MRI信號變化。腦內鐵代謝異常在阿爾茨海默病等神經系統退行性病變中扮演重要角色。磁敏感加權成像(susceptibility-weighted imaging, SWI)可通過分析組織相位值計算得出局部組織內鐵沉積[1-3]。新紋狀體區由尾狀核和殼核組成，阿爾茨海默病等多種神經系統退行性疾病患者新紋狀體區存在鐵沉積及形態異常。本研究采用SWI觀察健康成人新紋狀體區鐵沉積及體積與年齡的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2016年9月—2018年12月收集45名成人健康志愿者，男24名，女21名，年齡23～79歲，平均(50.1±16.8)歲；均無認知功能障礙，右利手，簡易智力狀態檢查量表(mini-mental state examination, MMSE)評分28～30分，平均(29.69±0.59)分；臨床癡呆評定量表(clinical dementia rating, CDR)評分均為0分。根據年齡將其分為3組，每組15名。A組年齡23～37歲，平均(30.5±4.2)歲；B組年齡42～58歲，平均(50.4±5.5)歲；C組年齡61～79歲，平均(69.4±5.3)歲。本研究經院倫理委員會批準(批準號：2016PS323K)，檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀行頭部MR檢查。采集三維快速梯度回波-T1WI(three-dimensional turbo field echo-T1WI, 3D-TFE-T1WI)，TR/TE 9.9/4.6 ms，FOV 240 mm×240 mm，層厚1 mm，平行加速因子2.0；SWI，TR 31 ms，TE 7.2 ms，FOV 230 mm×230 mm，翻轉角15°,矩陣342×342，空間分辨率0.6 mm×0.6 mm×2.0 mm，掃描時間4 min 30 s。

1.3 圖像分析 應用Freesurfer軟件(www.freesurfe.net)分析3D-TFE-T1WI，自動測量雙側尾狀核及殼核體積(圖1)，并以顱腔體積進行校正，校正體積=絕對體積/顱腔體積。采用Philips EDW 4.0 workstation軟件分析SWI，參考T1WI于相位圖中的雙側尾狀核及殼核中間2個層面手動勾畫ROI，盡量避開大血管、骨質、腦脊液等，測量其相位值，每個層面測量3次，取平均值為最后結果(圖1)。采用公式f(x)=-x×π/4 096計算平均相位值以代表鐵沉積量[4]，f(x)、x、π分別代表平均相位值、實際測得相位值及圓周率。

1.4 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。符合正態分布計量資料以±s表示，否則以中位數(上下四分位數)表示。采用單因素方差分析(符合正態分布)或秩和檢驗(不符合正態分布)比較3組參數，兩兩比較采用Bonferroni法(符合正態分布)或Nemenyi法(不符合正態分布)。以獨立樣本t檢驗比較不同性別受試者雙側新紋狀體區平均相位值及校正體積的差異，以Pearson相關性分析觀察雙側新紋狀體區平均相位值與校正體積之間的相關性。采用線性回歸分析雙側新紋狀體區平均相位值及校正體積隨年齡的變化。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

3組間左側及右側尾狀核和殼核平均相位值及校正體積差異均有統計學意義(P均<0.01)，兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表1。

表1 不同年齡健康受試者雙側新紋狀體平均相位值及校正體積比較

圖2 雙側新紋狀體區平均相位值與校正體積的相關性線圖 A.左側尾狀核； B.右側尾狀核； C.左側殼核； D.右側殼核

全部受試者左側尾狀核平均相位值(-0.018±0.006)與右側(-0.018±0.006)差異無統計學意義(t=0.20，P=0.85)。左側尾狀核校正體積(0.034 0±0.000 5)小于右側(0.003 6±0.000 5，t=-2.24，P=0.03)；左側殼核平均相位值(-0.031±0.015)及校正體積(0.005 8±0.000 8)與右側(-0.031±0.017、0.005 5±0.000 8)差異均無統計學意義(t=-0.07、1.55，P=0.94、0.13)。

男性左側尾狀核(-0.018±0.006)、右側尾狀核(-0.019±0.006)、左側殼核(-0.032±0.017)、右側殼核(-0.032±0.019)平均相位值與女性(-0.018±0.006、-0.018±0.007、-0.030±0.013、-0.029±0.014)差異均無統計學意義(t=-0.13、0.14、-0.61、-0.50，P均>0.05)；男性左側尾狀核(0.003 3±0.000 5)、右側尾狀核(0.003 6±0.000 5)、左側殼核(0.005 8±0.000 8)及右側殼核(0.005 5±0.000 8)校正體積與女性(0.003 4±0.000 4、0.0036±0.000 5、0.005 7±0.000 7、0.005 5±0.000 6)差異均無統計學意義(t=-0.32、-0.27、0.30、0.02，P均>0.05)。

左、右側尾狀核平均相位值與校正體積均呈正相關(r=0.84、0.83，P均<0.01)；左、右側殼核平均相位值與校正體積均呈正相關(r=0.77、0.61，P均<0.01)，見圖2。線性回歸分析結果顯示，左、右側尾狀核及左、右側殼核平均相位值(b=-0.83、-0.79、-0.78、-0.84，P均<0.01)，左、右側尾狀核及左、右側殼核校正體積均與年齡呈負相關(b=-0.92、-0.87、-0.85、-0.67，P均<0.01)，見圖3。

3 討論

WANG等[4]發現新紋狀區鐵沉積隨年齡增長而不斷增多，尾狀核鐵沉積于年齡60～70歲達高峰，殼核鐵沉積于50～70歲達高峰。組織的平均相位值f(x)絕對值越大，代表鐵沉積越多[4]。本研究發現雙側新紋狀體區平均相位值均為負數，隨年齡增長而縮小，平均相位值絕對值隨年齡增長而升高，表明雙側新紋狀體區鐵沉積均隨年齡增長而增多，且左、右側差異無統計學意義。DAUGHERTY等[5]指出，尾狀核鐵沉積與記憶功能障礙密切相關，尾狀核鐵沉積越多，記憶功能障礙越明顯。機體衰老過程中，星形膠質細胞和小膠質細胞在腦鐵代謝中起主要作用[6-7]。ZECCA等[8]發現膠質細胞中的神經黑色素能有效存儲鐵。在新紋狀體區的神經元中，鐵-神經黑色素復合體濃度隨年齡增長而升高，過量鐵釋放增加線粒體氧化應激反應，導致線粒體損傷。過量的鐵由神經黑色素中釋放的機制尚不明確，年齡可能是這種現象的基礎[9]。隨著年齡增長，線粒體利用鐵合成三磷酸腺苷的能力不斷下降，鐵代謝紊亂，產生過量的鐵[10]，最終導致一系列神經系統退行性變。

圖3 年齡與雙側新紋狀體區平均相位值及校正體積的線性回歸圖 A.雙側尾狀核平均相位值與年齡呈負相關； B.雙側殼核平均相位值與年齡呈負相關； C.雙側尾狀核校正體積與年齡呈負相關； D.雙側殼核校正體積與年齡呈負相關

本研究結果顯示新紋狀體區體積隨年齡增長而縮小，雙側殼核體積差異無統計學意義，而右側尾狀核體積大于左側。目前對于新紋狀體區體積是否對稱仍存在爭議。部分學者[11]認為雙側紋狀體區體積無明顯差異，另有研究[12]則認為雙側可存在差異。雙側紋狀體區體積不對稱的機制尚不清楚，組織微結構損傷可能是導致不對稱性的原因。LARISCH等[13]發現右側紋狀體區與多巴胺D2受體的結合能力高于左側，致使右側新紋狀體區腦功能高于左側，可能與其體積不對稱有關。RAZ等[14]認為左側尾狀核，可能比右側更易受圍產期缺血損傷的影響。本研究所有受試者均為右利手，右利手優勢是否對新紋狀體區體積不對稱產生影響尚待觀察。新紋狀體區隨年齡增長而萎縮的確切原因尚不清楚。根據多巴胺能去傳入假說[15]，尾狀核和殼核均受起自黑質致密部的多巴胺能投射纖維支配，黑質致密部隨年齡增高而退變，多巴胺能傳入神經元受到損傷，故新紋狀體區多巴胺能活性隨年齡增長而顯著降低，體積也隨之縮小。

DAUGHERTY等[16]認為鐵沉積增多是導致體積萎縮的重要原因。鐵含量增加能誘導氧化應激反應和炎癥反應，一方面可導致星形膠質細胞功能障礙、擾亂星形膠質細胞對細胞外鐵的調節；另一方面會破壞少突膠質細胞，導致神經元破壞和丟失，引起形態學的萎縮[17]。本研究發現新紋狀體區平均相位值與校正體積呈正相關，而平均相位值均為負數，其絕對值越大，代表鐵沉積越多，提示鐵沉積與校正體積呈負相關。但本組樣本量較小，結果可能存在偏倚；測量平均相位值采用手動方法，可能存在誤差。

綜上所述，隨年齡增長，健康成人新紋狀體區鐵沉積增多、體積縮小，可為研究阿爾茨海默病等神經系統退行性疾病提供依據。