心臟磁共振鑒別兩種常見類型心肌淀粉樣變性的初步探索

廖旋，曾牧，張嘉敏，劉軍

作者單位：中南大學湘雅二醫院放射科，長沙 410011

淀粉樣變性(amyloidosis)是一種累及多系統的病變，主要的病理機制是細胞外間質不溶性纖維蛋白的沉積。目前已知有40種蛋白可以導致淀粉樣變性，其中有8種可以不同程度的累及心臟，臨床最常見的類型主要包括免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性(cardiac light-chain amyloidosis，AL-CA)和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性(cardiac transthyretin-related amyloidosis，ATTR-CA)[1]。淀粉樣變性的預后與受累的臟器及淀粉樣物質的類型有關，其中心臟受累是與淀粉樣變性預后最相關的預測因素[2]，有研究表明，AL-CA與診斷后6個月內超過50%的病死率相關，而ATTR-CA預后相對較好，2年生存率可達98%～100%[3]，因此，通過了解心肌淀粉樣變性(cardiac amyloidosis，CA)分型有助于預測患者的預后情況。此外，AL-CA和ATTR-CA治療并不相同，自體干細胞移植和類似于多發性骨髓瘤的抗漿細胞治療是AL-CA的治療方法，而ATTR-CA的治療選擇則包括原位肝移植(僅家族性ATTR)，以及轉甲狀腺素蛋白(transthyretin，TTR)四聚體(雙氟尼柳、氯苯唑酸)和使用RNA干擾治療(帕西蘭)減少肝臟中重新合成TTR的藥物[4]。因此，在臨床工作中，了解CA的常見分型對治療具有一定的指導作用。

目前，臨床對于CA的分型有如下方法：免疫組化、蛋白質組質譜、99Tcm-DPD/HMDP/PYP閃爍成像等。如果懷疑為ATTR-CA，還需進行DNA分析，以確定潛在的TTR突變[5]。然而，這些檢查手段非常昂貴，并且需要自費，許多患者由于無法承擔昂貴的費用而放棄診療。因此，亟需一種新的較為便捷的方法來鑒別兩者。近年來，心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)迅速發展，在許多心臟疾病的診斷中提供了重要的參考價值[6]，國內外相關研究也表明CMR是一種重要的無創診斷CA的方法[7-8]。國外部分學者針對CMR在CA分型中的價值也進行了研究，Dungu等[9]研究了97例CA，發現透壁性延遲強化(late gadolinium enhancement，LGE)能 夠 鑒 別AL-CA和ATTR-CA，并且ATTR-CA的LGE范圍相對于AL-CA更廣泛。另一項定量分析[10]，即細胞外容積(extracellular volume，ECV)的研究，則表明在ATTR-CA組淀粉樣物質沉積更加廣泛。盡管國外已經有部分研究開始探索CMR在CA分型中的作用，但是其研究結果仍然存在爭議。因此，本研究的主要目的是探討CMR在CA分型中的價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集2015年8月至2020年4月疑似CA，并于中南大學湘雅二醫院進行CMR檢查的患者69例，通過剛果紅染色和免疫組織化學染色診斷CA及其類型。根據以下標準納入[11]：(1)經心外組織進行剛果紅和免疫組織化學染色診斷為淀粉樣變性；(2)經超聲和CMR證實出現心臟受累。排除標準包括嚴重心律失常、心血管疾病家族史、繼發性高血壓、嚴重瓣膜心臟病、糖尿病、惡性腫瘤，以及無完整的臨床資料者。在69例患者中，有3例診斷為肥厚型心臟病，2例診斷為糖尿病心肌病，64例診斷為CA，其中4例因圖像質量不佳或無完整的臨床資料被排除，3例因嚴重高血壓或嚴重心律失常被排除，最終納入57例，其中AL-CA37例，ATTR-CA 20例。本研究為回顧性研究，經過中南大學湘雅二醫院醫學倫理委員會批準(批準文號：2019086)，免除受試者知情同意。

1.2 儀器與方法

所有受試者均在3.0 T掃描儀(MAGNETOM Skyra，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)上進行CMR，采用18通道體表線圈，配合無線矢量心電圖門控板。掃描序列包括左心室短軸、左心室兩腔和四腔長軸視圖的電影序列，以及注藥前T1 mapping和注藥后的T1 mapping。分別采用真實穩態自由進動快速成像序列(true fast imaging with steady precession，true FISP)和改良的Look-Locker反轉恢復序列方法(the modified look-locker inversion recovery，MOLLI)(具體參數詳見表1)。注射劑量為0.2 mmol/kg，注射藥物為釓噴酸葡胺(Dimeglumine Gadopentetate，Gd-DTPA)，在注藥前和注藥后15 min進行LGE成像。LGE成像采集平面為左心室短軸兩腔(三個層面包括：基底段、中間段、心尖段)、左心室長軸四腔、左心室兩腔。

表1 不同序列的具體參數Tab.1 Specific parameters for different sequences

1.3 圖像分析

1.3.1 功能特征

將獲得的所有原始CMR DICOM數據導入商用后處理軟件CVI 42(Circle Cardiovascular Imaging，Calgary，Alberta，Canada，version 5.9.3)，獲取相關應變參數和常規心功能參數。將一系列電影圖像導入3D模塊，并連續短軸切片上半自動繪制心內膜和心外膜輪廓，手動標記左、右心室邊界點，從而計算左室整體收縮功能包括左室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)、左室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume，LVESV)、每搏輸出量(stroke volume，SV)、心肌質量指數(myocardial mass index，MMI)。之后將左心室兩腔、左心室長軸四腔和左心室短軸一系列圖像導入組織追蹤模塊(tissue tracking module)，獲得相關應變參數，包括3D徑向應變(radical strain rate，RS)、周向應變(circumferential strain rate，CS)和縱向應變(longitudinal strain rate，LS)。以“平均心尖段LS/CS/RS-平均基底段LS/CS/RS”計算左心室基底段到心尖段的各項應變梯度差；再計算LV-LS的相對心尖縱向應變(relative apical sparing of longitudinal strain，RAS LS)，計算公式如下：心尖段LS平均值/(基底段LS平均值+中間段LS平均值)。上述心內膜和心外膜的繪制及修正均由2名具有3年CMR診斷經驗的主治醫師完成。

1.3.2 組織學特征

LGE圖像通過視覺進行評估，如果大于正常心肌信號的四倍標準差，認為LGE陽性，同時，采用QALE(query amyloid late enhancement)評分作為LGE的半定量評價方法[9]。整體ECV及各節段ECV計算公式如下。ECV=( 1?HCT)×

公式中，T1BloodPre、T1MyoPre、T1BloodPost、T1MyoPost分別為增強前后血液和心肌的T1測量值。通過血常規獲得紅細胞比容值(hematocrit，HCT)。

1.4 統計學分析

使用SPSS v25.0(IBM，Armork，New York，USA)進行統計分析。通過Shapiro-Wilk檢驗了解數據是否服從正態分布。符合正態分布的計量資料，用均值和標準差表示；不符合正態分布的計量資料采用中位數和四分位間距。計數資料以頻數表示。服從正態分布的數據采用兩樣本t檢驗，不服從正態分布的數據采用Mann-WhitneyU檢驗。計數資料采用卡方檢驗。P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般臨床資料及CMR基本參數差異分析

AL-CA組與ATTR-CA組的一般臨床及CMR參數分析見表2，AL-CA組的血清游離κ鏈高于ATTR-CA組，差異有統計學意義(U=249.00，P=0.04)，而在年齡(t=0.66，P=0.51)、性別(χ2=1.05，P=0.31)、實驗室檢查、紐約心臟病學會(New York Heart Association，NYHA)心功能分級(χ2=2.41，P=0.49)、基本CMR參數兩組間差異無統計學意義(P均＞0.05)。

表2 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性的人口統計學特征Tab.2 Demographic characteristics between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis

2.2 不同類型心肌淀粉樣變性的LGE特點

AL-CA組與ATTR-CA組的LGE特點結果見表3，右心室LGE(χ2=12.10，P=0.00)、心房LGE(χ2=16.34，P=0.00)、透壁性LGE(χ2=12.98，P=0.00)、QALE評分(χ2=128.50，P=0.00)均高于AL-CA組，差異均有統計學意義(P均＜0.05)，而在心內膜下LGE兩組間差異無統計學意義(χ2=0.07，P=0.79)。

表3 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性兩組的延遲強化特點Tab.3 Late gadolinium enhancement characteristics of cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)and cardiac transthyretin-related amyloidosis

2.3 不同類型心肌淀粉樣變性的ECV值

AL-CA組與ATTR-CA組的ECV結果見表4，ATTR-CA組在基底段ECV值(t=-2.51，P=0.02)、中間段ECV值(t=-2.13，P=0.04)、平均ECV值(t=-2.15，P=0.04)均高于AL-CA組，差異均有統計學意義(P均＜0.05)，在心尖段ECV值兩組間差異無統計學意義(t=-1.47，P=0.15)。

表4 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性兩組的細胞外容積(±s)Tab.4 The value of extracellular volume between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis(±s)

表4 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性兩組的細胞外容積(±s)Tab.4 The value of extracellular volume between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis(±s)

注：AL-CA：免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性；ATTR-CA：轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性；ECV：細胞外容積。

組別AL-CA(25例)ATTR-CA(17例)基底段ECV 0.61±0.10 0.70±0.13中間段ECV 0.57±1.11 0.64±0.12心尖段ECV 0.52±0.12 0.59±0.14 ECV平均值0.57±0.10 0.65±0.13 t值P值-2.51 0.02-2.13 0.04-1.47 0.15-2.15 0.04

2.4 不同類型心肌淀粉樣變性的3D應變分析

AL-CA組與ATTR-CA組的整體、基底段、中間段及心尖段的各應變參數分析結果見表5，ATTR-CA組的左室心肌整體(t=2.97，P=0.00)及基底段(t=3.43，P=0.00)、中間段(U=200.50，P=0.00)、心尖段(t=2.38，P=0.02)LS均高于AL-CA組，差異均有統計學意義(P均＜0.05)。AL-CA和ATTR-CA的 左 室 心 肌 整 體(U=243.50，P=0.06)及基底段(U=315.00，P=0.53)、中間段(U=294.50，P=0.32)、心尖段(U=254.5，P=0.09)RS差異無統計學意義，AL-CA和ATTR-CA的左室心肌整體(t=1.45，P=0.15)及基底段(t=0.52，P=0.60)、中間段(t=1.02，P=0.31)、心尖段(t=1.70，P=0.09)CS差異無統計學意義，兩組在RAS-LS之間差異無統計學意義(U=254.5，P=0.09)(圖1，2)。

圖1 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性兩組縱向應變率、軸向應變率、徑向應變率16節段牛眼圖。圖A、B、C分別為免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性(AL-CA)左心室縱向應變率(LS)、軸向應變率(CS)、徑向應變率(RS)的16節段牛眼圖，圖D、E、F分別為轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性(ATTR-CA)左心室縱向應變率(LS)、軸向應變率(CS)、徑向應變率(RS)的16節段牛眼圖 圖2 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性兩組整體縱向應變率、整體軸向應變率、整體徑向應變率應變曲線圖。圖A、B、C分別未免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性(AL-CA)左心室整體縱向應變率(GLS)、整體軸向應變率(GCS)、整體徑向應變率(GRS)的應變曲線圖，圖D、E、F分別為轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性(ATTR-CA)左心室整體縱向應變率(GLS)、整體軸向應變率(GCS)、整體徑向應變率(GRS)的應變曲線圖Fig.1 Bull's eye diagram of radial strain,circumferential strain and longitudinal strain rate at 16 segments in cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis.Bull's-eye diagram of longitudinal strain(LS),circumferential strain(CS)and radial strain(RS)rate at 16 segments in cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)are showed in the figure A,B and C.Bull's-eye diagram of longitudinal strain(LS),circumferential strain(CS)and radial strain(RS)rate at 16 segments in cardiac transthyretin-related amyloidosis(ATTR-CA)were showed in the figure D,E and F.Fig.2 Strain diagram of global radial strain,circumferential strain and longitudinal strain rate in cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis.Strain diagram of global longitudinal strain(GLS),circumferential strain(GCS)and radial strain(GRS)rate in cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)were showed in the figure A,B and C.Strain diagram of global longitudinal strain(GLS),circumferential strain(GCS)and radial strain(GRS)rate in cardiac transthyretin-related amyloidosis.were showed in the figure D,E and F.

表5 免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣變性和轉甲狀腺素蛋白型心肌淀粉樣變性的3D應變分析Tab.5 3D strain analysis of cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis

3 討論

CA是淀粉樣物質沉積于心肌間質引起間質纖維化，致使心肌順應性下降，出現舒張功能受限，疾病后期心肌重塑，出現收縮功能障礙的一種疾病[12]。筆者通過CMR對AL-CA和ATTR-CA進行分析，發現ATTR-CA的LGE范圍、ECV值均高于AL-CA組，左室心肌整體和各節段的LS均高于AL-CA組。但是在左室心肌整體和各節段的RS、CS以及基本心功能參數方面，AL-CA和ATTR-CA之間差異沒有統計學意義。

CMR現已成為一個強大的成像技術，它能夠提供詳細的病灶信息，如位置、室壁肥厚、心肌水腫、心肌纖維化或心肌間質變化、心臟運動、瓣膜反流等等情況[13]。而在CA中，通過LGE能可視化淀粉樣物質分布情況，通過打藥前和打藥后的T1 mapping以及ECV值的測量可以定量反映心肌淀粉樣蛋白負荷情況，通過心肌應變分析可以了解整體以及局部心肌收縮功能的變化[14]。我們通過CMR檢查發現ATTR-CA組的LGE范圍、ECV值均顯著高于AL-CA組，提示ATTR-CA組出現更廣泛的淀粉樣物質沉積；左室心肌整體和局部的LS均顯著高于AL-CA組，提示ATTR-CA組左室心肌收縮功能優于AL-CA組。目前認為淀粉樣變性的心肌功能障礙的機制可能是多因素的，包括心肌組織中淀粉樣蛋白的細胞外沉積導致組織結構的機械破壞，以及原纖維或原纖維前蛋白的蛋白質毒性導致炎癥、活性氧產生，從而出現心肌細胞的凋亡和自噬，這甚至可以在纖維蛋白沉積之前就發現。這些病變破壞了正常的心臟結構，最終導致心力衰竭的發生[15-17]。本研究中ATTR-CA的淀粉樣物質沉積更明顯，但心功能卻相對較好，提示淀粉樣物質沉積的機械作用和對心肌細胞的直接毒性作用與CA的不同類型有關，同時，間接提示淀粉樣物質對心肌細胞的毒性作用要大于淀粉樣物質沉積的機械作用。既往的臨床證據也支持淀粉樣物質在心臟損傷中的作用并不相同，Rapezzi等[18]研究不同類型CA的NT-proBNP差異，發現AL-CA的淀粉樣物質負荷明顯低于ATTR-CA，但血清中氨基末端腦鈉肽前體(N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-pro BNP)的濃 度卻是ATTR-CA組的5倍，并且，相比ATTR-CA組，AL-CA組的預后更差。Suhr等[19]通過測量肌鈣蛋白I(cardiac troponin I，cTnI)和肌鈣蛋白T(cardiac troponin T，cTnT)提出淀粉樣甲狀腺轉運蛋白對心肌細胞的損害小于免疫球蛋白輕鏈。

本研究將LGE按照部位進行細分，并采用QALE的半定量評分系統對LGE進行細致評估，以了解ATTR-CA和AL-CA兩組的LGE特征。為了準確、定量評估淀粉樣物質的負荷情況，還進行了ECV值的測量。筆者發現，ATTR-CA和AL-CA均存在左心室LGE，ATTR-CA的 右心室LGE、心 房LGE、透 壁性LGE均 較AL-CA更明顯，并且QALE評分亦顯著高于AL-CA。此外，ATTR-CA組ECV值也顯著高于AL-CA組。這些結果與Dungu等[9]和Fontana等[10]的研究結果基本一致。釓對比劑是一種細胞外示蹤劑，既往研究表明在CA中，LGE與細胞外間隙的增高有良好相關性[20]。而ECV是反映細胞外容積的一個參數，其變化可以間接反映心肌間質的變化，在CA中，其可以反映心肌淀粉樣物質的負荷情況。盡管大量研究表明ECV的升高是由于淀粉樣物質沉積所致，但Fontana等[10]提出ATTR-CA中ECV值升高不僅是淀粉樣物質沉積所致，還存在心肌細胞的肥大，而在AL-CA中僅由于淀粉樣物質沉積所致。這種情況可能提示在ATTR-CA出現了代償性的心肌肥大，從而導致ECV值的升高，并且這種心肌代償在一定程度上改善了心功能，從而表現為ATTR-CA的各種應變參數高于AL-CA。此外，兩組在心內膜下LGE之間差異并無統計學意義，盡管目前認為心內膜下LGE是診斷CA特異性較高的強化模式[21]，但我們的研究表明其并不能作為一個CA分型的標志物。

本研究的局限性在于三個方面，一是樣本量較少；二是CA是通過心外活檢(皮膚或腎臟)確診的，但非心肌組織活檢結合心臟影像學檢查來診斷CA已達成共識[22]。第三，我們并未對兩組病例進行隨訪，未進行預后分析，未來將對這些病例進行追蹤從而了解影像學參數與預后之間的關系。

綜上所述，CMR在CA分型中存在一定價值。ATTR-CA組在LGE范圍、QALE評分以及ECV值均顯著高于AL-CA組，但是對于左室心肌局部或整體LS卻高于AL-CA組。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。