定量磁化率成像對比復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化與視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病患者深部灰質(zhì)鐵含量

王小花，李詠梅，陳曉婭，丁 爽，曾 春，代林泉，鄭 橋

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016)

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)和視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorder，NMOSD)均屬中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見特發(fā)性炎性脫髓鞘疾病，前者多為復(fù)發(fā)緩解型(relapsing-remitting MS，RRMS)，其臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室檢查及影像學(xué)表現(xiàn)均與NMOSD類似，但病理改變存在本質(zhì)差異。既往多種磁敏感MRI研究[1-3]發(fā)現(xiàn)MS和NMOSD患者深部灰質(zhì)存在鐵含量異常，尤以MS為著，但結(jié)果存在較大差異，且納入病例病程多較長(>10年)；目前對于疾病早期灰質(zhì)鐵含量變化尚不清楚。定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping，QSM)可無創(chuàng)定量評價組織鐵含量，且克服了磁敏感加權(quán)成像的相位卷褶偽影，定量更為準(zhǔn)確。本研究采用QSM定量分析RRMS和NMOSD患者深部灰質(zhì)鐵含量差異及其與運(yùn)動、認(rèn)知障礙的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 納入2019年8月—2020年11月35例于重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院診斷為RRMS的患者(RRMS組)，男11例，女24例，年齡22～54歲，平均(33.7±8.4)歲，中位病程4.6(1.0，8.5)年，平均受教育年限(13.3±2.8)年；NMOSD患者30例(NMOSD組)，男8例，女22例，年齡18～55歲，平均(35.6±10.4)歲，中位病程3.0(1.8，4.3)年，平均受教育年限(12.9±3.5)年。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～55歲；②病程<10年；③參照文獻(xiàn)[4]標(biāo)準(zhǔn)診斷RRMS，參照文獻(xiàn)[5]標(biāo)準(zhǔn)診斷NMOSD。排除標(biāo)準(zhǔn)：①罹患其他神經(jīng)精神疾病；②顱腦手術(shù)及外傷史；③MR掃描禁忌證。同期招募30名年齡及性別相匹配的健康人作為對照組，男9名，女21名，年齡21～52歲，平均(36.5±7.7)歲，平均受教育年限(13.4±3.8)年。本研究經(jīng)院倫理委員會審查通過(編號：2018QNXM004)。檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR掃描儀，32通道標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈，行頭部掃描，范圍為顱頂至枕骨大孔，軸位掃描均以中間矢狀面定位，中心線平行于前后連合線。參數(shù):軸位3D-T1W，TR 2 300 ms，TE 2.26 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1.0 mm；3D液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)序列，TR 5 000 ms，TE 388 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1.0 mm；QSM，TR 36.0 ms，TE1 7.50 ms，△TE 7.5 ms，TE4 30.0 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣256×256，層厚2.0 mm，F(xiàn)A 20°。

1.3 圖像重建及數(shù)據(jù)處理 基于Matlab R2013b(Version 8.2.0.701)平臺的STISuite(Version 3.03；http://people.eecs.berkeley.edu/chunlei.liu/software.html)軟件重建QSM，包括場圖擬合、相位解纏繞、背景場去除及磁化率反演各步驟。基于FSL(Version 5.0.10；https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/)軟件包將個體空間QSM配準(zhǔn)至蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)空間坐標(biāo)[6]；利用Matlab平臺的SPM8(Version 6313；https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/)軟件提取配準(zhǔn)后QSM中各深部灰質(zhì)核團(tuán)的定量磁化率值(quantitative susceptibility value，QSV)，以雙側(cè)尾狀核、蒼白球、殼核、丘腦、黑質(zhì)、紅核及齒狀核為ROI(圖1)。

圖1 RRMS患者，女，29歲，右眼視物模糊，自覺記憶力下降1周 A～C.配準(zhǔn)后QSM圖中對應(yīng)ROI，包括尾狀核頭(紅色)、蒼白球(綠色)、殼核(深藍(lán)色)、丘腦(粉色)、黑質(zhì)(黃色)、紅核(青色)及齒狀核(白色)

1.4 功能評價 由1名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師采用擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表(expanded disability status scale，EDSS)評估受試者運(yùn)動功能，以蒙特利爾認(rèn)知評估(Montreal cognitive assessment，MoCA)快速篩查認(rèn)知功能，以數(shù)字廣度測驗(yàn)(digit span task，DST)和符號數(shù)字模式測驗(yàn)(symbol digit modalities test，SDMT)評價具體記憶工作和信息處理速度。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料，組間行單因素方差分析，之后行Bonferroni法校正檢驗(yàn)；以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示呈偏態(tài)分布的計量資料，組間行Mann-WhitneyU檢驗(yàn)；采用χ2檢驗(yàn)比較組間性別差異。采用Spearman秩相關(guān)分析及Pearson直線相關(guān)分析評價QSV異常與EDSS及認(rèn)知評分的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料及功能評分 RRMS組、NMOSD組與對照組性別(χ2=0.18，P=0.91)、年齡(F=0.86，P=0.43)及受教育年限(F=0.23，P=0.79)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。RRMS組與NMOSD組病程差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=0.59，P=0.55)。

RRMS組EDSS評分與NMOSD組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。3組MoCA、DST及SDMT評分差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；RRMS組的MoCA、DST評分均低于對照組(P均<0.05)，NMOSD組的MoCA、SDMT評分均低于對照組(P均<0.05)；RRMS組與NMOSD組各認(rèn)知評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。

表1 RRMS患者、NMOSD患者與健康人的功能評分比較(分)

2.2 灰質(zhì)核團(tuán)QSV差異 3組丘腦及黑質(zhì)QSV差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。相比NMOSD組及對照組，RRMS組丘腦QSV顯著降低、黑質(zhì)QSV顯著升高(P均<0.05)，其余灰質(zhì)核團(tuán)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。NMOSD組與對照組各灰質(zhì)核團(tuán)QSV差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表2。

表2 RRMS患者、NMOSD患者與健康人各深部核團(tuán)QSV比較(ppb)

2.3 相關(guān)性分析 RRMS組丘腦及黑質(zhì)QSV與EDSS無顯著相關(guān)(rs=-0.26，P=0.13；rs=-0.10，P=0.55)，丘腦QSV與DST評分呈正相關(guān)(r=0.41，P=0.02)；以年齡、受教育年限及病程為協(xié)變量，丘腦QSV仍與DST評分呈正相關(guān)(r=0.39，P=0.03)。其余核團(tuán)QSV與各評分均無顯著相關(guān)(P均>0.05)。

3 討論

鐵是細(xì)胞內(nèi)許多輔酶的必需微量元素，為神經(jīng)元發(fā)育、髓鞘合成及線粒體能量代謝等腦功能活動所必不可少；但過量的鐵會促進(jìn)自由基形成，導(dǎo)致氧化應(yīng)激及神經(jīng)變性。MS和NMOSD發(fā)病機(jī)制均涉及氧化應(yīng)激[7]，與鐵穩(wěn)態(tài)紊亂有關(guān)，但具體機(jī)制尚不清楚。既往研究[8]顯示，MS患者白質(zhì)病灶存在異常鐵沉積，而NMOSD多不明顯；MS病灶早期乏鐵，但隨病程發(fā)展逐漸出現(xiàn)異常鐵沉積[9]。

本研究RRMS組丘腦QSV較NMOSD組及對照組顯著降低，其他核團(tuán)QSV多升高，尤以黑質(zhì)為著，提示RRMS患者疾病早期即存在明顯鐵紊亂；而丘腦結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜，呈現(xiàn)出特殊的變化模式，與既往報道[1，3，10]相符。BERGSLAND等[11]發(fā)現(xiàn)MS患者深部灰質(zhì)鐵含量與血清鐵呈正相關(guān)，推測可能是病理損傷引起局部血-腦鐵移位所致。BURGETOVA等[10]進(jìn)一步比較MS各亞型，發(fā)現(xiàn)RRMS丘腦QSV低于原發(fā)進(jìn)展型MS。ZIVADINOV等[3]認(rèn)為繼發(fā)進(jìn)展型MS較RRMS丘腦QSV更低，且與長病程相關(guān)；其余核團(tuán)QSV均無顯著差異，凸顯了丘腦QSV用于觀察MS亞型的價值，但目前對于MS致丘腦鐵濃度降低的具體機(jī)制尚不清楚。PONTILLO等[12]報道，MS患者丘腦鐵濃度與局部體積減小相關(guān)；但ZIVADINOV等[3]發(fā)現(xiàn)，校正結(jié)構(gòu)體積后，丘腦鐵濃度減少與局部鐵代謝異常有關(guān)；SCHWESER等[13]對比觀察鐵濃度與鐵含量變化，認(rèn)為MS患者深部灰質(zhì)鐵濃度異常與鐵的主動消耗相關(guān)。丘腦是中樞主要中轉(zhuǎn)中心，有研究[14]顯示丘腦鐵濃度異常與其連接的白質(zhì)纖維束異常相關(guān)。但上述研究結(jié)論多由推測而來，需要進(jìn)一步結(jié)合尸檢及組織病理研究探究其具體機(jī)制。

本研究發(fā)現(xiàn)NMOSD組深部灰質(zhì)QSV相比對照組無顯著差異，鐵含量雖呈減少趨勢，但程度較低，與前期研究結(jié)果[2.15]相似。MS的炎性反應(yīng)導(dǎo)致活化的巨噬細(xì)胞吞噬損傷富含鐵的髓鞘、少突膠質(zhì)細(xì)胞及衰老紅細(xì)胞，引發(fā)明顯鐵代謝紊亂；NMOSD則為特異性抗體抗水通道蛋白4(aquaporin 4，AQP4)所致星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷，其通過調(diào)節(jié)小膠質(zhì)及少突膠質(zhì)細(xì)胞等活性引起的鐵代謝紊亂程度較低，且其腦組織損傷主要與AQP4抗體分布有關(guān)，而深部灰質(zhì)并非AQP4富集區(qū)。DORING等[16]觀察12例神經(jīng)脊髓炎患者，發(fā)現(xiàn)其紅核QSV降低；PUDLAC等[1]則發(fā)現(xiàn)神經(jīng)脊髓炎患者黑質(zhì)QSV升高，而紅核未見差異；結(jié)果存在差異，可能與納入樣本的年齡、病程及圖像后處理方法不同等相關(guān)。目前對于NMOSD深部灰質(zhì)鐵含量異常的研究較少且尚無定論，對于鐵代謝與NMOSD病理機(jī)制的相關(guān)性還需進(jìn)一步觀察。

約43%～70%的MS患者存在認(rèn)知障礙[17]，信息處理速度和記憶工作最常受累。本研究中RRMS組各認(rèn)知評分較對照組明顯降低，且丘腦QSV與DST評分呈正相關(guān)。丘腦核團(tuán)中，組成基底外側(cè)邊緣環(huán)路的背內(nèi)側(cè)核及通過與前額葉皮質(zhì)連接的丘腦前核已被證明與認(rèn)知高度相關(guān)[18]，相關(guān)改變可進(jìn)一步證明丘腦QSV降低與認(rèn)知下降有關(guān)。EDSS是最常用于評估MS和NMOSD患者殘疾程度的指標(biāo)，但本研究未觀察到各灰質(zhì)核團(tuán)QSV與EDSS的相關(guān)性，與既往文獻(xiàn)[3]報道存在差異，考慮與EDSS及疾病波動有關(guān)；且本研究僅納入RRMS患者進(jìn)行橫向研究，未能分析不同類型MS鐵濃度差異及各灰質(zhì)核團(tuán)鐵濃度隨時間變化的規(guī)律。

總之，QSM可定量檢測RRMS和NMOSD患者深部灰質(zhì)的鐵含量。RRMS相對早期階段深部灰質(zhì)即可出現(xiàn)明顯鐵紊亂，且與患者認(rèn)知障礙相關(guān)；而NMOSD患者灰質(zhì)鐵含量未見明顯異常。