慢性腎病患者右腎皮髓質(zhì)的APT與mDixon-Quant相關(guān)性研究

王悅，劉愛連*，鞠燁，杜長諭，姜昊洋，戚伶俐，卜欣淼，胡文君，王楠，王家正

作者單位：1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，大連116011；2.大連市醫(yī)學(xué)影像人工智能工程技術(shù)研究中心，大連116011；3.大連醫(yī)科大學(xué)，大連116044；4.飛利浦(中國)投資有限公司，上海200040

慢性腎病(chronic kidney disease，CKD)是一個全球性的公共健康問題，我國成年人CKD 發(fā)病率約11%，發(fā)病率逐年上升且發(fā)病年齡逐漸走低[1]。因其起病隱匿，早期癥狀輕微而使患者常常錯失最佳干預(yù)時期，最終造成不可逆性腎損害。目前通常采用基于血清肌酐水平的估算腎小球濾過率(estimation of glomerular filtration rate，eGFR)或病理活檢進(jìn)行腎功能評估，但eGFR 敏感度不高且難以反映初期腎損害，病理活檢雖為診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但方法有創(chuàng)且取樣易產(chǎn)生偏差，故均有一定的臨床應(yīng)用局限性[2]。因此，尋求一種無創(chuàng)且能準(zhǔn)確評估CKD 患者腎功能的方法對疾病的診斷與預(yù)后至關(guān)重要。

近年來，磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技術(shù)日益成熟，可無創(chuàng)性提供腎臟結(jié)構(gòu)及功能特征。其中，mDixon-Quant是一種具有高效的采集速度、出色的壓脂效果及精確的脂肪定量等特點的新型MRI 技術(shù)，具有表觀弛豫率(R2*)、脂肪分?jǐn)?shù)(fat fraction，F(xiàn)F)兩個參數(shù)。酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(amide proton transfer，APT)成像技術(shù)基于組織中的內(nèi)源性蛋白與多肽進(jìn)行無創(chuàng)無對比劑成像。目前國內(nèi)外尚未有研究將二者同時應(yīng)用于CKD 中，本研究創(chuàng)新性地采用APT 與mDixon-Quant 技術(shù)共同評估CKD 腎損害程度，并探究二者參數(shù)APT、R2*及FF間的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

本研究經(jīng)大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號：PJ-KS-KY-2021-250)，免除受試者知情同意。回顧性收集2019 年8 月至2020 年10 月于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院行3.0 T 磁共振檢查的CKD 患者病例資料共30 例，其中女15 例，男15 例，年齡19～75 (47.1±15.5)歲。同時收集22 例健康志愿者資料作為對照組，其中女17 例，男5 例，年齡24～60 (33.7±11.6)歲。

1.2 CKD患者、健康志愿者的納入及排除標(biāo)準(zhǔn)

CKD 患者納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡大于18 周歲；(2) CKD，符合國際腎臟基金會腎臟疾病預(yù)后質(zhì)量倡議(NFK-KDOQI)[3]提出的腎臟疾病定義；(3)所接受的磁共振掃描序列齊全，包括常規(guī)腎臟掃描序列(T1WI、T2WI)及mDixon-Quant、APT 序列。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有如下合并癥：腎結(jié)石、腎積水、腎腫瘤、多囊腎等腎臟疾病及全身性疾病；(2)服用影響肌酐水平的藥物(如西咪替丁、甲氧芐啶、頭孢噻肟)或接受腎臟替代治療；(3)圖像質(zhì)量較差。

健康志愿者納入標(biāo)準(zhǔn)：問卷調(diào)查結(jié)果顯示為定期體檢的健康成年人(年齡大于18 周歲)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)既往存在全身代謝或內(nèi)分泌疾病、糖尿病或高血壓病史；(2)經(jīng)MRI證實存在腎臟占位性病變、腎積水、感染等所致的腎功能不全；(3)檢查前三個月內(nèi)使用血管性或腎毒性藥物；(4)存在MRI 檢查禁忌證；(5)圖像質(zhì)量差。

1.3 MRI掃描參數(shù)

采用3.0 T MR 掃描儀(Ingenia CX, Philips, Poland)進(jìn)行腎臟掃描，使用32 通道腹部線圈，所有受試者在掃描前需禁食6 h以上。掃描序列及參數(shù)見表1。

表1 所有使用序列的詳細(xì)掃描參數(shù)

1.4 圖像分析與數(shù)據(jù)測量

將所有原始圖像導(dǎo)入ISP (Intellispace Portal 9，Philips Healthcare)工作站，生成偽彩圖，在APT 及mDixon-Quant 圖像上進(jìn)行測量。因右腎的解剖位置相對固定，且受呼吸運動及腹膜內(nèi)腸氣影響較左腎輕微，同時為保證B0 和B1 場的均勻性，本研究僅對右腎進(jìn)行圖像分析及數(shù)據(jù)測量。由兩名分別具有2 年和7 年腹部影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對照常規(guī)MR掃描序列T1WI及T2WI識別腎臟皮髓質(zhì)及其他解剖結(jié)構(gòu)，并從腎的上極、中部、下極各選取一個層面，把ROI 分別放置在皮質(zhì)和髓質(zhì)區(qū)，面積約10～20 mm2，避開腎竇、大血管及腎周組織，取皮質(zhì)或髓質(zhì)三個層面各參數(shù)的均值作為最終的測量值。

1.5 eGFR的評估

所有受試者均于MRI檢查當(dāng)日測定血清肌酐(Scr)值，通過腎病膳食改善公式(modification of diet in renal disease，MDRD)計算eGFR。公式為eGFR=186×SCr-1.154×年齡(歲)-0.203×(0.742 女性)×(1.233 中國人)[4]。依據(jù)腎臟疾病患者生存質(zhì)量指導(dǎo)(kidney disease outcomes quality initiative，K-DOQI)中關(guān)于CKD 的分期標(biāo)準(zhǔn)[5]，按照eGFR 將CKD 患者分為輕度腎損害組[eGFR≥60 mL/(min·1.73 m2)，14 例，男7 例，女7例，年齡19～75 (48.64±16.11)歲]和中重度腎損害組[eGFR＜60 mL/(min·1.73 m2)，16 例，男8 例，女8 例，年齡19～75(45.75±15.36)歲]。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，使用同類相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficients，ICC)檢驗兩位觀察者間測量的一致性，ICC 值＞0.75 為一致性良好，ICC 值 在0.40 至0.75 間 為 一 致 性 中 等，ICC 值＜0.40 為 一 致性較差。數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布情況下，采用斯皮爾曼檢驗各組皮髓質(zhì)的APT 值與R2*及FF 值的相關(guān)性，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 健康志愿者及輕度、中重度腎損害患者腎臟T2WI、APT、R2*、FF影像圖

各序列所有圖像清晰可測量，腎臟結(jié)構(gòu)顯示明確，未見明顯變形及偽影。具體健康志愿者及輕度、重度腎損害患者腎臟T2WI、APT、R2*、FF圖像見圖1～3。

圖1 女，23 歲，輕度腎損害(CKD 1 級)患者，eGFR=86.8 mL/(min·1.73 m2)。1A：T2WI 圖像；1B ：APT 偽彩圖與T2WI 融合圖像；1C：橫向弛豫率(R2*)圖像；1D：脂肪分?jǐn)?shù)(FF)圖像。皮質(zhì)APT、R2*、FF 定量值分別為3.2%、12.20/s、0.18%，髓質(zhì)定量值分別為2.2%、13.91/s、0.33%。 圖2 男，34 歲，重度腎損害(CKD 5級)患者，eGFR 為23.2 mL/(min·1.73 m2)。2A：T2WI圖像；2B：APT偽彩圖與T2WI融合圖像；2C：R2*圖像；2D：FF圖像。皮質(zhì)APT、R2*、FF定量值分別為2.1%、29.05/s、1.77%，髓質(zhì)定量值分別為4.1%、17.97/s、3.7%。 圖3 女，26 歲，健康志愿者。3A：T2WI 圖像；3B：APT 偽彩圖與T2WI 融合圖像；3C：R2*圖像；3D：FF圖像。皮質(zhì)APT、R2*、FF定量值分別為1.4%、15.96/s、0.85%，髓質(zhì)定量值分別為1.5%、22.74/s、2.74%。

2.2 兩位觀察者間測量結(jié)果一致性分析

兩位觀察者間各參數(shù)測量結(jié)果ICC 值均大于0.75，一致性良好，最終取觀察者2的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析。具體見表2。

表2 兩位觀察者間各參數(shù)測量結(jié)果一致性分析

2.3 對照組及輕度、中重度腎損害組皮髓質(zhì)APT 值與R2*、FF值相關(guān)性

斯皮爾曼相關(guān)性分析顯示輕度腎損害組皮髓質(zhì)APT 值與FF 及R2*值均無相關(guān)性；中重度腎損害組皮質(zhì)APT 值與FF 值呈正相關(guān)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(r=0.51，P＜0.05) (圖4)，而皮質(zhì)APT 值與R2*值無相關(guān)性，髓質(zhì)APT 值與R2*及FF 值均無相關(guān)性；對照組皮髓質(zhì)APT 值與R2*及FF 值均無相關(guān)性(表3)。

圖4 中重度腎損害組皮質(zhì)APT 值與FF值相關(guān)性散點圖，線性回歸分析得出相關(guān)系數(shù)為0.51，斜率為0.21。注：APT：酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移；FF：脂肪分?jǐn)?shù)。

表3 各組皮髓質(zhì)APT值(%)與R2*值(/s)、FF值(%)相關(guān)性

3 討論

mDixon-Quant與APT成像均為分子水平的fMRI技術(shù)。其中，mDixon-Quant 參數(shù)R2*與脫氧血紅蛋白含量呈比例，可以間接反映組織局部的氧分壓，而FF 能夠準(zhǔn)確定量體內(nèi)多種組織的脂肪沉積，反映機體不同狀態(tài)下組織內(nèi)脂肪含量變化[6-7]。mDixon-Quant 序列現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在肝臟[8]、骨關(guān)節(jié)[9]系統(tǒng)的脂肪定量研究中。APT 成像基于化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer，CEST)技術(shù)，其信號強度(APT 值)與酰胺質(zhì)子-水質(zhì)子交換速率成正比，可反映病變組織內(nèi)源性蛋白、多肽含量及所處環(huán)境的PH值[10-11]。作為一種安全無創(chuàng)的新型fMRI技術(shù)，APT已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)[12]、子宮[13]等中。目前將APT應(yīng)用于人體腎臟的研究極為少見，王楠等[14]首次報道了人體腎臟APT 成像的可行性，研究表明正常腎臟不同區(qū)域的APT 定量測量具有較好的重復(fù)性，但雙側(cè)腎臟間髓質(zhì)APT 值差異較大，需后續(xù)校準(zhǔn)試驗，而本研究僅涉及右腎皮髓質(zhì)的APT值測量。

本研究通過探究CKD右腎皮髓質(zhì)APT與mDixon-Quant序列參數(shù)R2*、FF 間的相關(guān)性，進(jìn)而評估CKD 腎功能及腎損害程度。結(jié)果顯示CKD中重度腎損害組皮質(zhì)APT值與mDixon-Quant序列FF 值呈正相關(guān)(r=0.51，P＜0.05)，其余各組皮髓質(zhì)參數(shù)間均無明顯相關(guān)性，APT 與FF 可分別從不同角度反映腎損害時腎臟蛋白質(zhì)、酸堿環(huán)境變化及脂沉積的關(guān)系。本研究國內(nèi)外首次提出探究APT與mDixon-Quant定量參數(shù)間的相關(guān)性，為CKD的早期診斷與評估提供了一定的參考依據(jù)。

3.1 CKD中重度腎損害組皮質(zhì)APT值與皮質(zhì)FF值呈正相關(guān)

本研究結(jié)果顯示CKD 患者中重度腎損害組皮質(zhì)APT 值與mDixon-Quant 序列皮質(zhì)FF 值呈正相關(guān)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(r=0.51，P＜0.05)。APT 信號強度主要受組織內(nèi)蛋白含量及PH 值影響。Ju 等[15]首次將APT 成像應(yīng)用于CKD 腎功能及腎損傷程度的評估中，結(jié)果顯示對照組、輕度、中重度腎損害組皮質(zhì)和髓質(zhì)APT 值均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。這可能是因為慢性腎損傷伴隨著細(xì)胞外基質(zhì)的累積，而細(xì)胞外基質(zhì)主要由膠原、非膠原糖蛋白和蛋白多糖組成，蛋白含量的增加導(dǎo)致CKD 組APT值的升高[15]；此外，作者推測當(dāng)腎損傷程度加重時，腎小管上的離子泵功能減低影響離子交換，破壞原有酸堿平衡，導(dǎo)致酰胺與水質(zhì)子交換速率增加，從而使APT值升高。

腎臟脂質(zhì)沉積加重組織缺氧，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的發(fā)生，從而促進(jìn)腎小管損傷及間質(zhì)纖維化，加速CKD 的進(jìn)展。Yokoo 等[16]驗證了mDixon-Quant 成像在腎臟脂肪定量中的可行性，并得出2 型糖尿病患者腎臟FF 值較非2 型糖尿病者高；Wang 等[17]使用Dixon 技術(shù)進(jìn)行早期糖尿病腎病的腎臟脂肪定量，結(jié)果微量白蛋白尿組的FF 值顯著高于正常白蛋白尿組和健康對照組；以上均可說明CKD 腎損害時存在腎臟脂肪沉積。

CKD患者存在脂代謝紊亂，多伴有甘油三酯及氧化低密度脂蛋白(oxLDL)水平升高等高脂血癥表現(xiàn)[18]，這些多余的脂質(zhì)可沉積在腎臟系膜細(xì)胞、足細(xì)胞、近端小管上皮細(xì)胞等幾乎所有類型的細(xì)胞中。CD36 是一種可介導(dǎo)oxLDL 攝取的多功能跨膜糖蛋白，也是腎臟中主要的脂肪酸攝取系統(tǒng)，在CKD 的發(fā)生發(fā)展中起核心作用[19]。研究表明腎損傷患者和動物腎臟中CD36水平較高[20]；腎臟CD36表達(dá)水平在CKD患者中更高，并且與腎臟脂質(zhì)沉積相關(guān)[21]。

綜上所述，CKD 時CD36 及細(xì)胞外基質(zhì)等蛋白質(zhì)含量增加、酸堿平衡破壞、腎臟脂質(zhì)沉積三者同步出現(xiàn)，APT與FF變化方向一致，理論上成正相關(guān)，正印證了本研究結(jié)果。但這種相關(guān)僅出現(xiàn)在中重度腎損害組皮質(zhì)上，這可能是因為輕度腎損害時腎臟尚可代償一部分病理變化，而中重度腎損害時蛋白質(zhì)、脂代謝紊亂及酸堿平衡破壞程度加重，因此APT 與FF 變化趨勢可能更為明顯、一致；此外，腎皮質(zhì)血流灌注較髓質(zhì)大且對缺氧耐受也更好[22]，因此髓質(zhì)缺氧程度更為嚴(yán)重，髓質(zhì)功能性腎單位數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)和功能改變更為明顯，蛋白質(zhì)含量及各種物質(zhì)代謝反而減少，這可能在某種程度上導(dǎo)致APT 與FF 變化趨勢產(chǎn)生差異、缺乏明確相關(guān)性。因此，健康志愿者、輕度腎損傷組皮髓質(zhì)及中重度腎損傷組髓質(zhì)區(qū)APT與FF未呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。

3.2 輕度、中重度腎損傷組及健康對照組皮髓質(zhì)APT 值與R2*值均無相關(guān)性

本研究結(jié)果顯示輕度、中重度腎損傷組及健康對照組皮髓質(zhì)APT 值與R2*值均無明顯相關(guān)性。R2*與脫氧血紅蛋白含量呈正比，反映組織氧合水平，R2*除了主要受脫氧血紅蛋白濃度影響之外，腎臟微組織結(jié)構(gòu)含水量、血容量、紅細(xì)胞壓積及毛細(xì)血管分布等同樣對R2*值產(chǎn)生一定影響[23]。CKD時腎小球硬化、間質(zhì)纖維化，致使腎臟血流動力學(xué)紊亂、腎臟灌注減低，理論上腎臟處于相對缺氧狀態(tài)。然而，也有學(xué)者提出CKD時腎小管萎縮及小分子主動轉(zhuǎn)運減少可共同導(dǎo)致Na+-K+-ATP泵功能減低，耗氧量減少；此外，隨著腎損害程度的增加，不僅eGFR 降低，超濾也會降低，近端小管對NaCl 的活性吸收減少，導(dǎo)致Na+泵功能減低，耗氧量減少[24]；二者均可使得腎組織氧合水平增加，脫氧血紅蛋白含量降低。

總之，腎組織蛋白含量及PH 值與脫氧血紅蛋白含量變化并未呈現(xiàn)出明確相關(guān)，因此各組皮髓質(zhì)APT 值與R2*值間相關(guān)性不顯著，還需要進(jìn)行多因素回歸分析深入研究證實。

3.3 局限性

本研究尚存在一定局限性：第一，一些與腎功能相關(guān)的血清代謝產(chǎn)物濃度，如C-甘露糖基色氨酸和假尿苷[25]，也可能與APT 值相關(guān)，在當(dāng)前研究中未進(jìn)行測量，將在未來的研究中改進(jìn)；第二，APT與mDixon-Quant序列的掃描層厚不同，勾畫ROI時各序列圖像難以完全匹配，可能會對部分結(jié)果造成偏差；第三，腎臟結(jié)構(gòu)具有一定的異質(zhì)性，且隨著CKD 病情的進(jìn)展，皮質(zhì)與髓質(zhì)界限不清，這可能影響ROI 放置及測量的準(zhǔn)確性；第四，本研究僅使用右腎APT 值(結(jié)果較為穩(wěn)定)進(jìn)行分析，難以與雙側(cè)腎臟的實驗室檢測結(jié)果準(zhǔn)確匹配。

綜上所述，CKD中重度腎損害組皮質(zhì)APT值與mDixon-Quant序列的皮質(zhì)FF值呈正相關(guān)，二者可從不同角度反映腎損害時腎組織蛋白質(zhì)、酸堿環(huán)境變化及脂質(zhì)沉積的關(guān)系，為CKD 的早期診斷與評估提供了一定的參考依據(jù)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。