EC-T化療后乳腺癌患者大腦自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)異常的靜息態(tài)功能磁共振成像研究

馮偉，劉同輝，李朋，王雪原，陳瑞，張華文，寧龍

乳腺癌是女性最常見(jiàn)癌癥，在全球女性癌癥相關(guān)死亡原因中位居第二，在我國(guó)女性所患惡性腫瘤中乳腺癌患病率居于首位[1]。化療已經(jīng)成為治療癌癥最成功的治療策略之一，但大多數(shù)接受化療的乳腺癌患者會(huì)出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知功能障礙，如記憶力、注意力、學(xué)習(xí)能力、推理能力、執(zhí)行能力及空間感的能力等的下降，被稱為化療相關(guān)認(rèn)知障礙(chemotherapy-induced cognitive impairment，CICI)，又稱為化療腦[2]。靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional MRI，rs-fMRI)被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知功能障礙的研究[3]，已有研究者通過(guò)rs-fMRI 及低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)算法探究乳腺癌患者的化療相關(guān)認(rèn)知功能障礙[4]，但由于納入患者化療方案的多樣性，不能表征特定化療方案的特異性腦功能損傷特征。本研究旨在采用rs-fMRI研究接受標(biāo)準(zhǔn)EC-T (E：表柔比星，C：環(huán)磷酰胺，T：紫杉醇)化療方案的乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者大腦局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)異常以及相關(guān)的特異性認(rèn)知損傷，進(jìn)一步闡述乳腺癌患者認(rèn)知功能障礙的機(jī)制，探尋認(rèn)知障礙相關(guān)的影像學(xué)標(biāo)記，為早發(fā)現(xiàn)、早治療化療后乳腺癌患者腦功能改變提供客觀影像學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究得到陜西省核工業(yè)二一五醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)：2019015)，所有受試者均提前簽署知情同意書。納入29例陜西省核工業(yè)二一五醫(yī)院腫瘤內(nèi)科2018年11月至2020年7月之間收治的經(jīng)病理證實(shí)為單側(cè)乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌的女性患者(病例組)，年齡(45.31±7.03)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)單側(cè)乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌的女性患者(病理證實(shí))；(2)已完成標(biāo)準(zhǔn)的EC-T序貫化學(xué)治療；(3)年齡＜60 周歲；(4)未絕經(jīng)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腦血管病、腦腫瘤、腦外傷等顱腦器質(zhì)性病變；(2)嚴(yán)重的語(yǔ)言障礙、視力模糊、聽(tīng)覺(jué)喪失和其他臨床相關(guān)疾病癥狀，無(wú)法配合完成神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估；(3)幽閉恐懼癥等MRI檢查禁忌證。同期公開(kāi)招募30例健康志愿者作為對(duì)照組，年齡(43.77±5.58)歲，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)與病例組年齡、性別及教育程度相匹配；(2)近期體檢結(jié)果提示健康狀況良好；(3)神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估及頭顱MRI檢查配合良好；(4)頭顱MRI正常。

1.2 化療方案

本研究所有乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者均接受標(biāo)準(zhǔn)EC-T序貫化學(xué)治療(E：表柔比星；C：環(huán)磷酰胺；T：紫杉醇)，具體化療方案為：表柔比星(60 mg/m2)+環(huán)磷酰胺(600 mg/m2)化療4周期后再進(jìn)行紫杉醇(100 mg/m2)化療4 周期，每個(gè)化療周期為7 d，時(shí)間間隔為14 d，總時(shí)長(zhǎng)為6個(gè)月；所有患者從化療結(jié)束至納入研究間隔時(shí)間6～12 (9.41±1.74)個(gè)月。

1.3 認(rèn)知評(píng)估

我們分別采用聽(tīng)覺(jué)言語(yǔ)學(xué)習(xí)測(cè)試-華山版(Auditory Verbal Learning Test-Huashan version，AVLT-H)和蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)評(píng)估每一位受試者的記憶功能和整體認(rèn)知功能。AVLT-H是公認(rèn)的測(cè)試受試者在不同工作記憶階段記憶能力的可靠方法，主要包括即時(shí)記憶、短期延遲記憶、長(zhǎng)期延遲記憶和再認(rèn)[5-6]。MoCA廣泛應(yīng)用于輕度認(rèn)知障礙患者的整體認(rèn)知評(píng)估，主要測(cè)試受試者的視空間、執(zhí)行、命名、記憶、注意、語(yǔ)言、抽象和定向等方面的能力[7-8]。

1.4 數(shù)據(jù)采集

掃描設(shè)備：美國(guó)GE Discovery 750 3.0 T超導(dǎo)MR掃描儀，8通道頭頸聯(lián)合線圈。掃描時(shí)受試者仰臥位，頭先進(jìn)，用海綿墊從雙側(cè)固定頭部防止移動(dòng)，用耳塞減少噪音干擾，囑咐患者在掃描過(guò)程中保持閉眼、清醒，避免思考活動(dòng)，定位線平行于前后聯(lián)合線，從顱頂掃描至顱底。首先行常規(guī)T1WI、T2WI、T2-液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)序列掃描篩查顱腦器質(zhì)性病變。用3D 腦容積成像(3D brain volume imaging，3D-BRAVO)序列采集所有受試者的全腦高分辨結(jié)構(gòu)像，掃描參數(shù)：TE=3.2 ms，TR=8.2 ms；層間隔=0，層厚=1 mm，翻轉(zhuǎn)角=15°，視野=240 mm×240 mm，矩陣=256×256，掃描次數(shù)=160。rs-fMRI采集使用單次激發(fā)SE-EPI序列，掃描參數(shù)：TE=50 ms，TR=2000 ms；層間隔=0，層厚=4.0 mm；翻轉(zhuǎn)角=90°，視野=240 mm×240 mm，矩陣=64×64；體素大小=3 mm×3 mm×3 mm，掃描時(shí)間為6 min 10 s，包含185個(gè)腦容積。

1.5 MRI數(shù)據(jù)處理

采用基于MATLAB R2012b平臺(tái)處理靜息態(tài)血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)數(shù)據(jù)，采用DPARSF 軟件包(Data Processing Assistant for Resting-State fMRI，DPARSF) V2.1 Advance Edition軟件(http://www.restmri.net/forum/DPARSF)分析EPI采集的原始數(shù)據(jù)。處理步驟：(1)將所有受試者的顱腦MRI數(shù)據(jù)由DICOM格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式；(2)去除每個(gè)受試者前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的fMRI數(shù)據(jù)；(3)以每次掃描的中心層(第31層)為參考層對(duì)每個(gè)受試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列校正；(4)排除水平移位＞3 mm或旋轉(zhuǎn)移位＞3°的受試者；(5)將功能像與自身結(jié)構(gòu)像相配準(zhǔn)，采用加拿大蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)頭部解剖模版為模版，并投射在標(biāo)準(zhǔn)MNI模板，以體素大小3 mm×3 mm×3 mm對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣；(6)去除線性漂移，以減少低頻線性漂移影響；(7)去除全腦平均信號(hào)、頭動(dòng)參數(shù)、腦脊液及白質(zhì)信號(hào)的影響；(8)計(jì)算每個(gè)體素在0.01～0.1 Hz頻段的ALFF。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 19.0軟件包對(duì)臨床資料及量表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用兩樣本t檢驗(yàn)比較年齡、受教育年限、AVLT-H評(píng)分、MOCA評(píng)分差異，提取病例組與對(duì)照組差異性腦區(qū)的ALFF 值，并與AVLT-H 及MoCA 評(píng)分進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

兩組受試者受教育年限、年齡差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見(jiàn)表1。病例組MoCA 評(píng)分低于健康志愿者，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，AVLT-H量表各子項(xiàng)得分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見(jiàn)表1。

表1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料及神經(jīng)心理學(xué)量表(xˉ±s)Tab.1 Demographic data and neuropsychological scale(xˉ±s)

2.2 ALFF差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)組間比較

病例組左側(cè)背外側(cè)額上回(Frontal_Sup_L)ALFF 值高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，AlphaSim 校正)，小腦蚓_6 (Vermis_6)、左側(cè)前扣帶回(Cingulum_Ant_L) ALFF 值低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，AlphaSim校正)，見(jiàn)表2、圖1。

表2 組間ALFF差異的腦區(qū)Tab.2 Brain regions of ALFF differences between groups

圖1 組間低頻振幅差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)圖。紅色區(qū)域表示病例組較對(duì)照組低頻振幅值增高區(qū)域，位于左側(cè)背外側(cè)額上回；藍(lán)色區(qū)域表示患者組較對(duì)照組低頻振幅值減低區(qū)域，位于小腦蚓、左側(cè)前扣帶回。Fig. 1 Brain area diagram of significant difference in amplitude of low frequency fluctuation (ALFF) between groups. The red area indicates the area with higher ALFF value in the case group than tht in the control group,which is located in the left dorsolateral superior frontal gyrus.The blue area indicates the area where the ALFF value of the patient group is lower than that of the control group, which is located in the cerebellar vermis and the left anterior cingulate gyrus.

2.3 病例組差異腦區(qū)的ALFF 值與MoCA 評(píng)分的相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)分析顯示病例組左側(cè)前扣帶回ALFF值與MoCA 評(píng)分呈顯著正相關(guān)(r=0.789，P＜0.001)，見(jiàn)圖2。

圖2 病例組左側(cè)前扣帶回ALFF值與MoCA評(píng)分呈顯著正相關(guān)(r=0.789，P＜0.001)。注：MoCA：蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表；ALFF：低頻振幅。Fig. 2 ALFF value of left anterior cingulate gyrus in case group was significantly positively correlated with MoCA score (r=0.789, P＜0.001).Note: MoCA: Montreal Cognitive Assessment; ALFF: amplitude of low frequency fluctuation.

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)接受EC-T化療方案的乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者出現(xiàn)多區(qū)域自發(fā)腦活動(dòng)異常，主要位于左側(cè)背外側(cè)額上回、小腦蚓及左側(cè)前扣帶回，同時(shí)發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者存在整體認(rèn)知功能障礙，Pearson 相關(guān)分析顯示左側(cè)前扣帶回自發(fā)腦活動(dòng)減低與整體認(rèn)知損傷評(píng)分呈顯著正相關(guān)，這可為臨床工作中針對(duì)乳腺癌患者認(rèn)知功能障礙的診斷及治療提供有效的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

3.1 乳腺癌患者多區(qū)域自發(fā)腦活動(dòng)異常

ALFF 是通過(guò)使用0.01～0.08 Hz 這一低頻段內(nèi)所有頻率點(diǎn)上振幅值的平均值來(lái)反映一個(gè)體素的自發(fā)性活動(dòng)強(qiáng)弱，從能量角度反映神經(jīng)元靜息狀態(tài)下自發(fā)活動(dòng)水平，ALFF 的改變提示該腦區(qū)神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)存在異常[9-11]。本研究發(fā)現(xiàn)接受EC-T 化療方案的浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者組左側(cè)背外側(cè)額上回ALFF 值增高，小腦蚓、左側(cè)前扣帶回ALFF 值降低。左側(cè)背外側(cè)額上回及左側(cè)扣帶和扣帶旁腦回是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network，DMN)的重要構(gòu)成腦區(qū)。DMN是在靜息狀態(tài)下處于激活狀態(tài)的大腦功能網(wǎng)絡(luò)，主要包概括內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)、雙側(cè)頂下小葉、前扣帶回、后扣帶回、楔前葉及雙側(cè)海馬等腦區(qū)[12-13]，且DMN的活動(dòng)與人腦的記憶、情感、認(rèn)知等功能密切相關(guān)，DMN活動(dòng)異常可見(jiàn)于多種疾病患者[14-16]。背外側(cè)額上回與情緒調(diào)節(jié)、認(rèn)知過(guò)程和自我意識(shí)等密切相關(guān)[17]，小腦蚓部可影響感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能、工作記憶等認(rèn)知功能[18-19]，扣帶回對(duì)記憶、情感及動(dòng)作等認(rèn)知功能有重要作用[20]。劉偉等[21]縱向研究化療對(duì)乳腺癌患者靜息態(tài)局部腦活動(dòng)和認(rèn)知功能的影響發(fā)現(xiàn)化療引起雙側(cè)楔前葉、顳中回神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)，Chen 等[22]研究發(fā)現(xiàn)接受化療的老年乳腺癌患者雙側(cè)胼胝體下回和右前扣帶回神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)，左側(cè)楔前葉神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)減弱，它們均屬于DMN 的構(gòu)成腦區(qū)，但與我們研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)異常的腦區(qū)不同，這可能與患者年齡、乳腺癌的病理類型以及所接受的化療方案的差異有關(guān)。既往研究已經(jīng)證實(shí)烷化劑、蒽環(huán)類以及紫杉烷類化療藥物可以靶向作用于DNA 修復(fù)和細(xì)胞分裂的各個(gè)方面，從而引起細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步導(dǎo)致腦結(jié)構(gòu)和功能的改變，紫杉醇已被證實(shí)具有抗血管生成作用，表柔比星亦被證實(shí)與血管毒性相關(guān)[23-25]。DMN 對(duì)藥物毒性尤其易感，化療引起炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的增加被認(rèn)為增加了對(duì)DMN 的毒性作用[26]。由此推測(cè)EC-T 化療可能導(dǎo)致了乳腺癌患者大腦DMN的網(wǎng)絡(luò)異常，出現(xiàn)了部分腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)改變，從而影響患者的認(rèn)知功能。

3.2 乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者左側(cè)前扣帶回自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)減低與整體認(rèn)知障礙密切相關(guān)

在臨床實(shí)踐中，大多數(shù)接受化療的患者存在不同程度的以注意力、記憶力及意識(shí)運(yùn)動(dòng)功能減退為主要表現(xiàn)的認(rèn)知功能障礙[27]。迄今為止，乳腺癌化療相關(guān)認(rèn)知功能障礙可能是多種因素共同作用的結(jié)果，其發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，但已有研究證實(shí)化療藥物的直接或間接神經(jīng)毒性作用、氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎癥反應(yīng)以及激素水平的變化等是其可能的致病因素[28-29]。我們的研究發(fā)現(xiàn)MoCA 評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而AVLT-H評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示接受EC-T化療方案的浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者存在整體認(rèn)知功能障礙，無(wú)明顯記憶功能障礙。Pearson 相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)前扣帶回ALFF 值與MoCA 評(píng)分呈正相關(guān)，提示接受EC-T 化療方案的浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者存在整體認(rèn)知損傷及局部腦區(qū)的自發(fā)活動(dòng)異常，進(jìn)一步證實(shí)扣帶回可能是化療后乳腺癌患者認(rèn)知功能障礙相關(guān)的關(guān)鍵損傷腦區(qū)，可能為臨床工作中針對(duì)化療后乳腺癌患者認(rèn)知功能障礙的診斷、監(jiān)測(cè)及干預(yù)提供有效的影像學(xué)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。總之，本研究選擇同一病理類型(浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌)、特定化療方案(EC-T)的乳腺癌患者，通過(guò)rs-fMRI 證實(shí)左側(cè)前扣帶回自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)異常可能是化療后認(rèn)知功能障礙的潛在機(jī)制。

3.3 不足與展望

本研究為橫斷面研究，樣本量相對(duì)較少，無(wú)法縱向觀察化療后乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌患者大腦局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)異常以及相關(guān)的特異性認(rèn)知損傷在整個(gè)疾病過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。此外，本研究未全面考慮乳腺癌疾病本身及內(nèi)分泌治療等其他部分治療對(duì)患者的影響，也未評(píng)估患者的焦慮、抑郁等情緒狀態(tài)。在今后的研究中應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)期跟蹤隨訪乳腺癌患者，進(jìn)一步增加樣本量，系統(tǒng)地運(yùn)用MRI多模態(tài)成像技術(shù)，全面闡述乳腺癌患者認(rèn)知功能障礙的機(jī)制，為早發(fā)現(xiàn)、早治療化療后乳腺癌患者腦功能改變提供客觀影像學(xué)依據(jù)。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無(wú)利益沖突。