彌散張量成像在抑郁障礙、焦慮障礙和強迫障礙中的應用研究進展

張 郁 綜述,蘇丁勇,羅 莎,李鼎紅,彭 娟,3,歐 薇,3△ 審校

(1.遵義醫科大學第一臨床學院,貴州 遵義 563003;2.遵義醫科大學管理學院,貴州 遵義 563006;3.遵義醫科大學第二附屬醫院臨床心理門診,貴州 遵義 563006)

抑郁障礙、焦慮障礙和強迫障礙是發病率較高的精神疾病,嚴重影響患者社會功能。3種不同的精神疾病存在臨床癥狀重疊和共病現象,使得臨床診斷在共識上產生一些分歧。臨床中常見焦慮、抑郁障礙共病的患者,抑郁障礙患者的反復思考,焦慮障礙患者的反復擔心,有時都與強迫思維難以鑒別。因此,在診斷體系中,國際疾病分類第10版(ICD-10)及ICD-11均存在混合性焦慮和抑郁障礙診斷。與精神障礙診斷與統計手冊第4版(DSM-Ⅳ)相比,DSM-Ⅴ新增了混合焦慮抑郁障礙并更正了診斷標準。ICD-10和中國精神障礙與診斷標準3(CCMD-3)診斷系統均將強迫障礙和焦慮障礙均歸入神經癥性障礙。但隨著對疾病的進一步認識,DSM-Ⅴ和ICD-11認為強迫障礙和焦慮障礙是2種不同的精神疾病,從而劃歸為單獨的診斷類別。由于目前精神疾病的診斷是基于自我癥狀的描述及醫生對患者行為和認知的觀察,缺乏診斷、進展、治療計劃和預后的客觀標志物,使得臨床對疾病的認識亟需進一步深入。

彌散張量成像(DTI)技術為探索精神疾病的腦結構病理變化提供了寶貴的工具,有望提高對精神疾病病理機制的認識。本研究組于2023年1月在PubMed、Web of Science、萬方、中國知網等數據庫進行檢索,檢索詞為“焦慮障礙/Anxiety disorder”“抑郁障礙/Depression disorder”“強迫障礙/Compulsive disorder”“彌散張量成像/Diffusion tensor imaging”“白質/White matter”“治療/treatment”。納入標準：(1)關于DTI研究的相關文獻;(2)研究對象為抑郁障礙、焦慮障礙和強迫障礙患者;(3)中文或英文文獻。排除標準：(1)重復文獻;(2)與DTI無關的文獻;(3)評論、綜述、會議報告、信函等文獻;(4)無法獲取全文的文獻。按照上述檢索方法共檢索出文獻456篇,首先閱讀文獻摘要,經納入和排除標準篩選,剔除無關文獻,并認真閱讀符合要求的文獻全文,最終納入相關研究文獻53篇,其中英文文獻45篇,中文文獻8篇。本文對相關研究進行了綜述,希望進一步從影像學的角度認識3種疾病的神經影像學機制。

1 DTI基本原理

DTI是一種是非侵入性腦白質纖維束影像學檢查方法,不僅能直觀顯示腦白質纖維走行和方向等形態特征,還可定量分析腦白質纖維內水分子在各個方向擴散程度和速率,通常用于識別微觀結構變化。各種DTI標量可以與臨床信息相關聯,揭示與神經系統疾病相關的異常。

各向異性分數(FA)是DTI中應用最廣泛的參數[1],其通過提供腦回路的信息來研究神經精神疾病,反映了腦白質纖維束中細胞結構的方向性程度,對腦白質纖維的存在和完整性非常敏感。腦白質提供了灰質區域之間的結構連接,并能夠快速有效地傳遞神經信號[2]。腦白質束可分為關聯通路(連接同一半球內的大腦皮層區域)、連合通路(連接跨半球的類似結構)及投射和丘腦通路(連接皮層和皮層下結構)。FA值減少表明腦白質微結構組織完整程度的改變[3],反映了腦白質束的變化,包括纖維堆積、纖維直徑、髓鞘厚度和纖維方向性的變化。平均擴散率、徑向擴散率和軸向擴散率是額外的測量值,可分別反映水腫、髓鞘形成和軸突損傷[4]。DTI技術的快速發展使人們對人腦發育和疾病過程有了深入的了解,并使腦白質研究成為熱點。

2 抑郁障礙患者腦白質的DTI研究

隨著影像技術的發展,抑郁障礙患者腦白質的損害引起人們廣泛關注。已有研究表明,抑郁障礙與腦部病變密切相關[5]。有全腦分析的研究表明,抑郁障礙患者存在廣泛的腦白質異常,包括額回[6-7]、丘腦[8-10]、束狀筋膜[11]、胼胝體[10,12-15]、頂葉[16-17]、內囊[18-19]和小腦[20-21]等。盡管方法學不同,但大多數調查顯示抑郁障礙患者相關腦白質FA值顯著低于健康者,提示腦白質異常是抑郁障礙的潛在生物標志物[5,8-10]。大部分研究以重性抑郁障礙患者為研究對象,證實連接腦區內部及不同腦區之間構成神經環路的腦白質纖維異常可能與其病理生理學和發病機制有直接關系。隨著DTI技術在抑郁障礙腦結構及神經回路損害的微觀病理基礎研究中的應用,學者從早期探討抑郁障礙在腦區結構上的差異,深入到探索情緒認知功能的神經回路。2007年,有研究采用基于纖維骨架的空間統計方法對首發、未接受治療的重度抑郁障礙患者進行掃描時發現,額中回、左側枕顳回等腦白質病變可能會破壞參與情緒調節的神經回路,且抑郁障礙存在“邊緣-皮層-紋狀體-蒼白球-丘腦”病理神經環路,這一環路的損害會導致5-羥色胺功能紊亂,從而導致抑郁障礙的發生[22]。2011年的DTI相關研究結果進一步支持了抑郁障礙中邊緣-背外側前額葉皮層-丘腦功能障礙理論,結果顯示,抑郁障礙患者邊緣系統、背外側前額葉皮層、丘腦投射纖維、胼胝體等腦白質完整性降低,表明以上腦區白質損傷導致抑郁障礙[10]。2017年,JIANG等[6]研究認為,皮質-皮質下神經回路受損與抑郁障礙的發生發展機制有關,包括下丘腦-垂體-腎上腺軸及額葉-邊緣系統腦白質纖維的異常。上述結果揭示了首發、未用藥的抑郁障礙患者存在多個腦區白質異常,說明腦白質病變可能在抑郁障礙的發病早期就已出現,相關神經環路的損傷可能與抑郁障礙的病理生理學機制有關。

有學者探究了抑郁嚴重程度及病程等臨床特點與DTI結果的相關性。CHEN等[23]基于體素的形態學分析技術對重度抑郁癥患者FA值進行薈萃分析時發現,右側內囊和右側額上回FA值減少分別與癥狀嚴重程度和抑郁持續時間呈負相關。有研究基于體素的空間統計分析方法發現,重度抑郁癥患者病程越長、抑郁程度越高,扣帶回、胼胝體、上下縱束FA值越小[24]。HENDERSON等[25]以青少年重度抑郁癥患者為研究對象,結果發現抑郁嚴重程度與胼胝體膝部、丘腦、前扣帶回FA值呈負相關。抑郁障礙嚴重程度與受損腦區FA值呈負相關,受損腦區的差異可能與患者性別、年齡、用藥情況及DTI分析方法等異質性有關。

臨床治療干預研究也提示抑郁障礙與腦白質微結構異常有關。多項研究表明,抑郁障礙患者經藥物治療后多處腦白質完整性顯著增加,即FA值升高,包括背側丘腦[26]、扣帶回[27]、上縱束[17,28]、額葉[29]、胼胝體、內囊等。TATEISHI等[30]研究發現,重復經顱磁刺激能增加右側額上回的腦白質FA值,改善額葉腦白質的完整性。針對抑郁障礙患者的縱向DTI研究發現,抑郁障礙患者經電休克療法治療后連接額葉和邊緣區域的背額邊緣通路FA值顯著增加[31],表明其纖維完整性增加與情緒癥狀的改善有關。在心理治療方面,抑郁障礙患者經認知行為治療后顳葉及左側小腦白質纖維束FA值升高[32]。額回[6-7]、丘腦[8-10]、束狀筋膜[11]、胼胝體[10,12-15]、頂葉[16-17]、內囊[18-19]和小腦[20-21]等腦白質的結構改變及下丘腦-垂體-腎上腺軸及額葉-邊緣系統神經回路的破壞可能是抑郁障礙的神經病理機制,抑郁障礙嚴重程度與損傷的腦白質FA值呈負相關,治療后腦白質完整性顯著增加已經成為共識。

3 焦慮障礙患者腦白質的DTI研究

焦慮障礙患者腦白質微結構及神經纖維束走行改變有可能是導致疾病發生的重要因素。鉤束是連接邊緣和前額葉區域的主要纖維束。TROMP等[33]研究發現,焦慮障礙兒童鉤束FA值顯著降低,并且與女孩相比,男孩鉤束白質完整性破壞更明顯。LIAO等[34]以青少年為研究對象進行研究時發現,與健康對照組相比,廣泛性焦慮障礙青少年患者雙側鉤束、額枕下束、下縱束和放射冠FA值顯著降低。廣泛性焦慮障礙成人患者的研究顯示,顳葉和前額葉皮層區域之間的結構連接發生了改變,鉤束FA值降低[35-36]。社交焦慮障礙患者同樣存在額顳葉結構連通性降低情況[36]。隨著研究的進一步深入,部分研究從早期探討焦慮障礙在腦區結構上的差異,開始深入到探索情緒認知功能的神經回路。有研究表明,杏仁核和前額葉皮層可能是廣泛性焦慮障礙神經回路的基礎。驚恐障礙患者焦慮敏感性與腦島、胼胝體壓部、穹隆、內囊、丘腦后輻射和后放射冠附近腦白質區域FA值顯著相關,而杏仁核、海馬體、丘腦、島葉和前額葉區域組成的恐懼網絡是參與驚恐障礙病理生理學的關鍵腦回路[37-38]。前扣帶皮層也被認為在恐懼網絡中發揮調節作用,參與恐懼條件調節[39]。

有學者探究了焦慮癥狀嚴重程度與DTI結果的相關性。有研究表明,廣泛性焦慮障礙患者右鉤束、左扣帶束FA值與臨床癥狀嚴重程度呈顯著負相關[40]。一項研究調查了社交焦慮障礙患者狀態-特質焦慮量表和DTI測量之間的相關性,結果發現,鉤束FA值與特質焦慮呈負相關[41]。焦慮障礙患者焦慮嚴重程度越高,鉤束FA值越小。焦慮障礙患者腦白質微結構改變存在于不同的區域,包括鉤束、額枕下束、下縱束和放射冠等。鉤束是杏仁核和眶額皮層之間的主要通路,其損害會導致額邊緣網絡的結構連接障礙,其焦慮癥狀嚴重程度與相應腦白質FA值呈負相關。

4 強迫障礙患者腦白質的DTI研究

關于強迫障礙患者的DTI研究發現,扣帶束前段和丘腦前輻射2條白物質束很可能在強迫障礙神經病理學中發揮重要作用[42]。GARIBOTTO等[43]研究發現,強迫障礙患者扣帶束、下額枕束等區域腦白質FA值顯著降低。有研究表明,強迫障礙患者丘腦后輻射的平均FA值低于對照組,丘腦前輻射作為丘腦前回路中的主要纖維與強迫癥狀相關,但與其結構改變相關的潛在生化機制仍不清楚[44]。

在強迫癥狀嚴重程度和病程等臨床特點與DTI結果相關性方面,蒿瑞杰等[45]以青少年為研究對象進行研究時發現,強迫障礙組胼胝體、丘腦前放射、額枕下束等腦白質FA值降低,且胼胝體FA值與強迫癥狀量表總分及強迫行為因子分呈負相關。GARIBOTTO等[43]采用基于體素的形態學分析方法進行研究時發現,患者雙側上縱束、視輻射和下額枕束FA值降低,并且與耶魯-布朗強迫障礙狀量表(Yale-Brown)總分呈顯著負相關。有學者結合質子磁共振波譜和DTI技術對強迫癥患者進行研究時發現,患者左側扣帶束白質FA值顯著降低,且與強迫觀念及病程之間存在負相關[46]。但WANG等[44]以成人強迫障礙患者為對象進行研究時發現,患者右側丘腦前輻射FA值與其Yale-Brown總分及強迫癥狀量表評分呈正相關。

有臨床干預研究證實了強迫障礙患者腦白質微結構會改變。YOO等[47]采用西酞普蘭藥物治療強迫障礙患者時發現,強迫障礙患者治療后胼胝體、內囊和右尾狀核腦白質區域FA值增高,表明強迫障礙病變的腦白質微結構經過藥物治療后可以修復。雙側扣帶回切開術是一種應用于強迫障礙患者的手術。研究表明,患者成功進行雙側前扣帶切開術后,鉗內小束神經纖維發生結構變化[48]。強迫障礙的發病機制涉及廣泛的大腦結構異常和功能紊亂,經典的皮質-紋狀體-丘腦-皮質病理環路是強迫障礙的重要病理生理機制。此外,病理改變還涉及該環路以外廣泛的腦區如胼胝體[45,49]、額枕下束[43,45,49]、上縱束[49]、小腦[49-50]等。

5 抑郁、焦慮、強迫障礙共病患者腦白質的DTI研究

臨床研究發現,焦慮障礙、抑郁障礙和強迫障礙患者常常在癥狀上彼此有重疊、共患等現象。焦慮障礙與抑郁障礙之間有高達50%的共患率,38%焦慮障礙患者罹患嚴重抑郁[51]。強迫障礙與其他焦慮障礙的共病率為24%～70%,強迫障礙患者共病抑郁障礙的風險是普通人群的8～10倍[52]。少量研究開始采用DTI技術探索共病患者,從影像學角度識別精神疾病中大腦結構的共性和差異。ROELOFS等[53]以焦慮抑郁共病的青少年為研究對象時發現,與健康同齡人相比,其右后放射冠和右扣帶FA值下降。這些研究對于理解疾病的病理生理機制做出了早期探索。

6 小 結

抑郁障礙、焦慮障礙及強迫障礙患者在臨床上常存在癥狀重疊和共病現象。通過DTI技術探索抑郁障礙、焦慮障礙及強迫障礙患者腦白質微結構的改變,有助于深入了解疾病發生、發展機制,為其診斷與治療提供可靠的影像學依據。抑郁障礙具有廣泛的腦白質損傷,與邊緣-背外側前額葉皮層-丘腦功能回路等多個神經回路相關。焦慮障礙患者腦白質改變與鉤束有關,前額葉邊緣連接的改變是焦慮障礙的病理生理特征。皮質-紋狀體-丘腦-皮質回路被認為與強迫障礙的病理生理學有關。目前,對于3種疾病的DTI研究主要聚焦于抑郁障礙,其次為焦慮障礙和強迫障礙,對于3種疾病腦結構共性和差異的DTI研究還處于探索階段。未來可能需要在這些方面有更多的研究,集中于共病患者的神經影像學機制研究。