磁共振波譜在中醫藥研究中的應用進展

吳雙，呂智楨，周星辰，利濤，洪澤，孫佳雨，呂立江*

作者單位 1.浙江中醫藥大學附屬第三醫院（浙江省中山醫院）推拿科，杭州 310005；2.浙江中醫藥大學第三臨床醫學院，杭州 310053

0 引言

磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy,MRS）技術作為唯一能夠無創定量檢測腦內物質改變的技術[1]，因其操作簡便、零輻射、高空間分辨率的優勢受到廣泛關注，已成為當代中醫藥學者研究腦科學的有效新手段[2]。該技術直接從活體角度觀察大腦奧秘，避免了以往研究成果依賴于動物模型的局限性以及中醫診療過程非可視化的缺陷[3]。目前，應用MRS技術探索腦中樞效應機制已然成為中醫藥領域熱點，在中醫證型的MRS 診斷[4]、中藥復方的腦代謝響應研究[5]、MRS 在針灸/推拿-腦效應研究的實證分析[6-7]、個體化診療策略中的MRS 應用[8]等方面均有初步成果。為推進MRS技術在中醫藥領域的應用，盡快明確腦代謝物對于中醫藥干預方式的響應機制是我們亟需研究的方向。然而，目前尚未有MRS技術與中醫藥研究結合的綜述報告。因此筆者查閱中醫藥研究結合MRS 技術的相關文獻，發現近年來文章數量豐富，閱讀并整理相關報道對MRS 技術在中醫藥研究的應用進展進行綜述，闡明MRS 技術原理，總結MRS技術與中醫藥研究結合的優勢，在中醫藥研究中的應用進展、方向及局限性，旨在為中醫藥學者開展腦科學研究提供新思路。

1 MRS技術概述

1.1 MRS技術原理

MRS技術是利用電化學環境下原子核共振頻率偏移，經傅立葉變換形成頻率-信號強度譜線，據此判斷物質濃度[9]。氫譜分析法為主要數據分析方法，氫離子濃度變化影響核磁共振圖像，進而影響診斷率。通過氫離子分析技術可判斷疾病嚴重程度，觀察MRS譜線變化可提示腦區細胞結構改變。因此，氫離子濃度變化和MRS譜線分析在疾病診斷中具有重要意義。

1.2 常見代謝指標

MRS 可檢測腦內多種代謝物：氮-乙酰天門冬氨酸、膽堿、肌酸等，具體見表1[10]。

表1 磁共振波譜檢測的主要代謝物指標Tab.1 Main metabolite indices detected by magnetic resonance spectroscopy

2 MRS技術與中醫藥領域結合的優勢

應用MRS技術研究疾病，可從傳統意義上將結構維度上升為深入剖析疾病本質的分子生物學維度[11]。MRS技術通過實現動態可視條件下觀察中醫藥手段干預下人體或動物模型產生的腦代謝物效應改變[12-13]，豐富研究結果及推動學科發展。此外，應用MRS技術可揭示中藥靶點腦代謝物的腦化學機制[14]，闡明與拓展中藥歸經及方劑配伍理論，針對中藥材質量標記并應用其基于臨床療效的中藥質控[15-17]以及深入挖掘針灸與推拿的中樞效應機制[18]。MRS 技術可用現代化手段詮釋傳統中醫藥理論的腦中樞機制，揭示其調節人體生理病理的內在規律，為臨床應用提供更加科學準確的指導，替代傳統經驗醫學思維模式。

3 MRS技術在中醫藥領域的應用研究現狀

3.1 中醫證型的MRS診斷

當前，MRS技術應用于疾病診斷研究已覆蓋多學科領域，包括腫瘤學[19-21]及良惡性腫瘤鑒別[22-23]、神經病學[24-26]、外科學[27-28]、精神病學[29-31]等并已取得高質量研究成果。因此，挖掘腦代謝物與中醫證型的相關性，應用MRS 技術提供的大量客觀可視化證據可作為中醫辨證論治的有益詮釋。如譚子虎等[32]探討血管性癡呆患者不同中醫證型MRS 檢查特點，發現患者雙額葉氮-乙酰天門冬氨酸（N-Acetylaspartate, NAA）/肌酸（Creatine, Cr）水平下降可作為辨證腎精虧虛型的客觀參考指標，痰濁阻竅證患者雙額葉及海馬膽堿（Choline, Cho）/Cr較瘀血阻絡證升高，可彼此鑒別診斷。戚婉等[33]應用MRS 觀察指標在缺血性中風癥型與時期的變化，通過細胞代謝水平和功能水平來監測缺血性中風的物質與能量代謝規律，為缺血性中風的中醫辨證提供客觀參考指標。張立蘋等[34]發現，遺忘型輕度認知損害的證型與左右內側顳葉的NAA/Cr及NAA/肌醇（Inositol, mI）相關；代謝異常變化在痰濁證中以累及左內側顳葉為主，腎虛證以累及右內側顳葉為主。易敏等[4]利用1H NMR結合多元統計方法可有效建立冠心病心血瘀阻證、痰濁閉阻證的診斷模型，形成了冠心病痰、瘀證的代謝指紋圖譜，以及追溯血府逐瘀湯對冠心病血瘀證的代謝機制可能與調節脂質代謝和能量代謝有關。通過文獻研究發現[35-37]，中醫辯證原理與代謝組學研究疾病有高度的趨同性，代謝組分所反映的是人體生化網絡對所有擾動因素進行應答和變化的終端信息，與“司外揣內”等中醫診斷原理相契合。在既往的研究中發現，應用MRS 技術進行中醫診斷，實現了對腦內微觀物質代謝的精準檢測，為中醫傳統診斷方法注入了現代化力量，有效提升了診斷的精確性和科學性。今后還應盡快完善各疾病患者腦代謝物與中醫證型的相關性研究，從而更準確地揭示不同疾病中醫證型的腦代謝物靶標，打破傳統醫學與現代醫學的壁壘。

3.2 中藥復方的腦代謝響應研究

MRS技術為中藥復方的機制研究和臨床指導提供了重要平臺，目前開展相關研究包括如下方面：（1）療效評價研究。劉紫陽等[38]通過計算記錄NAA、Cho、mI曲線下面積，并分別計算其與Cr的比值從而評估逍遙丸干預后的認知障礙功能；潘琳娜等[39]運用補陽還五湯聯合常規調脂、抗凝抗炎等方案治療氣虛血瘀型腦梗死，監測代謝物NAA、Cr、Cho、Lac 等干預前后變化，分析指標好轉情況與臨床癥狀相吻合；韋一佛等[5]選擇黑質區作為MRS 檢查感興趣區域，選取NAA、Cho 為主要檢測指標，觀察滋腎益髓方對帕金森患者黑質區神經元活性的影響，發現滋腎益髓方通過延緩帕金森患者黑質區神經元損害，保持神經元活性等，從而改善患者的運動癥狀及非運動癥狀；黃瑤等[40]發現溫振運氣方可通過調節中樞腦海馬區NAA、Cho 含量，促進神經元修復，改善腦細胞代謝，進而顯著緩解慢性疲勞綜合征患者的軀體疲勞與負性情緒。（2）基于MRS的中藥復方干預動物模型的實驗研究。ZHAO 等[41]發現腦卒中后抑郁大鼠模型在益腦解郁湯干預下有效改善前額葉皮質和海馬區微循環，調節谷氨酸能系統和膜磷脂代謝；GUAN 等[42]采用1H NMR 研究發現大黃苷元（大黃的主要藥效學成分）對腦缺血再灌注大鼠模型的保護作用，并探討了其代謝調節機制，表明基于核磁共振的代謝組學方法可能是研究中藥作用機制的前沿方法；ZHENG 等[43]發現人參健湯可以調節胰島素抵抗大鼠模型胰腺氨基酸水平，促進代謝過程的恢復，通過1H NMR 模擬大鼠的代謝變化，有助于進一步了解人參健湯治療胰島素抵抗大鼠的作用機制。宋昌齡等[44]采用中藥疏肝清熱健脾法干預環境相關恐懼模型大鼠后發現其通過減輕或緩沖強度較大的情緒應激對神經細胞及正常代謝功能的損傷，調節細胞信號轉導和細胞膜磷脂代謝，調整興奮性氨基酸與抑制性氨基酸的平衡，最終反映在行為學及腦代謝方面均表現出顯著的抗焦慮效果。（3）中藥制劑質控標準。長期以來的中藥質量控制是一個科學問題，也是一個產業問題，阻礙了循證中醫藥的發展。DAI等[15]提出了質量標記的概念，采用1H NMR和總多糖分析法，發現與麻黃臨床療效相關的標記物——麻黃干，用于臨床療效的中藥質量評價。LI等[16]采用1H NMR定量分析丹參注射液的綜合化學成分，能較全面地表征丹參注射液不同商品批次的質量特征，為提高中藥制劑的一致性和安全性提供了保障。LI等[17]研究證實NMR方法對黨參藥材的質量控制具有相對簡單、特異、精確和準確的特點，校準曲線不需要參考化合物。HUNG等[45]建立了一種高特異性、高靈敏度的1H NMR 定量方法，可快速、簡便地定量測定麻黃相關商業處方中麻黃堿類生物堿衍生物的含量，無需預先純化步驟和標準化合物，是驗證不同麻黃品種的有力工具。

中藥制劑的質量參差不齊，往往難以達到理想的臨床療效水平。因此，制作符合統一標準的中藥制劑，方能體現其應有的療效。MRS 技術與中藥質控領域結合，避免了以往道地藥材缺少及非道地藥材效劣的缺陷，啟發了中藥復方是否達到標準湯劑水平的思考。此外，未來深入開展中藥復方的腦代謝響應研究還將在中醫藥領域如下方向具有重大意義：（1）提供治療靶點；（2）療效機制研究；（3）藥物研發與學科發展；（4）指導中藥配伍與整體調節；（5）中醫藥治未病等。因此，MRS 技術在中醫藥領域的應用研究具有廣泛的前景，但仍存在大量尚未填充的空白，亟待進一步深入研究和探索。

3.3 MRS在針灸/推拿-腦效應研究的實證分析

MRS 技術與針灸推拿學科結合視閾下，揭示了穴位-經絡-腦代謝之間的相關性，用現代化語言進一步闡明了經絡理論，同時也為針灸推拿學科在針灸/推拿的腦功能中樞響應機制等方面研究提供科學證據，這無疑推動了這一傳統醫學的現代化發展。文獻研究發現在MRS應用研究尤以心腦血管或神經系統疾病為主，如LIN 等[6]發現電針可通過上調雙轉基因APP/PS1小鼠的腦源性神經營養因子來改善NAA和Glu 代謝，是改善認知功能障礙的潛在治療方法。而在針灸推拿領域可選取本干預方式的優勢病種如下腰痛等。SUN 等[46]利用1H-MRS 慢性下腰痛患者嚴重程度多裂肌中的脂質濃度呈強相關，為指導康復策略提供有效參考預后指標。DIDEHDAR 等[7]發現慢性下腰痛患者在經脊柱推拿操作干預后的丘腦、腦島、背外側前額葉等腦區的NAA 和丘腦、腦島、體感皮層腦區的膽堿信號上升，證實脊柱推拿可調控下腰痛患者中樞神經系統鎮痛機制，改變腦代謝物，減輕疼痛和功能障礙。HUANG 等[2]基于NMR揭示電針通過調節中樞神經系統治療胃黏膜損傷大鼠，并證實胃黏膜損傷發病機制與電針療效涉及能量、神經遞質、細胞、抗氧化等多種代謝通路。

此外，中國傳統功法作為推拿學科之功法學的重要分支，在促進筋骨平衡、調節情緒抑郁等方面均有獨特優勢，而相關研究[47]發現五禽戲干預下的抑郁癥患者癥狀顯著改善，相應責任腦區前額葉和海馬代謝指標NAA/Cr、Cho/Cr 等信號顯著降低，證實前額葉腦區、海馬區與認知功能和控制情緒密切相關。因此，利用MRS 技術揭示五禽戲調節抑郁責任腦區變化，豐富了對于中國傳統功法的腦科學認識，采取該技術與針灸推拿學科相結合，應用彼此優勢，擴大研究領域，為解決學科難題發揮了有益的交互作用。此前，腧穴特異性研究主要集中于形態學、生物學、分子生物學、各系統功能特異性、臨床效應研究等方面，但在腦科學領域的研究尚少，尤其是MRS相關的腦代謝物響應情況。可見，及時完善此類型研究，對補全和發掘腧穴特異性的奧秘具有重要意義。

3.4 個體化診療策略中的MRS應用

中醫學經典著作《傷寒論》：“觀其脈證，知犯何逆，隨證治之”為最早提出個性化診療思路的先河，長久以來具有獨特的個性化診療優勢。后《希波克拉底誓言》首次提出根據每個人的獨特體質和疾病情況進行治療，這一理念被視為個性化醫療的雛形。當今，科技發展迅速，應結合具體科技發展水平及醫療儀器作為這一理念延伸。MRS技術通過分析個體代謝物特征，制訂更個體化的治療方案。不斷挖掘疾病的腦代謝生物學標志物以及結合具體癥狀緩解情況，可有效評價干預方式的療效。如霍苗等[8]發現Glx3/Cr值可作為預測慢性下腰痛患者的功能狀態和療效評價的生物學標志物之一。動態監測腦代謝物變化，有利于觀察干預方式的中樞調控機制，將客觀生物學標志物與主觀癥狀相結合，客觀可視化觀察疾病進展從而進行具體的個體化慢性下腰痛診療，避免了過往臨床中過度依賴經驗主義的缺陷。此外，研究發現性別影響的腦代謝物及神經遞質差異顯著[48-49]，雖神經生理學基礎尚不明確，但已有研究[50]發現性別可影響興奮性神經遞質（Glu和Glx）濃度差異，責任腦區為前額葉，且對針刺后響應程度有差異。中醫藥治療注重個體差異和整體平衡，通過分析腦代謝物可以更準確地判斷個體的生理病理狀態和治療需求，從而制訂更精準的治療方案。MRS技術為中醫藥個性化診療策略提供不同的新視角、新平臺，利用MRS技術完善個性化診療策略體系，還需在如下方向開展深入研究：動態監測腦代謝物情況，根據生物學標志物追蹤疾病進展、判斷疾病預后以及實現中醫藥治未病理念之“未病先防”“既病防變”。

4 總結與展望

綜上所述，MRS技術監測腦內神經化合物變化，反映了疾病不同維度的特征，是疾病的神經機制研究中有效的研究工具，為中醫藥領域研究及應用提供新視角[51]。MRS 技術已在中醫藥領域得到深入應用，各系統疾病的責任腦區逐漸清晰，研究已探查得到情緒調節責任腦區主要為杏仁核、眶額葉、前額葉腦區、海馬區、島葉等[52-56]，鎮痛相關責任腦區主要為后扣帶回、額上回、楔前葉、額中回、枕上回、枕中回等[57-59]，以及各腦代謝物及神經遞質含量變化反映腦神經元或系統不同程度的損傷[5]。

既往研究樣本量始終受限，MRS 技術在中醫藥研究中尚未開展全面，這無疑難以闡明中醫藥腦代謝作用機制全貌。雖然MRS技術在中醫藥研究中擁有較強的適用性，但其自身仍具有一定的局限，如：（1）信號重疊。不同代謝物的磁共振信號可能會重疊，導致難以準確測量每種代謝物的濃度。（2）磁敏感性偽影。磁場的不均勻性會產生磁敏感性偽影，可能會干擾信號的準確測量。（3）耗時較長。MRS通常需要較長的掃描時間，這可能會增加患者的不適感并降低掃描的可行性。此外，MRS 技術僅能反映機體的腦代謝改變并且當前研究多采用單一磁共振掃描技術，鮮有通過多模態磁共振成像分析多結局指標研究，無法全面反映腦中樞特征。

今后的研究應擴大樣本量，盡早填充MRS 技術與中醫藥領域的空白研究。在使用MRS 技術時，應采取必要手段避免自身的局限性，如：（1）分離重疊信號并且運用先進的信號處理技術，以在空間中解析不同的代謝物信號；（2）減少磁敏感性偽影，優化磁場均勻性并使用先進的圖像重建算法校正或消除偽影；（3）縮短掃描時間，優化掃描參數和數據采集策略，以在保持圖像質量的同時減少掃描時間。除應用MRS技術之外，還應聯合多模態磁共振成像及其他技術手段，從腦結構、腦功能、腦區激活狀態、腦血流等方面深入研究，以期從神經生物學角度全面揭示中醫藥腦中樞作用機制，從而推動中醫藥領域發展創新。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：呂立江設計本研究的方案，對稿件重要內容進行了修改；吳雙起草和撰寫稿件，獲取、閱讀并分析本研究的相關參考文獻；呂智楨、周星辰、利濤、洪澤、孫佳雨獲取、分析或解釋本研究的相關參考文獻，對稿件重要內容進行了修改；呂立江獲得了國家自然科學基金項目、浙江省“尖兵”“領雁”重大研發攻關項目、浙江省呂立江名老中醫專家傳承工作室建設項目、國家中醫藥管理局高水平中醫藥重點學科項目資助；全體作者都同意發表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。