王蕊，班允清，李春媚，婁寶輝，張晨，陳敏

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是引起癡呆的最常見(jiàn)病因。對(duì)AD患者來(lái)講，早期診斷、早期治療可有效改善癥狀，延緩病情發(fā)展。磁共振在AD的診斷與鑒別診斷中發(fā)揮著重要作用，除可通過(guò)形態(tài)學(xué)測(cè)量觀察內(nèi)顳葉結(jié)構(gòu)的萎縮外，還可采用一些如磁化轉(zhuǎn)移成像、動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像、波譜成像、磁敏感成像、彌散張量成像、腦功能成像等功能性成像方法來(lái)反映AD患者腦細(xì)微結(jié)構(gòu)代謝和功能方面的異常改變[1-2]。近來(lái)的神經(jīng)病理學(xué)研究顯示AD伴有中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常蛋白的沉積[3]。酰酰質(zhì)子轉(zhuǎn)移(amide proton transfer，APT)成像是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種全新的磁共振分子成像技術(shù)，可探測(cè)活體組織內(nèi)游離的低濃度蛋白及多肽，間接反映細(xì)胞內(nèi)部的生理病理信息[4]，這就使得采用APT成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)AD腦異常成為可能，本研究旨在評(píng)測(cè)APT成像是否能夠顯示AD患者與正常老年人間腦改變的差異，并探討各腦結(jié)構(gòu)的APT成像值與神經(jīng)心理量表評(píng)分的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究包括20例AD患者和20例正常對(duì)照者。AD組：所有患者均來(lái)自我院神經(jīng)內(nèi)科記憶障礙門(mén)診，正常對(duì)照者來(lái)自同一時(shí)期我院鄰近社區(qū)的健康老年人。AD組：男8例，女12例；平均年齡(71.2±4.5)歲，所有AD患者均符合精神障礙診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)(第4版)[5]以及美國(guó)國(guó)立神經(jīng)疾病語(yǔ)言障礙和卒中研究所-阿爾茨海默病及相關(guān)疾病學(xué)會(huì)(NINCDS-ADRDA)[6]制定的很可能AD的診斷標(biāo)準(zhǔn)。正常對(duì)照組(NC)：男9例，女11例；平均年齡(72.7±4.6)歲，無(wú)認(rèn)知功能障礙，無(wú)嚴(yán)重內(nèi)科疾病和神經(jīng)精神疾患。所有受試者均進(jìn)行了簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(mimi-mental state examination，MMSE)和臨床癡呆評(píng)定量表(clinical dementia rating，CDR)的評(píng)估。2組間年齡、性別、MMSE和CDR評(píng)分的比較見(jiàn)表1。參與本研究的所有患者和健康對(duì)照者均已簽署知情同意書(shū)。

1.2 MR檢查方法

采用Philips 3.0 T Achieva磁共振成像系統(tǒng)和頭部8-通道線(xiàn)圈進(jìn)行MRI掃描。首先行常規(guī)掃描以除外顱腦其他器質(zhì)性病變，然后再行覆蓋全腦的矢狀位3D高分辨turbo field echo梯度回波T1WI掃描，掃描參數(shù)為：TR 7.4 ms，TE 3.0 ms，TI 1049 ms，視野(field of view，F(xiàn)OV) 240 mm×160 mm，矩陣256×256，層厚1.2 mm，無(wú)間隔，層數(shù)140。最后行APT成像掃描，掃描層面為平行于海馬長(zhǎng)軸的斜橫斷位層面，具體掃描參數(shù)：TR 3000 ms，TE 7.9 ms，快速自旋回波因子54，飽和時(shí)間0.8 s, 飽和率2 μT，位移±3.5 ppm，F(xiàn)OV 230 mm×200 mm，矩陣105×100，層厚5 mm。

1.3 APT圖像后處理

APT的圖像分析采用基于交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言(interactive data language，IDL)環(huán)境的內(nèi)部開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行處理。在APT圖上勾畫(huà)感興趣區(qū)，包括雙側(cè)海馬、顳葉白質(zhì)、枕葉白質(zhì)和大腦腳，具體勾畫(huà)方法見(jiàn)圖1。各腦結(jié)構(gòu)的APT信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)測(cè)量酰胺質(zhì)子的不對(duì)稱(chēng)磁化轉(zhuǎn)移率(magnetic resonance ratio asymmetry，MTRasym)來(lái)獲得。由于在Z譜中酰胺質(zhì)子的共振峰位于水峰(4.7 ppm)左邊約3.5 ppm的位置，因此酰胺質(zhì)子的MTRasym，即MTRasym(3.5 ppm)的計(jì)算公式如下：MTRasym(3.5 ppm)=MTR (+3.5 ppm)–MTR (–3.5 ppm)=Ssat(–3.5 ppm)/S0–Ssat(+3.5 ppm)/。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。正常對(duì)照者和AD患者各腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值、平均年齡、MMSE和CDR評(píng)分均以±s來(lái)表示；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較AD組和對(duì)照組間年齡、MMSE和CDR評(píng)分以及各腦結(jié)構(gòu)MTRasym(3.5 ppm)值的差異，兩組間性別構(gòu)成的比較采用χ2檢驗(yàn)。以年齡和受教育時(shí)間為控制變量，采用偏相關(guān)分析比較所有受試者各腦結(jié)構(gòu)MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評(píng)分的相關(guān)性。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 T1WI (A)和APT像(B)均為平行于海馬長(zhǎng)軸的斜橫斷面圖像。參考T1WI，在APT像上分別勾畫(huà)雙側(cè)海馬(紅色)、顳葉白質(zhì)(棕色)、枕葉白質(zhì)(藍(lán)色)和大腦腳(黃色)的感興趣區(qū)Fig. 1 T1WI (A) and APT-weighted image (B) parallel to the long axis of the hippocampus show examples of the definition of the ROI for quantitative analysis. Red: hippocampus.Brown: temporal white matter. Blue: occipital white matter. Yellow: cerebral peduncles.

表1 AD組和正常對(duì)照組的年齡、性別、MMSE和CDR評(píng)分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

表1 AD組和正常對(duì)照組的年齡、性別、MMSE和CDR評(píng)分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

注：a除性別采用χ2檢驗(yàn)外，余指標(biāo)均采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行兩組間比較

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表2 AD組和正常對(duì)照組間各腦結(jié)構(gòu)MTRasym (3.5 ppm)值的比較[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

表2 AD組和正常對(duì)照組間各腦結(jié)構(gòu)MTRasym (3.5 ppm)值的比較[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

右側(cè)海馬 0.85±0.32 1.43±0.36 5.317 0.000左側(cè)海馬 0.84±0.33 1.41±0.32 5.569 0.000右側(cè)顳葉白質(zhì) 0.40±0.17 0.41±0.20 0.147 0.884左側(cè)顳葉白質(zhì) 0.37±0.14 0.43±0.19 1.071 0.291右側(cè)枕葉白質(zhì) 0.32±0.15 0.34±0.18 0.255 0.800左側(cè)枕葉白質(zhì) 0.37±0.17 0.32±0.15 -0.970 0.338右側(cè)大腦腳 1.08±0.30 1.13±0.37 0.496 0.623左側(cè)大腦腳 1.07±0.34 1.16±0.35 0.844 0.404

表3 所有受試者各腦結(jié)構(gòu)的MTRasym (3.5 ppm)值與MMSE和CDR評(píng)分的相關(guān)性Tab. 3 The correlation between MTRasym (3.5 ppm) values of bilateral cerebral structures and MMSE, CDR scores in all the subjects

2 結(jié)果

2.1 正常對(duì)照組和AD患者組各腦結(jié)構(gòu)的APT定量分析

表2顯示：與正常對(duì)照組比較，AD患者組的雙側(cè)海馬MTRasym(3.5 ppm)值明顯增高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；與NC組比較，AD組右側(cè)海馬的MTRasym(3.5 ppm)增高68%，左側(cè)海馬的MTRasym(3.5 ppm)增高66%。不過(guò)兩組間其他腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=-0.970～1.071，P＞0.05)。

2.2 各腦結(jié)構(gòu)的MTRasym (3.5 ppm)值與臨床心理評(píng)分的相關(guān)性分析

在所有受試者中，雙側(cè)海馬的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE評(píng)分均呈明顯負(fù)相關(guān)(右側(cè)r=-0.639，P=0.000；左側(cè)r=-0.609，P=0.000)；與CDR評(píng)分均呈明顯正相關(guān)(右側(cè)r=0.683，P=0.000；左側(cè)r=0.651，P=0.000)而其他腦結(jié)構(gòu)MTRasym(3.5 ppm)值均與MMSE評(píng)分及CDR評(píng)分無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性(r=-0.160～0.113，P＞0.05)(表3)。

3 討論

3.1 APT成像的基本原理及其應(yīng)用

APT成像作為一種全新的MRI技術(shù)，利用特定頻率的脈沖來(lái)飽和細(xì)胞內(nèi)游離蛋白質(zhì)和多肽上的酰胺質(zhì)子，酰胺質(zhì)子又與自由水質(zhì)子發(fā)生化學(xué)交換，通過(guò)檢測(cè)自由水的信號(hào)來(lái)間接反映活體細(xì)胞內(nèi)可溶性小分子蛋白質(zhì)和多肽的濃度[7-8]。其優(yōu)勢(shì)在于：與正電子發(fā)射斷層顯像 (positron emission tomography，PET)相比，它無(wú)電離輻射，無(wú)需注射具有放射活性的外源性對(duì)比劑即可間接反映細(xì)胞內(nèi)的代謝變化和生理病理信息；同時(shí)它具有良好的空間分辨率，接近常規(guī)磁共振圖像，這點(diǎn)明顯優(yōu)于可以反映活體細(xì)胞內(nèi)代謝變化的磁共振波譜成像。目前中樞神經(jīng)系統(tǒng)的APT成像研究主要集中于腦腫瘤和中風(fēng)[4，9-11]，而關(guān)于神經(jīng)退行性疾病的APT研究卻很少。最近Li等[12]一項(xiàng)關(guān)于帕金森病(Pakinson's disease，PD)的APT成像研究顯示，與正常對(duì)照者比較，PD患者蒼白球、殼核和尾狀核的APT信號(hào)顯著增高，作者推測(cè)這可能與PD患者神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)蛋白，如α-突觸核蛋白的異常增加有關(guān)。

近來(lái)的病理學(xué)研究顯示AD患者腦內(nèi)伴有異常蛋白的沉積，其中一些是位于細(xì)胞內(nèi)的游離小分子蛋白或多肽，如Aβ寡聚體、Tau蛋白、α-突觸核蛋白和TDP-43蛋白等[13-16]?？扇苄缘腁β寡聚體可誘導(dǎo)有害的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起神經(jīng)元的凋亡[13]。AD患者腦內(nèi)存在三種形式的Tau蛋白：C-Tau、AD P-Tau、PHF-Tau，前兩者是可溶性的[14]。對(duì)于伴有Lewy小體的AD患者，Lewy小體內(nèi)α-突觸核蛋白的沉積是其細(xì)胞內(nèi)主要的病理學(xué)改變[15]。這些研究結(jié)果提示采用APT成像技術(shù)有可能發(fā)現(xiàn)AD患者腦內(nèi)異常蛋白的沉積。

3.2 AD患者APT異常及與臨床心理量表的相關(guān)性

通過(guò)比較正常對(duì)照者和AD患者各腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值發(fā)現(xiàn)：AD患者雙側(cè)海馬的MTRasym(3.5 ppm)值明顯增高，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而其他腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。我們推測(cè)這主要有以下兩方面原因：首先，AD患者海馬MTRasym(3.5 ppm)值的增高可能與上述游離蛋白和多肽的異常增加有關(guān)[13-16]。其次，海馬是AD受累最早且最重的部位，該病優(yōu)先累及灰質(zhì)，雖然也會(huì)引起腦白質(zhì)的異常[17]，但往往發(fā)生較晚且程度相對(duì)較輕。另外AD通常并不累及腦干，這里只是將中腦作為一個(gè)參照結(jié)構(gòu)納入研究。上述研究結(jié)果提示采用APT成像技術(shù)測(cè)量海馬區(qū)的MTRasym(3.5 ppm)值有助于AD患者的診斷。 本研究的受試者主要接受了兩個(gè)AD患者常用的神經(jīng)心理學(xué)量表的評(píng)估，即MMSE和CDR。MMSE是目前最具影響的認(rèn)知功能篩查工具，簡(jiǎn)單易行；而CDR可根據(jù)認(rèn)知功能和社會(huì)生活功能損害的嚴(yán)重程度對(duì)癡呆患者進(jìn)行臨床分級(jí)。我們利用偏相關(guān)分析評(píng)價(jià)了所有受試者各腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評(píng)分的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)海馬的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)，而與CDR評(píng)分呈明顯的正相關(guān)；而其他腦結(jié)構(gòu)的MTRasym(3.5 ppm)值與MMSE和CDR評(píng)分均無(wú)顯著相關(guān)性。這提示海馬區(qū)與認(rèn)知功能密切相關(guān)[18]，且海馬區(qū)異常蛋白的沉積可能導(dǎo)致了認(rèn)知功能的下降，因此APT技術(shù)有助于AD患者的病情監(jiān)測(cè)。

3.3 不足之處

本次研究尚存在一些不足之處：首先，由于本研究的樣本量還比較小，很難根據(jù)癡呆的嚴(yán)重程度對(duì)AD組進(jìn)行分級(jí)細(xì)化研究，不過(guò)從相關(guān)分析中我們還是看到了APT成像值與臨床神經(jīng)心理學(xué)量表評(píng)分的相關(guān)性。在今后的工作中我們會(huì)積累更多的患者以深入研究。其次由于APT圖像的分辨率所限，因此在準(zhǔn)確勾畫(huà)海馬這樣小的腦結(jié)構(gòu)邊界時(shí)仍存在一定困難，這也許會(huì)在一定程度上影響我們結(jié)果的準(zhǔn)確性。不過(guò)隨著該技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，相信這一問(wèn)題會(huì)得以解決。

總之，作為一種安全無(wú)創(chuàng)的磁共振分子成像技術(shù)，APT可顯示AD患者M(jìn)TRasym(3.5 ppm)值的升高，且APT值與神經(jīng)心理學(xué)量表評(píng)分呈顯著相關(guān)，因此APT成像將可在AD的臨床診斷、病情監(jiān)測(cè)、病理生理研究等方面提供重要的客觀評(píng)價(jià)依據(jù)。

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