王興朝 趙曉斌 吳瓊 李仕維 王博 楊智君 趙賦 李朋王振民 張晶 艾林 劉丕楠

Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤?。╪eurofibromatosis type 1，NF1）是一種罕見的由NF1腫瘤抑制基因突變引起的常染色體顯性遺傳疾病，發(fā)病率約為0.03%，其累及的細胞類型可來源于所有胚層，表型多樣[1]。高級腦認(rèn)知功能障礙是NF1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)引起的唯一癥狀，約有70%的患者會表現(xiàn)出不同程度的認(rèn)知活動異常。對于NF1這一長期存活的良性多發(fā)腫瘤綜合征人群，認(rèn)知障礙嚴(yán)重制約了其自主生活、學(xué)習(xí)工作以及參與社會活動的能力，成為最主要的疾病負(fù)擔(dān)之一[2,3]。明確認(rèn)知活動的神經(jīng)機制是實現(xiàn)腦功能解析和開展腦疾病診療的基礎(chǔ)，但認(rèn)知包含的成分復(fù)雜，影響因素繁多，相關(guān)研究尚無突破。以腦活動變化為切入點，借助活體無創(chuàng)腦功能成像分析NF1全腦的活動特征，采用正電子斷層掃描技術(shù)分析關(guān)鍵腦區(qū)的代謝信息，將深入對NF1發(fā)病機制的理解，突破該罕見疾病的治療困境，同時從一個獨特角度揭示認(rèn)知異常的神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)，為其他伴隨認(rèn)知障礙的腦疾病研究提供科學(xué)依據(jù)。本研究通過采集NF1患者的18氟標(biāo)記脫氧葡萄糖（18Ffluorodeoxyglucose，18F-FDG）正電子發(fā)射斷層掃描/X射線計算機斷層成像（positron emission tomography/X-ray computed tomography，PET-CT）數(shù)據(jù)，評估NF1患者在疾病穩(wěn)定狀態(tài)下的全腦神經(jīng)活動，以闡明其大腦功能活動特點，為進一步探究NF1認(rèn)知障礙的的神經(jīng)活動基礎(chǔ)提供參考。

資料與方法

一、研究對象

選取首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科自2018年1月至7月就診的34例NF1患者。所有患者軀干、四肢均存在多發(fā)皮下結(jié)節(jié)，行全身及頭部PET-CT檢查全身其他器官、內(nèi)臟是否存在占位病變并明確多發(fā)結(jié)節(jié)性質(zhì)。為減少體部病變及相關(guān)治療對腦活動的潛在干預(yù)，制定納入與排除標(biāo)準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合美國國立衛(wèi)生研究院的NF1臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)；（2）疾病狀態(tài)穩(wěn)定；（3）臨床信息清晰，具有可追溯的既往治療過程等臨床信息。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）接受過手術(shù)治療（任何類型的外科干預(yù)，活檢除外）；（2）存在嚴(yán)重影響生活質(zhì)量的病情（如脊柱側(cè)彎等）；（3）接受過藥物或其他非物理治療的患者；（4）頭部數(shù)據(jù)質(zhì)量不滿足后期分析需要；（5）拒絕參加研究者。

二、患者分組

本研究共納入NF1患者11例，為NF1組，其中男性5例，女性6例，年齡范圍18～32歲，年齡（25.3±4.7）歲；NF1組患者一般情況穩(wěn)定，無嚴(yán)重限制日?；顒拥牟∏?，處于NF1疾病的穩(wěn)定階段。篩選同時期我院行健康體檢的10例體檢者為健康對照組，其中男性2例，女性8例，年齡范圍22～35歲，年齡（30.6±4.4）歲。NF1組與健康對照組的性別、年齡差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

三、圖像采集

NF1組與健康對照組均采用相同標(biāo)準(zhǔn)的PETCT掃描流程，采用GE Discovery elite機型。檢查前受試者空腹6 h以上,并控制血糖（＜11.1 mmol/L）。按公斤體質(zhì)量0.10～0.15 mCi靜脈注射PET示蹤劑18F-FDG后，患者在溫暖、黑暗的房間安靜休息，40～60 min后行腦PET-CT全身掃描：圖像采集10 min，CT掃描管電壓120 kV，管電流380 mA。采用三維OSEM重建圖像，重建半全寬（代表空間分辨率）為5 mm,CT層厚為3 mm。

四、數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用基于MATLAB的PET數(shù)據(jù)處理軟件SPM12。每例檢查者被試進行頭動校正，衰減校正將每個個體的圖像按照其灰質(zhì)和白質(zhì)所構(gòu)成的模板按比例縮放，將圖像映射到一個2 mm×2 mm×2 mm的Talairach空間中的MNI模板內(nèi)進行標(biāo)準(zhǔn)化，由半高寬為8 mm的高斯濾波器進行空間平滑[4,5]。感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）分析基于解剖結(jié)構(gòu)模板所標(biāo)記的丘腦完成，將雙側(cè)丘腦的信號提取出來進行統(tǒng)計檢驗[5]。為了探索NF1組與健康對照組在其他腦區(qū)可能存在的差異，采用全腦分析的方法對比NF1組與健康對照組在代謝特征上的差異。

五、統(tǒng)計學(xué)分析

采用軟件SPSS25.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，ROI分析結(jié)果采用非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗，2組影像數(shù)據(jù)之間的差異比較采用獨立樣本t檢驗，采用的檢驗閾限為單尾α=0.05。全腦探索性分析采用檢驗閾值為未校正體素水平α=0.05。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

一、常規(guī)PET-CT掃描結(jié)果

所有NF1患者被試均沒有明顯的自覺認(rèn)知或智力障礙，臨床癥狀主要為多發(fā)皮下結(jié)節(jié)。其腦部PET-CT成像未發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)占位病變或顯著的結(jié)構(gòu)異常，葡萄糖代謝相對較正常被試無特異性表現(xiàn)，個別患者在丘腦、顳葉內(nèi)側(cè)存在局灶高代謝區(qū)，無特殊臨床診斷意義。

二、腦影像數(shù)據(jù)ROI分析結(jié)果

與健康對照組比較，NF1組在雙側(cè)丘腦區(qū)域的葡萄糖代謝差異有統(tǒng)計學(xué)意義（U=23，P=0.042）（圖1A）。NF1組與健康對照組在雙側(cè)丘腦ROI的信號提取后，采用獨立樣本t檢驗比較，發(fā)現(xiàn)NF1組在雙側(cè)丘腦的代謝活動明顯低于健康對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05，單尾）（圖1B）。

三、全腦探索性分析結(jié)果

NF1組與健康對照組在額葉、顳葉、后枕葉等區(qū)域存在分散的不同的代謝特征（圖2A～B）。全腦分析結(jié)果顯示，NF1組患者相較于健康對照組，在右側(cè)顳上回后部、中央?yún)^(qū)、額上回、額中回、雙側(cè)的顳葉內(nèi)側(cè)面、頂葉視覺區(qū)等腦區(qū)出現(xiàn)了異常的腦代謝表現(xiàn)（未矯正體素P＜0.05）（圖2C）。

討論

單基因突變與認(rèn)知障礙并存的特點使得NF1成為了研究腦功能及腦活動變化過程的一個獨特模型。隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和影像學(xué)技術(shù)的興起，越來越多的研究者對NF1相關(guān)腦功能變化及其形成原因進行了探索，展現(xiàn)出NF1所包含的豐富腦科學(xué)內(nèi)涵[6]。然而，以往對于NF1患者的相關(guān)腦功能及認(rèn)知改變的研究多源自觀察性描述，多采用自我報告或監(jiān)護人評分等方式進行，不可避免的包含較強的主觀判斷偏移，因此亟待客觀、準(zhǔn)確的試驗證據(jù)來分析NF1患者的腦活動特點。此外，由于NF1為罕見病，患者較為分散，缺乏對于NF1全腦代謝特點的客觀評定和準(zhǔn)確理解，對腦功能異常產(chǎn)生的原因尚無系統(tǒng)研究和科學(xué)認(rèn)識。本研究采用無創(chuàng)的PET-CT成像技術(shù)，檢測了NF1的腦部代謝特征，客觀反映出NF1患者的腦活動特點，為闡述其腦認(rèn)知活動動態(tài)發(fā)展規(guī)律和影響因素提供了新的視角。

圖1 NF1組與健康對照組感興趣區(qū)域分析結(jié)果圖

圖2 NF1組與健康對照組全腦PET-CT代謝特征

在以往的研究中，兒童NF1患者的腦活動功能缺陷最先受到重視。一部分NF1患兒在智力水平測試中表現(xiàn)出缺陷，也常出現(xiàn)復(fù)雜感知能力的缺陷，包括空間視覺障礙、抽象信息獲取障礙，進而引起學(xué)習(xí)困難，成為患兒的主要病癥[7,8]。同時，在40%的患兒中會出現(xiàn)類似注意力缺陷多動癥的表現(xiàn)，并出現(xiàn)執(zhí)行控制力障礙、規(guī)劃選擇能力缺陷、學(xué)習(xí)能力缺陷等表現(xiàn)，嚴(yán)重影響兒童正常發(fā)育及受教育的能力[9,10]。近年來，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的進步和對于NF1研究的深入，越來越多的研究注意到各種不同類型和程度的腦活動異常和認(rèn)知功能下降廣泛存在于NF1人群中：成年患者中，大腦認(rèn)知功能失調(diào)造成的運動能力減退、行動遲緩等癥狀提示NF1可能對大腦信息加工的多個階段都產(chǎn)生了影響；老年NF1患者中，發(fā)現(xiàn)其全腦認(rèn)知狀態(tài)，尤其是短期記憶出現(xiàn)了顯著減退，證實了高級腦功能障礙在NF1疾病的發(fā)展過程中具有持續(xù)性并會不斷演進[11]。此外，NF1患者還具有較強的自我封閉性和較小的社會抵抗性，缺乏相應(yīng)的社會交往能力，造成情感障礙和社會認(rèn)知改變[12]。

目前推測，引起NF1認(rèn)知功能障礙的可能由于局部腦活動和全腦網(wǎng)絡(luò)活動異常因素，究其原因可能為：人類對于外在世界的認(rèn)識和對自身狀態(tài)控制是通過局部腦活動以及全腦網(wǎng)絡(luò)連接而形成的整體概念，這些復(fù)雜的認(rèn)知腦活動，一方面需要前扣帶回、島葉等腦區(qū)發(fā)揮其特定的認(rèn)知功能，另一方面，復(fù)雜的認(rèn)知信息由于競爭相同大腦區(qū)域的共同通路會產(chǎn)生相互影響，島葉等皮質(zhì)作為負(fù)責(zé)匯集這些認(rèn)知信息的大腦區(qū)域必須動態(tài)調(diào)整多個系統(tǒng)的整合信息，以實現(xiàn)完整連續(xù)的認(rèn)知加工。在近期采用神經(jīng)影像學(xué)新技術(shù)進行的大腦功能狀態(tài)及精細結(jié)構(gòu)評估中發(fā)現(xiàn)，NF1即有大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)域連接增強和視覺處理腦區(qū)激活異常等皮層活動的改變，又有包括丘腦底節(jié)等區(qū)域纖維束各項異性分?jǐn)?shù)降低和顳上回灰質(zhì)體積萎縮等皮層結(jié)構(gòu)的異常，提示NF1引起了大腦皮層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其活動模態(tài)上的復(fù)雜改變[13-17]。

上述廣泛的認(rèn)知異常和對應(yīng)的腦活動改變與本研究具有一定的參考作用。對于NF1患者而言，一方面，其基因突變對大腦的先天功能和結(jié)構(gòu)造成了潛在影響，是引起認(rèn)知障礙的潛在重要原因；另一方面，后天成長過程中為了適應(yīng)異常認(rèn)知過程的變化，神經(jīng)電活動及皮層細胞結(jié)構(gòu)會通過不同形式的調(diào)整形成最高效且適宜處理當(dāng)下信息模式的腦網(wǎng)路架構(gòu)，即后天的大腦活動重塑。這兩個因素共同形成了NF1認(rèn)知障礙的腦活動表現(xiàn)。在正常人群中，多種認(rèn)知過程的腦區(qū)可能擁有共同的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，并且會由于競爭相同解剖區(qū)域的神經(jīng)資源而產(chǎn)生相互影響。負(fù)責(zé)整合處理這些信息的大腦區(qū)域必須將這多個系統(tǒng)結(jié)合起來，以實現(xiàn)完整連續(xù)的大腦功能，這樣的區(qū)域也就成為了腦功能節(jié)點。因此筆者推測NF1可能對這些核心腦區(qū)的活動及功能產(chǎn)生影響，從而干擾了相應(yīng)區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)活動。

然而，本研究并沒有發(fā)現(xiàn)島葉、前額葉、扣帶回等高級認(rèn)知區(qū)域的代謝異常，這與先前行為學(xué)及問卷觀察研究的結(jié)果并不完全一致，僅發(fā)現(xiàn)了感知覺初級皮層，如顳上回后部等位置的代謝異常，同時在涉及視覺加工的區(qū)域，如楔葉、梭狀回等枕葉皮層也出現(xiàn)了散在的代謝異常，這些結(jié)果部分解釋了NF1患者空間加工障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)，也表明了NF1患者的認(rèn)知異常可能比前期的研究更為隱蔽和復(fù)雜。筆者推測，當(dāng)患者被試處于相對安靜狀態(tài)，未進行特定的認(rèn)知活動時，由于多發(fā)皮下結(jié)節(jié)等外周神經(jīng)感知異常，導(dǎo)致相應(yīng)腦區(qū)的代謝出現(xiàn)變化，但高級認(rèn)知腦區(qū)的代謝活動未出現(xiàn)顯著的變化；另一方面，NF1患者在雙側(cè)丘腦的代謝降低是本研究的一個顯著結(jié)果，為探索NF1疾病異常的腦代謝基礎(chǔ)提供了新的指導(dǎo)。既往有文獻也曾發(fā)現(xiàn)雙側(cè)丘腦葡萄糖代謝活動的異常，并認(rèn)為其可能是NF1治療的潛在靶點和重要特征之一[20-22]。筆者推測，NF1疾病造成的腦部活動變化可能發(fā)生在信息傳入大腦的早期階段，由于外周神經(jīng)系統(tǒng)的病變，造成外界信息感知及加工傳遞方式的改變，后續(xù)高級整合處理之前就已經(jīng)引起了腦活動的變化，例如感知覺初級中樞的丘腦代謝降低。值得注意的是，由于造成疾病發(fā)生的基因突變在胚胎發(fā)育時就已經(jīng)存在，這種丘腦代謝的特點很可能是在神經(jīng)發(fā)育過程中就已形成，因此雙側(cè)丘腦葡萄糖代謝降低會在患病的兒童、成年階段穩(wěn)定出現(xiàn)[20,21]。

本研究以NF1腦活動作為突破口，直觀的研究其大腦活動功能變化情況，一方面深入對NF1發(fā)病機制的理解，完善了對NF1認(rèn)知障礙的腦科學(xué)認(rèn)識，可以作為指導(dǎo)疾病診療的參考，幫助突破該類復(fù)雜疾病的治療困境；另一方面，結(jié)合NF1鮮明的遺傳學(xué)特征和腦活動的聯(lián)系，為將來進一步的基礎(chǔ)研究闡明復(fù)雜認(rèn)知活動的腦活動特點，為諸多存在認(rèn)知障礙的腦重大疾病研究提供科學(xué)依據(jù)[18,19]。

本研究尚有不足之處：現(xiàn)階段，由于缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)范式來測定NF1認(rèn)知障礙的表現(xiàn)形式，針對NF1認(rèn)知障礙的研究多局限于單純的觀察性描述，對NF1認(rèn)知障礙缺乏認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)水平的系統(tǒng)評定，阻礙了對NF1認(rèn)知障礙潛在神經(jīng)機制的科學(xué)認(rèn)識。由于PET-CT成像原理及研究過程的特點，目前鮮有相關(guān)報道。本研究樣本量較小，但目前得到的神經(jīng)影像結(jié)果可對后續(xù)進一步開展腦功能深入研究提供寶貴的指導(dǎo)。

綜上所述，雙側(cè)丘腦葡萄糖代謝活動的降低可能是NF1患者的一個特征性改變，這些功能代謝的異常對于預(yù)測NF1患者的認(rèn)知特征具有重要的指導(dǎo)意義。