陳騫藍，葉海琪，陳唯唯

作者單位：華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院放射科，武漢430030

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘疾病，其臨床癥狀、影像學表現(xiàn)具有異質(zhì)性［1］。盡管病因不明，但近年來研究表明鐵和氧化應(yīng)激均參與到MS發(fā)病機制中［2］。盡管鐵沉積可于MRI上檢出［3］，但其具體的時間空間動態(tài)變化規(guī)律尚未完全被闡明。目前對于MS的MRI橫斷面研究具有一定局限性，同時，對于MS疾病早期的發(fā)生發(fā)展機制研究主要依賴于動物模型，而動物模型不能完全模擬并揭示出人體疾病發(fā)生發(fā)展全過程。所以針對個體的縱向研究更能真實反映MS 發(fā)生發(fā)展過程。因此，借助多參數(shù)MRI 進行在體無創(chuàng)定量評估MS 病灶內(nèi)鐵及氧化應(yīng)激水平，對揭示MS各期不同病理特征具有重要意義。

1 MS組織病理學分類

迄今為止，MS 的組織病理學分類很多，尚缺乏統(tǒng)一意見［4-6］。Frischer等［4］根據(jù)脫髓鞘的程度將MS斑塊分為：活動性病灶(早期、晚期)、陰燃病灶(緩慢擴張病灶)、非活動性病灶和影子病灶(完全髓鞘再生斑塊)。Kuhlmann 等［5］綜合炎性細胞種類及其在MS 病灶內(nèi)分布形式及免疫組化等信息將MS 病灶分為以下六種：活動期病灶(脫髓鞘早期、晚期、后期)、活動性和靜止混合性病灶(脫髓鞘、脫髓鞘后期)、靜止性病灶?；诖?，筆者綜合MR 影像及組織病理學研究進展，將MS 病灶歸納為急性活動期病灶，慢性活動期病灶和慢性非活動期病灶，其中緩慢擴張/陰燃病灶歸為慢性活動期病灶［5］。各期MS 病灶的臨床及組織病理學特征如下：(1)急性活動期：最常見于病程短和(或)復(fù)發(fā)緩解型MS (relapsing-remitting MS，RRMS)。病灶內(nèi)含有大量巨噬細胞及小膠質(zhì)細胞，髓鞘丟失，融合不清，整個病變區(qū)浸潤CD68+細胞(血源性單核細胞或小膠質(zhì)細胞)，病灶邊緣未見鐵沉積。(2)慢性活動期(陰燃/緩慢擴張病灶)：多見于病程超過10 年和（或）進展期MS。髓鞘脫失，活化的巨噬細胞及小膠質(zhì)細胞主要聚集于病灶周圍成環(huán)狀，而病灶中心較少。病灶邊緣存在鐵沉。(3)慢性非活動期：多見于病程超過15 年和(或)繼發(fā)進展型MS (secondary progressive MS，SPMS)尚未發(fā)作的患者。病灶內(nèi)成熟的少突膠質(zhì)細胞幾乎完全耗盡，只有極少數(shù)T 細胞和小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞，病灶邊緣未見巨噬細胞或小膠質(zhì)細胞，軸突顯著丟失［7］。

2 增強MRI

MS 急性炎癥期，血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)破壞，滲透性增高，炎性細胞浸潤。慢性活動期BBB 逐漸修復(fù)關(guān)閉，炎癥持續(xù)存在。慢性非活動期，BBB處于修復(fù)、關(guān)閉狀態(tài)或受到永久性破壞。釓(gadolinium，Gd)對比MRI 增強成像通過檢測經(jīng)由BBB 漏出然后聚集于組織間隙中的釓劑多少來反映BBB 的破壞程度。超小超順磁性氧化鐵顆粒(ultrasmall superparamagnetic iron oxide particles，USPIO) MRI 增強成像則反映病灶局部炎性單核細胞的浸潤情況［8］。

2.1 Gd MRI增強成像

Gd 對比MRI 增強成像主要反映BBB 的破壞情況，病灶Gd強化表明局部存在BBB 破壞，病灶處于急性炎癥期［9］，是目前用于判斷顱內(nèi)MS 病灶是否處于活動期的有效手段［10］。MS 病灶Gd 強化主要呈結(jié)節(jié)狀和環(huán)狀，而動態(tài)增強掃描(dynamic contrast-enhanced，DCE)根據(jù)病灶內(nèi)部強化先后順序又分為離心型和向心型。不同強化模式與病灶發(fā)生發(fā)展進程之間的對應(yīng)關(guān)系有多種實驗結(jié)果。部分研究結(jié)果顯示環(huán)形強化病灶較結(jié)節(jié)狀強化病灶具有更嚴重的炎癥反應(yīng)及組織損傷［11］。Gaitán等［12］采用DCE 增強及25 d 的縱向研究發(fā)現(xiàn)MS 病灶強化模式從離心型轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐男?，提示結(jié)節(jié)狀和環(huán)狀這兩種強化模式極有可能代表新發(fā)病灶形成初期病理變化過程的不同階段，而非同一階段的不同病灶類型，并認為最初BBB 開放的部位是從中央血管轉(zhuǎn)變?yōu)橹車?。然而，MS病灶Gd強化時間窗較窄，增加了MS 早期診斷和全面評估的難度。BBB 的開放是針對炎癥反應(yīng)的一過性表現(xiàn)，通常持續(xù)約1個月，5周后BBB通透性和炎癥明顯降低［13］，BBB 會逐漸修復(fù)關(guān)閉。強化時間窗窄，臨床疑似患者可能因無法捕捉到強化病灶而達不到MS 的時間多發(fā)性(dissemination in time，DIT)的診斷標準，從而難以進行早期診斷。

2.2 USPIO MRI增強成像

對比劑USPIO 能被炎性單核細胞特異性吞噬，對于反映MS 病灶的早期炎癥狀態(tài)具有潛在的臨床應(yīng)用價值［14］。Tourdias 等［15］研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)合使用USPIO 和Gd 較單獨使用Gd能發(fā)現(xiàn)更多MS強化病灶，甚至在Gd強化病灶很少的進展型MS中也能發(fā)現(xiàn)USPIO強化病灶，并且該研究通過6個月的隨訪發(fā)現(xiàn)，與僅使用一種增強對比劑發(fā)現(xiàn)的病灶相比，使用兩種對比劑均發(fā)現(xiàn)的強化病灶更大、持續(xù)強化的時間更久，認為兩種對比劑均強化的病灶可能具有更嚴重的演變趨勢。隨后Kerbrat 等［16］對15 例 臨 床孤 立綜 合 征患 者同 時 采用Gd 和USPIO兩種增強對比劑，發(fā)現(xiàn)22個USPIO強化病灶在距基線掃描三個月后不再強化，證明在MS 早期病灶中存在炎性巨噬細胞浸潤，且USPIO 強化是一過性，并且經(jīng)3 年的隨訪研究發(fā)現(xiàn)證實兩種對比劑均強化的病灶較單一Gd 強化病灶具有更明顯的組織損傷。

3 鐵沉積與磁敏感加權(quán)成像

正常情況下，鐵存在于少突膠質(zhì)細胞和髓鞘中［17］，髓鞘破壞時，鐵從細胞內(nèi)釋放到細胞外，隨后被巨噬細胞或小膠質(zhì)細胞吞噬、消化、清除。組織學及影像學研究結(jié)果均表明：從急性活動期、慢性活動期到慢性非活動期的發(fā)生發(fā)展過程中MS病灶內(nèi)鐵含量呈顯著動態(tài)變化［18-19］。Hametner等［20］認為鐵代謝的改變更傾向于是脫髓鞘和神經(jīng)變性的放大因子。

3.1 急性活動期

MS 病灶內(nèi)未見顯著鐵沉積，尤其是炎癥早期階段。Lee等［21］借助絨猴實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)模型發(fā)現(xiàn)炎癥細胞，包括小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞、T 細胞以及超氧化物歧化酶(氧化應(yīng)激的標志)都比鐵更早出現(xiàn)在病灶內(nèi)，說明炎性細胞的浸潤是鐵沉積的前期事件。MRI 影像學在體研究也得到了一致的結(jié)果。Chen 等［18］和Zhang 等［19］采用磁量圖(quantitative susceptibility mapping，QSM)成像定量MS病灶內(nèi)磁化率，發(fā)現(xiàn)Gd強化的急性活動期病灶內(nèi)無顯著磁化率改變，從Gd強化病灶轉(zhuǎn)化為不強化病灶的過程中，病灶內(nèi)的磁化率顯著快速增加。

3.2 慢性活動期

組織學研究證實，在脫髓鞘過程中，顱內(nèi)的鐵會重新分布［22］，顱內(nèi)鐵代謝的失衡可能通過以下幾種機制致病：(1)過多的鐵會加劇氧化應(yīng)激，由于氧自由基的過多產(chǎn)生阻礙髓鞘再生同時通過激活小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞來增加炎癥介質(zhì)的釋放，從而加劇氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致脫髓鞘及軸索損傷［2］。(2)與氧自由基產(chǎn)生的神經(jīng)毒性相關(guān)，因為大腦對氧化應(yīng)激非常敏感［23］。(3)巨噬細胞存在M1 和M2 兩種亞型，M1 型分泌高水平的促炎細胞因子和氧自由基，并具有較強的殺傷微生物能力；而M2 型可抑制促炎細胞因子水平，具有較高的清除能力，對于后期組織修復(fù)至關(guān)重要［24］。而脫髓鞘病灶中的鐵過載會阻礙修復(fù)，并促進促炎性M1型的活性［2］，使其不僅失去清除病灶內(nèi)髓鞘碎片的能力，并阻止少突膠質(zhì)細胞或其前體細胞進入損傷部位進行髓鞘再生和修復(fù)［25］。

MS病灶邊緣出現(xiàn)顯著鐵沉積，促進炎癥持續(xù)，且與緩慢擴張病灶的形成相關(guān)［26］。慢性活動期病灶內(nèi)的鐵主要分布在病灶邊緣，磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)和QSM成像呈順磁性環(huán)，病理為含鐵的小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞［26-27］，因此也稱為“鐵環(huán)征”。鐵環(huán)征主要見于慢性活動期病灶，研究表明鐵環(huán)征的出現(xiàn)可能反映了非急性炎癥期的慢性組織損傷，可作為MS 慢性活動性病變潛在炎癥的候選生物標志物［28］。盡管此前有研究發(fā)現(xiàn)強化病灶在相位圖上也可呈環(huán)形低信號改變，但兩者之間具體的區(qū)別有待縱向研究去進一步闡明［15］。近年來研究認為慢性活動期的陰燃病灶往往預(yù)示著MS 的不良進展［29］。Yao 等［30］基于QSM 及髓鞘水成像的研究表明鐵環(huán)征的出現(xiàn)以及環(huán)的厚度均與MS 病灶內(nèi)脫髓鞘的嚴重程度成正相關(guān)。Harrison 等［31］研究發(fā)現(xiàn)“鐵環(huán)征”更多見臨床癥狀更重的患者。Absinta 等［32］縱向研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)存在的“鐵環(huán)征”病灶可能標志著早期病變修復(fù)失敗，不可逆的組織損傷，隨后Zhang 等［33］通過縱向研究對比新發(fā)的MS 強化病灶在QSM上是否后續(xù)出現(xiàn)鐵環(huán)征發(fā)現(xiàn)具有鐵環(huán)征的MS病灶較不具備者表現(xiàn)為更大的病灶體積、順磁性更高、鐵沉積持續(xù)時間更久，說明組織進行性損傷的可能性更大。

值得注意的是，組織病理學研究大多基于MS 晚期患者的尸檢標本，少數(shù)腦活檢標本和EAE 模型，多反映長期或病灶晚期的病理改變，且為橫斷面研究，難以對MS 病灶的整個病程進行縱向研究。借助SWI 及QSM 技術(shù)使得在體檢測腦鐵含量成為可能，為在體縱向研究MS 病灶內(nèi)鐵超載情況及致病機制提供了有效手段。尤其QSM 技術(shù)去除了SWI 相位圖上的相位卷褶偽影，僅對磁源本身成像，對磁源的定量更準確［34］。

3.3 慢性非活動期

MS 病灶較周圍正常表現(xiàn)腦白質(zhì)區(qū)呈現(xiàn)更低的鐵負荷，說明病灶內(nèi)的鐵已被清除，這也被MRI 及組織病理學研究所證實：慢性非活動期斑塊的邊緣未見富含鐵的小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞，鐵含量很低［26］。相反，含鐵巨噬細胞在血管周圍出現(xiàn)積聚，表明它們可能通過血管周圍引流進入頸部淋巴結(jié)來清除病變中的鐵，這也為示蹤巨噬細胞的USPIO 在體研究所證實［35］。

4 氧化應(yīng)激和內(nèi)源性活性氧磁共振成像

研究發(fā)現(xiàn)，無論是MS 患者，還是臨床孤立綜合征患者，氧化應(yīng)激都是重要的致病機制之一，極有可能成為有助于疾病進 展 預(yù) 測 的 生 物 標 志 物［27，36］。內(nèi) 源 性 活 性 氧(reactive oxygen species，ROS)主要來源包括線粒體、過氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和巨噬細胞。其中耗氧量較高的巨噬細胞是產(chǎn)生ROS的主要來源，且巨噬細胞來源的ROS［37］，被認為是誘導(dǎo)MS中脫髓鞘和軸索損傷的介質(zhì)［38］。

4.1 急性活動期

由于MS 病灶內(nèi)局部炎癥誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，打破了機體自身氧化/抗氧化平衡，導(dǎo)致局部ROS 增加進而通過誘導(dǎo)BBB 破壞來引起MS 病灶形成，增強白細胞遷移和髓鞘吞噬作用，進一步促進炎癥發(fā)展［39］，破壞少突膠質(zhì)細胞和髓鞘。研究表明，相對于星形膠質(zhì)細胞而言，少突膠質(zhì)細胞祖細胞和神經(jīng)元由于無法產(chǎn)生高水平的自由基清除劑谷胱甘肽，因而對氧化損傷的敏感性更高［40］。隨后，儲存在髓鞘和少突膠質(zhì)細胞中的鐵又釋放到細胞外，進一步激活巨噬細胞/小膠質(zhì)細胞，誘導(dǎo)線粒體損傷，促進炎癥介質(zhì)的釋放和ROS 的產(chǎn)生，最終放大并加劇氧化損傷，進而加劇髓鞘脫失和軸索損傷。應(yīng)該說，炎癥-氧化應(yīng)激-鐵三者互為因果，環(huán)環(huán)相扣，相互促進。

4.2 慢性活動期

由于此前脫髓鞘釋放到細胞外間隙的鐵被活化的巨噬細胞或小膠質(zhì)細胞所攝取，吞噬鐵的小膠質(zhì)細胞增加了促炎細胞因子的釋放，并從靜止表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇停?1］，進一步加劇了少突膠質(zhì)細胞釋放鐵的惡性循環(huán)，同時，小膠質(zhì)細胞在高鐵負荷下表現(xiàn)出細胞死亡的組織學跡象，因此可能進一步釋放鐵再次引發(fā)/加劇氧化應(yīng)激［42］。Siotto 等［43］通過血清學檢測發(fā)現(xiàn)在緩解期的輕度殘疾MS 患者中也可檢測到氧化應(yīng)激和抗氧化反應(yīng)狀態(tài)的改變，這表明慢性氧化應(yīng)激在輕度殘疾，病程短的MS 患者緩解期也起到一定作用，即不僅在MS 早期，緩解期也會出現(xiàn)系統(tǒng)性亞臨床炎癥。Padureanu 等［44］的研究也得出了一致的結(jié)果，他利用氧化應(yīng)激標記物于非急性期RRMS患者血清中檢測出氧化應(yīng)激水平的增高并伴有抗氧化能力的下降，并認為這將進一步導(dǎo)致不可逆性神經(jīng)元的損傷。這些結(jié)果均表明氧化應(yīng)激和炎癥是導(dǎo)致MS 疾病進展的關(guān)鍵因素，需要在疾病早期進行適當干預(yù)來維持機體抗氧化能力的動態(tài)平衡以延緩疾病進展。

4.3 慢性非活動期

病灶內(nèi)活化的小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞逐漸被清除，因此病灶內(nèi)的鐵含量也有所下降［5］，這一現(xiàn)象在QSM上表現(xiàn)為病灶磁化率的下降［18］。同時為了抵抗ROS 的損傷作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)存在一系列內(nèi)源性抗氧化酶，這些酶受轉(zhuǎn)錄因子NF-E2 相關(guān)因子2 (Nrf2)的調(diào)節(jié)。當暴露于ROS 時，Nrf2 易位到細胞核，允許各種抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄激活。DJ1 是一種蛋白質(zhì)，參與Nrf2 的穩(wěn)定，也是Nrf2 驅(qū)動的抗氧化保護的正調(diào)節(jié)因子。van Horssen 等［39］通過免疫組化的研究發(fā)現(xiàn)DJ1 蛋白在慢性非活動期MS 病變的星形膠質(zhì)細胞中表達明顯增加，推測在MS 慢性非活動期，機體的抗氧化能力增強，相應(yīng)的局部氧化應(yīng)激水平有所下降，從而降低了ROS 所導(dǎo)致的細胞損傷。但這一推測仍需進一步研究證實。

4.4 ROS-MRI成像

上述ROS在MS致病機制中的作用大多是基于體外和動物實驗得出的結(jié)果和推論，尚需在體實驗和縱向研究進一步驗證。然而，在體無創(chuàng)性氧化應(yīng)激水平檢測的手段尚處在研究初期階段。近年來，借助淬火輔助(quench-assisted) MRI 通過測量T1 值可實現(xiàn)在體間接反映氧化應(yīng)激水平［45-46］，該技術(shù)目前已應(yīng)用于小鼠胚胎大腦的局部氧化應(yīng)激測量及評估基于氧化應(yīng)激機制聽力受損患者的抗氧化治療的療效［47-48］。然而，多種因素可影響T1 值，因此借助T1 值對于氧化應(yīng)激水平的評估缺乏相對特異性。Tain等［49］研究發(fā)現(xiàn)ROS可改變質(zhì)子交換速率，因此，基于化學交換飽和轉(zhuǎn)移序列研發(fā)出來的質(zhì)子交換速率(proton exchange rate，kex) MRI 能實現(xiàn)在體可視化并通過測量Kex 值對內(nèi)源性ROS 進行定量，目前其對ROS 成像的高敏感度及特異度已于小鼠模型中得到證實，并且已成功應(yīng)用于健康志愿者［50］。

5 總結(jié)

炎癥-氧化應(yīng)激-鐵三者在MS 發(fā)生發(fā)展過程中互為因果，相互促進，且于疾病不同階段存在較大差異，因而，除炎癥因子之外，鐵和氧化應(yīng)激也是可潛在反映MS 嚴重程度或復(fù)發(fā)的生物標記物。QSM 成像可通過在體定量鐵含量，幫助區(qū)分MS病灶的各個病程，特別有助于慢性活動期病灶的檢出，為MS的早期診斷(早期確立DIT)，全面評估病情提供有效的手段。Kex MRI 技術(shù)的研發(fā)已實現(xiàn)氧化應(yīng)激水平的在體檢測和定量評估，為進一步深入研究ROS 對MS 的致病機制提供在體無創(chuàng)性檢測手段。聯(lián)合QSM 及Kex MRI 等多參數(shù)MRI 新技術(shù)進行在體無創(chuàng)性可視化MS 病灶內(nèi)鐵含量和氧化應(yīng)激水平將對MS的早期診斷、致病機制、病情監(jiān)測以及針對這些致病機制的新的治療手段(如：驅(qū)鐵治療、抗氧化治療)的臨床療效評估具有重要研究價值，也是未來的研究方向。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。