許欣茹, 張景華, 石慶學(xué), 王治國
北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科,遼寧 沈陽 110016
阿爾茲海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一種由多因素引起的神經(jīng)退行性腦病,主要病理學(xué)改變是神經(jīng)細(xì)胞外淀粉樣蛋白沉積和過度磷酸化的tau蛋白形成神經(jīng)纖維纏結(jié)[1]。因此,腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)PET顯像及tau蛋白的分布可視化和量化對研究疾病的病理進(jìn)程及機(jī)制十分重要。近年來,神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步,PET可通過正電子核素標(biāo)記的探針特異性結(jié)合病理學(xué)和病理生理學(xué)生物標(biāo)志物,實現(xiàn)活體分子顯像,從而對疾病的病理生理過程進(jìn)行實時監(jiān)測[2]。病理及PET顯像結(jié)果均證實:Aβ的積累在AD病程的早期階段廣泛存在,而tau蛋白的沉積以及突觸和神經(jīng)元的丟失隨著疾病的進(jìn)展呈持續(xù)性積累,因此,學(xué)者對以tau蛋白為靶點(diǎn)的正電子分子探針給予了更多的關(guān)注,以期更好地診斷和治療AD[3]。有研究發(fā)現(xiàn),異常磷酸化的tau蛋白可與微管蛋白競爭性結(jié)合,破壞正常的微管系統(tǒng),加速微管解聚,在細(xì)胞內(nèi)聚集形成雙股成對螺旋絲,進(jìn)一步形成神經(jīng)纖維纏結(jié),而神經(jīng)纖維纏結(jié)能夠通過多種途徑損傷神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞,進(jìn)而引起神經(jīng)元凋亡[4]。18F-T807屬于苯并咪唑類,體外顯示出與tau蛋白結(jié)合的高度選擇性和親和力,對AD患者腦組織中的雙股成對螺旋絲tau具有強(qiáng)有力的結(jié)合力和選擇性,可有效檢測認(rèn)知障礙患者腦內(nèi)的tau沉積,且白質(zhì)內(nèi)滯留較少,腦內(nèi)攝取穩(wěn)定、清除快,具有良好的靈敏度和特異度[5]。神經(jīng)心理學(xué)量表被視為認(rèn)知功能損害的定量指標(biāo),在臨床上已成為精神病中最常見的認(rèn)知損害衡量標(biāo)準(zhǔn)之一[6]。Tau蛋白的沉積特點(diǎn)與認(rèn)知功能損害的嚴(yán)重程度一直以來是國際上研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[7]。本研究聯(lián)合18F-T807 PET/MR和神經(jīng)心理學(xué)測試,探討AD患者腦內(nèi)tau蛋白沉積與認(rèn)知功能的關(guān)系,進(jìn)而明確18F-T807 PET/MR在AD患者中的診斷價值。現(xiàn)報道如下。
1.1 研究對象 將北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院2021年3—10月收治的15例AD患者納入AD組;將同期招募的15例健康志愿者納入NC組。AD組納入標(biāo)準(zhǔn):臨床癡呆定量表(clinical dementia rating,CRD)評分≥0.5分;簡單精神狀態(tài)檢查量表(mini mental state examination,MMSE)評分≤23分;符合《2018中國癡呆與認(rèn)知障礙診治指南》[8];可配合PET/MR檢查,圖像質(zhì)量合格,頭動三維任一方向平移≤3 mm。AD組排除標(biāo)準(zhǔn):既往有其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如腦卒中、帕金森病、腦炎、腦外傷等)、精神系統(tǒng)相關(guān)疾病或其他系統(tǒng)性疾病(如甲狀腺功能異常、嚴(yán)重貧血等)等可導(dǎo)致認(rèn)知功能減退的疾病病史;不能配合PET/MR檢查,因頭動等因素造成圖像質(zhì)量不合格。NC組納入標(biāo)準(zhǔn):本院MRI提示無明顯腦血管、腦腫瘤等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病;CRD評分為0分;MMSE評分>28分;既往無認(rèn)知及精神障礙疾病病史。NC組中,男性9例,女性6例;平均年齡(59.20±8.97)歲;平均受教育時長(9.0±2.2)年。AD組中,男性11例,女性4例;平均年齡(50.60±10.86)歲;平均受教育時長(11.6±4.5)年。兩組受試者性別比例、年齡、教育程度比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。受試者及其家屬均簽署知情同意書。本研究經(jīng)倫理委員會批準(zhǔn)(Y2021024)。
1.2 PET/MR顯像18F-T807由本院核醫(yī)學(xué)科自行生產(chǎn)。所有受試者靜脈注射18F-T807(3.7~5.5 MBq/kg)后安靜休息90 min,釆用GE SIGNA PET/MR聯(lián)合掃描儀連續(xù)采集40 min,PET/MR為25 mm LBS閃爍晶體陣列,SiPM數(shù)字化CR芯片,全息數(shù)字化探測器,高精度動態(tài)溫控系統(tǒng)。PET掃描方法:使用迭代重建,參數(shù)為4次迭代,16個子集,192×192矩陣,1.5 mm 半高寬的高斯濾波,加散射校正。MRI掃描方法:采用3D模式采集T1加權(quán)成像(three-dimensional volume T1-weighted imaging,3D T1WI)。三維快速擾相位梯度回波:TR 8.5 ms,TE 3.2 ms,梯度反轉(zhuǎn)角(Filp)12°,矩陣(Matrix)256×256,視野 (FOV)25.6 cm×25.6 cm,掃描層厚(Slice Thickness)1 mm,激勵次數(shù) 1。所有受試者仰臥于檢查床,頭置于頭托上并用固定帶固定。在注射18F-T807后,用2×10 s、2×20 s、4×60 s、2×240 s、2×600 s、1×720 s的幀產(chǎn)生動態(tài)正弦圖,共采集90 min。連續(xù)釆集,經(jīng)迭代重建法得到圖像。PET數(shù)據(jù)經(jīng)衰減校正、迭代法重建后和MRI圖像一同傳送到工作站進(jìn)行同機(jī)圖像融合,包括橫斷面、冠狀面及矢狀面多幅圖像。圖像的數(shù)據(jù)處理均由SPM12(http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)和MATLAB 2016a(Mathworks,Natick,MA,USA)完成。圖像的數(shù)據(jù)處理是基于 MATLAB 2016a(Mathworks,Natick,MA,USA)中的SPM12(http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)完成。首先在SPM12中將每例患者的PET圖像匹配到3D T1圖像上,再配準(zhǔn)到MNI標(biāo)準(zhǔn)空間。然后基于來自自動解剖標(biāo)記圖集 (http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)的圖集模板,將每例患者的全腦分成70個腦區(qū),并得到各腦區(qū)的二值掩模,利用該二值掩模與MNI空間中的PET圖像分別進(jìn)行運(yùn)算,提取各腦區(qū)的放射性攝取值(standardized uptake value,SUV)。
1.318F-T807 PET顯像的tau蛋白視覺分析及半定量分析 視覺分析:每例受試者的18F-T807 PET/MR腦顯像圖像均由兩名具有豐富經(jīng)驗的主治及主治以上核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師進(jìn)行雙盲閱片,肉眼分析時連續(xù)在兩個層面上出現(xiàn)高或低放射性攝取區(qū)為異,當(dāng)兩名醫(yī)師對感興趣區(qū)(region of interest,ROI)病理性攝取存在分歧時,需與第三名醫(yī)師討論直至達(dá)成一致意見。半定量分析:得到相應(yīng)ROI的平均SUV,分別計算額葉、后扣帶回、頂葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)、枕葉與小腦的平均SUV比值,得到各ROI的攝取值比率(standardized uptake value ratio,SUVR),各ROI的SUVR平均值即為全腦SUVR。
1.4 神經(jīng)心理學(xué)測試 兩組受試者均在檢查前接受CRD和MMSE評估。
2.1 兩組受試者CRD和MMSE評估結(jié)果比較 AD組CRD和MMSE評分分別為0分和(17.00±7.61)分,均低于NC組的(1.15±0.47)分和(29.20±0.79)分,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
2.218F-T807 PET顯像視覺分析結(jié)果 AD組在前額葉、側(cè)顳葉、后扣帶回、頂下小葉、楔前葉及全腦皮層可見異常放射性攝??;NC組除基底節(jié)區(qū)存在非特異性攝取外,余各腦葉皮層未見明顯異常放射性攝取。見圖1。
圖1 18F-T807 PET顯像視覺分析結(jié)果(a.NC組,女性,67歲,MMSE評分30分,PET示除基底節(jié)區(qū)存在非特異性攝取外,余各腦葉皮層未見明顯異常放射性攝??;b.AD組,男性,69歲,MMSE評分16分,AD病史3年,PET示前額葉、后扣帶回、頂下小葉PIB放射性攝取增加,雙側(cè)基底節(jié)區(qū)對稱性放射性濃聚)
2.318F-T807 PET顯像半定量分析結(jié)果 AD組額葉、顳葉、頂葉、后扣帶回、枕葉、基底節(jié)區(qū)、全腦SUVR分別為(1.609±0.253)、(1.699±0.171)、(1.796±0.270)、(1.667±0.229)、(1.571±0.302)、(1.207±0.287)、(1.592±0.169),均高于NC組的(1.017±0.179)、(1.166±0.146)、(1.013±0.165)、(0.745±0.198)、(0.951±0.124)、(0.965±0.096)、(0.976±0.084),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。
2.418F-T807 SUVR與認(rèn)知功能的相關(guān)性分析 AD組顳葉、頂葉、楔前葉、全腦tau蛋白SUVR與MMSE評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.788、-0.519、-0.537、-0.516,P<0.05)。見圖2。
圖2 AD組各ROI和全腦MMSE評分與tau蛋白SUVR相關(guān)性
AD是一種不可逆性、進(jìn)展性神經(jīng)退行性疾病,病理特征是神經(jīng)細(xì)胞外Aβ淀粉樣蛋白沉積、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)形成,以及神經(jīng)元、神經(jīng)突觸丟失[9]。目前研發(fā)的大多數(shù)PET顯像劑的主要功能是將淀粉樣斑塊可視化。但淀粉樣斑塊在AD早期就己經(jīng)達(dá)到最大程度的沉積,也就是存在“封頂效應(yīng)”,因此,應(yīng)用淀粉樣斑塊顯像追蹤AD進(jìn)展存在一定困難[10]。有研究表明,在大腦中,tau蛋白比淀粉樣蛋白積累所需要的時間更短,tau蛋白增加一個標(biāo)準(zhǔn)差只需要5年的時間,而淀粉樣蛋白增加一個相似的幅度需要20年時間[11]。所以,與Aβ的異常沉積相比,tau蛋白的異常磷酸化所導(dǎo)致的聚集體與AD的病情進(jìn)展相關(guān)性更高。有證據(jù)表明,磷酸化的tau蛋白與神經(jīng)元和突觸丟失、記憶障礙密切相關(guān)[12]。因此,以tau蛋白為靶點(diǎn)的PET特異性分子探針有可能成為有效探測AD患者認(rèn)知功能下降和疾病進(jìn)展的生物標(biāo)記物,從而在研究AD發(fā)病機(jī)制、早期診斷及治療效果監(jiān)測中發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢。
本研究視覺分析中:AD患者大腦前額葉、頂葉、楔前葉、后扣帶回、側(cè)顳葉、基底節(jié)區(qū)的皮質(zhì)區(qū)域具有較高的放射性攝取,tau蛋白分布主要集中在內(nèi)嗅皮質(zhì)、杏仁核及海馬;MMSE評分較低的患者可見全腦廣泛性放射性攝取。半定量分析結(jié)果與視覺分析結(jié)果一致,NC組基底節(jié)區(qū)有少量的18F-T807放射性滯留。本研究結(jié)果顯示:AD組顳葉、頂葉、楔前葉、全腦tau蛋白SUVR與MMSE評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.788、-0.519、-0.537、-0.516,P<0.05)。即相關(guān)性在雙側(cè)顳頂區(qū)最為明顯。有研究發(fā)現(xiàn),淀粉樣蛋白示蹤劑在腦內(nèi)的攝取程度與認(rèn)知障礙相關(guān)性較弱[13],因此,tau蛋白的PET研究具有重要意義。這與Chien等[14]研究結(jié)果一致。18F-T807在大腦皮質(zhì)中的分布與腦內(nèi)雙股成對螺旋絲tau蛋白一致,且示蹤劑攝取升高的程度與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。筆者認(rèn)為,SUVR與MMSE的強(qiáng)相關(guān)性機(jī)制在于tau蛋白過度磷酸化并在神經(jīng)元內(nèi)異常沉積,導(dǎo)致神經(jīng)元受損,進(jìn)而加重患者的認(rèn)知功能障礙。此外,tau蛋白沉積的時間相對淀粉樣蛋白更短,因此,tau蛋白PET顯像中放射性攝取的增加率比Aβ PET顯像更能有效地預(yù)測認(rèn)知能力的下降。
Tau蛋白PET顯像診斷AD存在一定的局限性,一些神經(jīng)變性疾病,如進(jìn)行性核上性麻痹、額顳葉變異性癡呆、皮質(zhì)基底節(jié)變性、慢性創(chuàng)傷性腦病等也會有tau蛋白病理聚集的特征[9],因此,tau蛋白顯像比淀粉樣蛋白顯像的特異度低。臨床工作中可根據(jù)患者的需求選擇適當(dāng)?shù)臋z查方案,對輕度認(rèn)知障礙患者進(jìn)行淀粉樣蛋白顯像可以早期診斷,而tau PET可以結(jié)合臨床量表評估及MRI等檢查對AD患者進(jìn)行輔助診斷,其作用主要在于評估病情進(jìn)展和治療效果監(jiān)測。PET/MR一體機(jī)實現(xiàn)了真正的同機(jī)融合,使不同影像模式在空間-時間上精確配準(zhǔn)。腦信號的快速波動需要在多個水平進(jìn)行檢測,同機(jī)融合、同中心布置、同步掃描、在同一生理條件下進(jìn)行成像的高度同步性使PET/MR在腦部疾病評價中具有重要意義[15]。
綜上所述,18F-T807 PET/MR可敏感地檢測出AD患者腦中tau蛋白沉積,且tau蛋白沉積與認(rèn)知功能受損具有強(qiáng)相關(guān)性。本研究存在一定的局限性:首先,PET/MR價格昂貴,納入樣本量較小,今后需擴(kuò)大樣本量;其次,本研究是橫斷面研究,未對病例從主觀認(rèn)知障礙到輕度認(rèn)知障礙再到AD的過程進(jìn)行縱向追蹤,無法了解認(rèn)知下降過程中tau蛋白的變化,后期需繼續(xù)隨訪輕度認(rèn)知障礙等病情較輕的患者,對其腦內(nèi)tau沉積進(jìn)行縱向評估,以進(jìn)一步探究認(rèn)知下降過程中的病理改變情況。