王小花，丁爽，陳曉婭，曾春，殷菲悅，李詠梅

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見的慢性炎性脫髓鞘疾病，以復(fù)發(fā)緩解型MS(relapsing-remitting MS，RRMS)最多見，是青年人非創(chuàng)傷性殘疾的首要原因[1-2]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為MS是典型的白質(zhì)局灶性脫髓鞘，即在常規(guī)T2 加權(quán)成像(T2 weighted image，T2WI)上的白質(zhì)高信號病變，近年來隨著病理及影像技術(shù)的發(fā)展表明MS也存在廣泛的灰質(zhì)受累，但其是否獨(dú)立于白質(zhì)病變尚不明確[3-4]。此外，既往研究表明MS 患者深部灰質(zhì)萎縮[5]，并存在不同程度的微結(jié)構(gòu)損傷及鐵代謝紊亂[6-8]，但既往研究關(guān)注患者多為10 年以上病程的中晚期MS，較早期MS的微結(jié)構(gòu)及鐵代謝改變情況尚不清楚。而MS早期以炎性反應(yīng)為主，盡早干預(yù)可有效避免進(jìn)行性神經(jīng)損傷累積和不可逆殘疾[9]。因此，對早期MS進(jìn)行能夠反映組織內(nèi)不同生物學(xué)特征的多模態(tài)MRI 檢測，有望更加全面地揭示MS 深部灰質(zhì)的病理生理改變，挖掘可用于疾病早期監(jiān)測的有效影像學(xué)指標(biāo)。在現(xiàn)有的多模態(tài)MRI技術(shù)中，基于高分辨率3D-T1 加權(quán)成像(T1 weighted image，T1WI)可有效測量腦體積，擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可敏感地反映組織早期微結(jié)構(gòu)異常，定量磁敏感圖(quantitative susceptibility mapping，QSM)可無創(chuàng)定量評估組織鐵含量，相較既往磁敏感MRI 技術(shù)定量更直接、準(zhǔn)確[10]。因此，本研究擬在評估RRMS患者疾病相對早期灰質(zhì)體積變化基礎(chǔ)上聯(lián)合DTI和QSM量化微結(jié)構(gòu)損傷和鐵含量異常，并探究其與白質(zhì)病變及臨床殘疾的相關(guān)性，白質(zhì)病變通過白質(zhì)病灶體積(white matter lesion volume，WM-LV)評估。

1 資料與方法

1.1 研究對象

前瞻性納入2020年7月至2021年6月40例于重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院診斷為RRMS 的患者，男12 例，女28 例，年齡18～50 (29.7±7.4)歲，中位病程2.5 (0.8，6.8)年。入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡18～50 歲；(2)病程＜10年；(3) RRMS診斷標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)[11]。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)罹患其他神經(jīng)精神疾病；(2)顱腦手術(shù)及外傷史；(3)存在MRI 掃描禁忌。同期招募32 名年齡及性別相匹配的健康人作為對照組(healthy controls，HC)，男9 例，女23 例，年齡20～50 (33.1±8.6)歲。本研究經(jīng)本院倫理委員會審查通過(批準(zhǔn)文號：2022-027)，檢查前所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR 掃描儀，32通道標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈，采集頭部MRI數(shù)據(jù)。各序列參數(shù)如下：3D-T1WI 序列：TR 2300 ms，TE 2.26 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，采集矩陣256×256，層厚1 mm；3D-液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)序列：TR 5000 ms，TE 388 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，采集矩陣256×256，層厚1 mm；QSM序列：TR 36.0 ms，TE1 7.50 ms，△TE 7.5 ms，TE4 30.0 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，采集矩陣256×256，層厚2 mm，翻轉(zhuǎn)角20°；DTI 序列：TR 5100 ms，TE 97 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，層厚4 mm，b 值取0 和1000 s/mm2，取30 個不同擴(kuò)散方向。掃描范圍從顱頂至枕骨大孔，所有軸位掃描均在中間矢狀面定位，中心線平行于前后連合線。在MRI掃描當(dāng)天，由一名具有5 年以上年資的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師協(xié)助相關(guān)病史采集，用擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表(Expanded Disability Status Scale，EDSS)評估受試者殘疾程度。

1.3 圖像重建及數(shù)據(jù)處理

1.3.1 WM-LV及核團(tuán)體積

WM-LV 在3D-FLAIR 序列中測量，由2 名5 年以上MR 研究經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師基于ITK-SNAP (Version 3.8；http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php)軟件在RRMS 患者的3D-FLAIR 序列上逐層勾畫白質(zhì)病灶測得體積，重復(fù)勾畫兩次，其體積通過組內(nèi)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)(ICC=0.963，P＜0.001)，取平均值為該患者WM-LV；基于MATLAB R2013b (Version 8.2.0.701)平臺的SPM 8 (Version 6313；https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/)的VBM 對3D-T1WI數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，隨后基于REST軟件，以雙側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球、丘腦為感興趣區(qū)(region of interest，ROI) (圖1A)，提取各核團(tuán)體積。

圖1 RRMS 患者，女，30 歲，頭暈伴步態(tài)不穩(wěn)1 周，圖1A～1D 分別為3D-T1WI、QSM、FA 及MD 圖，ROI 顯示在大腦一側(cè)，綠色-尾狀核(頭)；藍(lán)色-殼核；黃色-蒼白球；紅色-丘腦。注：RRMS：復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化；T1WI：T1加權(quán)成像；QSM：定量磁敏感圖；FA：各向異性分?jǐn)?shù)；MD：平均擴(kuò)散率；ROI：感興趣區(qū)。Fig.1 RRMS patient,female,30 years old,dizziness with walking instability for one week,1A-1D show 3D-T1WI,QSM,FA and MD images respectively,ROI is shown on one side of the brain, green-caudate nucleus (head); blue-putamen; yellow-globus pallidus; red-thalamus. Note: RRMS: relapsing-remitting multiple sclerosis;T1WI:T1 weighted imaging;QSM:quantitative magnetic sensitivity mapping;FA:fractional anisotropy;MD:mean diffusivity;ROI:region of interest.

1.3.2 QSM及DTI圖像重建及數(shù)據(jù)處理

QSM 圖像重建是基于MATLAB 平臺的STISuite(Version 3.03；http://people. eecs. berkeley.edu/～chunlei.liu/software.html)軟件，步驟包括場圖擬合、相位解纏繞、背景場去除、磁化率反演；DTI 圖像重建是基于FSL (Version 5.0.10；https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/)軟件，經(jīng)過b0 像配準(zhǔn)、頭動及渦流校正、張量計算得到各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散率(mean diffusivity，MD)圖。隨后基于FSL 軟件將個體空間QSM 及FA、MD 圖配準(zhǔn)至蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)空間坐標(biāo)，以相同ROI 提取各核團(tuán)定量磁化率值(quantitative susceptibility value，QSV)及FA和MD值(圖1B～1D)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；以M (Qr)表示呈偏態(tài)分布的計量資料，采用秩和檢驗(yàn)；以χ2檢驗(yàn)比較組間性別差異。RRMS患者深部灰質(zhì)體積、QSV及FA、MD值與WM-LV相關(guān)性評估用Pearson相關(guān)檢驗(yàn)，深部灰質(zhì)各參數(shù)與病程及EDSS評分相關(guān)性評估用Spearman相關(guān)檢驗(yàn)。P＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料及EDSS評分、WM-LV

RRMS 組與HC 組性別(χ2=0.03，P=0.86)、年齡(t=1.82，P=0.07)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。RRMS組中位病程2.5 (0.8,6.8)年，中位EDSS 評分為2.0 (1.0,2.8)，WM-LV為(18.87±18.14) mm3。

2.2 各灰質(zhì)核團(tuán)體積、QSV及FA、MD值比較

與HC組相比，RRMS組各灰質(zhì)核團(tuán)體積減小，丘腦QSV 減低，尾狀核及丘腦FA 值降低伴MD 值升高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)；余核團(tuán)QSV 及FA 和MD值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表1。

表1 兩組各灰質(zhì)核團(tuán)體積、QSV、FA及MD值比較(±s)Tab.1 Comparison of the volume,QSV,FA and MD values of each gray matter nucleus in the two groups

表1 兩組各灰質(zhì)核團(tuán)體積、QSV、FA及MD值比較(±s)Tab.1 Comparison of the volume,QSV,FA and MD values of each gray matter nucleus in the two groups

注：RRMS：復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化；HC：健康對照組；QSV：定量磁化率；FA：各向異性分?jǐn)?shù)；MD：平均擴(kuò)散率。

組別體積尾狀核蒼白球殼核丘腦QSV (ppb)尾狀核蒼白球殼核丘腦FA值尾狀核蒼白球殼核丘腦MD值(×10-3 mm2/s)尾狀核蒼白球殼核丘腦RRMS組(n=40)HC組(n=32)t值P值0.051±0.010 0.026±0.007 0.046±0.012 0.062±0.008 0.055±0.005 0.030±0.004 0.056±0.007 0.074±0.004 2.165 3.179 4.261 8.510 0.034 0.002＜0.001＜0.001 28.988±4.910 74.738±12.706 30.123±4.701 5.515±2.298 29.919±4.264 76.366±9.058 31.744±6.140 6.884±1.847 0.847 0.611 1.269 2.741 0.400 0.543 0.209 0.008 0.253±0.058 0.287±0.033 0.314±0.021 0.401±0.019 0.303±0.034 0.296±0.044 0.307±0.018 0.383±0.025 4.568 1.017 1.560 3.368＜0.001 0.313 0.123 0.001＜0.001 0.437 0.049＜0.001 0.841±0.166 0.576±0.027 0.603±0.028 0.656±0.074 0.667±0.049 0.581±0.023 0.593±0.011 0.595±0.018 6.260 0.783 2.011 5.017

2.3 相關(guān)性分析

RRMS 組殼核和丘腦FA、MD 值與對應(yīng)核團(tuán)體積改變顯著相關(guān)(P均＜0.01)，但各核團(tuán)QSV 與對應(yīng)核團(tuán)體積相關(guān)性差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均＞0.05)，見表2。

表2 RRMS灰質(zhì)核團(tuán)QSV和FA、MD值與相應(yīng)體積相關(guān)性Tab.2 Correlation between QSV,FA and MD values of RRMS gray matter nuclei and the corresponding volume

RRMS 組各灰質(zhì)核團(tuán)參數(shù)與白質(zhì)病灶相關(guān)分析顯示：各核團(tuán)體積均與WM-LV 呈顯著負(fù)相關(guān)(P均＜0.05)，尾狀核FA 值與其呈顯著負(fù)相關(guān)，伴尾狀核、殼核、丘腦MD 值與其呈顯著正相關(guān)(P均＜0.01)，余FA及MD 值與其無顯著相關(guān)性(P均＞0.05)；同時，核團(tuán)QSV與WM-LV均無顯著相關(guān)性(P均＞0.05)，見表3。

表3 RRMS組灰質(zhì)核團(tuán)各指標(biāo)與WM-LV及病程、EDSS評分相關(guān)性Tab.3 Correlation of various indicators of gray matter nucleus in RRMS group with WM-LV,course of disease,and EDSS score

RRMS組各核團(tuán)體積均與病程呈顯著負(fù)相關(guān)(P均＜0.05)；DTI參數(shù)中僅丘腦及殼核FA值與病程呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，各核團(tuán)QSV與病程間均無顯著相關(guān)性(P均＞0.05)。僅丘腦QSV 與EDSS 評分顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，其余相關(guān)均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均＞0.05)，見表3。

3 討論

深部灰質(zhì)核團(tuán)是大腦功能的重要組成部分，其涉及運(yùn)動、感覺、認(rèn)知、情感等多項(xiàng)復(fù)雜功能，丘腦尤其重要，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要中繼中心，與皮質(zhì)及皮質(zhì)下區(qū)域高度連接[12]。深部灰質(zhì)損傷與MS 患者疲勞、殘疾及認(rèn)知障礙等多方面相關(guān)[6,13]。常規(guī)MRI 對MS 深部灰質(zhì)異常顯示不佳，尤其是疾病早期；既往病理強(qiáng)調(diào)腦萎縮是MS 最終階段的反映，但研究表明MS患者早期即有腦萎縮并進(jìn)行性發(fā)展，尤其是深部灰質(zhì)[5]。高分辨率3D-T1WI結(jié)構(gòu)像可較為精確地測量灰質(zhì)體積改變，DTI 可通過反映局部水分子各向擴(kuò)散情況，無創(chuàng)地顯示組織早期微觀結(jié)構(gòu)變化；此外，深部灰質(zhì)異常鐵沉積被認(rèn)為是MS患者神經(jīng)退變的生物標(biāo)志物[14]，QSM 可無創(chuàng)定量評價組織鐵含量，克服了磁敏感加權(quán)成像的相位卷褶偽影，定量更準(zhǔn)確[10]；因此，本研究通過多模態(tài)MRI 聯(lián)合分析MS 疾病相對早期階段深部灰質(zhì)異常改變的不同病理生理特征。

3.1 3D-T1WI 量化RRMS深部灰質(zhì)核團(tuán)體積

腦萎縮被認(rèn)為是MS進(jìn)展的重要標(biāo)志，皮質(zhì)及深部灰質(zhì)萎縮是導(dǎo)致MS全腦萎縮的主要原因[15]，但灰質(zhì)萎縮是否獨(dú)立于白質(zhì)局灶性脫髓鞘病變尚不清楚。本研究結(jié)果顯示RRMS患者疾病早期深部灰質(zhì)即有明顯萎縮，以丘腦為著，且體積減小與病程呈顯著正相關(guān)，該結(jié)果與其他針對MS的MRI及組織病理相關(guān)性研究結(jié)果一致[16-17]，這些研究表明MS 患者深部灰質(zhì)如丘腦、海馬、尾狀核、殼核、蒼白球等均存在不同程度萎縮，并隨病程持續(xù)進(jìn)展。EDSS是常用于評估MS患者殘疾程度的指標(biāo)，但本研究尚未觀察到結(jié)構(gòu)改變與EDSS 相關(guān)性，與以往文獻(xiàn)報道存在差異[18]，推測可能與疾病早期EDSS評分容易受疾病狀態(tài)波動影響有關(guān)[19]。此外，MS灰質(zhì)萎縮的具體病理機(jī)制尚不明確，有研究認(rèn)為是白質(zhì)病灶繼發(fā)的遠(yuǎn)處損傷致使灰質(zhì)萎縮[20]，但也有研究表明局部小膠質(zhì)細(xì)胞激活導(dǎo)致直接的灰質(zhì)損傷及神經(jīng)退變[21]。本研究中灰質(zhì)萎縮與WM-LV 顯著負(fù)相關(guān)，提示RRMS 灰質(zhì)萎縮與白質(zhì)病變相關(guān)而非獨(dú)立發(fā)展，與Al-Radaideh 等[7]研究結(jié)果一致。體積量化了灰質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)變化，還需進(jìn)一步探究其內(nèi)的微觀病理生理改變以助闡明MS灰質(zhì)異常的潛在病理特點(diǎn)。

3.2 DTI量化RRMS深部灰質(zhì)核團(tuán)微結(jié)構(gòu)異常

DTI 可通過局部水分子擴(kuò)散情況量化微結(jié)構(gòu)損傷，深部灰質(zhì)的DTI 參數(shù)主要與神經(jīng)元密度、樹突和軸突數(shù)量以及髓鞘完整性相關(guān)[22]，F(xiàn)A 值降低可能反映了局部軸突橫斷性損傷、神經(jīng)元變性等，MD 值增加可能反映了局部細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞、組織間隙擴(kuò)散增加等。本研究結(jié)果顯示相較HC，RRMS 患者尾狀核及丘腦的FA 值降低，MD 值升高，并與WM-LV 顯著相關(guān)，提示疾病早期發(fā)生明顯微結(jié)構(gòu)損傷，且與白質(zhì)病變關(guān)系密切，這與既往研究相符[17]。熊華等[23]縱向研究發(fā)現(xiàn)RRMS患者蒼白球和丘腦FA值降低，尾狀核和丘腦MD 值升高，并隨時間進(jìn)行性發(fā)展；Cappellani 等[17]研究顯示MS丘腦和海馬FA值減低，尾狀核、丘腦及海馬MD 值升高，且與白質(zhì)病灶負(fù)荷和正常白質(zhì)體積關(guān)系密切；這可能是因?yàn)榘踪|(zhì)纖維與深部灰質(zhì)緊密連接相關(guān)，但由于灰質(zhì)結(jié)構(gòu)中有少量白質(zhì)纖維，對灰質(zhì)核團(tuán)FA、MD值存在一定影響，未來需要將兩者分離以便更好闡明深部灰質(zhì)異常與白質(zhì)病變的關(guān)系。此外，相關(guān)分析顯示各核團(tuán)參數(shù)與EDSS評分均未見顯著相關(guān)性，這可能與DTI 參數(shù)反映的是局部微擴(kuò)散改變，對臨床神經(jīng)功能改變不明顯及EDSS 波動性有關(guān)，尤其是疾病早期階段[19]。因此深部灰質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷與疾病嚴(yán)重程度之間的關(guān)系有待進(jìn)一步探究。

3.3 QSM量化RRMS深部灰質(zhì)核團(tuán)鐵濃度

QSM可通過QSV直接量化深部灰質(zhì)局部鐵濃度異常。相較既往文獻(xiàn)報道[6,24]納入的長期病程，本研究結(jié)果顯示RRMS患者在疾病較早期階段即有丘腦鐵濃度的明顯降低，但尾狀核、蒼白球及殼核差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Burgetova 等[25]進(jìn)一步比較MS 亞型結(jié)果表明RRMS 較原發(fā)進(jìn)展型MS 丘腦QSV 降低，Zivadinov等[6]發(fā)現(xiàn)繼發(fā)進(jìn)展型MS較RRMS丘腦QSV更低，且與長病程相關(guān)；其余核團(tuán)磁化率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，強(qiáng)調(diào)了丘腦鐵濃度在MS 亞型中的突出差異。目前MS患者丘腦鐵濃度降低機(jī)制不明確，可能是繼發(fā)于白質(zhì)病變所致的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)通路異常[26]或原發(fā)于灰質(zhì)局部代謝異常[27]。本研究中各核團(tuán)QSV與WM-LV和對應(yīng)核團(tuán)體積無顯著相關(guān)性，提示深部灰質(zhì)鐵濃度異?？赡塥?dú)立于遠(yuǎn)處白質(zhì)病變及局部組織丟失(萎縮)的繼發(fā)影響。此外，丘腦QSV 與EDSS 評分顯著負(fù)相關(guān)提示丘腦QSV 可能是MS 殘疾程度的標(biāo)志，與Zivadinov等[6]研究一致，但由于EDSS的波動性和殘疾程度的有限代表性，仍需大樣本研究進(jìn)一步驗(yàn)證丘腦QSV作為MS疾病嚴(yán)重程度的標(biāo)志監(jiān)測疾病進(jìn)展的可行性。

3.4 多模態(tài)MRI對RRMS深部灰質(zhì)核團(tuán)的對比分析

多模態(tài)MRI結(jié)果表明，RRMS患者較深部灰質(zhì)核團(tuán)FA、MD值及QSV部分異常，核團(tuán)萎縮更為明顯；組織病理表明影像量化的灰質(zhì)萎縮反映了神經(jīng)元變性[28]。本研究提示深部灰質(zhì)在RRMS 中起著重要作用，其在疾病相對早期階段就有明顯神經(jīng)退行性變，量化結(jié)構(gòu)體積相較DTI 和QSM 更敏感地反映了RRMS 患者深部灰質(zhì)的異常，DTI 和QSM 參數(shù)量化的是微觀上的不同生物學(xué)特性。此外，對比RRMS患者各核團(tuán)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)丘腦相較其他核團(tuán)，不僅體積萎縮明顯，同時存在微結(jié)構(gòu)損傷和鐵代謝紊亂，且僅有丘腦鐵濃度的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，并與EDSS評分呈顯著負(fù)相關(guān)，突顯了丘腦受累在RRMS 的顯著性和獨(dú)特性，可能與丘腦作為中樞神經(jīng)重要中繼中心，與皮質(zhì)及皮質(zhì)下區(qū)域高度連接，參與廣泛神經(jīng)功能密切相關(guān)[12]。本研究提示丘腦異常是RRMS 的重要特點(diǎn)，可作為疾病監(jiān)測的重要結(jié)構(gòu)。由于丘腦是多個核復(fù)合體組成，精細(xì)且復(fù)雜，未來需要進(jìn)一步對其亞區(qū)分割以便深入研究RRMS患者丘腦潛在病理生理特點(diǎn)及臨床意義。

本研究存在一些局限性，僅納入RRMS患者，未對不同類型MS間灰質(zhì)異常進(jìn)行分析；且為橫向研究，無法得到各灰質(zhì)核團(tuán)體積及其內(nèi)微結(jié)構(gòu)損傷、鐵濃度變化的動態(tài)演變規(guī)律。因此，在以后的研究工作中，擬納入更大樣本進(jìn)行亞分類、結(jié)合時間隨訪以便進(jìn)一步闡明MS深部灰質(zhì)的潛在病理特點(diǎn)。

總之，RRMS 患者在疾病相對早期階段，深部灰質(zhì)即有明顯萎縮，伴有尾狀核和丘腦的微結(jié)構(gòu)損傷及丘腦明顯鐵紊亂，且灰質(zhì)異常部分獨(dú)立于白質(zhì)局灶性脫髓鞘；相較微結(jié)構(gòu)和鐵濃度異常，萎縮更敏感地反映了患者深部灰質(zhì)的異常；同時丘腦廣泛受累是RRMS 的重要特征，丘腦鐵濃度可能成為MS 疾病嚴(yán)重程度的標(biāo)志并監(jiān)測疾病進(jìn)展。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。