羅丹，陳曉婭，祝琦源，張志偉，郁斌，鄭橋，馮金洲，李詠梅

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是以進展性軀體殘疾和認知受損為主要表現(xiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎性脫髓鞘疾病[1]，其認知障礙的發(fā)生率已高達65%～70%[2]。MS脫髓鞘病灶具有空間多發(fā)性，主要發(fā)生在白質，但皮質、近皮質區(qū)和U形纖維受累也是特征性表現(xiàn)。其中，皮層下U 形纖維是連接相鄰皮質區(qū)域的短聯(lián)絡纖維，位于淺層白質，在灰白質交界面的正下方并遵循皮質折疊模式，估計約占人腦白質纖維總數(shù)的90%[3]。盡管研究報道皮層下U形纖維介導神經(jīng)系統(tǒng)重要的高級認知功能[4]，但其在認知領域中的確切作用仍不清楚，與MS患者認知障礙發(fā)生發(fā)展的相關性也尚不明確。

此外，近期基于擴散MRI 的研究[3,5]發(fā)現(xiàn)早期MS 以及輕度認知障礙的患者淺表白質束存在異常，但這些研究忽視了U形纖維病灶對MS轉歸的影響。既往研究[6]雖然報道皮層及近皮層病灶是MS殘疾進展及認知障礙的關鍵因素，但MS中單獨的U 形纖維病灶的分布特征以及與臨床表現(xiàn)的相關性仍不清楚。

皮層下U形纖維的區(qū)域局限、體積較小，并且非常靠近腦溝內的腦脊液而導致其病灶難以識別[7]，但隨著MRI 技術不斷發(fā)展，高分辨率T2 三維液體衰減反轉恢復(three-dimensional fluid-attenuated inversion recovery，3D T2-FLAIR)序列通過抑制腦脊液信號，減小層厚，提高了皮層下U 形纖維病灶的對比度[8]，從而在顯示病灶的數(shù)量和分布上更具優(yōu)勢?；诖耍狙芯繎?D T2-FLAIR 探索U 形纖維在復發(fā)緩解型MS(relapsing remitting MS，RRMS)中受累的空間分布特征，并探討其影像特征與認知障礙、軀體殘疾之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2019 年7 月至2020 年11 月我院臨床確診的RRMS 患者病例49 例。納入標準：(1)所有患者均滿足2017 年McDonald 診斷標準[9]；(2)疾病處于緩解期，所有患者檢查前3 個月均未接受激素沖擊治療；(3)常規(guī)MRI 未發(fā)現(xiàn)腦缺血、梗死、萎縮、腫瘤等其他器質性疾病，均無心腦血管疾病及其他小血管缺血表現(xiàn)。排除標準：(1)既往有大量抗抑郁藥物服用史、大量酗酒史；(2)圖像質量欠佳、頭動偽影較大。本研究經(jīng)重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院倫理委員會批準(批準文號：cstc2018jcyjAX0584)，免除受試者知情同意。

由神經(jīng)內科醫(yī)師對所有患者盲法行Kurtzke 臨床擴展殘疾狀態(tài)量表(Expanded Disability Status Scale，EDSS)評分，并行神經(jīng)心理學量表測驗以評估患者情緒狀態(tài)及認知功能，包括：Krupp 疲勞嚴重度量表(Fatigue Severity Scale，F(xiàn)SS)評估疲勞程度及其對日常生活的影響，漢密爾頓抑郁量表17項版(Hamilton Depression-17，HAMD-17)評定抑郁狀態(tài)，數(shù)字廣度測試(Digit Span Test，DST)評估工作記憶，Smith手寫版符號數(shù)字轉換測試(Symbol Digit Modalities Test，SDMT)評估信息處理速度，F(xiàn)olstein 簡易智力狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination，MMSE)以及Nosreddine 2004年版蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)評估整體認知功能。

1.2 MRI檢查方法

使用德國SIEMENS MAGNETOM Skyra 3.0 T MRI 掃描儀和頭部32 通道相控陣線圈進行頭顱MRI 掃描，成像方案包括三維T1 加權磁化強度預備快速梯度回波(three-dimensional T1-weighted magnetization-prepared rapid acquisition of gradient echo，3D-T1 MPRAGE)序列(TR 2300 ms，TE 2.26 ms，TI 900 ms，矩陣256×256，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm)，3D T2-FLAIR序列(TR 5000 ms，TE 388 ms，TI 1800 ms，矩陣256×256，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm)。所有掃描均在正中矢狀面定位，中心線與前后聯(lián)合線平行。

1.3 病灶勾畫

采用ITK-SNAP (www.itksnap.org)軟件在3D T2-FLAIR圖像上手動勾畫U形纖維病灶作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，根據(jù)文獻[10]等將U 形纖維病灶定義為皮質下3～4 mm內的白質中沿U 形纖維走形的弧形T2-FLAIR 高信號病灶，勾畫范圍見圖1。所有圖像均由本院影像科兩名經(jīng)驗豐富的神經(jīng)影像學醫(yī)師通過雙盲法分析并達成一致，統(tǒng)計每個患者U形纖維病灶的總數(shù)量及體積。

圖1 基于3D T2-FLAIR 圖像勾畫RRMS 患者U 形纖維病灶示例圖。1A：3D T2-FLAIR軸位圖，顯示U形纖維病灶是位于皮質下3～4 mm的白質內，沿U 形纖維走形呈弧形的FLAIR 高信號；1B：3D T2-FLAIR 軸位圖，顯示U形纖維病灶蒙片。藍色虛線框：U形纖維病灶；紅色弓形：U形纖維病灶蒙片；RRMS：復發(fā)緩解型多發(fā)性硬化；3D T2-FLAIR：三維T2液體衰減反轉恢復序列。Fig. 1 An example of RRMS patients in which U-fiber lesions were delineated based on 3D T2-FLAIR images. 1A:Axial 3D T2-FLAIR image shows the U-fiber lesions which are defined as arcuate FLAIR hyperintensity lesions along the U-fiber locating within 3-4 mm of the subcortical white matter area; 1B:Axial 3D T2-FLAIR image with U-fiber lesions mask. Blue dashed box: U-fiber lesions; Red lune: U-fiber lesions mask; RRMS: relapsing-remitting multiple sclerosis; 3D T2-FLAIR: three-dimensional T2 fluid attenuation inversion recovery.

1.4 數(shù)據(jù)后處理

使用FMRIB Software Library (FSL,https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/)工具將3D T2-FLAIR 圖像配準到蒙特利爾神經(jīng)病學研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)標準腦空間，步驟如下：首先，通過12 參數(shù)仿射變換將每個患者的3D T2-FLAIR圖像與3D-T1 MPRAGE圖像配準，并且將3D-T1圖像通過非線性配準到MNI 標準腦空間152 T1 模板；然后在3D T2-FLAIR 圖像上應用兩個變換矩陣進行重新配準，同樣的方法將U形纖維病灶配準到MNI標準腦空間。在MNI空間下分析每個患者的U形纖維病灶在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、島葉的分布位置、發(fā)生頻率及體積，并且基于MATLAB (matrix laboratory，2013a)平臺和MRIcron (http://www.nitrc.org/projects/mricron)軟件繪制RRMS 患者的U 形纖維病灶的空間概率分布圖。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 26.0軟件，對計量資料行正態(tài)性檢驗，服從偏態(tài)分布計量資料表示為M(Qr)，正態(tài)分布計量資料表示為(±s)。首先對每個患者U 形纖維病灶的總數(shù)量、總體積及其在額葉、頂葉、顳葉、枕葉、島葉的分布位置、發(fā)生頻率和體積進行統(tǒng)計描述；其次，將病程、年齡及EDSS、FSS、HAMD-17、DST、SDMT、MoCA、MMSE 評分等作為獨立變量，采用Spearman 相關性分析評估RRMS患者的U形纖維病灶總數(shù)量及體積與以上臨床資料之間的相關性。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般人口統(tǒng)計學和臨床量表評分

本研究最終納入49例RRMS患者，其中男16例，女33例，年齡17～60 (33.04±9.85)歲，病程0.1～21.0[4.0 (8.65)]年，受教育年限6～19[15 (4)]年。臨床量表評分如下：EDSS為0～6 (2.24±1.28)分；DST為8～21 (13.57±2.57)分；SDMT為11～82 (43.42±17.73)分；MMSE 為24～30 [29 (2)]分；MoCA 為14～30 [26 (4)]分；HAMD-17 為0～33 [8 (10.5)]分；FSS 為9～63 (32.25±16.46)分。在病程中，出現(xiàn)乏力患者16例(32.7%)，麻木16例(32.7%)，視覺障礙11例(22.4%)，疼痛3例(6.1%)，共濟失調3例(6.1%)，束帶感4例(8.2%)，其他癥狀：感覺減退、肢體抽搐、肌肉僵硬等。

2.2 U形纖維病灶分布

在49例RRMS患者中，2例(4.1%) RRMS患者沒有U形纖維病灶，47例(95.9%)在3D T2-FLAIR上共發(fā)現(xiàn)434個累及U形纖維的FLAIR高信號病灶，即U形纖維病灶，其體積為0～2149 mm3[95(234)] mm3。其中，9 例(18.4%) RRMS 患者僅有1 個U 形纖維病灶；15例(30.6%) RRMS患者有10個及以上U形纖維病灶；余下23 例(46.9%) RRMS 患者發(fā)現(xiàn)2～9 個U 形纖維病灶。在434 個病灶中，209 個U 形纖維病灶(48.2%)位于額葉，85 個(19.6%)位于頂葉，55 個(12.7%)位于顳葉，61 個(14.1%)位于枕葉，24 個(5.5%)位于島葉。圖2為U形纖維病灶的空間概率分布圖。

圖2 復發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者U形纖維病灶空間概率分布圖。Fig. 2 The spatial probability map of U-fiber lesions in relapsing-remitting multiple sclerosis(RRMS)patients.

2.3 U形纖維病灶與臨床量表評分的相關性分析

RRMS 患者U 形纖維病灶數(shù)量與FSS、HAMD-17 評分呈正相關(r=0.359，P=0.012；r=0.350，P=0.014)，與SDMT 評分呈負相關(r=-0.306，P=0.039)；RRMS 患者U 形纖維病灶體積與FSS、HAMD-17評分呈正相關(r=0.309，P=0.033；r=0.335，P=0.019)，與SDMT 評分呈負相關(r=-0.313，P=0.034)。RRMS 患者U 形纖維病灶數(shù)量及體積與病程、年齡、受教育年限及EDSS、DST、MoCA、MMSE評分均無顯著相關性(P均＞0.05)，見表1。

表1 RRMS患者U形纖維病灶總數(shù)量及總體積與臨床資料的相關性Tab.1 The correlation between the count or volume of U-fiber lesions and clinical data in RRMS patients

3 討論

皮層下U形纖維是連接相鄰腦回的短聯(lián)絡纖維，U形纖維的早期受累是MS 的特征性表現(xiàn)之一[11]。Buyukturkoglu 等[12]最近發(fā)現(xiàn)U形淺表白質纖維的完整性在反映早期MS潛在病理改變上比深部白質更敏感，盡管文獻[13]也報道近皮層病灶與MS 鑒別診斷及臨床癥狀密切相關，但特殊的皮層下U 形纖維受累的分布特征其對MS軀體殘疾及神經(jīng)心理受損的影響還不甚清楚。因此，本研究應用高分辨率3D T2-FLAIR探索U形纖維病灶在RRMS患者中的空間分布特征，并探討其影像特征與臨床量表之間的相關性。本研究發(fā)現(xiàn)，47例(95.9%，47/49) RRMS患者至少存在1 個U 形纖維受累，且209 個(48.2%，209/434) U形纖維病灶分布于額葉，85個(19.6%，85/434)位于頂葉，55個(12.7%，55/434)位于顳葉，61個(14.0%，61/434)位于枕葉，24個(5.5%，24/434)位于島葉。U 形纖維病灶數(shù)量和體積均與FSS、HAMD-17評分呈正相關，與SDMT評分呈負相關，但與EDSS評分、病程、年齡等無顯著相關性。本研究認為，U形纖維病灶在RRMS患者中普遍存在，并且是導致疲勞、抑郁及部分認知功能受損的原因之一，可能是MS神經(jīng)心理受損的潛在預測指標。

3.1 U形纖維受累分布特征

本研究結果顯示，大約96%的RRMS患者至少有一個U形纖維病灶，提示U形纖維受累在RRMS中普遍存在。因為U形纖維區(qū)域聚集大量少突膠質細胞構成髓鞘，比深部白質更為發(fā)達[14]，而MS是累及少突膠質細胞的自身免疫性炎性脫髓鞘疾病，因此U形纖維受累在MS病程早期即可出現(xiàn)，并且是MS的特征性表現(xiàn)之一。本研究結果顯示，大部分皮層下U形纖維病灶位于額葉，其次是頂葉，而皮層下?lián)p傷與皮質受累在空間上具有顯著相關性[15]，與既往研究發(fā)現(xiàn)RRMS患者51.8%的皮質病灶發(fā)生于額葉具有一致性[16]。Kamson等[17]也發(fā)現(xiàn)MS大部分白質高信號病灶位于額葉，但MS脫髓鞘病灶好發(fā)于額葉的潛在機制尚不清楚，在某種程度上可能與額葉具有較大的解剖比例有關。

3.2 U形纖維病灶與認知障礙

本研究發(fā)現(xiàn)U 形纖維病灶負荷與SDMT 評分呈負相關，與DST、MMSE、MoCA 評分無明顯相關，反映了RRMS 患者U 形纖維病灶負荷增加，一定程度上伴隨信息處理速度下降。SDMT 量表是簡要可重復神經(jīng)心理學測試表重要組成部分，是靈敏度最高、鑒別力最強的測試之一[18]，主要考察受試者的認知功能中信息處理速度、視覺工作記憶領域。據(jù)報道，34%～65%的MS 患者自起病后所有階段均可發(fā)生認知障礙[19]，主要表現(xiàn)為記憶、信息處理效率、執(zhí)行功能、注意力和處理速度受損，其中以信息處理效率下降最為明顯，這與本研究結果一致。最近Fujimori 等[20]報道MS 皮質旁白質病灶負荷與顳極的萎縮有關，而另一項研究[21]發(fā)現(xiàn)顳葉萎縮是MS 早期的特征性MRI表現(xiàn)并與認知障礙相關。Moriarty 等[22]也報道MS 近皮層(包含U 形纖維)病灶的存在與記憶任務中的信息保留受損相關。但是Haider 等[6]報道MS 皮質的磁化轉移率是SDMT 等認知量表結果的最強預測因子，能解釋SDMT變異性達52%，顯著高于灰質或白質病灶負荷；而另一研究[2]則發(fā)現(xiàn)右上縱束的白質病灶體積是認知障礙的最佳預測因子。由此可見，MS 灰白質病灶對認知障礙的影響仍具有較大的爭議。雖然本研究U 形纖維病灶與SDMT 評分相關性較弱，可能是因為納入的MS 患者U 形纖維病灶數(shù)量較少、體積較小，但這仍為MS 患者認知障礙的原因提供新的視角。此外，既往研究認為病灶的位置與特定的認知能力相關，其中額葉包含部分注意及執(zhí)行控制網(wǎng)絡[23]，并且額葉皮層功能連接與工作記憶、信息處理速度密切相關[24]，進一步表明本研究U 形纖維病灶大多位于額葉從而可能引起額葉部分認知功能下降。

U形纖維作為連接相鄰腦回的短聯(lián)絡纖維，是神經(jīng)網(wǎng)絡連接的重要組成部分，在認知功能中也起關鍵作用[25]。本研究結果推測U形纖維的中斷可能是導致MS患者的認知損害的原因之一，神經(jīng)單元之間的結構性連接是功能實現(xiàn)的物質基礎，纖維的中斷可能會損害遠距離腦區(qū)之間信息交換的能力[26]，從而表現(xiàn)出認知水平下降，但未來仍需進一步驗證。認知障礙在MS初期即可出現(xiàn)，并可預測疾病進展[27]，通過U形纖維病灶早期識別認知受損或可實現(xiàn)更及時、有針對性的干預。

3.3 U形纖維病灶與疲勞、抑郁

本研究結果顯示，U形纖維病灶數(shù)量或體積與HAMD-17、FSS評分呈正相關，提示U形纖維病灶負荷增加可能會部分加重抑郁和疲勞嚴重程度。抑郁和疲勞是MS 患者最常見的精神癥狀，MS 患者發(fā)展為抑郁癥的終生風險超過50%，其概率是正常人的3 倍；且研究發(fā)現(xiàn)[28]腦與脊髓病灶，以及顳葉、弓形束、上額葉和上頂葉損傷是MS 伴發(fā)抑郁癥的解剖學預測因素。盡管Miki等[25]報道抑郁和疲勞在僅有一個U形纖維病灶和多個U 形纖維病灶的MS 患者組中差異沒有統(tǒng)計學意義，但這可能與其T2WI 序列層厚較厚、U 形纖維病灶顯示的對比度相對更低有關。眾所周知，MS 炎性脫髓鞘病灶伴隨小膠質細胞激活[29-30]，而Singhal 等[31]也報道近皮層白質的小膠質細胞激活與疲勞評分顯著相關，并且抑郁、疲勞以及認知受損在一定程度上相互影響[32]，降低患者生活質量，這從不同角度支持了本研究結果。近年來，炎癥標志物與MS 抑郁癥相關的證據(jù)越來越多[33]，但仍無法準確識別潛在的生物機制。U形纖維區(qū)域髓鞘豐富導致儲存在髓鞘鐵蛋白中的鐵相應增多[34]，而髓鞘破壞可能會導致MS 局部鐵超載從而引起炎癥反應，這在U 形纖維病灶的發(fā)生中可能起一定作用，成為其潛在的炎性標志物之一，但仍需要進一步研究證實。

3.4 U形纖維病灶與軀體殘疾

本研究結果表明U形纖維病灶負荷與EDSS評分沒有顯著相關性。EDSS 主要用于評估整體神經(jīng)系統(tǒng)損害的嚴重程度，尤其是軀體運動障礙。研究報道腦內脫髓鞘斑塊總負荷、皮層及丘腦萎縮會導致中等程度EDSS 評分(3～4 分)，而脊髓損害對嚴重EDSS評分(6分)起主要作用[35]，另一研究報道病灶沿皮質脊髓束的不同分布位置，包括大腦、腦干及脊髓等對解釋MS 運動障礙至關重要[36]。最近的應用擴散張量成像的研究[12]卻發(fā)現(xiàn)殘疾程度較輕(EDSS 評分＜1)且缺乏近皮層病灶的MS患者中，部分U 形淺表白質束的完整性與EDSS 評分具有相關性。與既往研究[12,35-36]相比，本研究僅納入了孤立的U 形纖維病灶，結果顯示其數(shù)量或體積與軀體殘疾相關性不顯著，可能提示單一的U 形纖維病灶導致軀體殘疾的概率相對較低。U形纖維病灶負荷預測臨床殘疾嚴重程度的敏感性不如皮質或深部白質損害，但U 形纖維病灶與精細運動及單側運動障礙的相關性尚需進一步研究，而U 形淺表白質束在微觀結構上的受損對MS 疾病進展的預測作用還值得未來深入探究。本研究顯示U 形纖維病灶數(shù)量或體積與病程及年齡無明顯相關性，表明U 形纖維受累可能不會隨著病程延長或年齡增加而愈發(fā)嚴重，這可能與皮層下U 形纖維在大腦發(fā)育中髓鞘形成最遲，髓鞘更新緩慢的特性有關。

3.5 本研究的局限性

本研究也具有一定的局限性：(1)這是一個單中心研究，樣本量較少；(2)認知功能評估包含六大領域，而本研究所獲得的神經(jīng)心理學量表僅側重于反映整體認知功能水平及信息處理速度領域；(3) MS 患者常表現(xiàn)為不對稱性運動功能受損，而EDSS 主要評估患者整體殘疾狀態(tài)，不能精確反映精細運動及單側運動障礙；(4)本研究尚未反映出U 形纖維病灶的潛在病理改變。因此，在未來的研究中，建立多中心研究、擴大樣本量，對U 形纖維病灶行縱向隨訪，以及采用更完善的神經(jīng)心理學量表結合多參數(shù)MRI (如磁敏感加權成像、擴散峰度成像)反映U 形纖維受累潛在的病理生理機制是迫切而必要的。

綜上所述，U形纖維受累在RRMS患者中普遍存在，且在額葉發(fā)生頻率高。U形纖維病灶與部分神經(jīng)心理損害相關，可能導致抑郁、疲勞及認知功能障礙，特別是信息處理速度領域，其有望成為預測MS 患者情緒狀態(tài)及認知受損的敏感指標和治療干預的靶點之一。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。