復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者腦深部灰質(zhì)核團鐵沉積特征及與腦靜脈血氧含量的相關(guān)性

劉鐵利，唐樂梅，宋清偉，劉宇卉，苗延巍*，伍建林

(1.大連醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，遼寧 大連 116044；2.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116021；3.大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011)

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis， MS)是一種與大腦灰白質(zhì)及深部灰質(zhì)核團多灶性脫髓鞘形成有關(guān)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性自身免疫性疾病[1]，臨床上以復(fù)發(fā)緩解型MS(relapsing-remitting MS， RRMS)最常見。MS患者腦內(nèi)病灶及灰質(zhì)核團鐵沉積較正常人增加[2-3]，而腦血流量、腦組織氧攝取、腦靜脈血流速度均下降[4-6]。本研究采用磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging， SWI)探討RRMS患者腦深部灰質(zhì)核團鐵沉積的特點及其與腦靜脈血氧含量的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2013年3月—2015年6月于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院就診的42例RRMS患者(RRMS組)，男11例，女31例，年齡25～62歲，平均(37.9±14.2)歲，均為右利手。所有患者均符合2010年修訂版McDonald標準[7]。同期選取年齡、性別與RRMS患者匹配的52名健康志愿者(對照組)，男13例，女39例，年齡24～63歲，平均(37.4±11.7)歲，均為右利手。本研究獲得大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T超導(dǎo)型MR及頭部8通道相控陣頭線圈。以前后聯(lián)合連線(AC-PC線)為掃描基線，掃描范圍覆蓋全腦。掃描參數(shù)：螺旋槳序列T2W，TR 5 000 ms，TE 119 ms，層厚7 mm；液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列T2W，TR 8 600 ms，TE 125 ms，矩陣192×288，層厚6 mm，NEX 1；SWI，TR 53 ms，TE 40 ms，層厚2 mm，無層間距，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣512×512，NEX 1?？倰呙钑r間約20 min。

1.3數(shù)據(jù)處理與測量方法 將原始數(shù)據(jù)傳至GE AW 4.4工作站，應(yīng)用Functool軟件進行后處理獲得到重建后SWI圖像。應(yīng)用SPIN軟件(Signal Process in Neuroimaging，美國韋恩州立大學(xué)Haacke EM教授友情饋贈)處理，生成高通濾過后的相位圖及SWI最小密度投影圖(minimum intensity projection， MinIP)。參照人腦靜脈解剖，結(jié)合SWI MinIP，在相位圖上選取雙側(cè)大腦內(nèi)靜脈(internal cerebral vein， ICV)、大腦中深靜脈(deep middle cerebral vein， DMCV)、基底靜脈(basal vein， BV)及丘紋上靜脈(superior thalamostriate vein， STV)；于腦深部灰質(zhì)核團選擇雙側(cè)尾狀核頭(head of caudate nucleus， HCN)、蒼白球(globus pallidus， GP)、殼核(putamen， PUT)、丘腦(thalamus， THA)、黑質(zhì)(substantia nigra， SN)及紅核(red nucleus， RN)測量相位值，避開血管結(jié)構(gòu)、腦室、腦溝以及氣顱交界區(qū)相位混淆偽影的影響。每個測量值重復(fù)3次，取平均值。見圖1～6。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，采用配對t檢驗比較RRMS組、對照組左側(cè)與右側(cè)腦靜脈相位值的差異；以獨立樣本t檢驗比較RRMS組與對照組左右側(cè)腦深部灰質(zhì)核團相位值差異。采用Spearman相關(guān)驗檢分析腦深部灰質(zhì)核團與腦靜脈相位值的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

RRMS組和對照組腦靜脈左、右側(cè)相位值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，故統(tǒng)計數(shù)據(jù)時將左、右側(cè)數(shù)據(jù)取平均值進行整合分析。除雙側(cè)THA及右側(cè)RN相位值外，RRMS組雙側(cè)HCN、GP、PUT、SN及左側(cè)RN相位值均較對照組降低(P均<0.05，表1)。相關(guān)分析示對照組DMCV與右側(cè)SN相位值呈正相關(guān)(r=0.32，P=0.02)，其余腦靜脈與腦深部灰質(zhì)核團相位值均無相關(guān)(P均>0.05，表2)；RRMS組BV、DMCV與左側(cè)PUT(r=0.41、0.44,P均<0.05)、右側(cè)PUT相位值呈正相關(guān)(r=0.38、0.43，P均<0.05)，ICV與左側(cè)PUT相位值呈正相關(guān)(r=0.37，P=0.01)，其余腦靜脈與腦深部灰質(zhì)核團相位值均無相關(guān)性(P均>0.05，表3)。

3 討論

鐵是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)最為重要的一種過渡金屬元素，參與組織形成、氧的運輸、電子傳遞、神經(jīng)遞質(zhì)合成及維持線粒體功能等，在髓鞘形成和少突膠質(zhì)細胞發(fā)育過程及在維持腦內(nèi)動態(tài)平衡中的作用至關(guān)重要[8-10]。人體內(nèi)的鐵以非血色素鐵及血色素鐵兩種形式存在[11]，且二者磁化率不同[12]，血色素鐵包括含氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、高鐵血紅蛋白等。SWI技術(shù)利用含氧血紅蛋白與脫氧血紅蛋白間磁敏感特性的差異進行成像，而含鐵血黃素和鐵蛋白均為強順磁性物質(zhì)，微量鐵沉積也會導(dǎo)致明顯相位變化[13]，因此在SWI上測量相位值可間接觀察腦鐵含量變化。本研究利用SPIN軟件，在高通濾過后的相位圖上測量相位值，可以敏感地檢測到組織內(nèi)非血色素鐵的濃度變化(可精確至1 μg/g組織)[11,13-14]，再通過相位值的變化較準確地推算出腦鐵濃度，具體如下:

表1 RRMS組與對照組腦深部灰質(zhì)核團相位值(±s)

表1 RRMS組與對照組腦深部灰質(zhì)核團相位值(±s)

組別HCN左側(cè)右側(cè)GP左側(cè)右側(cè)THA左側(cè)右側(cè)RRMS組1 988.80±55.841 985.80±93.421 988.23±32.711 988.34±31.942 040.07±7.872 041.25±7.20對照組2 016.40±32.102 019.53±27.182 006.28±39.142 012.67±37.882 045.33±21.342 045.17±18.94t值-3.02-2.49-2.43-3.41-1.55-1.29P值<0.010.020.02<0.010.130.20組別PUT左側(cè)右側(cè)RN左側(cè)右側(cè)SN左側(cè)右側(cè)RRMS組2 001.35±43.052 008.80±25.561 971.70±40.721 972.57±5.721 920.01±40.571 925.41±48.25對照組2 023.78±30.282 025.97±28.081 991.36±41.771 990.48±49.371 949.08±56.591 960.00±86.22t值-2.99-3.11-2.32-2.00-2.34-2.37P值<0.01<0.010.020.050.020.02

圖1 手動勾畫HCN(桔黃色)、PUT(紅色)測量區(qū) 圖2 手動勾畫SN(綠色)、RN(黃色)測量區(qū) 圖3 于相位圖上勾畫ICV 黃線表示測量靜脈血氧含量時的測量方向 圖4 于相位圖上勾畫STV 黃線表示測量靜脈血氧含量時的測量方向 圖5 于相位圖上勾畫BV 黃線表示測量靜脈血氧含量時的測量方向 圖6 于相位圖勾畫DMCV 黃線表示測量靜脈血氧含量時的測量方向

灰質(zhì)核團BVDMCVICVSTV右側(cè)HCN0.13(0.37)-0.05(0.72)0.06(0.70)0.02(0.89)左側(cè)HCN0.07(0.61)-0.06(0.69)0.09(0.51)0.11(0.46)右側(cè)GP0.05(0.75)-0.01(0.91)0.13(0.36)0.07(0.62)左側(cè)GP0.07(0.60)-0.05(0.72)0.02(0.91)0.01(0.93)右側(cè)THA-0.01(0.97)-0.03(0.86)-0.16(0.25)0.02(0.91)左側(cè)THA0.15(0.29)-0.10(0.49)-0.26(0.06)-0.20(0.16)右側(cè)PUT0.19(0.18)0.12(0.38)0.05(0.75)0.11(0.44)左側(cè)PUT0.20(0.15)0.04(0.77)0.04(0.79)0.01(0.94)右側(cè)RN0.02(0.92)0.18(0.20)-0.08(0.58)0.12(0.39)左側(cè)RN0.10(0.48)0.26(0.07)0.02(0.91)0.18(0.20)右側(cè)SN-0.22(0.10)0.32(0.02)-0.04(0.80)-0.11(0.43)左側(cè)SN-0.21(0.13)0.09(0.54)0.08(0.56)-0.05(0.75)

表3 RRMS組腦深部灰質(zhì)核團與腦靜脈相位值的相關(guān)性[rs值(P值)]

φ=-γ·ΔB·TE

(1)

ΔB=Fe ·V·ΔX· B0

(2)

Fe=-φ/γ·V·ΔX· B0·TE

(3)

其中φ代表相位值，γ代表磁旋比，ΔB代表組織間磁場變化，TE代表回波時間，F(xiàn)e代表鐵濃度，V代表像素體積，ΔX代表鐵存在時分子間磁化變化，B0代表主磁場場強。由此可知，當TE一致時，相位值與鐵含量呈負相關(guān)，即測得的相位值越小，組織內(nèi)鐵沉積越高。

本研究結(jié)果顯示，除雙側(cè)THA及右側(cè)RN相位值外，RRMS患者大腦深部灰質(zhì)核團相位值均低于對照組，表明MS患者腦灰質(zhì)核團的鐵沉積量高于健康人，RRMS患者存在病理性腦鐵代謝異常，腦鐵過量沉積在RRMS病理過程中扮演著重要角色，與既往研究[2-3]一致；提示腦鐵含量的增加是RRMS具有特征性的病理生理學(xué)改變，可作為觀測RRMS活動期和病情進展的重要生物學(xué)指標。通常情況下，與鐵蛋白結(jié)合的鐵對人體無危害；一旦鐵蛋白被破壞，過量自由鐵被釋放出來，可以轉(zhuǎn)化成含鐵血黃素和其他過氧化氫類衍生物，而這種物質(zhì)更容易與周圍分子進行電子交換，激發(fā)促進自由基的產(chǎn)生，從而引起脂質(zhì)過氧化。除直接引起細胞損害外，過量的鐵還能改變細胞周圍環(huán)境，使其對毒素或致病因子更加敏感[10,15]。一項自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)動物模型研究[16]發(fā)現(xiàn)EAE大鼠腦內(nèi)有過量的鐵沉積，且在缺鐵動物中不能成功誘導(dǎo)EAE模型。

本研究關(guān)于腦深部灰質(zhì)核團與腦靜脈相位值的相關(guān)分析結(jié)果顯示，對照組僅DMCV與右側(cè)SN相位值呈正相關(guān)(r=0.32，P=0.02)，而RRMS組BV、DMCV與雙側(cè)PUT均呈正相關(guān)(P均<0.05)，ICV與左側(cè)PUT也存在相關(guān)性(P<0.05)，表明RRMS組患者腦深部灰質(zhì)核團的鐵沉積與腦內(nèi)靜脈血氧含量的下降，且其間存在某種關(guān)聯(lián)。近年研究[17]報道，慢性腦脊髓靜脈供血不足導(dǎo)致靜脈狹窄及血流緩慢可能是RRMS的誘發(fā)因素。一方面，這種狹窄勢必會引起腦內(nèi)靜脈氧含量下降，進一步導(dǎo)致腦耗氧減少，腦細胞利用含鐵酶類也相對減少，從而導(dǎo)致鐵沉積；另一方面，鐵沉積使腦細胞氧化產(chǎn)生的H2O2通過細胞膜與高能量羥基發(fā)生反應(yīng)，生成過氧化脂類，又可造成細胞膜對鈣失控，從而導(dǎo)致細胞毒性，引起細胞老化，從而進一步造成腦鐵沉積[18]。顱內(nèi)出血、缺血或缺氧情況下，細胞外液電解質(zhì)平衡被破壞及pH值下降，可能引起鐵從鐵蛋白或轉(zhuǎn)鐵蛋白中釋放[11]。正常情況下，人腦內(nèi)的鐵代謝與分布受嚴密調(diào)控，隨年齡增加，鐵主要是以鐵蛋白內(nèi)鐵的形式逐漸積聚；而鐵進入鐵蛋白內(nèi)被認為具有組織保護作用，能夠防止鐵過量可能帶來的毒性作用。在細胞外液呈酸性的條件下，鐵蛋白內(nèi)的鐵通過與過多的超氧化物自由基和抗壞血酸鹽等物質(zhì)的相互作用，以Fe2+的形式釋放出來[19]，進而誘發(fā)神經(jīng)損害。

本研究的局限性主要在于樣本量相對較少，統(tǒng)計學(xué)結(jié)果難免產(chǎn)生一定偏倚；在腦深部灰質(zhì)核團的勾畫、測量過程中，雖經(jīng)多次測量取均值，但難免也會存在一定誤差。

綜上所述，RRMS患者腦深部灰質(zhì)核團鐵沉積與腦內(nèi)靜脈血氧含量存在一定相關(guān)性，對其相互影響的機制尚需進一步深入研究。