應(yīng)用光學(xué)相干層析成像技術(shù)觀察阿爾茨海默病患者視網(wǎng)膜變化的研究進(jìn)展

曹晗煜 杜婷 孫中毅 王建業(yè) 曹霞 馬林昆

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院眼科 昆明 650101)

阿爾茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一種復(fù)雜的神經(jīng)退行性疾病，其神經(jīng)病理學(xué)的變化包括Aβ淀粉樣蛋白沉淀、神經(jīng)原纖維纏結(jié)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化及神經(jīng)元和突觸丟失[1]，其特征表現(xiàn)有記憶力進(jìn)行性減退、認(rèn)知能力下降、自主生活不能等。2018年對(duì)于AD調(diào)查的最新數(shù)據(jù)顯示，全球約有5 000萬(wàn)人患有AD，且由于全球老齡化問(wèn)題日漸嚴(yán)重，該病的發(fā)病率逐年上升；而臨床數(shù)據(jù)顯示早期干預(yù)可以治療并延緩病情的發(fā)展[2]。視網(wǎng)膜作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的延伸，具有與腦神經(jīng)相似的組織學(xué)結(jié)構(gòu)以及微血管系統(tǒng)。解剖學(xué)中視網(wǎng)膜的感覺(jué)層是由三級(jí)神經(jīng)元組成，任何發(fā)生于這三級(jí)神經(jīng)元的異常狀態(tài)都可能映射到大腦，因此，視網(wǎng)膜可作為研究AD的一個(gè)極好的替代系統(tǒng)，它可以忠實(shí)地反映大腦的變化并提供獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]。本文就探討AD患者視網(wǎng)膜各層在光學(xué)相干層析成像(optical coherence tomography, OCT)技術(shù)中的改變作一綜述。

1 AD患者的視覺(jué)系統(tǒng)改變

視力癥狀常常是AD患者最早出現(xiàn)的癥狀之一，研究顯示大多數(shù)AD患者的視覺(jué)功能受到影響，導(dǎo)致生活質(zhì)量下降。AD患者的視功能有許多變化，包括視野缺損、對(duì)比敏感度下降、色覺(jué)異常及幻視等[4]。

2 AD患者視覺(jué)系統(tǒng)中的神經(jīng)病理學(xué)改變

視網(wǎng)膜是眼球和CNS的重要組成部分，它從神經(jīng)外胚層多能干細(xì)胞分化而來(lái)，由離散的神經(jīng)元細(xì)胞層組成，具有多種類型的神經(jīng)元、神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和微脈管系統(tǒng)[5]，因此視網(wǎng)膜和CNS具有相似的組織學(xué)結(jié)構(gòu)以及微血管系統(tǒng)[6]。視網(wǎng)膜作為CNS的組成部分，長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是大腦的窗口[7]。由于大腦是CNS隱藏的結(jié)構(gòu)，因此可通過(guò)與外界相通的視網(wǎng)膜來(lái)觀察CNS的變化[8]?，F(xiàn)在并無(wú)明確的檢查手段可以確診AD，多數(shù)病例是依靠患者主訴、臨床癡呆評(píng)定量表(clinical dementia rating, CDR)評(píng)定并結(jié)合相關(guān)影像學(xué)檢查來(lái)診斷。視覺(jué)系統(tǒng)的改變往往早于行為異常。近年來(lái)，許多新型的眼科成像技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)。與腦成像模式相比，眼科成像技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)、方便快捷。這些新技術(shù)為AD提供了早期診斷工具。

3 OCT

OCT是一種非侵入性、非接觸式光學(xué)掃描方法，用于視網(wǎng)膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫斷面成像。OCT能夠精確分割和測(cè)量視網(wǎng)膜各細(xì)胞層，從而促進(jìn)探索與特定神經(jīng)變性疾病相關(guān)的神經(jīng)元變化。作為一種臨床成像設(shè)備，OCT設(shè)備可提供視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fibre layer，RNFL)、視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層(retinal ganglion cell layer,RGCL)、黃斑中心凹和視神經(jīng)乳頭的高分辨率圖像。

從Huang等于1991年搭建了第1套時(shí)域 OCT(time domain OCT，TD-OCT)系統(tǒng)，并利用該技術(shù)對(duì)離體的人類視網(wǎng)膜和冠狀動(dòng)脈組織進(jìn)行成像開(kāi)始[9]，在近20年的時(shí)間里，OCT技術(shù)飛速發(fā)展，從傅立葉域 OCT(Fourier domain OCT，F(xiàn)D-OCT)到多普勒 OCT(Doppler OCT，DOCT)，其軸向分辨率已經(jīng)提高了10倍以上，成像速度提高了上千倍，圖像對(duì)比度大大提高。該技術(shù)同時(shí)可用于觀察視網(wǎng)膜的血管成像[10]。由于快速采集和非接觸式掃描方式，使患者滿意度極高。近幾年來(lái)OCT技術(shù)已成為檢測(cè)視神經(jīng)元的完整性，評(píng)估壓迫性視神經(jīng)病變手術(shù)后視力恢復(fù)的必要條件。OCT已經(jīng)徹底改變了眼科學(xué)，成為神經(jīng)眼科實(shí)踐中最重要的工具之一。

4 OCT成像技術(shù)觀察AD患者視網(wǎng)膜各層的改變

4.1 RNFL的改變 RNFL是由視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cell，RGC)組成的無(wú)髓鞘軸突，與RGCL相鄰。這些神經(jīng)細(xì)胞軸突組成上下弓狀束，以及乳頭狀血管束，它們共同形成視神經(jīng)和前視覺(jué)通路。因此，視網(wǎng)膜中RNFL厚度的測(cè)量是前視覺(jué)通路中軸突損失的測(cè)量[11]。

Kesler 等[12]通過(guò)OCT技術(shù)對(duì)AD患者的檢查發(fā)現(xiàn)其RNFL較年齡匹配的正常老年人明顯變薄，視網(wǎng)膜下方象限變薄尤為突出，同時(shí)上方象限變薄也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Kwon等[13]將受試者分為AD組、輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment，MCI)組、正常對(duì)照組(healthy controls，HC)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)與HC組相比，AD患者視網(wǎng)膜上方象限的RNFL厚度顯著降低(P=0.03)；與MCI組相比，AD組的平均RNFL厚度降低(P=0.01)。后續(xù)研究[14]中可通過(guò)優(yōu)勢(shì)區(qū)域區(qū)分輕度認(rèn)知障礙和早期AD。臨床上1項(xiàng)為期12個(gè)月的OCT測(cè)試研究顯示，AD患者的總RNFL厚度以及上、下象限的RNFL厚度均顯著降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于衰老過(guò)程中預(yù)期的視盤(pán)周圍RNFL(peripapillary RNFL,pRNFL)值，RNFL厚度下降與認(rèn)知惡化之間存在顯著相關(guān)性[15]。Santos等[16]篩選出56例臨床前期AD患者，對(duì)他們進(jìn)行連續(xù)27個(gè)月的OCT掃描檢測(cè)，分析結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，臨床前AD組和HC組的黃斑區(qū)RNFL(macular RNFL,mRNFL)總體積顯著下降；研究結(jié)果表明，在描述結(jié)構(gòu)性視網(wǎng)膜變化的指標(biāo)中，mRNFL的體積變化與AD的相關(guān)性最高。此外，mRNFL體積的這種變化與AD早期病變中腦皮質(zhì)的Aβ淀粉樣蛋白沉積有關(guān)[1]。使用OCT技術(shù)顯示形態(tài)學(xué)異常導(dǎo)致RNFL變薄，并且表明這些變化與視網(wǎng)膜功能障礙有關(guān)。因此，OCT檢測(cè)到的內(nèi)部視網(wǎng)膜層中暗示神經(jīng)元損傷的變化與AD患者的診斷和監(jiān)測(cè)具有重要的臨床相關(guān)性。

4.2 RGCL改變的表現(xiàn) RGCL研究已經(jīng)成為神經(jīng)眼科學(xué)最有用的參考數(shù)據(jù)之一，它與視野改變具有高度相關(guān)性，可預(yù)測(cè)未來(lái)病程進(jìn)展，并且是幾種神經(jīng)眼科疾病的高度敏感性指標(biāo)[17]。此外，與視盤(pán)周圍RNFL相比，RGCL較厚，更容易于在成像技術(shù)和病理檢查中觀察到，因此，RGCL分析可能是檢查神經(jīng)變性的更好方法[18]。另外，RGCL分析可以提供比RNFL分析更準(zhǔn)確的信息，并且它可能是不可逆神經(jīng)元丟失的早期結(jié)構(gòu)性指標(biāo)。RGC和CNS中的視神經(jīng)纖維束之間存在結(jié)構(gòu)相似性，因此RGCL軸突變性、神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成和髓鞘丟失直接反映了大腦和脊髓中發(fā)生的繼發(fā)性神經(jīng)退行性變化[19]。

Feng等[20]在研究AD與晝夜節(jié)律的關(guān)系中首次證實(shí)，AD患者中出現(xiàn)免疫反應(yīng)性mRGC喪失，視網(wǎng)膜中剩余的mRGC顯示出形態(tài)學(xué)異常，特別是樹(shù)突直徑的減少，表示其功能受損。這與Sadun等[21]的形態(tài)測(cè)定分析結(jié)果一致，AD患者存在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(M細(xì)胞)損失，視神經(jīng)軸突密度整體下降且視神經(jīng)直徑變窄。Garcia-Martin等[17]研究發(fā)現(xiàn)AD患者的RGCL較正常對(duì)照組受試者厚度明顯減少，且包括RGCL、RNFL和視網(wǎng)膜內(nèi)叢狀層(inner plexiform layer, IPL)厚度也有所減少；在疾病持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的AD患者中，RGCL、RNFL和IPL的厚度顯著減少，這可能是由于RGC和軸突的退化或AD患者RGCL及其軸突的逆行跨突觸變性與后視覺(jué)通路病變有關(guān)。

根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，OCT測(cè)量的視網(wǎng)膜厚度可以用作評(píng)估AD早期神經(jīng)退行性變化的客觀標(biāo)志物，通過(guò)OCT技術(shù)對(duì)RGCL的測(cè)量可以預(yù)測(cè)部分患者潛在的高患病率。

4.3 IPL的改變 IPL相比較于RNFL和RGCL的研究較少，但I(xiàn)PL中的特異性變化可能反映了大腦皮質(zhì)中膽堿能的破壞和早期炎癥過(guò)程[22]。Lad等[23]將受試者分為3組，分別是HC組、MCI組和AD組，使用雙盲法對(duì)其進(jìn)行OCT檢測(cè)，結(jié)果證明了在視網(wǎng)膜中存在特定的增厚區(qū)域，與AD和MCI患者的黃斑視網(wǎng)膜中的變薄區(qū)域交替發(fā)生。該發(fā)現(xiàn)支持RNFL和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層-視網(wǎng)膜內(nèi)叢狀層復(fù)合層(GC-IPL)厚度可能在AD進(jìn)展過(guò)程中具有動(dòng)態(tài)變化[24]。Garcia-Martin等[17]在一項(xiàng)研究中觀察了AD和發(fā)病持續(xù)3年的患者與正常人對(duì)比發(fā)現(xiàn)，AD患者的RNFL、RGCL、IPL測(cè)試結(jié)果與正常人相比均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。數(shù)項(xiàng)研究表明AD患者的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞復(fù)合體厚度的減少要高于年齡相關(guān)性GC-IPL損失，因此該結(jié)果顯示與RNFL相比，GC-IPL變薄可能是MCI和AD中早期檢測(cè)神經(jīng)變性更敏感的標(biāo)志物[25]。

4.4 黃斑的改變 Cunha等[26]對(duì)AD患者的45只病眼進(jìn)行評(píng)估，并選取了48只健康眼睛作為對(duì)照，結(jié)果顯示AD患者和對(duì)照組的OCT參數(shù)有較大差異。使用高分辨率OCT進(jìn)行研究證實(shí)黃斑厚度測(cè)量值減小，黃斑厚度降低可能映射了神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和血管損傷[27]，內(nèi)部節(jié)段(包括中央凹)是受影響最大的部位，表明AD患者的神經(jīng)元發(fā)生丟失。該結(jié)果與Bayhan等[28]的研究一致，組織學(xué)結(jié)果顯示AD患者的神經(jīng)元密度降低了52%。因此，即使沒(méi)有出現(xiàn)視力障礙，早期AD患者視網(wǎng)膜中央黃斑厚度顯著顯著降低[29]。該結(jié)果表明視網(wǎng)膜外層的功能異常與視網(wǎng)膜中心凹和旁中心凹區(qū)域是有聯(lián)系的[30]。

4.5 視網(wǎng)膜血流的改變 有研究[31]證明，大腦的低灌注先于AD的臨床癥狀出現(xiàn)。Aβ斑沉積在腦皮質(zhì)對(duì)脈管系統(tǒng)有收縮作用，降低腦部血流量[32]。視網(wǎng)膜作為CNS的延伸，我們推斷視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生類似的變化。

OCT血管造影(OCT angiography, OCTA)是一種新型的檢測(cè)手段，用于檢查視網(wǎng)膜血管的改變及血流變化[33]。Jiang等[34]招募了3組受試者，分別為AD組、MCI組和HC組，對(duì)他們進(jìn)行OCTA檢查，結(jié)果顯示從對(duì)照組到MCI組和AD組有血管密度減少的趨勢(shì)(P<0.05)，正常對(duì)照組的視網(wǎng)膜微血管密度與AD組的GC-IPL厚度相關(guān)(P<0.05)。該研究證據(jù)顯示AD患者中存在視網(wǎng)膜微血管功能障礙，且視網(wǎng)膜氧代謝探索結(jié)果顯示，與健康個(gè)體相比，早期AD患者的視網(wǎng)膜小動(dòng)脈和小靜脈氧飽和度顯著升高[35]。這些研究雖然還存在各種爭(zhēng)議，但未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，通過(guò)OCTA成像檢測(cè)到的指標(biāo)是可以用作疾病的早期診斷，無(wú)創(chuàng)性視網(wǎng)膜血氧測(cè)定也能為AD的病理生理學(xué)提供新的研究方向。

5 結(jié)語(yǔ)

AD是威脅老年人健康的主要疾病，隨著人類壽命的延長(zhǎng)，AD患病的概率也會(huì)隨之增加，目前很難采用廉價(jià)快速、無(wú)創(chuàng)的方法來(lái)監(jiān)控人類大腦的漸進(jìn)性退化[36]。AD尚無(wú)治愈的方法，但已經(jīng)有研究證明，治療有助于延緩病情進(jìn)展并改善生活質(zhì)量。

OCT技術(shù)自20世紀(jì)90年代發(fā)明以來(lái)，其科研及應(yīng)用價(jià)值得到了廣泛關(guān)注，這種快速、無(wú)創(chuàng)的光學(xué)成像診斷模式將會(huì)成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的主流。由于OCT技術(shù)相較于CT、磁共振成像等更加經(jīng)濟(jì)、方便、快捷，通過(guò)檢查視網(wǎng)膜的變化情況作為一項(xiàng)CNS疾病的篩查手段是未來(lái)的發(fā)展前景。視網(wǎng)膜中的無(wú)髓鞘神經(jīng)元組成了視前路，我們可以假設(shè)繼發(fā)于其他病理改變的軸突喪失可以通過(guò)掃描視網(wǎng)膜和視神經(jīng)來(lái)檢測(cè)腦中發(fā)生的情況[37]。有人提出，視盤(pán)周圍RNFL厚度是軸索損失的標(biāo)志，其厚度的降低將反映CNS的軸索損失[38]。未來(lái)的研究應(yīng)該探索OCT技術(shù)可觀察的早期標(biāo)志物與接近視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)功能性生物標(biāo)志物[39]，作為評(píng)估這些患者疾病進(jìn)展和治療功效的檢查方法[40]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，視網(wǎng)膜作為AD的早期診斷平臺(tái)將會(huì)變?yōu)榭赡堋?/p>