多發(fā)性硬化患者皮質(zhì)及白質(zhì)受累的相關(guān)性

熊華，唐茁月，李曉姣，張丹，呂亮

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)重慶醫(yī)院（重慶市人民醫(yī)院）放射科，重慶 400014；*通訊作者 唐茁月 zhuoyue_tang@ucas.ac.cn

多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是常見(jiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，盡管患者大腦深部白質(zhì)脫髓鞘病灶仍然作為疾病診斷的主要標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著病理及影像學(xué)的深入研究發(fā)現(xiàn)，除大腦白質(zhì)損傷外，MS患者的灰質(zhì)也有廣泛性受累[1]。在疾病進(jìn)展中大腦皮質(zhì)變薄[2]?；屹|(zhì)病變的主要病理學(xué)改變包括軸突、樹(shù)突、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)元包體丟失[3]，這種病理學(xué)改變可發(fā)生于MS患者各種亞型中，并且與患者運(yùn)動(dòng)功能及認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)[4]。灰質(zhì)病變是繼發(fā)于白質(zhì)病灶的華勒式變性還是原發(fā)性病理改變一直以來(lái)頗受爭(zhēng)議，這對(duì)于揭示本病的確切發(fā)病機(jī)制具有重要意義。本研究聯(lián)合應(yīng)用體素形態(tài)學(xué)分析（VBM）及擴(kuò)散張量成像（DTI）分別評(píng)價(jià)MS患者灰質(zhì)及白質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)改變，并探尋灰、白質(zhì)的病理學(xué)改變是否具有相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2012年1月—2018年12月重慶市人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科診斷為復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS）患者20例，所有患者的影像特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)室檢查和臨床表現(xiàn)符合2017 McDonald MS診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，其中男7例，女12例；年齡15～58歲，平均（36.8±2.8）歲；病程1～23年。所有患者在接受MRI掃描前均由同2名神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師根據(jù)臨床擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表（EDSS）進(jìn)行協(xié)商評(píng)分。20例患者EDSS評(píng)分1.0～6.8分，平均（3.25±1.65）分，參加試驗(yàn)研究的患者均處于緩解期（檢查前1個(gè)月未使用干擾素或激素治療）。選取性別與年齡相匹配的健康志愿者20名，所有研究對(duì)象均簽署知情同意書(shū)。本研究獲得我院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法 使用GE Signa HDxt 3.0T MRI系統(tǒng)，使用頭頸部8通道相控陣專(zhuān)用線(xiàn)圈。采用國(guó)際MS診斷組中心制訂的標(biāo)MRI序列。軸位質(zhì)子密度雙回波序列T2WI：TR 2900 ms，TE 125 ms/293 ms，回波鏈長(zhǎng)12，激勵(lì)次數(shù)2，矩陣256×192；液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列：TR 8000 ms，TE 120 ms，TI 2000 ms，矩陣256×160，激勵(lì)次數(shù)1；掃描范圍從顱頂至枕骨大孔，層厚5 mm，無(wú)間隔，視野（FOV）24 cm×24 cm。DTI采用單次激發(fā)平面自旋回波序列：TR 15 000 ms，TE 86.8 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，層數(shù)53層，層厚2.4 mm，b值取0和1000 s/mm2，取30個(gè)不同擴(kuò)散方向。

1.3 數(shù)據(jù)處理及測(cè)量

1.3.1 VBM數(shù)據(jù)處理 運(yùn)用基于MATLAB 7.9（R2012a）平臺(tái)下的DPARSF 2.1（http://www.restfmri.net）軟件對(duì)3D T1WI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：①采用MRIcron軟件（http://www.nitrc.org/projects/mricron）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為SPM8可處理的格式；②然后將生成的圖像分別分割為灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液；③利用DARTEL算法將前一步生成的文件標(biāo)準(zhǔn)化至MNI模板中，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的圖像進(jìn)行檢查；④最后進(jìn)行空間平滑（8 mm全寬半高的高斯核）。平滑后圖像分別提取灰質(zhì)體積、白質(zhì)體積、腦脊液體積，并計(jì)算每一個(gè)體全腦體積（total intracranial volume，TIV），最后進(jìn)行組間比較。將兩組體積有差異的腦區(qū)作為感興趣區(qū)（ROI）。

1.3.2 DTI數(shù)據(jù)處理 用MRIcroN軟件將DTI原始DICOM格式文件轉(zhuǎn)換成Analyze格式，進(jìn)一步用SPM 8軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后將圖像讀入纖維示蹤軟件，最后讀入完成個(gè)體空間轉(zhuǎn)化的ROI，分別追蹤穿過(guò)每個(gè)ROI個(gè)體上的白質(zhì)纖維束[最小纖維長(zhǎng)度10 mm，最小各向異性分?jǐn)?shù)（FA）0.2]，統(tǒng)計(jì)每個(gè)受試者ROI的FA、表觀(guān)擴(kuò)散系數(shù)（ADC）及纖維束數(shù)目（fiber number，F(xiàn)N）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 17.0軟件，采用雙樣本t檢驗(yàn)比較兩組間有體積差異的腦區(qū)（P<0.01，簇閾值為40個(gè)相鄰體素）及通過(guò)相應(yīng)腦區(qū)的FN，應(yīng)用Pearson相關(guān)分析檢測(cè)組間存在差異腦區(qū)的FA、ADC值及FN與EDSS評(píng)分的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 VBM皮層改變結(jié)果 與對(duì)照組腦體積比較，MS組小腦蚓部、右側(cè)顳上回、左側(cè)島葉、雙側(cè)直回、雙側(cè)中央旁小葉腦體積較小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），無(wú)明顯體積增大腦區(qū)（圖1，表1）。

圖1 3D彩色示意圖，MS組大腦皮層體積與對(duì)照組比較，MS組小腦蚓部、右側(cè)顳上回、左側(cè)島葉、雙側(cè)直回、雙側(cè)中央旁小葉腦體積縮小，無(wú)明顯體積增大腦區(qū)

表1 MS組與對(duì)照組皮層體積有差異的腦區(qū)

2.2 皮層下白質(zhì)纖維DTI相關(guān)參數(shù)結(jié)果 兩組間存在差異腦皮層下白質(zhì)區(qū)的FA值、ADC值及通過(guò)FN比較，MS組FA值減低的腦區(qū)有小腦蚓部、右側(cè)顳上回、左側(cè)島葉、右側(cè)直回、左側(cè)直回（P<0.05），F(xiàn)N減少的腦區(qū)分別為小腦蚓部、右側(cè)顳上回及左側(cè)中央旁小葉（P<0.05，圖2，表2）。

2.3 MRI各參數(shù)與臨床EDSS評(píng)分的相關(guān)性 VBM各大腦皮層變化腦區(qū)及皮層下白質(zhì)各DTI參數(shù)與臨床EDSS評(píng)分無(wú)明顯相關(guān)性（r=0.182，P>0.05）。

圖2 應(yīng)用DTI分別追蹤通過(guò)對(duì)照組（A）及MS組（B）雙側(cè)顳上回白質(zhì)纖維束，通過(guò)患者右側(cè)顳上回相應(yīng)腦區(qū)白質(zhì)纖維束明顯減少

表2 MS組與對(duì)照組不同感興趣區(qū)的DTI參數(shù)對(duì)比（±s）

表2 MS組與對(duì)照組不同感興趣區(qū)的DTI參數(shù)對(duì)比（±s）

DTI參數(shù) MS組 對(duì)照組 t值 P值 小腦蚓部 FA 0.498±0.035 0.498±0.046 -4.699 ＜0.001 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.928±0.638 8.928±0.690 -1.195 0.240 FN 98.47±25.76 134.84±23.80 -4.520 ＜0.001 右側(cè)顳上回 FA 0.413±0.018 0.434±0.036 -2.293 0.028 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.938±0.403 8.911±0.605 0.159 0.875 FN 785.68±57.61 847.68±85.16 -2.628 0.013 左側(cè)島葉 FA 0.448±0.012 0.474±0.021 -4.766 ＜0.001 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.961±0.685 8.641±0.297 1.868 0.070 FN 801.63±142.34 1090.16±901.39 -1.378 0.177 右側(cè)直回 FA 0.493±0.034 0.548±0.067 -3.183 0.003 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.942±0.230 8.836±0.353 1.093 0.282 FN 748.84±54.25 802.95±184.3 -1.227 0.228

續(xù)表2

3 討論

3.1 MS的發(fā)病機(jī)制及病理表現(xiàn) MS是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)的炎性脫髓鞘疾病，其病理改變主要表現(xiàn)為軸索損傷、膠質(zhì)增生、神經(jīng)元缺失。組織病理學(xué)和MRI研究結(jié)果顯示MS患者除累及白質(zhì)外灰質(zhì)也有廣泛受累[6]，皮層病灶和皮質(zhì)萎縮可出現(xiàn)于疾病早期階段[7-8]，而且可先發(fā)于白質(zhì)病灶，并隨著病程的進(jìn)展而加重[9-10]。灰質(zhì)受累與患者生理及認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)，皮質(zhì)受累引起的癥狀表現(xiàn)多樣，癲癇、語(yǔ)言及理解能力降低以及各種抑郁癥，這些癥狀的進(jìn)展也是皮質(zhì)病灶加重的主要信號(hào)[11-12]。本研究顯示，MS患者各大腦皮層體積改變及皮層下白質(zhì)纖維DTI參數(shù)與EDSS評(píng)分無(wú)明顯相關(guān)性，推測(cè)可能是由于EDSS評(píng)分是對(duì)患者運(yùn)動(dòng)功能的綜合評(píng)價(jià)，與某一特定腦區(qū)改變可能無(wú)明顯相關(guān)性。組織病理學(xué)顯示灰質(zhì)病灶的主要病理學(xué)改變是由于脫髓鞘和血-腦屏障破壞相關(guān)的炎性侵潤(rùn)，而這些病理改變經(jīng)治療修復(fù)后可能造成灰質(zhì)體積減小[3]，與本研究多發(fā)腦區(qū)皮層體積萎縮相符，有研究顯示灰質(zhì)病灶是繼發(fā)于腦白質(zhì)病灶的華勒變性[13]，而本研究結(jié)果顯示萎縮皮層下白質(zhì)DTI參數(shù)發(fā)生改變，與上述研究結(jié)果相符。

3.2 VBM及DTI在MS皮層及白質(zhì)中的應(yīng)用 VBM能觀(guān)察大腦體積特別是灰質(zhì)皮層的細(xì)微形態(tài)學(xué)變化，本研究應(yīng)用VBM結(jié)果顯示，MS組與對(duì)照組相比發(fā)現(xiàn)小腦蚓部、右側(cè)顳上回、左側(cè)島葉、雙側(cè)直回、雙側(cè)中央旁小葉腦皮層體積縮小，推測(cè)主要原因是由于患者相關(guān)腦區(qū)炎癥和脫髓鞘導(dǎo)致神經(jīng)元丟失所致。本研究所得結(jié)果與其他研究結(jié)果不完全相同[14-15]，推測(cè)可能是由于患者不同臨床亞型或疾病的不同階段所致。因此，推測(cè)MS的皮層受累可能無(wú)明顯空間特異性。

常規(guī)影像學(xué)方法對(duì)MS患者白質(zhì)脫髓鞘病灶的顯示具有很高的敏感性，但是不能評(píng)價(jià)看似正常白質(zhì)區(qū)的軸突受累情況[16]。MRI擴(kuò)散成像可以評(píng)價(jià)大腦白質(zhì)纖維素中軸突密度、完整性及直徑[17]，而基于DTI的纖維追蹤是目前唯一可以活體無(wú)創(chuàng)性地重建大腦白質(zhì)纖維束的技術(shù)。本研究通過(guò)DTI纖維追蹤分別計(jì)算連接上述體積變化腦區(qū)白質(zhì)纖維束，發(fā)現(xiàn)連接MS組相關(guān)腦區(qū)纖維束較對(duì)照組明顯減少，部分皮層下白質(zhì)區(qū)MD值增高，F(xiàn)A值減低，與既往研究結(jié)果一致[18]。本研究認(rèn)為出現(xiàn)這種結(jié)果主要是由于相關(guān)腦區(qū)由于炎性脫髓鞘導(dǎo)致軸突直徑擴(kuò)大、完整性減低、軸突數(shù)量降低所致，組織的正常結(jié)構(gòu)丟失并膠質(zhì)細(xì)胞增生結(jié)構(gòu)重建會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)腦區(qū)水分子自由運(yùn)動(dòng)的范圍擴(kuò)大但運(yùn)動(dòng)方向的一致性減低，故MD值增加而FA值減低。

本研究結(jié)果顯示，MS患者大腦皮層及臨近皮層下白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變具有一致性，推測(cè)患者皮質(zhì)受累與白質(zhì)可能具有相關(guān)性，但是灰、白質(zhì)病灶發(fā)生病理學(xué)改變的時(shí)間相關(guān)性需要進(jìn)一步縱向隨訪(fǎng)研究。VBM只能評(píng)價(jià)腦體積發(fā)生的改變，而導(dǎo)致腦體積變化的原因很多，本研究尚不能明確導(dǎo)致這些改變的確切原因。常規(guī)擴(kuò)散成像不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)軸突內(nèi)或軸突外水分子擴(kuò)散情況，這些問(wèn)題均需要進(jìn)一步深入研究。另外，在MS診斷中應(yīng)該施加對(duì)皮質(zhì)病灶觀(guān)察敏感的序列或技術(shù)，并將皮層病灶作為病灶空間多發(fā)或隨著時(shí)間病灶變化的時(shí)間多發(fā)的診斷依據(jù)。

3.3 本研究的局限性 由于MS是時(shí)間及空間上的多發(fā)過(guò)程，本研究未對(duì)MS患者進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的縱向研究。此外，本研究樣本量偏少，可能會(huì)對(duì)統(tǒng)計(jì)分析的最終結(jié)果產(chǎn)生影響，因此今后工作中應(yīng)該加大樣本量并對(duì)MS患者進(jìn)行隨訪(fǎng)的縱向信息進(jìn)行更深入的研究。

總之，MS患者皮質(zhì)廣泛受累，并且受累皮質(zhì)下白質(zhì)結(jié)構(gòu)也發(fā)生異常，提示MS灰、白質(zhì)病灶空間上可能具有相關(guān)性。