輕微型肝性腦病患者認知功能損害的局部一致性改變：一項基于fMRI的研究

楊旭宏，黃雪瑩，劉文瀟，王明磊，葛鑫，張偉，黨佩，丁向春，王曉東，4*

肝性腦病(hepatic encephalopathy，HE)是急慢性肝功能不全患者常見而嚴重的并發(fā)癥，而輕微型肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)是肝性腦病最早、最輕微的表現形式，患者無明顯意識障礙，僅表現為輕度認知功能障礙[1-2]，臨床癥狀或體征不典型，往往通過神經心理學或電生理學檢查才可以發(fā)現[3]，但其會引起一過性輕度認知功能損害，增加了患者發(fā)生各種意外及職業(yè)殘疾的風險[4]，如不進行有效治療，MHE 的患者可明顯增加肝性腦病的發(fā)生率和病死率[5]。因此，對MHE 患者及時診斷與治療，對改善患者預后具有非常重要的價值，但其神經影像機制及影響因素尚不明確。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一種無創(chuàng)的影像學檢查方法，將血紅蛋白作為內源性對比劑，利用神經元活動發(fā)生變化時引起含氧血紅蛋白的增加和脫氧血紅蛋白的減少而成像的一種無創(chuàng)技術[6]，是研究腦認知功能的主要影像學技術。目前，關于fMRI分析方法有很多，其中局部一致性(regional homogeneity，ReHo)分析可以繪制大腦的區(qū)域活動水平[7]，能夠反映局部神經元活動水平的一致性[8]，ReHo增高代表局部腦神經元活動一致性增強，反之則減弱。既往已有學者利用fMRI 探究MHE 患者腦神經元自發(fā)活動[9]，但患者病因混雜，不同病因的肝硬化對腦功能改變有不同的影響[10]，此外，對于沒有MHE 的肝硬化患者的局部腦活動一致性和認知障礙之間的關系報道較少。因此，本研究收集乙肝后伴發(fā)MHE的肝硬化患者結合認知心理學量表評分，旨在探討MHE 患者腦區(qū)神經元自發(fā)活動的一致性，為進一步闡明MHE的病理生理機制提供神經影像學證據。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究獲得寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院醫(yī)學科研倫理審查委員會批準同意(批準文號：KYLL-2021-841)。前瞻性納入2020 年10 月至2021 年10 月收住寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院感染疾病科經實驗室檢查、影像學檢查確診為乙肝后肝硬化患者58 例[11]，和同期招募性別、年齡、受教育程度相匹配的35 例健康志愿者(healthy control, HC)作為健康對照組。排除標準：(1)既往神經系統(tǒng)疾病史；(2)既往有腦實質病史(腦腫瘤、腦卒中、腦外傷及大范圍脫髓鞘改變等)；(3)既往有藥物性肝損害；(4)存在MRI 檢查禁忌；(5)由于視力、受教育程度等原因無法完成神經心理學測試或蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)。所有受試者實驗前均被告知研究相關內容并簽署知情同意書。

所有受試者在安靜且光照充足的房間內完成數字連接試驗A (Number Connection Test-A，NCT-A)和數字符號試驗(Digital Symbol Test，DST)，最后由同一位醫(yī)師進行評定。根據第11屆世界胃腸病工作組大會報告NCT-A及DST兩項測試結果均為陽性者納入MHE組[12]，NCT-A及DST陽性范圍是根據Li等[13]制訂出的符合中國的評分范圍。

1.2 儀器與方法

采用GE Architect 3.0 T MR掃描儀和48通道頭顱線圈先行常規(guī)MRI [T1 液體衰減反轉恢復(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)和T2加權成像(T2 weighted imaging，T2WI)]掃描排除腦實質病變。掃描時囑咐閉眼平靜呼吸，使用頭部固定器固定頭部。MRI 掃描包括T1 FlAIR (TR/TE=2000 ms/20 ms)，T2WI(TR/TE=4000 ms/107 ms)，層厚6 mm，層間距1 mm，視野250 mm×250 mm。靜息態(tài)血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)檢查采用Ax BOLD rest 36sl序列，TR=2000 ms，TE=30 ms，翻轉角90°，FOV 250 mm×250 mm, 矩陣64×64,層數35,層厚3.6 mm, 掃描動態(tài)180次，掃描時間6 min。

1.3 數據預處理

采集后的原始圖像在Matlab 2012a 使用靜息態(tài)腦影像數據處理與分析工具(DPARSF_V4.5,http://www.restfmri.net)和spm 8 進行預處理，數據預處理過程由軟件自動處理校正，具體處理步驟參考Yan等[14]處理過程，步驟如下：(1)剔除前10個時間點的數據，以排除開始掃描時由于患者頭動或磁場不均勻的影響；(2)時間校正：將每個人不同時間點采集的數據進行時間校正；(3)頭動校正：將平移大于2.0 mm或旋轉2.0°的圖像剔除；(4) 將圖像進行MNI (Montreal Neurological Institute)空間配準；(5)將所有數據進行去線性漂移和濾波(0.01～0.08 Hz)處理，以減少生理性噪音的影響，提高圖像的信噪比。

ReHo 參數的計算：ReHo 圖像采用肯德爾和諧系數(Kendall's coefficient concordance，KCC) (也稱為ReHo 值)衡量某一體素與其周圍若干體素的相似性，間接反映腦神經元活動的同步性[15]。ReHo 參數的計算是基于每一個體素與其鄰近26個體素在時間序列上的同步性，取得每一個受試者的ReHo圖，為獲得標準化的ReHo 值，將單個體素的ReHo 值除以全腦ReHo值的平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 23.0 軟件進行數據處理。計數資料用(%)表示，使用卡方檢驗比較組間差異；采用Shapiro-Wilk 檢驗方法對所有計量資料進行正態(tài)性檢驗。對于三組受試者的MoCA、NCT-A 和DST 評分的組間差異比較，采用兩兩受試者之間的兩獨立樣本t檢驗；對于性別和受教育程度的組間差異比較，采用三樣本間的單因素方差分析比較(年齡、受教育程度方差齊)，使用均數±標準差(±s)表示。結果均以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

使用fMRI 數據處理工具助手(DPARSF_V4.5,http://www.restfmri.net)和spm 8[16],分別將3 組受試者的ReHo 腦圖采用雙樣本t檢驗方法分析出ReHo 存在差異的腦區(qū)，并將性別、年齡、受教育程度作為斜變量進行回歸，采用Alphasim 法對P值進行校正。使用spm 8 軟件提取差異有統(tǒng)計學意義的ReHo腦區(qū)(以P＜0.05和最小激活團簇＞17個為差異有統(tǒng)計學意義)。采用相關分析方法分析MHE 組腦區(qū)平均ReHo 值與MoCA 評分的相關性并找出存在相關性的腦區(qū)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 研究隊列的特征

所有受試者的一般資料如表1 所示。數據預處理時進行頭動校正，將平移＞2.0 mm 或轉動＞2.0°以及圖像質量欠佳的受試者剔除。健康對照組剔除5例，肝硬化組剔除3例，MHE組剔除3例，最終納入健康對照組30 例、肝硬化組27 例和MHE 組25 例。與健康對照組和肝硬化組相比，MHE 組DST 和MoCA 評分降低，NCT-A評分增加，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)；健康對照組和肝硬化組NCT-A、DST 和MoCA 評分及三組受試者的性別、年齡、受教育程度差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。

表1 研究隊列的一般資料Tab.1 Demographic and physiologic data of studied cohort

2.2 ReHo分析

相比于健康對照組，MHE 組右側額中回、右側顳中回、右側顳下回及雙側中央旁小葉ReHo顯著降低，左側楔前葉ReHo 升高；與肝硬化組相比，MHE 組右側額中回ReHo 減低，右側中央后回ReHo 升高，差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。見圖1、表2。

圖1 三組受試者兩兩對比的ReHo差異腦區(qū)。1A：輕微型肝性腦病組與健康對照組ReHo差異腦區(qū)；1B：肝硬化組與健康對照組ReHo差異腦區(qū)；1C：肝硬化組與輕微型肝性腦病組ReHo差異腦區(qū)。Fig. 1 Brain areas with differences in ReHo between 3 groups. 1A: Brain areas with differences in ReHo between the MHE and HC group; 1B: Brain areas with differences in ReHo between the cirrhosis patients and HC group;1C: Brain areas with differences in ReHo between the cirrhosis patients and MHE group.

表2 三組受試者局部一致性存在差異的腦區(qū)Tab.2 Brain regions with abnormal regional homogeneity in three groups

2.3 相關性分析

相關分析顯示，MHE 組MoCA 評分與左側中央前回、左側顳上回和部分枕部的平均ReHo 值呈負相關(P＜0.05)，與右側緣上回的平均ReHo值呈正相關(P＜0.05)。見圖2。

圖2 輕微型肝性腦病患者局部一致性與蒙特利爾認知評估量表評分相關腦區(qū)。蒙特利爾認知評估量表評分與輕微型肝性腦病患者左側中央前回、左側顳上回和左側部分枕部的局部一致性值呈負相關(藍色)，與右側緣上回的ReHo值呈正相關(紅色)。Fig. 2 Relevant brain regions for ReHo and MoCA scale scores in MHE patients. The MoCA scores negatively correlate with ReHo values in left middle frontal gyrus, left middle temporal gyrus and part of the occipital(blue color), and positively correlate with ReHo values in the right supra-marginal gyms(red color).

3 討論

本次研究我們使用靜息態(tài)功能磁共振成像評估MHE 患者腦區(qū)ReHo 改變，研究發(fā)現MHE 患者部分腦區(qū)表現出異常的神經元活動，右側額中回、右側顳中回、右側顳下回和雙側中央旁小葉ReHo降低，而左側楔前葉ReHo 升高，同時我們將MoCA 評分與腦區(qū)平均ReHo 值做相關分析發(fā)現，MHE 組MoCA 評分與左側中央前回、左側顳上回及部分枕部的平均ReHo 值呈負相關，與右側緣上回呈正相關。依此，我們推測這項研究中觀察到的這些異常結果可能會進一步提高我們對MHE患者認知功能損害的理解，也間接提示了腦區(qū)ReHo 改變在MHE 患者認知功能損害中的潛在作用，腦區(qū)平均ReHo 值可能與MHE 患者認知損害程度有關。這項研究將為MHE 認知障礙的可能發(fā)病機制提供了神經影像學證據，并為疾病早期診斷和治療提供依據。

3.1 肝硬化患者認知功能改變

枕中回和顳中回參與視覺信息處理[17]，中央后回作為感覺運動區(qū)，與運動準備和感覺運動信息加工有關[18]。本研究中這些區(qū)域ReHo 的降低可能代表了肝硬化患者視覺信息處理、視覺性注意活動以及運動信息加工等功能障礙，這與Lv 等[19]的研究一致。然而，我們在研究過程中發(fā)現肝硬化患者在認知量表測試過程中并沒有表現出相應的功能缺陷，推測此時患者處于認知障礙的潛伏期，雖然出現了輕微的功能損害(視覺和運動區(qū)ReHo 減低)，但NCT-A 及DST 量表并不能發(fā)現。我們的研究數據也表明肝硬化組與健康對照組在NCT-A、DST及MoCA評分方面差異無統(tǒng)計學意義。McCrea 等[20]也證實肝硬化患者沒有任何一般智力、語言或視覺空間技能的損傷，但可能存在相對選擇性的功能障礙，該研究與本研究的結果相符。此外，本研究還發(fā)現肝硬化組左側顳下回ReHo 增高，顳下回與視覺刺激處理有關[21]。正如先前報道所說ReHo 增加可能與功能的代償有關[22]，本研究中，該區(qū)域ReHo 的升高可能為肝硬化患者視覺過程中的早期受損和代償神經機制提供了證據，這一解釋與之前的報道一致[23]，因此，推測ReHo 的增加可能是肝硬化患者引起的代償表現。

3.2 MHE患者神經元活動一致性增高

楔前葉作為默認網絡的重要組成部分，在一系列高度整合任務中起中心作用。楔前葉ReHo的增高可能會影響默認網絡的正常功能，既往研究發(fā)現[24]，默認網絡涉及各種認知功能，如記憶、視覺和聽覺注意、運動活動和語言處理。而本研究中MHE患者左側楔前葉ReHo 增高可能揭示了其參與MHE 患者認知功能損害更多的證據，包括視覺空間技能、情景記憶提取和自我處理操作[25]。結合既往研究及本研究結果，我們推測楔前葉活動異常在MHE 患者認知功能損害中具有重要意義。

3.3 MHE患者神經元活動一致性減低

額中回是接受控制機體運動的背側丘腦腹后外側核命令的功能區(qū)[26]，中央旁小葉參與下肢的運動和軀體感覺[27]。本研究中MHE 組右側額中回及雙側中央旁小葉ReHo 降低，運動相關皮層區(qū)域ReHo 的降低反映了該區(qū)域局部腦神經元活動一致性降低，并暗示了其功能缺陷，這與之前的研究一致[19]。除此以外，額葉為大腦功能最發(fā)達的區(qū)域，與執(zhí)行控制功能、信息的加工、記憶及情緒控制有關[28]，通過ReHo分析發(fā)現，與健康對照組相比，MHE 組右側額中回ReHo降低，提示MHE患者額葉功能的損傷是患者出現認知功能障礙的可能之一。以往學者利用ReHo分析發(fā)現肝硬化合并HE 患者左側中央后回ReHo 也減低[29]，但本項研究我們并未觀察到該區(qū)域ReHo 的降低，我們推測在Lin 等[29]的研究中主要以HE 患者為主，而本研究我們僅收集MHE患者，因此，該區(qū)域可能不存在功能缺陷。顳中回與視覺信息的整合[17]和視覺空間選擇性注意的調節(jié)[30]密切相關，顳下回是腹側視覺通路的終站，與視覺識別記憶有關[21]。在本研究中顳中回和顳下回ReHo 降低可能代表MHE 患者視覺信息處理能力存在功能損害，我們通過MoCA評分發(fā)現MHE患者視空間評分顯著低于健康對照組，Zhang等[31]通過對腦功能連接進行多層模塊化算法也證實MHE患者視覺關聯(lián)區(qū)存在功能缺陷。除此之外，值得注意的是我們使用MoCA 評分評估MHE 患者認知損害的主要方向，它涉及多個認知領域，包括視空間與執(zhí)行功能、注意力與反應力、記憶、延遲記憶以及計算和抽象思維。在MoCA 評分測試表現中MHE 患者的視空間功能、反應力及記憶力評分明顯減低，而MoCA評分測試成績與視覺關聯(lián)區(qū)(顳下回、顳中回)及控制注意和記憶的異常ReHo 腦區(qū)相似，并且相關分析顯示，MoCA 評分測試成績與視覺關聯(lián)區(qū)(左側顳上回及部分枕部)和運動相關區(qū)(左側中央前回)的平均ReHo值呈負相關，這可能為MHE患者視空間及運動功能損害提供了更多的證據。這一發(fā)現表明，視覺和運動相關皮層的腦活動異常可以反映MHE 患者的神經行為缺陷，這與之前的一項研究一致[32]。因此，本研究可能為更好地理解MHE 患者認知功能損害的病理生理機制提供可靠的影像標志及治療靶點。

3.4 本研究的不足與展望

本研究存在一定的局限性。首先，小樣本量可能使結果存在一定的偏倚，后續(xù)研究中需擴大樣本量提高說服力；其次，本研究主要以乙肝后肝硬化患者為研究對象，并沒有考慮酒精性肝硬化或自身免疫性肝硬化等不同病因的影響，后續(xù)研究需收集更多病例研究不同病因對腦區(qū)ReHo值及認知功能損害的影響，從側面驗證本項研究結果；最后，本研究僅從局部的角度觀察MHE患者腦功能的變化，未來應擴大樣本量以及使用全腦的分析方法(功能連接或圖論分析)進一步證實我們的發(fā)現。

綜上所述，本研究發(fā)現MHE患者局部腦區(qū)活動一致性異常且部分腦區(qū)平均ReHo 值與認知評分相關，提示ReHo 值可能是反映MHE 患者認知功能改變嚴重程度的潛在影像標志；本研究將有助于解釋MHE患者存在認知、反應及注意等相關功能障礙，對指導臨床早期發(fā)現并及時采取干預措施具有重要意義。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。