基于T2*值和P300對腦鐵含量在阿爾茨海默病認知功能障礙中的研究

陳 浩， 宋慧慧， 顧衛國， 孫 巖， 張 媛

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經系統退行性病變，輕度認知功能損害(Mild cognitive impairment，MCI)是AD的前期狀態，與AD具有相同的病理生理基礎[1]，因此對MCI的早期預測顯得尤為重要。氧化應激損傷在MCI及AD的發病機制中扮演重要的角色，鐵在其中起核心作用[2，3]，已有研究顯示T2*值可以估測腦鐵含量[4，5]。目前對MCI及AD認知功能評價手段多依賴于神經心理學測試，而事件相關電位P300是反映認知功能的一個重要的、穩定的、可靠的指標，可彌補主觀的認知神經心理學測試的不足。既往有關于AD患者腦鐵異常沉積的研究針對的對象多為重度AD患者，且認知測量手段多為神經心理學測試。因此，本研究以MCI、輕度AD為研究對象，檢測相關腦區T2*值及事件相關電位P300相關參數，評估局部腦鐵含量與認知功能之間的相關性，并探討相關腦區鐵異常沉積作為臨床診斷指標的可行性，旨在為AD的臨床早期診斷及早期干預提供影像學參考。

1 對象與方法

1.1 對象

1.1.1 輕度認知功能損害(MCI)組 選擇2015年1月～2016年12月我院門診或住院MCI患者22例，男12例，女10例；平均年齡為(63.5±7.9)歲；平均病程為(1.2±0.7)y；平均受教育年限為(6.9±4.2)y；簡易精神狀態量表(the Mini-Mental State Examination，MMSE)評分24～27分，臨床癡呆評定 (Clinical Dementia Rating，CDR)評分0.5；無膽堿酯酶抑制劑使用史，有認知損害但日常生活能力保留，不符合癡呆診斷標準者。排除意識障礙以及其他可能引起認知損害的原因，如腦血管疾病(包括腦出血、腦梗死)，血清學檢查除外葉酸水平低下、VitB12水平低下及甲狀腺功能低下，頭部MRI平掃除外腦梗死灶、軟化灶及其他占位性病變等。

1.1.2 AD組 24例，男性13例，女性11例，平均年齡(65.7±11.4)歲，平均病程為(1.9±1.2)y；平均受教育年限為(6.5±4.6)y。均符合美國國立神經病學、語言機能障礙和國立卒中研究所老年期癡呆及相關疾病學會的關于AD的診斷標準，簡易智力狀態量表(MMSE)評分21～23分，CDR評分為1，Hachinski缺血指數<4分，MRI排除血管性癡呆和其他可導致癡呆的神經系統疾病，無嚴重軀體疾病和煙酒等物質濫用情況，無膽堿酯酶抑制劑使用史，排除抑郁癥，即漢密爾頓抑郁量表17項版本(Hamilton Depression Scale，HAMD-17)<17分。

1.1.3 正常對照組 選取與患者性別、年齡及教育年限相匹配的蘇州市廣濟醫院職工和家屬25例為對照組，MMSE評分≥28分，CDR評分0，軀體檢查和實驗室檢查結果均未見異常，排除神經、精神疾病，無嚴重煙、酒等物質濫用情況。其中男性13例，女性12例；平均年齡為(62.8±8.1)歲；平均受教育年限為(7.1±4.9)y。3組間年齡、性別、教育年限等差異均無統計學意義(P>0.05)。本研究經醫院倫理委員會批準，全部受試者對本研究知情，并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 MRI掃描方式與序列 所有受試者在檢查前靜坐休息30 min，并向其解釋檢查過程，以保證對檢查高度合作，并強調檢查時嚴格避免頭部移動以保證圖像質量。采用德國西門子3.0T超導型MRI成像系統行頭部MR掃描。先行常規T1WI、T2WI及彌散加權(DWI)橫斷面成像，以排除顱腦其他器質性病變。在常規成像檢查序列之后，使用多回波梯度回波序列采集頭部軸位T2*WI，掃描參數為重復時間(TR)=100 ms，回波時問(TE)=10 ms，反轉角(FA)=25°，激勵次數(Nex)=3，視野(FOV)=250 mm×250 mm，矩陣=128 mm×100 mm，層厚5 mm，掃描時長40 s。

1.2.2 T2*圖像后處理及T2*值的測量 將所獲得的原始數據傳輸至Siemens工作站上，利用工作站自帶的自動分析軟件進行處理，獲取T2*圖，分別由2名放射科醫師(1名高年資醫師、1名主治醫師)經過訓練后盲法手動勾畫感興趣區(雙側額葉白質、內側顳葉皮質、海馬、紅核、黑質、尾狀核頭、蒼白球、殼核、和丘腦)，計算機將自動給出感興趣區內的T2*值，并在1 w后重復測量，結果取平均值，同時將每一受試者左、右側別腦區的信號取平均值。為減少人為誤差，同時采用Kappa檢驗以檢測測量的一致性。

1.2.3 事件相關電位P300檢查 P300檢查由本院神經電生理室1名中級職稱專業檢查技師進行統一操作，采用德國Brain Products 公司的ERP 記錄與分析系統，電極放置按國際10/20系統配位法，記錄電極置于Cz點，參考電極置于雙耳，前額正中接地，所有電極間電阻<5 kΩ，。所用電極為直徑8 mm氯化銀盤狀電極。使用聽覺Oddball法，通過耳機給予聲刺激，強度為80 dB。1000 Hz的低頻純音為非靶刺激，概率80%；2000 Hz的高頻純音為靶刺激，概率為20%，兩種信號以4∶1的比例隨機出現，共250次，強度為80 dB，100 ms升/降及100 ms平臺時間，分析時間700 ms。每位受試者均進行2輪，第1輪為學習和適應，第2輪正式記錄并采樣分析。若受試者辨別失誤率超過20%則該試驗無效。腦電由頭皮引出后，經美國尼高力公司的腦誘發電位儀型號Brovo分別對2種信號疊加和顯示，腦電波偽跡由記錄儀自動辨別和排除，直至獲得250次有效刺激后方告試驗結束。整個測試在安靜的室內進行，受試者坐于椅上，全身肌肉放松并保持頭腦清醒及注意力集中。測試前向受試者說明測試目的和要求。主要觀測指標為Cz點記錄到的潛伏期N2、P3和波幅P3。

2 結 果

2.1 3組局部腦區T2*值比較 方差分析結果顯示，各組T2*值均符合正態分布且具有方差齊性。3組內側顳葉皮質(F=3.45，P<0.05)、海馬(F=10.09，P<0.01)、黑質(F=4.37，P<0.05)的T2*值差異有統計學意義。額葉白質、紅核、尾狀核頭、蒼白球、殼核、丘腦差異均無統計學意義(P均>0.05)(見圖1)。

LSD-t檢驗結果顯示，MCI組和正常對照組鐵沉積差異有統計學意義的區域包括海馬(LSD-t=2.33，P<0.05)、黑質(LSD-t=2.06，P<0.05)。輕度AD組和正常對照組鐵沉積差異有統計學意義的區域包括內側顳葉皮質(LSD-t=2.62，P<0.05)、海馬(LSD-t=4.49，P<0.01)、黑質(LSD-t=2.85，P<0.05)。MCI組和AD組鐵沉積差異有統計學意義的區域包括海馬(LSD-t=2.04，P<0.05)(見表1)。

2.2 3組P300潛伏期N2、P3和波幅P3比較 方差分析結果顯示，潛伏期N2、波幅P3差異有統計學意義(F=12.24、26.44，P均<0.01)；潛伏期P3在3組之間差異無統計學意義(F=1.85，P>0.05)。LSD-t檢驗結果顯示，MCI、AD患者潛伏期N2較對照組長(LSD-t=2.01、4.93，P均<0.05)；MCI、AD患者波幅P3較對照組短(LSD-t=-2.17、-7.13，P均<0.05)；潛伏期P3差異無統計學意義(LSD-t=0.90、1.92，P均>0.05)。AD組較MCI患者組潛伏期N2長(LSD-t=2.79，P<0.01)、波幅P3短(LSD-t=-4.75，P<0.01)(見表2)。

2.3 相關分析 MCI組海馬T2*值與潛伏期N2呈負相關、波幅P3呈正相關(r=-0.73、0.57，P均<0.05)；AD組內側顳葉皮質、海馬、黑質T2*值與潛伏期N2均呈負相關(r=-0.84、-0.82、-0.48，P均<0.05；AD組內側顳葉皮質、海馬、黑質T2*值與波幅P3均呈正相關(r=0.50、0.41、0.43，P均<0.05)(見圖2)。

表1 3組腦區T2*值兩兩比較

注：1：對照組，2：mCI組，3：AD組；a：P<0.05，b：P<0.01

表2 3組P300潛伏期N2、P3和波幅P3比較

注：1：對照組，2：mCI組，3：AD組；a：P<0.05，b：P<0.01

圖1 3組局部腦區T2*值比較

圖2 相關腦區T2*值與潛伏期N2、波幅P3散點圖

3 討 論

隨著中國人口老齡化進程的加快及隨著個體年齡的增長，AD的患病率和發病率不斷上升，而臨床診斷的AD患者多都處于中晚期，現有的治療并不能阻止或逆轉疾病的進展，因此對于AD的早期預測顯得尤為重要。目前AD的發病機制仍不明了，較為公認的主要是淀粉樣前蛋白的異常導致蛋白成分漏出細胞膜，導致神經元纖維纏結和細胞死亡，即腦血管淀粉樣變性(cerebral amyloid angiopathy，CAA)，而鐵的過量沉積可明顯抑制淀粉前蛋白的加工過程[6]，并可引起周圍組織弛豫時間的改變，即T2時間[7]。本研究結果顯示，MCI患者表現為海馬、黑質區域鐵含量的異常增多，輕度AD患者除了上述腦區，內側顳葉皮質亦受累。與已有的組織病理學研究證實的亞臨床AD及MCI患者大腦皮層鐵含量顯著增高基本一致[8]。Ramin等[5]通過定量分析AD患者的T2信號強度發現豆狀核殼、紅核區的T2*值顯著降低。上述研究與我們的結果不相一致的原因可能與研究對象的異質性以及測量方法的不同有關。

事件相關電位 P300結果顯示無論是MCI或輕度AD較對照組均表現為潛伏期N2延長，波幅P3降低，且輕度AD組變化更顯著。現已有足夠的證據證明事件相關電位P300對AD早期認知功能改變較為敏感，可反應早期的注意力和記憶力改變，表現為潛伏期延長、波幅縮短[9，10]，這與我們的研究結果基本相符，也提示MCI及AD患者加工聽覺信息時，大腦對外部刺激進行選擇注意、分類、編碼、識別的速度變慢，且大腦的有效資源動員程度降低[11]。有研究提示P300潛伏期和波幅的改變可作為MCI轉化為AD過程的監測指標[12]，但Papaliagkas等[13]發現他們之間并沒有明顯的關聯性。不一致的原因可能與患者的年齡較廣泛，癡呆類型不一樣以及樣本不具有代表性等有關。

本研究相關分析結果顯示，MCI患者海馬、黑質，輕度AD患者海馬、內側顳葉皮質及黑質區的T2*值與潛伏期N2、波幅P3均有明顯的相關性，提示海馬、內側顳葉皮質及黑質鐵過量沉積更能反應認知功能受損的程度。這與Ding關于海馬區鐵含量與神經心理學測試結果呈明顯相關性的研究結果基本相符[14]。顳葉在AD的病理生理學中扮演了重要的角色，尤其是海馬[15]，且其在疾病的早期即已發生萎縮[16，17]，結合本實驗結果筆者推測可能與早期神經原纖維纏結、血管淀粉樣蛋白聚集變性等這些病理生理改變導致正常的鐵平衡遭到破壞，而過量的鐵沉積又會進一步加劇β-淀粉樣蛋白的聚集對神經細胞的神經毒性作用[18]，這種惡性循環最終引起海馬、內側顳葉結構及功能異常，以及隨后出現的認知功能下降。研究的結果顯示黑質區鐵含量亦異常沉積，筆者猜測這一改變引起多巴胺神經元的丟失，這可能與部分AD患者伴有PD或椎體外系運動障礙的癥狀密切相關。

目前關于神經影像學及電生理聯合應用于AD早期階段的報道甚少，本研究顯示MCI、輕度AD患者存在海馬、黑質及內側顳葉T2*值異常，且與認知功能相關，這或可作為固定的測量指標，用以反映AD患者早期鐵過量沉積這一病理生理學改變，為臨床AD早期診斷及早期干預提供一個有價值的輔助指標。但本研究的局限是一存在樣本量較少、圖像掃描技術匱乏；二是本研究為橫向研究，尚不清楚AD有關上述指標的轉化結局。今后還需擴大樣本量，同時對同一病例進行不同時間點的隨訪觀察的縱向研究。