眼科檢查在阿爾茨海默病診斷中的研究進展

鄔涵韻，張 黎

0引言

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一種初期難以察覺，起病隱匿的神經系統退行性病變，臨床上患者表現出記憶力、認知功能和社會功能的進行性下降。目前AD治療的主要目的是延緩疾病的發展，提高生活質量，但是沒有治愈的方法。研究表明，與AD相關的病理改變如β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積和細胞內的過度磷酸化在臨床癥狀出現前約20a就已經出現，但是目前AD的診斷是基于臨床和神經心理學檢查，輔以神經影像學檢查，確診仍然依賴于死后腦組織的病理學檢查。因此，找到簡便經濟的方法來早期診斷AD有助于及時干預疾病和提高患者的生活質量。

視網膜細胞與大腦有著相同的胚胎起源，這意味著它就是中樞神經系統的投射。此外，它們在血管系統、神經膠質細胞、神經遞質系統和視覺皮質的連接性方面也是相似的。因此眼部的一些變化可以直接地反映大腦的變化，而且更方便、無創。目前越來越多的研究發現AD患者的病理變化不僅僅只存在于大腦，并且在眼部也有一定的表現。所以如果能通過非侵入性的眼部檢查來早期診斷AD或在病程中提示疾病的進展，不僅有助于疾病的早期干預，還能改善患者的疾病管理和生活質量。

1 AD患者的視覺表現

1.1對比敏感度對比敏感度是指在一系列空間頻率中識別物體的能力，通常使用圖表[1]或電子儀器來測試。有研究發現與年齡匹配的對照組相比，AD患者的視覺對比敏感度明顯降低，甚至在AD的早期階段對測試也很敏感[2-3]。這表明即使在早期臨床階段，測量對比敏感度可能是AD檢測、診斷有用的檢測方法，但需要進一步的研究來幫助闡明觀察到的對比敏感度缺陷的生物學基礎。

1.2視野缺損Humphrey的自動視野檢查應用于AD患者與年齡匹配的對照組之間的視野檢查，結果顯示，AD患者主要發生下半區視野區的缺損，而且這種缺損程度與癡呆程度相關[4]。使用倍頻技術(FDT)檢測視野也發現，與年齡匹配的對照組相比，AD患者存在視野的缺損[5]。也有研究發現AD患者視野的缺損可能歸因于神經退行性改變和突觸功能障礙,并且特別是由于Aβ積累[6]。

1.3運動知覺運動知覺是推斷物體運動速度和方向的過程，對人體的日常功能和導航定位至關重要。研究發現，與年齡匹配的對照組相比，AD患者檢測運動方向的閾值明顯較高，并且還發現癡呆嚴重程度、迷你精神狀態檢查(mini-mental state examination，MMSE)和運動敏感度之間也存在顯著關系[7]。另一項研究著眼于視覺運動處理，再次發現AD患者在所有時空頻率上都有更高的閾值[8]。Liu等[9]發現AD患者在視神經的光流感知處理方面表現出明顯的缺陷，并且在輕度認知障礙和認知老化中存在不同程度的損害。盡管頻繁的眼球運動會導致視網膜信息輸入扭曲，但我們對世界的感知仍是非常穩定的。因為人們認為大腦利用從運動區域發送到視覺區域的信號的輸出和拷貝來補償失真，穩定視覺感知。Wang等[10]研究中發現健康的參與者能夠在有眼球運動的情況下補償扭曲的光流，與之形成鮮明對比的是，AD患者在眼球運動扭曲光流時，表現出自我運動知覺受損。這個研究結果表明，早期AD病理與自我運動知覺過程中眼球運動補償的中斷有關。

1.4眼球運動眾所周知，AD患者的眼球運動功能和視覺注意力差。因為他們難以抑制反射性掃視，所以常常無法集中注意力在一個固定的物體上。Crawford等[11]使用眼球追蹤軟件評估AD患者的眼球運動，發現他們的反應時間比對照組慢。其他研究也表明，AD患者除了眼球掃視運動較慢外，并且閱讀潛伏期也比對照組增加延長[12]。Chehrehnegar等[13]在研究中也發現眼動追蹤可能成為在臨床前階段檢測遺忘型輕度認知障礙(amnesiac mild cognitive impairment，aMCI)的敏感工具。反掃視任務(attentional set-shifting task,AST)需要眼球向與視覺刺激相反的方向運動，并要求抑制自身的反射性反應。功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)研究表明，AD患者在反掃視運動中明顯表現出了更多的錯誤，總體而言，與對照組相比，AD患者大腦與眼球運動相關區域的活動都有所減少[14]。與之相似的，Wilcockson等[15]不僅發現眼動追蹤在輕度認知障礙(mild cognitive impairment，MCI)患者與正常人之間存在差異，還可以在AST中區分具有aMCI和非遺忘型輕度認知障礙(non-amnesiac mild cognitive impairment,naMCI)患者。

2 AD患者的瞳孔反應

現在已經確定AD患者存在乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)缺乏和ACh通路改變[16]。在1994年，Scinto等[17]發現了瞳孔對膽堿能拮抗劑托吡卡胺(0.01%)有過敏反應。在使用0.01%的托吡卡胺滴眼液后，發現AD患者的瞳孔比對照組擴大13%，這種瞳孔的過度反應在隨后的一段時間內被認為是AD的診斷工具。然而，由于該試驗是首次報道，并且隨后有研究表明它不能提供AD的鑒別診斷，因此，Iijima等[18]重新評估了0.01%托吡卡胺對瞳孔的擴張作用，發現AD患者和非AD受試者之間的瞳孔反應并沒有顯著差異。此外，他們把托吡卡胺濃度稀釋至初始濃度的一半(0.005%)并再次對AD患者、血管性癡呆患者(vascular dementia,VD )以及正常對照組進行試驗，發現AD患者的平均瞳孔擴張率顯著高于非AD受試者，基于這些結果，他們認為0.005%的托吡卡胺可以用于AD和VD的鑒別診斷。Scinto[19]進一步研究了AD對瞳孔的影響，發現了ApoE等位基因與瞳孔對稀釋的托吡卡胺的反應之間存在明顯的生物學聯系，ApoE等位基因變異可能是通過其對tau蛋白過度磷酸化從而影響瞳孔反應。

AD病理的另一個指標是瞳孔光反射(pupillary light reflex,PLR)。Edinger Westphal核-動眼神經系統的改變和Meynert基底核的退行性變所導致的膽堿能缺陷可能會導致瞳孔系統的改變。使用圖像分析技術的瞳孔測量可以從單個PLR測試中提供多個參數，如瞳孔反應的延遲、收縮加速度、收縮速率以及反應的振幅。Granholm等[20]的研究發現，與正常對照組相比，AD患者的瞳孔光反射的峰值收縮幅度顯著降低，但是試驗中發現帕金森(Parkinson’s disease,PD)組也有上述表現，這表明瞳孔光反射測試對AD敏感，但缺乏足夠的特異性。Bittner 等[21]分析了健康對照者、MCI患者和AD患者的PLR，發現隨著時間的推移，AD和MCI患者的瞳孔直徑減小和振幅增大的幅度小于對照組，并且MMSE越高，AD和MCI患者的相對振幅增加越多，潛伏期減少越多。Frost等[22]發現AD患者瞳孔的最大收縮速度(maximum constriction velocity,MCV)和最大收縮加速度(maximum constriction acceleration,MCA)明顯低于對照組，這提示副交感神經的缺乏，并且在所有的瞳孔反射的特征中，MCA和MCV是區分AD患者和健康對照組的最準確的參數。

3 AD患者的晶狀體情況

AD的特點是大腦中Aβ的沉積，Melov等[23]發現在AD患者的白內障晶狀體中也有Aβ的沉積。使用Aβ轉基因小鼠作為AD小鼠模型，發現其白內障發生顯著增加。這些數據支持了AD相關晶狀體白內障的氧化病因學，以及用抗氧化劑進行預防性治療的潛力。Goldstein等[24]對AD患者和正常對照者的眼、腦標本進行尸檢，并對普通白內障患者的房水標本進行分析。研究發現AD患者晶狀體中積累的Aβ為電子致密沉積，并且其只存在于核上或深皮質的晶狀體纖維細胞的細胞質中。這些核上白內障具有增強的Aβ免疫反應活性，這說明晶狀體中的Aβ可能促進晶狀體區域特異性蛋白聚集、腦外淀粉樣蛋白形成和核上白內障。與這些研究結論不同的是，Michael等[25]對AD患者和正常對照者尸體的晶狀體進行研究，發現AD患者的晶狀體少數有皮質性混濁，多數僅有輕微或無皮質混濁。研究中將這些晶狀體經標準剛果紅染色法、硫黃酮染色法和Aβ免疫組化法染色后均為陰性，因此他們得出結論，在AD患者和對照組皮質性白內障的晶狀體中均不存在Aβ。隨后Michael等[26]比較了死后AD患者大腦海馬體斑塊和纏結中的蛋白譜，以及同一供者眼球晶狀體中混濁和透明區域的深層皮質蛋白譜。他們重點研究了β-sheet水平，這是淀粉樣蛋白(斑塊的主要蛋白)和tau蛋白(AD患者大腦中纏結的主要蛋白)的特性，研究發現Aβ和tau蛋白在海馬體中的斑塊呈陽性，但在晶狀體呈完全陰性(無論晶狀體是否混濁)。因此他們得出結論，皮質性晶狀體混濁在AD患者中并不典型，也沒有淀粉樣蛋白聚集的特征，因此不能像Goldstein等[24]所聲稱的那樣將晶狀體混濁作為AD的預測因子或指標。Williams等[27]也在17例不同程度的AD患者的尸檢結果中發現，沒有證據表明在被檢眼球中的任何部位中有tau蛋白、Aβ以及泛素的沉積。這一發現表明，無論AD患者大腦的病變有多嚴重，晶狀體都沒有類似變化。

4 AD患者的視網膜情況

4.1視網膜血管雖然大腦小血管疾病與AD的發生有關，但在體內卻很難直接觀察到大腦的微循環。由于視網膜提供了一個非侵入性的窗口來評估微循環，所以可以通過定量檢測視網膜的微血管參數，來確定其是否與AD的發生有關。Cheung等[28]用計算機程序分析AD患者與正常對照組的視網膜照片，測量視網膜微血管定量參數(口徑、分形維數、彎曲度和分叉)。結果發現AD患者視網膜微血管網絡發生了改變(視網膜小靜脈變窄，視網膜血管更稀疏、更彎曲)，小靜脈口徑變窄、小動/靜脈分形維數降低、小動/靜脈曲度增加者更容易發生AD。這些視網膜微血管系統的變化可能反映了AD患者大腦微血管系統中類似的病理生理過程。此外，Feke 等[29]最近的研究發現AD患者視網膜靜脈血流量顯著減少。重要的是，MCI患者的血流量在AD患者和對照組之間處于中間水平，這提示視網膜血流量可以用來監測疾病的進展。他們還觀察到AD患者的上象限視網膜神經纖維層(retinal nerve fiber layer,RNFL)厚度較對照組減少，但MCI組和對照組之間沒有顯著差異，這表明血液流動的變化可能發生于視網膜細胞的死亡之前。Zhang 等[30]為了研究早期AD或aMCI的個體是否也存在視網膜血管系統的改變，他們使用OCTA評估了中心凹淺表毛細血管叢和乳頭周圍區的兩個血管層、徑向乳頭周圍毛細血管和淺表血管復合體的OCTA圖像，采集血管和結構參數包括血管密度(vascular density，VD)，血管長度密度，調整血流指數和RNFL厚度相關數據，結果顯示與AD相關的早期認知障礙患者的旁靜脈血流量和VD顯著下降，表明這些參數可能具有作為早期診斷AD的生物標志物的潛在作用。Jiang等[31]研究也發現了AD和MCI患者的小動脈和小靜脈中的視網膜血流量較低，并且還發現了神經節細胞-內網狀層的丟失也很明顯，這表明神經血管、血液動力學這兩種類型的損傷都可能在疾病的進展中起作用。與以上結論不同的是，Haan等[32]評估了特征性AD患者的視網膜微血管系統，使用多模式方法，測量了視網膜血管參數、脈絡膜厚度、黃斑血管密度和中心凹無血管區域大小，但是均未發現AD對視網膜血管的影響。其中的AD患者在神經成像和腦脊液生物標志物上有明顯變化，但視網膜脈管系統卻并未將其與對照受試者區分開來，這對使用視網膜脈管系統測量作為AD生物標志物提出了挑戰。

4.2視網膜厚度Kim等[33]使用光學相干斷層掃描(optical coherence tomography,OCT)評估患有MCI，AD(輕度，中度和重度)患者和年齡匹配對照組的RNFL厚度。結果發現MCI和AD患者的RNFL厚度小于對照組，并且AD患者的RNFL厚度下降得比MCI組更加明顯。這個結果表明，視網膜神經纖維層變性與癡呆的進展是并行的。Shi等[34]為了研究RNFL厚度的變化是否與腦結構體積的萎縮有關。因此他們開展了一項前瞻性研究，結果發現RNFL平均厚度的減少與中央扣帶皮層體積的減少呈負相關，并且下象限RNFL厚度的減少與中央扣帶皮層體積的下降獨立相關。所以他們認為RNFL厚度的縱向變化可以當作神經退行性變的有益補充指標。Wu等[35]也得出了相似的結論，他們在研究中發現MCI患者顳上和顳下區域的RNFL厚度明顯低于健康對照組，同時MCI患者的黃斑神經節細胞復合體平均厚度也明顯低于對照組，所以他們認為MCI患者視網膜退行性病變可能提示著疾病的進展。Lad 等[36]為了研究視網膜神經節細胞 - 內叢狀層(ganglion cell and inner plexiform layer,GCIPL)或神經纖維層(nerve fiber layer,NFL)厚度是否可以作為診斷AD的非侵入性生物標志物，結果發現各個區域的黃斑或神經的NFL或GCIPL在各組之間沒有差異，這與先前有關中度至重度AD患者的NFL較薄的報道相矛盾。研究還發現GCIPL和NFL的變薄區域與增厚區域是相毗鄰的，這表明在AD進展過程中NFL和GCIPL可能是處于動態變化中的。

5 AD患者的脈絡膜情況

現在對AD患者的大多數眼部研究都是針對視網膜的病變，因為視網膜與大腦有直接聯系。然而，一些研究已經在動物模型中觀察到AD可能在脈絡膜上也有所表現。Tsai 等[37]使用轉基因(Tg)大鼠作為AD的動物模型，與同齡野生型(WT)大鼠對比，以及AD患者和年齡匹配的健康對照組對比，發現Tg大鼠和AD患者的脈絡膜厚度較其對照組均顯著降低。同時還觀察到Tg小鼠的視力低于WT小鼠，但兩組小鼠的視網膜神經節細胞數和視網膜血管系統卻沒有明顯差異。Asanad 等[38]對AD患者和年齡匹配的對照組進行研究，發現AD患者的脈絡膜厚度明顯薄于對照組，所以他們認為脈絡膜變薄可以作為AD診斷和隨訪的輔助生物標志物。然而，鑒于目前所進行的研究有限，還需要更多的研究來證實AD患者的脈絡膜是否真的會受損變薄。

6小結與展望

目前AD的診斷可以在臨床的基礎上輔以專業的腦成像方法，如fMRI和PET掃描等。但是，這些檢查技術都比較昂貴并且不易普及。此外，大腦的變化往往是疾病晚期的征兆，這時AD患者認知能力下降的癥狀已經出現。如以上綜述所述，盡管有一些不一致的發現，但大多數研究都顯示AD患者的對比敏感度、視野、運動知覺、深度知覺、立體視覺和眼球運動發生變化，晶狀體中Aβ沉積，瞳孔反應發生變化，RNFL和脈絡膜厚度下降，視網膜細胞丟失、血流量減少等，利用眼睛作為大腦的延伸，可以在體內實現AD病理的非侵入性可視化，并且能夠監測生物標志物，以便診斷潛在的疾病以及監測疾病的發展，為治療提供依據和基礎，有著極大的臨床意義。