18F-T807 PET/MR對(duì)阿爾茨海默病診斷及腦內(nèi)tau蛋白沉積與認(rèn)知功能相關(guān)性分析價(jià)值研究

許欣茹， 張景華， 石慶學(xué)， 王治國(guó)

北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，遼寧 沈陽(yáng) 110016

阿爾茲海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種由多因素引起的神經(jīng)退行性腦病，主要病理學(xué)改變是神經(jīng)細(xì)胞外淀粉樣蛋白沉積和過(guò)度磷酸化的tau蛋白形成神經(jīng)纖維纏結(jié)[1]。因此，腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)PET顯像及tau蛋白的分布可視化和量化對(duì)研究疾病的病理進(jìn)程及機(jī)制十分重要。近年來(lái)，神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，PET可通過(guò)正電子核素標(biāo)記的探針特異性結(jié)合病理學(xué)和病理生理學(xué)生物標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)活體分子顯像，從而對(duì)疾病的病理生理過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]。病理及PET顯像結(jié)果均證實(shí)：Aβ的積累在AD病程的早期階段廣泛存在，而tau蛋白的沉積以及突觸和神經(jīng)元的丟失隨著疾病的進(jìn)展呈持續(xù)性積累，因此，學(xué)者對(duì)以tau蛋白為靶點(diǎn)的正電子分子探針給予了更多的關(guān)注，以期更好地診斷和治療AD[3]。有研究發(fā)現(xiàn)，異常磷酸化的tau蛋白可與微管蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，破壞正常的微管系統(tǒng)，加速微管解聚，在細(xì)胞內(nèi)聚集形成雙股成對(duì)螺旋絲，進(jìn)一步形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，而神經(jīng)纖維纏結(jié)能夠通過(guò)多種途徑損傷神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，進(jìn)而引起神經(jīng)元凋亡[4]。18F-T807屬于苯并咪唑類(lèi)，體外顯示出與tau蛋白結(jié)合的高度選擇性和親和力，對(duì)AD患者腦組織中的雙股成對(duì)螺旋絲tau具有強(qiáng)有力的結(jié)合力和選擇性，可有效檢測(cè)認(rèn)知障礙患者腦內(nèi)的tau沉積，且白質(zhì)內(nèi)滯留較少，腦內(nèi)攝取穩(wěn)定、清除快，具有良好的靈敏度和特異度[5]。神經(jīng)心理學(xué)量表被視為認(rèn)知功能損害的定量指標(biāo)，在臨床上已成為精神病中最常見(jiàn)的認(rèn)知損害衡量標(biāo)準(zhǔn)之一[6]。Tau蛋白的沉積特點(diǎn)與認(rèn)知功能損害的嚴(yán)重程度一直以來(lái)是國(guó)際上研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[7]。本研究聯(lián)合18F-T807 PET/MR和神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試，探討AD患者腦內(nèi)tau蛋白沉積與認(rèn)知功能的關(guān)系，進(jìn)而明確18F-T807 PET/MR在AD患者中的診斷價(jià)值。現(xiàn)報(bào)道如下。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 將北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院2021年3—10月收治的15例AD患者納入AD組；將同期招募的15例健康志愿者納入NC組。AD組納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床癡呆定量表(clinical dementia rating，CRD)評(píng)分≥0.5分；簡(jiǎn)單精神狀態(tài)檢查量表(mini mental state examination，MMSE)評(píng)分≤23分；符合《2018中國(guó)癡呆與認(rèn)知障礙診治指南》[8]；可配合PET/MR檢查，圖像質(zhì)量合格，頭動(dòng)三維任一方向平移≤3 mm。AD組排除標(biāo)準(zhǔn)：既往有其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如腦卒中、帕金森病、腦炎、腦外傷等)、精神系統(tǒng)相關(guān)疾病或其他系統(tǒng)性疾病(如甲狀腺功能異常、嚴(yán)重貧血等)等可導(dǎo)致認(rèn)知功能減退的疾病病史；不能配合PET/MR檢查，因頭動(dòng)等因素造成圖像質(zhì)量不合格。NC組納入標(biāo)準(zhǔn)：本院MRI提示無(wú)明顯腦血管、腦腫瘤等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病；CRD評(píng)分為0分；MMSE評(píng)分>28分；既往無(wú)認(rèn)知及精神障礙疾病病史。NC組中，男性9例，女性6例；平均年齡(59.20±8.97)歲；平均受教育時(shí)長(zhǎng)(9.0±2.2)年。AD組中，男性11例，女性4例；平均年齡(50.60±10.86)歲；平均受教育時(shí)長(zhǎng)(11.6±4.5)年。兩組受試者性別比例、年齡、教育程度比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。受試者及其家屬均簽署知情同意書(shū)。本研究經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(Y2021024)。

1.2 PET/MR顯像18F-T807由本院核醫(yī)學(xué)科自行生產(chǎn)。所有受試者靜脈注射18F-T807(3.7～5.5 MBq/kg)后安靜休息90 min，釆用GE SIGNA PET/MR聯(lián)合掃描儀連續(xù)采集40 min，PET/MR為25 mm LBS閃爍晶體陣列，SiPM數(shù)字化CR芯片，全息數(shù)字化探測(cè)器，高精度動(dòng)態(tài)溫控系統(tǒng)。PET掃描方法：使用迭代重建，參數(shù)為4次迭代，16個(gè)子集，192×192矩陣，1.5 mm 半高寬的高斯濾波，加散射校正。MRI掃描方法：采用3D模式采集T1加權(quán)成像(three-dimensional volume T1-weighted imaging，3D T1WI)。三維快速擾相位梯度回波：TR 8.5 ms，TE 3.2 ms，梯度反轉(zhuǎn)角(Filp)12°，矩陣(Matrix)256×256，視野 (FOV)25.6 cm×25.6 cm，掃描層厚(Slice Thickness)1 mm，激勵(lì)次數(shù) 1。所有受試者仰臥于檢查床，頭置于頭托上并用固定帶固定。在注射18F-T807后，用2×10 s、2×20 s、4×60 s、2×240 s、2×600 s、1×720 s的幀產(chǎn)生動(dòng)態(tài)正弦圖，共采集90 min。連續(xù)釆集，經(jīng)迭代重建法得到圖像。PET數(shù)據(jù)經(jīng)衰減校正、迭代法重建后和MRI圖像一同傳送到工作站進(jìn)行同機(jī)圖像融合，包括橫斷面、冠狀面及矢狀面多幅圖像。圖像的數(shù)據(jù)處理均由SPM12(http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)和MATLAB 2016a(Mathworks，Natick，MA，USA)完成。圖像的數(shù)據(jù)處理是基于 MATLAB 2016a(Mathworks，Natick，MA，USA)中的SPM12(http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)完成。首先在SPM12中將每例患者的PET圖像匹配到3D T1圖像上，再配準(zhǔn)到MNI標(biāo)準(zhǔn)空間。然后基于來(lái)自自動(dòng)解剖標(biāo)記圖集 (http://www.gin.cnrs.fr/en/tools/aal-aal2/)的圖集模板，將每例患者的全腦分成70個(gè)腦區(qū)，并得到各腦區(qū)的二值掩模，利用該二值掩模與MNI空間中的PET圖像分別進(jìn)行運(yùn)算，提取各腦區(qū)的放射性攝取值(standardized uptake value，SUV)。

1.318F-T807 PET顯像的tau蛋白視覺(jué)分析及半定量分析 視覺(jué)分析：每例受試者的18F-T807 PET/MR腦顯像圖像均由兩名具有豐富經(jīng)驗(yàn)的主治及主治以上核醫(yī)學(xué)科醫(yī)師進(jìn)行雙盲閱片，肉眼分析時(shí)連續(xù)在兩個(gè)層面上出現(xiàn)高或低放射性攝取區(qū)為異，當(dāng)兩名醫(yī)師對(duì)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)病理性攝取存在分歧時(shí)，需與第三名醫(yī)師討論直至達(dá)成一致意見(jiàn)。半定量分析：得到相應(yīng)ROI的平均SUV，分別計(jì)算額葉、后扣帶回、頂葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)、枕葉與小腦的平均SUV比值，得到各ROI的攝取值比率(standardized uptake value ratio，SUVR)，各ROI的SUVR平均值即為全腦SUVR。

1.4 神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試 兩組受試者均在檢查前接受CRD和MMSE評(píng)估。

2 結(jié)果

2.1 兩組受試者CRD和MMSE評(píng)估結(jié)果比較 AD組CRD和MMSE評(píng)分分別為0分和(17.00±7.61)分，均低于NC組的(1.15±0.47)分和(29.20±0.79)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.218F-T807 PET顯像視覺(jué)分析結(jié)果 AD組在前額葉、側(cè)顳葉、后扣帶回、頂下小葉、楔前葉及全腦皮層可見(jiàn)異常放射性攝取；NC組除基底節(jié)區(qū)存在非特異性攝取外，余各腦葉皮層未見(jiàn)明顯異常放射性攝取。見(jiàn)圖1。

圖1 18F-T807 PET顯像視覺(jué)分析結(jié)果(a.NC組，女性，67歲，MMSE評(píng)分30分，PET示除基底節(jié)區(qū)存在非特異性攝取外，余各腦葉皮層未見(jiàn)明顯異常放射性攝取；b.AD組，男性，69歲，MMSE評(píng)分16分，AD病史3年，PET示前額葉、后扣帶回、頂下小葉PIB放射性攝取增加，雙側(cè)基底節(jié)區(qū)對(duì)稱性放射性濃聚)

2.318F-T807 PET顯像半定量分析結(jié)果 AD組額葉、顳葉、頂葉、后扣帶回、枕葉、基底節(jié)區(qū)、全腦SUVR分別為(1.609±0.253)、(1.699±0.171)、(1.796±0.270)、(1.667±0.229)、(1.571±0.302)、(1.207±0.287)、(1.592±0.169)，均高于NC組的(1.017±0.179)、(1.166±0.146)、(1.013±0.165)、(0.745±0.198)、(0.951±0.124)、(0.965±0.096)、(0.976±0.084)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.418F-T807 SUVR與認(rèn)知功能的相關(guān)性分析 AD組顳葉、頂葉、楔前葉、全腦tau蛋白SUVR與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.788、-0.519、-0.537、-0.516，P<0.05)。見(jiàn)圖2。

圖2 AD組各ROI和全腦MMSE評(píng)分與tau蛋白SUVR相關(guān)性

3 討論

AD是一種不可逆性、進(jìn)展性神經(jīng)退行性疾病，病理特征是神經(jīng)細(xì)胞外Aβ淀粉樣蛋白沉積、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)形成，以及神經(jīng)元、神經(jīng)突觸丟失[9]。目前研發(fā)的大多數(shù)PET顯像劑的主要功能是將淀粉樣斑塊可視化。但淀粉樣斑塊在AD早期就己經(jīng)達(dá)到最大程度的沉積，也就是存在“封頂效應(yīng)”，因此，應(yīng)用淀粉樣斑塊顯像追蹤AD進(jìn)展存在一定困難[10]。有研究表明，在大腦中，tau蛋白比淀粉樣蛋白積累所需要的時(shí)間更短，tau蛋白增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差只需要5年的時(shí)間，而淀粉樣蛋白增加一個(gè)相似的幅度需要20年時(shí)間[11]。所以，與Aβ的異常沉積相比，tau蛋白的異常磷酸化所導(dǎo)致的聚集體與AD的病情進(jìn)展相關(guān)性更高。有證據(jù)表明，磷酸化的tau蛋白與神經(jīng)元和突觸丟失、記憶障礙密切相關(guān)[12]。因此，以tau蛋白為靶點(diǎn)的PET特異性分子探針有可能成為有效探測(cè)AD患者認(rèn)知功能下降和疾病進(jìn)展的生物標(biāo)記物，從而在研究AD發(fā)病機(jī)制、早期診斷及治療效果監(jiān)測(cè)中發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

本研究視覺(jué)分析中：AD患者大腦前額葉、頂葉、楔前葉、后扣帶回、側(cè)顳葉、基底節(jié)區(qū)的皮質(zhì)區(qū)域具有較高的放射性攝取，tau蛋白分布主要集中在內(nèi)嗅皮質(zhì)、杏仁核及海馬；MMSE評(píng)分較低的患者可見(jiàn)全腦廣泛性放射性攝取。半定量分析結(jié)果與視覺(jué)分析結(jié)果一致，NC組基底節(jié)區(qū)有少量的18F-T807放射性滯留。本研究結(jié)果顯示：AD組顳葉、頂葉、楔前葉、全腦tau蛋白SUVR與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.788、-0.519、-0.537、-0.516，P<0.05)。即相關(guān)性在雙側(cè)顳頂區(qū)最為明顯。有研究發(fā)現(xiàn)，淀粉樣蛋白示蹤劑在腦內(nèi)的攝取程度與認(rèn)知障礙相關(guān)性較弱[13]，因此，tau蛋白的PET研究具有重要意義。這與Chien等[14]研究結(jié)果一致。18F-T807在大腦皮質(zhì)中的分布與腦內(nèi)雙股成對(duì)螺旋絲tau蛋白一致，且示蹤劑攝取升高的程度與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。筆者認(rèn)為，SUVR與MMSE的強(qiáng)相關(guān)性機(jī)制在于tau蛋白過(guò)度磷酸化并在神經(jīng)元內(nèi)異常沉積，導(dǎo)致神經(jīng)元受損，進(jìn)而加重患者的認(rèn)知功能障礙。此外，tau蛋白沉積的時(shí)間相對(duì)淀粉樣蛋白更短，因此，tau蛋白PET顯像中放射性攝取的增加率比Aβ PET顯像更能有效地預(yù)測(cè)認(rèn)知能力的下降。

Tau蛋白PET顯像診斷AD存在一定的局限性，一些神經(jīng)變性疾病，如進(jìn)行性核上性麻痹、額顳葉變異性癡呆、皮質(zhì)基底節(jié)變性、慢性創(chuàng)傷性腦病等也會(huì)有tau蛋白病理聚集的特征[9]，因此，tau蛋白顯像比淀粉樣蛋白顯像的特異度低。臨床工作中可根據(jù)患者的需求選擇適當(dāng)?shù)臋z查方案，對(duì)輕度認(rèn)知障礙患者進(jìn)行淀粉樣蛋白顯像可以早期診斷，而tau PET可以結(jié)合臨床量表評(píng)估及MRI等檢查對(duì)AD患者進(jìn)行輔助診斷，其作用主要在于評(píng)估病情進(jìn)展和治療效果監(jiān)測(cè)。PET/MR一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的同機(jī)融合，使不同影像模式在空間-時(shí)間上精確配準(zhǔn)。腦信號(hào)的快速波動(dòng)需要在多個(gè)水平進(jìn)行檢測(cè)，同機(jī)融合、同中心布置、同步掃描、在同一生理?xiàng)l件下進(jìn)行成像的高度同步性使PET/MR在腦部疾病評(píng)價(jià)中具有重要意義[15]。

綜上所述，18F-T807 PET/MR可敏感地檢測(cè)出AD患者腦中tau蛋白沉積，且tau蛋白沉積與認(rèn)知功能受損具有強(qiáng)相關(guān)性。本研究存在一定的局限性：首先，PET/MR價(jià)格昂貴，納入樣本量較小，今后需擴(kuò)大樣本量；其次，本研究是橫斷面研究，未對(duì)病例從主觀認(rèn)知障礙到輕度認(rèn)知障礙再到AD的過(guò)程進(jìn)行縱向追蹤，無(wú)法了解認(rèn)知下降過(guò)程中tau蛋白的變化，后期需繼續(xù)隨訪輕度認(rèn)知障礙等病情較輕的患者，對(duì)其腦內(nèi)tau沉積進(jìn)行縱向評(píng)估，以進(jìn)一步探究認(rèn)知下降過(guò)程中的病理改變情況。