基于fMRI和DTI的抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

徐婉茹,李會(huì)會(huì),高紅杰,朱彤

(菏澤市立醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科,山東 菏澤 274000)

抗富亮氨酸膠質(zhì)失活蛋白1(LGI1)抗體自身免疫性腦炎是一種由LGI1抗體介導(dǎo)的自身免疫性腦炎(AE),屬于臨床上罕見的一類腦疾病[1]?？筁GI1抗體自身免疫性腦炎患者臨床表現(xiàn)主要為精神異常、行為異常、認(rèn)知功能下降、面-臂肌張力障礙性癲癇等[2-3]。目前抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的發(fā)病機(jī)制尚不確定,臨床上對(duì)抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的診斷主要通過臨床癥狀結(jié)合血液以及腦脊液的LGI1抗體檢測(cè)進(jìn)行診斷,缺乏具有可靠性、客觀性以及量化的診斷指標(biāo)[4]。影像檢查作為能夠直觀觀察病理改變特征的檢查方式,能夠?yàn)樘剿骺筁GI1抗體自身免疫性腦炎的神經(jīng)病理機(jī)制提供新的思路。功能性磁共振成像(fMRI)是一種新興的神經(jīng)影像學(xué)檢查方式,其主要原理為通過磁振造影測(cè)量神經(jīng)元活動(dòng)所引起的血液動(dòng)力變化,主要用于腦疾病和脊髓疾病的診治[5]。彌散張量成像(DTI)是核磁共振成像(MRI)的特殊形式,是當(dāng)前唯一能有效觀察和追蹤腦白質(zhì)纖維束的非侵入性檢查方法[6]。目前關(guān)于抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的影像特征研究較少,本研究將基于fMRI檢查對(duì)抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能特點(diǎn)進(jìn)行分析,基于DTI檢查對(duì)該疾病患者的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析,為該疾病的早期識(shí)別、診斷及病程監(jiān)控等提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年8月至2022年7月我院收治的25例抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者作為研究組,其中出現(xiàn)精神與行為異常7例,癲癇15例,記憶障礙13例,面-臂肌張力障礙6例。選取同期招募的25例無腦部疾病志愿者作為對(duì)照組。納入標(biāo)準(zhǔn):研究組受試者符合《中國(guó)自身免疫性腦炎診治專家共識(shí)》[7]中關(guān)于自身免疫性腦炎的診斷標(biāo)準(zhǔn);腦脊液或(和)血液LGI1抗體檢測(cè)為陽(yáng)性。對(duì)照組受試者經(jīng)臨床、影像學(xué)、血液檢測(cè)均排除腦部疾病。排除標(biāo)準(zhǔn):存在其他類型的腦疾病;存在多重抗神經(jīng)元表面抗原的自身抗體陽(yáng)性;具有顱腦外傷史、手術(shù)史。兩組的性別、年齡、文化程度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。

表1 兩組受試者一般資料的比較

1.2 方法

50例受檢者分別進(jìn)行改良Rankin量表(mRS)、簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查量表(MMES)、蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(MoCA)評(píng)估,并接受fMRI和DTI檢查,基于fMRI檢查結(jié)果對(duì)抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能特點(diǎn)進(jìn)行分析,基于DTI檢查結(jié)果對(duì)抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1.2.1 量表評(píng)估 mRS:評(píng)分0～5分,評(píng)分越高者表明其腦神經(jīng)損傷越嚴(yán)重。MMES:總評(píng)分為0～30分,正常界值文盲>17分,小學(xué)>20分,初中及以上>24分,評(píng)分越低者智力狀態(tài)及認(rèn)知功能缺損程度越嚴(yán)重。MoCA:總評(píng)分為0～30分,≥26分為正常,評(píng)分越低者認(rèn)知功能越差。

1.2.2 fMRI檢查 使用Siemens 3.0T MRI掃描儀進(jìn)行檢查,選擇32通道頭線圈。在檢查前使用海綿墊對(duì)受檢者的頭部進(jìn)行固定,以減少檢查過程中頭動(dòng),使用耳塞降低檢查中的噪聲。指導(dǎo)受檢者將雙眼閉上、放松,隨后開始進(jìn)行掃描。采用平面回波成像脈沖序列進(jìn)行掃描,重復(fù)時(shí)間為2 000 ms,回波時(shí)間為30 ms,翻轉(zhuǎn)角為90°,視野為24 cm×24 cm,矩陣為64×64,體素大小為3.4 mm×3.4 mm×4.0 mm,層厚為3 mm,與大腦前-后聯(lián)合線平行的平面掃描,掃描層數(shù)為36,共掃描240個(gè)三維腦體積圖像。腦功能局部一致性分析(ReHo):進(jìn)行預(yù)處理后,通過計(jì)算肯德爾和諧系數(shù)(KCC)評(píng)估每個(gè)體素與相鄰體素的BOLD信號(hào)時(shí)間序列的相似性,分析腦神經(jīng)元的活動(dòng)情況。個(gè)體ReHo值通過將每個(gè)體素的ReHo值除以給定個(gè)體所有體素的整體平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)化后的ReHo值用于隨后分析。ReHo值越高表明區(qū)域腦活動(dòng)與中心性的一致性越高。使用高斯核寬為0.5的核支持向量機(jī)(SVM)對(duì)研究組與對(duì)照組兩組的研究對(duì)象進(jìn)行分類,找出ReHo異常升高或者異常降低的區(qū)域,并記錄相應(yīng)的腦區(qū)MNI坐標(biāo)。

1.2.3 DTI檢查 使用Siemens 3.0T MRI掃描儀進(jìn)行檢查,選擇32通道頭線圈。采用平面回波成像脈沖序列,與大腦前-后聯(lián)合線平行的平面進(jìn)行掃描。掃描過程中共用65個(gè)不同的擴(kuò)散敏感梯度方向(b為1 000 s·mm-2)與1個(gè)無擴(kuò)散加權(quán)方向(b為0 s·mm-2)。重復(fù)時(shí)間為6 400 ms,回波時(shí)間為98 ms,翻轉(zhuǎn)角為90°,視野為24 cm×24 cm,矩陣為128×128,體素大小為2 mm×2 mm×2 mm,層厚為3 mm。利用FDT工具計(jì)算各向異性分?jǐn)?shù)(FA)和平均彌散率(MD)。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)白質(zhì)纖維束圖譜板映射進(jìn)行定位,找出白質(zhì)纖維術(shù)FA值、MD值異常變化的區(qū)域,并記錄相應(yīng)的腦區(qū)MNI坐標(biāo)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

1.3.1 量表評(píng)分與一般資料對(duì)比 采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù),計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用t檢驗(yàn)。當(dāng)P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.3.2 fMRI檢查的數(shù)據(jù)分析 ReHo分析使用靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據(jù)分析工具包(REST)軟件自帶的統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn),為了消除假陽(yáng)性,將結(jié)果疊加于MNI152 T1模板上顯示,將年齡、性別、文化程度作為協(xié)變量,采用Alpha Sim進(jìn)行多重比較校正,群集閾值范圍為30個(gè)體素,P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.3.3 DTI檢查的數(shù)據(jù)分析 在設(shè)計(jì)雙樣本非參數(shù)置換檢驗(yàn)的矩陣之后,使用Randomise進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,5 000次隨機(jī)置換排列,將年齡、性別、文化程度作為協(xié)變量,通過無閾值簇群增強(qiáng)法與比較謬誤校正,P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組受試者的量表評(píng)分比較

研究組的mRS評(píng)分顯著性高于對(duì)照組(P<0.05),MMES評(píng)分、MoCA評(píng)分顯著性低于對(duì)照組(P<0.05),見表2。

表2 兩組受試者mRS、MMES、MoCA評(píng)分的比較 分

2.2 基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析

基于fMRI檢查的ReHo分析發(fā)現(xiàn),在研究組受試者中,其右側(cè)顳上回、右側(cè)顳中回以及左側(cè)尾狀核的ReHo相比于對(duì)照組受試者出現(xiàn)了顯著的降低變化(P<0.05),見圖1。研究組的ReHo異常腦區(qū)MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組比較分析結(jié)果見表3。

a P<0.05圖1 研究組ReHo異常腦區(qū)與對(duì)照組ReHo值的比較

表3 ReHo分析研究組異常腦區(qū)的MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組對(duì)比分析結(jié)果

2.3 基于DTI檢查的腦結(jié)構(gòu)FA分析

基于DTI檢查的腦結(jié)構(gòu)FA分析發(fā)現(xiàn),在研究組受試者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部的FA相比于對(duì)照組受試者出現(xiàn)了顯著的降低變化(P<0.05)。研究組的FA異常腦區(qū)MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組比較分析結(jié)果見表4。

表4 FA分析研究組異常腦區(qū)的MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組對(duì)比分析結(jié)果

2.4 基于DTI檢查的腦結(jié)構(gòu)MD分析

基于TI檢查的腦結(jié)構(gòu)MD分析發(fā)現(xiàn),在研究組受試者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部的MD相比于對(duì)照組受試者出現(xiàn)了顯著的升高變化(P<0.05)。研究組的FA異常腦區(qū)MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組比較分析結(jié)果見表5。

表5 MD分析研究組異常腦區(qū)的MNI坐標(biāo)及其與對(duì)照組對(duì)比分析結(jié)果

3 討 論

抗LGI1抗體自身免疫性腦炎是AE中的一類,本研究的量表評(píng)估結(jié)果可見,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者與無腦部疾病的人群相比出現(xiàn)了明顯的與腦神經(jīng)有關(guān)的智力、記憶力、認(rèn)知功能、活動(dòng)能力等的下降。但同時(shí)這些臨床癥狀也會(huì)出現(xiàn)在其他類型的腦疾病患者中,故而臨床癥狀不具有對(duì)該疾病判斷的特異性。目前關(guān)于該疾病的病理機(jī)制尚未完全明確,為了能夠進(jìn)一步確定抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的神經(jīng)病理機(jī)制,本研究主要通過基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析以及基于DTI檢查的腦結(jié)構(gòu)FA、MD分析展開。ReHo是fMRI檢查中比較常用的一項(xiàng)分析項(xiàng)目,ReHo分析使用KCC評(píng)估某一體素與鄰近的體素之間時(shí)間序列的一致性,能夠反映出全腦體素在局部區(qū)域腦功能活動(dòng)狀態(tài)下的同步性,ReHo越高則表示區(qū)域腦活動(dòng)與中心性的一致性越高[8-9]。DTI檢查中FA能夠反映腦白質(zhì)纖維的完整性,FA值異常降低則提示著腦白質(zhì)纖維的細(xì)微結(jié)構(gòu)受損;MD能夠反映水分子整體的彌散水平,當(dāng)MD值異常增大提示細(xì)胞外的空間變大,組織發(fā)生變性[10-11]。

本研究基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,研究組受試者的右側(cè)顳上回、右側(cè)顳中回以及左側(cè)尾狀核出現(xiàn)了明顯的ReHo降低現(xiàn)象。提示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者存在腦功能受損的情況。顳葉與海馬體交流,在由杏仁核調(diào)節(jié)的外顯長(zhǎng)期記憶的形成中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用,顳葉參與人體聽覺感知處理、語言與視覺中的語義處理[12]。

因此,顳葉在人體視覺功能、言語表達(dá)、語言理解以及記憶方面的能力產(chǎn)生與保持中發(fā)揮了重要作用。

其中的顳中回參與了多種語言相關(guān)的過程,包括語義處理、語義認(rèn)知、詞匯整合、詞語產(chǎn)生與語句理解等,并且還參與了動(dòng)態(tài)面部表情的識(shí)別、情境勘察、邏輯推理、動(dòng)作觀察、復(fù)雜聲音處理等,是顳葉中一個(gè)具有多樣性功能的區(qū)域[13]。顳上回的功能主要體現(xiàn)在對(duì)聲音的響度與頻率分析,在口語單詞的識(shí)別中起到了重要的作用。因此,結(jié)合本次的ReHo分析結(jié)果可知,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙與記憶功能減退。尾狀核是基底神經(jīng)節(jié)的重要組成部分,與錐體外系各個(gè)核團(tuán)緊密地聯(lián)系,與大腦皮層及小腦協(xié)同維持隨意的運(yùn)動(dòng)肌張力和姿勢(shì)反射。尾狀核與殼核之間產(chǎn)生著重要的協(xié)調(diào)功能,使重復(fù)有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)持續(xù)化。因此,尾狀核參與了人體的運(yùn)動(dòng)過程形成。結(jié)合本次的ReHo分析結(jié)果可知,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能障礙。

本研究基于DTI檢查的腦功能FA、MD分析結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,研究組受試者的前放射冠、上放射冠、后放射冠、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、穹隆/終紋、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部出現(xiàn)了明顯的FA降低和MD升高現(xiàn)象。提示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現(xiàn)了腦白質(zhì)纖維病變。腦白質(zhì)是大腦內(nèi)部神經(jīng)纖維聚集的地方,腦白質(zhì)纖維主要分為3大類,分別為連合纖維、投射纖維與聯(lián)絡(luò)纖維,連合纖維比如胼胝體、穹窿等,投射纖維比如皮質(zhì)脊髓束、額橋束等,聯(lián)絡(luò)纖維比如額枕束、鉤束等。當(dāng)神經(jīng)纖維病變將會(huì)累及所參與組成的神經(jīng)元功能,進(jìn)而對(duì)相應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響,最終引起該神經(jīng)系統(tǒng)所控制的人體功能出現(xiàn)異常。前放射冠、上放射冠、后放射冠、丘腦后輻射均屬于放射冠白質(zhì)區(qū)域,放射冠是從內(nèi)囊到大腦皮質(zhì)之間的放射狀纖維[14]。目前對(duì)放射冠區(qū)域的不同投射纖維排列規(guī)律尚未明確,由于該處的纖維排列比較分散,當(dāng)該放射冠區(qū)域的纖維發(fā)生病變后通常會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,比如失語、運(yùn)動(dòng)障礙等。本研究結(jié)果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現(xiàn)了明顯的放射冠區(qū)域的纖維完整性受損,故而可出現(xiàn)失語、運(yùn)動(dòng)障礙等癥狀表現(xiàn)。內(nèi)囊是大腦皮層與腦干、脊髓聯(lián)絡(luò)的神經(jīng)纖維區(qū)域,該區(qū)域位于神經(jīng)節(jié)與丘腦之間,通往大腦皮層的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維以及感覺神經(jīng)纖維。因此,內(nèi)囊在人體大腦完成于外界信息的交流方面發(fā)揮著重要的作用。本研究結(jié)果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現(xiàn)了明顯的內(nèi)囊區(qū)域纖維受損,進(jìn)而可引起運(yùn)動(dòng)與感知功能異常,可導(dǎo)致患者出現(xiàn)異樣感覺、不受控制的動(dòng)作或者運(yùn)動(dòng)功能減弱、喪失等。外囊是位于豆?fàn)詈撕推翣詈酥g的薄層白質(zhì)纖維板,其背側(cè)與內(nèi)囊相連,部分皮質(zhì)中的傳出纖維經(jīng)過外囊下行。因此,外囊區(qū)域的纖維損傷可引起運(yùn)動(dòng)功能障礙。本研究結(jié)果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現(xiàn)了明顯的外囊區(qū)域纖維受損,進(jìn)而可出現(xiàn)肢體無力或者癱瘓、吞咽障礙等。上縱束是將大腦半球同側(cè)的額葉、頂葉、顳葉聯(lián)系起來的重要白質(zhì)區(qū)域,也是腦中最大的聯(lián)絡(luò)纖維,因此上縱束纖維的損傷涉及人體語言、運(yùn)動(dòng)、感知、認(rèn)知、記憶等多方面的功能。胼胝體是腦中最大的聯(lián)合纖維,胼胝體連接了兩側(cè)的大腦半球,其中的大部分纖維所連接的是大腦半球所對(duì)應(yīng)的區(qū)域,實(shí)現(xiàn)大腦半球之間的信息傳輸。胼胝體涉及嘴部、膝部、體部與壓部,本研究顯示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者胼胝體受損的是膝部、體部與壓部,其中胼胝體膝聯(lián)系額葉部分,胼胝體體部聯(lián)系枕葉部分,胼胝體壓部聯(lián)系顳葉、頂葉部分。故抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者會(huì)出現(xiàn)語言、運(yùn)動(dòng)、感知、認(rèn)知、記憶等多方面的功能異常。

綜上所述,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可出現(xiàn)腦功能中的記憶功能、認(rèn)知功能、運(yùn)動(dòng)功能衰退的現(xiàn)象,與之大腦存在廣泛的腦白質(zhì)纖維病變有關(guān),放射冠、內(nèi)囊、外囊、上縱束、胼胝體均發(fā)生腦白質(zhì)纖維病變。