鄭 波 趙田鏡 陳家飛 胡曉飛

認知功能損害是中老年人群中普遍存在的一個問題，其中輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）是指正常老化導致的認知功能下降和早期癡呆之間的一種狀態(tài)[1]。MCI病人的獨立生活能力不受影響，但存在客觀的認知功能損害證據(jù)。研究表明，MCI可能是阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease，AD）的早期表現(xiàn)，病人由MCI轉(zhuǎn)化為癡呆的比例高達7.1%，而這一比例在認知功能正常的受試者中只占0.2%[1]。對MCI階段的病人做出準確診斷并采取干預措施，可有效降低其罹患癡呆的風險，減輕社會和家庭的負擔[2]。MCI作為一種神經(jīng)退行性改變，大腦的鐵沉積可能在其中擔當重要角色[3]。而定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping，QSM）已被證實可以對腦組織的鐵沉積進行無創(chuàng)定量分析[4-5]。本研究擬采用QSM分析MCI病人大腦鐵沉積的特點，為揭示MCI的腦損害機制及疾病診斷提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 于2016年5月—2017年4月通過張貼海報、義診宣傳的方式在社區(qū)中招募符合研究納入標準的MCI病人30例和正常對照者（normal control，NC）30 名。其中 MCI組年齡（58.20±6.78）歲，男 18 例，女 12 例，受教育（10.47±3.14）年；NC 組年齡（56.97±4.77）歲，男 15 名，女 15 名，受教育（11.06±2.41）年。 2 組間年齡（t=0.815，P=0.419）、性別（χ2=0.606，P=0.438）和受教育水平（t=-0.831，P=0.409）匹配，差異均無統(tǒng)計學意義。MCI診斷依據(jù)《精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊（第五版）》（DSM-Ⅴ）：①自訴或家屬告知記憶力減退；②存在客觀的認知功能損害的證據(jù)；③總體認知功能正常；④日常生活能力未受損，即日常生活能力量表≤23分。2組納入標準：年齡45～70歲，性別不限，右利手，受教育≥6年。2組排除標準：①存在大腦器質(zhì)性病變，如腦卒中、腦腫瘤、腦外傷等；②存在癡呆征象[簡易精神狀態(tài)檢查表（mini-mentalstateexamination，MMSE）≤24 分]的受試者或其他精神疾病史的病人；③存在心臟、肝臟、腎臟等器官的嚴重損害；④糖尿病病人及血壓控制不佳的高血壓病人；⑤視覺和聽覺功能嚴重受損；⑥MRI掃描禁忌證，如幽閉恐懼癥、金屬假體植入等。本研究方案通過醫(yī)院倫理委員會審查，實驗過程嚴格遵照實驗方案開展。所有受試者均被告知詳細的實驗流程，并簽署知情同意書。

1.2 量表測試 對所有受試者的認知功能水平進行測試，涵蓋主要的認知功能領域：①總體認知功能的評估采用MMSE和蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitiveassessment，MoCA）；②注意-執(zhí)行功能的評估采用連線測試A和B（trail makingtest A and B，TMT-A，TMT-B）、分類詞語流暢性測試（category verbal fluency test，VFT）；③記憶功能的評估采用聽覺詞語學習測試（auditory verbal learning test，AVLT）中的短時和長時延遲記憶測試，Rey-Osterri eth復雜圖形測試（Rey-Osterrieth complex figure，ROCF）中的延遲記憶測試；④語言功能評估采用波士頓命名測試（Boston naming test，BNT）；⑤視空間功能評估采用ROCF臨摹測試。實施測試者經(jīng)過專業(yè)培訓并具有相關(guān)資質(zhì)，對受試者的分組情況不知情。

1.3 設備與方法 采用Simens Avanto1.5 TMRI掃描設備，16通道線圈。采集常規(guī)T1WI、T2WI和液體衰減反轉(zhuǎn)恢復（FLAIR）影像以排除腦的器質(zhì)性病變，然后行磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）用于后續(xù)的定量分析。SWI采用三維流量補償擾相梯度回波序列，行橫斷面掃描，TR=28 ms，TE=20 ms，翻轉(zhuǎn)角=17°，層數(shù)=80，層間距=0.4 mm，矩陣 256×256，體素為 1 mm×1 mm× 2 mm，帶寬=100 Hz，掃描時間5 min 32 s。

1.4 數(shù)據(jù)分析 所有受試者的 T1WI、T2WI和FLAIR影像經(jīng)放射科醫(yī)師評估是否存在大腦器質(zhì)性病變。然后采用磁化率成像與相位偽影消除工具（SMART）對原始SWI圖像進行預處理，該過程符合標準的預處理步驟[6]。基于預處理完成的數(shù)據(jù)，采用核磁共振信號處理（signal processing in nuclear magnetic resonance，SPIN）軟件測量興趣區(qū)（ROI）的磁化率值作為鐵含量的推定值，ROI包括海馬、丘腦、尾狀核頭、殼核、蒼白球、紅核、黑質(zhì)，以及額葉皮質(zhì)、頂葉皮質(zhì)、枕葉皮質(zhì)（圖1）。大腦器質(zhì)性病變評估和ROI勾畫均由2名有3年以上工作資歷的放射科診斷醫(yī)師完成，同一ROI的磁化率值取2名醫(yī)師測值的平均值，對于有異議的問題請更高年資的醫(yī)師參與討論并達成一致意見。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料以均數(shù)±標準差s）表示，計數(shù)資料以例表示。采用χ2檢驗對2組間性別進行比較。對連續(xù)變量進行Kolmogorov-Smirnov正態(tài)分布檢驗，并對符合正態(tài)分布的變量進行獨立樣本t檢驗。以年齡、性別和受教育年數(shù)作為協(xié)變量，采用偏相關(guān)分析探討MCI病人大腦鐵沉積與認知功能改變之間的關(guān)系。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。QSM數(shù)據(jù)的組間比較結(jié)果進行Bonferroni校正 （10個腦區(qū)的左、右側(cè)行組間比較，P＜0.001表示差異有統(tǒng)計學意義）。

2 結(jié)果

2.1 2組間量表測試評分資料比較 MCI組MMSE、MoCA、AVLT-短時延遲記憶、AVLT-長時延遲記憶評分均低于NC組 （均P＜0.05），MCI組完成TMT-B的耗時長于NC組（均P＜0.05），其余的認知功能量表測試結(jié)果差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），詳見表1。

2.2 2組間各腦區(qū)QSM數(shù)據(jù)比較 2組的QSM數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。MCI組的雙側(cè)海馬、左側(cè)丘腦、右側(cè)尾狀核頭、左側(cè)殼核的磁化率值均高于NC組（均P＜0.05），經(jīng)Bonferroni校正后MCI組雙側(cè)海馬的磁化率值均高于NC組（均P＜0.001）。

2.3 MCI組量表評分與QSM改變的相關(guān)分析 左側(cè)海馬磁化率值與AVLT-短時延遲記憶（rs=-0.531，P=0.004）、AVLT-長時延遲記憶（rs=-0.412，P=0.033）評分呈負相關(guān)，右側(cè)海馬磁化率值與AVLT-短時延遲記憶 （rs=-0.590，P=0.001）、AVLT-長時延遲記憶（rs=-0.414，P=0.032）評分亦呈負相關(guān)（圖 2）。海馬磁化率值與TMT-B耗時之間無相關(guān)性。

表2 MCI組與NC組各腦區(qū)磁化率值比較 ppb

圖1 ROI勾畫示意圖

圖2 相關(guān)分析圖。A圖為左側(cè)海馬磁化率值與AVLT-短時延遲記憶評分之間相關(guān)分析圖；B圖為左側(cè)海馬磁化率值與AVLT-長時延遲記憶評分之間相關(guān)分析圖；C圖為右側(cè)海馬磁化率值與AVLT-短時延遲記憶評分之間相關(guān)分析圖；D圖為右側(cè)海馬磁化率值與AVLT-長時延遲記憶評分之間相關(guān)分析圖。

3 討論

本研究采用QSM法對MCI病人多個腦區(qū)的鐵含量展開定量分析，發(fā)現(xiàn)MCI病人存在雙側(cè)海馬的磁化率值顯著升高，其中海馬的磁化率值升高與病人的記憶水平下降密切相關(guān)，提示MCI病人大腦存在以海馬為主的鐵沉積，大腦鐵沉積可能是MCI病人認知功能損害的風險因素之一。

QSM是近年來在SWI的基礎上發(fā)展而來的一種新的圖像后處理技術(shù)，它通過對相位信息進行重建、去纏繞、去背景等預處理獲得場圖，在場圖的基礎上重建出磁化率圖像。與SWI的不同之處在于，QSM無需依賴幾何學參數(shù)，因而可對磁敏感物質(zhì)的磁化率水平進行定量分析[7]。這種無創(chuàng)的定量檢測方式已經(jīng)成功應用于帕金森氏病[8]、肌萎縮側(cè)索硬化[9]等神經(jīng)退行性病變的研究中。而對于MCI的研究，目前多直接采用SWI數(shù)據(jù)進行鐵沉積測量[10]，或采用QSM數(shù)據(jù)對同時伴有糖尿病的MCI病人進行鐵沉積的分析[11]。本研究采用QSM法測量單純MCI病人腦鐵沉積，能夠更準確地反映MCI病人腦鐵沉積的特點，為深入理解MCI病人認知功能損害的機制提供神經(jīng)影像學依據(jù)。

本研究的QSM定量分析結(jié)果顯示MCI病人存在部分腦區(qū)鐵沉積。已有研究[12-13]證實，大腦在正常老化和神經(jīng)退行性改變過程中存在鐵沉積，鐵沉積可能通過氧化應激作用導致神經(jīng)元的損傷。鐵主要以亞鐵離子的形式進入細胞并以三價鐵離子的形式儲存于鐵蛋白中，但當發(fā)生鐵沉積時，細胞內(nèi)的鐵蛋白被消耗完畢，大量的亞鐵離子通過芬頓反應生成活性氧簇物質(zhì)。活性氧簇的強氧化能力一方面可以通過損害鐵蛋白功能和阻礙鐵蛋白mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯的過程，導致鐵蛋白中的鐵被釋放出來及降低新生鐵蛋白的水平，形成惡性循環(huán)[3]；另一方面還攻擊細胞內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，損害蛋白質(zhì)、膜脂、碳水化合物、DNA等細胞組分，最終導致細胞死亡[12]。已有研究[14]表明，在帕金森病、AD、Hallervorden-Spatz病等神經(jīng)變性疾病中，鐵沉積引發(fā)的氧化應激可能是導致神經(jīng)元死亡的首要原因。在MCI病人中已發(fā)現(xiàn)其血清鐵蛋白的水平顯著高于健康對照組，因此MCI可能存在發(fā)生腦鐵沉積的基礎條件[10]。本研究采用QSM法發(fā)現(xiàn)MCI組雙側(cè)海馬的鐵含量顯著升高，左側(cè)丘腦、右側(cè)尾狀核頭、左側(cè)殼核的鐵含量較對照組而言有升高的趨勢，驗證了MCI病人存在大腦鐵沉積的假設。

MCI病人大腦鐵沉積主要發(fā)生在雙側(cè)海馬，并且鐵含量與記憶功能水平下降密切相關(guān)。海馬是整合情景記憶信息的關(guān)鍵腦區(qū)[15]，也是AD病人大腦最易發(fā)生損傷的區(qū)域[16]。有研究[17-18]發(fā)現(xiàn)海馬體積的減小與MCI向AD轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，進展期的MCI病人右側(cè)海馬的萎縮率顯著高于穩(wěn)定的MCI病人?？紤]到MCI通常被認為是AD的前驅(qū)期，同時本研究發(fā)現(xiàn)MCI病人海馬鐵沉積與記憶功能呈負相關(guān)關(guān)系，因此推測MCI病人的海馬鐵沉積有可能成為預測MCI向AD轉(zhuǎn)化的影像學標志。與NC組相比，我們還發(fā)現(xiàn)MCI病人在TMT-B測試中的表現(xiàn)較差。有研究[19]證實孤立的殼核出血會導致病人額葉功能受損，進而發(fā)生注意-執(zhí)行功能障礙；多發(fā)性硬化臨床孤立綜合征病人的殼核也存在與任務負荷相關(guān)的注意-執(zhí)行功能障礙[20]。因此，我們推測MCI病人殼核鐵含量水平升高趨勢可能與TMT-B耗時增加有關(guān)。而記憶、注意-執(zhí)行功能這些認知功能領域的損害最終導致病人在總體認知功能評價（MMSE、MoCA）中得分低于對照組。

本研究存在以下局限性：①本研究是在體研究，缺少病理證據(jù)對研究結(jié)果加以證實；②MCI病人大腦鐵沉積的確切機制尚不明確，有待進一步研究；③相對較小的樣本量限制了本研究的統(tǒng)計效力，在未來的研究中加大樣本量有望解決這一問題。

綜上，本研究采用QSM法測定MCI病人大腦代表區(qū)域的磁化率值，發(fā)現(xiàn)MCI病人存在以雙側(cè)海馬為主的鐵沉積。海馬鐵沉積有可能成為預測MCI病人記憶功能損害的影像學標志。