李蕓菲， 孟凡華， 胡綺莉， 宋英杰， 華廣美， 趙小虎， 萬凱明

(復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院放射科，上海 200240)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s diseases, AD)主要表現(xiàn)為進(jìn)行性記憶認(rèn)知損害。海馬作為邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，在學(xué)習(xí)、記憶和情感等方面起著重要作用。海馬神經(jīng)元丟失被認(rèn)為是AD發(fā)病的早期跡象[1-2]。較長時(shí)間以來，研究者均把海馬作為一個(gè)功能整體，認(rèn)為海馬整體負(fù)責(zé)記憶相關(guān)功能。然而，近年來有證據(jù)表明海馬存在功能分區(qū)，其前部后部負(fù)責(zé)不同功能[3-4]。前海馬主要與情緒和情感有關(guān)；后海馬與記憶和認(rèn)知功能密切相關(guān)[5-6]。AD患者以記憶障礙為主要癥狀，因此推測其主要損害海馬后部結(jié)構(gòu)。本研究利用MRI體素形態(tài)學(xué)分析(voxel-based morphometry, VBM)方法，對左右側(cè)海馬前后部分割，探索AD患者是否為選擇性海馬后部損害。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院門診27例AD患者，其中男性13例，女性14例，平均年齡(66.04±9.01)歲，均為漢族、右利手。AD患者均符合美國國立神經(jīng)病、語言障礙和卒中研究所阿爾茨海默病及相關(guān)疾病協(xié)會(huì)2011年診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]，采用統(tǒng)一簡明智能狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination, MMSE)進(jìn)行認(rèn)知能力評(píng)估。MRI排除血管性癡呆和其他可導(dǎo)致癡呆的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，無嚴(yán)重軀體疾病和煙、酒等物質(zhì)濫用情況，無膽堿酯酶抑制劑使用史，排除抑郁癥。22例正常老年受試者為對照組，其中男性12例，女性10例，平均年齡(63.50±6.05)歲，均為漢族，右利手。入組標(biāo)準(zhǔn)：(1) 受教育時(shí)間>5年；(2) MMSE 評(píng)分正常；(3) 視 力、聽力、言語正常；(4) 無重要臟器疾病；(5) 無顱腦疾?。?6) 無精神病史；所有受試者已簽署知情同意書，一般資料見表1。

1.2 MRI數(shù)據(jù)采集

所有受試者均接受西門子Verio 3.0 T MRI掃描，使用標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈，以3DMPRAGE序列采集全腦高分辨率結(jié)構(gòu)像；掃描參數(shù)：TR=2300ms，TE=2.98ms，TI=900ms,翻轉(zhuǎn)角=9°，層厚=1mm，無層間距，矩陣為256×256，體素大小為1mm×1mm×1mm。檢查注意事項(xiàng)：(1) 橡皮耳塞降低噪聲；(2) 泡沫固定頭部(減少運(yùn)動(dòng)偽影)。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用Matlab 2013b作為操作平臺(tái)，利用SPM8(Statistical Parametric Mapping 8)和VBM8對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和組織分割。VBM方法是基于體素的形態(tài)學(xué)分析方法，以Dartel組織概率模板對腦組織分割[8]。

數(shù)據(jù)處理主要處理步驟：所有數(shù)據(jù)的高分辨率全腦結(jié)構(gòu)像標(biāo)準(zhǔn)化到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的立體模板空間(MNI空間)；將標(biāo)準(zhǔn)化后的腦結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、平滑，得到灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液；對平滑后灰質(zhì)圖像進(jìn)行重新采樣，重采樣后體素大小為1.5mm×1.5mm×1.5mm；根據(jù)Fan等[4]提出的Brainnetome atlas海馬分區(qū)模板(模板下載地址http：∥atlas.brainnetome.org)，將左右側(cè)海馬分割前部和后部，見圖1。用Restplus軟件估算AD患者左右側(cè)海馬前后部的體積值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 AD患者左右側(cè)海馬前后部體積

Restplus軟件估算AD患者左右側(cè)海馬前后部體積。左側(cè)海馬前部體積為(0.59±0.13) cm3；左側(cè)海馬后部體積為(0.42±0.81) cm3；右側(cè)海馬前部體積為(0.48±0.98) cm3；右側(cè)海馬后部體積為(0.45±0.85) cm3。

2.2 AD患者左右側(cè)海馬前后部體積改變

采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較AD患者與正常對照組兩側(cè)海馬前后部差異。結(jié)果顯示：與正常對照組相比，AD患者左側(cè)海馬后部及右側(cè)海馬后部體積明顯減小(FWE校正，P<0.001，t=3.277)，體積減小區(qū)域如圖2 所示，紅色越明顯提示體積減小更為明顯；左側(cè)海馬前部與右側(cè)海馬前部體積未見明顯變化。

圖2 AD患者左右側(cè)海馬后部體積改變Fig.2 The volume changes of the posterior left and right hippocampus in AD patient與正常對照組相比，AD患者左側(cè)海馬后部及右側(cè)海馬后部體積明顯減小(FWE校正，P<0.001，t=3.277)，紅色越明顯提示海馬體積萎縮越顯著

2.3 AD患者海馬前后部體積與MMSE評(píng)分相關(guān)性分析

AD患者左側(cè)及右側(cè)前后部體積值與MMSE評(píng)分的皮爾遜相關(guān)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)果顯示，與正常人相比，AD患者左右側(cè)海馬前后部體積均值與MMSE評(píng)分存在相關(guān)性(P<0.05)。其中左側(cè)海馬后部與MMSE評(píng)分相關(guān)性最為顯著(r=0.412，P<0.001)，見圖3。

3 討 論

AD以情景記憶損害為主要特征[9]。海馬在記憶存儲(chǔ)中起到重要作用。新的研究發(fā)現(xiàn)，海馬前部和后部功能存在分化，后部主要與空間記憶和情景記憶密切相關(guān)[5-6,10]，而前部與情緒等因素相關(guān)。因此，推測AD患者海馬損害可能以后部為主，而不是整體平行受損。

圖3 AD患者左右側(cè)海馬前后部體積與MMSE評(píng)分的相關(guān)性Fig.3 Correlation between MMSE score and volume of bilateral anterior and posterior hippocampus in patients with ADA：左側(cè)海馬；藍(lán)色表示AD患者左側(cè)海馬前部與MMSE評(píng)分相關(guān)性(r=0.368，P=0.001)，紅色表示AD患者左側(cè)海馬后部與MMSE評(píng)分相關(guān)性(r=0.412，P<0.001)；B：右側(cè)海馬；藍(lán)色表示AD患者右側(cè)海馬前部與MMSE評(píng)分相關(guān)性(r=0.182，P=0.026)，紅色表示AD患者右側(cè)海馬前部與MMSE評(píng)分相關(guān)性(r=0.215，P=0.015)

本研究基于VBM方法，對比分析正常老年人與AD患者左右側(cè)海馬前后部體積差異，發(fā)現(xiàn)AD患者主要左右側(cè)海馬后部發(fā)生了明顯萎縮，而左右側(cè)海馬前部體積較正常人無明顯差異；相較海馬其他區(qū)域，左側(cè)海馬后部體積與認(rèn)知評(píng)分的相關(guān)性最為顯著。

3.1 海馬解剖及其功能細(xì)分

海馬位于丘腦與內(nèi)側(cè)顳葉之間，在情景記憶、空間導(dǎo)航、鞏固長時(shí)記憶等認(rèn)知功能方面起關(guān)鍵作用。許多疾病與海馬結(jié)構(gòu)改變以及功能失調(diào)有關(guān)，例如精神分裂癥患者其海馬的杏仁核-復(fù)合體明顯萎縮[11]；抑郁癥患者也出現(xiàn)與情緒相關(guān)的海馬與皮層間功能連接異常[12]。

既往大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為海馬是與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的功能整體。隨著研究深入，越來越多的證據(jù)表明，海馬存在著解剖和功能分區(qū)[13-14]。通過探索動(dòng)物海馬體與皮層連接通路，發(fā)現(xiàn)前后部海馬與大腦其他區(qū)域的解剖聯(lián)系有明顯差異[15-17]。Kahn等[18]利用靜息態(tài)功能磁共振(resting functional MRI, r-fMRI)技術(shù)，在正常人腦內(nèi)也得到了相同結(jié)論。有研究根據(jù)海馬各部分功能連接區(qū)域不同，將其分為頭、體、尾3部分[19]。也有學(xué)者將海馬分為前后2個(gè)部分，海馬前部主要負(fù)責(zé)情緒、情感調(diào)控，而海馬后部則與空間、情景記憶和回憶等功能有關(guān)。不同疾病表現(xiàn)出的海馬前后部功能變化是不同的。一項(xiàng)針對創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙患者海馬前后部功能連接模式研究結(jié)果顯示，海馬后部與楔前葉功能連接下降，可能與其腦功能受損有關(guān)[5]。Voets等[20]發(fā)現(xiàn)慢性癲癇患者在海馬前后部之間表現(xiàn)出異常的靜息態(tài)功能連接。AD患者主要表現(xiàn)為回憶功能損害，因此推測，AD患者可能出現(xiàn)與回憶相關(guān)的海馬區(qū)域受損。

3.2 AD患者海馬后部選擇性萎縮

研究[21-22]表明，AD患者海馬體積出現(xiàn)萎縮，并且與認(rèn)知能力存在顯著相關(guān)，即萎縮程度越大，認(rèn)知能力下降越明顯。r-fMRI功能連接結(jié)果也證實(shí)AD患者海馬是主要受損部位[23]。正如前文所述，海馬存在解剖和功能分區(qū)，其中海馬后部與用于評(píng)價(jià)回憶能力的情景記憶和空間定位能力密切相關(guān)。AD患者最主要的臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性近事遺忘?？紤]這可能與AD患者回憶能力相關(guān)的海馬區(qū)域受損有關(guān)。本研究利用VBM技術(shù)，探究AD患者左右側(cè)海馬前后部體積受損情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AD患者兩側(cè)海馬后部明顯萎縮，而兩側(cè)海馬前部并未出現(xiàn)明顯改變，其中左側(cè)海馬后部體積與MMSE評(píng)分相關(guān)性最為顯著。這些結(jié)果提示，AD患者可能選擇性損害與回憶功能相關(guān)的海馬后部，而不是海馬整體平行受損。Blum等[23]探索青年人和老年人海馬前后部功能連接模式，發(fā)現(xiàn)海馬后部是老年人認(rèn)知調(diào)控的主要位點(diǎn)。本研究AD患者海馬后部萎縮，可能是AD患者認(rèn)知調(diào)控功能受損的原因之一。Carmichael等[22]運(yùn)用局部成分分析計(jì)算技術(shù)(localized components analysis, LoCA)，識(shí)別出390例被試者(包括AD患者、輕度認(rèn)知功能障礙患者、正常人)海馬萎縮的7種獨(dú)立模式，發(fā)現(xiàn)AD患者較MCI患者和正常人為海馬尾部萎縮更為顯著，并且與tau蛋白沉積、神經(jīng)心理學(xué)評(píng)分相關(guān)。結(jié)合本研究AD患者出現(xiàn)兩側(cè)海馬后部萎縮，本課題組認(rèn)為AD患者可能為選擇性海馬后部損傷。但Zarei等[19]一項(xiàng)有關(guān)AD患者海馬不同區(qū)域功能連接模式的研究發(fā)現(xiàn)，AD患者較正常人海馬頭部功能連接活動(dòng)增強(qiáng)，海馬體部功能連接活動(dòng)下降。這可能與海馬前部并未出現(xiàn)明顯受損，其功能活動(dòng)發(fā)生代償性升高有關(guān)。

已有研究證實(shí)，成年人海馬體積會(huì)隨著年齡增長出現(xiàn)一定程度萎縮[24-25]，本研究充分考慮年齡可能對海馬體積變化的影響，將年齡作為協(xié)變量，消除了與年齡有關(guān)的海馬體積萎縮的影響。

3.3 本研究的不足與局限性

本研究初步探索AD患者海馬回憶功能區(qū)域的選擇性損害，對傳統(tǒng)針對海馬整體變化的研究作了一定補(bǔ)充。但本研究樣本量相對較小，并未開展AD患者海馬前后部體積縱向變化研究?？紤]到本研究的局限性，未來工作中會(huì)擴(kuò)大樣本量，展開縱向隨訪研究。

本研究利用VBM方法分析AD患者左右側(cè)海馬前后部腦灰質(zhì)體積改變，發(fā)現(xiàn)海馬體積萎縮主要發(fā)生在海馬后部。該結(jié)果表明，AD患者可能是與回憶功能有關(guān)的海馬后部區(qū)域選擇性損害，這為了解AD可能的發(fā)生機(jī)制提供了新的思路。