蔣弘陽 丁忠祥 張寒

近年來，全世界兒童青春期年齡有逐漸提前的趨勢。中樞性性早熟是臨床常見的一類性早熟，女童的發(fā)病率為男童的5～10倍，其中90%為特發(fā)性中樞性性早熟（idiopathic central precocious puberty，ICPP）[1-2]。下丘腦作為人類大腦神經(jīng)內(nèi)分泌的中樞，具有調(diào)控青春期性激素分泌的重要功能。靜息態(tài)腦功能可被用于探索青春期大腦功能的改變，筆者以局部一致性（regional homogeneity，ReHo）、基于下丘腦為種子點(diǎn)的靜息態(tài)功能連接分析（seed-based connectivity analysis，SCA）研究ICPP患兒靜息態(tài)腦功能的差異，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 收集2016年2月至2017年12月浙江省人民醫(yī)院就診的女童39例，年齡6～9歲，均行頭顱磁共振檢查排除中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤或其他遺傳性疾病。其中確診ICPP女童26例（ICPP組），正常發(fā)育女童13例（正常對(duì)照組）。ICPP組納入標(biāo)準(zhǔn)：年生長速率高于正常兒童（＞2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差單位）；體格檢查Tanner分級(jí)Ⅱ級(jí)或以上，促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）激發(fā)試驗(yàn)達(dá)青春期水平 [黃體生成素（luteinizing hormone，LH）峰值＞5 U/L，身高、LH 峰值/卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）峰值＞0.6][3]。排除標(biāo)準(zhǔn)：繼發(fā)性性早熟；不完全性早熟（單純性乳房早發(fā)育、腎上腺功能早現(xiàn)、單純性陰毛早現(xiàn)、單純性早初潮）患兒，需隨訪6個(gè)月，并結(jié)合GnRH激發(fā)試驗(yàn)、骨齡、生長速率等排除是否為性早熟的最初癥狀。正常對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：體格檢查無乳房結(jié)節(jié)或陰毛早現(xiàn)，近期無明顯生長加速，身高符合該年齡身高±2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差單位。剔除圖像預(yù)處理時(shí)以3 mm、3°頭動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的9例，最終納入ICPP組18例，正常對(duì)照組12例。兩組女童年齡、體重及BMI比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），身高、LH水平與LH/FSH比值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01），見表1。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)，所有監(jiān)護(hù)人均簽署書面知情同意書。

1.2 磁共振數(shù)據(jù)采集 使用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀，通用磁共振成像系統(tǒng)和8通道頭部專用線圈。均由同一位熟練操作者采集數(shù)據(jù)，掃描序列包含高分辨率T1WI序列和靜息態(tài)腦功能核磁共振成像。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程中，囑咐女童保持靜止、身體放松、不進(jìn)行思考、雙眼睜開平視前方。在階段掃描完成后及時(shí)評(píng)估磁共振數(shù)據(jù)質(zhì)量，對(duì)于頭動(dòng)過大的數(shù)據(jù)，予以重新掃描。掃描參數(shù)如下：（1）靜息態(tài)腦功能掃描采用平面回波成像技術(shù)（EPI）序列：TR=2 s，TE=30 ms，翻轉(zhuǎn)角 90°，層厚 3.2 mm，矩陣 64×64，掃描視野 220×220。每次檢查序列包含210個(gè)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)包含44層。（2）高分辨率 T1WI序列：TR=6.8 ms，TE=3 ms，翻轉(zhuǎn)角 12°，層厚1 mm，矩陣 256×256，掃描視野 216×216。數(shù)據(jù)搜集完成后，檢查圖像，避免顱底骨質(zhì)、雙側(cè)乳突及磁場信號(hào)不均引起的信號(hào)缺失和信號(hào)噪聲。

1.3 圖像預(yù)處理 在Matlab 2016b環(huán)境下，應(yīng)用基于SPM8的DPARSF工具包進(jìn)行預(yù)處理。ReHo與SCA皆需在預(yù)處理前刪除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)所掃描的數(shù)據(jù)，以確保血氧水平依賴（blood oxygen level dependence，BOLD）信號(hào)的穩(wěn)定；而后行時(shí)序校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化。ReHo需使用0.01～0.1 Hz頻段濾波去除低頻生理信號(hào)和高頻隨機(jī)噪聲，分析完成后需以半高全寬行6 mm平滑核的高斯平滑處理。SCA需在空間標(biāo)準(zhǔn)化后行去線性漂移和回歸協(xié)變量、濾波和高斯平滑[4]。

在預(yù)處理階段，使用DPARSF對(duì)大腦結(jié)構(gòu)像（高分辨T1WI）不同成分進(jìn)行分割，分為白質(zhì)、灰質(zhì)和腦脊液。采用SPM8的Calculate功能，將所有女童結(jié)構(gòu)像的大腦灰質(zhì)部分作平均值運(yùn)算（閾值＞0.3）生成灰質(zhì)蒙版。在灰質(zhì)蒙版范圍內(nèi)運(yùn)算ReHo分析可以來消除大腦白質(zhì)、腦脊液等對(duì)結(jié)果的影響。

下丘腦感興趣區(qū)（region of interest，ROI）確定：根據(jù)Baroncini等[5]和Kullmann等[6]的成人下丘腦功能網(wǎng)絡(luò)研究，選定雙側(cè)下丘腦內(nèi)側(cè)部為坐標(biāo)，見圖1。使用WFU_PickAtlas軟件（http://fmri.wfubmc.edu/software/pickatlas），在雙側(cè)坐標(biāo)點(diǎn)以3 mm為直徑繪制兩個(gè)（3×3×3）mm3的球體作為 ROI，每一側(cè)的 ROI包含 1 個(gè)體素。

表1 兩組女童一般資料的比較

圖1 基于下丘腦為種子點(diǎn)的靜息態(tài)功能連接分析所選取的感興趣區(qū)[位于雙側(cè)側(cè)下丘腦內(nèi)側(cè)部，蒙特利爾坐標(biāo)系（x：±4；y：-2；z：-12）；使用 WFU_PickAtlas軟件繪制兩個(gè)（3×3×3）mm3的球體為ROI]

2 結(jié)果

2.1 ReHo分析 ICPP組ReHo值減低的腦區(qū)有雙側(cè)的內(nèi)側(cè)前額葉皮層和前扣帶回皮層（包含Brodmann11、24、25、32腦區(qū)），見表 2。

表2 ICPP組ReHo值顯著減低的腦區(qū)

2.2 兩組女童下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)差異的腦區(qū) 正常對(duì)照組和ICPP組均出現(xiàn)與下丘腦相關(guān)聯(lián)的活躍腦區(qū)，經(jīng)雙樣本t檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，5個(gè)腦區(qū)的具有顯著意義的腦區(qū)（ICPP組＞正常對(duì)照組），分別為雙側(cè)前額葉皮層、楔前葉皮層及右側(cè)頂葉皮層，見表3及圖2（插頁）。

表3 ICPP組下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)顯著差異的腦區(qū)

圖2 兩組女童下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)差異的腦區(qū)[紫色實(shí)線內(nèi)為蒙版的范圍；暖色區(qū)域?yàn)镮CPP組較正常對(duì)照組有顯著差異的腦區(qū)，右側(cè)前額葉（t=4.46）、左側(cè)前額葉（t=5.17）、右側(cè)楔前葉（t=4.75）、左側(cè)楔前葉（t=4.81）及右側(cè)頂葉（t=3.85）皮層與下丘腦的功能連接增強(qiáng)]

3 討論

人類大腦的發(fā)育包含功能性變化和結(jié)構(gòu)性的變化，既往對(duì)于功能連接網(wǎng)絡(luò)的研究表明人類嬰兒時(shí)期的大腦和成人時(shí)期的大腦在功能磁共振序列下有著顯著不同[7]。大腦的發(fā)育是從局限性功能連接到離散性功能連接的漸進(jìn)性變化[8]。目前的研究表明，ICPP是一種沒有器質(zhì)性病變的內(nèi)分泌功能失調(diào)，單純表現(xiàn)為進(jìn)入青春期的年齡提前。筆者通過比較ICPP患兒和同年齡階段正常女童的大腦功能連接差異，特別是下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)，研究兒童大腦功能連接網(wǎng)絡(luò)的變化方式。

腦功能連接在原理上是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，評(píng)價(jià)不同神經(jīng)生理活動(dòng)之間的相關(guān)性或一致性。ReHo分析是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析手段，能夠較好地減弱BOLD數(shù)據(jù)中的信號(hào)噪聲所帶來的影響，可以通過肯德爾一致性系數(shù)來評(píng)估大腦BOLD圖像中一個(gè)像素與其鄰近像素的一致性，已被廣泛用于精神分裂、抑郁癥、自閉癥、阿爾茨海默癥等疾病的臨床研究中。大腦每個(gè)區(qū)域的發(fā)育順序存在差異，前額葉的結(jié)構(gòu)與功能的發(fā)育與青春期有著密切關(guān)系。Sisk等[9]發(fā)現(xiàn)前額葉是大腦中與執(zhí)行功能有關(guān)的區(qū)域，在青春期前額葉的發(fā)育要晚于與其他與行為獎(jiǎng)勵(lì)功能相關(guān)的大腦區(qū)域；這一發(fā)現(xiàn)解釋了青春期行為問題的產(chǎn)生機(jī)制，同時(shí)也說明大腦前額葉的發(fā)育與青春期有著密切的關(guān)系。Piekarski等[10]研究表明大腦內(nèi)側(cè)前額葉的發(fā)育是受青春期荷爾蒙調(diào)控，抑制性神經(jīng)突觸傳遞增加導(dǎo)致了內(nèi)側(cè)前額葉的提前發(fā)育；γ-氨基丁酸是一種抑制性的神經(jīng)遞質(zhì)，與大腦的執(zhí)行功能有關(guān)，其分泌增加可以改善自我控制的能力。本研究發(fā)現(xiàn)ICPP患兒在內(nèi)側(cè)前額葉皮層ReHo降低，說明在內(nèi)側(cè)前額葉局部像素間的功能連接減弱。該變化符合正常青春期的大腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)育模式，是一種“短程連接減弱”的模式。

下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)最初被用于研究與攝食行為相關(guān)聯(lián)的高級(jí)皮層與下丘腦的關(guān)系，以及下丘腦神經(jīng)元如何整合入離散式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[6，11]。雖然先前的研究者們使用了不同的ROI選擇下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)，他們得到的結(jié)果卻是一致的，都觀察到下丘腦和額葉皮層之間增強(qiáng)的功能連接，前額葉皮層、顳葉皮層、扣帶旁溝皮層、上枕葉皮層與下丘腦也存在功能連接。但是，目前尚沒有研究者將這種方法應(yīng)用于兒童腦功能網(wǎng)絡(luò)研究，本研究首次觀察到了ICPP兒童靜息態(tài)功能磁共振顯示的下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)的存在。ICPP組的下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)與同齡的正常對(duì)照組之間存在顯著差異，其更接近先前Kullmann等[6]與Lips等[11]所得到的成人下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)。

本實(shí)驗(yàn)研究表明大多數(shù)的像素簇位于額葉和頂葉這些與生長發(fā)育有著密切關(guān)系的皮層區(qū)域，證明它們是下丘腦功能網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)成成分。在前額葉中與認(rèn)知功能和執(zhí)行功能相關(guān)的內(nèi)側(cè)和背側(cè)前額葉顯示出與下丘腦更為顯著的功能連接[12-13]；內(nèi)側(cè)下丘腦蘊(yùn)含功能異質(zhì)性的神經(jīng)元，能夠調(diào)控性腺激素的分泌[14]；筆者推測實(shí)驗(yàn)組前額葉與下丘腦之間增強(qiáng)的功能連接與ICPP女童的下丘腦-垂體-性腺軸提前激活有關(guān)（實(shí)驗(yàn)組就是ICPP）。兩者之間密切的聯(lián)系，同時(shí)也能證明前額葉皮層的發(fā)育是受性腺激素所調(diào)控的。楔前葉和后扣帶回是大腦結(jié)構(gòu)連接和功能連接中最重要的樞紐，它們?cè)贒osenbach等[15]通過功能成像預(yù)測個(gè)體生長發(fā)育的模型中具很高的權(quán)重；后扣帶回也是傳統(tǒng)靜息態(tài)腦功能連接網(wǎng)絡(luò)研究中用以確定默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的重要感興趣區(qū)[16-17]，它在記憶回溯和情感表達(dá)起重要的作用[18]。功能連接網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著大腦的發(fā)育動(dòng)態(tài)變化。Supekar等[19]和Gu等[20]發(fā)現(xiàn)在后扣帶回和內(nèi)側(cè)前額葉網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間的連接隨年齡的增加而增強(qiáng)。在兒童時(shí)期的腦功能拓?fù)溲芯恐?，大腦的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)樞紐位于這些初級(jí)功能皮層區(qū)域；隨著青春期的生長發(fā)育，這些網(wǎng)絡(luò)樞紐逐漸由更高級(jí)的功能網(wǎng)絡(luò)替代。這些變化都表明青春發(fā)育時(shí)期，大腦的功能網(wǎng)絡(luò)針對(duì)不同基本功能進(jìn)行針對(duì)性局部調(diào)整。

本研究也存在一定的局限性，實(shí)驗(yàn)樣本量偏少，僅能滿足組水平的統(tǒng)計(jì)分析，不能使用Bonferroni校正、FWE（Family Wise Error）校正等更嚴(yán)格的多重比較校正。本研究采用的FDR校正和AlphaSim校正也是較好的控制陽性錯(cuò)誤的方法，對(duì)于前瞻性的探索實(shí)驗(yàn)，能夠保存更多有效的陽性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本研究樣本量偏少是由于本研究對(duì)象為女童，且對(duì)年齡和激素水平有較為嚴(yán)格的要求；對(duì)于健康的青春前期的女童，較難說服家長同意進(jìn)行耗時(shí)較長的磁共振檢查；同時(shí)，靜息態(tài)腦功能分析對(duì)圖像穩(wěn)定性有較高要求，部分小齡兒童在掃描時(shí)容易煩躁不安，導(dǎo)致圖像剔除。

綜上所述，ICPP女童的內(nèi)側(cè)前額葉的ReHo值與下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)存在異常，提前出現(xiàn)了近似于成年人（或正常兒童青春后期）的靜息態(tài)功能連接的模式。活躍的下丘腦功能連接網(wǎng)絡(luò)對(duì)于特發(fā)性性早熟具有影像標(biāo)志意義，下丘腦網(wǎng)絡(luò)的從無到有是青春期大腦發(fā)育模塊化重組的結(jié)果，在某種程度上反映了下丘腦-垂體-性腺軸的激活，說明下丘腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展受到青春期性腺激素的影響。