王迪，王笑男，高平，張祎，李春媚，陳敏*

1.北京醫(yī)院放射科 國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院老年醫(yī)學(xué)研究院，北京 100730；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究生院，北京 100005；3.北京醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院老年醫(yī)學(xué)研究院，北京 100730；4.浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310030；*通信作者 陳敏 cjr.chenmin@vip.163.com

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是最常見的老年神經(jīng)退行性疾病，也是最常見的癡呆類型，其特征是認(rèn)知功能下降[1]。輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impairment，MCI）是一種介于正常和癡呆之間的中間狀態(tài)，被認(rèn)為是AD的前驅(qū)階段[2]。酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移（amide proton transfer，APT）磁共振成像是一種新型的磁共振分子成像技術(shù)，可以敏感地探測(cè)組織中游離蛋白質(zhì)和多肽[3]。既往有研究應(yīng)用APT磁共振成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)MCI、AD患者與正常對(duì)照組間均存在海馬APT值的差異[4-5]，但目前鮮有研究同時(shí)對(duì)AD、MCI和正常對(duì)照組進(jìn)行比較；且未關(guān)注額葉這一與大腦認(rèn)知相關(guān)的另一個(gè)重要腦區(qū)[6]。本研究利用3D APT磁共振成像技術(shù)對(duì)比AD、MCI患者和正常對(duì)照組雙側(cè)額葉灰質(zhì)和海馬APT參數(shù)的改變，探討APT磁共振成像技術(shù)在AD中的診斷價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性收集2020年9月—2022年1月在北京醫(yī)院接受檢查的AD患者29例、MCI患者19例和正常對(duì)照組20例。納入標(biāo)準(zhǔn)：AD組符合美國(guó)國(guó)立神經(jīng)病學(xué)、語(yǔ)言障礙和卒中研究所及阿爾茨海默病及相關(guān)疾病學(xué)會(huì)制訂的AD診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]，MCI組診斷標(biāo)準(zhǔn)采用2011年發(fā)布的最新診斷指南美國(guó)國(guó)家衰老研究所和阿爾茨海默病學(xué)會(huì)診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有腦血管病、腦腫瘤、腦炎等可致認(rèn)知功能障礙的疾??；②有精神類疾病史或服用精神類藥物史；③既往或目前濫用酒精；④幽閉恐懼癥。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)審查通過(guò)（批件號(hào)：2021BJYYEC-123）。所有受檢者均被詳細(xì)告知試驗(yàn)內(nèi)容和方法，并簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查 采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T MRI，64通道顱腦線圈。囑受檢者掃描過(guò)程中閉眼、保持頭部不動(dòng)，以海綿固定其頭部，降噪耳塞塞緊雙耳。首先進(jìn)行常規(guī)頭部T1WI、T2WI序列采集，確定受檢者無(wú)顱內(nèi)血管性或其他病變后，進(jìn)行下列序列采集：①高分辨率3D T1WI采用3D MPRAGE序列，掃描參數(shù)：矢狀位成像，視野256 mm×240 mm，層數(shù)176，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，TR 2 300 ms，TE 2.9 ms，TI 900 ms，翻轉(zhuǎn)角9°，采集時(shí)間5 min 12 s。②APT成像使用3D SPACE-化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（chemical exchange saturation transfer，CEST）序列，掃描參數(shù)：視野212 mm×212 mm，層數(shù)504，體素大小2.8 mm×2.8 mm ×2.8 mm，TR 3 000 ms，TE 17 ms，加速因子140，平均次數(shù)1.2，并行采集加速因子2，頻率表為：未飽和S0，±3，±3.5，±4，采集時(shí)間4 min 57 s。為校正B0場(chǎng)不均性的影響，使用3D GRE序列進(jìn)行B0場(chǎng)mapping，視野、分辨率與3D SPACE-CEST序列一致，并行采集加速因子2，采集時(shí)間1 min 47 s。APT總采集時(shí)間為6 min 44 s。

1.3 數(shù)據(jù)后處理 APT數(shù)據(jù)分析通過(guò)matlab（R2018a）軟件編程實(shí)現(xiàn)。使用SPM12工具包，將APT原始圖像和GRE B0原始圖像配準(zhǔn)到個(gè)體3DT1結(jié)構(gòu)圖像，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)偽影校正和B0場(chǎng)不均勻性校正。3D T1WI帶有自動(dòng)分割技術(shù)，可得到雙側(cè)額葉和海馬的分割亞區(qū)，從而計(jì)算雙側(cè)額葉和海馬的APT值，即3.5 ppm處非對(duì)稱性磁化傳遞率（magnetic resonance ratio asymmetry，MTRasym），計(jì)算公式：MTRasym=（S?3.5ppm?S3.5ppm）/S0，其中S?3.5ppm、S3.5ppm分別為施加飽和脈沖在?3.5 ppm和3.5 ppm的信號(hào)強(qiáng)度，S0為未施加飽和脈沖的信號(hào)強(qiáng)度。

1.4 臨床量表 對(duì)AD組和MCI組患者進(jìn)行簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表（mini-mental state examination，MMSE）評(píng)估[9]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件，采用Kolmogorov-Smirnow檢驗(yàn)對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用±s表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組間比較采用方差分析，對(duì)于MTRasym（3.5 ppm）多組間有差異的腦區(qū)進(jìn)一步行兩兩比較（Bonferroni校正）。計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。將雙側(cè)額葉灰質(zhì)和海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分分別進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。采用受試者工作特征（ROC）曲線評(píng)價(jià)APT參數(shù)對(duì)AD的診斷效能，計(jì)算曲線下面積（AUC）。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 AD組、MCI組和正常對(duì)照組年齡、性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。最終獲得24例AD組和16例MCI組的MMSE評(píng)分，兩組MMSE評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001），見表1。

表1 AD組、MCI組和正常對(duì)照組受檢者臨床資料比較

2.2 MTRasym（3.5 ppm）組間比較 左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）在3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.02），其余部位差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表2。兩兩比較發(fā)現(xiàn)，AD組左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）明顯高于MCI組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.02），見圖1。

表2 3組額葉灰質(zhì)和海馬MTRasym（3.5 ppm）比較（±s）

表2 3組額葉灰質(zhì)和海馬MTRasym（3.5 ppm）比較（±s）

注：MTRasym（3.5 ppm）：3.5 ppm處非對(duì)稱性磁化傳遞率；AD：阿爾茨海默?。籑CI：輕度認(rèn)知障礙

組別左側(cè)額葉皮層右側(cè)額葉皮層左側(cè)海馬右側(cè)海馬AD組 1.43±0.40 1.27±0.39 1.73±0.35 1.66±0.35 1.72±0.22正常對(duì)照組 1.27±0.25 1.23±0.41 1.81±0.22 1.74±0.24 MCI組1.13±0.38 1.08±0.39 1.73±0.34 F值4.18 1.37 0.49 0.50 P值 0.02 0.26 0.62 0.61

圖1 3組左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）對(duì)比。aP<0.05

2.3 MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分的相關(guān)性 右側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.36，P=0.03），見圖2。雙側(cè)額葉灰質(zhì)和左側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分無(wú)相關(guān)性。

圖2 右側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分的相關(guān)性

2.4 左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）對(duì)AD的診斷效能 ROC曲線分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）對(duì)鑒別AD和MCI具有一定的診斷效能（AUC=0.70，P=0.02），見圖3。

圖3 左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）診斷AD的ROC曲線

3 討論

APT技術(shù)是基于CEST的MRI技術(shù)，逐步應(yīng)用于腦腫瘤、卒中及神經(jīng)退行性疾病中[10-12]。APT技術(shù)通過(guò)測(cè)定交換過(guò)程中距離水頻率兩側(cè)±3.5 ppm處的MTRasym作為APT的信號(hào)強(qiáng)度[13]，能半定量檢測(cè)內(nèi)源性游離蛋白肽和多肽中的酰胺質(zhì)子，是最具臨床可行性的CEST成像類型之一。本研究利用3D APT技術(shù)發(fā)現(xiàn)左側(cè)額葉MTRasym（3.5 ppm）對(duì)AD和MCI具有一定的鑒別診斷效能，右側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分呈正相關(guān)，表明APT技術(shù)是一種無(wú)創(chuàng)、有潛力的診斷AD的MRI方法。

3.1 APT技術(shù)測(cè)量AD患者額葉灰質(zhì)的改變 額葉參與短期和長(zhǎng)期記憶，與認(rèn)知功能有關(guān)[14]。在AD和MCI患者中大腦額葉的改變已經(jīng)得到證實(shí)，如AD患者額葉體積萎縮、灌注減低、分?jǐn)?shù)低頻振幅改變、功能連接改變等[15-18]。本研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)額葉MTRasym（3.5 ppm）在AD組、MCI組和正常對(duì)照組中有顯著差異，且AD組明顯高于MCI組，表明AD患者左側(cè)額葉灰質(zhì)可與自由水進(jìn)行飽和交換的細(xì)胞蛋白和多肽較MCI患者增加；既往研究證明AD患者雙側(cè)大腦半球損傷的不對(duì)稱性[19]，可能是右側(cè)額葉MTRasym（3.5 ppm）在3組間無(wú)顯著差異的原因。Zhang等[4]發(fā)現(xiàn)MCI患者額葉灰質(zhì)的MTRasym（3.5 ppm）與正常對(duì)照組無(wú)顯著差異，與本研究結(jié)果一致。本研究中AD組、MCI組和正常對(duì)照組左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）呈現(xiàn)類似U形改變，這是否與AD患者腦內(nèi)異常蛋白沉積相關(guān)，需要進(jìn)一步研究。ROC曲線分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)額葉灰質(zhì)MTRasym（3.5 ppm）對(duì)鑒別AD和MCI有一定的診斷效能，更進(jìn)一步印證APT技術(shù)對(duì)AD具有診斷能力。

3.2 APT技術(shù)測(cè)量AD患者海馬的改變 本研究中雙側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）在3組間無(wú)顯著差異。雙側(cè)海馬是AD患者最早累及的區(qū)域[20-21]，此前本團(tuán)隊(duì)已開展AD患者的2D APT研究，發(fā)現(xiàn)AD患者雙側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）明顯高于正常對(duì)照組[5]；Guo等[22]應(yīng)用3D APT技術(shù)發(fā)現(xiàn)MCI患者雙側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）明顯高于健康老年人；Oh等[23]發(fā)現(xiàn)癡呆患者雙側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）明顯高于非癡呆患者；但一項(xiàng)使用7.0T MR設(shè)備的AD動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，AD組大鼠MTRasym（3.5 ppm）雙側(cè)海馬明顯低于對(duì)照組[24]；以上關(guān)于雙側(cè)海馬的APT研究結(jié)果并不一致。既往研究大多是基于手繪感興趣區(qū)的方法，本研究使用3D APT技術(shù)聯(lián)合3D T1WI自動(dòng)分割后得到的雙側(cè)海馬亞區(qū)，得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高，但與既往人類研究結(jié)果均不一致，可能與AD和MCI患者樣本量小或患者納入標(biāo)準(zhǔn)不同而導(dǎo)致偏差有關(guān)。

3.3 MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分的相關(guān)性 右側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）與MMSE評(píng)分呈正相關(guān)，提示MMSE評(píng)分越高，右側(cè)海馬MTRasym（3.5 ppm）越高，表明MTRasym（3.5 ppm）不僅在AD診斷中發(fā)揮作用，也與AD的疾病嚴(yán)重程度密切相關(guān)，這將有助于監(jiān)測(cè)AD患者的病情。

3.4 本研究的局限性 ①盡管納入了AD組、MCI組和正常對(duì)照組，但樣本量較小，對(duì)于研究大腦亞區(qū)MTRasym（3.5 ppm）的精確程度有一定限度；②僅關(guān)注了海馬和額葉灰質(zhì)，未關(guān)注大腦其他腦區(qū)；③為橫斷面研究，未來(lái)需開展大樣本縱向研究。

總之，本研究利用3D APT技術(shù)反映了AD患者、MCI患者和正常對(duì)照組間雙側(cè)額葉灰質(zhì)和海馬蛋白含量的差異，驗(yàn)證了利用APT技術(shù)作為AD可能的生物標(biāo)志物的可能性，證明了APT技術(shù)在神經(jīng)退行性疾病中的診斷潛力。APT有望為AD的臨床診斷、疾病動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及病理生理研究方面提供依據(jù)。