胡曼詩,趙 靜,初建平,吳 超,黃子桓,丘海珊*

(1.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科,2.神經(jīng)科,廣東 廣州 510080)

脊髓小腦共濟失調(diào)3型(spinocerebellar ataxia type 3, SCA3)是進行性加重的罕見常染色體顯性遺傳神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,以小腦變性相關(guān)進行性共濟失調(diào)為核心癥狀[1-2]。目前對于SCA3尚無有效治療手段[3],亦缺乏早期篩查手段及生物學(xué)和影像學(xué)標(biāo)志物[4]。本研究采用彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)觀察SCA3患者白質(zhì)和灰質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2018年5月—2019年12月中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院52例SCA3患者或其直系親屬,根據(jù)共濟失調(diào)等級量表(scale for the assessment and rating of ataxia, SARA)將其分為癥狀組(≥3分)和癥狀前組(<3分)[5]:癥狀組37例均為SCA3患者,男14例、女23例,年齡23～69歲、平均(40.2±11.3)歲;癥狀前組15例均為SCA3患者直系親屬,男9例、女6例,年齡18～51歲、平均(29.1±8.7)歲。納入標(biāo)準(zhǔn):①經(jīng)分子遺傳學(xué)檢測證實SCA3;②年齡≥18歲;③右利手。招募35名年齡、性別相匹配、無SCA3病史或家族史的健康志愿者作為對照組,男13名、女22名,年齡23～63歲、平均(38.5±12.0)歲。排除標(biāo)準(zhǔn):①其他精神障礙、人格障礙疾病或精神藥物依賴;②無法配合檢查;③圖像質(zhì)量差;④其他腦部器質(zhì)性、代謝性疾病病史;⑤妊娠及哺乳期;⑥MR禁忌證。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(zhǔn)(倫審[2020]507號),檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Healthineers Magnetom Verio 3.0T MR儀,12通道頭線圈。囑受試者仰臥,采集顱腦常規(guī)軸位T1、T2及液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列MRI;之后以自旋回波-平面回波成像(spin echo-echo planar imaging, SE-EPI)序列采集DKI,TR 6 700 ms,TE 92 ms,FOV 220 mm×220 mm,矩陣110×110,層厚4 mm,層間距0,層數(shù)34,b值為0、1 000、2 000 s/mm2,30個異向彌散敏感梯度場,時長7 min 58 s;再以磁化準(zhǔn)備快速梯度回波(magnetization prepared-rapid acquisition gradient echo, MPRAGE)采集3D T1WI,TR 1 750 ms,TE 2.8 ms,FOV 260 mm×260 mm,矩陣384×384,層厚0.7 mm,層間距0,層數(shù)256,時長4 min 21 s。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析

1.3.1 分析腦白質(zhì) 采用FSL 5.0.10(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki)對DKI數(shù)據(jù)進行渦流校正及頭動校正等預(yù)處理,之后以彌散峰度系數(shù)分析(diffusion kurtosis estimator, DKE)軟件(Version 2.5.1)對預(yù)處理后圖像進行計算,得出平均彌散峰度(mean kurtosis, MK)、徑向彌散峰度(radial kurtosis, Kr)、軸向彌散峰度(axial kurtosis, Ka)、平均彌散系數(shù)(mean diffusivity, MD)及部分各向異性(fractional anisotropy, FA)圖;最后采用非線性配準(zhǔn)方法將所有圖像標(biāo)準(zhǔn)化至蒙特利爾(Montreal Neurological Institute, MNI)空間,對配準(zhǔn)后圖像(FA閾值=0.2)進行平均化及骨架化,并將圖像映射投影至平均FA骨架上,得到骨架圖。

1.3.2 分析腦灰質(zhì) 采用SPM12解剖工具包(computational anatomy toolbox 12, CAT12)對3D T1WI進行原點調(diào)試并分割白質(zhì)、灰質(zhì)和腦脊液;將分割后的灰質(zhì)圖配準(zhǔn)到MNI空間進行圖像重采樣,體素大小1 mm×1 mm×1 mm;檢查同質(zhì)性質(zhì)量,記錄顱內(nèi)總體積估值(estimate total intracranial volume, eTIV),行高斯空間平滑,半高全寬為8 mm×8 mm×8 mm。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布且方差齊的計量資料,采用單因素方差分析及LSD事后檢驗或獨立樣本t檢驗進行多組間及2組間比較。采用χ2檢驗比較計數(shù)資料。行Pearson相關(guān)性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

基于FSL中的Randomise對DKI進行非參數(shù)檢驗,以年齡、性別為協(xié)變量,采用t檢驗進行比較,將檢驗水準(zhǔn)定為α=0.02(0.05/3),并以無閾值聚簇增強(threshold-free cluster enhancement, TFCE)進行校正;以JHU-ICBM-DTI-81模板[6]定位最終結(jié)果,提取組間存在差異腦區(qū)相關(guān)指標(biāo)。

采用SPM12建立非參數(shù)檢驗?zāi)Ｐ头治龌屹|(zhì)圖像,以eTIV、年齡和性別為協(xié)變量,比較各組腦灰質(zhì)體積(gray matter volume, GMV);將檢驗水準(zhǔn)設(shè)為P<0.02,行體素水平FWE校正,使每個激活簇(Cluster)包含不少于10個體素;最后以XJVIEW96軟件觀察并記錄組間存在差異的腦區(qū)。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 3組受試者年齡存在差異(F=5.44,P<0.01),癥狀前組與癥狀組及對照組年齡差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01);3組受試者性別差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=2.59,P=0.27)。

2.2 白質(zhì)改變 相比對照組,癥狀前組受損纖維束MK、Kr、Ka及FA降低(P均<0.02),而MD無明顯差異(P>0.02);DKI參數(shù)中,MK改變最為突出(P<0.02),主要見于雙側(cè)小腦上、中、下腳及大腦腳等處。見圖1A。相比癥狀前組,癥狀組受損纖維束主要分布于雙側(cè)小腦上、中、下腳、大腦腳、內(nèi)囊后肢、胼胝體、丘腦后輻射(包括視輻射)及上放射冠,以右側(cè)為著;其受損纖維束的MK、Kr、Ka及FA均低于癥狀前組(P均<0.02),而MD與癥狀前組無明顯差異(P>0.02)。DKI參數(shù)中,以Kr檢出纖維束異常體素數(shù)目更多(P<0.02)。見圖1B。相比對照組,癥狀組出現(xiàn)廣泛纖維束受損,包括幕上及幕下纖維束;其受損纖維束的MK、Kr、Ka及FA均低于對照組(P均<0.02)而MD與對照組無明顯差異(P>0.02);DKI參數(shù)中,Kr檢出纖維束異常體素數(shù)目較多(P<0.02)。見圖1C。

圖1 SCA3患者及其直系親屬與健康人全腦白質(zhì)受損分布圖 白質(zhì)纖維損害主要見于幕下結(jié)構(gòu),隨疾病進展,白質(zhì)纖維廣泛受損 A.癥狀前組vs. 對照組; B.癥狀組 vs. 癥狀前組; C.癥狀組 vs. 對照組

2.3 灰質(zhì)改變 相比對照組,癥狀組雙側(cè)小腦半球(前葉、后葉)、腦橋、延髓、雙側(cè)殼核及豆?fàn)詈薌MV顯著減少,而雙側(cè)丘腦GMV顯著增加(P均<0.02);相比癥狀前組,癥狀組腦橋GMV顯著減低(P<0.02)。癥狀前組與對照組全腦GMV差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.02)。見圖2。

圖2 SCA3患者、SCA3患者直系親屬及健康人全腦灰質(zhì)受損分布圖 A.癥狀前組vs. 對照組; B.癥狀組 vs. 癥狀前組; C.癥狀組 vs. 對照組 (紅色區(qū)域GMV顯著減少,藍色區(qū)域GMV顯著增加)

2.4 相關(guān)性分析 癥狀組、癥狀前組雙側(cè)小腦上、中、下腳及大腦腳部分彌散值與患者SARA評分相關(guān)(P均<0.05)。癥狀組小腦中腳FA的|r|最高,為-0.61;癥狀前組小腦下腳FA的|r|最高,為-0.74。見表1。

表1 SCA3患者及其直系親屬腦彌散值與SARA評分的相關(guān)性分析

3 討論

本研究結(jié)果顯示,SCA3患者腦白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)早于臨床癥狀出現(xiàn)既已發(fā)生改變,主要集中于幕下結(jié)構(gòu),隨疾病進展而蔓延至幕上結(jié)構(gòu)。REZENDE等[7]的彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)觀察結(jié)果顯示,相比對照組,癥狀前組纖維束損害主要見于雙側(cè)小腦上、中、下腳等小腦傳入和傳出纖維。本研究亦發(fā)現(xiàn)癥狀前組雙側(cè)小腦傳入、傳出纖維受損,而DKI參數(shù)、尤其Ka對檢出受損纖維束較為敏感;而對于癥狀組,DKI參數(shù)、特別是Kr可顯示廣泛纖維束受累。由此推論,SCA3患者白質(zhì)纖維束受損首先表現(xiàn)為軸突損害及神經(jīng)纖維束密度降低,之后隨病程進展而表現(xiàn)為髓鞘受損。本研究所見癥狀前組纖維束損害較REZENDE等[7]的研究更為廣泛,可能與DKI較DTI更能反映復(fù)雜微環(huán)境下腦內(nèi)結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。

本研究癥狀前組與對照組全腦GMV未見明顯差異,而癥狀組雙側(cè)小腦半球(前葉、后葉)、腦橋、延髓、雙側(cè)殼核及豆?fàn)詈薌MV均萎縮,雙側(cè)丘腦GMV代償性增加,所見幕下灰質(zhì)結(jié)構(gòu)改變與既往研究[7-9]結(jié)果相似;但也有部分學(xué)者[10-12]認為SCA3患者大腦皮層存在顯著萎縮,或與SCA3存在多樣性癥狀、人種差異及分析方式不同等有關(guān)。本研究未發(fā)現(xiàn)癥狀組及癥狀前組患者灰質(zhì)結(jié)構(gòu)與SARA評分相關(guān),提示灰質(zhì)結(jié)構(gòu)改變并不能反映SCA3嚴(yán)重程度,故不應(yīng)作為評估疾病進展的影像學(xué)指標(biāo),與既往部分研究[13-14]結(jié)果相左,可能與納入患者病程較短、病情較輕,尚未顯現(xiàn)出灰質(zhì)結(jié)構(gòu)改變共濟失調(diào)癥狀的相關(guān)性有關(guān)。

綜上,無明顯癥狀的SCA3患者直系親屬可見雙側(cè)白質(zhì)纖維束受累,主要見于小腦傳入和傳出纖維,尤其小腦下腳處,灰質(zhì)結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)顯著異常;而在SCA3患者,受累纖維束逐漸擴展至全腦,并出現(xiàn)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)受累。

本研究的主要局限性:①為橫斷面觀察,缺乏隨訪;②癥狀前組年齡小于對照組,可能影響結(jié)果;③僅分析形態(tài)學(xué)變化,而未涉及腦功能數(shù)據(jù)。

綜上,SCA3患者腦白質(zhì)及灰質(zhì)微結(jié)構(gòu)均已發(fā)生改變,白質(zhì)受損更顯著且早于臨床癥狀。