肝气郁结模型大鼠正电子发射脑功能成像研究①

刘子旺，赵海滨，张秀静，单保慈，刘华，贺立娟

正电子发射计算机断层显像(positron emission computed tomography,PET)结合了功能、影像和解剖3方面的因素，能在活体脑上定位各功能区，其中，小动物PET(E-plus animal PET)专门为小动物PET显像研究而设计制造[1-2]，是进行动物模型脑高级功能研究强有力的工具，近年来被广泛应用于脑高级功能(认知、情绪和行为)和精神类疾病的实验研究[3]。肝气郁结证是肝脏象最为常见的证候，大量研究证实该证与大脑皮层的兴奋与抑制以及自主神经(特别是交感神经)的功能等多种因素有密切关系[4]。我们曾利用PET技术对肝气郁结证患者在脑功能改变方面进行初步研究，并部分揭示了肝气郁结证脑功能改变可视性依据[5]。在前期研究基础上，我们利用E-plus animal PET对肝气郁结脑功能改变进行实验研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料 雄性清洁级Wistar大鼠10只，7周龄，体重180～220 g，由军事医学科学院实验动物中心提供(SCXK-(军)2007-004)；氟18脱氧葡萄糖(18F-FDG)示踪剂，由中国人民解放军总医院制备；异氟烷，由河北九派制药有限公司提供；E-plus animal PET，由中国科学院高能物理研究所研制；动物呼吸麻醉机(VME系列)，购于美国MATRX公司；自制大鼠固定器。

1.2 实验方法

1.2.1 模型制备方法 适应性喂养1周，先通过开野实验(Open-Field Test)将水平运动加垂直运动不足30分或超过120分的大鼠剔除，将符合条件的10只大鼠孤养，对大鼠施予如下刺激：禁水24 h，40℃热烘5 min，夹尾3 min，倾斜鼠笼2 h，并垫湿辅料(湿度以倾斜后笼底见水为度)，采用自制大鼠固定器行为固定2 h，禁食24 h，电击足底(电流强度1.0 mA，10 s/次，间隔1 min刺激1次，共30次)。将上述方式各反复4次，总共28种刺激方法纳入随机表格之中，每天9：00～12：00随机施予1种刺激，持续28 d。

1.2.2 数据采集 所有被试大鼠采取尾静脉注射的方式，注入1 mCi放射性示踪剂18F-FDG，单独放置40 min。到达指定放置时间前5 min，将大鼠放入麻醉诱导盒内，异氟烷麻醉。麻醉后，将大鼠置于E-plus animal PET扫描床，俯卧位放置，同时进行呼吸麻醉维持。采用统一计数的方法作为停止扫描的条件，即设定当PET扫描仪记录的有效计数达到4.8×107时自动结束扫描。采用FORE+OSEM方法得到三维重建图像。图像矩阵为128×128×63，图像分辨率0.5×0.5×1，扫描层厚为1 mm，采用无间隔扫描方式，成像的FOV包含鼠脑的嗅球、大脑、小脑及脑外组织，图像存储格式为ANALYZE 7.5。于造模前后各扫描1次。

图1 肝气郁结模型大鼠葡萄糖代谢减低脑区激活图(冠状图)

1.2.3 数据分析 基于中国科学院高能物理研究所建立的大鼠FDG-PET标准脑模板和SPM2对所有数据进行预处理，主要包括：①图像分割，使用中国科学院高能物理研究所自主开发的软件自动去除所有待分析图像的脑外像素；②空间标准化，在SPM2中使用12参数仿射变换和非线性形变将每只被试大鼠的图像标准化到Paxinos空间；③高斯平滑，使用半高宽为2×2×3的高斯核对标准化后的数据进行平滑。

1.3 统计学分析 使用SPM2软件对经过预处理的大鼠脑成像数据进行18F-FDG代谢差异的统计分析。预处理后的数据分为造模前和造模后两组。基于广义线性模型使用SPM2软件对两组数据进行双样本t检验(P＜0.001，未校正；最小激活区域大于50个像素)。

2 结果

FDG代谢差异脑区见图1、图2。肝气郁结模型大鼠葡萄糖代谢减低脑区(P＜0.001)有左侧额叶、顶叶、下丘脑，双侧后扣带回，右侧前扣带回。葡萄糖代谢升高脑区(P＜0.001)有左侧海马旁回、岛叶、颞叶、额叶，右侧基底核、丘脑。见表1、表2。

图2 肝气郁结模型大鼠葡萄糖代谢增高脑区激活图(冠状图)

表1 肝气郁结模型大鼠葡萄糖代谢减低的脑区

表2 肝气郁结模型大鼠葡萄糖代谢增高的脑区

3 讨论

能量代谢总是伴随于机体精神活动的始终，葡萄糖又几乎是脑细胞能量的惟一来源。运用PET技术可以研究脑部葡萄糖代谢率，进而研究脑的生理功能及病理状态，近年来被广泛应用于认知、情绪等疾病的研究[3]。五脏体系之中，肝与情绪异常等脑的高级功能关系最为密切：生理上相互为用，病理上相互影响，经络上相互联系，治疗上相互关联。肝气郁结证以“忧郁、沉闷、思虑无穷、善太息、流泪”等情绪、认知脑高级功能障碍为核心症状。贯穿于郁证、癫狂等精神情志疾病发生、发展、转归的始终。因此，我们采用E-plus animal PET技术进行肝气郁结证脑功能受损的实验研究。

从PET影像分析，如果某一脑区呈放射性浓聚集，则说明该脑区葡萄糖利用率增高，功能增强；反之，其功能减低。额叶是高级情感思维中枢[6]，尤以前额叶与情绪关系最为密切，本研究肝气郁结证功能异常改变的额叶脑区集中于额上回、中央前回等前额叶脑区与之相符合。颞叶与记忆、感觉等密切相关，在认知、记忆功能障碍性疾病中，颞叶往往存在不同程度的病变，并且常与额叶同时检出[7]，提示存在额叶-颞叶回路缺陷。下丘脑既是自主神经系统与内分泌系统的皮质下最高调节中枢，又是情绪躯体反应及内脏反应的整合部位[8]。额叶、颞叶及下丘脑的密切联系，构成了情感调控的复杂体系，肝气郁结证核心症状——情绪障碍可能与额叶、颞叶、下丘脑功能异常改变有关，这和以往对情绪异常疾病的脑功能影像学研究结果一致[7,9]。扣带回是极为重要的情绪、情感活动整合中枢，与情绪行为、记忆和内脏活动等密切相关，被称为“内脏脑”[10]。顶叶是躯体感觉的重要调控中枢[10]，肝气郁结证所表现的胸胁、乳房、少腹胀痛等躯体症状可能与顶叶、扣带回功能异常改变相关。丘脑与情绪表达关系密切，它和额叶、顶叶通过投射纤维相互联系，共同调整机体情绪、认知功能[11]。小脑与大脑相关脑区、边缘叶纤维联系均十分广泛，与认知情感有关[12]。

本研究以肝气郁结模型大鼠为对象在整体水平上获得的与肝气郁结证相关的脑区功能改变，为肝气郁结证的脑功能变化机制提供了定位依据。

[1]Maramraju SH,Smith SD,Junnarkar SS,et al.Small animal simultaneous PET/MRI:initial experiences in a 9.4 TmicroMRI[J].Phys Med Biol,2011,56(8):2459-2480.

[2]Kwon SI,Lee JS,Yoon HS,et al.Development of small-Animal PET prototype using silicon photomultiplier(SiPM):initial results of phantom and animal imaging studies[J].JNucl Med,2011,52(4):572-579.

[3]高凯,张连峰.PET/CT影像技术在神经退行性疾病动物模型研究中的应用[J].中国比较医学杂志,2009,19(6):66-69.

[4]刘文娟,张虹,高萧枫.柴胡对肝郁证中枢神经递质作用的实验研究[J].实用医药杂志,2009,26(1):50-51.

[5]刘子旺,王玉来,尹岭.肝气郁结证患者正电子发射脑功能成像研究[J].中国康复理论与实践,2007,13(3):281-282.

[6]吴凡,余永强,王海宝.情绪记忆的功能成像研究进展[J].国际医学放射学杂志,2010,33(1):3-5,30.

[7]余果,鲍伟民,毛颖,等.轻度左侧额、颞叶挫伤患者执行功能的评价[J].复旦学报(医学版),2010,37(4):447-449,454.

[8]王晓英,万顺伦.11β-羟基类固醇脱氢酶1在束缚应激大鼠下丘脑及海马的表达[J].实用医药杂志,2010,27(8):727-729.

[9]Kimbrell TA,Ketter TA,George MS,et al.Regional cerebral glucore utilization in patients with a range of severities of unipolar depression[J].Biol Psychiatry,2002,51(3):237-252.

[10]白丽敏,李亚东.神经解剖学[M].北京:中国中医药出版社,2003:103.

[11]刘子旺.肝气郁结证患者功能磁共振成像和脑电非线性分析研究[D].北京:北京中医药大学,2007.

[12]汤慈美.神经心理学[M].北京:人民军医出版社,2001:99-101.