阿尔茨海默病脑磁共振氨基质子转移成像与临床心理量表评分的相关性研究

王蕊，班允清，李春媚，娄宝辉，张晨，陈敏

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是引起痴呆的最常见病因。对AD患者来讲，早期诊断、早期治疗可有效改善症状，延缓病情发展。磁共振在AD的诊断与鉴别诊断中发挥着重要作用，除可通过形态学测量观察内颞叶结构的萎缩外，还可采用一些如磁化转移成像、动脉自旋标记成像、波谱成像、磁敏感成像、弥散张量成像、脑功能成像等功能性成像方法来反映AD患者脑细微结构代谢和功能方面的异常改变[1-2]。近来的神经病理学研究显示AD伴有中枢神经系统异常蛋白的沉积[3]。酰酰质子转移(amide proton transfer，APT)成像是近年来发展起来的一种全新的磁共振分子成像技术，可探测活体组织内游离的低浓度蛋白及多肽，间接反映细胞内部的生理病理信息[4]，这就使得采用APT成像技术发现AD脑异常成为可能，本研究旨在评测APT成像是否能够显示AD患者与正常老年人间脑改变的差异，并探讨各脑结构的APT成像值与神经心理量表评分的相关性。

1 材料与方法

1.1 临床资料

本研究包括20例AD患者和20例正常对照者。AD组：所有患者均来自我院神经内科记忆障碍门诊，正常对照者来自同一时期我院邻近社区的健康老年人。AD组：男8例，女12例；平均年龄(71.2±4.5)岁，所有AD患者均符合精神障碍诊断和统计手册(第4版)[5]以及美国国立神经疾病语言障碍和卒中研究所-阿尔茨海默病及相关疾病学会(NINCDS-ADRDA)[6]制定的很可能AD的诊断标准。正常对照组(NC)：男9例，女11例；平均年龄(72.7±4.6)岁，无认知功能障碍，无严重内科疾病和神经精神疾患。所有受试者均进行了简易精神状态量表(mimi-mental state examination，MMSE)和临床痴呆评定量表(clinical dementia rating，CDR)的评估。2组间年龄、性别、MMSE和CDR评分的比较见表1。参与本研究的所有患者和健康对照者均已签署知情同意书。

1.2 MR检查方法

采用Philips 3.0 T Achieva磁共振成像系统和头部8-通道线圈进行MRI扫描。首先行常规扫描以除外颅脑其他器质性病变，然后再行覆盖全脑的矢状位3D高分辨turbo field echo梯度回波T1WI扫描，扫描参数为：TR 7.4 ms，TE 3.0 ms，TI 1049 ms，视野(field of view，FOV) 240 mm×160 mm，矩阵256×256，层厚1.2 mm，无间隔，层数140。最后行APT成像扫描，扫描层面为平行于海马长轴的斜横断位层面，具体扫描参数：TR 3000 ms，TE 7.9 ms，快速自旋回波因子54，饱和时间0.8 s, 饱和率2 μT，位移±3.5 ppm，FOV 230 mm×200 mm，矩阵105×100，层厚5 mm。

1.3 APT图像后处理

APT的图像分析采用基于交互式数据语言(interactive data language，IDL)环境的内部开发软件进行处理。在APT图上勾画感兴趣区，包括双侧海马、颞叶白质、枕叶白质和大脑脚，具体勾画方法见图1。各脑结构的APT信号强度通过测量酰胺质子的不对称磁化转移率(magnetic resonance ratio asymmetry，MTRasym)来获得。由于在Z谱中酰胺质子的共振峰位于水峰(4.7 ppm)左边约3.5 ppm的位置，因此酰胺质子的MTRasym，即MTRasym(3.5 ppm)的计算公式如下：MTRasym(3.5 ppm)=MTR (+3.5 ppm)–MTR (–3.5 ppm)=Ssat(–3.5 ppm)/S0–Ssat(+3.5 ppm)/。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件包进行统计学分析。正常对照者和AD患者各脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值、平均年龄、MMSE和CDR评分均以±s来表示；采用独立样本t检验比较AD组和对照组间年龄、MMSE和CDR评分以及各脑结构MTRasym(3.5 ppm)值的差异，两组间性别构成的比较采用χ2检验。以年龄和受教育时间为控制变量，采用偏相关分析比较所有受试者各脑结构MTRasym(3.5 ppm)值与MMSE和CDR评分的相关性。P＜0.05表示差异具有统计学意义。

图1 T1WI (A)和APT像(B)均为平行于海马长轴的斜横断面图像。参考T1WI，在APT像上分别勾画双侧海马(红色)、颞叶白质(棕色)、枕叶白质(蓝色)和大脑脚(黄色)的感兴趣区Fig. 1 T1WI (A) and APT-weighted image (B) parallel to the long axis of the hippocampus show examples of the definition of the ROI for quantitative analysis. Red: hippocampus.Brown: temporal white matter. Blue: occipital white matter. Yellow: cerebral peduncles.

表1 AD组和正常对照组的年龄、性别、MMSE和CDR评分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

表1 AD组和正常对照组的年龄、性别、MMSE和CDR评分(±s)Tab. 1 Demographics and neuropsychological findings of normal subjects and AD patients (±s)

注：a除性别采用χ2检验外，余指标均采用独立样本t检验进行两组间比较

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表2 AD组和正常对照组间各脑结构MTRasym (3.5 ppm)值的比较[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

表2 AD组和正常对照组间各脑结构MTRasym (3.5 ppm)值的比较[(±s)%]Tab. 2 MTRasym (3.5 ppm) values [(±s)%] of bilateral cerebral structures in the normal controls and the patients with AD

右侧海马 0.85±0.32 1.43±0.36 5.317 0.000左侧海马 0.84±0.33 1.41±0.32 5.569 0.000右侧颞叶白质 0.40±0.17 0.41±0.20 0.147 0.884左侧颞叶白质 0.37±0.14 0.43±0.19 1.071 0.291右侧枕叶白质 0.32±0.15 0.34±0.18 0.255 0.800左侧枕叶白质 0.37±0.17 0.32±0.15 -0.970 0.338右侧大脑脚 1.08±0.30 1.13±0.37 0.496 0.623左侧大脑脚 1.07±0.34 1.16±0.35 0.844 0.404

表3 所有受试者各脑结构的MTRasym (3.5 ppm)值与MMSE和CDR评分的相关性Tab. 3 The correlation between MTRasym (3.5 ppm) values of bilateral cerebral structures and MMSE, CDR scores in all the subjects

2 结果

2.1 正常对照组和AD患者组各脑结构的APT定量分析

表2显示：与正常对照组比较，AD患者组的双侧海马MTRasym(3.5 ppm)值明显增高，且差异具有统计学意义；与NC组比较，AD组右侧海马的MTRasym(3.5 ppm)增高68%，左侧海马的MTRasym(3.5 ppm)增高66%。不过两组间其他脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值并无统计学差异(t=-0.970～1.071，P＞0.05)。

2.2 各脑结构的MTRasym (3.5 ppm)值与临床心理评分的相关性分析

在所有受试者中，双侧海马的MTRasym(3.5 ppm)值与MMSE评分均呈明显负相关(右侧r=-0.639，P=0.000；左侧r=-0.609，P=0.000)；与CDR评分均呈明显正相关(右侧r=0.683，P=0.000；左侧r=0.651，P=0.000)而其他脑结构MTRasym(3.5 ppm)值均与MMSE评分及CDR评分无统计学相关性(r=-0.160～0.113，P＞0.05)(表3)。

3 讨论

3.1 APT成像的基本原理及其应用

APT成像作为一种全新的MRI技术，利用特定频率的脉冲来饱和细胞内游离蛋白质和多肽上的酰胺质子，酰胺质子又与自由水质子发生化学交换，通过检测自由水的信号来间接反映活体细胞内可溶性小分子蛋白质和多肽的浓度[7-8]。其优势在于：与正电子发射断层显像 (positron emission tomography，PET)相比，它无电离辐射，无需注射具有放射活性的外源性对比剂即可间接反映细胞内的代谢变化和生理病理信息；同时它具有良好的空间分辨率，接近常规磁共振图像，这点明显优于可以反映活体细胞内代谢变化的磁共振波谱成像。目前中枢神经系统的APT成像研究主要集中于脑肿瘤和中风[4，9-11]，而关于神经退行性疾病的APT研究却很少。最近Li等[12]一项关于帕金森病(Pakinson's disease，PD)的APT成像研究显示，与正常对照者比较，PD患者苍白球、壳核和尾状核的APT信号显著增高，作者推测这可能与PD患者神经元细胞内蛋白，如α-突触核蛋白的异常增加有关。

近来的病理学研究显示AD患者脑内伴有异常蛋白的沉积，其中一些是位于细胞内的游离小分子蛋白或多肽，如Aβ寡聚体、Tau蛋白、α-突触核蛋白和TDP-43蛋白等[13-16]。可溶性的Aβ寡聚体可诱导有害的级联反应，引起神经元的凋亡[13]。AD患者脑内存在三种形式的Tau蛋白：C-Tau、AD P-Tau、PHF-Tau，前两者是可溶性的[14]。对于伴有Lewy小体的AD患者，Lewy小体内α-突触核蛋白的沉积是其细胞内主要的病理学改变[15]。这些研究结果提示采用APT成像技术有可能发现AD患者脑内异常蛋白的沉积。

3.2 AD患者APT异常及与临床心理量表的相关性

通过比较正常对照者和AD患者各脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值发现：AD患者双侧海马的MTRasym(3.5 ppm)值明显增高，且差异具有统计学意义；而其他脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值则无统计学差异。我们推测这主要有以下两方面原因：首先，AD患者海马MTRasym(3.5 ppm)值的增高可能与上述游离蛋白和多肽的异常增加有关[13-16]。其次，海马是AD受累最早且最重的部位，该病优先累及灰质，虽然也会引起脑白质的异常[17]，但往往发生较晚且程度相对较轻。另外AD通常并不累及脑干，这里只是将中脑作为一个参照结构纳入研究。上述研究结果提示采用APT成像技术测量海马区的MTRasym(3.5 ppm)值有助于AD患者的诊断。 本研究的受试者主要接受了两个AD患者常用的神经心理学量表的评估，即MMSE和CDR。MMSE是目前最具影响的认知功能筛查工具，简单易行；而CDR可根据认知功能和社会生活功能损害的严重程度对痴呆患者进行临床分级。我们利用偏相关分析评价了所有受试者各脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值与MMSE和CDR评分的相关性，发现双侧海马的MTRasym(3.5 ppm)值与MMSE评分呈显著负相关，而与CDR评分呈明显的正相关；而其他脑结构的MTRasym(3.5 ppm)值与MMSE和CDR评分均无显著相关性。这提示海马区与认知功能密切相关[18]，且海马区异常蛋白的沉积可能导致了认知功能的下降，因此APT技术有助于AD患者的病情监测。

3.3 不足之处

本次研究尚存在一些不足之处：首先，由于本研究的样本量还比较小，很难根据痴呆的严重程度对AD组进行分级细化研究，不过从相关分析中我们还是看到了APT成像值与临床神经心理学量表评分的相关性。在今后的工作中我们会积累更多的患者以深入研究。其次由于APT图像的分辨率所限，因此在准确勾画海马这样小的脑结构边界时仍存在一定困难，这也许会在一定程度上影响我们结果的准确性。不过随着该技术的不断改进和发展，相信这一问题会得以解决。

总之，作为一种安全无创的磁共振分子成像技术，APT可显示AD患者MTRasym(3.5 ppm)值的升高，且APT值与神经心理学量表评分呈显著相关，因此APT成像将可在AD的临床诊断、病情监测、病理生理研究等方面提供重要的客观评价依据。

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