多发性硬化患者皮质及白质受累的相关性

熊华，唐茁月，李晓姣，张丹，吕亮

中国科学院大学重庆医院（重庆市人民医院）放射科，重庆 400014；*通讯作者 唐茁月 zhuoyue_tang@ucas.ac.cn

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是常见的中枢神经系统自身免疫性疾病，尽管患者大脑深部白质脱髓鞘病灶仍然作为疾病诊断的主要标准，但是随着病理及影像学的深入研究发现，除大脑白质损伤外，MS患者的灰质也有广泛性受累[1]。在疾病进展中大脑皮质变薄[2]。灰质病变的主要病理学改变包括轴突、树突、神经胶质细胞以及神经元包体丢失[3]，这种病理学改变可发生于MS患者各种亚型中，并且与患者运动功能及认知功能障碍密切相关[4]。灰质病变是继发于白质病灶的华勒式变性还是原发性病理改变一直以来颇受争议，这对于揭示本病的确切发病机制具有重要意义。本研究联合应用体素形态学分析（VBM）及扩散张量成像（DTI）分别评价MS患者灰质及白质的细微结构改变，并探寻灰、白质的病理学改变是否具有相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2012年1月—2018年12月重庆市人民医院神经内科诊断为复发缓解型多发性硬化（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS）患者20例，所有患者的影像特点、实验室检查和临床表现符合2017 McDonald MS诊断标准[5]，其中男7例，女12例；年龄15～58岁，平均（36.8±2.8）岁；病程1～23年。所有患者在接受MRI扫描前均由同2名神经内科医师根据临床扩展残疾状态量表（EDSS）进行协商评分。20例患者EDSS评分1.0～6.8分，平均（3.25±1.65）分，参加试验研究的患者均处于缓解期（检查前1个月未使用干扰素或激素治疗）。选取性别与年龄相匹配的健康志愿者20名，所有研究对象均签署知情同意书。本研究获得我院生物医学伦理委员会批准。

1.2 仪器与方法 使用GE Signa HDxt 3.0T MRI系统，使用头颈部8通道相控阵专用线圈。采用国际MS诊断组中心制订的标MRI序列。轴位质子密度双回波序列T2WI：TR 2900 ms，TE 125 ms/293 ms，回波链长12，激励次数2，矩阵256×192；液体抑制反转恢复（FLAIR）序列：TR 8000 ms，TE 120 ms，TI 2000 ms，矩阵256×160，激励次数1；扫描范围从颅顶至枕骨大孔，层厚5 mm，无间隔，视野（FOV）24 cm×24 cm。DTI采用单次激发平面自旋回波序列：TR 15 000 ms，TE 86.8 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵128×128，层数53层，层厚2.4 mm，b值取0和1000 s/mm2，取30个不同扩散方向。

1.3 数据处理及测量

1.3.1 VBM数据处理 运用基于MATLAB 7.9（R2012a）平台下的DPARSF 2.1（http://www.restfmri.net）软件对3D T1WI数据进行处理：①采用MRIcron软件（http://www.nitrc.org/projects/mricron）将数据转化为SPM8可处理的格式；②然后将生成的图像分别分割为灰质、白质、脑脊液；③利用DARTEL算法将前一步生成的文件标准化至MNI模板中，并对标准化后的图像进行检查；④最后进行空间平滑（8 mm全宽半高的高斯核）。平滑后图像分别提取灰质体积、白质体积、脑脊液体积，并计算每一个体全脑体积（total intracranial volume，TIV），最后进行组间比较。将两组体积有差异的脑区作为感兴趣区（ROI）。

1.3.2 DTI数据处理 用MRIcroN软件将DTI原始DICOM格式文件转换成Analyze格式，进一步用SPM 8软件进行标准化后将图像读入纤维示踪软件，最后读入完成个体空间转化的ROI，分别追踪穿过每个ROI个体上的白质纤维束[最小纤维长度10 mm，最小各向异性分数（FA）0.2]，统计每个受试者ROI的FA、表观扩散系数（ADC）及纤维束数目（fiber number，FN）。

1.4 统计学方法 应用SPSS 17.0软件，采用双样本t检验比较两组间有体积差异的脑区（P<0.01，簇阈值为40个相邻体素）及通过相应脑区的FN，应用Pearson相关分析检测组间存在差异脑区的FA、ADC值及FN与EDSS评分的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 VBM皮层改变结果 与对照组脑体积比较，MS组小脑蚓部、右侧颞上回、左侧岛叶、双侧直回、双侧中央旁小叶脑体积较小，差异有统计学意义（P<0.01），无明显体积增大脑区（图1，表1）。

图1 3D彩色示意图，MS组大脑皮层体积与对照组比较，MS组小脑蚓部、右侧颞上回、左侧岛叶、双侧直回、双侧中央旁小叶脑体积缩小，无明显体积增大脑区

表1 MS组与对照组皮层体积有差异的脑区

2.2 皮层下白质纤维DTI相关参数结果 两组间存在差异脑皮层下白质区的FA值、ADC值及通过FN比较，MS组FA值减低的脑区有小脑蚓部、右侧颞上回、左侧岛叶、右侧直回、左侧直回（P<0.05），FN减少的脑区分别为小脑蚓部、右侧颞上回及左侧中央旁小叶（P<0.05，图2，表2）。

2.3 MRI各参数与临床EDSS评分的相关性 VBM各大脑皮层变化脑区及皮层下白质各DTI参数与临床EDSS评分无明显相关性（r=0.182，P>0.05）。

图2 应用DTI分别追踪通过对照组（A）及MS组（B）双侧颞上回白质纤维束，通过患者右侧颞上回相应脑区白质纤维束明显减少

表2 MS组与对照组不同感兴趣区的DTI参数对比（±s）

表2 MS组与对照组不同感兴趣区的DTI参数对比（±s）

DTI参数 MS组 对照组 t值 P值 小脑蚓部 FA 0.498±0.035 0.498±0.046 -4.699 ＜0.001 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.928±0.638 8.928±0.690 -1.195 0.240 FN 98.47±25.76 134.84±23.80 -4.520 ＜0.001 右侧颞上回 FA 0.413±0.018 0.434±0.036 -2.293 0.028 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.938±0.403 8.911±0.605 0.159 0.875 FN 785.68±57.61 847.68±85.16 -2.628 0.013 左侧岛叶 FA 0.448±0.012 0.474±0.021 -4.766 ＜0.001 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.961±0.685 8.641±0.297 1.868 0.070 FN 801.63±142.34 1090.16±901.39 -1.378 0.177 右侧直回 FA 0.493±0.034 0.548±0.067 -3.183 0.003 ADC值（×10-4 mm2/s） 8.942±0.230 8.836±0.353 1.093 0.282 FN 748.84±54.25 802.95±184.3 -1.227 0.228

续表2

3 讨论

3.1 MS的发病机制及病理表现 MS是中枢神经系统常见的炎性脱髓鞘疾病，其病理改变主要表现为轴索损伤、胶质增生、神经元缺失。组织病理学和MRI研究结果显示MS患者除累及白质外灰质也有广泛受累[6]，皮层病灶和皮质萎缩可出现于疾病早期阶段[7-8]，而且可先发于白质病灶，并随着病程的进展而加重[9-10]。灰质受累与患者生理及认知功能障碍密切相关，皮质受累引起的症状表现多样，癫痫、语言及理解能力降低以及各种抑郁症，这些症状的进展也是皮质病灶加重的主要信号[11-12]。本研究显示，MS患者各大脑皮层体积改变及皮层下白质纤维DTI参数与EDSS评分无明显相关性，推测可能是由于EDSS评分是对患者运动功能的综合评价，与某一特定脑区改变可能无明显相关性。组织病理学显示灰质病灶的主要病理学改变是由于脱髓鞘和血-脑屏障破坏相关的炎性侵润，而这些病理改变经治疗修复后可能造成灰质体积减小[3]，与本研究多发脑区皮层体积萎缩相符，有研究显示灰质病灶是继发于脑白质病灶的华勒变性[13]，而本研究结果显示萎缩皮层下白质DTI参数发生改变，与上述研究结果相符。

3.2 VBM及DTI在MS皮层及白质中的应用 VBM能观察大脑体积特别是灰质皮层的细微形态学变化，本研究应用VBM结果显示，MS组与对照组相比发现小脑蚓部、右侧颞上回、左侧岛叶、双侧直回、双侧中央旁小叶脑皮层体积缩小，推测主要原因是由于患者相关脑区炎症和脱髓鞘导致神经元丢失所致。本研究所得结果与其他研究结果不完全相同[14-15]，推测可能是由于患者不同临床亚型或疾病的不同阶段所致。因此，推测MS的皮层受累可能无明显空间特异性。

常规影像学方法对MS患者白质脱髓鞘病灶的显示具有很高的敏感性，但是不能评价看似正常白质区的轴突受累情况[16]。MRI扩散成像可以评价大脑白质纤维素中轴突密度、完整性及直径[17]，而基于DTI的纤维追踪是目前唯一可以活体无创性地重建大脑白质纤维束的技术。本研究通过DTI纤维追踪分别计算连接上述体积变化脑区白质纤维束，发现连接MS组相关脑区纤维束较对照组明显减少，部分皮层下白质区MD值增高，FA值减低，与既往研究结果一致[18]。本研究认为出现这种结果主要是由于相关脑区由于炎性脱髓鞘导致轴突直径扩大、完整性减低、轴突数量降低所致，组织的正常结构丢失并胶质细胞增生结构重建会导致相应脑区水分子自由运动的范围扩大但运动方向的一致性减低，故MD值增加而FA值减低。

本研究结果显示，MS患者大脑皮层及临近皮层下白质结构改变具有一致性，推测患者皮质受累与白质可能具有相关性，但是灰、白质病灶发生病理学改变的时间相关性需要进一步纵向随访研究。VBM只能评价脑体积发生的改变，而导致脑体积变化的原因很多，本研究尚不能明确导致这些改变的确切原因。常规扩散成像不能准确评价轴突内或轴突外水分子扩散情况，这些问题均需要进一步深入研究。另外，在MS诊断中应该施加对皮质病灶观察敏感的序列或技术，并将皮层病灶作为病灶空间多发或随着时间病灶变化的时间多发的诊断依据。

3.3 本研究的局限性 由于MS是时间及空间上的多发过程，本研究未对MS患者进行相关参数的纵向研究。此外，本研究样本量偏少，可能会对统计分析的最终结果产生影响，因此今后工作中应该加大样本量并对MS患者进行随访的纵向信息进行更深入的研究。

总之，MS患者皮质广泛受累，并且受累皮质下白质结构也发生异常，提示MS灰、白质病灶空间上可能具有相关性。