大脑中动脉供血区皮质下梗死后海马早期继发性改变与记忆损害研究

刘筱洁， 赵海娜， 陈蓓蕾， 郑秋月

研究表明卒中可增加认知障碍和痴呆风险[1]。一项系统回顾表明，31%～55%的患者在第一次脑梗死3个月内存在自由回忆和记忆再认等功能障碍[2]。卒中引起的认知障碍一般发生在以下情况：大量脑组织受累，多部位损害，重要功能区域如额叶或颞叶、丘脑和角回的梗死[3,4]。在大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)供血区域梗死患者中，卒中后1～2 y内会出现继发性海马萎缩，继而导致语义记忆的损害[5,6]。急性皮质下梗死后早期运动相关皮质和纤维通路存在继发性损害，并可阻碍运动功能的早期恢复，但海马是否也会出现继发性损害并导致记忆功能下降尚未明确[7]。

本研究采用结构磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术研究大脑中动脉供血区域皮质下梗死后早期海马结构完整性的动态变化，并进一步探讨这些改变与语义记忆功能改变的关系。

1 对象和方法

1.1 研究对象和行为学评估 自2013年3月-2019年12月，连续招募了苏北人民医院脑卒中中心大脑中动脉供血区急性皮质下梗死的27例患者。

1.1.1 纳入标准 (1)首发的位于大脑中动脉区供血区的急性单侧皮质下脑梗死(<7 d内)，经T1-加权成像(T1Weighted Image,T1WI)、T2-加权成像(T2Weighted Image,T2WI)和弥漫性加权成像(density weighted image,DWI)证实；(2)超声和磁共振血管造影均未发现颅内外动脉闭塞；(3)年龄40～75岁。

1.1.2 排除标准 (1)心脏起搏器、动脉瘤夹、除颤器以及禁止使用的医用植入物等核磁共振检查禁忌；(2)合并其他神经系统疾病如癫痫、帕金森病等；(3)入组时简易精神状态量表(Mini-mental State Examination,MMSE)分数≤23分(受教育年限>6 y)，≤20分(受教育年限≤6 y)，或≤17分(受教育0 y)[8]；(4)抑郁症(汉密尔顿抑郁量表)、精神病史、常规MRI显示白质(White Matter,WM)信号异常、酒精或药物滥用史；(5)创伤性脑损伤或全身性疾病，如晚期癌、肾衰竭或肝硬化；(6)其他可能影响后续认知测试的神经缺陷如失语或使用药物或认知康复治疗[8]。纳入年龄、性别和教育程度相匹配的健康对照组。所有的参与者都是右利手。一名对临床资料不知情的训练有素的研究人员使用MMSE和中国版的Rey听觉词语学习测试(Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT)对受试者进行认知评估。语义记忆下降[9]的定义是在第12周即时或长时延迟的语言复述分数相对于第1周下降≥10%。江苏省苏北人民医院临床研究评审委员会批准本研究。经每位参与者本人或委托他人口头或书面知情同意。

1.2 实验设计 本研究涉及12 w的随访：症状出现后第1周内(<7 d)、第4周(28±4 d)和第12周(84±4 d)。 各时间点MRI检查前均进行神经系统和认知评估。对照组只进行一次MRI采集和神经系统及认知测试。

1.3 核磁共振数据采集 MRI数据的获取采用12通道的头部线圈的3T扫描仪(Tim Trio,Siemens,Erlangen,Germany)。3DT1加权数据采用MPRAGE序列，扫描参数如下：重复时间(TR)/回波时间(TE)/反转时间(TI)/激励次数(NEX)/翻转角度=2530 ms/3.45 ms/1100 ms/1/7°，192层，矩阵=256×256，体素大小=1×1×1 mm3。DTI扫描采用轴位弥散加权自旋回波平面回波序列，参数如下：TR/TE/翻转角度= 7000 ms/91 ms/90°，矩阵=128×128，体素大小=2×2×3 mm3，50层，视野=256×256 mm2，b=0，梯度方向=64。

1.4 DTI数据预处理 DTI数据预处理采用PANDA软件(Pipeline for Analyzing Brain Diffusion Images，http://www.nitrc.org/projects/panda/)[10]。预处理包括脑mask提取、涡流和头动校正、图像配准到对应的b=0图像及弥散各向异性(Fractional Anisotropy,FA)和平均弥散度(Mean Diffusivity,MD)计算。最后，将个体空间下的FA和MD图非线性配准到标准空间下的FMRIB58_FA模板上。

1.5 感兴趣区(Regions Of Interest,ROI)分析 个体空间下的海马mask获取采用FMRIB Software Library(FSL)软件包下的FIRST模块完成。随后，计算每个受试者的双侧海马体积以及平均FA和MD值。由于3D-T1数据的一个体素大小是1×1×1 mm3，通过计算每个海马内的体素数量进而求和即得到海马的体积。

1.6 统计学分析 组间行为学评分比较采用非参数Mann-WhitneyU检验，纵向组内比较采用非参数的重复测量方法，采用Bonferroni校正法进行多重比较校正。感兴趣区内的体积和弥散参数值，组间比较经过Shapiro-Wilk正态性检验后采用双样本的t检验进行分析，纵向组内比较采用重复测量方差分析， 采用Bonferroni校正法进行多重比较校正。采用Spearman相关性分析确定ROIs内的弥散参数值的变化率(%)和语义记忆分数(%)随时间的变化之间的关系。对于这两个变量，变化率(%)的定义如下：变化率=(第12周的得分或值-第1周的得分或值)/第1周的得分或值。所有分析均使用Windows软件SPSS 16.0进行(SPSS,Chicago,IL,USA)，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 受试者临床特征与行为学评估 本研究共纳入27位患者，其中由于扫描中过度头动(n=2)或早期终止扫描(n=3)共致5名患者被排除在分析之外，最终的研究样本包括22名患者(8名女性和14名男性，中位年龄=51.6岁)和22名健康对照组(8名女性和14名男性，中位年龄=49.0岁)(见表1)。与对照组和第1周比较，第12周时MMSE评分并没有显著下降，但13例(59.1%)患者在第12周出现了语义记忆下降，其余9例(40.9%)患者保持了相对稳定的语义记忆功能。第12周患者即时和延迟语义记忆平均得分显著低于第1周和对照组(均P<0.05)。

表1 参与者的人口学信息、临床特征以及行为得分

2.2 海马ROI分析 在随访期内患者海马体积未见明显改变。与第1周比较，病灶同侧海马FA值在第4周时显著下降，并进行性下降至第12周。第1周时病灶同侧海马的MD值就显著高于对照组(P=0.008)，且第4周和12周时，同侧海马的MD值均显著高于第1周及对照组(P<0.001)(见图1)。

图1 脑卒中后海马MRI参数值比较。A:个体空间下获得的双侧海马感兴趣区分别叠加到相应TIWI的冠状和矢状位上；B:海马体积比较； C:弥散各项异性比较；D:平均弥散度比较。误差线代表平均值的标准差。*P<0.05，相对于对照组；↑P<0.05，相对于第1周；W代表周

2.3 海马继发改变与语义记忆功能改变的关系 Spearman相关性结果表明，即时和延迟语义记忆分数的下降百分比与同侧海马MD值的升高百分比改变均呈负相关(即时记忆，rs=-0.683，P=0.006；延迟记忆，rs=-0.602，P=0.013) (见图2)。

图2 A、B:散点图显示了在病灶同侧海马即时记忆。A:与延迟回忆；B:百分比变化(y轴)和平均弥散度(MD)百分比变化(×轴)的散点图。MD，平均弥散度；rs,Spearman相关系数

3 讨 论

本研究发现，在没有皮质受累的MCA供血区域梗死早期，海马的微结构完整性进展性破坏，但海马体积却未发生显著改变。海马微观结构完整性的破坏可能参与了卒中后早期的语义记忆功能的损害。

研究表明，在预测轻度认知障碍患者的痴呆临床进展时，MD测量优于海马体积测量[11,12]。与这些研究一致，我们发现，MD测量在检测卒中后早期海马继发性损伤方面比体积测量更具优势。此外，在揭示卒中后海马继发性损伤方面，MD似乎比FA更敏感，这与Fellgiebel等的研究结果一致。他们采用的更小的海马ROIs仍然发现FA较MD的敏感度更低。这可能是因为FA主要反映了水分子沿神经纤维扩散的主要方向。海马中存在多种不同弥散方向的纤维，这可能会影响FA的测量。鉴于这种海马内纤维的不一致性，低FA可能不一定反映结构完整性的潜在功能障碍[13]。相反的是，MD主要反映水扩散的能力，与纤维的方向性关系不大，因而更能反映海马部位的细微变化。

对于急性脑梗死后海马的继发性损害有以下几种解释：扩散性抑制(spreading depression,SD)和梗死周围去极化已经在脑卒中动物模型和人类MCA梗死患者中报道[14]；最近，Xie和同事[9]证明星形胶质细胞间隙连接传递可能通过SD调节、谷氨酸释放和Ca2+信号的传播参与海马继发性损伤；此外，损伤脑组织周围形成的胶质瘢痕可能作为一种直接的机械屏障中断神经再生[15]。

本研究中，13名患者在卒中后12 w出现语义记忆功能的下降，这与一项系统评价的研究结果相似，该研究表明31%～55%的患者在第一次梗死3个月后表现出自由回忆和再认记忆功能的障碍[2]。事实上，由于练习效应的存在，这些患者在12 w的记忆损伤可能更严重，因为特别是在高频重复认知测试的早期阶段练习效应比较显著的[16]。神经影像学研究揭示海马对成功执行自由延迟回忆任务至关重要[13,17]。本研究中，我们发现海马弥散变化的程度与卒中后更长延迟语义记忆功能的严重程度显著相关。神经影像学研究揭示海马对成功执行自由延迟回忆任务至关重要。不仅如此，我们还发现海马微结构完整性与即时回忆执行也显著相关，这与以往的研究结果一致，提示海马与言语编码有关[13,18]。

大量证据表明，海马宏观结构改变会导致脑卒中患者的情景记忆损害[19]。我们研究结果则提示在卒中早期，海马宏观结构未改变之前，其微结构已经出现改变，并且这种改变可能导致患者早期语义记忆功能的下降，且海马MD的检测与FA检测相比更加敏感，有望成为预测脑卒中后早期语义记忆障碍的影像学标志物。研究显示，轻度认知损害患者海马DTI参数的检测可准确预测这些患者最终是否进展为阿尔茨海默病[11,20]。对于脑卒中患者，未来需要更长的随访期和更大样本量前瞻性地探讨海马DTI参数对卒中后认知障碍的进展的预测价值，并且通过对海马微结构的评估可用于指导治疗性干预。