抗⁃N⁃甲基⁃D⁃天冬氨酸受体脑炎患者海马体的体素形态学及功能连接分析

龙启佳 吕宗夏 史珂 黎春燕 郑金瓯

广西医科大学第一附属医院神经内科（南宁530021）

抗N⁃甲基⁃D⁃天冬氨酸受体（NMDAR）脑炎是自身免疫性脑炎中最常见的类型［1］。患者通常表现为精神和行为异常、意识障碍、记忆和认知功能障碍、癫痫发作、运动障碍和自主神经功能障碍等，严重时会导致死亡。最近一项研究［2］表明，抗NMDAR 脑炎患者重症监护病房（ICU）入住率约为50%，病死率约为5.6%。并且抗NMDAR 脑炎患者在恢复期仍会存在明显的以记忆及执行功能损伤为主的认知功能障碍［3］。因此，深入研究抗NM⁃DAR 脑炎患者脑结构及功能损害的病理生理学机制十分必要。

海马体是记忆与高级认知情感的中枢，认知功能障碍与海马体的结构和功能的完整性被破坏有关［4］。有研究表明，海马前后部的结构和功能不完全相同，前海马功能上与语义记忆网络的区域相连，而后海马与情景记忆网络相连［5-6］。基于体素的形态学分析（voxel⁃based morphometry，VBM）是一种在体素水平上对脑结构影像进行定量分析的形态测量学方法，具有自动性、客观性和可重复性等优势，可以发现隐匿性脑结构的损伤［7］。功能连接（functional connectivity，FC）是目前研究脑功能领域应用最广泛的技术，可解释大脑不同区域间时变动态的信息交互［8］。目前对海马体在抗NMDAR 受体脑炎患者认知功能损害的作用机制尚不清楚，国内外针对抗NMDAR 脑炎患者海马体结构及功能的研究甚少。因此，本研究首次对抗NMDAR 脑炎患者海马体结构和功能连接强度的改变进行研究，探讨抗NMDAR 脑炎患者海马体结构及功能连接的改变与认知功能之间的关系，可能为揭示抗NMDAR 脑炎认知障碍的病理生理机制提供研究基础和理论意义。

1 对象与方法

1.1 对象本研究招募了2015年11月至2020年12月曾在广西医科大学第一附属医院神经内科就诊的21 例抗NMDAR 脑炎患者和21 名性别、年龄、文化程度相匹配、无神经精神疾病的健康对照组（HC）。根据抗NMDAR 脑炎的诊断标准［9］，患者组入组标准包括：（1）满足下列症状中的1 项或者多项：①精神行为异常或者认知障碍；②癫痫发作；③自主神经功能障碍；④运动障碍；⑤意识障碍；⑥言语障碍。（2）脑脊液或者血清抗NMDA 抗体检测阳性。（3）右利手。（4）年龄16～50 岁。排除标准：（1）合并可能影响智能的神经精神疾病者；（2）药物滥用者；（3）MRI 检查不能合作者。本研究由广西医科大学第一附属医院伦理委员会批准并取得所有研究参与者（或家庭成员）的知情同意。

1.2 磁共振数据采集使用Achieva 3.0T MR 扫描仪（飞利浦，阿姆斯特丹，荷兰），标准颅脑线圈，采集被试者的T1 加权成像（T1WI）和功能像。在扫描过程中，被试者平躺，固定头部，保持清醒和放松的状态，避免思考，同时闭眼。使用以下参数进行采集：（1）T1 加权成像（T1WI）：采用快速梯度回波序列采集结构图像：TR=7.8 ms，TE=3.4 ms，层厚= 1.4 mm，层间距= 1.4 mm，翻转角= 20°，矩阵=256 × 256。视野240 mm × 240 mm，体素1 mm ×1 mm×1 mm，扫描时间为5 min 49 s。（2）采用平面回波成像（EPI）技术（TR=2 000 ms，TE=30 ms，体素=3.44×3.55×3.50 mm，视野=220×220 mm2，翻转角= 90°，41 层，层厚= 3.5 mm，层间距=1 mm，扫描225 个时间点）采集静息态功能磁共振（rs⁃fMRI）图像。

1.3 磁共振数据处理

1.3.1 VBM 数据处理运用基于Matlab 2013b 平台的spm8 对所有被试的T1WI 进行预处理，步骤：（1）数据格式转换；（2）空间标准化、分割、调制及配准到标准空间，行半高全宽值8 mm 的平滑处理。（3）以AAL 模板构建海马体掩模，对患者组及HC 组行两样本t检验，以年龄、性别、及教育程度作为协变量，比较两组间灰质体积差异（体素P<0.001，FWE 校正），得出患者组与对照组海马体积存在差异的脑区。

1.3.2 rs⁃fMRI 数据处理运用REST plus 软件工具包在Matlab 2013b 平台上对所有被试的rs⁃fMRI图像进行预处理，步骤：（1）转换数据格式；（2）移除前10 个时间点图像；（3）时间层校正；（4）头动校正，将平均头动> 3 mm 或旋转角度> 3°的被试排除；（5）空间标准化：一步配准到蒙特利尔神经病学研究所的空间标准化解剖模板，重采样至3 mm×3 mm×3 mm；（6）平滑；（7）去线性漂移；（8）在0.01 ～ 0.08 的频率范围内滤波；（9）去除协变量；（10）基于海马分区坐标，即右前海马（28，-10，-22）、左前海马（-28，-10，-22）、右后海马（25，-37，0）和左后海马（-25，-37，0），以上述种子点为中心做半径为6 mm 的小球作为计算FC值的感兴趣区（ROI）［10］，并将FC 值经Fisher′s r⁃to⁃z转换，得到z⁃FC 图，然后进行双样本t检验，以年龄、性别和教育程度作为协变量，得出患者组与HC 组存在差异的脑区（体素P< 0.005，团块P<0.05，GRF 校正）。

1.4 神经心理学测试由两名经过神经心理学测试培训的人员对所有被试者在行MRI 扫描的当天进行神经心理学测试，包括蒙特利尔认知评估基础量表（MoCA⁃B）评定认知功能，汉密尔顿焦虑量表（HAMA）和汉密尔顿抑郁量表（HAMD17）评定焦虑和抑郁程度。

1.5 统计学方法采用SPSS 25.0 软件进行统计学分析，计数资料（性别）比较用采用χ2检验。其余人口学和临床特征的组间差异采用两样本t检验，提取海马差异脑区的灰质体积及功能连接差异脑区的FC 值，用Pearson 相关分析确定其与病程、Moca⁃B 评分、HAMA 及HAMD⁃17 评分等之间的关系，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 人口统计学资料和HC 组相比，抗NMDAR脑炎组的年龄、性别、受教育年限差异无统计学意义，在认知功能得分方面（MoCa⁃B 量表总分、执行功能、流畅性、定向、抽象、延迟回忆）显著低于HC 组（P<0.05）；精神情绪方面（HAMD17、HAMA）评分显著高于HC 组（P<0.05），见表1。

表1 抗NMDAR 脑炎患者组及对照组的临床资料Tab.1 The clinical data of patients with anti⁃NMDAR encephalitis and healthy controls ±s

表1 抗NMDAR 脑炎患者组及对照组的临床资料Tab.1 The clinical data of patients with anti⁃NMDAR encephalitis and healthy controls ±s

注：*为χ2检验

性别（男/女，例数）年龄（岁）教育程度（年）起病年龄（岁）病程（个月）MoCa⁃B HAMD17 HAMA抗NMDAR 脑炎组（n=21）8/13 27.14±8.398 13.05±3.471 25.25±8.294 21.57±17.189 25.29±5.943 4.81±3.723 2.95±2.958 HC 组（n=21）9/12 26.62±5.054 14.10±3.015⁃ ⁃29.05±0.973 1.52±2.136 0.95±1.532 P 值0.753*0.808 0.303⁃ ⁃0.009 0.001 0.010

2.2 VBM 分析结果与HC 组相比，抗NMDAR脑炎患者组右前海马灰质体积减小（图1，表2）。

表2 抗NMDAR 脑炎患者组与HC 组双侧海马灰质体积差异的脑区Tab.2 Brain regions showing differences in volume of hippocampus between groups

图1 抗NMDAR 脑炎患者右前海马灰质体积减小Fig.1 The brain regions of decreased volume of hippocampus in patients with anti⁃NMDAR encephalitis

2.3 rs⁃fMRI 分析结果与HC 组相比较，抗NM⁃DAR 脑炎患者组的左后海马与左侧丘脑、右侧辅助运动区（图2A）的FC 值下降；右后海马与左侧中央后回（图2B）的FC 值升高；左前海马、右前海马与全脑的FC 值差异无统计学意义（图2、表3）。

表3 抗NMDAR 脑炎患者组与HC 组之间存在FC 值组间差异的脑区Tab.3 Brain regions showing differences in FC values between groups

图2 抗NMDAR 脑炎患者FC 值存在差异的脑区Fig.2 The brain regions of different FC values in patients with anti⁃NMDAR encephalitis

2.4 相关性分析结果将患者组存在差异的海马灰质体积及功能连接差异脑区的FC 值与临床资料进行相关性分析发现，右前海马灰质体积与MoCa⁃B 评分呈正相关（r=0.640，P=0.002）。右侧辅助运动区FC 值与患者病程呈正相关（r=0.508，P= 0.019），左侧丘脑及左侧中央后回FC 值与病程及量表评分等不相关。见图3。

图3 海马灰质体积及差异脑区FC 值与临床资料的相关性分析Fig.3 Correlation analysis between the volume of hippocampus and different brain regions FC values and clinical data

3 讨论

基于VBM 及FC 的方法，本研究发现，与HC 组相比，抗NMDAR 脑炎患者右前海马灰质体积减小，左后海马与左侧丘脑、右侧辅助运动区的FC下降；右后海马与左侧中央后回的FC 增强，相关性分析显示，右前海马灰质体积与认知功能呈正相关，右侧辅助运动区FC 值与患者病程呈正相关。说明抗NMDAR 脑炎患者海马结构损伤，并且与其他脑区功能连通性受损。

抗NMDAR 脑炎的致病机制可能是介导神经细胞突触可塑性的NMDAR 快速和可逆的减少，使得NMDAR 介导的突触功能丧失，出现相应神经功能障碍［11-12］。本研究发现抗NMDAR 脑炎患者右前海马灰质体积减小，右前海马灰质体积与认知功能成正相关。FINKE 等［13］的研究发现，抗NMDAR脑炎患者存在海马萎缩以及海马微结构损伤，并且与记忆能力、疾病严重程度和病程有关，与本研究结果相符。海马体是中大脑中NMDAR 密度最高的区域之一［14］，抗NMDAR 脑炎患者存在长期的认知缺陷，包括记忆障碍和执行功能障碍，说明海马可能是抗NMDAR 脑炎的靶点结构之一。

在FC 分析中，左侧丘脑、右侧辅助运动区的FC 下降。辅助运动区位于前额叶，结构上与丘脑、基底节及许多大脑皮质存在纤维连接，是控制机体运动功能及语言行为的重要区域［15］。丘脑在神经信号传导过程中扮演着信号转换器的角色，丘脑皮质神经元接收躯体感觉或运动信息，通过丘脑皮质束投射到大脑皮层［16］。有研究［17-18］表明，运动功能障碍，包括重复动作、口面部运动障碍和肌张力障碍等异常运动在抗NMDAR 脑炎患者中十分常见。LIANG 等［19］的研究发现，抗NMDAR 脑炎患者左侧额叶平均弥散率升高；ZHANG 等［20］的研究表明，约有40%的抗NMDAR 脑炎患者会在包括丘脑在内的非常规部位出现病灶。因此本研究推测是由于抗体介导的NMDAR 减少引起皮质⁃纹状体⁃丘脑⁃皮质环路功能障碍，失去了对下丘脑和脑干的控制，从而导致了抗NMDAR 脑炎患者运动功能障碍。同时，右侧辅助运动区的FC 值与抗NMDAR 脑炎患者病程呈正相关，进一步说明抗NMDAR 脑炎患者运动功能障碍可能与辅助运动区功能损伤有关，并且随着病程的延长，脑功能可能会出现部分的恢复代偿。

中央后回是躯体感觉⁃运动网络的中枢，主要负责整合各种躯体感觉刺激传递的信息，细微的损伤都可能引起躯体感觉障碍的出现［21］。本研究发现抗NMDAR 脑炎患者中央后回的FC 增强，提示患者感觉运动网络出现异常。前期研究发现，抗NMDAR 脑炎患者后扣带回与中央后回的FC 值增高［22］，与本研究相符。有研究［23］表明，精神分裂症患者也存在中央后回脑功能活动异常，并与认知功能障碍有关。抗NMDAR 脑炎患者常有精神异常和攻击行为，可能是由中央后回结构和功能异常引起，中央后回的FC 增强而不是减弱，推测是由于脑功能活动代偿性升高所致，这一点在今后还需要进一步研究证明。

本研究仍具有一定的局限性：首先，本研究样本量小，结果可能具有一定的不稳定性；入组患者发病原因、临床表现以及治疗方案不同，可能会对结果产生一定的影响；最后，海马前后部的分区不够详细。因此，今后应继续扩大样本量，在更详细的结构上划分海马亚区，以求更好地解释海马各亚区的功能及作用，并且需要进行纵向研究，以进一步了解抗NMDAR 脑炎脑结构和功能的损害和恢复情况。

综上所述，本研究从脑结构和功能的角度，证实了海马在抗NMDAR 脑炎疾病过程中扮演着重要的角色。抗NMDAR 脑炎患者存在海马灰质体积及海马与其他脑区间功能连接的异常，并且这些异常与认知功能障碍及病程长短有关。这些结果将为更好地理解抗NMDAR 脑炎和其他与NM⁃DAR 功能障碍相关的疾病的病理生理学机制提供帮助。