心脏磁共振鉴别两种常见类型心肌淀粉样变性的初步探索

廖旋，曾牧，张嘉敏，刘军

作者单位：中南大学湘雅二医院放射科，长沙 410011

淀粉样变性(amyloidosis)是一种累及多系统的病变，主要的病理机制是细胞外间质不溶性纤维蛋白的沉积。目前已知有40种蛋白可以导致淀粉样变性，其中有8种可以不同程度的累及心脏，临床最常见的类型主要包括免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性(cardiac light-chain amyloidosis，AL-CA)和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性(cardiac transthyretin-related amyloidosis，ATTR-CA)[1]。淀粉样变性的预后与受累的脏器及淀粉样物质的类型有关，其中心脏受累是与淀粉样变性预后最相关的预测因素[2]，有研究表明，AL-CA与诊断后6个月内超过50%的病死率相关，而ATTR-CA预后相对较好，2年生存率可达98%～100%[3]，因此，通过了解心肌淀粉样变性(cardiac amyloidosis，CA)分型有助于预测患者的预后情况。此外，AL-CA和ATTR-CA治疗并不相同，自体干细胞移植和类似于多发性骨髓瘤的抗浆细胞治疗是AL-CA的治疗方法，而ATTR-CA的治疗选择则包括原位肝移植(仅家族性ATTR)，以及转甲状腺素蛋白(transthyretin，TTR)四聚体(双氟尼柳、氯苯唑酸)和使用RNA干扰治疗(帕西兰)减少肝脏中重新合成TTR的药物[4]。因此，在临床工作中，了解CA的常见分型对治疗具有一定的指导作用。

目前，临床对于CA的分型有如下方法：免疫组化、蛋白质组质谱、99Tcm-DPD/HMDP/PYP闪烁成像等。如果怀疑为ATTR-CA，还需进行DNA分析，以确定潜在的TTR突变[5]。然而，这些检查手段非常昂贵，并且需要自费，许多患者由于无法承担昂贵的费用而放弃诊疗。因此，亟需一种新的较为便捷的方法来鉴别两者。近年来，心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)迅速发展，在许多心脏疾病的诊断中提供了重要的参考价值[6]，国内外相关研究也表明CMR是一种重要的无创诊断CA的方法[7-8]。国外部分学者针对CMR在CA分型中的价值也进行了研究，Dungu等[9]研究了97例CA，发现透壁性延迟强化(late gadolinium enhancement，LGE)能 够 鉴 别AL-CA和ATTR-CA，并且ATTR-CA的LGE范围相对于AL-CA更广泛。另一项定量分析[10]，即细胞外容积(extracellular volume，ECV)的研究，则表明在ATTR-CA组淀粉样物质沉积更加广泛。尽管国外已经有部分研究开始探索CMR在CA分型中的作用，但是其研究结果仍然存在争议。因此，本研究的主要目的是探讨CMR在CA分型中的价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

收集2015年8月至2020年4月疑似CA，并于中南大学湘雅二医院进行CMR检查的患者69例，通过刚果红染色和免疫组织化学染色诊断CA及其类型。根据以下标准纳入[11]：(1)经心外组织进行刚果红和免疫组织化学染色诊断为淀粉样变性；(2)经超声和CMR证实出现心脏受累。排除标准包括严重心律失常、心血管疾病家族史、继发性高血压、严重瓣膜心脏病、糖尿病、恶性肿瘤，以及无完整的临床资料者。在69例患者中，有3例诊断为肥厚型心脏病，2例诊断为糖尿病心肌病，64例诊断为CA，其中4例因图像质量不佳或无完整的临床资料被排除，3例因严重高血压或严重心律失常被排除，最终纳入57例，其中AL-CA37例，ATTR-CA 20例。本研究为回顾性研究，经过中南大学湘雅二医院医学伦理委员会批准(批准文号：2019086)，免除受试者知情同意。

1.2 仪器与方法

所有受试者均在3.0 T扫描仪(MAGNETOM Skyra，Siemens Healthcare，Erlangen，Germany)上进行CMR，采用18通道体表线圈，配合无线矢量心电图门控板。扫描序列包括左心室短轴、左心室两腔和四腔长轴视图的电影序列，以及注药前T1 mapping和注药后的T1 mapping。分别采用真实稳态自由进动快速成像序列(true fast imaging with steady precession，true FISP)和改良的Look-Locker反转恢复序列方法(the modified look-locker inversion recovery，MOLLI)(具体参数详见表1)。注射剂量为0.2 mmol/kg，注射药物为钆喷酸葡胺(Dimeglumine Gadopentetate，Gd-DTPA)，在注药前和注药后15 min进行LGE成像。LGE成像采集平面为左心室短轴两腔(三个层面包括：基底段、中间段、心尖段)、左心室长轴四腔、左心室两腔。

表1 不同序列的具体参数Tab.1 Specific parameters for different sequences

1.3 图像分析

1.3.1 功能特征

将获得的所有原始CMR DICOM数据导入商用后处理软件CVI 42(Circle Cardiovascular Imaging，Calgary，Alberta，Canada，version 5.9.3)，获取相关应变参数和常规心功能参数。将一系列电影图像导入3D模块，并连续短轴切片上半自动绘制心内膜和心外膜轮廓，手动标记左、右心室边界点，从而计算左室整体收缩功能包括左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)、左室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume，LVESV)、每搏输出量(stroke volume，SV)、心肌质量指数(myocardial mass index，MMI)。之后将左心室两腔、左心室长轴四腔和左心室短轴一系列图像导入组织追踪模块(tissue tracking module)，获得相关应变参数，包括3D径向应变(radical strain rate，RS)、周向应变(circumferential strain rate，CS)和纵向应变(longitudinal strain rate，LS)。以“平均心尖段LS/CS/RS-平均基底段LS/CS/RS”计算左心室基底段到心尖段的各项应变梯度差；再计算LV-LS的相对心尖纵向应变(relative apical sparing of longitudinal strain，RAS LS)，计算公式如下：心尖段LS平均值/(基底段LS平均值+中间段LS平均值)。上述心内膜和心外膜的绘制及修正均由2名具有3年CMR诊断经验的主治医师完成。

1.3.2 组织学特征

LGE图像通过视觉进行评估，如果大于正常心肌信号的四倍标准差，认为LGE阳性，同时，采用QALE(query amyloid late enhancement)评分作为LGE的半定量评价方法[9]。整体ECV及各节段ECV计算公式如下。ECV=( 1−HCT)×

公式中，T1BloodPre、T1MyoPre、T1BloodPost、T1MyoPost分别为增强前后血液和心肌的T1测量值。通过血常规获得红细胞比容值(hematocrit，HCT)。

1.4 统计学分析

使用SPSS v25.0(IBM，Armork，New York，USA)进行统计分析。通过Shapiro-Wilk检验了解数据是否服从正态分布。符合正态分布的计量资料，用均值和标准差表示；不符合正态分布的计量资料采用中位数和四分位间距。计数资料以频数表示。服从正态分布的数据采用两样本t检验，不服从正态分布的数据采用Mann-WhitneyU检验。计数资料采用卡方检验。P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般临床资料及CMR基本参数差异分析

AL-CA组与ATTR-CA组的一般临床及CMR参数分析见表2，AL-CA组的血清游离κ链高于ATTR-CA组，差异有统计学意义(U=249.00，P=0.04)，而在年龄(t=0.66，P=0.51)、性别(χ2=1.05，P=0.31)、实验室检查、纽约心脏病学会(New York Heart Association，NYHA)心功能分级(χ2=2.41，P=0.49)、基本CMR参数两组间差异无统计学意义(P均＞0.05)。

表2 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性的人口统计学特征Tab.2 Demographic characteristics between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis

2.2 不同类型心肌淀粉样变性的LGE特点

AL-CA组与ATTR-CA组的LGE特点结果见表3，右心室LGE(χ2=12.10，P=0.00)、心房LGE(χ2=16.34，P=0.00)、透壁性LGE(χ2=12.98，P=0.00)、QALE评分(χ2=128.50，P=0.00)均高于AL-CA组，差异均有统计学意义(P均＜0.05)，而在心内膜下LGE两组间差异无统计学意义(χ2=0.07，P=0.79)。

表3 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性两组的延迟强化特点Tab.3 Late gadolinium enhancement characteristics of cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)and cardiac transthyretin-related amyloidosis

2.3 不同类型心肌淀粉样变性的ECV值

AL-CA组与ATTR-CA组的ECV结果见表4，ATTR-CA组在基底段ECV值(t=-2.51，P=0.02)、中间段ECV值(t=-2.13，P=0.04)、平均ECV值(t=-2.15，P=0.04)均高于AL-CA组，差异均有统计学意义(P均＜0.05)，在心尖段ECV值两组间差异无统计学意义(t=-1.47，P=0.15)。

表4 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性两组的细胞外容积(±s)Tab.4 The value of extracellular volume between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis(±s)

表4 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性两组的细胞外容积(±s)Tab.4 The value of extracellular volume between cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis(±s)

注：AL-CA：免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性；ATTR-CA：转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性；ECV：细胞外容积。

组别AL-CA(25例)ATTR-CA(17例)基底段ECV 0.61±0.10 0.70±0.13中间段ECV 0.57±1.11 0.64±0.12心尖段ECV 0.52±0.12 0.59±0.14 ECV平均值0.57±0.10 0.65±0.13 t值P值-2.51 0.02-2.13 0.04-1.47 0.15-2.15 0.04

2.4 不同类型心肌淀粉样变性的3D应变分析

AL-CA组与ATTR-CA组的整体、基底段、中间段及心尖段的各应变参数分析结果见表5，ATTR-CA组的左室心肌整体(t=2.97，P=0.00)及基底段(t=3.43，P=0.00)、中间段(U=200.50，P=0.00)、心尖段(t=2.38，P=0.02)LS均高于AL-CA组，差异均有统计学意义(P均＜0.05)。AL-CA和ATTR-CA的 左 室 心 肌 整 体(U=243.50，P=0.06)及基底段(U=315.00，P=0.53)、中间段(U=294.50，P=0.32)、心尖段(U=254.5，P=0.09)RS差异无统计学意义，AL-CA和ATTR-CA的左室心肌整体(t=1.45，P=0.15)及基底段(t=0.52，P=0.60)、中间段(t=1.02，P=0.31)、心尖段(t=1.70，P=0.09)CS差异无统计学意义，两组在RAS-LS之间差异无统计学意义(U=254.5，P=0.09)(图1，2)。

图1 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性两组纵向应变率、轴向应变率、径向应变率16节段牛眼图。图A、B、C分别为免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性(AL-CA)左心室纵向应变率(LS)、轴向应变率(CS)、径向应变率(RS)的16节段牛眼图，图D、E、F分别为转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性(ATTR-CA)左心室纵向应变率(LS)、轴向应变率(CS)、径向应变率(RS)的16节段牛眼图 图2 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性两组整体纵向应变率、整体轴向应变率、整体径向应变率应变曲线图。图A、B、C分别未免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性(AL-CA)左心室整体纵向应变率(GLS)、整体轴向应变率(GCS)、整体径向应变率(GRS)的应变曲线图，图D、E、F分别为转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性(ATTR-CA)左心室整体纵向应变率(GLS)、整体轴向应变率(GCS)、整体径向应变率(GRS)的应变曲线图Fig.1 Bull's eye diagram of radial strain,circumferential strain and longitudinal strain rate at 16 segments in cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis.Bull's-eye diagram of longitudinal strain(LS),circumferential strain(CS)and radial strain(RS)rate at 16 segments in cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)are showed in the figure A,B and C.Bull's-eye diagram of longitudinal strain(LS),circumferential strain(CS)and radial strain(RS)rate at 16 segments in cardiac transthyretin-related amyloidosis(ATTR-CA)were showed in the figure D,E and F.Fig.2 Strain diagram of global radial strain,circumferential strain and longitudinal strain rate in cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis.Strain diagram of global longitudinal strain(GLS),circumferential strain(GCS)and radial strain(GRS)rate in cardiac light-chain amyloidosis(AL-CA)were showed in the figure A,B and C.Strain diagram of global longitudinal strain(GLS),circumferential strain(GCS)and radial strain(GRS)rate in cardiac transthyretin-related amyloidosis.were showed in the figure D,E and F.

表5 免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样变性和转甲状腺素蛋白型心肌淀粉样变性的3D应变分析Tab.5 3D strain analysis of cardiac light-chain amyloidosis and cardiac transthyretin-related amyloidosis

3 讨论

CA是淀粉样物质沉积于心肌间质引起间质纤维化，致使心肌顺应性下降，出现舒张功能受限，疾病后期心肌重塑，出现收缩功能障碍的一种疾病[12]。笔者通过CMR对AL-CA和ATTR-CA进行分析，发现ATTR-CA的LGE范围、ECV值均高于AL-CA组，左室心肌整体和各节段的LS均高于AL-CA组。但是在左室心肌整体和各节段的RS、CS以及基本心功能参数方面，AL-CA和ATTR-CA之间差异没有统计学意义。

CMR现已成为一个强大的成像技术，它能够提供详细的病灶信息，如位置、室壁肥厚、心肌水肿、心肌纤维化或心肌间质变化、心脏运动、瓣膜反流等等情况[13]。而在CA中，通过LGE能可视化淀粉样物质分布情况，通过打药前和打药后的T1 mapping以及ECV值的测量可以定量反映心肌淀粉样蛋白负荷情况，通过心肌应变分析可以了解整体以及局部心肌收缩功能的变化[14]。我们通过CMR检查发现ATTR-CA组的LGE范围、ECV值均显著高于AL-CA组，提示ATTR-CA组出现更广泛的淀粉样物质沉积；左室心肌整体和局部的LS均显著高于AL-CA组，提示ATTR-CA组左室心肌收缩功能优于AL-CA组。目前认为淀粉样变性的心肌功能障碍的机制可能是多因素的，包括心肌组织中淀粉样蛋白的细胞外沉积导致组织结构的机械破坏，以及原纤维或原纤维前蛋白的蛋白质毒性导致炎症、活性氧产生，从而出现心肌细胞的凋亡和自噬，这甚至可以在纤维蛋白沉积之前就发现。这些病变破坏了正常的心脏结构，最终导致心力衰竭的发生[15-17]。本研究中ATTR-CA的淀粉样物质沉积更明显，但心功能却相对较好，提示淀粉样物质沉积的机械作用和对心肌细胞的直接毒性作用与CA的不同类型有关，同时，间接提示淀粉样物质对心肌细胞的毒性作用要大于淀粉样物质沉积的机械作用。既往的临床证据也支持淀粉样物质在心脏损伤中的作用并不相同，Rapezzi等[18]研究不同类型CA的NT-proBNP差异，发现AL-CA的淀粉样物质负荷明显低于ATTR-CA，但血清中氨基末端脑钠肽前体(N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-pro BNP)的浓 度却是ATTR-CA组的5倍，并且，相比ATTR-CA组，AL-CA组的预后更差。Suhr等[19]通过测量肌钙蛋白I(cardiac troponin I，cTnI)和肌钙蛋白T(cardiac troponin T，cTnT)提出淀粉样甲状腺转运蛋白对心肌细胞的损害小于免疫球蛋白轻链。

本研究将LGE按照部位进行细分，并采用QALE的半定量评分系统对LGE进行细致评估，以了解ATTR-CA和AL-CA两组的LGE特征。为了准确、定量评估淀粉样物质的负荷情况，还进行了ECV值的测量。笔者发现，ATTR-CA和AL-CA均存在左心室LGE，ATTR-CA的 右心室LGE、心 房LGE、透 壁性LGE均 较AL-CA更明显，并且QALE评分亦显著高于AL-CA。此外，ATTR-CA组ECV值也显著高于AL-CA组。这些结果与Dungu等[9]和Fontana等[10]的研究结果基本一致。钆对比剂是一种细胞外示踪剂，既往研究表明在CA中，LGE与细胞外间隙的增高有良好相关性[20]。而ECV是反映细胞外容积的一个参数，其变化可以间接反映心肌间质的变化，在CA中，其可以反映心肌淀粉样物质的负荷情况。尽管大量研究表明ECV的升高是由于淀粉样物质沉积所致，但Fontana等[10]提出ATTR-CA中ECV值升高不仅是淀粉样物质沉积所致，还存在心肌细胞的肥大，而在AL-CA中仅由于淀粉样物质沉积所致。这种情况可能提示在ATTR-CA出现了代偿性的心肌肥大，从而导致ECV值的升高，并且这种心肌代偿在一定程度上改善了心功能，从而表现为ATTR-CA的各种应变参数高于AL-CA。此外，两组在心内膜下LGE之间差异并无统计学意义，尽管目前认为心内膜下LGE是诊断CA特异性较高的强化模式[21]，但我们的研究表明其并不能作为一个CA分型的标志物。

本研究的局限性在于三个方面，一是样本量较少；二是CA是通过心外活检(皮肤或肾脏)确诊的，但非心肌组织活检结合心脏影像学检查来诊断CA已达成共识[22]。第三，我们并未对两组病例进行随访，未进行预后分析，未来将对这些病例进行追踪从而了解影像学参数与预后之间的关系。

综上所述，CMR在CA分型中存在一定价值。ATTR-CA组在LGE范围、QALE评分以及ECV值均显著高于AL-CA组，但是对于左室心肌局部或整体LS却高于AL-CA组。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。