阿尔茨海默病患者的酰胺质子转移加权磁共振成像研究

李经纬，李群，杨硕，冉志蓉，郑明明，朱囡囡，程鹏，陈苑苑，石丽，张许来，6*

阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）作为目前世界第一大常见的中枢神经系统退化性疾病，在全球范围内影响了超过约3 000万人[1]，其起病早期无明显的临床症状，故患者的确诊非常困难。AD的临床表现包括认知功能的下降，如记忆力进行性下降、定向力逐渐缺失等，同时随病程不断进展，部分患者会伴发行为和精神异常，如性格的改变、妄想、幻觉、焦虑、抑郁、易激惹等[2]。目前AD的发病机制尚不明确，可能是遗传及环境的共同影响所致。最新的研究发现，星形胶质细胞反应在AD的发病中起着重要的作用[3]。海马体作为与人类记忆功能最密切的器官[4]，内部包含大量星形胶质细胞[5]。AD患者中最常见的活化细胞就是星形胶质细胞[6]。星形胶质细胞变性也可引起星形胶质瘤，该肿瘤的临床表现与AD相近。化学交换饱和转移成像技术（chemical exchange saturation transfer mri contrast，CEsT）最常应用于星形胶质瘤的诊断，且有着良好的应用效果[7]。

CEsT是一种全新的核磁共振（MR）对比成像技术，不同于使用传统的MR对比剂，其通过两种或多种处于不同化学环境下的质子之间的化学交换产生成像对比[8]，可以观察到常规MR图像上难以观察到的信号。酰胺质子转移加权（Amide proton transfer-weighted imaging，APT w）MR作为一种特殊类型的CEsT，能够观察到细胞内源性移动肽和蛋白质[9]。酰胺质子是人体中广泛存在的一类含氮的羧酸衍生物，是蛋白质的一种特殊类型。既往研究结果显示，多数AD患者脑内淀粉样蛋白浓度发生特异性改变[10]，可以作为AD的预测指标之一。星形胶质细胞瘤[11]最常见的发病部位就是海马体，与AD的发病部位、发病原因均有较大的联系。已有大量研究证明，运用APT w可以有效观察星形胶质细胞瘤及AD动物模型中的脑内酰胺质子变化[12]，但是对于AD的诊断研究仍有待发展。

目前临床上对AD的诊断仍主要依赖患者及患者家属的自我评价及病史、临床医生的经验性诊断及正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PETCT）[13]，但这种诊断方式主观性较强且价格高昂，十分依赖医生的临床经验，对于疾病早期的诊断准确率低[14]。找到新型的可用于客观评估AD进程的生物学指标对于患者的治疗方案选择和病情评估均具有非常重要的临床意义。因此，本研究运用APT w MR探究AD患者脑内酰胺质子含量与认知功能、精神症状的相关性，探究APT w MR对AD的诊断价值。

1 对象和方法

1.1 研究对象及分组 本研究选取2019年11月至2021年8月于安徽医科大学附属心理医院首次门诊就诊及住院治疗的55岁以上AD患者41例为研究对象，归为AD组。同期招募本院退休健康职工及周边社区的健康志愿者37例为健康对照组。本研究获得合肥市第四人民医院医学伦理委员会的批准（伦理号：2020BAT0031），所有参与者及其家属在接受测验前签署知情同意书。

1.1.1 纳入、排除标准 纳入标准：（1）符合《精神和行为障碍分类》（ICD-10）[15]中AD的诊断标准且颅脑磁共振成像仅提示为脑萎缩的首诊患者；（2）可以接受磁共振扫描；（3）完成简易智力状态检查量表（mini-mental state examination，MMsE）[16]与阿尔茨海默病病理行为评分表（BEHAVE-AD）[17]；（4）患者家属知情同意。排除标准：（1）颅脑创伤、躯体疾病或合并其他精神障碍者；（2）有酒精及其他物质依赖史者；（3）无法行磁共振扫描者或经磁共振成像（MRI）诊断为血管性痴呆者或根据既往病史尚不能完全排除感染性痴呆者；（4）既往服用促认知类、抗精神疾病药物者，如酒石酸卡巴拉汀、多奈哌齐、美金刚、甘露特纳、奥氮平、喹硫平、利培酮等。

1.1.2 健康对照组选择 根据AD组资料，通过年龄、性别、受教育年限匹配健康对照组受试者。

1.2 资料收集 收集所有受试者的临床资料，包括性别、年龄、受教育年限等，MMsE、BEHAVE-AD评分，利用APT w MR计算脑内酰胺质子含量。

1.3 MMsE及BEHAVE-AD评定 由1名经过量表一致性培训的经验丰富的精神科主治医师对AD组及健康对照组受试者的认知功能、精神症状进行评估。MMsE主要包括记忆力（6分），视空间（1分），注意集中（5分），语言能力（8分）和定向力（10分），满分30分，分数越低表示认知障碍越严重。BEHAVE-AD主要包括偏执和妄想（21分），幻觉（15分），行为紊乱（9分），攻击行为（9分），日夜节律紊乱（3分），情感障碍（6分），焦虑和恐惧（12分），满分75分，分数越高表示精神症状越严重。

1.4 MRI及CEsT成像采集及图像处理 使用3.0 T普通MRI，其中T1加权成像重复时间（TR）=8.2 ms，回波时间（TE）=3.2 ms，flip=12°，小视野映像（FOV）=256 mm×256 mm，层厚 =1.00 mm。CEsT 成像 TR=3 000 ms，TE=2 ms，flip=20°，FOV=20 mm×20 mm，层厚=8 mm，扫描矩阵=128×128。CEsT成像中取3种不同饱和幅度下成像，分别为饱和幅度=2 ut，饱和时间 1 000 ms；饱和幅度 =3 ut，饱和时间 1 000 ms；饱和幅度 =4 ut，饱和时间 1 000 ms。所有图像处理和数据分析使用MATLAB软件（版本7.5，R2007b）进行。通过使用Eq，运用20 ppm信号归一化，计算出CEsT对比度为±0.6 ppm。其中s-VE、s+ve、s0均是经过B0校正的MR信号，大小分别为 -0.6 ppm、+0.6 ppm、20 ppm。

通过将CEsT图像强度绘制为饱和脉冲的共振偏移函数生成Z光谱。B0为通过相对于TE差展开相位后累计的像素相位线性拟合。对于CEsT不对称曲线，在0～1.2 ppm的频率偏移处绘制了相对的水信号差。由于认知功能及精神症状与海马及颞叶相关度较高，本研究选择两名以上放射科医生手工绘制2个感兴趣区（region of interest，ROI）并主要对该部位进行数据处理。考虑到部分研究对象配合程度较低，成像过程中出现运动幅度过大等情况，成像数据会出现重叠，无法进行数据分析，后期会进行数据剔除。AD患者典型MRI及CEsT成像见图1。

图1 AD患者典型MRI及CEsT成像图对比Figure 1 Images of APTw MRI and chemical exchange saturation transfer in detecting Alzheimer's disease

1.5 统计学方法 使用sPss 16.0统计学软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，两组间比较采用非参数检验；计数资料以相对数表示，两组间比较采用χ2检验。采用spearman秩相关分析探究脑内酰胺质子含量与认知功能和精神症状因子的关系。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较 AD组男性13例，女性28例，平均年龄为（69.8±7.7）岁，平均受教育年限为（6.7±5.0）年；健康对照组男性15例，女性22例，平均年龄为（63.8±7.8）岁，平均受教育年限为（7.5±3.4）年。两组间性别、年龄和受教育年限比较，差异无统计学意义（χ2=1.108，P＞0.05；t=3.428，P＞0.05；t=-0.806，P＞0.05）

2.2 两组MMsE及BEHAVE-AD评分比较 两组MMsE和BEHAVE-AD各因子评分及总分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 AD患者与健康对照组MMsE和BEHAVE-AD量表评分、脑内酰胺质子含量比较Table 1 Comparison of the total and domain scores of MMsE and BEHAVE-AD and cerebral amide proton content in Alzheimer's disease patients and healthy controls

2.3 两组脑内酰胺质子含量比较 AD组2 ut下右侧海马、2 ut下左侧海马、2 ut下海马（总）、4 ut下右侧海马、4 ut下左侧海马、4 ut下海马（总）区酰胺质子含量高于健康对照组，3 ut下左侧海马、3 ut下海马（总）区酰胺质子含量低于健康对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组3 ut下右侧海马、不同饱和幅度下颞叶区酰胺质子含量比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1、图2。

图2 AD患者不同饱和幅度下APT w成像Figure 2 APT w imaging under different saturation amplitude in AD

2.4 相关性分析 spearman秩相关分析结果显示，2 ut 下右侧海马区酰胺质子含量与偏执和妄想因子（rs=0.574，P=0.040）、幻觉因子（rs=0.595，P=0.032）、日夜节律紊乱因子（rs=0.591，P=0.033）呈正相关；3 ut 下右侧海马区酰胺质子含量与偏执和妄想因子（rs=0.588，P=0.034）、幻觉因子（rs=0.572，P=0.041）、日夜节律紊乱因子（rs=0.650，P=0.016）呈正相关；3 ut 下左侧海马区酰胺质子含量与定向力呈负相关（rs=-0.590，P=0.034）；3 ut 下海马（总）酰胺质子含量与偏执和妄想因子（rs=0.625，P=0.022）、幻觉因子（rs=0.606，P=0.028）、日夜节律紊乱因子（rs=0.611，P=0.026）呈正相关；4 ut 下右侧海马区酰胺质子含量与情感障碍因子（rs=0.615，P=0.025）呈正相关；4 ut 下左侧海马区酰胺质子含量与视空间（rs=-0.570，P=0.042）、注意集中（rs=-0.570，P=0.042）、记忆力（rs=-0.732，P=0.004）呈负相关；4 ut 下海马（总）酰胺质子含量与情感障碍因子（rs=0.580，P=0.038）呈正相关。见表2。

表2 AD患者脑内酰胺质子含量与MMsE量表评分的相关性分析（rs值，n=13）Table 2 Correlation analysis of cerebral amide proton content with the total and domain scores of MMsE and BEHAVE-AD in Alzheimer's disease patients

3 讨论

随着人口老龄化进展的加剧，AD的发病率也在逐年递增，但是其起病的隐匿性和严重的脑功能损伤让无数患者及其家庭饱受伤害[19]。然而经过数十年的努力，至今仍未能发现逆转AD的有效手段[20]，这也凸显出临床前的预防工作尤为重要。大量研究表明，脑内特定蛋白质的积累[21]如β淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的细胞外沉积[22]、神经原纤维缠结[23]、神经元和突触的丧失[24]以及反应性神经胶质增生和炎症的发生[25]可能是AD的重要特征。人们对于载脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）[26-27]致病机制的理解也已经从以Aβ为中心的机制扩展到Tau神经原纤维变性[23]、小胶质细胞和星形胶质细胞反应[28]以及血-脑脊液屏障中断[29]。虽然目前尚未能明确AD的具体病因，但在疾病的影响下，大部分患者的脑内胶质细胞均会出现一定的改变[28]。有研究认为酰胺质子在星形胶质细胞内的改变可能与神经系统退行性疾病的发病息息相关[12]。但是，目前临床研究甚少，且无相关研究探讨脑内酰胺质子含量变化与AD患者临床症状的相关性。因此，本研究探讨了AD患者不同脑区酰胺质子变化，并进一步分析了其变化与患者临床症状的相关性。

既往研究发现，AD患者在疾病初期最常见的表现可能仅仅是认知功能的轻度下降，即轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment，MCI），随着病程的进展，之后可能才会相继出现多任务处理困难、情感改变以及认知障碍的加重[30]，本研究中AD组MMsE评分低于健康对照组，BEHAVE-AD评分高于健康对照组，提示AD组患者存在明显情绪、精神问题。但是，MCI的最终转归具备非常大的个体差异，其最终是否会转变为AD亦不能下定论[31]。BUDsON等[32]研究表明，AD的明确诊断仍需要对脑组织进行尸检，脑脊液及PETCT检查结合几个相对较新的生物标志物检测可以提高存活患者的诊断率。在当前医疗环境下，对高龄患者进行脑脊液或脑组织病理检查的难度明显较高，因此发现安全、有效且能较早提示AD病理变化的生物学标志物，及早进行临床干预更为重要。

大量研究表明，CEsT通过不同溶剂对比成像[33]使脑内的成像效果更为清晰，这点在神经胶质瘤[34]尤其是星形胶质瘤[35]的诊断运用中更为明显。同时，CEsT使用不同溶剂时产生的成像效果也存在不同[8]，例如肌醇化学交换饱和转移磁共振（Myoinositol chemical exchange saturation transfer，MICEsT）脑功能成像效果要优于水和溶剂的CEsT成像[36]，中继核Overhauser效应化学交换饱和转移磁共振（relayed nuclear Overhauser effect chemical exchange saturation transfer，rNOE-CEsT）[37]应用于肿瘤组织成像效果良好。CHAN等[38]研究结果显示，谷氨酸化学交换饱和转移磁共振（Glutamate chemical exchange saturation transfer，GluCEsT）可以较好地显示出脑内谷氨酸的含量。ZHANG等[39]研究表明，APT w成像在表征遗忘性轻度认知障碍（characterizing amnestic mild cognitive impairment，aMCI）的临床诊断中有良好的潜力。研究证明，在非侵入性检查方法中，CEsT通过使用不同的溶剂可以观察到脑内不同物质含量的变化[35]。本研究发现，APT w作为CEsT 中的特殊类型，能有效地观察到AD组脑内酰胺质子含量与健康对照组存在差异。同时，本研究通过相关分析还发现，海马区酰胺质子含量与视空间、记忆力及注意集中因子呈负相关，与偏执和妄想、幻觉、日夜节律紊乱等因子呈正相关。这一结果提示患者脑内酰胺质子含量的增多可能在认知功能改变及精神症状的发生中起着重要作用，可能是引发疾病的关键因素。既往多项研究表明，随着AD病程的进展，大脑的退化过程从内嗅皮质[40]开始逐渐发展至海马[41]、杏仁核[42]和海马旁回[43]，并且这些结构均会随疾病的发生而逐渐失去神经元组织[44]，从而引发多种临床症状。虽然目前的主要研究领域集中于通过PET测量ROI的方法进行检查，并以此推算出脑内Tau指数（CTI）以定义脑组织Tau沉积的程度[45]，但是随着疾病的进展，AD患者不仅仅表现出记忆力下降的症状，同时还伴随很多精神、行为及情绪症状，如妄想、幻觉[46]、焦虑、抑郁、激越、易激惹、淡漠[47]等，这些症状往往会出现间歇性的变化，并具有恢复和复发的可能，且有的症状会随病程的延续而加重[48]。由于个体差异性较大、部分患者配合程度较低、既往MRI等检查手段并不精细等，过去对于脑组织的探查程度不高，无法得出较为统一的结果，但是CEsT的应用使发现不同脑区结构的改变成为可能，未来能更进一步认识人脑的变化。

总之，AD患者脑内酰胺质子含量发生变化、伴有不同精神或情绪症状的患者脑内酰胺质子含量也存在不同程度的差异性，且可在CEsT下被监测到，这对于未来发现检测AD的影像学指标有良好的临床指导意义。考虑到AD不仅是一种脑部的疾病，更有可能是一组全身性疾病，因此从全身性的观点出发、使用影像学检查方法可以为临床更加便捷、无创地进行AD的预防和治疗提供新思路，减轻疾病的社会负担。在后续的研究中，可进行多中心、大样本的数据收集；寻找更加有效的检测方法以提高图像质量；对部分患者进行干预以增加部分重度患者配合程度。

作者贡献：李经纬进行统计学处理，结果的分析与解释，撰写论文，进行论文的修订；李经纬、张许来进行研究的实施与可行性分析，负责文章的质量控制及审校；李经纬、李群、杨硕、冉志蓉、郑明明、朱囡囡、程鹏、陈苑苑、石丽进行数据收集、整理；张许来进行文章的构思与设计，对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。