轻度认知功能障碍与阿尔茨海默病18F-flutemetamol PET/CT脑显像初步研究

雷 哲 吴 寒 欧颖晖 赵倩华 单凤玲 王 子 周美红 张琼琼刘学源 丁 晶 尹 又 王修哲 楼菁菁 刘兴党

1（复旦大学附属华山医院核医学科 上海 200040）

2（复旦大学附属浦东医院核医学科 上海 201399）

3（复旦大学附属华山医院神经内科 上海 200040）

4（同济大学附属第十人民医院神经内科 上海 200072）

5（复旦大学附属中山医院神经内科 上海 200032）

6（海军军医大学附属长征医院神经内科 上海 200003）

7（上海交通大学附属第六人民医院神经内科 上海 200233）

阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）是中老年人最常见的痴呆类型，表现为以记忆损伤和行动障碍为主的神经退行性病变。轻度认知功能障碍（Mild Cognitive Impairment，MCI）是一种介于正常衰老和轻度痴呆之间的过渡状态，以记忆力减退为主，临床症状不典型，早期诊断困难。现有证据表明AD 的起始与β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）的异常加工有关：Aβ在脑内沉积形成Aβ斑块，可能继发一系列神经退行性改变，最终导致突触功能障碍及神经元丧失。美国国家衰老研究所（National Institute of Aging，NIA）和阿尔茨海默病学会（Alzheimer's Association，AA）制定的NIA-AA 诊断标准已将Aβ纳为诊断AD 和MCI 的生物学标志物之一［1-2］。正电子发射断层扫描结合计算机断层成像术（Positron Emission Tomography/Computed Tomography，PET/CT）联合11C 和18F 标记的淀粉样蛋白探针可针对脑内Aβ斑块进行特异性成像，有利于AD及MCI的早期诊断。

11C-匹兹堡化合物B（Pittsburgh Compound B，PIB）是最早应用于临床的Aβ 显像剂，但其半衰期短，临床应用受限。为克服这一缺陷，美国食品与药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）和欧洲药品管理局批准了三种18F 标记的Aβ 显像剂，即18F-AV-45、18F-florbetaben 和18F-flutemetamol（18F-FMM）。其中18F-FMM 是18F 标记的11C-PIB 的类似物，同属硫磺素类分子影像探针，可沿着Aβ 原纤维长轴的通道、空洞或凹槽与Aβ进行多位点的结合［3］。国外大量研究已证明了这三种显像剂对AD及MCI 的诊断效能。但国内对这三种显像剂的研究较少，目前暂无18F-FMM 的相关研究。本研究通过视觉评估和半定量分析探讨18F-FMM 在MCI 及AD患者各脑区的分布情况，探索可能影响18F-FMM结合的因素，并初步评估18F-FMM 诊断MCI、AD 患者的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本研究为横断面研究，自2020年7月至2021年4 月，在上海地区招募经高年资神经内科医师确诊的MCI患者、AD患者，同时通过社区筛查招募健康者对照（Normal Control，NC）。所有入组受试者均行体格检查、包含简易精神状态检查量表（Minimental State Examination，MMSE）及蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）的神经心理学测试、头颅磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）检查及单光子发射计算机断层扫描结合计算机断层成像术（Single Photon Emission Computer Tomography/Computed Tomography，SPECT/CT）脑血流灌注显像，并于复旦大学附属浦东医院核医学科行18F-FMM PET/CT脑显像。

NC 的纳入标准为：1）年龄≥50 岁；2）神经心理学测试表明每个认知阈（记忆、语言、执行功能）均无损害且无认知障碍病史［4］；3）MRI未见脑萎缩，脑血流灌注显像未见异常。MCI和AD的纳入标准采用NIA-AA 诊断标准［1-2］［除1）外，2）、3）中满足1 项即可］：1）年龄≥50 岁；2）符合MCI 的诊断标准：i）在1个或多个认知域的认知水平低于正常人1~1.5 个标准差（经年龄和教育水平校正），但对日常工作、生活并无显著影响；ii）有生物学标志物支持（β淀粉样斑块、Tau蛋白等）；3）符合AD的诊断标准：i）有至少涉及两个认知领域的功能损伤，严重影响正常工作、生活，ii）有生物学标志物支持（β淀粉样斑块、Tau蛋白等）。三组排除标准：1）临床诊断怀疑其他类型痴呆；2）有与血管性认知功能障碍相关的病变；3）有意识障碍、谵妄、癫痫、颅内肿瘤、严重失语或严重感觉运功障碍；4）有脑外伤史或精神疾病病史；5）有严重的心、肺、肝、肾疾病等病史。同时排除检查过程中配合不佳影响PET/CT 脑显像质量及脑萎缩严重而影响显像结果判读的受试者后，本研究共纳入58名受试者，包括24名MCI患者［男12名，女12名，年龄（70.54±9.27）岁］，25 名AD 患者［男11 名，女14 名，年龄（70.56±7.30）岁］及9 名NC［男2 名，女7 名，年龄（57.67±9.00）岁］。

本研究经复旦大学附属华山医院伦理委员会批准（批件号：KY2019-492），符合《赫尔辛基宣言》的基本原则，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 PET/CT显像方法

18F-FMM由正电子公司制备。首先以4-甲酰氨基-3硝基苯甲酸为起始原料，经氯代、环合、甲基化、脱甲基化、醚化和脱甲酰基等8 步反应制备得到显像剂前体［5］。随后对前体进行标记，具体标记过程如下：1）捕获：18F 离子溶液通过加速器传靶至FASTlab 模块，经过QMA 柱，其中18F 离子被吸附在QMA柱上，废水及其中的杂质离子流至重氧水回收瓶；2）淋洗：淋洗18F到反应容器；3）干燥：除水；4）标记：将前体加入到反应容器中加热反应；5）催化：将催化剂加入到反应容器中并加热；6）脱保护：将氯化氢加入到反应容器中水解；7）固相萃取法（Solid Phase Extraction，SPE）纯化：使用SPE除去未反应杂质。全程由美国通用电器医疗公司监管，采用生产质量管理规范标准和FDA 标准对显像剂进行生产与质量控制。制备所得的18F-FMM 放化纯度大于95%，比活度（220.15±26.67）MBq·g-1，pH 6.0~8.5。所有受试者在安静状态下先经静脉注射（185±10）MBq18F-FMM，而后注射0.9%无菌氯化钠溶液5~15 mL［6］。注射完成后，所有受试者在安静环境下封闭视听等候90~120 min。本研究采用中国东软Neusoft NeuSight PET/CT对所有受试者进行头部扫描：先采集CT 图像用于衰减校正（电压120 kV，电流300 mA，层厚3.8 mm，扫描时间为30 s），然后在同一时间内采用三维模式进行PET采集20 min，采用TOF-LSCCS方式进行图像重建。

1.3 图像处理与分析

1）视觉评估。采用双盲原则，由两位以上高年资的核医学科医师进行独立阅片，在横断面按照从颅底至颅顶的顺序依次对双侧小脑半球、枕叶、颞叶、额叶、后扣带回、楔前叶和顶叶皮质显像剂滞留及廓清情况进行视觉评估。

2）半定量分析。由两位以上高年资的核医学科医师在横断面图像上，反复勾画双侧小脑半球、枕叶、颞叶、额叶、后扣带回、楔前叶和顶叶皮质的感兴趣容积（Volume of Interest，VOI），记录多次测量中所测得最高的最大标准化摄取值（maximum Standardized Uptake Value，SUVmax），以小脑皮质的SUVmax作为参考，计算各脑区皮质SUVmax与小脑皮质SUVmax的比值，得到各脑区皮质的标准化摄取值比值（Standardized Uptake Value Ratio，SUVR），各脑区皮质SUVR的均值为全脑平均值［7］。

1.4 统计学处理

采用IBM SPSS 20.0 软件进行数据分析。符合正态分布的定量资料表示为χˉ±s，若满足方差齐性，多组间差异采用单因素方差分析，组间两两比较采用独立样本t检验；若不满足方差齐性，均采用秩和检验。定性资料用频数或百分比（%）表示，采用Pearson卡方检验及Fisher确切概率法进行组间差异比较。通过受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线分析鉴别诊断效能，采用多元线性回归分析可能影响18F-FMM 结合的因素。p＜0.05 为差异有统计学意义，最后采用Bonferroni法进行多重校正检验。

2 结果

2.1 受试者基本特征

如表1 所示，NC 组平均年龄低于MCI 组和AD组（t=-3.58、-4.28，p均＜0.016 7），MCI 组与AD 组平均年龄差异无统计学意义（t=-0.01，p=0.994）。三组性别构成差异无统计学意义（χ2=23.70，p=0.404）；三组教育年限差异也无统计学意义（H值=3.43，p=0.021）。NC 组、MCI 组和AD 组的MMSE 评分分别为（29.56±0.73）、（25.88±2.29）和（18.16±3.34）分，MoCA 评分 分别 为（27.89±1.17）、（23.17±2.44）和（13.08±3.83）分，差异均有统计学意义（H值=43.66、46.93，p均＜0.001）。

表1 受试者临床基本资料Table 1 Clinical characteristics of study subjects

2.2 视觉评估

18F-FMM 在NC、MCI 和AD 患者脑内的分布情况如图1 所示：A.显像阴性的正常对照：女，51 岁，MMSE=30，MoCA=30，脑显像示脑白质显像剂分布明显高于周围灰质，白质与灰质分界清晰（全脑平均SUVR为1.170）；B.显像阴性的MCI患者：女，75岁，MMSE=25，MoCA=23，显像结果与A 类似（全脑平均SUVR 为1.333）；C.显像阳性的MCI 患者：女，78岁，MMSE=22，MoCA=22，脑显像示灰质显像剂滞留强度与周围白质相似，白质与灰质分界不明显（全脑平均SUVR 为1.428）；D.显像阳性的AD 患者：男，62岁，MMSE=18，MoCA=13，脑显像示灰质显像剂滞留强度与周围白质相似或高于周围白质，全脑白质与灰质分界不清（全脑平均SUVR 为1.863）。NC、MCI、AD 组的阳性率分别为11.11%（1/9）、66.67%（16/24）和100%（25/25），三组阳性率有统计学差异（χ2=26.85，p＜0.001）。MCI与AD组相比较，枕叶、颞叶、顶叶与后扣带回的视觉评估阳性率有统计学意义，额叶与楔前叶的阳性率差异无统计学意义（表2）。

表2 MCI与AD组各脑区皮质视觉评估阳性结果比较Table 2 Comparison of the positive results of visual evaluation in different cerebral regions between MCI and AD groups

图1 18F-Flutemetamol的代表性分布图像Fig.1 Representative distribution images of18F-Flutemetamol

2.3 半定量分析结果

每组各脑区（枕叶、颞叶、额叶、顶叶、后扣带回、楔前叶）间SUVR 值及全脑平均值均差异无统计学意义（F值：2.00、0.36 和0.52，p均＞0.05）。三组间各脑区SUVR 及全脑SUVR 均存在统计学差异（表3）。NC、MCI、AD组各脑区SUVR两两比较结果显示：NC组各脑区SUVR均低于AD组，颞叶、额叶及楔前叶SUVR低于MCI组；MCI组枕叶、颞叶、额叶、顶叶SUVR 低于AD 组。三组全脑SUVR 平均值两两比较均存在统计学差异（Z值：-3.87、-2.79 和-2.45，p均＜0.016 7）。

表3 三组各脑区SUVR比较结果Table 3 The comparisons of SUVR in different cerebral regions among the three groups

2.4 ROC曲线结果

ROC 曲线结果见图2。以临床诊断为“金标准”［1-2］，ROC 曲线显示颞叶、额叶、楔前叶及全脑平均SUVR 值可鉴别诊断NC 与MCI，枕叶、颞叶、额叶、顶叶、全脑平均SUVR可鉴别诊断MCI与AD。

图2 各脑区18F-FMM SUVR依次鉴别NC、MCI及AD的ROC曲线结果(a)颞叶、额叶、楔前叶SUVR鉴别诊断NC与MCI的ROC曲线图，(b)枕叶、颞叶、额叶、顶叶SUVR鉴别诊断MCI与AD的ROC曲线图Fig.2 ROC analyses of18F-FMM SUVR for the discrimination among three groups in in different cerebral regions(a)ROC analyses of18F-FMM SUVR for the discrimination between NC and MCI groups in temporal lobe,parietal lobe and precuneus,(b)ROC analyses of18F-FMM SUVR for the discrimination between MCI and AD groups in occipital lobe,temporal lobe,parietal lobe and parietal lobe

2.5 影响18F-FMM结合的多元线性回归分析结果

影响18F-FMM结合的多元线性回归分析结果见表4。受试者认知水平与各脑区SUVR 值呈明显的负相关性，而年龄、性别及教育年限并不是影响各脑区18F-FMM结合的因素。

表4 各脑区SUVR多元线性回归分析结果Table 4 Results of multiple linear regression analysis of SUVR in different cerebral regions

3 讨论

国外针对18F-FMM的生命终末期临床试验数据显示：该显像剂不易受到其他颅内并存疾病的干扰，诊断Aβ 病理的特异性和灵敏度较高［8］。18F-FMM和11C-PIB 的PET 显像结果在MCI、AD 患者所有脑区均存在高度的线性相关性，总体相关系数分别为0.84、0.85［9-10］，表明两者在脑内有相似的滞留特征。其他研究也发现，18F-FMM PET/CT 显像可提高MCI、AD 的诊断准确性，并能预测MCI 向AD 的转化［11］。

本研究发现，18F-FMM PET/CT 对NC、MCI 及AD患者的显像结果存在显著差异：三组整体视觉评估阳性率存在显著差异；MCI组和AD组在枕叶、颞叶、顶叶、后扣带回阳性率存在显著差异，其中颞叶的区分度最为明显。既往研究表明，18F-FMM 视觉评估在MCI 和AD 中的阳性率分别为33.3%~42.6%和100%［12-13］，本研究中AD 组阳性率与既往研究一致，但MCI组的阳性率（66.7%）略高，一方面原因是认知障碍患者配合度欠佳，临床招募困难，本研究最终纳入的总体样本量有限；另一方面是因为MCI患者确诊困难，确诊时往往病情偏重，本研究无法避免选择性偏倚。此外，多项研究结果表明，18F-FMM视觉评估诊断AD及MCI的假阳性率略高，弥漫性Aβ斑块及脑萎缩均会影响结果的判读［8，14］，且18F-FMM与白质的非特异性结合度高于11C-PIB，白质外溢效应也会干扰视觉评估［15］。这要求临床医生在阅片前进行系统的培训，对白质滞留显像剂明显的个体进行视觉评估时需仔细辨别。

国外多项研究已经表明，18F-FMM PET/CT显像可以检测从正常认知状态到痴呆的整个AD疾病谱中的Aβ 沉积，AD 患者各脑区SUVR 均显著高于NC［16］。本研究结果中NC 组与AD 组各脑区SUVR值也存在显著差异，表明18F-FMM 可以从健康人群中有效筛查出AD 患者。按照AD 疾病进展逐层分析发现：颞叶、楔前叶、额叶及全脑的平均SUVR 值可鉴别诊断NC 与MCI，其中楔前叶的诊断准确性最高。枕叶、颞叶、额叶、顶叶或全脑的平均SUVR值可能具备区分MCI 与AD 的能力，其中颞叶的诊断准确性最高。Thal等［17］发现，Aβ在脑内沉积有特定的时间顺序，依次为新皮层、异生皮质、基底节区、脑干及小脑；绝大部分MCI 患者的Aβ 沉积仅出现在新皮层阶段。一项前瞻性队列研究发现，脑内Aβ并非以恒定的速度沉积，MCI患者的Aβ沉积速度快于AD 患者，其中后扣带回和楔前叶的沉积速度尤为显著［18］。后扣带回和楔前叶是当前认知功能研究中重要的感兴趣区，但本研究中MCI 和AD 患者的后扣带回和楔前叶SUVR 并无显著的区分度，一方面是因为是样本量有限，另一方面可能与MCI患者非恒定的Aβ 沉积速度相关。Vandenberghe 等［15］通过 对15 名NC、20 名MCI 及27 名AD 患 者 行18FFMM PET/CT 显像所得的全脑平均SUVR 进行分析，得出诊断AD的界值为1.562，这也成为了国际惯用的最佳界值。本研究中全脑平均SUVR 诊断AD的临界值为1.541，与国际标准基本一致。同时，本研究发现颞叶SUVR也能鉴别诊断NC、MCI与AD，其诊断AD 的临界值为1.411，诊断准确性高于全脑平均SUVR，灵敏度为72%，特异性为79.17%。结构学和功能学研究均表明，颞叶是AD 临床前阶段的重要病变部位［19］，因而，颞叶可作为18F-FMM PET/CT显像结果分析的重要感兴趣区。

年龄、性别、教育程度、认知水平是AD 的独立危险因素［20］。Hatashita 等［21］发现仅在年龄较大的NC 组中年龄与脑皮质18F-FMM SUVR 呈微弱的正相关，而AD 或MCI 组的皮质18F-FMM SUVR 与年龄无关。本研究因为NC 组人数较少且年龄较小，并未发现年龄与各脑区SUVR 存在相关性。Lauretani等［22］研究结果表明，Aβ沉积可能与多种脑功能障碍有关，主要影响患者执行、行为和运动能力。其他研究进一步证明皮质SUVR值与各项认知评分呈负相关性［23］。但也有研究表明，Aβ原纤维的最早积累与代偿性脑功能连接增加有关，在AD 早期Aβ 积累增加的情况下患者可维持较高的认知表现［24］。其他18F 标记的Aβ 探针相关研究也发现，认知评分和SUVR 之间的相关性可能是一种二元现象，当病程进展到一定阶段才表现为负相关性［25］。本研究证明认知水平是影响各脑区18F-FMM结合的因素，但样本量有限，仅发现两者呈负相关性，是否存在二元现象需后续研究进一步论证。Lindbergh等［26］的研究发现，Aβ沉积和认知功能的相互作用会受到性别因素的影响，如较高的皮质SUVR 与女性的纵向情景记忆减退有关，但与男性无关。Gonneaud等［27］则发现，随着文化水平的提升，AD高危人群对Aβ 病理的抵抗能力越强。但本研究并未发现性别因素、教育程度与各脑区18F-FMM SUVR的相关性，与上述研究结果不一致，需大样本研究进一步论证相关性。

综上，本研究证明18F-FMM PET/CT 脑显像对NC、MCI、AD 有一定的鉴别诊断价值，但PET 半定量分析存在较大的重复性误差，仅少数结果能在多次校正测试中幸存下来［28］，且本研究样本量有限，因而所得结论仅为初步探索结果，需在未来大样本研究和大量重复性检验进一步校正。虽然以上研究结果是初步的，但18F-FMM PET/CT脑显像可较为直观地反映中老年人认知状态，是辅助临床医师对MCI、AD进行筛查、诊断的有效手段。

作者贡献声明雷哲、吴寒：负责酝酿和设计实验、分析/解释数据、统计分析及论文撰写；欧颖晖、赵倩华、单凤玲、王子、周美红、张琼琼、丁晶、尹又、王修哲：负责实施研究、采集数据；刘学源：负责实施研究、获取研究经费及行政、技术或材料支持；楼菁菁、刘兴党：负责获取研究经费、指导、论文审阅及修改。