轻微型肝性脑病患者认知功能损害的局部一致性改变：一项基于fMRI的研究

杨旭宏，黄雪莹，刘文潇，王明磊，葛鑫，张伟，党佩，丁向春，王晓东，4*

肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)是急慢性肝功能不全患者常见而严重的并发症，而轻微型肝性脑病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)是肝性脑病最早、最轻微的表现形式，患者无明显意识障碍，仅表现为轻度认知功能障碍[1-2]，临床症状或体征不典型，往往通过神经心理学或电生理学检查才可以发现[3]，但其会引起一过性轻度认知功能损害，增加了患者发生各种意外及职业残疾的风险[4]，如不进行有效治疗，MHE 的患者可明显增加肝性脑病的发生率和病死率[5]。因此，对MHE 患者及时诊断与治疗，对改善患者预后具有非常重要的价值，但其神经影像机制及影响因素尚不明确。

静息态功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一种无创的影像学检查方法，将血红蛋白作为内源性对比剂，利用神经元活动发生变化时引起含氧血红蛋白的增加和脱氧血红蛋白的减少而成像的一种无创技术[6]，是研究脑认知功能的主要影像学技术。目前，关于fMRI分析方法有很多，其中局部一致性(regional homogeneity，ReHo)分析可以绘制大脑的区域活动水平[7]，能够反映局部神经元活动水平的一致性[8]，ReHo增高代表局部脑神经元活动一致性增强，反之则减弱。既往已有学者利用fMRI 探究MHE 患者脑神经元自发活动[9]，但患者病因混杂，不同病因的肝硬化对脑功能改变有不同的影响[10]，此外，对于没有MHE 的肝硬化患者的局部脑活动一致性和认知障碍之间的关系报道较少。因此，本研究收集乙肝后伴发MHE的肝硬化患者结合认知心理学量表评分，旨在探讨MHE 患者脑区神经元自发活动的一致性，为进一步阐明MHE的病理生理机制提供神经影像学证据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究获得宁夏医科大学总医院医学科研伦理审查委员会批准同意(批准文号：KYLL-2021-841)。前瞻性纳入2020 年10 月至2021 年10 月收住宁夏医科大学总医院感染疾病科经实验室检查、影像学检查确诊为乙肝后肝硬化患者58 例[11]，和同期招募性别、年龄、受教育程度相匹配的35 例健康志愿者(healthy control, HC)作为健康对照组。排除标准：(1)既往神经系统疾病史；(2)既往有脑实质病史(脑肿瘤、脑卒中、脑外伤及大范围脱髓鞘改变等)；(3)既往有药物性肝损害；(4)存在MRI 检查禁忌；(5)由于视力、受教育程度等原因无法完成神经心理学测试或蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)。所有受试者实验前均被告知研究相关内容并签署知情同意书。

所有受试者在安静且光照充足的房间内完成数字连接试验A (Number Connection Test-A，NCT-A)和数字符号试验(Digital Symbol Test，DST)，最后由同一位医师进行评定。根据第11届世界胃肠病工作组大会报告NCT-A及DST两项测试结果均为阳性者纳入MHE组[12]，NCT-A及DST阳性范围是根据Li等[13]制订出的符合中国的评分范围。

1.2 仪器与方法

采用GE Architect 3.0 T MR扫描仪和48通道头颅线圈先行常规MRI [T1 液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)和T2加权成像(T2 weighted imaging，T2WI)]扫描排除脑实质病变。扫描时嘱咐闭眼平静呼吸，使用头部固定器固定头部。MRI 扫描包括T1 FlAIR (TR/TE=2000 ms/20 ms)，T2WI(TR/TE=4000 ms/107 ms)，层厚6 mm，层间距1 mm，视野250 mm×250 mm。静息态血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)检查采用Ax BOLD rest 36sl序列，TR=2000 ms，TE=30 ms，翻转角90°，FOV 250 mm×250 mm, 矩阵64×64,层数35,层厚3.6 mm, 扫描动态180次，扫描时间6 min。

1.3 数据预处理

采集后的原始图像在Matlab 2012a 使用静息态脑影像数据处理与分析工具(DPARSF_V4.5,http://www.restfmri.net)和spm 8 进行预处理，数据预处理过程由软件自动处理校正，具体处理步骤参考Yan等[14]处理过程，步骤如下：(1)剔除前10个时间点的数据，以排除开始扫描时由于患者头动或磁场不均匀的影响；(2)时间校正：将每个人不同时间点采集的数据进行时间校正；(3)头动校正：将平移大于2.0 mm或旋转2.0°的图像剔除；(4) 将图像进行MNI (Montreal Neurological Institute)空间配准；(5)将所有数据进行去线性漂移和滤波(0.01～0.08 Hz)处理，以减少生理性噪音的影响，提高图像的信噪比。

ReHo 参数的计算：ReHo 图像采用肯德尔和谐系数(Kendall's coefficient concordance，KCC) (也称为ReHo 值)衡量某一体素与其周围若干体素的相似性，间接反映脑神经元活动的同步性[15]。ReHo 参数的计算是基于每一个体素与其邻近26个体素在时间序列上的同步性，取得每一个受试者的ReHo图，为获得标准化的ReHo 值，将单个体素的ReHo 值除以全脑ReHo值的平均值。

1.4 统计学分析

使用SPSS 23.0 软件进行数据处理。计数资料用(%)表示，使用卡方检验比较组间差异；采用Shapiro-Wilk 检验方法对所有计量资料进行正态性检验。对于三组受试者的MoCA、NCT-A 和DST 评分的组间差异比较，采用两两受试者之间的两独立样本t检验；对于性别和受教育程度的组间差异比较，采用三样本间的单因素方差分析比较(年龄、受教育程度方差齐)，使用均数±标准差(±s)表示。结果均以P＜0.05为差异有统计学意义。

使用fMRI 数据处理工具助手(DPARSF_V4.5,http://www.restfmri.net)和spm 8[16],分别将3 组受试者的ReHo 脑图采用双样本t检验方法分析出ReHo 存在差异的脑区，并将性别、年龄、受教育程度作为斜变量进行回归，采用Alphasim 法对P值进行校正。使用spm 8 软件提取差异有统计学意义的ReHo脑区(以P＜0.05和最小激活团簇＞17个为差异有统计学意义)。采用相关分析方法分析MHE 组脑区平均ReHo 值与MoCA 评分的相关性并找出存在相关性的脑区。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究队列的特征

所有受试者的一般资料如表1 所示。数据预处理时进行头动校正，将平移＞2.0 mm 或转动＞2.0°以及图像质量欠佳的受试者剔除。健康对照组剔除5例，肝硬化组剔除3例，MHE组剔除3例，最终纳入健康对照组30 例、肝硬化组27 例和MHE 组25 例。与健康对照组和肝硬化组相比，MHE 组DST 和MoCA 评分降低，NCT-A评分增加，差异有统计学意义(P＜0.05)；健康对照组和肝硬化组NCT-A、DST 和MoCA 评分及三组受试者的性别、年龄、受教育程度差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表1 研究队列的一般资料Tab.1 Demographic and physiologic data of studied cohort

2.2 ReHo分析

相比于健康对照组，MHE 组右侧额中回、右侧颞中回、右侧颞下回及双侧中央旁小叶ReHo显著降低，左侧楔前叶ReHo 升高；与肝硬化组相比，MHE 组右侧额中回ReHo 减低，右侧中央后回ReHo 升高，差异均有统计学意义(P＜0.05)。见图1、表2。

图1 三组受试者两两对比的ReHo差异脑区。1A：轻微型肝性脑病组与健康对照组ReHo差异脑区；1B：肝硬化组与健康对照组ReHo差异脑区；1C：肝硬化组与轻微型肝性脑病组ReHo差异脑区。Fig. 1 Brain areas with differences in ReHo between 3 groups. 1A: Brain areas with differences in ReHo between the MHE and HC group; 1B: Brain areas with differences in ReHo between the cirrhosis patients and HC group;1C: Brain areas with differences in ReHo between the cirrhosis patients and MHE group.

表2 三组受试者局部一致性存在差异的脑区Tab.2 Brain regions with abnormal regional homogeneity in three groups

2.3 相关性分析

相关分析显示，MHE 组MoCA 评分与左侧中央前回、左侧颞上回和部分枕部的平均ReHo 值呈负相关(P＜0.05)，与右侧缘上回的平均ReHo值呈正相关(P＜0.05)。见图2。

图2 轻微型肝性脑病患者局部一致性与蒙特利尔认知评估量表评分相关脑区。蒙特利尔认知评估量表评分与轻微型肝性脑病患者左侧中央前回、左侧颞上回和左侧部分枕部的局部一致性值呈负相关(蓝色)，与右侧缘上回的ReHo值呈正相关(红色)。Fig. 2 Relevant brain regions for ReHo and MoCA scale scores in MHE patients. The MoCA scores negatively correlate with ReHo values in left middle frontal gyrus, left middle temporal gyrus and part of the occipital(blue color), and positively correlate with ReHo values in the right supra-marginal gyms(red color).

3 讨论

本次研究我们使用静息态功能磁共振成像评估MHE 患者脑区ReHo 改变，研究发现MHE 患者部分脑区表现出异常的神经元活动，右侧额中回、右侧颞中回、右侧颞下回和双侧中央旁小叶ReHo降低，而左侧楔前叶ReHo 升高，同时我们将MoCA 评分与脑区平均ReHo 值做相关分析发现，MHE 组MoCA 评分与左侧中央前回、左侧颞上回及部分枕部的平均ReHo 值呈负相关，与右侧缘上回呈正相关。依此，我们推测这项研究中观察到的这些异常结果可能会进一步提高我们对MHE患者认知功能损害的理解，也间接提示了脑区ReHo 改变在MHE 患者认知功能损害中的潜在作用，脑区平均ReHo 值可能与MHE 患者认知损害程度有关。这项研究将为MHE 认知障碍的可能发病机制提供了神经影像学证据，并为疾病早期诊断和治疗提供依据。

3.1 肝硬化患者认知功能改变

枕中回和颞中回参与视觉信息处理[17]，中央后回作为感觉运动区，与运动准备和感觉运动信息加工有关[18]。本研究中这些区域ReHo 的降低可能代表了肝硬化患者视觉信息处理、视觉性注意活动以及运动信息加工等功能障碍，这与Lv 等[19]的研究一致。然而，我们在研究过程中发现肝硬化患者在认知量表测试过程中并没有表现出相应的功能缺陷，推测此时患者处于认知障碍的潜伏期，虽然出现了轻微的功能损害(视觉和运动区ReHo 减低)，但NCT-A 及DST 量表并不能发现。我们的研究数据也表明肝硬化组与健康对照组在NCT-A、DST及MoCA评分方面差异无统计学意义。McCrea 等[20]也证实肝硬化患者没有任何一般智力、语言或视觉空间技能的损伤，但可能存在相对选择性的功能障碍，该研究与本研究的结果相符。此外，本研究还发现肝硬化组左侧颞下回ReHo 增高，颞下回与视觉刺激处理有关[21]。正如先前报道所说ReHo 增加可能与功能的代偿有关[22]，本研究中，该区域ReHo 的升高可能为肝硬化患者视觉过程中的早期受损和代偿神经机制提供了证据，这一解释与之前的报道一致[23]，因此，推测ReHo 的增加可能是肝硬化患者引起的代偿表现。

3.2 MHE患者神经元活动一致性增高

楔前叶作为默认网络的重要组成部分，在一系列高度整合任务中起中心作用。楔前叶ReHo的增高可能会影响默认网络的正常功能，既往研究发现[24]，默认网络涉及各种认知功能，如记忆、视觉和听觉注意、运动活动和语言处理。而本研究中MHE患者左侧楔前叶ReHo 增高可能揭示了其参与MHE 患者认知功能损害更多的证据，包括视觉空间技能、情景记忆提取和自我处理操作[25]。结合既往研究及本研究结果，我们推测楔前叶活动异常在MHE 患者认知功能损害中具有重要意义。

3.3 MHE患者神经元活动一致性减低

额中回是接受控制机体运动的背侧丘脑腹后外侧核命令的功能区[26]，中央旁小叶参与下肢的运动和躯体感觉[27]。本研究中MHE 组右侧额中回及双侧中央旁小叶ReHo 降低，运动相关皮层区域ReHo 的降低反映了该区域局部脑神经元活动一致性降低，并暗示了其功能缺陷，这与之前的研究一致[19]。除此以外，额叶为大脑功能最发达的区域，与执行控制功能、信息的加工、记忆及情绪控制有关[28]，通过ReHo分析发现，与健康对照组相比，MHE 组右侧额中回ReHo降低，提示MHE患者额叶功能的损伤是患者出现认知功能障碍的可能之一。以往学者利用ReHo分析发现肝硬化合并HE 患者左侧中央后回ReHo 也减低[29]，但本项研究我们并未观察到该区域ReHo 的降低，我们推测在Lin 等[29]的研究中主要以HE 患者为主，而本研究我们仅收集MHE患者，因此，该区域可能不存在功能缺陷。颞中回与视觉信息的整合[17]和视觉空间选择性注意的调节[30]密切相关，颞下回是腹侧视觉通路的终站，与视觉识别记忆有关[21]。在本研究中颞中回和颞下回ReHo 降低可能代表MHE 患者视觉信息处理能力存在功能损害，我们通过MoCA评分发现MHE患者视空间评分显著低于健康对照组，Zhang等[31]通过对脑功能连接进行多层模块化算法也证实MHE患者视觉关联区存在功能缺陷。除此之外，值得注意的是我们使用MoCA 评分评估MHE 患者认知损害的主要方向，它涉及多个认知领域，包括视空间与执行功能、注意力与反应力、记忆、延迟记忆以及计算和抽象思维。在MoCA 评分测试表现中MHE 患者的视空间功能、反应力及记忆力评分明显减低，而MoCA评分测试成绩与视觉关联区(颞下回、颞中回)及控制注意和记忆的异常ReHo 脑区相似，并且相关分析显示，MoCA 评分测试成绩与视觉关联区(左侧颞上回及部分枕部)和运动相关区(左侧中央前回)的平均ReHo值呈负相关，这可能为MHE患者视空间及运动功能损害提供了更多的证据。这一发现表明，视觉和运动相关皮层的脑活动异常可以反映MHE 患者的神经行为缺陷，这与之前的一项研究一致[32]。因此，本研究可能为更好地理解MHE 患者认知功能损害的病理生理机制提供可靠的影像标志及治疗靶点。

3.4 本研究的不足与展望

本研究存在一定的局限性。首先，小样本量可能使结果存在一定的偏倚，后续研究中需扩大样本量提高说服力；其次，本研究主要以乙肝后肝硬化患者为研究对象，并没有考虑酒精性肝硬化或自身免疫性肝硬化等不同病因的影响，后续研究需收集更多病例研究不同病因对脑区ReHo值及认知功能损害的影响，从侧面验证本项研究结果；最后，本研究仅从局部的角度观察MHE患者脑功能的变化，未来应扩大样本量以及使用全脑的分析方法(功能连接或图论分析)进一步证实我们的发现。

综上所述，本研究发现MHE患者局部脑区活动一致性异常且部分脑区平均ReHo 值与认知评分相关，提示ReHo 值可能是反映MHE 患者认知功能改变严重程度的潜在影像标志；本研究将有助于解释MHE患者存在认知、反应及注意等相关功能障碍，对指导临床早期发现并及时采取干预措施具有重要意义。

作者利益冲突声明：全部作者均声明无利益冲突。