症状性颅内动脉粥样硬化性狭窄患者的认知功能及脑结构改变

司倩倩，程安琪，范晓媛，张晓倩，李明利，冯逢，刘彩燕，徐蔚海

目的 探索症状性颅内动脉粥样硬化性狭窄（intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS）患者的认知功能和脑结构改变，为症状性ICAS相关的认知障碍防治提供依据。

方法 本研究连续入组2021年12月—2022年12月就诊于北京协和医院神经科门诊诊断为ICAS相关的卒中或TIA患者。同时纳入年龄、受教育年限一致符合入组标准并连续入组的健康对照组。进行临床资料收集、成套认知功能测评（整体认知以及记忆、执行、语言、视空间结构功能4个认知域）和3D结构T1 MRI检查。使用DPABISurf软件进行脑影像数据预处理，获得各脑区（总脑皮质、总脑白质、丘脑、壳核、尾状核、苍白球、海马、杏仁核）体积和总脑容积。比较组间认知功能差异、脑结构差异及其与认知功能的相关性。

结果 共纳入60例症状性ICAS患者[男性40例，平均年龄（57.68±10.95）岁]，包括48例卒中（其中13例梗死灶在认知关键部位即丘脑或基底节，35例梗死灶不在认知关键部位）和12例TIA。同时纳入51例健康对照[男性36例，平均年龄（59.33±6.87）岁]。其中34例症状性ICAS患者和51例健康对照完善了3D结构T1 MRI检查。①认知功能状况：校正年龄、受教育年限、性别、脑血管病危险因素的影响，发现症状性ICAS组MMSE、MoCA评分以及记忆、执行、语言、视空间结构功能Z分均低于对照组（P＜0.05）。亚组分析显示，梗死灶在认知关键部位组MMSE、MoCA评分以及执行、语言功能Z分低于对照组，梗死灶不在认知关键部位组MMSE、MoCA评分以及语言功能Z分低于对照组，TIA组语言功能Z分低于对照组（多重比较校正P＜0.05）。②脑结构改变：校正混杂因素后，症状性ICAS组双侧脑皮质、脑白质、丘脑、壳核、苍白球、海马和杏仁核体积均低于对照组（P＜0.05）。③脑结构与认知功能的相关性：左脑皮质体积与MMSE评分（r=0.784，P＜0.001）、MoCA评分（r=0.649，P=0.001）和视空间结构功能Z分（r=0.761，P＜0.001）呈正相关；左脑白质体积与MMSE评分（r=0.593，P=0.004）和视空间结构功能Z分（r=0.655，P=0.001）呈正相关；左丘脑体积与视空间结构功能Z分呈正相关（r=0.574，P=0.007）；左苍白球体积与MMSE评分呈正相关（r=0.562，P=0.006）；左海马体积与MMSE评分（r=0.744，P＜0.001）、MoCA评分（r=0.632，P=0.002）、执行功能Z分（r=0.574，P=0.008）和视空间结构功能Z分（r=0.790，P＜0.001）呈正相关。

结论 症状性ICAS患者存在不同程度的认知功能受损，呈现出广泛的双侧皮质、白质及皮质下脑结构改变，左侧脑萎缩与认知功能明显下降有关。

颅内动脉粥样硬化性狭窄（intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS）是我国缺血性卒中的第1位病因，占33%～50%[1-2]，可引起偏瘫、失语、昏迷甚至死亡。另一方面，症状性ICAS也是导致认知障碍的重要因素，ICAS可使认知障碍风险增加4倍[3]，急性卒中事件后40%以上的患者会出现认知障碍[4]，TIA事件后30%以上的患者会出现认知障碍[5]。然而，目前症状性ICAS相关认知障碍的发病机制尚不明确。

症状性ICAS患者可出现整体认知和各个认知域损害，包括记忆、执行、语言和视空间结构功能[6-8]。既往研究证实卒中后认知障碍风险大小和受损的认知域与梗死部位有关[6，9]。丘脑梗死后发生认知障碍的风险为66%，而小脑梗死后发生认知障碍的风险仅为30%[6]。认知相关的关键梗死部位包括丘脑和基底节[7]。症状性ICAS不同亚组对认知功能的不同影响程度值得进一步研究，包括症状性ICAS患者有卒中/TIA事件、梗死灶在/不在认知关键梗死部位。

卒中后人群梗死灶远隔部位的脑结构改变被证实与认知功能下降有关[10]。目前缺少针对症状性ICAS人群的脑结构改变及其与认知功能相关性的研究。关于脑结构MRI分析方法，常用的分析方法为基于体素的形态学分析（voxel-based morphometry，VBM）。基于表面的形态学分析（sur face-based morphometry，SBM）近年来已成为研究皮质及皮质下神经核团、白质等结构形态的主要分析技术[11]。针对SBM皮质和皮质下脑结构指标提取的软件DPABISurf[12]，提供了数据预处理、统计分析和结果可视化功能，比常用的FreeSurfer更便捷直观[13]。

为了解决上述问题，本研究将通过成套神经心理学测验和基于DPABISurf的脑结构指标测量，探索症状性ICAS患者的认知功能及脑结构改变，有望发现症状性ICAS相关的认知障碍发病机制。

1 对象与方法

1.1 对象与分组 ICAS的卒中发生和认知结局（stroke incidence and cognitive outcomes of ICAS，SICO-ICAS）是本研究团队牵头的多中心、前瞻性、观察性队列研究[14]，正在进行中。本研究将总结归纳目前中国医学科学院北京协和医院单中心入组的症状性ICAS患者的临床资料和基线认知功能情况。本研究已经获得中国医学科学院北京协和医院医学伦理委员会批准（伦理批号JS-3479D，I-23PJ135）。

本研究连续入组2021年12月—2022年12月就诊于北京协和医院神经科门诊，诊断为ICAS相关的卒中或TIA患者。纳入标准：①年龄30～85岁；②通过MRA或CTA证实存在威利斯环任一颅内大动脉狭窄＞50%，且发生过狭窄侧血管负责的急性缺血性卒中或TIA；③活动能力不受限，mRS评分≤2分；④右利手。排除标准：①存在＞50%的颅外动脉狭窄；②存在MRI检查禁忌证；③其他病因所致卒中或TIA；④诊断为神经系统变性病；⑤存在脑外伤、脑炎、多发性硬化、肿瘤、中毒、梅毒以及严重内科系统疾病；⑥明显失语症影响认知评估。

对照组入组标准：①年龄30～85岁；②无卒中或TIA；③无颅内外血管狭窄；④无认知、社会及生活适应能力下降主诉；⑤无MRI检查禁忌证；⑥无脑外伤或脑肿瘤病史；⑦无严重内科系统疾病；⑧右利手。

1.2 基线临床数据收集 进行面对面问卷调查，采集内容包括人口学信息（年龄、性别、受教育年限）、传统脑血管病危险因素（高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病和吸烟史）、卒中或TIA病史。其中高血压定义为收缩压≥140 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）和（或）舒张压≥90 mmHg，或者目前正在服用降压药物；糖尿病定义为空腹血糖≥7.0 mmol/L或随机血糖≥11.1 mmol/L或糖化血红蛋白≥6.5%，或者目前正在服用降糖药物；高脂血症定义为血LDL-C水平≥3.12 mmol/L，或TC水平≥5.17 mmol/L，或TG水平≥1.7 mmol/L，或者目前正在服用调脂药物；冠心病定义为明确诊断的冠脉狭窄；吸烟史定义为当前或既往吸烟。

1.3 神经心理学评估 （1）整体认知：采用MMSE和MoCA进行评估。（2）精神情绪：采用HAMA和HAMD评估有无焦虑和抑郁状态，量表划界分为7分[15-17]。（3）各认知域成套测验：①记忆功能，包括听觉词语学习测验、词语配对联想学习测验、Rey-Osterrieth复杂图形测验回忆；②执行功能，包括连线测验A和B、数字符号、数字广度；③语言功能，包括波士顿命名、词语流畅性测验；④视空间结构功能，包括Rey-Osterrieth复杂图形测验临摹。本部分在安静的认知检查室由经过培训的测评员完成，其中，症状性ICAS组要求认知评估时满足距最近一次急性缺血事件发病≥3个月。根据中国人群常模计算各个认知域测试的Z分[14]。

1.4 头颅MRI检查 3D结构T1MRI采集参数如下：①GE Discovery 750，重复时间（repetition time，TR）6.7 ms，回波时间（echo time，TE）2.9 ms，反转时间（inversion time，TI）400 ms，翻转角（flip angle，FA）12°，视野（field of view，FOV）256 mm×230 mm，层厚1 mm，层间隔0 mm，时间点个数184个，矩阵256×256，体素大小1 mm×1 mm×1 mm；②Siemens，TR 2300 ms，TE1/TE2/TE3/TE4分别为1.69 ms/3.3 ms/4.91 ms/6.52 ms，TI 900 ms，FA 9°，FOV 256 mm×240 mm，层厚1 mm，层间隔0 mm，时间点个数176个，矩阵256×256，体素大小1 mm×1 mm×1 mm。

数据预处理使用基于matlab2016b的DPABISurf进行[12]，DPABISurf是一种基于表面形态学的MRI数据分析工具箱。首先将数据转化成脑成像数据结构BIDS格式[18]，然后调用基于Nipype 1.4.2的fMRIPrep 20.0.5进行数据预处理[19]。使用ANTs 2.2.0的N4BiasFieldCorrection偏置场校正方法校正T1WI图像强度的不均匀性[20-21]，供后续分析使用。以OASIS30ANTs为模板，使用ANTs的antsBrainExtraction.sh工作流程实现颅骨剥离。使用FSL 5.0.9的FMRIB自动分割工具对提取出的T1WI脑组织进行脑脊液、白质和灰质的分割[22]。使用FreeSurfer的reconall重建大脑皮质表面并对其进行皮质下脑区结构分割[23]。使用ANTs的非线性配准方法将偏置场校正后的T1WI图像配准到MNI空间下的标准模板，实现基于结构图像的空间标准化（MNI152NLin2009cAsym）[24]。基于fsaverage5空间，提取MNI空间下各脑区（双侧脑皮质、脑白质、丘脑、壳核、尾状核、苍白球、海马、杏仁核）体积和总脑容积（estimated total intracranial volume，eTIV）[25]。

使用协方差分析（analysis of covariance，ANCOVA）建立模型控制混杂因素影响（模型1：校正年龄、受教育年限、性别；模型2：校正年龄、受教育年限、性别、高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病、吸烟史），进一步分析组间校正后的MMSE和MoCA得分以及各认知域平均Z分差异，使用Bonferroni法进行多重比较校正。此部分展示校正后的P值，校正后双侧检验P＜0.05被认为差异有统计学意义。

使用ANCOVA控制年龄、性别、eTIV、MRI机器型号的影响，分析脑体积的组间差异。使用偏相关分析控制混杂因素影响，分析脑结构改变与症状性ICAS患者认知功能之间的相关性，使用Bonferroni法进行多重比较校正，P＜0.05/6被认为差异有统计学意义（认知功能包括MMSE评分、MoCA评分以及记忆、执行、语言和视空间结构功能Z分，共比较了6次）。使用的分析软件为IBM SPSS 26.0（Chicago，IL，USA）。

2 结果

2.1 基线临床资料 2021年12月—2022年12月，在北京协和医院神经科门诊连续入组60例符合入排标准的症状性ICAS患者，包括48例卒中（其中13例梗死灶在认知关键部位即丘脑或基底节，35例梗死灶不在认知关键部位）和12例TIA。同时纳入51例年龄、受教育年限一致的健康对照。症状性ICAS组平均年龄为（57.68±10.95）岁，对照组平均年龄为（59.33±6.87）岁。两组间年龄、性别、受教育年限、冠心病比例比较差异无统计学意义；与对照组相比，症状性ICAS组高血压、糖尿病、高脂血症以及吸烟患者比例更高，差异有统计学意义；两组间HAMA评分＞7分和HAMD评分＞7分者比例差异无统计学意义；症状性ICAS组MMSE评分和MoCA评分均低于对照组，差异有统计学意义（表1）。

表1 症状性ICAS组的基线临床特征Table 1 Baseline clinical characteristics of symptomatic ICAS group

2.2 症状性ICAS组与对照组认知功能是否存在差异的多因素分析 模型1校正年龄、受教育年限、性别的影响，发现症状性ICAS组MMSE评分、MoCA评分及记忆功能Z分、执行功能Z分、语言功能Z分、视空间结构功能Z分均低于对照组，差异有统计学意义。模型2额外校正了传统脑血管病危险因素（高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病、吸烟史）的影响，上述结论仍然成立（表2）。

表2 症状性ICAS组调整后的整体认知和各认知域平均Z分Table 2 Adjusted overall cognition and average Z scores of cognitive domains in symptomatic ICAS group

症状性ICAS组根据是否有卒中史以及梗死灶是否在认知关键部位（丘脑或基底节），进一步分为梗死灶在认知关键部位组（13例）、梗死灶不在认知关键部位组（35例）、TIA组（12例）3组。模型1发现梗死灶在认知关键部位组MMSE评分、MoCA评分及记忆功能Z分、执行功能Z分、语言功能Z分、视空间结构功能Z分均低于对照组，梗死灶不在认知关键部位组MMSE评分、MoCA评分及语言功能Z分低于对照组，TIA组语言功能Z分低于对照组，差异均有统计学意义。模型2发现梗死灶在认知关键部位组MMSE评分、MoCA评分及执行功能Z分、语言功能Z分仍低于对照组，梗死灶不在认知关键部位组MMSE评分、MoCA评分及语言功能Z分仍低于对照组，TIA组语言功能Z分仍低于对照组，差异有统计学意义（表3）。

表3 症状性ICAS组细分亚组调整后的整体认知和各认知域平均Z分的比较Table 3 Comparison of overall cognition and average Z scores of each cognitive domain after adjustment for subgroups in the symptomatic ICAS group

2.3 症状性ICAS组与对照组的脑体积比较 34例症状性ICAS患者和51例健康对照完善了3D结构T1MRI检查。校正年龄、性别、eTIV和MRI机器型号的影响，症状性ICAS组双侧脑皮质（左：P＜0.001；右：P＜0.001）、脑白质（左：P＜0.001；右：P＜0.001）、丘脑（左：P＜0.001；右：P＜0.001）、壳核（左：P=0.002；右：P=0.037）、苍白球（左：P＜0.001；右：P＜0.001）、海马（左：P＜0.001；右：P＜0.001）和杏仁核（左：P＜0.001；右：P＜0.001）体积均低于对照组，差异有统计学意义；双侧尾状核体积两组差异无统计学意义（表4）。

表4 总脑皮质、脑白质和皮质下脑核团体积的组间比较Table 4 Comparison of total cortical,white matter,and subcortical nuclei volumes between groups

2.4 症状性ICAS组改变的脑体积与认知功能的相关性分析 采用偏相关分析校正年龄、性别、教育、eTIV、MRI机器型号、高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病、吸烟、有无卒中以及梗死是否在认知关键部位、腔隙≥2个和脑白质高信号Fa z ek a s 分级≥2 级的影响，并对结果进行多重比较校正（Bonferroni法，P＜0.05/6被认为差异有统计学意义），发现左脑皮质体积与MMSE评分（r=0.784，P＜0.001）、MoCA评分（r=0.649，P=0.001）和视空间结构功能Z分（r=0.761，P＜0.001）呈正相关；左脑白质体积与M M S E 评分（r=0.593，P=0.004）和视空间结构功能Z分（r=0.655，P=0.001）呈正相关；左丘脑体积与视空间结构功能Z分呈正相关（r=0.574，P=0.007）；左苍白球体积与MMSE评分呈正相关（r=0.562，P=0.006）；左海马体积与MMSE评分（r=0.744，P＜0.001）、MoCA评分（r=0.632，P=0.002）、执行功能Z分（r=0.574，P=0.008）和视空间结构功能Z分（r=0.790，P＜0.001）呈正相关；未发现右侧脑体积改变与认知功能量表评分之间的相关性（表5）。

3 讨论

本研究发现症状性ICAS患者存在整体认知和记忆、执行、语言、视空间结构4个认知域功能的下降，独立于传统脑血管病危险因素。与对照组相比，梗死灶在认知关键部位的患者出现整体认知和执行、语言功能下降，梗死灶不在认知关键部位的患者出现整体认知和语言功能下降，TIA患者出现语言功能下降。与对照组相比，症状性ICAS患者呈现出广泛的双侧皮质、白质以及皮质下脑萎缩，其中左侧脑萎缩与认知功能下降有关。综上，本研究发现症状性ICAS对认知功能和脑结构有不同程度的影响。

在认知功能的组间比较中，本研究发现症状性ICAS患者较健康对照组出现了整体认知和各个认知域功能下降。对症状性ICAS患者细分亚组，校正人口学特征和传统脑血管病危险因素的影响，发现梗死灶在认知关键部位组认知损伤最广泛（累及整体认知、执行和语言功能），其次是梗死灶不在认知关键部位组（累及整体认知、语言功能）、TIA组（累及语言功能）。既往研究发现急性卒中事件加速了整体认知功能的下降，仅梗死灶在认知关键部位组较对照组出现了执行功能下降，提示丘脑和基底节认知关键部位梗死对执行功能有重要影响[7]。TIA事件被推测与脑白质微结构损伤与完整性丧失、额叶皮质-皮质下脑结构失连接有关，参与了认知功能下降[5]。症状性ICAS患者3个亚组较对照组均出现了语言功能下降，进一步分析发现患者组较对照组动物词语流畅性测验评分显著下降，波士顿命名测验评分未见下降。动物词语流畅性体现了语言输出、词汇检索能力等语言功能相关的不同环节[26-27]，同时动物词语流畅性测验异常也被认为与执行功能损伤有关[28]。症状性ICAS对语言功能的影响需要通过长期随访进一步明确。综上，本研究结果提示：除了梗死灶累及认知关键部位，卒中或TIA事件本身对于认知功能就有着重要的影响。

本研究发现症状性ICAS患者出现了广泛的双侧脑皮质、脑白质和皮质下灰质脑核团萎缩。急性皮质梗死已被证明可诱导梗死灶远隔部位神经元密度的迟发性和选择性降低[29-31]。这与近年来神经影像学观察到的梗死灶远隔部位丘脑、海马萎缩和继发变性[32-34]，以及相连接的脑白质传导束变性和皮质萎缩相一致[10，35]。一个可能的机制是轴突断裂后继发性神经退行性变，可能的细胞机制包括逆行变性、顺行跨突触变性、神经元胞体和树突萎缩以及皮质中间神经元介导的神经元凋亡[36]。考虑到皮质和皮质下脑区之间的广泛连接，局灶性梗死可改变远隔区域的连通性，导致认知相关的脑网络和各认知领域受损[37-40]。本研究还发现症状性ICAS患者双侧尾状核体积较对照组未出现改变，这与既往研究结果相一致，可能与狭窄对侧颈内动脉供血代偿有关[41]。此外，本研究发现与右侧脑萎缩相比，左侧脑皮质、脑白质和皮质下脑萎缩和认知功能量表评分下降显著相关，这可能与优势半球在认知中的重要作用有关。综上，本研究发现急性缺血性脑血管事件对脑结构损伤显著，左侧脑萎缩与症状性ICAS患者的认知功能明显下降有关。

本研究系统地探索了症状性ICAS患者的基线认知功能和脑结构改变，为揭示症状性ICAS相关认知障碍的发病机制提供了重要参考依据。本研究仍存在不足。第一，由于本研究纳入的症状性ICAS患者的入组时间距离急性卒中事件的发病时间不统一，未能根据梗死偏侧性、梗死部位和梗死面积大小对其认知障碍风险进行量化评分，也未能评估梗死灶同侧和对侧的脑结构改变差异。第二，本研究中完成3D T1脑结构MRI的症状性ICAS患者样本量较小，未能评估症状性ICAS不同亚组对脑结构的影响。第三，本研究未对脑白质病变进行定量化评估。第四，本研究为症状性ICAS认知功能的单中心横断面分析，研究结论需要通过临床队列样本量的增大及长期随访进一步证实。

4 结论

综上所述，本研究发现症状性ICAS患者存在不同程度的认知功能受损；症状性ICAS患者呈现出广泛的双侧皮质、白质以及皮质下脑结构的改变，左侧脑萎缩与认知功能明显下降有关。今后随着全国多中心前瞻性临床队列样本量的增大及长期随访，未来有望通过多模态MRI联合分析，进一步探索症状性ICAS相关认知障碍的发病机制。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。