研究背景和目的痴呆是一种综合的多症状疾病,包括记忆、判断力、推理能力缺损以及情绪、行为、交流改变。目前血管性痴呆(Vascular dementia,Va D)是继阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)之后是世界上第二常见的痴呆种类。基于血管损伤以及临床表现,血管性痴呆又可以分为不同亚型。皮层下缺血型血管性痴呆(Subcortical ischemic vascular dementia,SIVD,)是一种相对均一性的血管性痴呆亚型,通常是因为小血管疾病所引起。它的病理表现为皮层下的损伤,例如腔隙性梗塞,不完全性的脑白质梗塞。目前SIVD的诊断面临很大困难。临床诊断主要是基于神经认知量表评测存在认知功能障碍,临床病史以及影像学有皮层下血管疾病证据,并且确认认知损伤和脑血管病的因果关系[2]。但是由于SIVD中大部分由于是慢性缺血引起,起病隐蔽,从时间上很难确认脑血管病变与认知功能损害的前后关系[1]。客观检查方法主要有常规临床影像诊断和神经电生理检查,价值均十分有限。进一步深入研究SIVD的神经损害特征和机制,提出更为客观和特异的生物学标志物,为可靠的临床诊断提供新的检查技术和参考指标是目前迫切的任务。近来MRI的发展已经能够允许研究者去探测脑结构、功能改变,通过MRI技术探讨SIVD更为直接客观的病理改变证据及生物学特征,为临床诊断SIVD提供新的检查技术与参考指标,从而能够更早的诊断预防SIVD。材料和方法本研究分为三个部分1.35名SIVD患者与35名正常对照组纳入了本部分研究。SIVD的临床诊断神经内科医师根据Erkinjuntti标准和美国精神医学会定制的精神障碍诊断与统计手册第四版中有关Va D的诊断标准(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders IV,DSM-IV)。所有被试都进行了3D MPRAGE(three-dimensional magnetization-prepared rapid gradient-echo imaging)序列结构扫描和EPI(echo-planar imaging sequence)序列静息态磁共振功能成像(resting state f MRI,rs-f MRI)扫描。结构数据处理使用了spm8工具箱中的基于体素的形态测量工具(VBM8)。rs-f MRI数据处理使用了SPM8和静息态功能磁共振数据处理助手(Data Processing Assistant for Resting-State f MRI,DPARSF)软件,其中5名SIVD患者因为头动过大被排除,分析了3个频段的ALFF值(静息态全频段:0.01-0.08Hz;slow-5:0.01-0.027 Hz;slow-4:0.027-0.073 Hz)。组内分析采用单样本t检验检测大脑中低频振幅(amplitude of low frequency fluctuations,ALFF)值高于全脑均值的脑区。组间分析采用了双样本t检验去检测SIVD与正常对照组之间ALFF的全脑差异。最后以年龄、性别、受教育程度、脑灰质体积为控制变量进行偏相关分析,以观察SIVD组ALFF值和蒙特利尔认知评估(Montreal Cognitive Assessment,Mo CA)和简易精神状态量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)的相关性。2.34位SVID患者和35名健康成年人纳入本部分研究,SIVD的诊断标准同第一部分。所有被试都采用3D MPRAGE(three-dimensional magnetization-prepared rapid gradient-echo imaging)序列进行高分辨率大脑结构扫描。灰质体积的测量是使用FSL-VBM分析测量;皮层厚度的测定使用CIVET工具箱;深部灰质的自动分割和标记采用fsl_anat工具箱进行。VBM数据的两组差异使用的非参数置换检验,质厚度/表面面积的组间差异使用基于随机场理论Surfstat工具箱。神经心理学结果与皮层厚度、深部灰质测量的数据进行了相关性检验。组间形态学差异指标使用协方差分析(ANCOVAs)检验,年龄,性别和TIV作为控制变量(p<0.005)。偏相关分析检测组内脑形态学数据与认知功能得分(MMSE、Mo CA)之间的关系,年龄和性别作为控制变量。所有统计使用SPSS软件。34名被试中有14名SIVD患者被诊断为BD(Binswanger’s disease),诊断标准采用Erkinjuntti等人提出的BD脑影像诊断标准。另外收集了14名年龄、性别、文化程度匹配的AD患者,AD的诊断标准是基于NINCDS-ADRDA。所有形态学指标使用一种自动化计算方法所分析所得。结果采用SPSS软件通过方差分析检验AD与BD组海马和杏仁核容积,内嗅皮层(ERC)和嗅周皮层(PRC)形态学参数(体积、表面积、皮层厚度和平均曲率)是否存在显著性差异。3.35名SIVD患者和35名正常对照纳入了本部分研究。MRI扫描采用高分辨率磁敏感加权成像数据(susceptibility-weighted imaging,SWI)。双侧海马体(hippocampus,HP),尾状核(caudate nucleus,CN),苍白球(globus pallidus,GP),壳核(putamen,PU),丘脑(thalamus,TH),红核(red nucleus,RN),黑质(substantia nigra,SN),前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC),后扣带回(posterior cingulate cortex,PCC),顶叶皮层(parietal cortex,PC)以及额叶白质(frontal white matter,FWM)作为感兴趣区,这些区域的相位值通过SPIN软件被一一测量并与神经量表评分做偏相关。每一个被试的年龄,性别,教育程度以及脑白质高信号分级(基于Fazekas分级)作为协变量导入了数据统计分析。SPSS软件包被用来进行所有的数据统计。结果:1.静息态全频段(0.01-0.08Hz)SIVD组和对照组双侧侧前扣带回,后扣带回,内侧前额叶,下顶叶,枕叶,相邻楔前叶的ALFF值显著高于全脑平均ALFF值。与正常对照组相比,SIVD患者双侧楔前叶ALFF值显著性降低(t=-3.68,p<0.01);双侧ACC(t=4.57,p<0.01),左侧岛叶(t=4.25,p<0.01)和海马体ALFF(t=4.02,p<0.01)值增高。把全脑灰质体积作为一个额外的协变量,发现两组ALFF值的组间差异相对于没有全脑灰质体积校正时展现高度相似的结果差异图。SIVD患者的ALFF值与量表做相关发现,Mo CA分数与左侧岛叶(r=-0.388,p=0.046)、左侧海马(r=-0.564,p=0.002)存在显著负相关,MMSE与分数与左侧岛叶(r=-0.542,p=0.004)、左侧海马(r=-0.421,p=0.029)也存在显著负相关。分频段研究表明,在slow-5频段SVID患者双侧前扣带回(t=4.65),右壳核(t=3.59)和右侧辅助运动区(t=4.67)ALFF显著增强;右侧角回、楔前叶ALFF减弱(p<0.05,FWE校正)。其中右侧角回的ALFF值与ADL分数密切相关(r=0.378,p=0.039)。在slow-4频段,与正常组对比SVID患者在双侧前扣带回(t=4.51)、右壳核(t=4.53)、左侧梭状回(t=3.68)ALFF值显著性增高(p<0.05,FWE校正)。在slow-5频段右侧角回的ALFF值与日常生活评定量表(activities of daily living,ADL)评分呈显著性相关。2.与正常对照组比较,SIVD患者的灰质脑体积显著减少,包括双侧的颞叶、梭状回、海马、海马旁回、双侧的眶额叶、左侧缘上回、丘脑和右侧小脑区域。SIVD组没有发现有脑灰质体积增加的区域。SIVD患者在双侧外侧裂区域包括外侧颞叶、缘上回、岛叶、中央前回与中央后回连接区域以及额下回扩展到眶额叶皮层存在显著的皮层变薄。此外深部灰质分析证明大部分皮层下核团出现明显的萎缩。最后,我们发现右侧海马体和前扣带回皮层厚度与SIVD的Mo CA认知评分成正相关(p<0.01,未校正)。Mo CA分数与右丘脑(β=0.45,p=0.02)和尾状核(β=0.46,p=0.01)的体积呈正相关(r=0.62,p=0.01)。CDR分数与左侧杏仁核(β=-0.58,p=0.004)和右尾状核(β=-0.39,p=0.03)体积呈负相关(r=0.65,p=0.007)。与正常组比较BD和AD组都出现了海马体,杏仁体和内嗅叶灰质体积减少,嗅周皮层曲率的改变(p<0.05,未校正)。但是AD与BD组之间比较,却没有任何显著性差异。与正常组比较,AD患者在内嗅叶灰质体积和皮层厚度显著性减少,但嗅周皮层平均曲率增加;BD患者只显示了嗅周皮层平均曲率的显著性降低(p<0.005),表面积(p=0.09)和体积(p=0.07)只有减少的趋势。偏相关分析显示AD患者ERC皮层厚度和Mo CA分数密切相关(r=0.70,p=0.01)(图2A)。BD组中PRC容积与Mo CA分数(r=0.62,p=0.03;图2B)和MMSE(r=0.70,p=0.01)存在显著相关。年龄和性别作为协变量之后,AD患者的海马体积和其它体积结构(杏仁核,r=0.91,p<0.001;ERC,r=0.93,p<0.001;PRC,r=0.95,p<0.001)也存在显著相关。BD组中,海马体积也与杏仁核(r=0.60,p=0.04)和ERC(r=0.64,p=0.03)的体积相关。3.SIVD患者在双侧海马,尾状核,壳核以及右侧苍白球和左侧黑质相位值显著增加(p<0.05)。在双侧顶叶皮层,丘脑,额叶白质,红核,前扣带回,后扣带回,左侧苍白球,右侧黑质的SWI相位值与正常组之间无显著差异(p>0.05)。左侧海马相位值与缺血指数(r=-0.043,p=0.016),右侧尾状核相位值与生活评定分数(r=-0.395,p=0.031)显著性相关。结论:1.SIVD患者存在特有的异常自发活动改变,对这些异常脑区ALFF的测量可能有助于SIVD的检测和诊断。在不同的频段,SIVD患者存在着不同的特异性自发活动空间特征。在slow-5频段右侧角回改变更为特异性,或许成为帮助SIVD诊断的工具。特异性ALFF活动对我们理解SIVD的病理机制提供了新的见解。2.SIVD患者海马及其与相关投射区域体积减少、皮层厚度变薄。此外,我们的研究证实了广泛外侧裂区皮层变薄。最后,前扣带和尾状核的改变很可能是SIVD特征性的执行功能障碍的原因。AD和BD患者在所有的内侧颞叶结构测量学指标上没有显著差异,因此虽然内侧颞叶萎缩是AD的敏感性生物学指标,但是并不能很好的鉴别AD与BD。总的来说这些结果为AD和BD患者内侧颞叶结构受损模式提供新的见解,并提供一个新的生物标记物预测痴呆患者的认知能力。3.我们的数据表明:SIVD病人存在广泛的异常脑铁沉积,并且与认知障碍的严重程度密切相关。脑铁沉积可能会成为新的SIVD生物标志物,在SIVD的病理生理机制中发挥重要作用。