多发性硬化(multiple sclerosis,MS)是中枢神经系统的炎性脱髓鞘性自身免疫性疾病,是青年人最常见的一种慢性退行性神经系统疾病。MS好发于20-40岁年轻人,女性比较多见,男女患病比例大约为1:3。绝大多数患者最终会发展为严重的残疾,包括运动功能障碍、感觉异常和认知功能损害等,给患者的家庭以及整个社会带来了沉重的负担。有40%-70%的MS患者存在有认知功能损害,受损的认知功能主要有信息处理速度、即刻和延迟记忆、执行功能、注意力和视觉空间功能等。根据病程进展和疾病严重程度的不同,MS可分为四个亚型:(a)复发缓解型(relapsing-remittingMS,RRMS),是最常见的类型,占所有MS的85%-90%,表现为多次缓解复发;(b)继发进展型(secondary progressive MS,SPMS),是由RRMS发展而来,神经功能障碍进行性加重;(c)原发进展型(primary progressive MS,PPMS),占所有MS的8%-10%,缓慢持续性神经功能退变;(d)进展复发型(progressive relapsing MS,PRMS),最少见,<5%,和PPMS相似,但是有复发。研究表明,MS各亚型的认知损害表现不同,且在疾病的复发和进展阶段有不同的病理生理学特点。MS认知损害的病理机制很复杂,包括神经元和胶质细胞的异常,并伴随有结构和代谢的异常。越来越多的研究证明氨基酸类神经递质,如抑制性神经递质γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)和兴奋性神经递质谷氨酸,参与了多发性硬化的病理生理进程。氢质子磁共振波谱(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是一种无创的影像学检查技术,可以定量探测活体组织内代谢物的含量。有磁共振波谱研究发现MS患者脑内谷氨酸的含量异常降低,RRMS患者的海马和扣带回皮质内的谷氨酸含量与损害的记忆功能具有相关性。但另外一些研究结果不同,发现MS患者在丘脑和海马的谷氨酸含量与健康对照组相比没有显著差异。因此,对MS患者脑内谷氨酸含量的进一步探测是很有必要的,能够反映MS的这种神经递质的变化,并能探测其与认知损害的关系。常规磁共振波谱(1H MRS)对于活体内GABA的探测准确性是受限的,因为GABA在体内的浓度相对较低,而且与肌酸、谷氨酸和天门冬氨酸等主要代谢物的较强信号波谱有重叠。Mescher-Garwood point resolved spectroscopy(MEGA-PRESS)是一个新的波谱编辑技术,通过两个频率选择-高斯反转脉冲和波谱编辑技术,使3.02ppm处GABA和肌酸分离,从而选择性地探测活体内GABA含量,已经成功应用于许多神经疾病和精神疾病,以及对正常人的研究。最近一篇应用MEGA-PRESS技术的研究报道,在进展期MS患者脑内的感觉运皮质GABA含量降低。但是目前,关于RRMS的GABA含量的波谱研究较少,关于RRMS患者GABA含量和认知障碍的相关性的研究报道亦很少。因此,本课题研究的第一部分,我们应用MEGA-PRESS序列探测RRMS患者和健康志愿者在后扣带回(posterior cingulate cortex,PCC)、内侧前额叶(medial pre-frontal cortex,mPFC)和左侧海马区的GABA含量,并进一步探讨GABA含量与认知功能测试结果的关系;第二部分,我们对RRMS患者脑内的谷氨酸含量进行探测,探讨RRMS患者与健康志愿者在相应脑区内谷氨酸含量是否存在差异,及其与认知功能损害的关系。论文包括两个部分,摘要如下:第一部分:多发性硬化患者脑内GABA含量与认知功能相关性的MRS研究目的γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是脑内主要的抑制性神经递质。研究表明异常的GABA能神经传递系统参与了多发性硬化(MS)的病理生理进程。我们旨在应用MEGA-PRESS波谱编辑技术探测RRMS患者脑内GABA含量改变,并进一步探讨GABA含量改变和RRMS患者的认知障碍是否具有相关性。材料与方法纳入28例临床诊断为RRMS的患者和26例年龄、性别和教育程度匹配的健康志愿者(HCs)。所有患者符合2010版多发性硬化McDonald诊断标准,并且在检查前3个月内没有复发病史或使用皮质类固醇。所有受试者进行了 3D T1WI和T2-FLAIR成像,并应用MEGA-PRESS序列采集后扣带回(PCC)、内侧前额叶(mPFC)和左侧海马区的GABA波谱数据。扫描设备采用荷兰飞利浦的Achieva3.0TMR扫描仪,发射和接收线圈采用8通道头部相控阵线圈。由于MEGA-PRESS序列测得的GABA信号包括了少量的大分子物质和高肌肽,而非纯净的GABA,因此,本研究中的GABA含量标记为GABA+。使用“Gannet 2.0”软件(GABA-MRSAnalysisTool)对GABA+数据进行后处理,利用高斯曲线拟合GABA+波峰。所有患者与志愿者均接受神经心理学测验。信息处理速度的评估是采用数字符号模式测验(Symbol-Digit Modalities Test,SDMT)。执行功能是应用连线测验(Trail-makingtest,TMT)来评估。记忆力通过听觉词语学习测验(Rey Auditory Verbal Learning Test,RAVLT)来评估,包括有即刻记忆和延迟记忆。视觉空间能力的评估是采用复杂图形测验(Rey-Osterrich complex figure test,RCFT)。注意力是通过 Stroop 色词测验(Stroop color word interference test,Stroop)来评估。对于每一项测试的原始分数进行z-score标准化后进行统计分析。统计学分析采用SPSS 17.0统计软件。p<0.05为差异具有统计学意义。患者组和对照组的GABA+含量比较应用协方差分析(ANCOVA),年龄作为协变量。用Pearson相关系数(r)来检验GABA+含量和认知测试评分的相关性。结果和对照组相比,多发性硬化患者的PCC和左侧海马区GABA+含量降低(PCC:F = 4.655,p = 0.036;左侧海马:F=4.504,p= 0.039);而组间 GABA+含量在mPFC并无统计学差异(p=0.88,p = 0.353)。在患者组,记忆力听觉词语学习测验(RAVLT)评分和左侧海马区GABA+含量呈正相关(r=0.451,p = 0.016)(即刻记忆:r=0.477,p=0.01;延迟记忆:r=0.471,p=0.011)。患者组的执行功能连线测验(TMT)评分和PCC的GABA+含量呈负相关(r =-0.452,p= 0.016)。这些相关性都有同样的方向:GABA+含量越低,认知功能受损的程度越严重。mPFC的GABA+含量和认知测试不具有相关性。结论与对照组相比,RRMS患者脑内后扣带回(PCC)和左侧海马GABA+含量显著降低,并且降低的GABA+含量与损害的认知功能具有相关性。本研究表明GABA能功能失调可能参与了 RRMS的病理过程,为RRMS认知损害的神经化学机制提供了影像学标记。第二部分:多发性硬化患者脑内谷氨酸含量与认知功能相关性的MRS研究目的比较RRMS患者和健康志愿者脑内谷氨酸含量,探讨谷氨酸含量和RRMS患者的认知障碍是否具有相关性。材料与方法研究对象包括20例临床诊断为RRMS的患者和25例年龄、性别和教育程度匹配的健康志愿者(HCs)。所有患者符合2010版多发性硬化McDonald诊断标准,并且在检查前3个月内没有复发病史或使用皮质类固醇。扫描设备采用荷兰飞利浦的Achieva 3.0 T MR扫描仪,发射和接收线圈采用8通道头部相控阵线圈。所有研究对象进行3DT1WI、T2-FLAIR成像和MRS扫描。MRS扫描应用PRESS序列,采集后扣带回(PCC)、内侧前额叶(mPFC)和左侧海马区的谷氨酸含量,应用LCModel软件对PRESS序列的波谱数据进行后处理分析,重点关注谷氨酸。所有受试者均进行认知功能评估,方法同第一部分。量表包括数字符号模式测验(SDMT)、连线测验(TMT)、听觉词语学习测验(RAVLT)、复杂图形测验(RCFT)和Stroop色词测验(Stroop)。对于每一项测试的原始分数进行z-score标准化后进行统计分析。统计学分析采用SPSS 17.0统计软件。p<0.05为差异具有统计学意义。患者组和对照组谷氨酸含量的比较应用协方差分析(ANCOVA),年龄作为协变量。用Pearson相关系数(r)来检验谷氨酸含量和认知测试评分的相关性。结果和对照组相比,多发性硬化患者的左侧海马区谷氨酸含量降低(F=5.300,p= 0.026);而组间谷氨酸含量在PCC和mPFC并无统计学差异(PCC:F=2.209,p = 0.145;mPFC:F= 1.238,p= 0.272)。在患者组,记忆力听觉词语学习测验(RAVLT)评分和海马区谷氨酸含量呈正相关(r = 0.614,p = 0.004)(即刻记忆:r = 0.511,p= 0.021;延迟记忆:r =0.539,p=0.014)。患者组的复杂图形测验(RCFT)评分和mPF的谷氨酸含量呈正相关(r = 0.534,p = 0.015)。PCC的谷氨酸含量和认知测试不具有相关性。结论RRMS患者左侧海马谷氨酸含量降低,而且,左侧海马和内侧前额叶(mPFC)的谷氨酸含量与认知损害具有相关性。这些结果说明RRMS患者脑内存在谷氨酸能神经递质系统功能异常,有助于我们进一步了解多发性硬化的病理过程。