non-NPSLE患者基于靜息態(tài)fMRI的局部一致性研究

李曉露，夏建國，鄒紅梅，周文蘇，張鵬

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)是一種女性多發(fā)、多器官受累的慢性自身免疫性疾病，可影響中樞或周圍神經系統(tǒng)，導致神經精神性(neuropsychiatric，NP)SLE[1]，認知障礙是NPSLE患者最常見的臨床表現(xiàn)。有研究指出，適當?shù)募膊≈委煵呗钥墒沟孟到y(tǒng)性紅斑狼瘡相關的認知障礙得到控制甚至逆轉[2-3]。但目前而言，對SLE患者認知功能障礙的診斷仍然是最具挑戰(zhàn)性的，目前尚無有效的無創(chuàng)性生物標志物來評估患者的認知狀態(tài)，SLE導致的神經精神系統(tǒng)的異常癥狀的潛在機制也未完全闡明。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)通過檢測靜息狀態(tài)下腦組織血氧水平的波動來反映自發(fā)性的神經活動，是評估中樞神經系統(tǒng)受累的首選成像方式[4]。近年來國內外有很多研究使用rs-fMRI方法，探索non-NPSLE患者可能的生理機制及其潛在的影像標志物。Zhang等[5]將功能連接密度與低頻振幅相耦合來探討non-NPSLE患者腦功能的改變；Yu等[6]使用低頻振幅和基于種子點的功能連接分析來探討臨床指標是否可用于監(jiān)測non-NPSLE患者腦功能障礙；Liu等[7]使用局部一致性來研究non-NPSLE患者腦功能活動的改變，并試圖探索腦功能活動與疾病活動度、焦慮和抑郁狀態(tài)之間可能的聯(lián)系。然而，這些研究中所涉及的腦區(qū)具有較大的異質性，同時由于這些研究均以差異腦區(qū)的影像指標與臨床數(shù)據(jù)之間進行相關性分析，結果具有一定的爭議性。在各種rs-fMRI數(shù)據(jù)分析方法中，局部一致性(regional homogeneity，ReHo)反映局部腦區(qū)內相鄰體素的血氧水平依賴(blood oxygen level dependent,BOLD)信號隨時間變化的相似性，腦組織ReHo值的增加和降低都可能與大腦活動異常有關[8]。有研究表明在rs-fMRI的各種指標中，ReHo在檢測腦功能復雜的自發(fā)血流動力學變化方面表現(xiàn)出較高的敏感度和可重復性[9]?；谌X水平的多元回歸分析，較基于差異腦區(qū)的相關性分析來說結果更加可靠和有效。因此在本研究中，我們使用局部一致性來探索non-NPSLE患者腦功能的變化，并且在全腦水平上進行多元回歸分析，試圖找到ReHo與臨床指標以及精神量表的相關性。

材料與方法

1.一般資料

患者組：將2019年10月-2020年12月在本院風濕免疫科依據(jù)美國風濕學會(American College of Rheumatology,ACR)診斷標準診斷為SLE的32例女性患者納入本研究。納入標準：①18～60歲；②右利手；③無1999年ACR定義的SLE神經精神癥狀(包括無菌性腦膜炎、腦血管疾病、脫髓鞘綜合征、頭痛、運動失調、脊髓病、癲癇癥、急性意識模糊、焦慮癥和認知功能障礙等在內的19類癥狀)；④能配合磁共振檢查和神經心理學檢查。排除標準：①有明顯的神經精神癥狀、癲癇或持續(xù)性頭痛；②有精神和/或神經疾病史；③有顱內異常病變，如腫瘤、腦血管疾病、腦外傷、腦萎縮，以及有外科手術史；④有自身免疫性疾病、動脈源性高血壓、糖尿病和惡性腫瘤等疾??；⑤有吸毒或酗酒史；⑥有磁共振檢查禁忌證，如起搏器、金屬植入物和幽閉恐懼癥等。

對照組：在本院附近社區(qū)招募與患者組年齡和受教育年限相匹配的28例女性健康志愿者作為對照組。納入標準：①18～60歲；②右利手；③能配合磁共振檢查和神經心理學檢查。排除標準同患者組。

由2位受過培訓的精神科研究生對每例受試者的姓名、年齡和受教育年限等人口學資料進行記錄。通過HIS系統(tǒng)搜集每例患者在磁共振掃描前或后5天內血清生物學指標(C3、C4、IgA、IgM)的實驗室檢查結果。在磁共振掃描前，受試者接受了一系列神經心理學測試：①運動和認知功能疲勞量表(Fatigue Scale for Motor and Cognitive Functions,FSMC)，分別采用FSMC-M、FSMC-C評估運動和認知疲勞程度；②醫(yī)院焦慮抑郁量表(Hospital Anxiety and Depression Scale，HADS)分別用HADS-A、HADS-D評估受試者焦慮與抑郁狀態(tài)；③簡易精神狀態(tài)量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)。

所有受試者均為自愿參加本研究，并簽署知情同意書。本研究得到本院倫理委員會的批準。

2.MRI檢查方法

所有掃描操作由同一位磁共振室醫(yī)師進行。使用Siemens Skyra 3.0T磁共振掃描儀和4通道頭部線圈。囑受試者閉眼、保持清醒及頭部不動。首先，獲取常規(guī)序列(T1WI、T2WI及T2-FLAIR)圖像，由兩位經驗豐富的影像科醫(yī)師閱片分析，排除顱腦有器質性病變的受試者。然后，采集EPI序列行rs-fMRI檢查，掃描參數(shù)：TR 2160.0 ms，TE 30.0 ms，翻轉角90°，層數(shù)40，層厚3.0 mm，視野256 mm×256 mm，體素大小4 mm×4 mm×3 mm，240個采集時間點。

3.數(shù)據(jù)處理和分析

基于MatlabR2013b平臺，使用Restplus-V1.2軟件對圖像進行預處理。處理步驟：①格式轉換；②去除前5個時間點的圖像，以最大程度地減少磁場不均勻性的影響，并考慮到受試者需一定時間來適應掃描環(huán)境；③進行時間層校正和頭動校正(患者組有4例、對照組有1例因頭動平移距離大于2 mm或任意角度旋轉大于2°而被排除)；④應用3 mm×3 mm×3 mm大小的體素進行采樣，采用一步非線性配準法將所有受試者的fMRI圖像標準化到SPM標準蒙特利爾神經科學研究所(montreal neurological institute，MNI)坐標的EPI模板上；⑤去線性趨勢；⑥采用0.01～0.08 Hz帶寬進行濾波，以減少低頻漂移及呼吸、心臟搏動等高頻信號的影響；⑥對6個頭動參數(shù)、白質信號和腦脊液信號等協(xié)變量進行回歸分析。

基于MatlabR2013b平臺，使用Restplus-V1.2軟件進行rs-fMRI定量指標的計算，通過計算某體素的時間序列與其周圍相鄰26個體素的時間序列一致性的肯德爾系數(shù)(Kendall's coefficient concordance，KCC)來構建ReHo腦圖[10]；將每個體素的ReHo值除以全腦平均ReHo值，進行標準化處理，得到mReHo值，用于后續(xù)的統(tǒng)計學分析。

4.統(tǒng)計學分析

兩組之間人口學資料和臨床數(shù)據(jù)的比較使用SPSS 25.0統(tǒng)計分析軟件，計量資料符合正態(tài)分布者采用兩獨立樣本t檢驗，不符合正態(tài)分布者使用Mann-WhitneyU檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。將受教育年限作為協(xié)變量進行回歸分析，在SPM 12.0軟件中采用兩獨立樣本t檢驗評估兩組之間mReHo值的差異(體素水平：P<0.001；團塊水平：AlphaSim校正，P<0.05)。在non-NPSLE患者中，采用多元回歸(multiple regression)分析，試圖在全腦水平找到mReHo值與臨床指標、神經精神量表評分之間具有相關性的腦區(qū)(體素水平P<0.05，團塊水平AlphaSim校正，P<0.05)[11-12]。統(tǒng)計范圍均被限制在不含小腦的灰質二值模板(anatomical automatic labeling binary mask no cerebellum)。使用Restplus-V1.2軟件中的utilities模塊，將mReHo值與臨床指標、神經精神量表評分之間具有相關性腦區(qū)的mReHo值提取出來，在SPSS 25.0軟件中與臨床指標、神經精神量表進行Spearman相關分析，計算具體的相關系數(shù)。

結 果

1.一般資料

兩組受試者一般臨床資料的比較結果見表1。兩組間年齡的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；兩組間受教育年限和MMSE評分的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表1 患者組和對照組的一般資料

患者組的病程為(8.07±6.14)年；HADS-A評分為7.39±5.01，HADS-D評分為5.75±4.33，F(xiàn)SMC-C評分為29.71±9.03，F(xiàn)SMC-M評分為30.71±9.51；實驗室檢查：C3濃度為(0.89±0.23)g/L，C4濃度為(0.16±0.71)g/L，IgA濃度為(3.72±1.74)g/L， IgM濃度為(0.88±0.33)g/L。

2.ReHo指標

與對照組比較，non-NPSLE患者左側顳下回和左側尾狀核的mReHo值降低(表2、圖1)。

表2 兩組mReHo值有顯著差異腦區(qū)的特征

圖1 腦功能圖上藍色區(qū)域為t檢驗顯示non-NPSLE患者較對照組mReHo值減低的腦區(qū)。a)左側顳下回；b)左側尾狀核。

3.相關性分析

多變量回歸分析結果顯示，non-NPSLE患者以下腦區(qū)mReHo值與神經精神量表及臨床數(shù)據(jù)之間具有相關性(體素水平P<0.05，團塊水平AlphaSim校正，P<0.05)：右側眶內額上回、左側額中回的mReHo值與MMSE評分呈正相關；雙側頂上回mReHo值與HADS-D評分呈負相關；左側楔前葉mReHo值與HADS-A評分呈負相關；右側杏仁核mReHo值與病程呈負相關；右側中央后回的mReHo值與血清C4濃度呈正相關(表3、圖2～5)。

表3 患者組mReHo值與臨床指標/神經精神量表評分之間多元回歸分析結果*

圖2 non-NPSLE患者的腦功能圖像，黃色和紅色區(qū)域的mReHo值與MMSE評分呈正相關(多元回歸分析，體素水平P<0.05，團塊水平AlphaSim校正，P<0.05)，a為右側眶內額上回，b為左側額中回。圖3 non-NPSLE患者的腦功能圖像，黃色和紅色區(qū)域的mReHo值與HADS評分呈負相關(多元回歸分析，體素水平P<0.05，團塊水平AlphaSim校正，P<0.05)，其中左側楔前葉(a)的mReHo值與HADS-A評分呈負相關，右側頂上回(b)和左側頂上回(c)的mReHo值與HADS-D評分呈負相關。 圖4 non-NPSLE患者的腦功能圖像，右側杏仁核(a)的mReHo值與病程呈負相關。 圖5 non-NPSLE患者的腦功能圖像，右側中央后回(a)d mReHo值與血清C4濃度與呈正相關。

Spearman相關性分析結果顯示(圖6)：右側眶內額上回和左側額中回的mReHo值與MMSE評分均呈正相關(r=0.607，P<0.001；r=0.645，P<0.001)；左側和右側頂上回的mReHo值與HADS-D評分呈負相關(r=-0.751，P<0.001；r=-0.730，P<0.001)；左側楔前葉的mReHo值與HADS-A評分呈負相關(r=-0.802，P<0.001)；右側杏仁核的mRe-Ho值與病程呈負相關(r=-0.702，P<0.001)；右側中央后回的mReHo值與血清C4濃度呈正相關(r=0.645，P<0.001)。

圖6 non-NPSLE患者腦區(qū)mReHo值與臨床指標或神經精神量表評分Spearman相關性分析散點圖。a)右側眶內額上回的mReHo值與MMSE評分呈正相關；b)左側額中回的mReHo值與MMSE評分呈正相關；c)左側頂上回的mReHo值與HADS-D評分呈負相關；d)右側頂上回的mReHo值與HADS-D評分呈負相關；e)左側楔前葉的mReHo值與HADS-A評分呈負相關；f)右側杏仁核的mReHo值與病程呈負相關；g)右側中央后回的mReHo值與血清C4濃度呈正相關。

討 論

rs-fMRI作為一種無創(chuàng)性研究大腦生理活動的影像學方法，是評估中樞神經系統(tǒng)受累的首選成像方式[4]。ReHo是rs-fMRI常用的定量指標，通過測量給定體素及其空間相鄰多個體素在靜止狀態(tài)下的時間序列來評估大腦區(qū)域的同步性，其數(shù)值的增加或減少可能代表區(qū)域大腦活動異常。在本研究中，我們采用ReHo這一指標來探索non-NPSLE患者腦功能改變及可能的發(fā)病機制。

本研究結果顯是，non-NPSLE患者左側顳下回的ReHo值降低。顳下回是默認模式網(wǎng)絡的一個重要腦區(qū)，與自發(fā)認知、對外部環(huán)境的監(jiān)控和自我檢查有關[13]。有研究者發(fā)現(xiàn)活動期和非活動期non-NPSLE患者顳下回的局部功能活動存在異常，他們認為顳下回局部腦活動異常與non-NPSLE患者認知功能障礙有關[5,14]。尾狀核作為人腦中的重要結構，對大腦活動尤其是認知方面起著至關重要的作用，Zhu等[15]發(fā)現(xiàn)non-NPSLE在執(zhí)行與認知功能相關的任務時，雙側尾狀核的激活增加。既往有較多文獻報道SLE患者出現(xiàn)認知功能障礙，其中記憶、注意力和語言流暢性是受影響最嚴重的方面[16]，因此我們推斷在non-NPSLE患者中，左側顳下回和尾狀核的局部一致性降低與認知功能障礙有關，并且可能在NPSLE的發(fā)病機制中起重要作用。

本研究結果顯示，non-NPSLE患者左側額中回和右側眶內額上回的mReHo值與MMSE評分呈正相關。背外側額上回包含額中回在內是額頂網(wǎng)絡的重要組成部分[17]，已有研究表明額頂網(wǎng)絡在工作記憶、執(zhí)行和認知靈活性等執(zhí)行控制功能中發(fā)揮著重要作用[18]。Zhao等[19]研究發(fā)現(xiàn)non-NPSLE患者雙側額中回腦白質結構網(wǎng)絡的拓撲特性異常與認知障礙有關?？魞阮~上回位于內側眶額皮質[11]，屬于邊緣系統(tǒng)，主要參與大腦的認知及執(zhí)行功能，是控制認知沖動的主要大腦區(qū)域[20-22]。MMSE是篩查嚴重認知功能障礙和癡呆的最常用工具，MMSE得分小于24分提示認知功能障礙[23]。我們發(fā)現(xiàn)雖未達到認知障礙的診斷標準，non-NPSLLE患者MMSE得分較對照組降低，且差異具有統(tǒng)計學意義。我們推測額中回和眶內額上回的功能改變可能與non-NPSLE患者認知功能的異常有關，然而之前對SLE的研究很少涉及到眶內額上回，眶內額上回在non-NPSLE中的作用可能需要進一步深入研究。

本研究結果顯示，non-NPSLE患者HADS-D評分與雙側頂上回mReHo值呈負相關。HADS用于評估受試者的抑郁和焦慮狀態(tài)，HADS-A和HADS-D評分大于7分均表示受試者可能處于抑郁和焦慮狀態(tài)。頂上回位于頂葉皮層，在注意過程中起導向作用，當個體面對負性環(huán)境時，頂上回可以很好地調節(jié)注意方向。Beevers等[24]發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者右側頂上回的活動強度降低，這可能與抑郁癥患者很難從負性環(huán)境中解離出來有關。這與我們的研究相一致，我們推測頂上回腦功能異常可能在non-NPSLE的抑郁發(fā)病機制中也發(fā)揮著重要作用，但尚需要進一步大樣本的研究來證實。楔前葉已經被證明是默認網(wǎng)絡的一部分，與許多高水平的認知功能有關，如情景記憶，自我相關的信息處理，以及意識的各個方面[25]。Liu等[7]研究結果顯示non-NPSLE患者焦慮評分與左側楔前葉ReHo值呈負相關。進一步證實了楔前葉與non-NPSLE患者焦慮之間的關系，其可能作為non-NPSLE患者焦慮癥狀的影像標志物。

non-NPSLE患者右側杏仁核的mReHo值與病程呈負相關，提示隨著病程的延長，右側杏仁核的mReHo值下降。杏仁核是產生和調節(jié)情緒、控制學習和記憶的重要大腦區(qū)域，Mackay等[26]研究發(fā)現(xiàn)在有意識的感知恐懼面孔時長期SLE患者杏仁核激活較短期患者下降，這與我們的結果相一致，杏仁核活動異常是疾病作用的結果，這可能為臨床監(jiān)測疾病的進展與治療提供了一種新思路。

我們研究還發(fā)現(xiàn)C4與non-NPSLE患者左側中央后回的mReHo值呈正相關，提示隨著血清內C4濃度的降低，中央后回局部腦功能活動降低。Aggarwal等[27]研究指出SLE患者通過激活補體系統(tǒng)介導的經典途徑或旁路途徑消耗免疫復合物，導致血清中C3和C4水平明顯降低。我們推測中央后回的活動異常可能是由C4缺乏介導的免疫炎癥反應引起的，C4可能是監(jiān)測其功能的生物標志物，這與Yu等[6]提出C4可能是監(jiān)測non-NPSLE患者腦功能障礙的生物標志物的結論相一致。

本研究存在一定的局限性：第一，non-NPSLE患者樣本量較小，可能影響結果的可靠性；第二，目前對non-NPSLE認知障礙的診斷尚無明確的標準，這種缺乏客觀和具體的神經認知評估限制了我們對結果的解釋；第三，在進行多元分析的時候，由于樣本量較小，采用較為寬松的體素閾值，結果可能存在一定的爭議，在將來的研究中可能對閾值標準進行更嚴格的控制；第四，免疫抑制治療作為一個可能的混雜因素并沒有得到解決，這也是功能MRI研究中常見的局限性[28]。

綜上所述，non-NPSLE患者多個腦區(qū)的ReHo值異常，且在non-NPSLE患者中某些腦區(qū)的ReHo值與臨床指標及神經精神量表評分之間存在相關性，提示腦功能活動異?？赡馨l(fā)生在NPSLE之前，特定腦區(qū)的ReHo的改變可能與non-NPSLE的發(fā)病機制有關，這一指標有望成為監(jiān)測non-NPSLE患者臨床前期認知功能障礙的影像學生物標志物。