袁年平，王安琴，武红利，李传富

(1.安徽中医药大学第一附属医院影像中心，合肥 230031；2.安徽中医药大学生物医学工程教研室，合肥 230031)

肝豆状核变性(hepatolenticular degeneration)由Wilson在1912年首先描述，故又称为Wilson病(Wilson disease,WD)，是一种铜代谢异常所致遗传性疾病[1]，在中枢神经系统中，基底节区损害被广泛认知[2]，临床上多表现为锥体外系运动功能障碍及认知、记忆相关功能障碍。纹状体作为基底核团重要组成部分，是一个结构和功能的复合体，有学者提出将纹状体分亚区进行分析[3]。WD患者豆状核亚区损害与哪些神经功能障碍存在联系目前尚不明确。本研究拟通过独立成分分析(independent component analysis,ICA)对纹状体进行分区，通过功能磁共振技术对各亚区分别进行功能连接分析，分析各亚区功能连接异常区域与临床症状相关关系，试图探索相关神经病理机制。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集2019年1—12月就诊于安徽中医药大学第一附属医院脑病中心WD患者29例，无其他任何系统性疾病及神经系统症状，年龄、性别相匹配的健康志愿者30例。患者及志愿者均签署知情同意书。WD患者的诊断标准为:(1) 家族遗传史，父母近亲婚配，同胞有WD患者或死于原因不明的肝病(21例)；(2) 缓慢进行性震颤、肌肉僵直、吞咽困难及构音障碍等锥体外系症状和体征(29例)；(3) 肉眼及裂隙灯证实有K-F环存在(29例)；(4) 血清铜蓝蛋白(CP)<200 mg/L或血清铜氧化酶活力<0.2活力单位(29例)；(5) 24 h尿铜排泄量>100 μg(1.56 μmol)(29例)；(6) 肝铜>250 μg/g(干重)。凡完全具备上述1～3项或1及4项者，可确诊为临床显著型，具备上述3～5项者或3～4项者属无症状型，仅有1～2项或1、3项，应怀疑WD，通过第6项确诊[4]。排除标准:(1) 有其他神经或精神系统疾病及神经或精神药物服用史(3例)；(2) 有磁共振检查禁忌证(2例幽闭症)；(3) 非右利手(2例)。

1.2 数据采集

1.2.1 临床认知功能 采用简易智能状态量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)、基于时间的前瞻性记忆量表(Time-Based Prospective Memory,TBPM)以及基于事件的前瞻性记忆量表(Event-Based Pro-spective Memory,EBPM)对患者进行认知功能测试。

1.2.2 MRI数据 使用GE公司(Discovery MR750)3.0 T磁共振机器8通道头颅线圈采集数据，包括T2加权成像、T1-3D BRAVO和BOLD。T2加权成像采用FSE序列进行扫描，参数:TR=9 000 ms，TE=124 ms，翻转角111°，矩阵256×256，FOV 250 mm×250 mm，层厚5 mm，无层间距，20层，用于排除患者脑部其他器质性病变。T1-3D BRAVO序列的参数:TR=8.2 ms，TE=3.2 ms，翻转角12°，矩阵256×256，FOV 256 mm×256 mm，层厚1 mm，无层间距，166层。BOLD序列:TR=2 s，TE=30 ms，翻转角90°，矩阵64×64，FOV为220 mm×220 mm，层厚3 mm，36层，185个时间点。所有的图像均无异物干扰伪影或运动伪影。

1.3 数据分析

1.3.1 mICA分割 纹状体是一个异质性结构，不同部位的功能不同，基于Oxford-GSK-Imanova纹状体解剖结构模板[5]，采用mICA工具箱的group ICA功能进行分割，分成8个亚区进行功能连接分析，包括4个壳核亚区和4个尾状核亚区。分别是:ROI1、ROI2对应于左、右侧壳核前部；ROI3、ROI4对应于左、右侧壳核后部；ROI5、ROI6对应于左、右侧尾状核前部；ROI7、ROI8对应于左、右侧尾状核中部，见图1。

图1 功能连接分析ROIFig.1 Functional connectivity analysis ROI1、2对应于左、右侧壳核前部；3、4对应于左、右侧壳核后部；5、7对应于左侧尾状核前部、中部，6、8为右侧尾状核前部、中部

1.3.2 静息态功能连接数据分析 静息态数据处理采用AFNI软件进行处理，网址为(http:∥afni.nimh.nih.gov/afni/)，处理方法如下。(1) 数据预处理:包括去线性漂移、对齐、头动校正、空域标准化等；(2) 频 域滤波:将频率控制在0.01～0.08 Hz；(3) 去除脑白质和脑脊液信号；(4) 计算个体数据参数值；(5) 提取个体对比图；(6) 空间标准化:将对比图转换到Talairach坐标系；(7) 空域滤波。

1.3.3 统计学处理 利用SPSS 19.0软件包对性别、年龄进行统计学分析，采用AFNI软件包中3dttest++程序进行处理，对患者组及健康对照组两组之间进行组间对比分析，结果进行FDR校正，(P<0.001)，得出脑功能连接分析结果，显示激活区；同样采用3dttest++程序加入协变量(Covariant)参数对MMSE、TBPM、EBPM评分结果值与个体参数值进行相关分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 一般情况比较

两组间性别、年龄差异均无统计学意义(均P>0.05)，见表1。

表1 WD组与对照组基本信息及评分Tab.1 Details of demographic and clinical features of patients and controls

2.2 全脑功能连接组间分析结果

经过FDR校正(P<0.001)，结果发现，相较于HC组，WD组ROI7与大脑未发现功能增强或减弱区域，余感兴趣区与全脑功能连接不同程度减弱，具体对应如下:ROI1与双侧顶叶、丘脑、小脑、右侧岛叶；ROI2与双侧顶叶、岛叶、丘脑、小脑；ROI3与双侧丘脑、右侧小脑、右侧中叶旁小叶；ROI4与右侧小脑、右侧中叶旁小叶；ROI5与双侧中央后回、中扣带回、中央旁小叶、颞叶、双侧小脑；ROI6双侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、扣带回、左侧颞叶、额中间回，双侧小脑；ROI8与双侧背外侧前额叶、扣带回，见图2。

图2 WD患者与健康对照组功能连接组间比较结果(FDR校正)Fig.2 Significant differences of brain regions between patients and controls(FDR simulation)图中～感兴趣区分别是ROI1、ROI2、ROI3、ROI4、ROI5、ROI6、ROI8

2.3 临床认知功能与脑功能变化区域的相关性

相关分析结果，WD患者ROI5对应于中扣带回功能连接值与MMSE值呈显著负相关(r=-0.47，P=0.009)；ROI6对应于中扣带回功能连接值与MMSE值呈显著负相关(r=-0.46，P=0.011)；ROI8对应于右侧岛叶功能连接值与MMSE值呈显著负相关(r=-0.38，P=0.041)；其他差异脑区的功能连接值与认知评分量表差异无统计学意义(P>0.05)，图3。

图3 WD患者纹状体亚区功能连接异常脑区与认知评分量表相关分析Fig.3 Correlation analysis between abnormal functional connectivity of striatal subregions and cognitive score scale in patients with WD

3 讨 论

肝豆状核变性是一种ATP7B基因突变引起铜代谢异常的遗传性疾病，由于铜离子代谢紊乱，导致铜在大脑、肝、角膜等器官内病理性沉积，从而引起一系列临床症状[6]。在大脑中，铜最容易沉积在豆状核及红核、黑质，在常规磁共振图像上表现为对称性分布的斑片状低或混杂信号，尾状核多表现为高信号影，可能与组织细胞的受损程度不同有关[7]，在临床上多表现为锥体外系症状，近年来，多位学者发现WD患者也会出现认知功能障碍[8-9]。

有研究表明基底节区的损伤会影响到学习和记忆的过程[10]。本研究采用独立成分分析将基底节区重要组成部分纹状体分为8个亚区，并采用功能连接技术观察WD患者基底核团各亚区与全脑功能连接的变化，以及与临床认知状态的关系。研究发现壳核前部与顶叶、丘脑、小脑及岛叶关系密切，且功能连接减弱，壳核后部与小脑及右侧中央旁小叶关节密切且功能连接减弱，尾状核头前部与DLPFC、中扣带回、颞叶及额叶关系密切且功能减弱，这些结构参与皮质-基底节-丘脑环路组成[11]。有学者[12]在对有认知缺陷的多发性硬化患者的研究中也发现皮质-纹状体-丘脑网络、双侧岛叶、扣带回等灰质萎缩。前期研究也发现双侧尾状核头、豆状核FA值增高[13]，提示其功能改变及微观结构变化研究结果是相符的。

研究表明基底节区内部间接通路可影响网络动态稳定性，促进或抑制皮质纹状体输出，从而破坏皮质-纹状体回路[14]。在大脑皮层，前额叶几乎接收所有感官模式中的相关信息，进行加工处理后形成自我认知意识[15]，有学者[16]通过研究发现在认知缺陷的患者存在前额叶与壳核之间神经元活动减少或不同步，以及阻止能够促进两者之间活动增加的神经递质产生，导致认知异常。皮质-纹状体-丘脑回路与神经认知功能存在相关性已被广泛认可[17-18]。皮质-纹状体-丘脑-皮质(cortico-striato-thalamo-cortical,CSTC)作为经典环路，主要由DLPFC、扣带回皮层、额眼区等额叶区域投射向尾状核、壳核、丘脑等基底核团，再由基底核团投射纤维返回皮层而形成环路[19]。本研究发现WD患者右侧尾状核前部及中部与DLPFC之间功能连接减弱，双侧壳核前部、左侧壳核后部与丘脑之间功能连接减弱，双侧尾状核前部与扣带回功能连接减弱并与MMSE值呈负相关，这些区域之间的连接均是构成CSTC环路的组成部分。前期研究也发现WD患者左侧豆状核、尾状核头和双侧背侧丘脑的功能连接减弱，右侧颞叶、左侧额叶功能的连接增强[9]。另外，本研究发现右侧尾状核前部及尾状核中部与双侧背外侧前额叶连接减弱，双侧壳核前部及左侧壳核后部与丘脑功能连接减弱，而前壳核与运动控制的高级认知方面有关，例如学习新动作[20]，而后壳核与熟练动作的执行有关[21]。因此，右侧尾状核前中部与背外侧前额叶功能连接减弱及双侧壳核前部与丘脑功能连接减弱，可能导致皮质-纹状体-丘脑回路受阻引起认知功能损害。

本研究不足之处:此项研究收取的病例数尚少，为增加研究的可重复性，下一步将增加样本量；另外在后续研究中，需进一步完善相关临床信息采集，如蒙特利尔认知评估量表(MoCA)，可以更全面的筛查和评估认知功能[22]，汉密尔顿焦虑量表、汉密尔顿抑郁量表、数字广度测验和词语流畅性测验，对患者的认知、行为状态及学习能力全面的评估，多维度分析与脑功能性改变的相关关系。

综上所述，WD患者纹状体各亚区与皮层及丘脑之间功能连接减弱，导致CSTC环路受阻，从而引起认知功能损害，可能是WD患者认知障碍的神经病理机制。