基于fMRI和DTI的抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能和結構特點分析

徐婉茹,李會會,高紅杰,朱彤

(菏澤市立醫院 神經內科,山東 菏澤 274000)

抗富亮氨酸膠質失活蛋白1(LGI1)抗體自身免疫性腦炎是一種由LGI1抗體介導的自身免疫性腦炎(AE),屬于臨床上罕見的一類腦疾病[1]?？筁GI1抗體自身免疫性腦炎患者臨床表現主要為精神異常、行為異常、認知功能下降、面-臂肌張力障礙性癲癇等[2-3]。目前抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的發病機制尚不確定,臨床上對抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的診斷主要通過臨床癥狀結合血液以及腦脊液的LGI1抗體檢測進行診斷,缺乏具有可靠性、客觀性以及量化的診斷指標[4]。影像檢查作為能夠直觀觀察病理改變特征的檢查方式,能夠為探索抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的神經病理機制提供新的思路。功能性磁共振成像(fMRI)是一種新興的神經影像學檢查方式,其主要原理為通過磁振造影測量神經元活動所引起的血液動力變化,主要用于腦疾病和脊髓疾病的診治[5]。彌散張量成像(DTI)是核磁共振成像(MRI)的特殊形式,是當前唯一能有效觀察和追蹤腦白質纖維束的非侵入性檢查方法[6]。目前關于抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的影像特征研究較少,本研究將基于fMRI檢查對抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能特點進行分析,基于DTI檢查對該疾病患者的腦白質微結構特點進行分析,為該疾病的早期識別、診斷及病程監控等提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年8月至2022年7月我院收治的25例抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者作為研究組,其中出現精神與行為異常7例,癲癇15例,記憶障礙13例,面-臂肌張力障礙6例。選取同期招募的25例無腦部疾病志愿者作為對照組。納入標準:研究組受試者符合《中國自身免疫性腦炎診治專家共識》[7]中關于自身免疫性腦炎的診斷標準;腦脊液或(和)血液LGI1抗體檢測為陽性。對照組受試者經臨床、影像學、血液檢測均排除腦部疾病。排除標準:存在其他類型的腦疾病;存在多重抗神經元表面抗原的自身抗體陽性;具有顱腦外傷史、手術史。兩組的性別、年齡、文化程度差異無統計學意義(P>0.05),見表1。

表1 兩組受試者一般資料的比較

1.2 方法

50例受檢者分別進行改良Rankin量表(mRS)、簡易精神狀態檢查量表(MMES)、蒙特利爾認知評估量表(MoCA)評估,并接受fMRI和DTI檢查,基于fMRI檢查結果對抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦功能特點進行分析,基于DTI檢查結果對抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的腦白質微結構特點進行分析。

1.2.1 量表評估 mRS:評分0～5分,評分越高者表明其腦神經損傷越嚴重。MMES:總評分為0～30分,正常界值文盲>17分,小學>20分,初中及以上>24分,評分越低者智力狀態及認知功能缺損程度越嚴重。MoCA:總評分為0～30分,≥26分為正常,評分越低者認知功能越差。

1.2.2 fMRI檢查 使用Siemens 3.0T MRI掃描儀進行檢查,選擇32通道頭線圈。在檢查前使用海綿墊對受檢者的頭部進行固定,以減少檢查過程中頭動,使用耳塞降低檢查中的噪聲。指導受檢者將雙眼閉上、放松,隨后開始進行掃描。采用平面回波成像脈沖序列進行掃描,重復時間為2 000 ms,回波時間為30 ms,翻轉角為90°,視野為24 cm×24 cm,矩陣為64×64,體素大小為3.4 mm×3.4 mm×4.0 mm,層厚為3 mm,與大腦前-后聯合線平行的平面掃描,掃描層數為36,共掃描240個三維腦體積圖像。腦功能局部一致性分析(ReHo):進行預處理后,通過計算肯德爾和諧系數(KCC)評估每個體素與相鄰體素的BOLD信號時間序列的相似性,分析腦神經元的活動情況。個體ReHo值通過將每個體素的ReHo值除以給定個體所有體素的整體平均值進行標準化,標準化后的ReHo值用于隨后分析。ReHo值越高表明區域腦活動與中心性的一致性越高。使用高斯核寬為0.5的核支持向量機(SVM)對研究組與對照組兩組的研究對象進行分類,找出ReHo異常升高或者異常降低的區域,并記錄相應的腦區MNI坐標。

1.2.3 DTI檢查 使用Siemens 3.0T MRI掃描儀進行檢查,選擇32通道頭線圈。采用平面回波成像脈沖序列,與大腦前-后聯合線平行的平面進行掃描。掃描過程中共用65個不同的擴散敏感梯度方向(b為1 000 s·mm-2)與1個無擴散加權方向(b為0 s·mm-2)。重復時間為6 400 ms,回波時間為98 ms,翻轉角為90°,視野為24 cm×24 cm,矩陣為128×128,體素大小為2 mm×2 mm×2 mm,層厚為3 mm。利用FDT工具計算各向異性分數(FA)和平均彌散率(MD)。運用標準白質纖維束圖譜板映射進行定位,找出白質纖維術FA值、MD值異常變化的區域,并記錄相應的腦區MNI坐標。

1.3 統計學處理

1.3.1 量表評分與一般資料對比 采用SPSS 25.0統計軟件處理數據,計量資料以均數±標準差表示,采用t檢驗。當P<0.05為差異有統計學意義。

1.3.2 fMRI檢查的數據分析 ReHo分析使用靜息態功能磁共振成像數據分析工具包(REST)軟件自帶的統計分析軟件進行雙樣本t檢驗,為了消除假陽性,將結果疊加于MNI152 T1模板上顯示,將年齡、性別、文化程度作為協變量,采用Alpha Sim進行多重比較校正,群集閾值范圍為30個體素,P<0.05表示差異有統計學意義。

1.3.3 DTI檢查的數據分析 在設計雙樣本非參數置換檢驗的矩陣之后,使用Randomise進行統計分析,5 000次隨機置換排列,將年齡、性別、文化程度作為協變量,通過無閾值簇群增強法與比較謬誤校正,P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 兩組受試者的量表評分比較

研究組的mRS評分顯著性高于對照組(P<0.05),MMES評分、MoCA評分顯著性低于對照組(P<0.05),見表2。

表2 兩組受試者mRS、MMES、MoCA評分的比較 分

2.2 基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析

基于fMRI檢查的ReHo分析發現,在研究組受試者中,其右側顳上回、右側顳中回以及左側尾狀核的ReHo相比于對照組受試者出現了顯著的降低變化(P<0.05),見圖1。研究組的ReHo異常腦區MNI坐標及其與對照組比較分析結果見表3。

a P<0.05圖1 研究組ReHo異常腦區與對照組ReHo值的比較

表3 ReHo分析研究組異常腦區的MNI坐標及其與對照組對比分析結果

2.3 基于DTI檢查的腦結構FA分析

基于DTI檢查的腦結構FA分析發現,在研究組受試者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、內囊前肢、內囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部的FA相比于對照組受試者出現了顯著的降低變化(P<0.05)。研究組的FA異常腦區MNI坐標及其與對照組比較分析結果見表4。

表4 FA分析研究組異常腦區的MNI坐標及其與對照組對比分析結果

2.4 基于DTI檢查的腦結構MD分析

基于TI檢查的腦結構MD分析發現,在研究組受試者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、內囊前肢、內囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部的MD相比于對照組受試者出現了顯著的升高變化(P<0.05)。研究組的FA異常腦區MNI坐標及其與對照組比較分析結果見表5。

表5 MD分析研究組異常腦區的MNI坐標及其與對照組對比分析結果

3 討 論

抗LGI1抗體自身免疫性腦炎是AE中的一類,本研究的量表評估結果可見,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者與無腦部疾病的人群相比出現了明顯的與腦神經有關的智力、記憶力、認知功能、活動能力等的下降。但同時這些臨床癥狀也會出現在其他類型的腦疾病患者中,故而臨床癥狀不具有對該疾病判斷的特異性。目前關于該疾病的病理機制尚未完全明確,為了能夠進一步確定抗LGI1抗體自身免疫性腦炎的神經病理機制,本研究主要通過基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析以及基于DTI檢查的腦結構FA、MD分析展開。ReHo是fMRI檢查中比較常用的一項分析項目,ReHo分析使用KCC評估某一體素與鄰近的體素之間時間序列的一致性,能夠反映出全腦體素在局部區域腦功能活動狀態下的同步性,ReHo越高則表示區域腦活動與中心性的一致性越高[8-9]。DTI檢查中FA能夠反映腦白質纖維的完整性,FA值異常降低則提示著腦白質纖維的細微結構受損;MD能夠反映水分子整體的彌散水平,當MD值異常增大提示細胞外的空間變大,組織發生變性[10-11]。

本研究基于fMRI檢查的腦功能ReHo分析結果顯示,與對照組相比,研究組受試者的右側顳上回、右側顳中回以及左側尾狀核出現了明顯的ReHo降低現象。提示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者存在腦功能受損的情況。顳葉與海馬體交流,在由杏仁核調節的外顯長期記憶的形成中發揮著關鍵性的作用,顳葉參與人體聽覺感知處理、語言與視覺中的語義處理[12]。

因此,顳葉在人體視覺功能、言語表達、語言理解以及記憶方面的能力產生與保持中發揮了重要作用。

其中的顳中回參與了多種語言相關的過程,包括語義處理、語義認知、詞匯整合、詞語產生與語句理解等,并且還參與了動態面部表情的識別、情境勘察、邏輯推理、動作觀察、復雜聲音處理等,是顳葉中一個具有多樣性功能的區域[13]。顳上回的功能主要體現在對聲音的響度與頻率分析,在口語單詞的識別中起到了重要的作用。因此,結合本次的ReHo分析結果可知,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可出現認知功能障礙與記憶功能減退。尾狀核是基底神經節的重要組成部分,與錐體外系各個核團緊密地聯系,與大腦皮層及小腦協同維持隨意的運動肌張力和姿勢反射。尾狀核與殼核之間產生著重要的協調功能,使重復有節奏的運動持續化。因此,尾狀核參與了人體的運動過程形成。結合本次的ReHo分析結果可知,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可表現為運動功能障礙。

本研究基于DTI檢查的腦功能FA、MD分析結果顯示,與對照組相比,研究組受試者的前放射冠、上放射冠、后放射冠、內囊前肢、內囊的晶狀體后部分、丘腦后輻射、外囊、穹隆/終紋、上縱束、矢狀層、胼胝體壓部、胼胝體體部、胼胝體膝部出現了明顯的FA降低和MD升高現象。提示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現了腦白質纖維病變。腦白質是大腦內部神經纖維聚集的地方,腦白質纖維主要分為3大類,分別為連合纖維、投射纖維與聯絡纖維,連合纖維比如胼胝體、穹窿等,投射纖維比如皮質脊髓束、額橋束等,聯絡纖維比如額枕束、鉤束等。當神經纖維病變將會累及所參與組成的神經元功能,進而對相應的神經系統功能產生影響,最終引起該神經系統所控制的人體功能出現異常。前放射冠、上放射冠、后放射冠、丘腦后輻射均屬于放射冠白質區域,放射冠是從內囊到大腦皮質之間的放射狀纖維[14]。目前對放射冠區域的不同投射纖維排列規律尚未明確,由于該處的纖維排列比較分散,當該放射冠區域的纖維發生病變后通常會引起神經系統癥狀,比如失語、運動障礙等。本研究結果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現了明顯的放射冠區域的纖維完整性受損,故而可出現失語、運動障礙等癥狀表現。內囊是大腦皮層與腦干、脊髓聯絡的神經纖維區域,該區域位于神經節與丘腦之間,通往大腦皮層的運動神經纖維以及感覺神經纖維。因此,內囊在人體大腦完成于外界信息的交流方面發揮著重要的作用。本研究結果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現了明顯的內囊區域纖維受損,進而可引起運動與感知功能異常,可導致患者出現異樣感覺、不受控制的動作或者運動功能減弱、喪失等。外囊是位于豆狀核和屏狀核之間的薄層白質纖維板,其背側與內囊相連,部分皮質中的傳出纖維經過外囊下行。因此,外囊區域的纖維損傷可引起運動功能障礙。本研究結果顯示,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者出現了明顯的外囊區域纖維受損,進而可出現肢體無力或者癱瘓、吞咽障礙等。上縱束是將大腦半球同側的額葉、頂葉、顳葉聯系起來的重要白質區域,也是腦中最大的聯絡纖維,因此上縱束纖維的損傷涉及人體語言、運動、感知、認知、記憶等多方面的功能。胼胝體是腦中最大的聯合纖維,胼胝體連接了兩側的大腦半球,其中的大部分纖維所連接的是大腦半球所對應的區域,實現大腦半球之間的信息傳輸。胼胝體涉及嘴部、膝部、體部與壓部,本研究顯示抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者胼胝體受損的是膝部、體部與壓部,其中胼胝體膝聯系額葉部分,胼胝體體部聯系枕葉部分,胼胝體壓部聯系顳葉、頂葉部分。故抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者會出現語言、運動、感知、認知、記憶等多方面的功能異常。

綜上所述,抗LGI1抗體自身免疫性腦炎患者可出現腦功能中的記憶功能、認知功能、運動功能衰退的現象,與之大腦存在廣泛的腦白質纖維病變有關,放射冠、內囊、外囊、上縱束、胼胝體均發生腦白質纖維病變。