阿爾茨海默病風險人群的超早期β 淀粉樣蛋白沉積與默認網絡模式的關聯研究

武文卉 曹 娟 葉 青

1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院老年醫學科，江蘇南京 210009；2.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院神經內科，江蘇南京 210009

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）是導致癡呆的首要病因[1-2]。目前缺乏有效手段阻止或逆轉AD 發生[3-4]。β 淀粉樣蛋白（amyloid-β，Aβ）沉積是AD主要病理機制[5-6]。在AD 發展到癡呆階段之前，Aβ沉積已經發生數十年[7]。腦脊液Aβ 檢測和AβPET 掃描技術可識別Aβ 沉積，但可及性和可接受性存在局限[8]。一些研究采用多模態功能MRI 技術揭示，默認網絡（default mode network，DMN）的變化貫穿整個AD進程。DMN 內部的功能連接（functional connectivity，FC）與Aβ 沉積顯著相關[9-10]。但既往研究?；跈M斷面數據，檢測腦脊液Aβ 水平動態變化，更有助于捕捉更早期的疾病特征。本研究基于AD 早期階段——輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）受試者的腦脊液Aβ 變化，采用功能MRI 技術研究Aβ 下降與DMN 的內在關聯。

1 資料與方法

1.1 受試者招募和納入及排除標準

本研究從阿爾茨海默病神經影像學計劃（Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative，ADNI）的公開數據庫中納入受試者。該計劃的具體信息參見網址（http://www.adni-info.org）。該計劃獲得了所有參與單位的倫理委員會批準?；诤諣栃粱?，全體受試者都簽署了知情同意書。

本研究共納入2010 年7 月至2018 年12 月招募和隨訪的44 位MCI 受試者。納入標準：①受試者表現主觀的記憶功能損害，邏輯記憶延遲回憶評分（logical memory delayed recall total，LDELTOTAL）低于相同教育程度人群的參考值（≤7 年為6 分，8～15 年為9 分，≥16 年為11 分）；②臨床癡呆評定量表評分為0.5 分；③受試者具備正常的整體認知功能，簡易智能精神狀態檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）為24～30 分；④在基線期和第36 個月隨訪期均接受腦脊液Aβ 檢測、多模態MRI 掃描和認知功能評估。排除標準：存在帕金森病、腦外傷史、中樞脫髓鞘疾病、癲癇、腦卒中、顱內占位病變、抑郁癥和焦慮癥等。

1.2 認知功能評估

本項目的認知功能評估內容包括：整體認知功能[蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）和MMSE]、執行功能[連線測試-B[（trail making tests-B，TMT-B）]和情景記憶功能[聽覺詞語學習測驗-延遲回憶（auditory verbal learning test-delayed recall，AVLT-DR）和LDELTOTAL]。

1.3 APOE 基因分型

ADNI 提供了受試者的ApoE 基因型信息。受試者分為非ApoE ε4 攜帶者和ApoE ε4 攜帶者。

1.4 腦脊液Aβ 檢測

腰椎穿刺及Aβ 檢測方法見ADNI 研究方案。根據受試者在基線期和第36 個月隨訪期的腦脊液總Aβ 水平變化情況，將受試者分為Aβ 下降組（Aβ 下降≥10%）和Aβ穩定組（Aβ下降＜10%）。根據ADNI定義的Aβ 異常閾值（534 pg/ml）[11]和檢測上限（1 700 pg/ml），對每組受試者的腦脊液Aβ 水平進行分層。

1.5 MRI 掃描

使用西門子3.0T MRI 儀器完成多模態MRI 掃描。掃描序列參照本課題組既往研究[12]。

1.6 圖像預處理和網絡構建

靜息態血氧水平依賴性圖像數據預處理采用腦影像數據處理與分析軟件。預處理詳細方法見本課題組既往研究[12]。采用種子點功能連接法，選取后扣帶回半徑5 mm 的球體（-2，-45，34）作為種子點建立DMN，網絡構建方法詳見既往研究[12]?；陟o息態功能MRI 數據處理工具（REST），進行單樣本t 檢驗（采用蒙特卡羅模擬法進行多重比較校正，體素水平P＜0.001，團塊水平P＜0.001，團塊體積＞486 mm3），最終得到所有受試者的DMN 圖。

1.7 統計學方法

采用SPSS 21.0 統計學軟件進行數據分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差（±s）表示，比較采用t 檢驗。不符合正態分布的計量資料以中位數和四分位數[M（P25，P75）]表示，比較采用Mann-Whitney U 檢驗。計數資料以例數或百分比表示，比較采用χ2檢驗。以腦脊液Aβ 水平變化（Aβ 穩定或Aβ 下降）和時間點（基線期或隨訪期）作為固定因子，以年齡、性別、受教育程度和ApoE 基因型為協變量，進行雙因素協方差分析，探討腦脊液Aβ 變化和時間對受試者認知功能的影響。

采用REST 1.7 工具包開展靜息態腦功能網絡分析。以年齡、性別、受教育年限和ApoE 基因型作為協變量，使用基于全腦體素水平的獨立樣本t 檢驗法，分析兩組在基線期的DMN 差異。組間DMN 差異的顯著性設置為校正后的團塊水平P＜0.01（采用蒙特卡羅模擬法進行多重比較校正，體素水平P＜0.01，團塊體積＞405 mm3）。然后，使用REST 工具包采集顯著差異腦區的每個受試者的FC 值。以Pearson 關聯分析法評估認知功能與腦區的FC 值的相關系數。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 人口學特征和認知功能分析

Aβ 穩定組和下降組年齡、性別比例、受教育年限和ApoE 基因型比例比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。在認知功能方面，隨訪36 個月后，兩組受試者的整體認知功能（MMSE 和MoCA）均顯著下降（P＜0.01）；Aβ 和時間在執行功能（TMT-B）上存在顯著交互效應（P＜0.05），即在36 個月隨訪中，Aβ 下降組的TMT-B 時間延長，而Aβ 穩定組則呈縮短趨勢。見表2。此外，Aβ 穩定組和下降組在基線期Aβ 水平比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；而在隨訪期，Aβ下降組的Aβ 水平低于Aβ 穩定組，差異有高度統計學意義（P＜0.01）。見表3。

表1 兩組一般資料比較

表2 兩組基線期、隨訪期認知功能比較（±s）

表2 兩組基線期、隨訪期認知功能比較（±s）

注Aβ：β 樣淀粉蛋白；MMSE：簡易智能精神狀態檢查量表；MoCA：蒙特利爾認知評估量表；AVLT-DR：聽覺詞語學習測驗-延遲回憶；LDELTOTAL：邏輯記憶延遲回憶評分；TMT-B：連線測試-B。

表3 兩組基線期、隨訪期腦脊液Aβ 水平分析（例）

2.2 DMN 與Aβ 下降的關聯分析

首先，本實驗建立了DMN，該網絡囊括了雙側的內側前額葉、顳葉外側皮層、后扣帶回、部分頂下小葉和海馬等區域（圖1A）。

圖1 Aβ 穩定組和下降組的DMN 差異

隨后，本研究分析Aβ 穩定組和下降組的基線期DMN 差異。結果發現，在雙側枕中回和左側顳中回區域，Aβ 下降組的FC 值低于Aβ 穩定組（P＜0.05）（圖1B～E）。認知關聯分析發現，在Aβ 下降組，左側顳中回區域FC 值與TMT-B 時間呈負相關（r=-0.492，P=0.012）（圖2）。

圖2 Aβ 下降組的左側顳中回區域FC 值與TMT-B 時間的關系

3 討論

本研究基于36 個月隨訪數據，運用多模態神經影像學分析技術，揭示了腦脊液Aβ 變化與DMN 模式的關系，提出通過評估DMN 模式預測Aβ 病理進程的發生和發展。相較于腦脊液Aβ 穩定者，Aβ 下降者在基線期即出現雙側枕中回和左側顳中回區域的DMN 功能連通性下降，且與認知功能損害密切相關。

MCI 是AD 的早期階段，但MCI 也可能是非AD病理機制導致[13]。既往研究通過評估腦部Aβ 沉積和tau 蛋白磷酸化，篩選出AD 病理相關的MCI。這些研究通常以二分類法定義Aβ 病理陽性或陰性，然而Aβ 病理陽性個體可能已經歷較長時間的Aβ 沉積過程[14]。這種二分類法不符合Aβ 病理緩慢、持續進展的特點。本研究將腦脊液Aβ 水平視為連續變量，有助于早期揭示Aβ 沉積相關的影像學標志物。

傳統觀點認為，情景記憶障礙是AD 的早期核心臨床癥狀。然而，情景記憶障礙與Aβ 病理的關系卻不明確。在本研究中，Aβ 下降組的執行功能衰退更顯著，這提示早期Aβ 沉積可能更容易導致執行功能衰退。近期一項基于認知健康人群的研究同樣發現，Aβ病理與執行功能變化相關，而tau 病理則與情景記憶功能變化相關[15]?；贏D 前期患者的Aβ-PET 研究證實，楔前葉和后扣帶回區域的Aβ 沉積與執行功能變化密切相關，且執行功能變化早于情景記憶變化[16-17]。這些研究結果從不同角度證實早期Aβ 沉積可能首先導致執行功能障礙。

既往一些橫斷面研究發現，Aβ 沉積較早出現在DMN 的空間分布區域，包括后扣帶回、頂葉、顳葉和內側前額葉等[18-19]。本研究則通過探討腦脊液Aβ 下降與DMN 的關系，進一步證實超早期Aβ 沉積與枕中回、顳中回區域的FC 下降密切相關。目前，Aβ 沉積與DMN 的關聯機制尚不明確。一些研究認為，DMN 區域的異常神經興奮性可能導致了Aβ 沉積[20-21]。DMN 區域過高的能量代謝需求和應激導致了Aβ 沉積[22]。這些研究均證實DMN 區域內神經興奮性或能量代謝模式的“失衡”可能導致了Aβ 沉積。在本研究中，Aβ 下降組的枕中回和顳中回區域的FC 下降，提示這些腦區與后扣帶回（DMN 種子點）間的“失衡”，這可能是導致Aβ 沉積和執行功能障礙的機制。上述DMN 模式改變有望成為早期預測Aβ 沉積的影像學標志物。

既往Aβ-PET 研究揭示了早期AD 患者的腦部Aβ 沉積分布特征。一項Aβ-PET 研究結果發現內側前額葉和楔前葉較早出現Aβ 沉積[19]。MCI 或AD 患者的Aβ 沉積較早出現在內側前額葉、后扣帶回、顳葉和枕葉[18]。這些橫斷面研究均支持前額葉是Aβ 沉積始發部位之一。然而，本研究證實超早期Aβ 沉積導致的DMN FC 下降首先累及顳葉和枕葉。此外，一些FDG-PET 研究同樣證實，MCI 患者的腦代謝減低首先累及顳葉和枕葉[23-25]。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究樣本量較小，持續隨訪36 個月且接受動態腦脊液檢測和MRI掃描的MCI 受試者相對較少。其次，本研究重點關注腦脊液Aβ 下降受試者在基線期的DMN 特征，并未分析DMN 縱向特征變化，這主要是受限于樣本量規模及隨訪期數據完整性。因此，本研究結果尚需通過大樣本量數據予以進一步論證。

總之，本研究通過分析MCI 受試者的腦脊液Aβ下降與DMN 的關系，揭示超早期的腦部Aβ 沉積與枕中回、顳中回區域的DMN FC 下降密切相關，且可能導致了執行功能損害。早期運用多模態MRI 技術評估DMN 的模式特征，有助于預測Aβ 沉積的發生，進而指導開展AD 的早期防治。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。