基于fMRI和DTI的抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的脑功能和结构特点分析

徐婉茹,李会会,高红杰,朱彤

(菏泽市立医院 神经内科,山东 菏泽 274000)

抗富亮氨酸胶质失活蛋白1(LGI1)抗体自身免疫性脑炎是一种由LGI1抗体介导的自身免疫性脑炎(AE),属于临床上罕见的一类脑疾病[1]。抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者临床表现主要为精神异常、行为异常、认知功能下降、面-臂肌张力障碍性癫痫等[2-3]。目前抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的发病机制尚不确定,临床上对抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的诊断主要通过临床症状结合血液以及脑脊液的LGI1抗体检测进行诊断,缺乏具有可靠性、客观性以及量化的诊断指标[4]。影像检查作为能够直观观察病理改变特征的检查方式,能够为探索抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的神经病理机制提供新的思路。功能性磁共振成像(fMRI)是一种新兴的神经影像学检查方式,其主要原理为通过磁振造影测量神经元活动所引起的血液动力变化,主要用于脑疾病和脊髓疾病的诊治[5]。弥散张量成像(DTI)是核磁共振成像(MRI)的特殊形式,是当前唯一能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法[6]。目前关于抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的影像特征研究较少,本研究将基于fMRI检查对抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的脑功能特点进行分析,基于DTI检查对该疾病患者的脑白质微结构特点进行分析,为该疾病的早期识别、诊断及病程监控等提供参考。

1.1 一般资料

选取2019年8月至2022年7月我院收治的25例抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者作为研究组,其中出现精神与行为异常7例,癫痫15例,记忆障碍13例,面-臂肌张力障碍6例。选取同期招募的25例无脑部疾病志愿者作为对照组。纳入标准:研究组受试者符合《中国自身免疫性脑炎诊治专家共识》[7]中关于自身免疫性脑炎的诊断标准;脑脊液或(和)血液LGI1抗体检测为阳性。对照组受试者经临床、影像学、血液检测均排除脑部疾病。排除标准:存在其他类型的脑疾病;存在多重抗神经元表面抗原的自身抗体阳性;具有颅脑外伤史、手术史。两组的性别、年龄、文化程度差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

表1 两组受试者一般资料的比较

1.2 方法

50例受检者分别进行改良Rankin量表(mRS)、简易精神状态检查量表(MMES)、蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评估,并接受fMRI和DTI检查,基于fMRI检查结果对抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的脑功能特点进行分析,基于DTI检查结果对抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的脑白质微结构特点进行分析。

1.2.1 量表评估 mRS:评分0～5分,评分越高者表明其脑神经损伤越严重。MMES:总评分为0～30分,正常界值文盲>17分,小学>20分,初中及以上>24分,评分越低者智力状态及认知功能缺损程度越严重。MoCA:总评分为0～30分,≥26分为正常,评分越低者认知功能越差。

1.2.2 fMRI检查 使用Siemens 3.0T MRI扫描仪进行检查,选择32通道头线圈。在检查前使用海绵垫对受检者的头部进行固定,以减少检查过程中头动,使用耳塞降低检查中的噪声。指导受检者将双眼闭上、放松,随后开始进行扫描。采用平面回波成像脉冲序列进行扫描,重复时间为2 000 ms,回波时间为30 ms,翻转角为90°,视野为24 cm×24 cm,矩阵为64×64,体素大小为3.4 mm×3.4 mm×4.0 mm,层厚为3 mm,与大脑前-后联合线平行的平面扫描,扫描层数为36,共扫描240个三维脑体积图像。脑功能局部一致性分析(ReHo):进行预处理后,通过计算肯德尔和谐系数(KCC)评估每个体素与相邻体素的BOLD信号时间序列的相似性,分析脑神经元的活动情况。个体ReHo值通过将每个体素的ReHo值除以给定个体所有体素的整体平均值进行标准化,标准化后的ReHo值用于随后分析。ReHo值越高表明区域脑活动与中心性的一致性越高。使用高斯核宽为0.5的核支持向量机(SVM)对研究组与对照组两组的研究对象进行分类,找出ReHo异常升高或者异常降低的区域,并记录相应的脑区MNI坐标。

1.2.3 DTI检查 使用Siemens 3.0T MRI扫描仪进行检查,选择32通道头线圈。采用平面回波成像脉冲序列,与大脑前-后联合线平行的平面进行扫描。扫描过程中共用65个不同的扩散敏感梯度方向(b为1 000 s·mm-2)与1个无扩散加权方向(b为0 s·mm-2)。重复时间为6 400 ms,回波时间为98 ms,翻转角为90°,视野为24 cm×24 cm,矩阵为128×128,体素大小为2 mm×2 mm×2 mm,层厚为3 mm。利用FDT工具计算各向异性分数(FA)和平均弥散率(MD)。运用标准白质纤维束图谱板映射进行定位,找出白质纤维术FA值、MD值异常变化的区域,并记录相应的脑区MNI坐标。

1.3 统计学处理

1.3.1 量表评分与一般资料对比 采用SPSS 25.0统计软件处理数据,计量资料以均数±标准差表示,采用t检验。当P<0.05为差异有统计学意义。

1.3.2 fMRI检查的数据分析 ReHo分析使用静息态功能磁共振成像数据分析工具包(REST)软件自带的统计分析软件进行双样本t检验,为了消除假阳性,将结果叠加于MNI152 T1模板上显示,将年龄、性别、文化程度作为协变量,采用Alpha Sim进行多重比较校正,群集阈值范围为30个体素,P<0.05表示差异有统计学意义。

1.3.3 DTI检查的数据分析 在设计双样本非参数置换检验的矩阵之后,使用Randomise进行统计分析,5 000次随机置换排列,将年龄、性别、文化程度作为协变量,通过无阈值簇群增强法与比较谬误校正,P<0.05表示差异有统计学意义。

2.1 两组受试者的量表评分比较

研究组的mRS评分显著性高于对照组(P<0.05),MMES评分、MoCA评分显著性低于对照组(P<0.05),见表2。

表2 两组受试者mRS、MMES、MoCA评分的比较 分

2.2 基于fMRI检查的脑功能ReHo分析

基于fMRI检查的ReHo分析发现,在研究组受试者中,其右侧颞上回、右侧颞中回以及左侧尾状核的ReHo相比于对照组受试者出现了显著的降低变化(P<0.05),见图1。研究组的ReHo异常脑区MNI坐标及其与对照组比较分析结果见表3。

a P<0.05图1 研究组ReHo异常脑区与对照组ReHo值的比较

表3 ReHo分析研究组异常脑区的MNI坐标及其与对照组对比分析结果

2.3 基于DTI检查的脑结构FA分析

基于DTI检查的脑结构FA分析发现,在研究组受试者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、内囊前肢、内囊的晶状体后部分、丘脑后辐射、外囊、上纵束、矢状层、胼胝体压部、胼胝体体部、胼胝体膝部的FA相比于对照组受试者出现了显著的降低变化(P<0.05)。研究组的FA异常脑区MNI坐标及其与对照组比较分析结果见表4。

表4 FA分析研究组异常脑区的MNI坐标及其与对照组对比分析结果

2.4 基于DTI检查的脑结构MD分析

基于TI检查的脑结构MD分析发现,在研究组受试者中,其前放射冠、上放射冠、后放射冠、内囊前肢、内囊的晶状体后部分、丘脑后辐射、外囊、上纵束、矢状层、胼胝体压部、胼胝体体部、胼胝体膝部的MD相比于对照组受试者出现了显著的升高变化(P<0.05)。研究组的FA异常脑区MNI坐标及其与对照组比较分析结果见表5。

表5 MD分析研究组异常脑区的MNI坐标及其与对照组对比分析结果

抗LGI1抗体自身免疫性脑炎是AE中的一类,本研究的量表评估结果可见,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者与无脑部疾病的人群相比出现了明显的与脑神经有关的智力、记忆力、认知功能、活动能力等的下降。但同时这些临床症状也会出现在其他类型的脑疾病患者中,故而临床症状不具有对该疾病判断的特异性。目前关于该疾病的病理机制尚未完全明确,为了能够进一步确定抗LGI1抗体自身免疫性脑炎的神经病理机制,本研究主要通过基于fMRI检查的脑功能ReHo分析以及基于DTI检查的脑结构FA、MD分析展开。ReHo是fMRI检查中比较常用的一项分析项目,ReHo分析使用KCC评估某一体素与邻近的体素之间时间序列的一致性,能够反映出全脑体素在局部区域脑功能活动状态下的同步性,ReHo越高则表示区域脑活动与中心性的一致性越高[8-9]。DTI检查中FA能够反映脑白质纤维的完整性,FA值异常降低则提示着脑白质纤维的细微结构受损;MD能够反映水分子整体的弥散水平,当MD值异常增大提示细胞外的空间变大,组织发生变性[10-11]。

本研究基于fMRI检查的脑功能ReHo分析结果显示,与对照组相比,研究组受试者的右侧颞上回、右侧颞中回以及左侧尾状核出现了明显的ReHo降低现象。提示抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者存在脑功能受损的情况。颞叶与海马体交流,在由杏仁核调节的外显长期记忆的形成中发挥着关键性的作用,颞叶参与人体听觉感知处理、语言与视觉中的语义处理[12]。

因此,颞叶在人体视觉功能、言语表达、语言理解以及记忆方面的能力产生与保持中发挥了重要作用。

其中的颞中回参与了多种语言相关的过程,包括语义处理、语义认知、词汇整合、词语产生与语句理解等,并且还参与了动态面部表情的识别、情境勘察、逻辑推理、动作观察、复杂声音处理等,是颞叶中一个具有多样性功能的区域[13]。颞上回的功能主要体现在对声音的响度与频率分析,在口语单词的识别中起到了重要的作用。因此,结合本次的ReHo分析结果可知,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者可出现认知功能障碍与记忆功能减退。尾状核是基底神经节的重要组成部分,与锥体外系各个核团紧密地联系,与大脑皮层及小脑协同维持随意的运动肌张力和姿势反射。尾状核与壳核之间产生着重要的协调功能,使重复有节奏的运动持续化。因此,尾状核参与了人体的运动过程形成。结合本次的ReHo分析结果可知,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者可表现为运动功能障碍。

本研究基于DTI检查的脑功能FA、MD分析结果显示,与对照组相比,研究组受试者的前放射冠、上放射冠、后放射冠、内囊前肢、内囊的晶状体后部分、丘脑后辐射、外囊、穹隆/终纹、上纵束、矢状层、胼胝体压部、胼胝体体部、胼胝体膝部出现了明显的FA降低和MD升高现象。提示抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者出现了脑白质纤维病变。脑白质是大脑内部神经纤维聚集的地方,脑白质纤维主要分为3大类,分别为连合纤维、投射纤维与联络纤维,连合纤维比如胼胝体、穹窿等,投射纤维比如皮质脊髓束、额桥束等,联络纤维比如额枕束、钩束等。当神经纤维病变将会累及所参与组成的神经元功能,进而对相应的神经系统功能产生影响,最终引起该神经系统所控制的人体功能出现异常。前放射冠、上放射冠、后放射冠、丘脑后辐射均属于放射冠白质区域,放射冠是从内囊到大脑皮质之间的放射状纤维[14]。目前对放射冠区域的不同投射纤维排列规律尚未明确,由于该处的纤维排列比较分散,当该放射冠区域的纤维发生病变后通常会引起神经系统症状,比如失语、运动障碍等。本研究结果显示,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者出现了明显的放射冠区域的纤维完整性受损,故而可出现失语、运动障碍等症状表现。内囊是大脑皮层与脑干、脊髓联络的神经纤维区域,该区域位于神经节与丘脑之间,通往大脑皮层的运动神经纤维以及感觉神经纤维。因此,内囊在人体大脑完成于外界信息的交流方面发挥着重要的作用。本研究结果显示,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者出现了明显的内囊区域纤维受损,进而可引起运动与感知功能异常,可导致患者出现异样感觉、不受控制的动作或者运动功能减弱、丧失等。外囊是位于豆状核和屏状核之间的薄层白质纤维板,其背侧与内囊相连,部分皮质中的传出纤维经过外囊下行。因此,外囊区域的纤维损伤可引起运动功能障碍。本研究结果显示,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者出现了明显的外囊区域纤维受损,进而可出现肢体无力或者瘫痪、吞咽障碍等。上纵束是将大脑半球同侧的额叶、顶叶、颞叶联系起来的重要白质区域,也是脑中最大的联络纤维,因此上纵束纤维的损伤涉及人体语言、运动、感知、认知、记忆等多方面的功能。胼胝体是脑中最大的联合纤维,胼胝体连接了两侧的大脑半球,其中的大部分纤维所连接的是大脑半球所对应的区域,实现大脑半球之间的信息传输。胼胝体涉及嘴部、膝部、体部与压部,本研究显示抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者胼胝体受损的是膝部、体部与压部,其中胼胝体膝联系额叶部分,胼胝体体部联系枕叶部分,胼胝体压部联系颞叶、顶叶部分。故抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者会出现语言、运动、感知、认知、记忆等多方面的功能异常。

综上所述,抗LGI1抗体自身免疫性脑炎患者可出现脑功能中的记忆功能、认知功能、运动功能衰退的现象,与之大脑存在广泛的脑白质纤维病变有关,放射冠、内囊、外囊、上纵束、胼胝体均发生脑白质纤维病变。

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