阿尔茨海默病风险人群的超早期β 淀粉样蛋白沉积与默认网络模式的关联研究

武文卉 曹 娟 叶 青

1.南京大学医学院附属鼓楼医院老年医学科，江苏南京 210009；2.南京大学医学院附属鼓楼医院神经内科，江苏南京 210009

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是导致痴呆的首要病因[1-2]。目前缺乏有效手段阻止或逆转AD 发生[3-4]。β 淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）沉积是AD主要病理机制[5-6]。在AD 发展到痴呆阶段之前，Aβ沉积已经发生数十年[7]。脑脊液Aβ 检测和AβPET 扫描技术可识别Aβ 沉积，但可及性和可接受性存在局限[8]。一些研究采用多模态功能MRI 技术揭示，默认网络（default mode network，DMN）的变化贯穿整个AD进程。DMN 内部的功能连接（functional connectivity，FC）与Aβ 沉积显著相关[9-10]。但既往研究常基于横断面数据，检测脑脊液Aβ 水平动态变化，更有助于捕捉更早期的疾病特征。本研究基于AD 早期阶段——轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）受试者的脑脊液Aβ 变化，采用功能MRI 技术研究Aβ 下降与DMN 的内在关联。

1 资料与方法

1.1 受试者招募和纳入及排除标准

本研究从阿尔茨海默病神经影像学计划（Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative，ADNI）的公开数据库中纳入受试者。该计划的具体信息参见网址（http://www.adni-info.org）。该计划获得了所有参与单位的伦理委员会批准。基于赫尔辛基宣言，全体受试者都签署了知情同意书。

本研究共纳入2010 年7 月至2018 年12 月招募和随访的44 位MCI 受试者。纳入标准：①受试者表现主观的记忆功能损害，逻辑记忆延迟回忆评分（logical memory delayed recall total，LDELTOTAL）低于相同教育程度人群的参考值（≤7 年为6 分，8～15 年为9 分，≥16 年为11 分）；②临床痴呆评定量表评分为0.5 分；③受试者具备正常的整体认知功能，简易智能精神状态检查量表（mini-mental state examination，MMSE）为24～30 分；④在基线期和第36 个月随访期均接受脑脊液Aβ 检测、多模态MRI 扫描和认知功能评估。排除标准：存在帕金森病、脑外伤史、中枢脱髓鞘疾病、癫痫、脑卒中、颅内占位病变、抑郁症和焦虑症等。

1.2 认知功能评估

本项目的认知功能评估内容包括：整体认知功能[蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）和MMSE]、执行功能[连线测试-B[（trail making tests-B，TMT-B）]和情景记忆功能[听觉词语学习测验-延迟回忆（auditory verbal learning test-delayed recall，AVLT-DR）和LDELTOTAL]。

1.3 APOE 基因分型

ADNI 提供了受试者的ApoE 基因型信息。受试者分为非ApoE ε4 携带者和ApoE ε4 携带者。

1.4 脑脊液Aβ 检测

腰椎穿刺及Aβ 检测方法见ADNI 研究方案。根据受试者在基线期和第36 个月随访期的脑脊液总Aβ 水平变化情况，将受试者分为Aβ 下降组（Aβ 下降≥10%）和Aβ稳定组（Aβ下降＜10%）。根据ADNI定义的Aβ 异常阈值（534 pg/ml）[11]和检测上限（1 700 pg/ml），对每组受试者的脑脊液Aβ 水平进行分层。

1.5 MRI 扫描

使用西门子3.0T MRI 仪器完成多模态MRI 扫描。扫描序列参照本课题组既往研究[12]。

1.6 图像预处理和网络构建

静息态血氧水平依赖性图像数据预处理采用脑影像数据处理与分析软件。预处理详细方法见本课题组既往研究[12]。采用种子点功能连接法，选取后扣带回半径5 mm 的球体（-2，-45，34）作为种子点建立DMN，网络构建方法详见既往研究[12]。基于静息态功能MRI 数据处理工具（REST），进行单样本t 检验（采用蒙特卡罗模拟法进行多重比较校正，体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.001，团块体积＞486 mm3），最终得到所有受试者的DMN 图。

1.7 统计学方法

采用SPSS 21.0 统计学软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，比较采用t 检验。不符合正态分布的计量资料以中位数和四分位数[M（P25，P75）]表示，比较采用Mann-Whitney U 检验。计数资料以例数或百分比表示，比较采用χ2检验。以脑脊液Aβ 水平变化（Aβ 稳定或Aβ 下降）和时间点（基线期或随访期）作为固定因子，以年龄、性别、受教育程度和ApoE 基因型为协变量，进行双因素协方差分析，探讨脑脊液Aβ 变化和时间对受试者认知功能的影响。

采用REST 1.7 工具包开展静息态脑功能网络分析。以年龄、性别、受教育年限和ApoE 基因型作为协变量，使用基于全脑体素水平的独立样本t 检验法，分析两组在基线期的DMN 差异。组间DMN 差异的显著性设置为校正后的团块水平P＜0.01（采用蒙特卡罗模拟法进行多重比较校正，体素水平P＜0.01，团块体积＞405 mm3）。然后，使用REST 工具包采集显著差异脑区的每个受试者的FC 值。以Pearson 关联分析法评估认知功能与脑区的FC 值的相关系数。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 人口学特征和认知功能分析

Aβ 稳定组和下降组年龄、性别比例、受教育年限和ApoE 基因型比例比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。在认知功能方面，随访36 个月后，两组受试者的整体认知功能（MMSE 和MoCA）均显著下降（P＜0.01）；Aβ 和时间在执行功能（TMT-B）上存在显著交互效应（P＜0.05），即在36 个月随访中，Aβ 下降组的TMT-B 时间延长，而Aβ 稳定组则呈缩短趋势。见表2。此外，Aβ 稳定组和下降组在基线期Aβ 水平比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；而在随访期，Aβ下降组的Aβ 水平低于Aβ 稳定组，差异有高度统计学意义（P＜0.01）。见表3。

表1 两组一般资料比较

表2 两组基线期、随访期认知功能比较（±s）

表2 两组基线期、随访期认知功能比较（±s）

注Aβ：β 样淀粉蛋白；MMSE：简易智能精神状态检查量表；MoCA：蒙特利尔认知评估量表；AVLT-DR：听觉词语学习测验-延迟回忆；LDELTOTAL：逻辑记忆延迟回忆评分；TMT-B：连线测试-B。

表3 两组基线期、随访期脑脊液Aβ 水平分析（例）

2.2 DMN 与Aβ 下降的关联分析

首先，本实验建立了DMN，该网络囊括了双侧的内侧前额叶、颞叶外侧皮层、后扣带回、部分顶下小叶和海马等区域（图1A）。

图1 Aβ 稳定组和下降组的DMN 差异

随后，本研究分析Aβ 稳定组和下降组的基线期DMN 差异。结果发现，在双侧枕中回和左侧颞中回区域，Aβ 下降组的FC 值低于Aβ 稳定组（P＜0.05）（图1B～E）。认知关联分析发现，在Aβ 下降组，左侧颞中回区域FC 值与TMT-B 时间呈负相关（r=-0.492，P=0.012）（图2）。

图2 Aβ 下降组的左侧颞中回区域FC 值与TMT-B 时间的关系

3 讨论

本研究基于36 个月随访数据，运用多模态神经影像学分析技术，揭示了脑脊液Aβ 变化与DMN 模式的关系，提出通过评估DMN 模式预测Aβ 病理进程的发生和发展。相较于脑脊液Aβ 稳定者，Aβ 下降者在基线期即出现双侧枕中回和左侧颞中回区域的DMN 功能连通性下降，且与认知功能损害密切相关。

MCI 是AD 的早期阶段，但MCI 也可能是非AD病理机制导致[13]。既往研究通过评估脑部Aβ 沉积和tau 蛋白磷酸化，筛选出AD 病理相关的MCI。这些研究通常以二分类法定义Aβ 病理阳性或阴性，然而Aβ 病理阳性个体可能已经历较长时间的Aβ 沉积过程[14]。这种二分类法不符合Aβ 病理缓慢、持续进展的特点。本研究将脑脊液Aβ 水平视为连续变量，有助于早期揭示Aβ 沉积相关的影像学标志物。

传统观点认为，情景记忆障碍是AD 的早期核心临床症状。然而，情景记忆障碍与Aβ 病理的关系却不明确。在本研究中，Aβ 下降组的执行功能衰退更显著，这提示早期Aβ 沉积可能更容易导致执行功能衰退。近期一项基于认知健康人群的研究同样发现，Aβ病理与执行功能变化相关，而tau 病理则与情景记忆功能变化相关[15]。基于AD 前期患者的Aβ-PET 研究证实，楔前叶和后扣带回区域的Aβ 沉积与执行功能变化密切相关，且执行功能变化早于情景记忆变化[16-17]。这些研究结果从不同角度证实早期Aβ 沉积可能首先导致执行功能障碍。

既往一些横断面研究发现，Aβ 沉积较早出现在DMN 的空间分布区域，包括后扣带回、顶叶、颞叶和内侧前额叶等[18-19]。本研究则通过探讨脑脊液Aβ 下降与DMN 的关系，进一步证实超早期Aβ 沉积与枕中回、颞中回区域的FC 下降密切相关。目前，Aβ 沉积与DMN 的关联机制尚不明确。一些研究认为，DMN 区域的异常神经兴奋性可能导致了Aβ 沉积[20-21]。DMN 区域过高的能量代谢需求和应激导致了Aβ 沉积[22]。这些研究均证实DMN 区域内神经兴奋性或能量代谢模式的“失衡”可能导致了Aβ 沉积。在本研究中，Aβ 下降组的枕中回和颞中回区域的FC 下降，提示这些脑区与后扣带回（DMN 种子点）间的“失衡”，这可能是导致Aβ 沉积和执行功能障碍的机制。上述DMN 模式改变有望成为早期预测Aβ 沉积的影像学标志物。

既往Aβ-PET 研究揭示了早期AD 患者的脑部Aβ 沉积分布特征。一项Aβ-PET 研究结果发现内侧前额叶和楔前叶较早出现Aβ 沉积[19]。MCI 或AD 患者的Aβ 沉积较早出现在内侧前额叶、后扣带回、颞叶和枕叶[18]。这些横断面研究均支持前额叶是Aβ 沉积始发部位之一。然而，本研究证实超早期Aβ 沉积导致的DMN FC 下降首先累及颞叶和枕叶。此外，一些FDG-PET 研究同样证实，MCI 患者的脑代谢减低首先累及颞叶和枕叶[23-25]。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究样本量较小，持续随访36 个月且接受动态脑脊液检测和MRI扫描的MCI 受试者相对较少。其次，本研究重点关注脑脊液Aβ 下降受试者在基线期的DMN 特征，并未分析DMN 纵向特征变化，这主要是受限于样本量规模及随访期数据完整性。因此，本研究结果尚需通过大样本量数据予以进一步论证。

总之，本研究通过分析MCI 受试者的脑脊液Aβ下降与DMN 的关系，揭示超早期的脑部Aβ 沉积与枕中回、颞中回区域的DMN FC 下降密切相关，且可能导致了执行功能损害。早期运用多模态MRI 技术评估DMN 的模式特征，有助于预测Aβ 沉积的发生，进而指导开展AD 的早期防治。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。