IgA肾病磁共振血氧水平依赖成像测量值与其滤过功能及病理的相关性研究

苏妍，杨丽萍，黄翀，龚良庚，尹建华，连珞，秦晓华，占锦峰，涂卫平，房向东（.南昌大学第二附属医院，江西南昌330006；.江西省肿瘤医院，江西南昌33009）



IgA肾病磁共振血氧水平依赖成像测量值与其滤过功能及病理的相关性研究

苏妍1，杨丽萍2，黄翀1，龚良庚1，尹建华1，连珞1，秦晓华1，占锦峰1，涂卫平1，房向东1
（1.南昌大学第二附属医院，江西南昌330006；2.江西省肿瘤医院，江西南昌330029）

摘要：目的探究IgA肾病（IgAN）患者磁共振血氧水平依赖（BOLD）成像测量值与其滤过功能及病理的相关性。方法选取35例IgAN患者作为研究组，20例健康志愿者作为对照组，所有受试者采用3.0T MR扫描仪进行双侧肾脏BOLD成像，测量肾脏皮髓质R2*值。研究组对象采用99Tcm-DTPA闪烁扫描测定分肾的（GFR），并根据Lee氏评级系统及Katafuchi评分标准，对IgAN患者进行病理分级与评分。比较对照组与IgAN肾小球滤过率病各亚组之间肾脏皮髓质R2*值的差异；分析IgAN组分肾皮髓质R2*值与GFR值的相关性；研究组右肾皮髓质R2*值与病理积分的相关性。结果对照组及IgAN各亚组的肾脏皮质R2*值小于髓质（P< 0.05），对照组与IgAN各亚组之间皮、髓质R2*值差异有统计学意义（P<0.05），但IgANⅠ级组与对照组之间的皮、髓质R2*值差异无统计学意义（P>0.05）。研究组分肾皮、髓质R2*值与GFR值呈负相关（P<0.05）；研究组的右肾皮、髓质R2*值与病理积分呈正相关（P<0.05）。结论磁共振BOLD成像在IgAN中的应用具有可行性，尤其对评价肾脏滤过功能及病理变化有一定的临床价值，但对早期病变缺乏敏感性。

关键词：IgA肾病；血氧水平依赖成像；肾小球滤过率；病理

迄今为止，IgA肾病（IgA nephropathy，IgAN）的确诊仍然依靠肾穿刺活检，其是评价肾脏疾病肾功能病理损害程度的金标准。IgA肾病的治疗效果及预后与肾活检标本的免疫病理学密切相关，病程中疗效的评价及治疗方案的调整需要依靠重复肾活检，但反复肾穿刺活检会对患者造成一定的心理、身体及经济负担，部分患者难以接受。因此，寻找一种无创性、重复性好的检测方法替代肾穿刺活检是目前临床亟待解决的重要问题。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）具有分辨率高、显像快、无放射性及无需造影剂等优势。理论上推行肾脏MRI评估肾功能可以弥补实验室生化检查及其他辅助检查的局限性。血氧水平依赖（blood oxygen leveldependent，BOLD）成像作为目前唯一无创性检测肾脏内氧含量的影像学方法，具有良好的应用前景。本文旨在探讨IgA肾病磁共振血氧水平依赖成像测量值与其滤过功能及病理的相关性。

1　资料与方法

1.1研究对象

选取2015年1月-2015年5月在南昌大学第二附属医院肾内科住院经肾活检、免疫荧光确诊为IgA肾病患者35例为研究组。诊断标准，免疫荧光及免疫组织化学显示肾小球系膜区有以IgA为主的弥漫性沉积。排除标准：①继发IgA沉积的疾病。紫癜性肾炎或狼疮性肾炎等；②其他病因造成的肾脏病变，包括肾萎缩、肾积水或肾结石等；③不能配合呼吸末屏气或有磁共振检查禁忌。根据Lee分级系统将IgA肾病分为Ⅰ～Ⅴ级[1]。见表1。

表1　IgA肾病Lee分级系统

对照组选择同时期的20例年龄、性别相匹配的健康志愿者作为对照组。纳入标准：①无高血压、糖尿病等基础疾病史；②无肾积水、肾结石或肾炎等肾脏病史；③近半年体检尿常规及肾功能正常；④近期无服用氨基糖苷类等肾毒性药物；⑤能配合呼吸末屏气；⑥无磁共振检查禁忌，且磁共振常规T1、T2加权成像扫描提示肾脏形态正常。

1.2磁共振检查

行磁共振扫描检查前8 h需要禁食、禁水及禁止接受药物治疗。向受试者详细介绍检查步骤，告知噪音和长时间固定体位所带来的恐惧和疲劳。受试者持自愿参与原则，与院方签署知情同意书。

MRI成像采用GE Singa HDxt GE 3.0 T磁共振扫描机，表面相控阵线圈，呼吸门控技术。首先，对受试者行常规T1、T2加权成像肾脏扫描，后采用多梯度回波（multiple gradient echo，mGRE）序列进行肾脏BOLD成像。

BOLD成像参数：重复时间（time of repeat，TR）150 ms，回波时间（time of echo，TE）3.0～16.0 ms，矩阵192×192，视野（field of view，FOV）28.0 cm× 22.4 cm，回波数8个，激励次数1，翻转角25°，带宽41.67，以肾脏中心为扫描中心层面，层厚6 mm，层间距1.5 mm，层数5层，扫描时间13 s。

1.3图像后处理

将BOLD原始数据导入GE ADW 4.4工作站，利用Functool 9.4.05统计软件对扫描数据进行后处理，选择R2*后处理界面，系统自动生成R2*图。在肾脏皮、髓质分界清楚的层面绘制感兴趣区（regions-ofinterest，ROI），用线条勾画出皮质轮廓，尽量避开肾囊肿和化学位移伪影；用圆形工具在肾脏上、中、下极圈画3个面积约15～25 mm2的圆形区域，其平均值为该侧肾髓质R2*值。

1.4同位素肾小球滤过率测定相同

采用99Tcm-DTPA闪烁扫描测定IgA肾病患者分肾的肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）。仪器为美国GE公司生产的Infinia vc Hawkeye 4双探头单光子发射计算机断层仪（single photon emission computed tomography apparatus，SPECT），检查时患者后腰部靠近探头，视野包括双肾，弹丸式静脉注射显像剂后立即进行动态采集，得到肾动态显像，并利用计算机ROI技术绘制曲线进行定量分析，得到分肾GFR。

1.5病理检查及评分

肾活检所取得的组织标本用10％中性甲醛固定缓冲液固定、乙醇梯度脱水、石蜡包埋制片（1μmmol），常规进行光镜及免疫荧光（IgA、IgM、IgG、C3、C4、C1q及Fib）检查。参照Katafuchi半定量评分系统，肾小球、肾小管及血管三者评分相加为其病理损害积分[2]。见表2。

表2　肾脏病理Katafuchi半定量评分标准

1.6统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析，计量数据均用均数±标准差（±s）表示，多组间比较用方差分析，两组间比较用t检验，相关系数用Pearson相关分析法，P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1IgA肾病患者肾活检病理结果

50例经肾穿刺活检确诊为IgA肾病的患者接受肾脏MRI检查，排除15例扫描图像不符的患者，其原因包括：肾脏皮髓质分界不清、双肾体积差异明显、重度伪影。最终纳入35例患者及20例健康志愿者的扫描图像进行后处理。根据Lee分级系统将IgA肾病患者分为3个亚组：A、B及C组分别对应Ⅰ级（3例），Ⅲ级（21例），Ⅳ级（11例），无Ⅱ级、Ⅴ级IgA肾病患者，其病理图片见图1。

图1　不同级别的IgAN病理切片染色（×400）

2.2BOLD扫描图像

R2*伪彩图显示，随着IgA肾病Lee氏级别的升高，图像呈蓝-绿-黄-红色演变，提示肾组织缺氧逐渐加重，R2*值逐渐增高（见图2）。

图2　不同级别IgAN Bold扫描图

2.3对照组与研究组肾脏R2*值的比较

对照组肾脏皮、髓质R2*值小于IgA肾病各亚组（A、B及C组）（见表3）。经配对t检验，对照组及IgA肾病各亚组的肾脏髓质R2*值显著高于皮质（P<0.05）；经单因素方差分析，对照组与IgA肾病各亚组间的肾脏皮、髓质R2*值差异有统计学意义（F=30.367和78.374，P=0.000）；经最小显著值差异法两两比较，除对照组与A组之间的皮、髓质R2*值差异无统计学意义（P>0.05），其余任意两组之间的皮、髓质R2*值差异有统计学意义（P=0.000）。由图3可知，随着IgA肾病级别的加重，肾脏皮、髓质R2*值呈上升趋势。

表3　健康对照组与IgA肾病各亚组间肾脏皮、髓质R2*值（xHz）比较（xHz，±s）

表3　健康对照组与IgA肾病各亚组间肾脏皮、髓质R2*值（xHz）比较（xHz，±s）

组别　　例数　皮质R2*值　髓质R2*值　t值　P值对照组　20　16.23±1.15　31.22±1.44 -145.931 0.000 A组　3　17.29±0.52　32.58±0.69 -152.375 0.000 F值　30.367　78.374　-　-P值　0.000　0.000　-　-B组C组21 11 18.60±1.00 19.43±0.80 35.25±1.13 38.68±1.64 -93.270 -72.423 0.000 0.000

图3　两组肾脏R2*值图

2.4研究组肾脏R2*值与GFR的相关性

采用Pearson双变量相关性检验法分析，结果显示，分肾皮、髓质R2*值与其GFR值呈负相关（P= 0.000）。随着IgA肾病患者肾小球滤过率的下降，皮、髓质R2*值呈上升趋势。见图4和表4。

图4　双肾皮、髓质GFR与R2*值的相关性

表4　IgA肾病组分肾皮、髓质R2*值与其GFR的相关性分析

2.5研究组右肾R2*值与病理积分的相关性

经Pearson双变量相关性分析表明，IgA肾病组的右肾皮、髓质R2*值与病理Katafuchi积分间存在明显的正相关，相关系数分别为r皮质=0.58和r髓质= 0.73（P<0.05）（见图5）。

图5　IgA右肾皮、髓质病理积分与R2*值的相关性

3　讨论

IgAN是目前世界范围内最常见的原发性肾小球疾病，其主要临床表现为血尿，伴或不伴蛋白尿，疾病早期实验室检查肾功能并无异常，大多数患者未予重视。但有研究数据显示约17％的IgAN患者在起病10年后进展至终末期肾脏病（end-stage renal disease，ESRD）[3]。因此，早期诊断IgAN并动态监测肾功能变化，对指导临床治疗方案及延缓疾病的进展具有重要意义。

肾脏的氧合作用在肾脏疾病的发生、发展中具有重要作用。早期人们主要运用微电极、探针等方法检测动物模型肾脏缺氧，属有创性检查，对于临床应用存在很大的局限性。基于氧合血红蛋白与去氧血红蛋白磁化率不同的原理，BOLD MRI成为目前唯一无创性检测肾脏内氧含量的影像学方法。氧合血红蛋白属于逆磁性物质，其增加会导致去相位减慢，横向弛豫时间（T2*）延长。R2*（1/T2*）值作为评估组织氧含量变化的敏感指标，与组织氧合血红蛋白的含量呈负相关[4]。BOLD MRI已用于评价大多数肾脏病模型动物[5-6]及糖尿病肾病[7]、造影剂肾病[8]等患者的肾功能，均证实BOLD MRI用于评价肾脏氧合水平的可行性，且重复性较好。

本研究结果显示，健康成人的肾髓质R2*值较皮质高，这与髓质处于生理性缺血及肾小管主动转运耗氧等生理特性相关。系膜增生性肾小球肾炎为IgA肾病的主要病理类型。缺氧时，低氧诱导因子含量增多，并通过调控人体内的靶基因作用于肾脏[9]。其中低氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）的表达与系膜增生性肾小球肾炎的病变程度相关[10]。Deng等[11]在研究狼疮性肾炎时也提出HIF-1可促进系膜细胞增生。因此，IgA肾病病理尤其是肾小球系膜区的损害严重性可能与慢性缺氧程度有关。笔者初步的临床研究结果也显示，IgA肾病各亚组的肾脏皮、髓质R2*值均高于对照组，且随着Lee氏分级的升高，皮、髓质R2*值呈上升趋势，提示肾组织缺氧程度加重。说明R2*值对评估IgA肾病Lee氏分级亦有重要的临床价值。同时，本研究结果显示，IgA肾病A组与对照组之间的皮髓质R2*值差异无统计学意义。提示R2*值诊断IgA肾病早期缺氧状态缺乏敏感性。Pei等[12]研究发现，慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）患者肾皮、髓质R2*值高于健康对照组，即使eGFR≥60 ml/（min· 1.73 m2）及血肌酐水平正常的CKD患者，其肾皮、髓质R2*值亦高于对照组，由此提出BOLD MRI可以作为评估肾组织氧合状态的无创性方法。Zhang等[13]研究结果显示，健康成人eGFR与皮、髓质R2*呈负相关（r1=-0.26，P1= 0.02；r2=-0.29，P2=0.01）。本研究也统计出类似的结果，即IgA肾病组肾脏皮、髓质R2*值与GFR呈负相关。分析其原因可能为随着GFR的下降，肾脏血流灌注减少，造成组织缺血、缺氧；肾脏内缺氧可以诱发纤维化反应，纤维化又加重间质缺氧，形成恶性循环，造成不可逆的肾功能损害[14]。而Michaely等[15]对CKD患者分别行1.5 T及3.0 T磁共振扫描，却发现肾脏皮髓质R2*值与eGFR间没有显著相关性。这与本研究结果相悖，考虑与研究纳入对象的病种、病程及扫描参数等不同有关。例如，有研究发现糖尿病肾病患者eGFR与肾脏髓质R2*值呈正相关[16]，由于早期阶段存在高灌注、高滤过现象，肾小管重吸收增多，耗氧量增加；中晚期病变时随着GFR下降造成流经髓质的血流量减少，代谢降低，髓质缺氧得以缓解。

国内外研究发现CKD患者肾髓质R2*值随着肾间质纤维化的加重呈下降趋势，而皮质R2*值与病理损害程度无关[17-18]。本研究结果显示，右肾皮、髓质R2*值与病理Katafuchi积分呈正相关，即随着IgA肾病病理损害的加重，组织缺氧越严重。分析其原因可能与IgAN的病变主要位于系膜区有关。根据系膜细胞与内皮细胞之间无基底膜的结构特点，当系膜基质与系膜细胞发生损伤、增生和/或免疫反应，即可引起血管内皮细胞受损，造成肾脏缺氧[19-20]。此外，受损的肾微血管内皮细胞可以诱发纤维化反应，纤维化又加重间质缺氧，形成恶性循环，造成不可逆的肾脏病理学改变[21]。

本次研究还存在一些不足：①本研究受时间限制，收集IgA肾病患者的例数较少，而且缺少部分级别的IgAN病例；②虽然R2*值升高与组织缺氧有关，但无法区分是由于氧耗增加还是供氧减少造成；③本研究未对治疗后的IgA肾病患者进行随访，如能在药物干预后重复磁共振扫描，有望能做为观察疗效的影像学方法。

综上所述，磁共振BOLD成像对IgA肾病早期病变缺乏敏感性，但对鉴别IgAN Lee氏分级、评价肾脏滤过功能及病理损害程度有一定的临床意义。BOLD作为无创性成像技术，通过检测肾脏的氧合状态，动态监测IgA肾病肾功能变化，以减少患者接受放射性核辐射和肾穿刺活检等有创性检查，有较为深远的社会效益。

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（王荣兵编辑）

Blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging in evaluation of glomerular filtration rate and pathology in IgA nephropathy

Yan Su1, Li-ping Yang2, Chong Huang1, Liang-geng Gong1, Jian-hua Yin1, Luo Lian1, Xiao-hua Qin1, Jin-feng Zhan1, Wei-ping Tu1, Xiang-dong Fang1
(1.The Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330006, China; 2.Jiangxi Cancer Hospital, Nanchang, Jiangxi 330029, China)

Abstract:Objective To study the correlation of the blood oxygenation level-dependent (BOLD) imaging measurements with glomerular filtration rate (GFR) and Katafuchi scores in IgA nephropathy.Methods Thirtyfive patients with IgA nephropathy and twenty healthy volunteers were enrolled in this study.All of the subjects underwent studies on 3.0T MR scanner to obtain the BOLD imaging measurements.The GFR was calculated with99Tcm-DTPA scintigraphy.The grades and the pathological damage scores of IgA nephropathy were evaluated according to the Lee classification and the Katafuchi system.The R2*values were compared between the control group and IgA nephropathy groups of different grades.The correlation between the R2*values and GFR was analyzed.The correlation between the R2*values and Katafuchi scores was analyzed.Results The renal cortical R2*values were lower than the medulla values in both the control and IgA nephropathy groups (P< 0.05).There were statistically significant differences in renal cortical and medulla R2*valuesbook=1,ebook=68between the control group and each of the IgA nephropathy subgroups (P< 0.05).But there was no significant difference in renal cortical and medulla R2*values between the IgA N I group and the control group(P > 0.05).There was a negative correlation between the renal cortical and medulla R2*values and the GFR(P< 0.05).A positive correlation was found between the renal cortical and medulla R2*values and the Katafuchi scores(P < 0.05).Conclusions The blood oxygenation level -dependent imaging was applicable on IgA nephropathy, which could be used for assessing the renal filtration function and the pathological damage.However, BOLD imaging lacks sensitivity to early renal disease.

Keywords:IgA nephropathy; blood oxygenation level -dependent imaging; glomerular filtration rate; pathology

收稿日期：2015-09-10

文章编号：1005-8982（2016）01-0062-07

中图分类号：R586

文献标识码：A