颞叶癫痫患者前额叶背外侧的定量质子磁共振波谱研究

谭乔月，孙怀强，郝南亚，杨喜彪，王维娜，龚启勇，月强



颞叶癫痫患者前额叶背外侧的定量质子磁共振波谱研究

谭乔月，孙怀强，郝南亚，杨喜彪，王维娜，龚启勇，月强

【推荐理由】 该文用磁共振波谱（MRS）研究了颞叶癫痫患者双侧前额叶背外侧区（DLPFC）的神经生化改变，并对各代谢物的生理意义及其在颞叶癫痫发病机制中的可能作用进行了初步的探讨，得到了很有价值的结论。文章具有以下特点：①研究具有创新性。既往已有不少研究表明颞叶癫痫患者在颞叶外的其他区域存在着广泛的神经生化改变，但是国内外目前尚无使用MRS研究TLE患者额叶DLPFC区神经生化的报道，而该研究弥补了这一学术空白。②实验方法科学可靠。研究采用3.0T高场强磁共振仪进行扫描，并采用LCModel软件进行后处理。后者是国际上公认的MRS后处理金标准，但目前国内配置LCModel的研究机构很少。该研究采用LCModel计算各代谢物的绝对浓度，这较既往普遍使用的代谢物/肌酸比值更加科学可靠，研究发现颞叶癫痫患者额叶肌酸水平发生了异常改变，也说明了采用这种方法的合理性。③论文书写规范，条理清晰，逻辑严密，表述准确，具有较高的可读性。基于以上理由，本人认为这是一篇较高质量的学术论文，对进一步阐明额叶癫痫的发病机制具有重要价值，特此推荐发表。

（成都，四川大学华西医院磁共振研究中心 龚启勇）

【摘要】目的：利用氢质子磁共振波谱（1H-MRS）研究颞叶癫痫（TLE）患者前额叶背外侧区（DLPFC）的生化改变，探讨额叶在TLE发病代谢机制中的作用。方法：纳入TLE患者（TLE组）及健康志愿者（健康对照组）各20例。根据24h视频脑电图（VEEG）所提示致痫灶所在部位将TLE组分为左侧TLE亚组及右侧TLE亚组。利用单体素1H-MRS点分辨波谱序列（PRESS）进行扫描，并采用LCModel软件进行后处理，获取所有被试者双侧DLPFC区氮乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、肌醇（Ins）及谷氨酸/谷氨酰胺复合物（Glx）的绝对浓度。然后分别对比健康对照组及TLE患者左侧DLPFC区与右侧DLPFC区、健康对照组与TLE患者同侧DLPFC区之间各代谢物浓度的差异。结果：健康对照组左右侧DLPFC区NAA浓度分别为（7.24±0.57）mmol/L、（6.76±0.87）mmol/L，左侧NAA浓度显著高于右侧（P=0.024）；而TLE患者上述NAA不对称性消失，左右侧NAA浓度分别为（6.58±0.56）mmol/L、（6.31±0.62）mmol/L（P=0.092）。与健康对照相比，TLE患者左侧DLPFC区NAA、Cr及Ins浓度显著降低（P=0.000、0.014、0.025），右侧DLPFC区仅Ins浓度显著降低（P=0.013），而Cho、Glx浓度在左右侧DLPFC区均无显著改变。分层分析进一步揭示左侧TLE亚组的左侧DLPFC区NAA、Cr及Ins浓度较对照组显著降低（P=0.001、0.047、0.007），右侧DLPFC区Ins浓度较对照组显著降低（P=0.002）；而右侧TLE组仅有左侧DLPFC区NAA浓度显著降低（P=0.037）。结论：颞叶癫痫患者的额叶也存在生化代谢异常，且以左侧额叶改变为主，说明额叶在TLE发病的代谢机制中可能起着重要作用。

【关键词】癫痫，颞叶；磁共振波谱分析；前额叶背外侧；氮乙酰天门冬氨酸

颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是临床最常见的局灶性癫痫，也是药物难治性癫痫中最常见类型之一。既往关于TLE的研究，多数集中在对颞叶结构、功能及代谢改变的探讨上。但人脑作为一个整体，不同脑叶和脑功能区之间存在紧密联系。TLE患者结构、功能与代谢的改变不仅会累及颞叶，也可能会累及颞叶以外的其他结构。以往有研究表明，TLE患者在颞叶外的其他区域的确存在着结构、功能及代谢改变［1-2］。其中，额叶作为高级神经活动的整合中枢，在TLE发病机制中的作用尚未阐明，目前报道额叶代谢改变的研究也非常少。氢质子磁共振波谱（proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS）是一种能够无创性检测活体组织器官生化代谢情况的辅助诊断技术，可检测癫痫患者脑内各种代谢物的改变情况，间接反映与癫痫相关的各种病理改变，如神经元缺失、胶质增生等。以往研究发现在TLE患者中存在着双侧前额叶背外侧区（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的体积萎缩［3］及糖代谢减低［4］，说明DLPFC区可能是TLE的靶区之一。因此，本研究利用单体素1H-MRS研究TLE患者DLPFC区生化代谢情况，探讨额叶在TLE发病机制中的作用。

材料与方法

1.研究对象

TLE组：搜集2013-2015年来本院神经内科治疗的颞叶癫痫患者。纳入标准：①临床发作症状及发作期/间期EEG强烈提示颞叶源性的癫痫；②头颅影像学检查未发现肿瘤、血管畸形等器质性病变。排除标准：①合并其它神经-精神系统疾病及严重躯体疾病；②药物滥用者（需除外抗癫痫药）。共收集病例20例，其中男9例，女11例，年龄12～46岁，平均27岁，平均发作病程8年（1～27年）。根据24h视频脑电图提示的致痫灶所在部位将TLE组分为左侧TLE亚组（致痫灶在左侧，12例）及右侧TLE亚组（致痫灶在右侧，8例），见图1。

健康对照组：选择与上述TLE患者年龄、性别及受教育程度大致匹配的20例健康志愿者作为对照组，其中男8例，女12例，年龄22～46岁，平均27岁。所有入组患者及正常对照组均为右利手。

2.MRI检查方法

采用Siemens Trio Tim 3.0T超导MR扫描仪，头部32通道相控阵线圈。定位像之后，先行矢状面高分辨薄层T1WI扫描（MPRAGE序列，TR 2250 ms，TE 2.6 ms，视野256 mm×256 mm，扫描层数192，层厚1 mm，扫描时间5 min 43 s），并重建出冠状面、横轴面1 mm薄层图像。以此3D T1WI图像为基础，进行1H-MRS兴趣区（region of interest，ROI）的三维定位，ROI置于双侧DLPFC区，典型大小为2 cm× 4 cm×1.5 cm，尽量包全灰质而避开白质，同时避免邻近大脑凸面的脑脊液和头皮脂肪沾染（图2）。1H-MRS扫描采用单体素点分辨波谱（point-resolved spectroscopy，PRESS）序列（TR 2000 ms，TE 30 ms，带宽1200 Hz）扫描两次，第一次开启水抑制以采集代谢物信号，重复128次，第二次关闭水抑制以采集组织水信号，重复16次，扫描时间合计10 min 8 s。

3.波谱数据后处理

波谱采集所得原始数据导出为rda文件，然后通过LCModel软件进行后处理，包括以不抑水的序列为参照进行涡流校正、组织水标定，最后自动进行曲线拟合并计算代谢物的绝对浓度，同时提供每种代谢物的拟合误差。纳入统计分析的数据应满足以下标准：①波谱的信噪比（signalnoiseratio，SNR）≥15；②波谱的半高宽（FWHM）≤0.08 ppm；③代谢物的拟合误差＜15%。本研究分析的代谢物包括氮-乙酰天门冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA），胆碱（choline，Cho）、肌酸/磷酸肌酸（creatine，Cr）、谷氨酸/谷氨酰胺复合物（glutamate/glutamine，Glx）及肌醇（myo-inositol，Ins）。

4.统计学处理

采用SPSS 19.0对数据进行统计学分析。对比分析主要包括：①健康对照及TLE患者左侧与右侧DLPFC区之间各代谢物浓度的对比（表1）；②健康对照与TLE患者之间同侧DLPFC区之间各代谢物浓度的对比（表2）。组间对比分析前，先行数据分布的正态性检验，对于符合正态性分布者，采用参数检验（独立样本t检验），对于不符合正态性分布者则采用非参数检验（Mann-Whitney U检验）。健康对照及TLE患者左侧与右侧DLPFC区之间各代谢物浓度对比则选用配对样本t检验。描述性统计量用均数±标准差表示。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

本研究中的波谱数据具有良好的质量，平均SNR 为26，平均FWHM为0.04 ppm。代谢物的拟合极佳，平均拟合误差为NAA 3%，Cr 2%，Cho 3%，Ins 4%，Glx 5%。

在健康对照中，左右侧DLPFC区的代谢物浓度并不完全对称，左右侧NAA浓度分别为（7.24± 0.57）mmol/L、（6.76±0.87）mmol/l，左侧NAA浓度显著高于右侧（P=0.024），而其他代谢物在左右两侧差异无统计学意义（P＞0.05）。在TLE患者中，左右侧DLPFC区的NAA浓度相对于正常人均有下降，但左侧下降更为明显，左右侧NAA浓度分别为（6.58±0.56）mmol/L、（6.31±0.62）mmol/l，差异无统计学意义（P=0.092），其他代谢物浓度差异也无统计学意义（P＞0.05）。由此表明，在健康对照组中存在的左右侧DLPFC区NAA水平不对称性在TLE患者中消失（表1）。

与健康对照组相比，TLE患者双侧DLPFC区生化代谢均发生改变，且以左侧改变为主，表现为左侧DLPFC区NAA、Cr与Ins浓度显著降低（P=0.000、0.014、0.025）；右侧变化趋势与左侧一致，但仅Ins差异有统计学意义（P=0.013），NAA与Cr差异均无统计学意义（P=0.07、0.062，表2）。

分层分析发现，与对照组相比，左侧TLE亚组的左侧DLPFC区NAA、Cr、Ins浓度均显著降低（P=0.001、0.047、0.007），右侧DLPFC区Ins浓度显著降低（P=0.002）；右侧TLE亚组右侧DLPFC区各代谢物浓度与对照组相比差异均无统计学意义（P＞0.05），而左侧DLPFC区NAA含量较对照组显著降低（P=0.037，表2）。

表1　健康对照与TLE患者DLPFC区代谢物浓度（mmol/L）：左侧vs右侧

表2　健康对照与TLE患者DLPFC区代谢物浓度（mmol/L）：健康对照vs TLE患者

讨 论

本研究发现TLE患者双侧额叶DLPFC区的NAA、Cr和Ins较正常对照组同侧DLPFC区降低，其中部分指标（左侧NAA、Cr、Ins及右侧Ins）差异有统计学意义。这证明了笔者的假设，即TLE患者的代谢异常并不局限于颞叶，也会影响到其他脑叶和脑功能区。既往关于TLE的全脑1H-MRS研究也佐证了这一观点：Capizzano等［5］发现TLE患者致痫侧及对侧大脑半球NAA含量均较正常对照组双侧大脑半球NAA含量的平均值降低，Vermathen等［6］发现TLE患者除海马外的全脑其他区域NAA/（Cr+Cho）平均值较正常对照降低；但他们的研究都未能阐明具体是哪一个脑叶或脑功能区存在代谢异常。TLE患者额叶生化代谢改变与既往报道的颞叶生化代谢改变相比，既有相似之处，也有不同之处。相同之处在于，NAA水平无论在额叶还是颞叶［7］，均呈现下降趋势。不同之处在于，既往研究发现TLE患者的颞叶Cho水平增高［8］，并认为Cr在各种病理状态下能保持相对恒定［9］，而本研究中并未发现额叶Cho的异常改变，但左侧额叶Cr减低。TLE患者颞叶Ins、Glx水平的变化趋势争议较大，升高、降低及无显著性改变在以往研究中均有报道［10-11］。

本研究发现正常对照左侧DLPFC区NAA水平显著高于右侧。类似结果在以往研究中亦有报道，并认为这与多数人的优势半球为左侧大脑半球有关［12］。有意思的是，TLE患者DLPFC区的代谢异常也主要集中在左侧（左侧NAA、Cr、Ins均显著下降，而右侧只有Ins显著下降），其中左侧NAA水平下降最为明显，并导致在正常对照中存在的NAA水平左右侧不对称性在TLE患者中消失（表1）。分层分析揭示了代谢异常以左侧为主的原因：TLE患者左侧DLPFC区的NAA、Cr、Ins异常主要是由左侧TLE亚组贡献的，右侧DLPFC区Ins异常，同样是由左侧TLE亚组贡献的；右侧TLE亚组对左侧DLPFC区的NAA降低也有贡献，却对右侧DLPFC区代谢异常没有贡献（表2）。这种代谢异常的左侧化倾向表明左侧额叶在颞叶癫痫发病的代谢机制中可能起着更为主要的作用。左侧TLE亚组和右侧TLE亚组都可以出现左侧而非右侧额叶NAA的显著下降，表明无论致痫灶位于哪一侧，左侧DLPFC区可能都是TLE的主要病变靶区之一。考虑到右侧DLPFC区的NAA、Cr变化趋势与左侧一致，虽未达到显著性水平，笔者不能完全排除右侧额叶也受到癫痫影响的可能性，只是其受影响的程度可能远不如左侧额叶明显。

NAA只存在于神经元内，是神经元的特异性标记。本研究发现NAA的降低，提示神经元的功能受损或数目减少［13］。TLE患者额、颞叶NAA水平均降低，说明神经元的结构和功能异常在TLE的发病机制中扮演着核心角色。Ins是第二信使的中间产物，也常被视为神经胶质细胞的标记物，在胶质增生和低级别胶质瘤中可以见到Ins的增高。本研究中所发现的DLPFC区Ins降低与Wellard等［14］的研究结果一致，但略有不同的是，Wellard等的研究只分析了右侧额叶，而本研究分析了双侧额叶。TLE患者Ins下降，说明在其发病机制中神经胶质细胞的异常也可能起着一定作用。既往研究多假定Cr水平恒定不变，并以代谢物与Cr比值的变化来说明代谢物本身的变化，比如NAA/Cr降低，即被解读为NAA水平的降低。本研究发现TLE患者的Cr绝对浓度发生了异常改变，那么NAA/Cr的异常，也有可能是由Cr的变化所导致的。这说明采用代谢物/Cr比值研究TLE的生化代谢改变是存在局限性的。1H-MRS研究中所指的Cr包括肌酸和磷酸肌酸。后者作为高能磷酸化合物，在能量代谢中起着重要作用。因此TEL患者Cr降低是能量代谢受损的证据。Cho是反应细胞密度和增殖状态的指标，Cho升高往往提示增生性病变（炎性或肿瘤性病变）。本研究未发现额叶Cho增高，表明额叶细胞水平的异常可能还是以功能异常为主。Glx中的谷氨酸是兴奋性神经递质，Glx未发生变化表明兴奋性神经递质的异常可能不是TLE发病的病因。

综上所述，颞叶癫痫患者的确存在额叶代谢异常，且以左侧额叶为主。额叶代谢异常与既往报道的颞叶代谢异常既有相似之处，也有不同之处。代谢物水平的异常改变，提示神经元和神经胶质细胞都与TLE的发病有关，而能量代谢异常可能是发病机制中的重要一环。

本研究相对于既往TLE研究的主要进步在于，一方面首次对额叶重要脑功能区（DLPFC区）的生化代谢进行了探讨并阐明了其异常改变；另一方面采用了国际通用的LCModel软件计算代谢物绝对浓度，从而避免了用代谢物比值作为评价指标可能带来的偏倚。本研究不足之处在于，一方面纳入患者例数偏少可能导致检验效能不足；另一方面限于扫描时间，未能同时对颞叶的生化代谢进行研究，因而对额、颞叶代谢改变的异同之处缺乏自身对照。

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·中枢神经影像学·

A quantitative proton magnetic resonance spectroscopy study of dorsolateral prefrontal cortex in patients with temporal lobeep-ilepsy

TAN Qiao-yue，SUN Huai-qiang，HAO Nan-ya，et al.Huaxi MR Research Center（HMRRC），Department of Radiology，West China Hospital of Sichuan University，Chengdu 610041，China

【Abstract】Objective：The purposes of this study were to explore the biochemical changes of bilateral dorsolateral prefrontal cortex（DLPFC）and to discuss the possible role of the frontal lobe in the pathogenesis in patients with temporal lobe epilepsy（TLE）by using proton magnetic resonance spectroscopy（1H-MRS）.Methods：We performed single-voxel1HMRS with a standard point-resolved spectroscopy（PRESS，TR 2000ms，TE 30ms）sequence over the bilateral dorsolateral prefrontal cortex of 20 consecutive TLE patients and 20 healthy volunteers.Patients were classified into two TLE subgroups of left-sided and right-sided according to the localizations of epileptogenic foci revealed by 24 hours video electroencephalography（VEEG）.Raw data were processed using LCModel.Absolute concentrations of N-acetyl aspartate（NAA），creatine （Cr），choline（Cho），myo-inositol（Ins）and glutamate-glutamine（Glx）were calculated and compared between rightbook=210,ebook=23DLPFC and left DLPFC in both TLE patients and healthy controls，and between TLE patients and healthy controls in ipsilateral DLPFC.Results：The asymmetry of NAA level between right and left DLPFC was observed in healthy controls：NAA level of the left DLPFC was significantly higher than that of the right（left 7.24±0.57mmol/L，right 6.76±0.87mmol/L，P=0.024）.Whereas in TLE patients such asymmetry disappeared（left 6.58±0.56mmol/L，right 6.31±0.62mmol/L，P=0.092）.The concentration of NAA（P=0.000），Cr（P=0.014）and Ins（P=0.025）in left DLPFC and the concentration of Ins（P=0.013）in right DLPFC was significantly reduced in TLE patients compared with that in healthy controls.However，no significant change of Cho and Glx level was observed in either right or left DLPFC.Further stratification analysis revealed that NAA（P=0.001）and Cr（P=0.047）concentration in left DLPFC and Ins（left P=0.007，right P= 0.002）concentration in bilateral DLPFCs of the left TLE subgroup was significantly reduced compared with controls.However，no significant changes were found between the right TLE subgroup and the control group except for a significant reduction of NAA（P=0.037）in left DLPFC.Conclusion：Significant metabolic changes can be also observed in the frontal lobes of TLE patients with left-sided predominance，which suggests that the frontal lobe might also play an important role in the pathogenesis of TLE.

【Key words】Epilepsy，temporal lobe；Magnetic resonance spectroscopy；Dorsolateral prefrontal cortex；N-acetyl aspartate

收稿日期：（2015-11-17）

基金项目：国家自然科学基金面上项目（81371528）

通讯作者：月强，E-mail：qiangmoon@126.com

作者简介：谭乔月（1990-），女，重庆垫江人，硕士研究生，主要从事神经影像学诊断及磁共振波谱分析。

DOI：10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.03.004

【中图分类号】R445.2；R742.1

【文献标识码】A

【文章编号】1000-0313（2016）03-0209-06

作者单位：610041 成都，四川大学华西医院放射科磁共振研究中心（谭乔月、孙怀强、杨喜彪、王维娜、龚启勇、月强）；610041 成都，四川大学华西医院神经内科（郝南亚）