1H-MRS测量颞叶癫痫患者海马代谢物浓度变化的研究

安 阳，孙海珍，倪红艳，尹建忠

（1.天津医科大学一中心临床学院，天津 300192；2.天津市第一中心医院影像科，天津 300192）

◁中枢神经影像学▷

1H-MRS测量颞叶癫痫患者海马代谢物浓度变化的研究

安 阳1，孙海珍1，倪红艳2，尹建忠2

（1.天津医科大学一中心临床学院，天津 300192；2.天津市第一中心医院影像科，天津 300192）

目的：应用氢质子磁共振波谱（1H-MRS）测量颞叶癫痫（TLE）患者双侧海马区主要代谢物N-乙酰天门冬氨酸（NAA），γ-氨基丁酸（GABA）及谷氨酸/谷氨酰胺复合物（GLx）的浓度变化，以期能更好的理解癫痫的发病机制，同时为TLE定位致痫灶提供更多的影像学支持。方法：对10例临床诊断TLE患者及14例正常志愿者进行双侧海马的常规MRI和1H-MRS扫描，测量NAA，Cr，Cho，GABA及GLx在患侧海马、对侧海马及正常对照组之间的浓度变化及各代谢物之间的相互关系。结果：患侧海马NAA较对侧海马及正常对照组均显著减低（P=0.001，P=0.007）。以年龄为控制因素做偏相关分析，患侧组NAA与GLx呈负相关（P=0.016），GABA与GLx亦呈负相关（P=0.024）。结论：TLE患者患侧海马NAA减低，可以为定位致痫灶提供依据。患侧海马区GABA和GLx较正常对照组存在不同改变，并且存在负相关性代谢变化，局部变化可能与癫痫的发作和治疗状态有关。

癫痫，颞叶；海马；磁共振成像

癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，是由于一侧或双侧大脑半球神经元异常增强同步化引起的短暂性脑功能障碍，临床表现为突然出现、反复发生的惊厥行为，发病率为0.5%～1.0%[1]。颞叶癫痫（Temporal lobe epilepsy，TLE）是最常见的一种局灶性癫痫类型。在我国，约有900万癫痫患者，TLE约占难治性癫痫的34%[2]，TLE中又以海马硬化（Hippocampal sclerosis，HS）为最常见的病理类型，手术切除致痫灶效果良好，准确定位致痫灶就是手术成功的关键。HS为海马结构神经元细胞丢失或功能障碍以及胶质细胞的增生，在MRI上典型的影像学表现为海马体积缩小以及T2信号增高，但在病变早期可能没有明显的影像学改变。随着近年来功能磁共振技术的发展，氢质子磁共振波谱（1H-MRS）技术成为研究癫痫，定位致痫灶的一种新方法。MRS是目前唯一一种安全无创的在体定量测量脑内代谢物的方法，本研究采用MEGA-PRESS序列，一次采集中不仅可以生成常规的波谱图，同时还可以生成γ-氨基丁酸（GABA）的编辑谱，在编辑谱上可以显示独立的GABA峰及谷氨酸/谷氨酰胺复合物（GLx）峰，以此探讨TLE患者海马区各代谢物的浓度变化及相互影响，以期能更好的理解癫痫的发病机制，同时为TLE定侧提供更多的影像学支持。

本研究中的主要测量对象包括N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱复合物（Cho）、GABA 以及GLx。

1 材料与方法

1.1 一般资料

收集TLE病例作为TLE组，入组标准：①患者具有一种或多种TLE的典型症状，如幻嗅、自动症、感觉先兆等。②所有患者行24 h以上长程视频脑电图检查 （VEEG），21导头皮电极+2导蝶骨电极，异常放电位于一侧颞叶。③所有患者在发作间期行常规MRI平扫及海马高分辨率薄层扫描，观察双侧海马形态、大小是否对称，缩小侧为病变侧；两侧海马信号是否均匀一致，信号不均匀侧为病变侧；双侧颞角是否对称，扩大侧为病变侧。由神经科与神经影像学专家综合会诊确诊为单侧TLE患者。排除标准包括双侧TLE和定侧诊断不清者，并排除颅内肿瘤、手术、皮层发育不良等可能引起癫痫发作的患者。

选择与TLE组病例年龄性别相匹配的健康人作为对照组（NC组），纳入标准：既往体健，无精神神经病史，无精神类药物史。

1.2 MRI扫描

所有TLE组及对照组受试者均行平扫：T1WI（TR 2 510 ms，TE 9.2 ms，翻转角 130°，层厚 5 mm，层间隔 0.75 mm）、T2WI （TR 5 000 ms，TE 93 ms，翻转角 120°，层厚 5 mm，层间隔 0.75 mm），以及海马冠状薄层扫描：T1WI（TR 2 510 ms，TE 9.6 ms，翻转角120°，层厚 3mm，层间隔 0.3mm）、T2WI（TR 5000ms，TE 94 ms，翻转角 120°，层厚 3 mm，层间隔 0.3 mm）、T2-FLAIR（TR 8 100 ms，TE 85 ms，层厚 3 mm，层间隔 0.3 mm）。

1.3 1H-MRS成像

采用Siemens Trio Tim 3.0T超导核磁共振成像仪，所有被试者采取仰卧位，头颅32通道正交线圈，以T1WI横断面、矢状面及T2-FLAIR海马薄层冠状面3个方向的图像作为海马区波谱定位图像。单体素 （SVS）MRS扫描，MEGA-PRESS序列（TR 2150ms，TE 68ms，翻转角 90°，带宽 1200Hz），兴趣区（VOI）选择在双侧海马区，矢状面上VOI的长轴与海马长轴方向一致，尽量远离颅底骨质，在VOI周围前后左右上下6个方向放置预饱和带以遮蔽周围颅骨，减少颅骨对信号的干扰，VOI大小40mm×20 mm×20 mm。单侧扫描时间284 s。匀场、水抑制及GABA谱编辑等均由机器自动完成。

1.4 图像后处理及数据采集

利用西门子后处理工作站自带波谱处理协议得到 NAA、Cr、Cho 以及编辑谱中的 GABA、GLx 的峰高及峰下面积，用峰下面积来表示各代谢物的浓度，以Cho+Cr作为参数，以消除Cr和Cho峰部分融合所带来的峰下面积测量不准的影响，提高重复性和敏感性[3-4]。

1.5 统计分析

利用SPSS 21.0软件包进行统计分析，性别和年龄等一般资料用卡方检验和t检验分析。整理计算采集的各代谢物比值NAA/Cho+Cr、GABA/Cho+Cr、GLx/Cho+Cr及GLx/GABA，采用单因素方差分析（ANOVA）及偏相关分析对所得数据进行归类分析。设定检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 TLE组与NC组的基本情况

TLE组共 10例，男 4例，女 6例，年龄 10～45岁，平均（31.40±9.89）岁，病程 3 月～39 年。依据 EEG结果（异常放电侧）和MRI结果（海马形态、体积缩小；海马信号不均匀；颞角扩大）将TLE组海马分为患侧海马和对侧海马。NC组共14例，男4例，女10例，年龄 22～47 岁，平均（29.71±8.06）岁。TLE 组和NC组年龄及性别均无显著性差异（P＞0.05）（表1）。

表1 TLE组和NC组一般资料比较

2.2 海马内主要神经递质NAA的变化

NAA/Cho+Cr在患侧组、对侧组及NC组组间有显著性差异（F=7.771，P=0.002），组间两两比较显示TLE患侧组 NAA/Cho+Cr值较 NC组减低 （P=0.007），同时也较对侧组减低（P=0.001），具有显著性差异，对侧组与NC组之间无显著性差异（P＞0.05）（表2）。

2.3 海马内兴奋性神经递质GLx和抑制性神经递质GABA的变化

GABA/Cho+Cr、GLx/Cho+Cr、GLx/GABA 在患侧组、对侧组及NC组组间均无统计学差异 （P均＞0.05）（表2）。GABA/Cho+Cr、GLx/Cho+Cr的柱状图（图1）分析可以看出，患侧GABA/Cho+Cr的标准差为0.034，较其他两组（0.021和0.007）明显增大，提示在病灶侧海马抑制性神经递质GABA较正常海马存在较大变异度，这种变化可能是由于海马功能或发作状态不同，部分病例可能存在升高或降低，而兴奋性神经递质GLx在患侧较其他两组呈现升高的趋势，没有出现统计学差异可能是由于病例数偏少的原因。

表2 TLE组和NC组海马区各代谢物比值

图1 GABA/Cho+Cr和GLx/Cho+Cr三组间的比较。Figure 1.The comparison of GABA/Cho+Cr and GLx/Cho+Cr between three groups.

2.4 不同代谢产物之间的相关性分析

以年龄为控制因素做偏相关分析显示：①TLE患侧组NAA/Cho+Cr与GLx/Cho+Cr呈负相关（r=-0.764，P=0.016），NAA/Cho+Cr与 GLx/GABA呈负相关（r=-0.748，P=0.020）（图2），NAA/Cho+Cr与 GABA/Cho+Cr无显著相关。②患侧GABA/Cho+Cr与GLx/Cho+Cr亦呈负相关（r=-0.737，P=0.024）（图3）。提示患侧海马内存在NAA下降和兴奋性神经递质GLx升高，而NAA与GABA无明显相关可能是由于GABA的固有含量极低而GLx含量相对更多，所以更多的表现为NAA与GLx之间的相关性变化。而兴奋性递质GLx与抑制性神经递质GABA之间呈现显著的负相关性，即表示当NAA下降的时候GLx呈现升高表现而GABA会出现降低，这几种代谢物之间的关联变化可能与癫痫的反复发作有关。

图2 TLE患侧组NAA与GLx及GLx/GABA相关性。Figure 2. The correlation between NAA and GLx and GLx/GABA in ipsilateral hippocampus of TLE.

图3 TLE患侧组GLx与GABA相关性。Figure 3.The correlation between GLx and GABA in ipsilateral hippocampus of TLE.

3 讨论

1H-MRS是目前唯一一种无创的实时在体检查人体生化代谢，定量分析化合物，从分子水平反应疾病的生化代谢异常的方法[5]。每种原子核都有其独特的共振频率，处于不同化学环境中的同种原子核具有不同的共振频率即“化学位移”，利用化学位移现象，可以得到不同化学元素的谱线。在一次MRS扫描中可以同时采集分析得到多种化合物代谢峰，根据其在MRS上的峰位置的不同可以区分不同的化合物，其中NAA峰位于2.0ppm，Cr峰位于3.0ppm，Cho峰则位于3.2 ppm。MRS无法直接对化合物进行绝对值定量测量，目前多用代谢物的比值作为研究数值。

NAA在线粒体产生，几乎只存在于神经元中，常被用作为神经元的标志物，其峰值降低提示神经元的丢失或功能障碍[6]。本文MRS研究显示TLE患者患侧海马NAA浓度较对侧及NC组海马均显著减低，符合HS的病理变化，与大多数报道结果一致[7-9]。在HS早期，未出现结构性变化之前可能已有代谢的异常，MRS可能能为早期诊断提供依据[10]。

GABA是人脑中主要的抑制性神经递质，但由于其固有含量极低，仅约1 mmol/L，谱峰复杂且与其他代谢物峰重叠，故难以直接测得，若要得到独立的GABA峰，需要特殊的谱编辑技术。本研究应用J-different谱编辑技术，MEGA-PRESS序列，编辑后得到GABA编辑谱。GABA有3个共振峰，分别为位于2.28 ppm的C2，位于1.89 ppm的C3，以及位于3.01 ppm的C4。1.89 ppm处的C3和3.01 ppm处的C4之间存在J耦合现象，此现象可以帮助实现GABA谱编辑，得到3.01 ppm位置的独立GABA峰。MEGA-PRESS的基本原理为在一次扫描过程中激发两次频率选择脉冲，在奇数采集时反转脉冲激发1.89 ppm的C3，由于耦合现象，3.01 ppm的C4形成一个多重峰，此为“Edit-on”激发。在偶数采集时反转脉冲中心频率设定为δ7.5，激发1.9 ppm对应的4.7 ppm 的水峰，此为“Edit-off”激发。将“Edit-on”与“Edit-off”相减即得到差分谱，两次激发Cr没有发生变化，所以差分谱上Cr峰被减掉，NAA成为负峰，3.01 ppm处为独立GABA峰，同时还可以显示3.8 ppm处的GLx峰[11]（图4）。本研究编辑谱中GABA和GLx为双峰，采用两个高斯波拟合，将曲线下面积相加得到其量化值。

GABA和谷氨酸（Glu）是大脑内最主要的抑制性神经递质和兴奋性递质，其代谢异常与癫痫活动密切有关，两者之间平衡失衡可能在癫痫触发机制中起着重要的作用[12]。GABA广泛分布于大脑内，其与GABA受体结合后发挥生物学效能，抑制神经元兴奋性活动。GABA在GABA能神经元内产生，由Glu通过Glu脱羧酶（GAD）转化而来，经由 GABA转氨酶（GABA-T）最终代谢为琥珀酸，该过程主要在星形细胞线粒体内完成，一般认为GABA含量的减低使神经元过度兴奋引起同步放电导致癫痫发作。本研究显示TLE患侧海马GABA较对侧及NC组变异度明显增加，其数值分别为0.034、0.021和0.007，提示TLE患者患侧海马GABA部分升高而部分降低，考虑可能与患者发作时期有关，近期一些研究提示癫痫脑中GABA的水平并非是一个简单的减低，Engstrsn等[13]指出癫痫不同发作期，其递质变化不一样。考虑在癫痫发作前GABA可能处于减低的状态，由于抑制降低而引起的癫痫发作，而发作后GABA水平可能会处于回升的状态，而Simister等[7]对TLE患者颞叶GABA水平的研究显示癫痫灶同侧颞叶GABA水平升高而对侧正常。另外一些常用的抗癫痫药物也会影响脑内GABA浓度，如左乙拉西坦、妥吡酯、加巴喷丁等[14-16]。本组病例未出现统计学差异可能与样本的发作状态及药物治疗状态有关，也可能是研究组的病例较少的原因，但仍可以看到TLE患者GABA水平和正常人比较呈现一种不稳定状态，这可能与触发癫痫的发作有关。

图4a～4c 分别为“Edit-on”、“Edit-off”及差分谱（GABA 编辑谱）。横坐标表示化学位移即频率，其大小用ppm表示。纵坐标代表化合物的信号强度，与化合物浓度呈正比。Figure 4a～4c. “Edit-on” spectrum, “Edit-off” spectrum and difference spectrum(GABA edited spectrum)respectively.The abscissa represents the chemical shift(i.e.frequency),expressed in ppm.The ordinate represents the signal intensity of the compound,which is proportional to the compound concentrations.

另一方面，Glu为脑内主要的兴奋性递质，当神经元受到Glu强烈刺激可能会导致神经元的变性和死亡即兴奋性神经毒性。Glu/谷氨酰胺循环是星形胶质细胞摄取Glu的主要途径。Glu存在于神经末梢胞质突触囊泡内，神经元的丢失可引起大量Glu释放，神经胶质细胞摄取也相应增多[17]。大量动物实验表明Glu和Gln类似物可引起类MTLE发作和神经元丢失，提示致痫海马的反应性增生，胶质细胞释放大量Glu可能是致痫海马的一个重要病理及代谢变化，深部电极可记录到MTLE患者癫痫发作起源于HS的胶质细胞[18]。Cavus等[19]的研究显示癫痫发作间期致痫海马细胞外液Glu浓度是非致痫海马的5倍，还有MRS研究显示MRI上尚未出现HS形态学改变的TLE患者其GLx亦出现浓度升高表现[20]，这种Glu浓度大幅升高的现象可能是HS型MTLE所特有的表现[18]。Glu兴奋性毒性可导致神经细胞的变性或坏死[12]，且这种兴奋性毒性被认为是引发多种神经系统疾病的原因。本研究中患侧海马区GLx的含量较对侧及正常组呈现升高的趋势，没有统计学差异可能是由于研究组病例偏少，但可以提示神经元丢失、胶质细胞增生可引起Glu浓度的增加，造成神经元高兴奋性。而Glu的兴奋性毒性反过来又可以引起神经元的变性和坏死，其可能成为一个恶性循环。

本研究还对TLE组患侧海马区各代谢物做了相关性分析，可能是由于GABA在脑内的固有含量极低，明显低于GLx，所以NAA与GLx的相关性表现更为明显，呈负相关，而GLx和GABA之间可以看到明显的负相关，提示NAA的下降会导致Glu升高，Glu的水平又可以影响GABA水平使GABA下降，Glu的脱抑制可以加重兴奋性递质与抑制性递质之间的失平衡关系，这些相互关联的代谢变化可能与癫痫的反复发作有关。

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Study of changes of hippocampal metabolite concentrations in patients with temporal lobe epilepsy using1H-MRS

AN Yang1,SUN Hai-zhen1,NI Hong-yan2,YIN Jian-zhong2
(1.First Central Clinical College,Tianjin Medical University,Tianjin 300192,China;2.Department of Radiology,Tianjin First Central Hospital,Tianjin 300192,China)

Objective:To measure the changes of bilateral hippocampal metabolite concentrations in patients with temporal lobe epilepsy(TLE)by using proton magnetic resonance spectroscopy(1H-MRS).The main metabolites that we studied include N-acetylaspartate(NAA),γ-aminobutyric acid(GABA)and glutamate/glutamine compounds(GLx).These changes of the metabolite concentrations can make us further understand the pathogenesis of epilepsy,and provide more imaging support for locating the epileptic foci in TLE.Methods:Ten patients with TLE and 14 normal controls were studied.All subjects underwent bilateral hippocampal conventional MRI and1H-MRS scans.The metabolite concentrations of NAA,Cr,Cho,GABA and GLx in the ipsilateral hippocampus were compared with the concentrations in the contralateral hippocampus and the normal control group.Results:NAA was significantly lower in the ipsilateral hippocampus than in the contralateral hippocampus and normal control group(P=0.001,P=0.007,respectively).By partial correlation analysis with the controlling factors of age,GLx and NAA were negatively correlated(P=0.016),and GABA and GLx are negatively correlated(P=0.024)in the ipsilateral hippocampus.Conclusion:NAA reduced in ipsilateral hippocampus in patients with temporal lobe epilepsy,which can provide the basis for the localization of epileptic foci.GABA and GLx in ipsilateral hippocampus have different changes compared with the normal control group with a negative correlation in metabolic changes,the local variations may be related with seizure and treatment status of epilepsy.

Epilepsy,frontal lobe;Hippocampus;Magnetic resonance imaging

R742.1；R445.2

A

1008－1062（2017）07－0457－05

2016－11－10；

2017－02－06

安阳（1979-），女，天津人，主治医师。现工作单位为天津和平新世纪妇儿医院。E-mail：37985503@qq.com

尹建忠，天津市第一中心医院影像科，300192。E-mail：yin3000@126.com