应用光学相干层析成像技术观察阿尔茨海默病患者视网膜变化的研究进展

曹晗煜 杜婷 孙中毅 王建业 曹霞 马林昆

(昆明医科大学第二附属医院眼科 昆明 650101)

阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一种复杂的神经退行性疾病，其神经病理学的变化包括Aβ淀粉样蛋白沉淀、神经原纤维缠结、神经胶质细胞活化及神经元和突触丢失[1]，其特征表现有记忆力进行性减退、认知能力下降、自主生活不能等。2018年对于AD调查的最新数据显示，全球约有5 000万人患有AD，且由于全球老龄化问题日渐严重，该病的发病率逐年上升；而临床数据显示早期干预可以治疗并延缓病情的发展[2]。视网膜作为中枢神经系统(central nervous system，CNS)的延伸，具有与脑神经相似的组织学结构以及微血管系统。解剖学中视网膜的感觉层是由三级神经元组成，任何发生于这三级神经元的异常状态都可能映射到大脑，因此，视网膜可作为研究AD的一个极好的替代系统，它可以忠实地反映大脑的变化并提供独特的优势[3]。本文就探讨AD患者视网膜各层在光学相干层析成像(optical coherence tomography, OCT)技术中的改变作一综述。

1 AD患者的视觉系统改变

视力症状常常是AD患者最早出现的症状之一，研究显示大多数AD患者的视觉功能受到影响，导致生活质量下降。AD患者的视功能有许多变化，包括视野缺损、对比敏感度下降、色觉异常及幻视等[4]。

2 AD患者视觉系统中的神经病理学改变

视网膜是眼球和CNS的重要组成部分，它从神经外胚层多能干细胞分化而来，由离散的神经元细胞层组成，具有多种类型的神经元、神经递质，神经胶质细胞和微脉管系统[5]，因此视网膜和CNS具有相似的组织学结构以及微血管系统[6]。视网膜作为CNS的组成部分，长期以来一直被认为是大脑的窗口[7]。由于大脑是CNS隐藏的结构，因此可通过与外界相通的视网膜来观察CNS的变化[8]。现在并无明确的检查手段可以确诊AD，多数病例是依靠患者主诉、临床痴呆评定量表(clinical dementia rating, CDR)评定并结合相关影像学检查来诊断。视觉系统的改变往往早于行为异常。近年来，许多新型的眼科成像技术逐渐发展起来。与脑成像模式相比，眼科成像技术更加经济、方便快捷。这些新技术为AD提供了早期诊断工具。

3 OCT

OCT是一种非侵入性、非接触式光学扫描方法，用于视网膜内部结构的横断面成像。OCT能够精确分割和测量视网膜各细胞层，从而促进探索与特定神经变性疾病相关的神经元变化。作为一种临床成像设备，OCT设备可提供视网膜神经纤维层(retinal nerve fibre layer，RNFL)、视网膜神经节细胞层(retinal ganglion cell layer,RGCL)、黄斑中心凹和视神经乳头的高分辨率图像。

从Huang等于1991年搭建了第1套时域 OCT(time domain OCT，TD-OCT)系统，并利用该技术对离体的人类视网膜和冠状动脉组织进行成像开始[9]，在近20年的时间里，OCT技术飞速发展，从傅立叶域 OCT(Fourier domain OCT，FD-OCT)到多普勒 OCT(Doppler OCT，DOCT)，其轴向分辨率已经提高了10倍以上，成像速度提高了上千倍，图像对比度大大提高。该技术同时可用于观察视网膜的血管成像[10]。由于快速采集和非接触式扫描方式，使患者满意度极高。近几年来OCT技术已成为检测视神经元的完整性，评估压迫性视神经病变手术后视力恢复的必要条件。OCT已经彻底改变了眼科学，成为神经眼科实践中最重要的工具之一。

4 OCT成像技术观察AD患者视网膜各层的改变

4.1 RNFL的改变 RNFL是由视网膜神经节细胞(retinal ganglion cell，RGC)组成的无髓鞘轴突，与RGCL相邻。这些神经细胞轴突组成上下弓状束，以及乳头状血管束，它们共同形成视神经和前视觉通路。因此，视网膜中RNFL厚度的测量是前视觉通路中轴突损失的测量[11]。

Kesler 等[12]通过OCT技术对AD患者的检查发现其RNFL较年龄匹配的正常老年人明显变薄，视网膜下方象限变薄尤为突出，同时上方象限变薄也有统计学意义。Kwon等[13]将受试者分为AD组、轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)组、正常对照组(healthy controls，HC)，统计结果发现与HC组相比，AD患者视网膜上方象限的RNFL厚度显著降低(P=0.03)；与MCI组相比，AD组的平均RNFL厚度降低(P=0.01)。后续研究[14]中可通过优势区域区分轻度认知障碍和早期AD。临床上1项为期12个月的OCT测试研究显示，AD患者的总RNFL厚度以及上、下象限的RNFL厚度均显著降低，远远大于衰老过程中预期的视盘周围RNFL(peripapillary RNFL,pRNFL)值，RNFL厚度下降与认知恶化之间存在显著相关性[15]。Santos等[16]筛选出56例临床前期AD患者，对他们进行连续27个月的OCT扫描检测，分析结果后发现，临床前AD组和HC组的黄斑区RNFL(macular RNFL,mRNFL)总体积显著下降；研究结果表明，在描述结构性视网膜变化的指标中，mRNFL的体积变化与AD的相关性最高。此外，mRNFL体积的这种变化与AD早期病变中脑皮质的Aβ淀粉样蛋白沉积有关[1]。使用OCT技术显示形态学异常导致RNFL变薄，并且表明这些变化与视网膜功能障碍有关。因此，OCT检测到的内部视网膜层中暗示神经元损伤的变化与AD患者的诊断和监测具有重要的临床相关性。

4.2 RGCL改变的表现 RGCL研究已经成为神经眼科学最有用的参考数据之一，它与视野改变具有高度相关性，可预测未来病程进展，并且是几种神经眼科疾病的高度敏感性指标[17]。此外，与视盘周围RNFL相比，RGCL较厚，更容易于在成像技术和病理检查中观察到，因此，RGCL分析可能是检查神经变性的更好方法[18]。另外，RGCL分析可以提供比RNFL分析更准确的信息，并且它可能是不可逆神经元丢失的早期结构性指标。RGC和CNS中的视神经纤维束之间存在结构相似性，因此RGCL轴突变性、神经胶质瘢痕形成和髓鞘丢失直接反映了大脑和脊髓中发生的继发性神经退行性变化[19]。

Feng等[20]在研究AD与昼夜节律的关系中首次证实，AD患者中出现免疫反应性mRGC丧失，视网膜中剩余的mRGC显示出形态学异常，特别是树突直径的减少，表示其功能受损。这与Sadun等[21]的形态测定分析结果一致，AD患者存在神经节细胞(M细胞)损失，视神经轴突密度整体下降且视神经直径变窄。Garcia-Martin等[17]研究发现AD患者的RGCL较正常对照组受试者厚度明显减少，且包括RGCL、RNFL和视网膜内丛状层(inner plexiform layer, IPL)厚度也有所减少；在疾病持续时间较长的AD患者中，RGCL、RNFL和IPL的厚度显著减少，这可能是由于RGC和轴突的退化或AD患者RGCL及其轴突的逆行跨突触变性与后视觉通路病变有关。

根据这些发现，OCT测量的视网膜厚度可以用作评估AD早期神经退行性变化的客观标志物，通过OCT技术对RGCL的测量可以预测部分患者潜在的高患病率。

4.3 IPL的改变 IPL相比较于RNFL和RGCL的研究较少，但IPL中的特异性变化可能反映了大脑皮质中胆碱能的破坏和早期炎症过程[22]。Lad等[23]将受试者分为3组，分别是HC组、MCI组和AD组，使用双盲法对其进行OCT检测，结果证明了在视网膜中存在特定的增厚区域，与AD和MCI患者的黄斑视网膜中的变薄区域交替发生。该发现支持RNFL和神经节细胞层-视网膜内丛状层复合层(GC-IPL)厚度可能在AD进展过程中具有动态变化[24]。Garcia-Martin等[17]在一项研究中观察了AD和发病持续3年的患者与正常人对比发现，AD患者的RNFL、RGCL、IPL测试结果与正常人相比均有统计学意义。数项研究表明AD患者的神经节细胞复合体厚度的减少要高于年龄相关性GC-IPL损失，因此该结果显示与RNFL相比，GC-IPL变薄可能是MCI和AD中早期检测神经变性更敏感的标志物[25]。

4.4 黄斑的改变 Cunha等[26]对AD患者的45只病眼进行评估，并选取了48只健康眼睛作为对照，结果显示AD患者和对照组的OCT参数有较大差异。使用高分辨率OCT进行研究证实黄斑厚度测量值减小，黄斑厚度降低可能映射了神经胶质细胞凋亡和血管损伤[27]，内部节段(包括中央凹)是受影响最大的部位，表明AD患者的神经元发生丢失。该结果与Bayhan等[28]的研究一致，组织学结果显示AD患者的神经元密度降低了52%。因此，即使没有出现视力障碍，早期AD患者视网膜中央黄斑厚度显著显著降低[29]。该结果表明视网膜外层的功能异常与视网膜中心凹和旁中心凹区域是有联系的[30]。

4.5 视网膜血流的改变 有研究[31]证明，大脑的低灌注先于AD的临床症状出现。Aβ斑沉积在脑皮质对脉管系统有收缩作用，降低脑部血流量[32]。视网膜作为CNS的延伸，我们推断视网膜微血管系统也会发生类似的变化。

OCT血管造影(OCT angiography, OCTA)是一种新型的检测手段，用于检查视网膜血管的改变及血流变化[33]。Jiang等[34]招募了3组受试者，分别为AD组、MCI组和HC组，对他们进行OCTA检查，结果显示从对照组到MCI组和AD组有血管密度减少的趋势(P<0.05)，正常对照组的视网膜微血管密度与AD组的GC-IPL厚度相关(P<0.05)。该研究证据显示AD患者中存在视网膜微血管功能障碍，且视网膜氧代谢探索结果显示，与健康个体相比，早期AD患者的视网膜小动脉和小静脉氧饱和度显著升高[35]。这些研究虽然还存在各种争议，但未来随着技术的发展和科学的进步，通过OCTA成像检测到的指标是可以用作疾病的早期诊断，无创性视网膜血氧测定也能为AD的病理生理学提供新的研究方向。

5 结语

AD是威胁老年人健康的主要疾病，随着人类寿命的延长，AD患病的概率也会随之增加，目前很难采用廉价快速、无创的方法来监控人类大脑的渐进性退化[36]。AD尚无治愈的方法，但已经有研究证明，治疗有助于延缓病情进展并改善生活质量。

OCT技术自20世纪90年代发明以来，其科研及应用价值得到了广泛关注，这种快速、无创的光学成像诊断模式将会成为生物医学领域的主流。由于OCT技术相较于CT、磁共振成像等更加经济、方便、快捷，通过检查视网膜的变化情况作为一项CNS疾病的筛查手段是未来的发展前景。视网膜中的无髓鞘神经元组成了视前路，我们可以假设继发于其他病理改变的轴突丧失可以通过扫描视网膜和视神经来检测脑中发生的情况[37]。有人提出，视盘周围RNFL厚度是轴索损失的标志，其厚度的降低将反映CNS的轴索损失[38]。未来的研究应该探索OCT技术可观察的早期标志物与接近视网膜结构功能性生物标志物[39]，作为评估这些患者疾病进展和治疗功效的检查方法[40]。随着科学技术的进步，视网膜作为AD的早期诊断平台将会变为可能。