帕金森病伴焦虑的脑镜像同伦功能连接研究

贾永锋 王建伟 刘俊 张克忠 袁永胜 王敏

焦虑是帕金森病（Parkinson’s disease，PD）患者常见的非运动症状，在帕金森病患者中出现的比例高达55%［1］。焦虑在帕金森病中比在其他慢性致残性疾病（如多发性硬化症、Ⅰ型糖尿病和类风湿性关节炎等）更为普遍，这表明帕金森病患者的焦虑不仅仅是一种反应性障碍，更可能涉及独特的病理机制。此外，焦虑还严重影响患者的生活质量和社会功能［2］。越来越多的神经成像技术被广泛应用于探索神经疾病的神经基础［3,4］。静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI） 能检测静息时大脑血氧水平依赖信号的自发波动，被证明能反应自发的神经元活动。以往对帕金森病的rs-fMRI 研究主要集中在局部一致性、低频波动幅度等［6］。对PD焦虑症患者的功能连接研究较少。体素镜像同伦连接（voxel-mirrored homotopic connectivity，VMHC）可量化评估双侧大脑半球同源脑区的功能连接，被认为是大脑内在功能结构的一个关键特征［7］。有研究报道在步态冻结和抑郁的帕金森病患者中发现了VMHC 的改变，提示VMHC 可作为检测PD伴焦虑患者大脑半球功能连接改变的可靠手段。

本研究探讨了伴焦虑的PD 患者（PD with anxiety，PD-A）、不伴焦虑的PD 患者（PD without anxiety，PD-NA）和健康对照者（healthy controls，HC）之间VMHC 的差异，观察双侧镜像区VMHC变化。为进一步了解PD 伴焦虑的病理生理机制及临床治疗进行了新的探索。

资料与方法

1.研究对象

收集南京医科大学第一附属医院神经内科2014 年7 月～2019 年8 月收治的PD 患者112 例，所有患者均符合英国PD 学会脑库的临床诊断标准，均为右利手。排除标准：（1）进行性核上性瘫痪、多系统萎缩、血管性帕金森病综合征；（2）MRI禁忌证，如幽闭恐惧、金属植入物或体内装置；（3）目前服用精神活性药物；（4）患有严重神经精神疾病；（5）诊断为其他严重急慢性疾病。为了排除潜在的混杂因素，有严重认知下降的患者被排除在外，定义为简易精神状态检查（mini-mental state examination，MMSE）评分不超过24。在停用抗帕金森病药物后至少12 h 进行MRI 扫描和临床检查，以减轻药物对神经活动的影响。同时，将54 例无心理、神经功能障碍或神经影像学异常的健康对照组纳入本研究。实验开始前征得所有参与者的书面知情同意，研究由南京医科大学附属第一医院伦理委员会批准。

以汉密尔顿焦虑量表（Hamilton anxiety scale，HAMA）评分12 分为界值，将患者分为PD-A 组（n=50）和PD-NA 组（n=62）。HAMA 量表被认为在评估临床实践和研究中的焦虑严重程度方面有潜在的用处［9］。在所有患者中，分别使用统一帕金森病评定量表（unified Parkinson’s disease rating scale III，UPDRS-III）和Hoehn 和Yahr（H&Y）分期来评估疾病严重程度和疾病分期。记录每位PD 患者的病程、每位受试者的教育年限等。

2.MR 图像采集方法

MR 扫描采用Siemens 3.0 T Tim Trio 磁共振成像系统，所有病例均行MRI 头颅常规序列、rsfMRI 和3D-T1WI 扫描，扫描时嘱病人闭眼，保持清醒和不进行主动思维。rs-fMRI 采用平面回波序列（echo-planar imaging，EPI），扫描参数为：TR 2000 ms，TE 21 ms，翻转角90°，视野256 mm×256 mm，层数35，层厚3 mm，层间距0 mm，矩阵64×64，体素3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm，时间点为240；3D-T1WI 参数为：TR 1900 ms，TE 2.95 ms，翻转角9°，层厚1 mm，层数160，视野230 mm×230 mm，矩阵256×256，体素为1 mm×1 mm×1 mm。

3.数据处理

采用基于MATLAB 平台的SPM 12 和DPABI软件进行数据预处理。预处理包括以下步骤：去除前十个时间点，对扫描图像进行时间校正，头动校正（头动平移大于2 mm 或旋转大于2°的被试被剔除），使用DARTEL 法将被试结构相与功能相配准，以及去线性漂移、低频滤波以及去除协变量。VMHC 值的计算：将预处理数据配准到蒙特利尔标准空间，以3 mm×3 mm×3 mm 体素重采样，计算脑内体素与对侧镜像体素BOLD 信号的Pearson相关系数，通过Fisher Z 正态性转换为t 值，以便于进一步分析。

4.统计学处理

使用SPSS 22.0 软件对被试一般临床资料进行分析，其中性别采用卡方检验。定量资料先进行正态性检验和方差齐性检验，符合正态分布且方差齐的定量资料以±s 来表示，3 组间比较采用单因素方差分析；不同亚型两组间比较采用两独立样本t 检验。不符合正态分布的资料用中位数和上、下四分位数表示，采用多个独立样本非参数检验，P＜0.05 为统计学差异。

使用DPABI 软件对三组的VMHC 值进行协方差分析（analysis of covariance，ANCOVA）以年龄、性别、教育程度为协变量，采用非参数统计阈值值分析（threshold-free cluster enhancement，TFCE）方法行多重比较校正，计算5000 次，P＜0.05 的脑区为有统计学意义的脑区，然后提取这些脑区作为掩膜（mask），在掩膜内行双样本事后比较检验（Post-Hoc），多重比较校正同样采用TFCE 法，计算5000 次，P＜0.05 的脑区为有统计意义的脑区。

此外，采用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线评价PD-A 组与PD-NA组差异脑区的VMHC 值对帕金森病伴焦虑的诊断效能。

结果

1.一般资料

本研究3 组间年龄、性别及教育年限差异均无统计学意义；PD-A 组与PD-NA 组间病程、UPDRS-III 评分、H&Y 分级、MMSE 评分差异无统计学意义；三组的HAMA 评分差异有统计学差异，事后检验示PD-A 组HAMA 量表高于PD-NA组以及HC 组（表1）。

2.三组间的VMHC 分析结果

PD-A 组、PD-NA 组和HC 组之间的VMHC值有显著性差异，组间Post-Hoc t 检验显示差异脑区为：相对于PD-NA组，PD-A 组双侧额下回（inferior frontal gyrus，IFG）VMHC 值减低。相较于HC 组，PD-A 组双侧壳核、楔叶、颞上回、额下回及中央前回-中央后回 VMHC 值减低；PD-NA 组双侧壳核、颞上回、中央前回-中央后回VMHC 值减低（表2，图1）。

3.PD-A 组与PDNA 组间差异脑区VMHC 的ROC 曲线分析

PD-A 与PD-NA组间VMHC 明显不同的脑区是IFG，表明IFG 的VMHC 值可能可用于区别帕金森伴焦虑和不伴焦虑的患者及正常受试者。ROC 分析结果表明：区分PD-A 组与PD-NA 组时，IFG 的曲线下面积（area under the ROC curve，AUC）为0.815（95%置信区间0.731～0.882，P 小于0.001）。区分PD-A 组与HC 组时，IFG 的曲线下面积为（0.836，95%置信区间0.750～0.902，P 小于0.001）（表3，图2）。

讨论

在本研究中采用VMHC 方法比较PD-A 组、PD-NA 组和HC 组大脑半球间VMHC 的变化。结果发现组间的差异脑区包括中央前回-中央后回、颞上回、壳核、额下回、楔叶等，这些差异脑区可能涉及PD 特征性脑网络及功能改变。本研究着重观察PD 伴焦虑的脑功能改变，而PD-A 组与PDNA 组的组间VMHC 比较观察到的差异脑区只存在与额下回，另外组间ROC 分析提示额下回的VMHC 值对于鉴别PD 伴焦虑、PD 不伴焦虑及正常受试者具有较好的诊断效能，提示了IFG 的相关功能网络可能参与了PD 伴焦虑独特的病理发生过程。

PD 的病理基础是黑质致密部神经元变性，导致多巴胺分泌减少、纹状体供给不足，基底神经节增加对丘脑的抑制性突触输出，从而降低丘脑向大脑皮层传递信号的频率，进而引发相应的功能障碍及临床表现。既往大量有关PD 的研究在发现PD 基底神经节环路异常的同时，也发现部分PD 患者存在着不同程度的前额叶结构或功能的改变［5］。前额叶是认知、执行、情绪调节以及个性表达和行为决策的重要功能区。最近，一项荟萃分析显示，前额顶叶神经元回路受损在焦虑症的发病机制中起着重要作用［10］。一项扩散张量成像研究还显示，左侧IFG 通过背侧和腹侧通路投射到颞叶和额叶，后者包括杏仁复合体［11］。因此，左侧IFG 可以将前额控制系统连接到情感评估系统，以协调情绪调节过程［12］。在目前情绪调节的神经生物学模型中，最为广泛认可的是情绪自上而下的调节机制，即内侧、背外侧和腹外侧前额叶皮质和前扣带回皮质区域介导自上而下调节，而杏仁区域、腹侧纹状体和岛叶皮质负责编码刺激的情感属性［13］。目前研究最广泛的情绪调节形式之一是认知再评价（cognitive reappraisal，CR），这是一种情绪调节策略，涉及通过重新解释情绪刺激或事件的含义来调节情绪反应［13］。而IFG 的三角部和岛盖部，在自上而下的调节中起着关键的功能作用，特别是在CR 中［14］。此前单独针对焦虑症的研究也表明，IFG 与焦虑有关［15］，一项基于体素形态学分析研究表明，广泛性焦虑症患者IFG 中灰质体积显著降低［16］。同时IFG 是腹外侧前额叶（ventrolateral prefrontal cortex，VLPFC）的一部分，一些动物实验也表明了VLPFC 与焦虑的关系［16］。这与本研究结果一致。本研究中PD-A 组患者的双侧IFG 呈现出VMHC 的明显减低，提示了这部分患者IFG 的功能改变使情绪自上而下的调节机制发生障碍，从而导致了焦虑的发生。

表1 三组间临床特征比较（±s）

表1 三组间临床特征比较（±s）

注：a 方差分析，b 卡方检验，c 双样本t 检验，d 多个独立样本非参数检验。PD-A 组：帕金森伴焦虑组；PD-NA：帕金森不伴焦虑组；HC：健康对照组；UPDRS-III：帕金森统一评定量表第3 部分；H&Y 分级：Hoehn&Yahr 分级评分量表；MMSE：简易智能精神状态检查量表；HAMA：汉密尔顿焦虑量表

表2 三组VMHC 值组间差异显著的脑区

表3 双侧额下回VMHC 值的组间ROC 分析结果

此外，有研究指出焦虑症患者不仅在支持情感的网络中有变化，在支持认知的网络中也有变化［18］。后者的网络在解剖学上与恐惧回路的区域相连［19］，可能部分解释焦虑症状。情绪的认知反应需要实施认知控制过程，如注意力和工作记忆，这些过程由包括IFG 在内的额顶网络支持［19］。另外有研究表明右侧的IFG 相关神经网络主要涉及反应抑制，这是一个关键的认知部分［20］，与旨在通过改变刺激含义来调整情绪反应的认知反应相比，反应抑制被认为是对于情绪的直接抑制［21］。一些研究认为，左侧IFG 主要参与控制对认知表现的影响，右侧IFG 参与情绪控制［22］。因此，双侧IFG 的VMHC 值降低可能反映了对情绪抑制的神经回路控制受损，以及情绪自上而下的调节异常。

本研究不足之处：（1）样本量相对较小，需在后续研究中进一步扩大样本量。（2）未提供关于患者焦虑类型的具体信息，因为主要关注通过HAMA 量表评估焦虑的严重程度。而HAMA 量表提供的焦虑症状的维度相对较窄，将在未来的研究中采用更为严格的诊断标准。

总之，本研究采用静息态fMRI 的VMHC 分析方法，发现伴有焦虑的PD 患者存在着双侧IFG的功能活动减低，提示了这些区域的神经功能异常，为进一步揭示PD 患者焦虑产生的病理生理机制以及临床针对性的治疗提供一定的帮助。