健康成人新纹状体区铁沉积及体积与年龄的相关性

王秋实，王晓明

(中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004)

图1 测量双侧新纹状体区体积及平均相位值示意图 A.3D-TFE-T1WI； B.SWI相位图 (a:右侧尾状核；b:左侧尾状核；c:右侧壳核；d:左侧壳核)

铁是脑内含量最多的顺磁性金属元素，可引起MRI信号变化。脑内铁代谢异常在阿尔茨海默病等神经系统退行性病变中扮演重要角色。磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging, SWI)可通过分析组织相位值计算得出局部组织内铁沉积[1-3]。新纹状体区由尾状核和壳核组成，阿尔茨海默病等多种神经系统退行性疾病患者新纹状体区存在铁沉积及形态异常。本研究采用SWI观察健康成人新纹状体区铁沉积及体积与年龄的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2016年9月—2018年12月收集45名成人健康志愿者，男24名，女21名，年龄23～79岁，平均(50.1±16.8)岁；均无认知功能障碍，右利手，简易智力状态检查量表(mini-mental state examination, MMSE)评分28～30分，平均(29.69±0.59)分；临床痴呆评定量表(clinical dementia rating, CDR)评分均为0分。根据年龄将其分为3组，每组15名。A组年龄23～37岁，平均(30.5±4.2)岁；B组年龄42～58岁，平均(50.4±5.5)岁；C组年龄61～79岁，平均(69.4±5.3)岁。本研究经院伦理委员会批准(批准号：2016PS323K)，检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR仪行头部MR检查。采集三维快速梯度回波-T1WI(three-dimensional turbo field echo-T1WI, 3D-TFE-T1WI)，TR/TE 9.9/4.6 ms，FOV 240 mm×240 mm，层厚1 mm，平行加速因子2.0；SWI，TR 31 ms，TE 7.2 ms，FOV 230 mm×230 mm，翻转角15°,矩阵342×342，空间分辨率0.6 mm×0.6 mm×2.0 mm，扫描时间4 min 30 s。

1.3 图像分析 应用Freesurfer软件(www.freesurfe.net)分析3D-TFE-T1WI，自动测量双侧尾状核及壳核体积(图1)，并以颅腔体积进行校正，校正体积=绝对体积/颅腔体积。采用Philips EDW 4.0 workstation软件分析SWI，参考T1WI于相位图中的双侧尾状核及壳核中间2个层面手动勾画ROI，尽量避开大血管、骨质、脑脊液等，测量其相位值，每个层面测量3次，取平均值为最后结果(图1)。采用公式f(x)=-x×π/4 096计算平均相位值以代表铁沉积量[4]，f(x)、x、π分别代表平均相位值、实际测得相位值及圆周率。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。符合正态分布计量资料以±s表示，否则以中位数(上下四分位数)表示。采用单因素方差分析(符合正态分布)或秩和检验(不符合正态分布)比较3组参数，两两比较采用Bonferroni法(符合正态分布)或Nemenyi法(不符合正态分布)。以独立样本t检验比较不同性别受试者双侧新纹状体区平均相位值及校正体积的差异，以Pearson相关性分析观察双侧新纹状体区平均相位值与校正体积之间的相关性。采用线性回归分析双侧新纹状体区平均相位值及校正体积随年龄的变化。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

3组间左侧及右侧尾状核和壳核平均相位值及校正体积差异均有统计学意义(P均<0.01)，两两比较差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表1。

表1 不同年龄健康受试者双侧新纹状体平均相位值及校正体积比较

图2 双侧新纹状体区平均相位值与校正体积的相关性线图 A.左侧尾状核； B.右侧尾状核； C.左侧壳核； D.右侧壳核

全部受试者左侧尾状核平均相位值(-0.018±0.006)与右侧(-0.018±0.006)差异无统计学意义(t=0.20，P=0.85)。左侧尾状核校正体积(0.034 0±0.000 5)小于右侧(0.003 6±0.000 5，t=-2.24，P=0.03)；左侧壳核平均相位值(-0.031±0.015)及校正体积(0.005 8±0.000 8)与右侧(-0.031±0.017、0.005 5±0.000 8)差异均无统计学意义(t=-0.07、1.55，P=0.94、0.13)。

男性左侧尾状核(-0.018±0.006)、右侧尾状核(-0.019±0.006)、左侧壳核(-0.032±0.017)、右侧壳核(-0.032±0.019)平均相位值与女性(-0.018±0.006、-0.018±0.007、-0.030±0.013、-0.029±0.014)差异均无统计学意义(t=-0.13、0.14、-0.61、-0.50，P均>0.05)；男性左侧尾状核(0.003 3±0.000 5)、右侧尾状核(0.003 6±0.000 5)、左侧壳核(0.005 8±0.000 8)及右侧壳核(0.005 5±0.000 8)校正体积与女性(0.003 4±0.000 4、0.0036±0.000 5、0.005 7±0.000 7、0.005 5±0.000 6)差异均无统计学意义(t=-0.32、-0.27、0.30、0.02，P均>0.05)。

左、右侧尾状核平均相位值与校正体积均呈正相关(r=0.84、0.83，P均<0.01)；左、右侧壳核平均相位值与校正体积均呈正相关(r=0.77、0.61，P均<0.01)，见图2。线性回归分析结果显示，左、右侧尾状核及左、右侧壳核平均相位值(b=-0.83、-0.79、-0.78、-0.84，P均<0.01)，左、右侧尾状核及左、右侧壳核校正体积均与年龄呈负相关(b=-0.92、-0.87、-0.85、-0.67，P均<0.01)，见图3。

3 讨论

WANG等[4]发现新纹状区铁沉积随年龄增长而不断增多，尾状核铁沉积于年龄60～70岁达高峰，壳核铁沉积于50～70岁达高峰。组织的平均相位值f(x)绝对值越大，代表铁沉积越多[4]。本研究发现双侧新纹状体区平均相位值均为负数，随年龄增长而缩小，平均相位值绝对值随年龄增长而升高，表明双侧新纹状体区铁沉积均随年龄增长而增多，且左、右侧差异无统计学意义。DAUGHERTY等[5]指出，尾状核铁沉积与记忆功能障碍密切相关，尾状核铁沉积越多，记忆功能障碍越明显。机体衰老过程中，星形胶质细胞和小胶质细胞在脑铁代谢中起主要作用[6-7]。ZECCA等[8]发现胶质细胞中的神经黑色素能有效存储铁。在新纹状体区的神经元中，铁-神经黑色素复合体浓度随年龄增长而升高，过量铁释放增加线粒体氧化应激反应，导致线粒体损伤。过量的铁由神经黑色素中释放的机制尚不明确，年龄可能是这种现象的基础[9]。随着年龄增长，线粒体利用铁合成三磷酸腺苷的能力不断下降，铁代谢紊乱，产生过量的铁[10]，最终导致一系列神经系统退行性变。

图3 年龄与双侧新纹状体区平均相位值及校正体积的线性回归图 A.双侧尾状核平均相位值与年龄呈负相关； B.双侧壳核平均相位值与年龄呈负相关； C.双侧尾状核校正体积与年龄呈负相关； D.双侧壳核校正体积与年龄呈负相关

本研究结果显示新纹状体区体积随年龄增长而缩小，双侧壳核体积差异无统计学意义，而右侧尾状核体积大于左侧。目前对于新纹状体区体积是否对称仍存在争议。部分学者[11]认为双侧纹状体区体积无明显差异，另有研究[12]则认为双侧可存在差异。双侧纹状体区体积不对称的机制尚不清楚，组织微结构损伤可能是导致不对称性的原因。LARISCH等[13]发现右侧纹状体区与多巴胺D2受体的结合能力高于左侧，致使右侧新纹状体区脑功能高于左侧，可能与其体积不对称有关。RAZ等[14]认为左侧尾状核，可能比右侧更易受围产期缺血损伤的影响。本研究所有受试者均为右利手，右利手优势是否对新纹状体区体积不对称产生影响尚待观察。新纹状体区随年龄增长而萎缩的确切原因尚不清楚。根据多巴胺能去传入假说[15]，尾状核和壳核均受起自黑质致密部的多巴胺能投射纤维支配，黑质致密部随年龄增高而退变，多巴胺能传入神经元受到损伤，故新纹状体区多巴胺能活性随年龄增长而显著降低，体积也随之缩小。

DAUGHERTY等[16]认为铁沉积增多是导致体积萎缩的重要原因。铁含量增加能诱导氧化应激反应和炎症反应，一方面可导致星形胶质细胞功能障碍、扰乱星形胶质细胞对细胞外铁的调节；另一方面会破坏少突胶质细胞，导致神经元破坏和丢失，引起形态学的萎缩[17]。本研究发现新纹状体区平均相位值与校正体积呈正相关，而平均相位值均为负数，其绝对值越大，代表铁沉积越多，提示铁沉积与校正体积呈负相关。但本组样本量较小，结果可能存在偏倚；测量平均相位值采用手动方法，可能存在误差。

综上所述，随年龄增长，健康成人新纹状体区铁沉积增多、体积缩小，可为研究阿尔茨海默病等神经系统退行性疾病提供依据。