基于静息态功能磁共振成像的非神经精神性系统性红斑狼疮低频振幅和功能连接的研究

李晓露，周文苏，张鹏，田为中，夏建国*，邹红梅

1.大连医科大学研究生院，辽宁 大连 116044；2.江苏省泰州市人民医院影像科，江苏 泰州 225300；3.江苏省泰州市人民医院风湿免疫科，江苏 泰州 225300；*通信作者 夏建国 shjxct＠163.c om

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）是一种多系统受累的慢性自身免疫性结缔组织疾病，其中神经精神性红斑狼疮的发病率高达75%，是导致疾病和死亡的重要原因[1-2]。研究表明，非神经精神性系统性红斑狼疮（non-neuropsychiatric systemic lupus erythematosus，non-NPSLE）患者也具有轻度认知障碍[3]，但诊断认知功能障碍仍然具有挑战性。

静息状态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）通过检测静息状态下血氧水平的波动反映自发性的神经活动，作为一种无创性地研究大脑生理活动的方法，是评估中枢神经系统受累的首选成像方法[4]。低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuations，ALFF）及其衍生指标比率低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuations，fALFF）和基于感兴趣区（ROI）的功能连接（functional connectivity，FC）可以分别反映自发的区域神经元活动强度的大小和网络水平的脑功能，已应用到很多疾病的研究中，如糖尿病、主观认知功能下降及神经厌食症等[5-7]。本研究结合ALFF和基于ROI的FC，在区域和网络水平上探讨non-NPSLE患者脑功能的变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性收集2019年10月—2020年12月江苏省泰州市人民医院风湿免疫科依据美国风湿学会（American College of Rheumatology，ACR）诊断标准[8]诊断为SLE的女性纳入研究组，纳入标准：①年龄18～60岁；②右利手；③无1999年ACR[9]定义的SLE神经精神症状；④能配合MRI检查和神经心理学检查。选取医院附近社区招募的与研究组年龄、受教育程度相匹配的女性健康志愿者为健康对照组，纳入标准：①年龄18～60岁；②右利手；③能配合MRI检查和神经心理学检查。排除标准：①明显的神经精神症状、癫痫和持续性头痛；②精神/神经疾病史；③颅内异常病变，如肿瘤、脑血管疾病、脑外伤、脑外科手术史，以及明显的脑萎缩；④其他自身免疫性疾病、动脉高血压、糖尿病、恶性肿瘤；⑤吸毒或酗酒史；⑥有任何MRI检查禁忌证，如起搏器、金属植入物和幽闭恐惧症。最终纳入32例non-NPSLE女性和28例健康志愿者。

由2名受过培训的精神科研究生收集受试者的姓名、年龄、受教育程度等人口学资料。通过HIS系统收集患者MRI扫描前后5 d内C3、C4、IgA、IgM实验室检查结果；用SLE疾病活动指数（SLEDAI-2K）评估疾病活动度。MRI扫描前，受试者接受一系列神经心理学测试，包括运动和认知功能疲劳量表（fatigue scale for motor and cognitive functions，FSMC），分别用FSMC-M、FSMC-C评估运动和认知疲劳；医院焦虑抑郁量表（hospital anxiety and depression scale，HADS）分别用HADS-A、HADS-D评估受试者的焦虑与抑郁状态，＞7分表示可能处于抑郁、焦虑状态；所有受试者均进行简易精神状态量表（mini-mental state examination，MMSE）测试，MMSE评分＜24分提示认知功能障碍[7]。本研究经医院伦理委员会批准（KY 2021-011-01），所有受试者均自愿参加本研究，并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 所有扫描操作由同一名MRI放射科医师进行，采用Siemens Skyra 3.0T MR扫描仪，4通道头部线圈。所有受试者闭眼，保持清醒，头部不动。首先，获取常规T1、T2及T2液体衰减翻转恢复序列，由2名经验丰富的影像科副主任医师检查图像，排除颅脑中有器质性病变者。然后采集3D-T1加权序列获得高分辨率的脑结构图像；采集梯度回波平面成像（EPI）序列，以获得功能MRI数据，扫描参数：TR 2 160 ms，TE 30.0 ms，翻转角90°，层数40，层厚3 mm，视野256 mm×256 mm，体素4 mm×4 mm×3 mm，时间点数目240。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 数据预处理 基于MatlabR2013b平台，使用Restplus-V1.2对图像进行预处理。处理步骤：①格式转换；②去除前5个时间点的图像；③校正：进行时间层、头动校正（研究组和健康对照组中分别有4例和1例因头动平移＞2 mm，或任意角度旋转＞2°排除）；④空间标准化：通过一步配准将所有受试者的fMRI图像标准化到SPM标准蒙特利尔神经科学研究所（montreal neurological institute，MNI）空间的EPI模板上；⑤空间平滑：应用6 mm×6 mm×6 mm的高斯核对图像进行平滑处理；⑥去线性趋势；⑦回归协变量。

1.3.2 fMRI指标计算 ALFF：基于MatlabR2013b平台，使用Restplus-V1.2进行指标计算。0.01～0.08 Hz内BOLD信号的功率谱的均方根计算为ALFF，为方便统计分析，对ALFF进行除均值标准化处理，生成标准化低频振幅（mALFF）。fALFF为0.01～0.08 Hz内的振幅总和与整个频带的振幅总和之比。FC：在自动解剖标记图谱[10]的90个区域中，保存non-NPSLE患者中mALFF、fALFF信号异常的区域，并将这些区域设置为ROI。最后，通过Restplus分析ROI和整个大脑间的FC，并利用Fisher r-to-z变换进行标准化，提高数据的正态性，得到zFC图，进行后续分析[11]。

1.4 统计学方法 采用SPSS 25.0软件进行统计分析。①一般资料：符合正态分布的计量资料用±s表示，组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料用M（Q1，Q3）表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验。②影像学数据：将受教育程度设置为协变量，在SPM12通过两独立样本t检验评估两组mALFF、fALFF和zFC的差异，并对结果进行校正（ALFF采用团块水平AlphaSim校正，体素水平P＜0.01，校正后团块水平P＜0.05；FC采用团块水平FWE校正，体素水平P＜0.001，校正后团块水平P＜0.05），其中统计范围被限制在不含小脑的灰质二值模板。采用Spearman相关分析non-NPSLE患者脑活 动与神经精神量表、临床数据之间的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在数据处理后，按照头动排除标准，分别排除4例non-NPSLE和1例健康对照，最终分别有28例和27例进行数据分析。

2.1 两组基本资料比较 两组受教育程度、MMSE评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；年龄差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 non-NPSLE患者与对照组一般资料比较[M（Q1，Q3）]

研究组病程为6.5（5.0，10.0）年，HADS-A评分6（4，11）分，HADS-D评分6（2，8）分，FSMC-C评分29（23，35）分，FSMC-M评分33（22，35）分；实验室检查：C3浓度0.95（0.69，1.04）g/L，C4浓度0.13（0.09，0.20）g/L，IgA浓度3.31（1.49，4.31）g/L，IgM浓度0.86（0.75，0.98）g/L，SLEDAI为3.0（1.0，5.5）。

2.2 两组ALFF及其衍生指标比较 与对照组比较，研究组左侧补充运动区mALFF降低（P＜0.05）；右侧颞下回、左侧中央后回fALFF增高（P＜0.05），见图1、2和表2。

图1 mALFF比较结果。蓝色区域为与对照组相比，non-NPSLE患者左侧补充运动区的mALFF降低

表2 non-NPSLE患者与对照组ALFF比较

图2 fALFF比较结果。暖色区域表示与对照组相比，non-NPSLE患者右侧颞下回和左侧中央后回的fALFF增高

2.3 两组FC比较 在网络水平上，研究组左侧补充运动区与右侧颞下回、右侧舌回、左侧楔叶FC降低（P＜0.05），右侧颞下回与左侧枕中回、左侧中央后回与右侧额上回FC降低（P＜0.05），未见FC增高，见图3、表3。

图3 non-NPSLE患者与健康对照的FC比较。A.以右侧颞下回为种子点，non-NPSLE患者右侧颞下回与左侧枕中回zFC降低；B.以左侧中央后回为种子点，non-NPSLE患者左侧中央后回与右侧额上回zFC降低；C.以左侧补充运动区为种子点，non-NPSLE患者左侧补充运动区与右侧颞下回、右侧舌回、左侧楔叶zFC降低；non-NPSLE：非神经精神性系统性红斑狼疮

表3 non-NPSLE组和健康对照组FC对比分析

2.4 相关性分析 左侧中央后回fALFF与MMSE 呈正相关（r=0.429，P=0.025），与HADS-D呈负相关（r=-0.386，P=0.047）；左侧补充运动区与右侧舌回zFC 与IgM 呈正相关（r=0.554，P=0.002）；左侧补充运动区与左侧楔叶之间的zFC与病程（r=0.544，P=0.003）、IgM（r=0.665，P＜0.001）呈正相关；右侧颞下回与左侧枕中回zFC 与MMSE 评分呈负相关（r=-0.519，P=0.006），与HADS-D评分呈正相关（r=0.411，P=0.033），见图4。

图4 non-NPSLE患者中差异脑区的影像学指标与神经量表、临床数据的相关性

3 讨论

近年多项研究使用影像技术监测SLE患者的认知功能。Cao等[12]发现，SLE患者右侧壳核和小脑蚓部6之间的FC降低，两脑区之间的FC值与MMSE值呈正相关，推测右侧壳核和小脑蚓部6之间的FC值可以作为评估SLE患者认知功能的神经影像学标志物。Zhang等[13]将功能连接密度和ALFF进行联合分析，发现non-NPSLE患者双侧海马-旁海马的功能活动较健康对照组降低，推测双侧海马-旁海马区可能是non-NPSLE患者脑功能障碍的影像学标志物。

3.1 区域和网络水平上脑功能变化 补充运动区具有明显的半球化趋势，左侧补充运动区与语言的产生和流畅有关[14]。颞下回是默认网络的一个重要区域，与自发认知、语言流利性等有关，同时在视觉刺激的加工过程中发挥重要作用[15-17]。本研究发现，non-NPSLE患者右侧颞下回ALFF增加，与Zhang等[13]、Yu等[18]报道的活动期、非活动期non-NPSLE患者颞下回活动异常一致。舌回、枕中回、楔叶是视觉处理涉及的视觉网络的组成部分[19-20]，SLE患者执行工作记忆任务时，视觉区域的活动增加，推测这是维持认知功能的一种补偿机制[21]。SLE的认知障碍可以影响简单或复杂的注意力、视觉空间处理和语言等[22]，初步推测左侧补充运动区、右侧颞下回活动异常及上述脑区之间的FC降低，可能与non-NPSLE患者认知功能有关。

中央后回是感觉运动网络（SMN）的重要大脑区域，控制运动和感官神经[20]。Zhang等[13]、Yu等[18]研究发现，non-NPSLE中央后回的功能活动存在异常，与本研究结果相似。Nystedt等[23]研究发现，与健康对照组相比，SLE患者SMN内部和之间的连接性增加，且non-NPSLE患者较NPSLE患者增加更为显著。研究组左侧中央后回活动增加可能在一定程度上反映了SMN区域内部的代偿作用，可能与维持non-NPSLE的认知功能有关。额上回属于背外侧前额叶，是额顶网络的重要组成部分，与工作记忆及执行功能有关。左侧中央后回与额上回之间的FC降低可能在一定程度上反映了SMN与额顶网络间连接的改变，可能需要进一步研究。

3.2 相关性分析 本研究发现，non-NPSLE患者随着左侧中央后回活动降低、右侧颞下回与左侧枕中回FC增强，患者的认知障碍及抑郁加重。Liu等[20]报道左侧中央后回的局部一致性与non-NPSLE患者的抑郁状态相关，进一步证实本研究的推测：左侧中央后回可能是non-NPSLE患者认知功能、抑郁相关的特异性脑区，其早期活动增强可能是维持non-NPSLE正常认知及情感功能的一种补偿机制。一般认为FC增强可能是维持正常功能的一种代偿机制，但Nystedt等[23]的研究发现，核心网络静息态FC增强与SLE患者的认知功能较差有关，与本研究结果一致，右侧颞下回与左侧枕中回FC的改变，可能是早期监测non-NPSLE患者认知功能和抑郁的影像标志物。

SLE是一种以高水平自身抗体为特征的慢性自身免疫性疾病[24]。本研究发现，non-NPSLE患者左侧补充运动区与右侧舌回、左侧补充运动区与左侧楔叶之间FC与IgM呈正相关，推测上述脑区之间FC的改变，可能是免疫反应的结果，IgM可能是监测上述脑区之间FC改变的生物标志物。

相关性研究发现，左侧补充运动区与左侧楔叶FC与病程呈正相关，推测疾病早期两脑区之间FC减低，可能参与non-NPSLE患者正常功能的维持。尽管目前涉及的研究样本量较小，但是随着疾病的发展，两脑区之间FC增强，为临床监测疾病的进展提供了一种新的思路。

3.3 本研究的局限性 ①non-NPSLE样本量较小，可能会降低统计能力。②受患者教育程度的限制，本研究中仅采用MMSE进行认知测试，进一步研究会采用成套的神经精神学测试判断患者的认知状况。③免疫抑制治疗作为一个可能的混杂因素并未得到解决，这是功能性MRI研究中常见的局限性[25]。

总之，SLE患者即使无神经精神症状，也可能存在功能异常。rs-fMRI是一种有效监测大脑疾病的工具。在静息状态下，左侧中央后回ALFF、右侧颞下回与左侧枕中回FC的改变可能是non-NPSLE患者临床前监测认知功能的影像标志物。