缺血性脑卒中脑皮层胆碱能通路受损的临床及影像学相关因素分析

屈剑锋 陈仰昆 林晓云 钟伙花 罗根培 崔理立

1）广东医科大学，广东 湛江 5240002）南方医科大学附属东莞医院（东莞市人民医院），广东 东莞 523000 3）东莞市南城社区卫生服务中心，广东 东莞 523000

乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）是中枢神经系统主要的神经调节剂，起到兴奋大脑皮质的作用，几乎参与皮层功能的所有方面，其减少可能与卒中后认知功能障碍的发生密切相关［1］。ACh主要位于胆碱能神经元的轴突，是由胆碱乙酰转移酶（choline acetyltransferase，ChAT）将原料胆碱和乙酰辅酶a 合成［2-3］。ACh 依赖于突触小泡中运输和储存的小泡乙酰胆碱转运蛋白。在动作电位过程中，在Ca2+的介导下ACh囊泡与突触前膜融合，囊泡破裂［4-5］。ACh受体有两种类型：毒蕈碱型ACh受体和烟碱型ACh 受体，分别位于大脑突触前膜和突触后膜，在调节谷氨酸、γ-氨基丁酸、多巴胺、去甲肾上腺素等与认知功能有关［6-7］。ChAT 在中枢神经系统调节功能中发挥重要作用。动物实验研究显示，β-淀粉样蛋白诱导小鼠神经毒性，显著降低了脑皮层和海马组织内ChAT的活性［8］。ChAT 是胆碱能神经元最特异的标志。利用颅脑磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）叠加免疫组化技术，通过对ChAT 进行染色，发现了脑皮层胆碱能通路（cortical cholinergic pathways，CCP）［9］。

CCP是指从脑Meynert基底核、Broca对角带和内侧隔核等组织内的神经元发出的投射纤维，连接双侧额叶、双侧颞叶、胼胝体膝部和压部、顶枕区、扣带束和杏仁核等结构，并共同组成的神经通路。这些结构经过相互协作，参与调控包括认知过程在内的复杂脑部功能［9-10］。CCP在MRI上分为内侧通路（集中在扣带回白质）及外侧通路（集中在外囊和半卵圆中心）［9-10］。在对1名阿尔茨海默病患者的尸检发现，基底神经核胆碱能神经元发生严重的纤维变性，皮层胆碱能投射纤维也发生严重的去神经化，表明CCP 胆碱能神经纤维的损伤和胆碱能神经递质的减少与认知障碍高度有关［11］。慢性脑血管病会损害CCP，其可能导致乙酰胆碱的消耗，从而导致痴呆的发生［12-13］。研究发现，急性缺血性脑卒中病灶会导致患者CCP受损，且其损害的严重程度与卒中后6 个月内的不良预后有关［14］。LIM 等［15］发现CCP 的损害会导致急性缺血性脑卒中后新发痴呆。本研究团队亦发现，CCP的损害严重程度与卒中后3个月新发的认知功能障碍亦高度相关［16］。另一项旨在探讨不同程度的胆碱能通路损害对基底节区脑梗死患者语言功能影响的研究发现，在135 例初次发病并伴语言障碍的急性基底节区脑梗死患者当中，其语言损害的程度可能与其胆碱能通路的损害程度相关。这些研究提示CCP 受损程度与卒中的预后密切相关。然而，目前国内外对缺血性脑卒中合并CCP损害程度的相关临床及危险因素的研究极少。本研究旨在探讨在缺血性脑卒中患者中与CCP损害可能相关的临床及影像学因素。

1 对象与方法

1.1 研究对象本研究在东莞市人民医院神经内科一区施行，研究周期为2019-09—2020-09，根据纳排标准，对首次/非首次急性缺血性脑卒中进行筛选，共473例患者纳入研究。入组标准：（1）年龄＞18 岁；（2）诊断为急性缺血性脑卒中，起病7 d内且经MRI弥散加权成像（diffusion-weighted image，DWI）序列证实；（3）患者有完整的临床及影像检查资料，尤其需要有完整的磁共振检查资料；（4）患者或家属签署知情同意书。排除标准：（1）诊断为脑出血或蛛网下腔出血的出血性脑卒中患者；（2）诊断为短暂性脑缺血发作患者，或MRI-DWI 序列未发现急性脑梗死病灶的患者；（3）无影像学资料或资料不完整的患者；（4）患者或家属拒绝签署同意书。

1.2 临床资料登记患者的年龄、性别和高血压、糖尿病、心房纤颤、吸烟及既往脑卒中史等脑血管病危险因素，同时记录患者的神经系统功能缺损严重程度，采用美国国立卫生研究院卒中量表（National Institutes of Health stroke scale，NIHSS）评定；采用TOAST（Trial of ORG 10 172 in Acute Stroke Treatment）病因分型系统［17］对脑梗死亚型进行判定。

1.3 颅脑MRI 参数的测量所有患者均有头颅MRI 检查结果，采用荷兰Philips Achieva 3.0T成像系统。

1.3.1 CCP 严重程度评定：在MRI-T2序列上采用胆碱能通路高信号量表（cholinergic pathways hyperintensities scale，CHIPS）进行评估，如图1 所示，急性脑卒中患者合并CCP 损害。CHIPS 是建立在人脑胆碱能通路的免疫组化标记和MRI的重叠分析上［18］，单侧半球最高得分50分，双侧最高得分100分。具体是以三脑室和侧脑室层面作为解剖标志在4 个轴位像上，内侧通路和外侧通路共被分为10 个区域，一侧从上往下依次为低外囊层面、高外囊层面、放射冠层面和半卵圆中心层面，其中低外囊层面和半卵圆中心层面分为前区和后区各2个区；高外囊层面和放射冠层面分为前部、后部和扣带回区各3 个区；一侧共有10 个区域。对每个区域的白质损害程度进行评定，正常为0 分，累及区域的1/2 以下为1 分，累及区域的1/2 以上为2 分。左右侧分别评分。CHIPS 总分与胆碱能通路内的病变体积有很好的相关性（Spearman=0.87，P＜0.001）。CHIPS评分越高表明CCP损伤越严重［18］。

图1 脑梗死患者合并CCP损害 A：CCP受损主要为急性脑梗死病灶所致；B：CCP受损为急性脑梗死病灶与白质病变共同所致Figure 1 Acute ischemic stroke combined lesions of CCP. A：Indicated for the lesions of CCP were mainly involved by acute infarct；B：Indicated for the lesions of CCP were involved both by acute infarct and white matter lesions

1.3.2 其他MRI参数的测量：（1）脑梗死部位：依据DWI 序列和表观弥散系数图（apparent diffusion coefficient map，ADC）分为皮层区、皮层下区、脑干及小脑［19］；（2）脑梗死体积；（3）内侧颞叶萎缩（medial temporal lobe atrophy，MTLA）：结合T1加权及液体衰减反转回复（fluid attenuation inversion recovery，FLAIR）序列，采用Schelten量表［20］评估，该量表为5级评分，从没有萎缩至严重萎缩，依次计0～4 分，左右侧分别记录，MTLA 程度为双侧得分之和；（4）脑白质病变（white matter lesions，WMLs）：根据Fazekas量表［21］，WMLs分为深部脑 白 质 高 信 号（deep white matter hyperintensities，DWMH）及脑室旁白质信号（periventricular hyperintensities，PVH），该量表为4 级评分量表，从无到严重的WML，依次计0～3，左右侧分别记录，以严重侧代表该部位的WMLs损害程度。

1.4 统计学分析正态分布的变量以均数±标准差（±s）表示，非正态分布变量以中位数（四分位间距）表示，计数资料以频率［n（%）］表示，采用单因素相分析各变量与CHIPS评分的相关性（双计量资料采用Pearson相关，其他采用Spearman相关）。建立线性回归方程，计算显著相关变量（P＜0.05）间的共线性，相关系数（r）＞0.4者认为存在共线性，仅将r较大者纳入线性回归方程。显著性定义为α=0.05（双侧检验）。

2 结果

共纳入473 例患者，男334 例（70.6%），女139 例（29.4%），年龄（60.31±14.19）岁，CHIPS评分0～84（17.31±17.72）分。人口学、临床资料及影像学参数分析结果见表1。

表1 人口学、临床资料及影像学变量分析结果Table 1 Analysis of demographic，clinical and neuroimaging data

2.1 CHIPS 评分与各变量间的相关性分析CHIPS 评分与年龄（P＜0.001）、男性（P=0.004）、高血压史（P＜0.001）、心房纤颤史（P=0.018）、既往卒中史（P＜0.001）、入院时NIHSS评分（P=0.001）以及脑梗死的不同病因相关（P=0.045）。在MRI 变量方面，CHIPS 评分与皮层下区域的脑梗死（左侧：P=0.014，右侧：P=0.033）、脑干梗死（P=0.012）、脑梗死体积（P=0.004）、侧脑室旁白质病变（P＜0.001）、深部脑白质病变（P＜0.001）和内侧颞叶萎缩（P＜0.001）相关。见表2。

表2 CHIPS评分与人口学参数、临床资料和影像学变量之间的相关性分析Table 2 Correlation of CHIPS and demographic，clinical and neuroimaging variables

2.2 CHIPS 评分相关因素的线性回归分析计算上述显著相关变量之间的共线性，结果显示入院时NIHSS 评分与脑梗死体积相关（r=0.54，P＜0.001），DWMH 分别与MTLA 及PVH相关（r 分别为0.49 和0.569，P＜0.001），年龄与MTLA显著相关（r=0.498，P＜0.001）。最终性别、高血压、心房纤颤、既往卒中史、入院时NIHSS 评分、左侧皮层下区域脑梗死、右侧皮层下区域脑梗死以及DWMH纳入线性回归方程。表3 结果显示，CHIPS 评分与更严重的脑梗死、脑干梗死以及深部脑白质病变显著相关，方程的校正决定系数（adjusted R2）为0.513（图2）。

图2 基于CHIPS评分的线性回归分析点状图Figure 2 Scatter diagram of linear regression analysis results based on CHIPS score

表3 CHIPS评分的线性回归分析结果Table 3 Multiple linear regression of CHIPS

3 讨论

本研究采用CHIPS评估CCP的损害程度，提示急性缺血性脑卒中患者常合并CCP 损害。CCP 损害的严重程度可能与入院时NIHSS 评分、深部脑白质病变有关；脑干受损患者更不容易出现较高的CHIPS 评分。本研究显示，CHIPS评分的高低与入院时脑卒中的严重程度相关，表明入院时NIHSS 评分越高，越可能出现较严重的CCP 损害。NIHSS 评分广泛用于评估卒中的严重程度，主要反映近端肢体的运动能力，其与大脑中动脉供血区域，包括基底节区、放射冠区、额叶、颞叶等结构的损害程度相关［22］；其不包括脑神经的详细评估，并在脑干或小脑的致残性脑梗死患者中可以观察到相对较低的分数［23］。一项关于急性小卒中患者早期神经功能恶化的研究发现，运动损伤越严重越容易出现NIHSS 评分在急性期的升高，且更常出现在基底节区、放射冠区等区域的急性脑卒中患者［24］。在MRI上，CCP的内侧通路多集中在扣带回白质，而外侧通路则多集中在外囊和半卵圆中心［6］，这些部位受损越严重，CCP越可能出现较严重的损害。

本研究显示，CCP 损害的程度与DWMH显著相关，OR 值达13.513，提示合并严重深部脑白质病变的急性脑梗死患者更容易出现严重的CCP损害。脑白质主要由神经纤维构成，中枢神经系统的髓鞘成分为少突胶质细胞，任何原因导致的髓鞘损害均可能引发临床症状［25］。脑白质高信号（white matter hyperintensities，WMH）是脑小血管病以及年龄相关的脑白质退行性变性常见的表现形式，在MRI 上多表现为PVH 和DWMH［25］；白质病变的严重程度会增加血管性痴呆［26］、步态异常、偏头痛［27］等神经系统疾病的发生风险。DWMH 主要分布在包括放射冠区、皮层下白质等深部白质结构，由于脑室周围深部白质主要是由穿支动脉供血，决定了该区白质易受到缺血的影响［28］。CCP 的联系纤维则是从脑Meynert基底核、Broca对角带和内侧隔核等组织内的神经元发出，连接双侧额叶、双侧颞叶、胼胝体膝部和压部、顶枕区、扣带束和杏仁核等结构，共同组成的复杂神经网络通路。这些结构经过相互协作，参与调控包括认知过程在内的复杂脑部功能［29］。这些纤维主要走行在胼胝体、侧脑室旁脑白质、放射冠区等结构内，与DWMH的分布范围有一定程度的关联。

本研究采用的CHIPS 评分系统所依据的解剖标志在三脑室和侧脑室层面，将一侧CCP的内侧通路和外侧通路共划分为10个区域［18］。主要在MRI-T2序列上进行测量，从上往下依次为低外囊层面、高外囊层面、放射冠层面和半卵圆中心层面，低外囊层面分为前区和后区［18］，这些区域主要分布在脑白质，包括侧脑室旁和深部脑白质。结果发现，CCP 损害的程度与DWMH 而非PVH 显著相关，提示合并深部脑白质受损的急性脑梗死的患者更容易出现严重的CCP 损害，而且除缺血性损害外，陈旧性脑梗死及脑白质病变可能亦参与作用过程［14］。因此，在研究CCP 与缺血性脑血管病的关系时，除要考虑慢性缺血性病变外，尚需要考虑急性缺血性损害。

本研究亦发现，发生在脑干区域的脑梗死患者不易出现较高的CHIPS 评分。人脑的胆碱能神经纤维投射来自基底前脑的4 个重叠的CH1～CH4 细胞群。内侧隔核和对角带垂直肢核的胆碱能神经元提供海马的主要胆碱能输入。诊断带水平肢核的胆碱能神经元提供嗅球的主要胆碱能输入，Meynert 基底核的胆碱能神经元提供剩余的大脑皮质和杏仁核的主要胆碱能输入而组成CCP［30］。CHIPS 评分系统的解剖标志主要在4个层面，包括低外囊区、高外囊区、放射冠区和半卵圆中心区［12］，并未包括脑干层面。因此，脑干区域的梗死对CCP的影响较少，提示在评估CCP损害程度时需更关注大脑半球区域的脑梗死。

本研究有以下优点：（1）所有患者均为急性脑梗死患者，保证样本的同源性；（2）MRI参数较丰富，包括CHIPS、急性脑梗死的部位及体积、脑白质病变等。但同时存在一定的局限性：（1）缺乏对认知功能、社会心理因素等方面的评价，这些内容可能与CCP损害有一定的关联；（2）本研究为横断面研究，并未对脑梗死患者进行随访评估；（3）CHIPS 评分系统为视觉评估，评估过程中与个人的经验相关，可能造成一定的偏倚，需在今后的研究中开发更加智能的评估方法。

缺血性脑卒中患者常合并CCP损害，较严重的CCP 损害可能与更严重的脑梗死及深部脑白质病变相关，而非脑干区域的脑梗死。由于急性缺血性脑卒中CCP 受损的程度与卒中的不良预后有关，提示需更关注急性缺血性脑卒中患者合并CCP损害的情况。