阿尔茨海默病脑血流灌注改变的性别差异及其与认知损害的相关性

高子雯，李晓舒，朱婉秋，罗时磊，朱佳佳，李小虎，钱银锋，田仰华， 周珊珊，余永强

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种中枢神经系统退行性疾病，占痴呆病因的70%～80%，其特点是以记忆损害为主的认知功能障碍[1-2]。遗忘型轻度认知障碍(amnestic mild cognitive impairment，aMCI)是介于正常衰老与痴呆之间的一种状态，即患者存在认知能力下降但未达到痴呆的诊断标准，被认为是AD的临床前期[3-4]。实现AD的早期诊断、治疗和预防，有助于缓解AD的疾病负担。

AD具有一定的临床异质性，AD患者在患病风险、认知损害、激素水平和病理改变等方面存在性别差异，如流行病学调查显示女性AD患者的人数约是男性的2倍[5]，女性aMCI进展为AD的风险约是男性的1.33倍，且女性认知能力下降更为显著[6]，绝经后女性的雌二醇水平明显下降至低于男性的水平[7]。此外，AD患者神经影像学方面的性别差异问题也逐渐获得越来越多的关注，我们之前的研究结果也显示女性AD患者右侧颞极、眶部额下回和颞中回等脑区的灰质体积缩小较男性更快[8]，男性AD患者的感觉运动网络、背侧注意网络、腹侧注意网络内的连接强度以及感觉运动和注意网络之间的连接强度显著降低[9]。上述研究结果提示我们在临床诊疗中关注性别因素的影响对AD的诊断、治疗和预防具有重要意义。

大量研究表明AD患者在病程中存在脑结构的损伤，但功能改变通常先于灰质体积的丢失，可更早应用于对病情的评估[10]。血流灌注作为评估神经活动的指标，在神经元活动期间，向大脑输送葡萄糖和氧气，以维持能量代谢，从而与神经元的活动相一致，因此被认为是最敏感的指标之一，在AD早期即可探测，并贯穿疾病全程[11]。随着神经影像学技术的进展，3D伪连续动脉自旋标记(three dimensional pseudo-conti-nuous arterial spin labeling，3D-pcASL)成像能够实现无创检测AD患者脑血流灌注(cerebral blood flow，CBF)改变情况，在神经精神疾病的研究中得到了较广泛的应用，如双向情感障碍[12]和帕金森病[13]等，在AD中的应用更加广泛。目前，相关研究发现在AD早期即有CBF的显著下降[14]，ASL技术可用于AD的早期诊断和疾病进展的监测[15-16]。然而很少有研究关注脑血流灌注的改变是否具有性别差异，深入了解CBF的性别差异对实现对AD患者的精准诊疗具有重要意义。本研究基于3D-pcASL序列探讨AD病程进展中男性和女性脑血流灌注的差异及其与认知功能的相关性。

材料与方法

1.研究对象

本研究共纳入222例研究对象，其中AD 患者74例(男33例，女41例)，aMCI 患者74例(男29例，女45例)，健康志愿者74例(男31例，女43例)。AD和aMCI患者均为安徽医科大学第一附属医院神经内科记忆障碍门诊2017-2021年所招募，健康对照者(health control， HC)来自于社区志愿者。本研究得到安徽医科大学伦理委员会批准，符合赫尔辛基宣言标准，所有被试知情同意。

AD组纳入标准：符合美国国立神经病、语言交流障碍和卒中研究所老年性痴呆及相关疾病学会对AD的诊断标准；简易精神状态检查量表(mini-mental state examination，MMSE)评分<24；临床痴呆评定量表(clinical dementia rating scale，CDR)评分>0.5；右利手。排除标准：①具有其它可能引起脑功能损伤的疾病(如严重躯体疾病、免疫系统相关疾病等)；②为其它类型的痴呆(如路易体痴呆、额颞叶痴呆等)；③有脑外伤、脑卒中、药物服用或长期大量饮酒史；④有MRI扫描禁忌证(如幽闭恐惧症)等[17-18]。

aMCI组纳入标准：主诉有记忆障碍，并能被知情者证实；存在客观的记忆减退证据(记忆功能评分小于匹配组分值的1.5倍标准差)；能基本保持日常生活中功能独立性，日常生活能力量表(activity of daily living scale，ADL)评分<23 ；MMSE评分≥24，CDR评分=0.5；右利手。排除标准：同AD组。

HC组纳入标准：无记忆障碍等主诉；无严重躯体疾病；既往无精神疾病家族史；无脑外伤、脑卒中、药物服用及长期大量饮酒史；无MRI扫描禁忌证；MMSE评分≥26；CDR评分=0；右利手。

2.认知功能评估

采用MMSE量表对受试者的整体认知功能进行评估。该量表一共包含30道题目，能够全面、快速地对时间定向力、地点定向力、即刻记忆、注意力和计算力、延迟记忆、语言及视空间这7个认知域进行检查，目前无论是临床还是研究领域，MMSE都是评估痴呆严重程度最常用的筛查方法[19]。

采用蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)对每例被试的视空间执行能力、命名、记忆、注意、语言流畅、抽象思维、延迟记忆和定向力等认知功能进行评估，该量表包含12道题目，共30个单项，目前MoCA在临床试验中主要用于筛查和评估aMCI患者[20]。

3.影像数据采集

使用GE Discovery 750w 3.0T MR扫描仪和24通道头线圈。嘱患者仰卧、静止、保持清醒，用海绵垫固定患者头部，先采用常规序列(T1WI、T2WI、FLAIR)进行扫描，用于筛查有无脑器质性疾病。

三维高分辨T1结构像采用矢状面全脑容积采集序列(the brain volume sequence，BRAVO)，扫描参数：TR 8.5 ms，TE 3.2 ms，反转时间450 ms，翻转角12°，矩阵256×256，视野25.6 cm×25.6 cm，层厚1.0 mm，层间距0.0 mm， 188层，扫描时间4 min 56 s。

3D-pcASL序列扫描参数：TR 5070.0 ms，TE 11.5 ms，视野24.0 cm×24.0 cm，层厚3.0 mm，层间距0.0 mm，标记延迟时间2025 ms，扫描时间4 min 54 s。

4.图像后处理

3D-T1WI图像后处理：采用优化的基于体素的形态学测量方法，使用SPM8.0软件下的VBM8插件(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm.html)，将图像分割为灰质、白质和脑脊液，把分割后得到的图像进行仿射变换，采用DARTEL算法配准到蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)标准空间[21]，重采样体素大小1.5 mm×1.5 mm×1.5 mm，将得到的灰质密度图进行非线性变换，得到灰质容积图(gray matter volume,GMV)，最后使用全宽半高(full-width at half-maximum,FWHM)8 mm 高斯核对图像进行平滑处理。

3D-pcASL图像后处理：在工作站使用后处理软件将 3D-pcASL序列得到的3帧ASL差异图进行平均处理，联合参考图像(即没有标记的质子加权图像)生成全脑CBF图；采用Mricron软件的dcm2nii插件完成图像格式转换后，对图像质量进行检查；采用SPM 8.0软件的两步配准法“对图像进行配准、分割和空间标准化(MNI 标准脑)，并检查图像质量；应用DPABI 软件的Mean Division”方法将所有图像数据进行归一化，最后采用FWHM 8 mm高斯核对所有图像进行空间平滑处理[22-23]。

5. 统计学分析

数据的统计分析使用SPSS 23.0软件。患者基本临床资料中符合正态分布的计量数据以均数±标准差表示，组间比较采用双因素方差分析(因素一为组别，因素二为性别，用于分析组别、性别因素各自的主效应及两者间的交互效应)；各组间性别组成的比较使用卡方检验。采用SPM12软件，将年龄、受教育年限和颅内总体积(颅内总体积=灰质体积+白质体积+脑脊液体积)作为协变量，对平滑后的CBF图进行双因素协方差分析，初始阈值设置为P<0.001，进行团块水平FDR多重比较校正(簇体积>1126体素，P<0.05)，得到脑血流灌注存在性别与组别(AD、aMCI及HC组)交互效应的脑区，使用xjview软件进行呈现。将存在交互效应的脑区作为感兴趣区(ROI)，使用DPABI软件提取ROI的CBF值，在控制年龄、受教育年限和颅内总体积后，将其与MMSE和MoCA评分进行偏相关分析，然后在Matlab软件上对相关性分析得到的所有P值采用FDR进行多重比较校正。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.基本临床资料的比较

HC、aMCI和AD组受试者临床资料的比较见表1～2。三组之间年龄及性别构成的差异无统计学意义(P>0.05)，而受教育年限、MMSE得分、MoCA得分和颅内总体积的差异均具有统计学意义(P<0.05)。男性和女性之间MMSE评分、MoCA评分和颅内总体积的差异有统计学意义(P<0.05)。事后分析结果显示，AD组的受教育年限显著低于aMCI和HC组；AD组的MoCA和MMSE评分显著低于aMCI和HC组，aMCI组的MoCA和MMSE评分低于HC组；AD组较HC组颅内总体积显著减小；上述组间比较的差异均具有统计学意义(P<0.05)。

表1 三组被试的主要临床资料

表2 三组被试中男性和女性亚组的主要临床资料

MMSE和MoCA评分存在组别与性别的交互效应，表现为HC、aMCI组中男性组与女性组之间MoCA和MMSE得分无明显差异，而AD组中女性组的MoCA和MMSE评分显著低于男性。

三组中男性颅内总体积均高于女性(P<0.05)；AD组中男性的MMSE和MoCA评分高于女性；各组中男性与女性之间其它指标值的差异无统计学意义(P>0.05)。

2.AD进程中CBF存在性别与组别交互作用的脑区

AD进程中CBF存在性别与组别交互作用的脑区及组间比较结果见表3。左侧顶下缘角回、缘上回、颞上回及颞中回四个脑区的CBF值存在性别与组别的交互作用(P<0.05，团块水平FDR校正；图1)。

表3 有交互作用脑区在HC、aMCI和AD组中的CBF值及组间比较结果

图1 CBF值存在性别与组别交互效应的脑区。a)3D-pcASL图像显示CBF值在性别与组别存在交互效应的脑区(团块水平FDR校正，P<0.05，F=15.56，峰值点坐标：-56，-46，8)位于左侧顶下缘角回、缘上回、颞上回及颞中回；b)将存在交互效应的脑区(团块)投射至AAL模板上，分别提取其与上述4个脑叶相交区域的CBF值，获得各部位CBF值交互效应的分析图。

三组中男性与女性之间各脑区CBF值的比较结果见表4。在HC组中女性组的CBF值高于男性组(P<0.05)，在aMCI组中男、女性组之间CBF值差异无统计学意义(P>0.05)，而在AD组中女性组的CBF值低于男性(P<0.05)。

表4 各脑区在HC、aMCI和AD组中男性和女性亚组的CBF值及组间比较结果

三组中男性和女性各脑区的CBF值及三组间比较结果见表5。在所有女性被试者中，AD组CBF较HC、aMCI组明显减低，aMCI组左侧顶下缘角回、颞上回的CBF较HC组也明显减低，而男性患者的CBF均无显著的组间差异。本组结果显示，在AD疾病进程中，总体而言仅女性经历了上述脑区CBF值的显著下降。

表5 三组中男性和女性各脑区CBF值及组间比较

3.AD进程中CBF值组间差异的主效应

对HC、aMCI及AD三组的CBF值进行比较，方差分析结果显示三组之间双侧颞中回、颞下回、额中回、补充运动区、壳核、尾状核、楔前叶、左侧顶下缘角回、中央前回和中央后回的 CBF值的差异有统计学意义(团块水平FDR校正，P<0.05；图2a)。进一步组间两两比较结果显示，aMCI组与HC组之间上述脑区CBF值的差异无统计学意义(P>0.05)；aMCI组和HC组的CBF值分别与AD组比较，有组间差异脑区的部位和特征见表6和图2。

表6 CBF值有组间差异脑区的部位和特征

图2 3D-pcASL序列图像显示CBF值有显著差异的脑区(团块水平FDR校正，P<0.05)。a)3组比较(方差分析)有显著差异的脑区(呈红黄色)，主要位于双侧颞中回、颞下回、额中回、补充运动区、壳核、尾状核、楔前叶、左侧顶下缘角回、中央前回和中央后回；b)HC组较AD组CBF值增高(暖色)和减低(冷色)的脑区；c)aMCI组较AD组CBF值增高(暖色)和减低(冷色)的脑区。

4.相关性分析

把AD组依据性别分为两组，分别提取具有交互效应的4个脑区的CBF值，控制年龄、受教育年限和颅内总体积后，分别与MMSE和MoCA评分进行偏相关分析(FDR校正，P<0.05)。结果显示：女性AD组左侧顶下缘角回(r=0.378，P=0.019)、左侧缘上回(r=0.377，P=0.020)、左侧颞上回(r=0.347，P=0.033)和左侧颞中回(r=0.433，P=0.007)的CBF值均与MoCA评分呈正相关关系(图3)，男性AD患者4个脑区的CBF值与MoCA评分之间均无显著相关性(P>0.05)。男性和女性AD组的MMSE评分与4个脑区的CBF值之间均无显著相关性(P>0.05)。

图3 相关性分析散点图显示女性AD组存在交互效应的4个脑区的CBF值与MoCA评分均呈线性正相关。a)左侧顶下缘角回；b)缘上回；c)颞上回；d)颞中回。

讨 论

本研究主要从脑血流灌注的角度探讨AD病程进展过程中有性别差异的神经机制及其与认知障碍的关系。首先，本研究中发现HC组和aMCI组中男性与女性的MMSE和MoCA评分无显著差异(P>0.05)，而AD组女性患者的MMSE和MoCA评分显著低于男性(P<0.05)。其次，在AD进程中部分脑区不仅出现血流灌注的改变，还存在性别的差异，体现在左侧顶下缘角回、缘上回、颞上回和颞中回，这4个脑区的CBF值在HC组中表现为女性高于男性，在aMCI组中则表现为男性和女性患者之间无显著差异(P>0.05)，而在AD组中女性的CBF值低于男性，并且只有女性群体随AD的进展经历了CBF值的明显下降，而男性患者无明显变化。进一步的相关分析结果显示，女性AD患者组4个脑区的CBF值与MoCA评分均呈正相关，而男性患者组未显示有显著相关性。

在AD的病程中，患者的临床表现与颞顶叶结构和功能的改变密切相关[24]。左侧顶下缘角回是默认模式网络(default mode network，DMN)的构成部分，涉及多模态功能，包括感觉运动处理和执行控制等[25]，同时其也是β淀粉样蛋白(amyloid-β peptide,Aβ)的潜在毒性作用脑区，在Aβ的功能脑网络中，出现AD和aMCI相关改变，是临床医师诊断AD的重要参考脑区[26]。左侧缘上回是顶下小叶的一部分，也是额顶网络的组成部分，参与维持空间和四肢位置的感知[27]及言语重复等认知功能[28]，同时通过编码听觉-语义信息，在短期记忆的存储中发挥重要作用[29]。有研究结果表明，在AD的病程中，左侧缘上回容易出现脑结构及功能的改变[27]。颞上回是重要的听觉中枢，在生物运动感知中起着重要作用，也是语音处理和人脸处理必不可少的脑区，参与视听觉的整合、运动加工、语音加工和面孔加工等认知功能[30]。颞中回参与语言和语义记忆过程以及不同感官信息的整合[31]。参与多种高级认知过程的颞叶是AD患者常见的受累脑区[32,33]，左侧颞叶神经递质的改变可能是AD患者认知功能损害的主要原因[34]，左侧颞叶功能连接的改变也是早期AD的阶段特异性功能标志物[35]。

我们的研究结果显示左侧顶下缘角回、缘上回、颞上回及颞中回这4个脑区仅在女性患者中表现为CBF值的显著降低，而在男性中无明显异常改变，这可能与男性的脑体积较大、受教育程度相对较高、拥有较高的脑储备及认知储备等因素相关[36]。也有研究表明，雌激素对神经系统具有营养和保护作用，能够调节衰老中的神经元活动，促进神经元的修复及神经递质的合成，通过作用于脑部的受体，调节脑的发育以及影响认知功能[37-38]。更年期后的女性雌激素水平明显减低，无法发挥其原有的保护作用，加速了AD疾病的进展[39]。基于本实验结果，我们推测：女性AD患者雌激素水平减低，通过作用于上述4个脑区，降低局部的血流灌注，从而损害认知功能，使得女性AD患者比男性患者的认知水平更差，加速了疾病的发生和发展。总之，在痴呆病程中女性患者的颞顶叶CBF值下降更显著，这可能是女性的AD患病率更高及认知障碍更加严重的潜在神经病理机制。

此外，本研究结果显示在AD的发展过程中部分脑区出现CBF值的对称性减低，如双侧颞顶叶的部分脑区，表明在疾病的发展过程中这些脑区出现了代谢异常和损伤，这也与前期的一些研究结果基本一致[11,40-41]。同时还有部分脑区出现CBF值的对称性增高，主要位于基底节区等脑区，可能的机制为血流再分配以代偿局部神经元功能的降低[42-44]。

本研究存在一些不足之处：首先，本研究为横断面研究，后续将纳入纵向研究进一步验证本研究的结果；其次，有研究表明AD患者的性别差异与性激素水平相关，但是本实验中缺少相关研究，后续将进一步深入探索性激素水平对脑区的影响；再次，本研究在实施过程中对血管状况的评估不够精确，血管因素可能对本实验结果产生一定的影响，我们将在今后的研究中完善相关影像学检查。最后，虽然本研究的受试者都是经各种临床相关量表详细筛查后才纳入的，但是仍然缺乏可靠的AD病理生物标志物。在未来的研究中，将进一步扩大样本量、完善多层次、多维度的认知功能评估及生物标志物相关检查，从结构、功能和网络等多方面进行耦合，对AD进行更深入的研究，提高对AD的预测效果。

综上所述，本研究中发现在AD的病程中，男性和女性的脑血流灌注改变存在性别差异，提示在未来的AD神经影像学研究中，应该常规考虑到性别差异的影响。此外女性AD患者左侧顶下缘角回、缘上回、颞上回及颞中回脑血流灌注的改变与总体认知功能具有相关性，意味着这些脑区血流灌注的改变可能是AD早期诊断的生物标记物，从而为实现AD的精准诊疗奠定基础。

(利益冲突 ：所有作者均声明不存在利益冲突)