磁共振波谱在中医药研究中的应用进展

吴双，吕智桢，周星辰，利涛，洪泽，孙佳雨，吕立江*

作者单位 1.浙江中医药大学附属第三医院（浙江省中山医院）推拿科，杭州 310005；2.浙江中医药大学第三临床医学院，杭州 310053

0 引言

磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy,MRS）技术作为唯一能够无创定量检测脑内物质改变的技术[1]，因其操作简便、零辐射、高空间分辨率的优势受到广泛关注，已成为当代中医药学者研究脑科学的有效新手段[2]。该技术直接从活体角度观察大脑奥秘，避免了以往研究成果依赖于动物模型的局限性以及中医诊疗过程非可视化的缺陷[3]。目前，应用MRS技术探索脑中枢效应机制已然成为中医药领域热点，在中医证型的MRS 诊断[4]、中药复方的脑代谢响应研究[5]、MRS 在针灸/推拿-脑效应研究的实证分析[6-7]、个体化诊疗策略中的MRS 应用[8]等方面均有初步成果。为推进MRS技术在中医药领域的应用，尽快明确脑代谢物对于中医药干预方式的响应机制是我们亟需研究的方向。然而，目前尚未有MRS技术与中医药研究结合的综述报告。因此笔者查阅中医药研究结合MRS 技术的相关文献，发现近年来文章数量丰富，阅读并整理相关报道对MRS 技术在中医药研究的应用进展进行综述，阐明MRS 技术原理，总结MRS技术与中医药研究结合的优势，在中医药研究中的应用进展、方向及局限性，旨在为中医药学者开展脑科学研究提供新思路。

1 MRS技术概述

1.1 MRS技术原理

MRS技术是利用电化学环境下原子核共振频率偏移，经傅立叶变换形成频率-信号强度谱线，据此判断物质浓度[9]。氢谱分析法为主要数据分析方法，氢离子浓度变化影响核磁共振图像，进而影响诊断率。通过氢离子分析技术可判断疾病严重程度，观察MRS谱线变化可提示脑区细胞结构改变。因此，氢离子浓度变化和MRS谱线分析在疾病诊断中具有重要意义。

1.2 常见代谢指标

MRS 可检测脑内多种代谢物：氮-乙酰天门冬氨酸、胆碱、肌酸等，具体见表1[10]。

表1 磁共振波谱检测的主要代谢物指标Tab.1 Main metabolite indices detected by magnetic resonance spectroscopy

2 MRS技术与中医药领域结合的优势

应用MRS技术研究疾病，可从传统意义上将结构维度上升为深入剖析疾病本质的分子生物学维度[11]。MRS技术通过实现动态可视条件下观察中医药手段干预下人体或动物模型产生的脑代谢物效应改变[12-13]，丰富研究结果及推动学科发展。此外，应用MRS技术可揭示中药靶点脑代谢物的脑化学机制[14]，阐明与拓展中药归经及方剂配伍理论，针对中药材质量标记并应用其基于临床疗效的中药质控[15-17]以及深入挖掘针灸与推拿的中枢效应机制[18]。MRS 技术可用现代化手段诠释传统中医药理论的脑中枢机制，揭示其调节人体生理病理的内在规律，为临床应用提供更加科学准确的指导，替代传统经验医学思维模式。

3 MRS技术在中医药领域的应用研究现状

3.1 中医证型的MRS诊断

当前，MRS技术应用于疾病诊断研究已覆盖多学科领域，包括肿瘤学[19-21]及良恶性肿瘤鉴别[22-23]、神经病学[24-26]、外科学[27-28]、精神病学[29-31]等并已取得高质量研究成果。因此，挖掘脑代谢物与中医证型的相关性，应用MRS 技术提供的大量客观可视化证据可作为中医辨证论治的有益诠释。如谭子虎等[32]探讨血管性痴呆患者不同中医证型MRS 检查特点，发现患者双额叶氮-乙酰天门冬氨酸（N-Acetylaspartate, NAA）/肌酸（Creatine, Cr）水平下降可作为辨证肾精亏虚型的客观参考指标，痰浊阻窍证患者双额叶及海马胆碱（Choline, Cho）/Cr较瘀血阻络证升高，可彼此鉴别诊断。戚婉等[33]应用MRS 观察指标在缺血性中风症型与时期的变化，通过细胞代谢水平和功能水平来监测缺血性中风的物质与能量代谢规律，为缺血性中风的中医辨证提供客观参考指标。张立苹等[34]发现，遗忘型轻度认知损害的证型与左右内侧颞叶的NAA/Cr及NAA/肌醇（Inositol, mI）相关；代谢异常变化在痰浊证中以累及左内侧颞叶为主，肾虚证以累及右内侧颞叶为主。易敏等[4]利用1H NMR结合多元统计方法可有效建立冠心病心血瘀阻证、痰浊闭阻证的诊断模型，形成了冠心病痰、瘀证的代谢指纹图谱，以及追溯血府逐瘀汤对冠心病血瘀证的代谢机制可能与调节脂质代谢和能量代谢有关。通过文献研究发现[35-37]，中医辩证原理与代谢组学研究疾病有高度的趋同性，代谢组分所反映的是人体生化网络对所有扰动因素进行应答和变化的终端信息，与“司外揣内”等中医诊断原理相契合。在既往的研究中发现，应用MRS 技术进行中医诊断，实现了对脑内微观物质代谢的精准检测，为中医传统诊断方法注入了现代化力量，有效提升了诊断的精确性和科学性。今后还应尽快完善各疾病患者脑代谢物与中医证型的相关性研究，从而更准确地揭示不同疾病中医证型的脑代谢物靶标，打破传统医学与现代医学的壁垒。

3.2 中药复方的脑代谢响应研究

MRS技术为中药复方的机制研究和临床指导提供了重要平台，目前开展相关研究包括如下方面：（1）疗效评价研究。刘紫阳等[38]通过计算记录NAA、Cho、mI曲线下面积，并分别计算其与Cr的比值从而评估逍遥丸干预后的认知障碍功能；潘琳娜等[39]运用补阳还五汤联合常规调脂、抗凝抗炎等方案治疗气虚血瘀型脑梗死，监测代谢物NAA、Cr、Cho、Lac 等干预前后变化，分析指标好转情况与临床症状相吻合；韦一佛等[5]选择黑质区作为MRS 检查感兴趣区域，选取NAA、Cho 为主要检测指标，观察滋肾益髓方对帕金森患者黑质区神经元活性的影响，发现滋肾益髓方通过延缓帕金森患者黑质区神经元损害，保持神经元活性等，从而改善患者的运动症状及非运动症状；黄瑶等[40]发现温振运气方可通过调节中枢脑海马区NAA、Cho 含量，促进神经元修复，改善脑细胞代谢，进而显著缓解慢性疲劳综合征患者的躯体疲劳与负性情绪。（2）基于MRS的中药复方干预动物模型的实验研究。ZHAO 等[41]发现脑卒中后抑郁大鼠模型在益脑解郁汤干预下有效改善前额叶皮质和海马区微循环，调节谷氨酸能系统和膜磷脂代谢；GUAN 等[42]采用¹H NMR 研究发现大黄苷元（大黄的主要药效学成分）对脑缺血再灌注大鼠模型的保护作用，并探讨了其代谢调节机制，表明基于核磁共振的代谢组学方法可能是研究中药作用机制的前沿方法；ZHENG 等[43]发现人参健汤可以调节胰岛素抵抗大鼠模型胰腺氨基酸水平，促进代谢过程的恢复，通过1H NMR 模拟大鼠的代谢变化，有助于进一步了解人参健汤治疗胰岛素抵抗大鼠的作用机制。宋昌龄等[44]采用中药疏肝清热健脾法干预环境相关恐惧模型大鼠后发现其通过减轻或缓冲强度较大的情绪应激对神经细胞及正常代谢功能的损伤，调节细胞信号转导和细胞膜磷脂代谢，调整兴奋性氨基酸与抑制性氨基酸的平衡，最终反映在行为学及脑代谢方面均表现出显著的抗焦虑效果。（3）中药制剂质控标准。长期以来的中药质量控制是一个科学问题，也是一个产业问题，阻碍了循证中医药的发展。DAI等[15]提出了质量标记的概念，采用1H NMR和总多糖分析法，发现与麻黄临床疗效相关的标记物——麻黄干，用于临床疗效的中药质量评价。LI等[16]采用1H NMR定量分析丹参注射液的综合化学成分，能较全面地表征丹参注射液不同商品批次的质量特征，为提高中药制剂的一致性和安全性提供了保障。LI等[17]研究证实NMR方法对党参药材的质量控制具有相对简单、特异、精确和准确的特点，校准曲线不需要参考化合物。HUNG等[45]建立了一种高特异性、高灵敏度的1H NMR 定量方法，可快速、简便地定量测定麻黄相关商业处方中麻黄碱类生物碱衍生物的含量，无需预先纯化步骤和标准化合物，是验证不同麻黄品种的有力工具。

中药制剂的质量参差不齐，往往难以达到理想的临床疗效水平。因此，制作符合统一标准的中药制剂，方能体现其应有的疗效。MRS 技术与中药质控领域结合，避免了以往道地药材缺少及非道地药材效劣的缺陷，启发了中药复方是否达到标准汤剂水平的思考。此外，未来深入开展中药复方的脑代谢响应研究还将在中医药领域如下方向具有重大意义：（1）提供治疗靶点；（2）疗效机制研究；（3）药物研发与学科发展；（4）指导中药配伍与整体调节；（5）中医药治未病等。因此，MRS 技术在中医药领域的应用研究具有广泛的前景，但仍存在大量尚未填充的空白，亟待进一步深入研究和探索。

3.3 MRS在针灸/推拿-脑效应研究的实证分析

MRS 技术与针灸推拿学科结合视阈下，揭示了穴位-经络-脑代谢之间的相关性，用现代化语言进一步阐明了经络理论，同时也为针灸推拿学科在针灸/推拿的脑功能中枢响应机制等方面研究提供科学证据，这无疑推动了这一传统医学的现代化发展。文献研究发现在MRS应用研究尤以心脑血管或神经系统疾病为主，如LIN 等[6]发现电针可通过上调双转基因APP/PS1小鼠的脑源性神经营养因子来改善NAA和Glu 代谢，是改善认知功能障碍的潜在治疗方法。而在针灸推拿领域可选取本干预方式的优势病种如下腰痛等。SUN 等[46]利用1H-MRS 慢性下腰痛患者严重程度多裂肌中的脂质浓度呈强相关，为指导康复策略提供有效参考预后指标。DIDEHDAR 等[7]发现慢性下腰痛患者在经脊柱推拿操作干预后的丘脑、脑岛、背外侧前额叶等脑区的NAA 和丘脑、脑岛、体感皮层脑区的胆碱信号上升，证实脊柱推拿可调控下腰痛患者中枢神经系统镇痛机制，改变脑代谢物，减轻疼痛和功能障碍。HUANG 等[2]基于NMR揭示电针通过调节中枢神经系统治疗胃黏膜损伤大鼠，并证实胃黏膜损伤发病机制与电针疗效涉及能量、神经递质、细胞、抗氧化等多种代谢通路。

此外，中国传统功法作为推拿学科之功法学的重要分支，在促进筋骨平衡、调节情绪抑郁等方面均有独特优势，而相关研究[47]发现五禽戏干预下的抑郁症患者症状显著改善，相应责任脑区前额叶和海马代谢指标NAA/Cr、Cho/Cr 等信号显著降低，证实前额叶脑区、海马区与认知功能和控制情绪密切相关。因此，利用MRS 技术揭示五禽戏调节抑郁责任脑区变化，丰富了对于中国传统功法的脑科学认识，采取该技术与针灸推拿学科相结合，应用彼此优势，扩大研究领域，为解决学科难题发挥了有益的交互作用。此前，腧穴特异性研究主要集中于形态学、生物学、分子生物学、各系统功能特异性、临床效应研究等方面，但在脑科学领域的研究尚少，尤其是MRS相关的脑代谢物响应情况。可见，及时完善此类型研究，对补全和发掘腧穴特异性的奥秘具有重要意义。

3.4 个体化诊疗策略中的MRS应用

中医学经典著作《伤寒论》：“观其脉证，知犯何逆，随证治之”为最早提出个性化诊疗思路的先河，长久以来具有独特的个性化诊疗优势。后《希波克拉底誓言》首次提出根据每个人的独特体质和疾病情况进行治疗，这一理念被视为个性化医疗的雏形。当今，科技发展迅速，应结合具体科技发展水平及医疗仪器作为这一理念延伸。MRS技术通过分析个体代谢物特征，制订更个体化的治疗方案。不断挖掘疾病的脑代谢生物学标志物以及结合具体症状缓解情况，可有效评价干预方式的疗效。如霍苗等[8]发现Glx3/Cr值可作为预测慢性下腰痛患者的功能状态和疗效评价的生物学标志物之一。动态监测脑代谢物变化，有利于观察干预方式的中枢调控机制，将客观生物学标志物与主观症状相结合，客观可视化观察疾病进展从而进行具体的个体化慢性下腰痛诊疗，避免了过往临床中过度依赖经验主义的缺陷。此外，研究发现性别影响的脑代谢物及神经递质差异显著[48-49]，虽神经生理学基础尚不明确，但已有研究[50]发现性别可影响兴奋性神经递质（Glu和Glx）浓度差异，责任脑区为前额叶，且对针刺后响应程度有差异。中医药治疗注重个体差异和整体平衡，通过分析脑代谢物可以更准确地判断个体的生理病理状态和治疗需求，从而制订更精准的治疗方案。MRS技术为中医药个性化诊疗策略提供不同的新视角、新平台，利用MRS技术完善个性化诊疗策略体系，还需在如下方向开展深入研究：动态监测脑代谢物情况，根据生物学标志物追踪疾病进展、判断疾病预后以及实现中医药治未病理念之“未病先防”“既病防变”。

4 总结与展望

综上所述，MRS技术监测脑内神经化合物变化，反映了疾病不同维度的特征，是疾病的神经机制研究中有效的研究工具，为中医药领域研究及应用提供新视角[51]。MRS 技术已在中医药领域得到深入应用，各系统疾病的责任脑区逐渐清晰，研究已探查得到情绪调节责任脑区主要为杏仁核、眶额叶、前额叶脑区、海马区、岛叶等[52-56]，镇痛相关责任脑区主要为后扣带回、额上回、楔前叶、额中回、枕上回、枕中回等[57-59]，以及各脑代谢物及神经递质含量变化反映脑神经元或系统不同程度的损伤[5]。

既往研究样本量始终受限，MRS 技术在中医药研究中尚未开展全面，这无疑难以阐明中医药脑代谢作用机制全貌。虽然MRS技术在中医药研究中拥有较强的适用性，但其自身仍具有一定的局限，如：（1）信号重叠。不同代谢物的磁共振信号可能会重叠，导致难以准确测量每种代谢物的浓度。（2）磁敏感性伪影。磁场的不均匀性会产生磁敏感性伪影，可能会干扰信号的准确测量。（3）耗时较长。MRS通常需要较长的扫描时间，这可能会增加患者的不适感并降低扫描的可行性。此外，MRS 技术仅能反映机体的脑代谢改变并且当前研究多采用单一磁共振扫描技术，鲜有通过多模态磁共振成像分析多结局指标研究，无法全面反映脑中枢特征。

今后的研究应扩大样本量，尽早填充MRS 技术与中医药领域的空白研究。在使用MRS 技术时，应采取必要手段避免自身的局限性，如：（1）分离重叠信号并且运用先进的信号处理技术，以在空间中解析不同的代谢物信号；（2）减少磁敏感性伪影，优化磁场均匀性并使用先进的图像重建算法校正或消除伪影；（3）缩短扫描时间，优化扫描参数和数据采集策略，以在保持图像质量的同时减少扫描时间。除应用MRS技术之外，还应联合多模态磁共振成像及其他技术手段，从脑结构、脑功能、脑区激活状态、脑血流等方面深入研究，以期从神经生物学角度全面揭示中医药脑中枢作用机制，从而推动中医药领域发展创新。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：吕立江设计本研究的方案，对稿件重要内容进行了修改；吴双起草和撰写稿件，获取、阅读并分析本研究的相关参考文献；吕智桢、周星辰、利涛、洪泽、孙佳雨获取、分析或解释本研究的相关参考文献，对稿件重要内容进行了修改；吕立江获得了国家自然科学基金项目、浙江省“尖兵”“领雁”重大研发攻关项目、浙江省吕立江名老中医专家传承工作室建设项目、国家中医药管理局高水平中医药重点学科项目资助；全体作者都同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。