Alzheimer's & Dementia: 中国学者探索阿尔茨海默病中的神经代谢与认知功能的关联：基于全脑高分辨率3D MRSI的研究

阿尔茨海默病（AD）是一种以认知和行为逐渐衰退为特征的神经退行性疾病。其初期认知缺陷通常表现为内侧颞叶的神经化学和病理变化引起的情景记忆受损。随着疾病的进展，以及在某些变体中，损伤扩展到语言、注意力、视空间和执行功能等领域，这主要由于更广泛的皮质功能障碍。AD的发病机制复杂，涉及神经元功能的破坏，这与皮质和内侧颞叶边缘区域内神经纤维缠结和神经斑块的形成有关，但在个体间存在解剖学上的差异。这些空间异质性的模式可能导致相应的下游神经代谢变化，反映了AD中认知损伤的多样表现。

质子磁共振波谱成像（1H-MRSI）提供了一种无创的工具来映射与AD相关的神经代谢物变化，无需外源性对比剂或放射性示踪剂。之前的磁共振波谱（MRS）研究揭示了区域代谢物浓度的变化，特别是N-乙酰天冬氨酸（NAA）的减少，表明神经元丧失或线粒体功能障碍，以及肌醇（mI）的增加，这与神经胶质细胞增生有关。然而，以前的MRS研究由于使用单体素MRS，仅能测量少数感兴趣区域内的代谢物，提供的神经代谢物地形图的详细信息有限。

本研究使用了一种新型的全脑高分辨率3D 1H-MRSI技术，名为SPICE（利用空间光谱相关的光谱成像），实现了在不到10分钟的扫描时间内对神经代谢物进行全脑高分辨率（2 × 3 × 3 mm³）映射。我们招募了117名参与者，包括22名前驱期AD患者，51名AD痴呆患者和44名对照组。所有参与者均进行了神经心理学评估和18F-florbetapir PET成像，以确定Aβ状态。所有受试者在3T Biograph mMR混合PET/MR系统上同时获取MRI/MRSI和PET图像。MRSI数据使用SPICE序列采集，参数为视野（FOV）= 240.0 × 240.0 × 96.0 mm³，体素大小= 2.0 × 3.0 × 3.0 mm³，重复时间（TR）= 160 ms，回波时间（TE）= 1.60 ms，扫描时间= 9分55秒。

图1.NAA和mI地形图的平均值

结果显示，与Aβ-对照组相比，Aβ+的aMCI和AD患者在穹窿、后扣带回和楔前叶区域的NAA水平显著降低，而在楔前叶、上顶叶、下顶叶、后扣带回和中下颞叶区域的mI水平显著升高。通过分析不同疾病严重程度的组间差异，发现中度AD组在穹窿、上颞叶、楔前叶和后扣带回区域的NAA显著降低，而轻度AD组在穹窿和后扣带回区域的NAA水平也显著降低。aMCI组和轻度AD组与对照组相比，楔前叶的mI水平显著升高，而轻度AD组和中度AD组的后扣带回、上顶叶、下顶叶和海马区域的mI水平也显著升高。

通过对神经代谢物水平与认知测量之间的区域相关性分析，发现MMSE得分与广泛区域内的NAA水平呈正相关，特别是在额叶、顶叶和扣带回等区域。此外，AVLT即时回忆和总得分与穹窿、顶叶和海马区域的NAA水平显著相关，RCFT延迟回忆与穹窿和额叶区域的NAA水平显著相关。

图2.CN、aMCI、轻度AD和中度AD组之间 (A) NAA 和 (B) mI 水平的比较

本研究通过使用全脑高分辨率1H-MRSI技术，揭示了AD中与认知衰退相关的空间异质性神经代谢地形图。这些发现支持了神经病理学研究结果，表明神经元损伤与AD中的认知功能受损之间存在关联。研究结果强调了全脑高分辨率1H-MRSI作为无创代谢成像方法的潜力，可作为追踪AD进展和监测治疗效果的替代生物标志物。未来需要进行纵向研究，以建立神经代谢物变化与认知表现变化之间的相关性。

原始出处：
Hu, J., Zhang, M., Zhang, Y., Zhuang, H., Zhao, Y., Li, Y., Jin, W., Qian, X., Wang, L., Ye, G., Tang, H., Liu, J., Li, B., Nachev, P., Liang, Z., & Li, Y. (2024). Neurometabolic topography and associations with cognition in Alzheimer's disease: A whole-brain high-resolution 3D MRSI study. Alzheimer's & Dementia, 20(1), 1-16. https://doi.org/10.1002/alz.14137