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视神经脊髓炎视觉通路损害的影像研究

更新时间:2009-03-28

视神经脊髓炎(neuromyelitis optica,NMO)是一种中枢神经系统炎性自身免疫性疾病,其病理特点表现为炎症和脱髓鞘,主要累及视神经和脊髓。很长一段时间内,NMO都被认为是多发性硬化(multiple sclerosis,MS)的一个亚型,但近年来更多的研究证实,两者的发病机制不同,NMO病人中具有高度特异性的生物学标志物,即NMO-IgG,靶向抗原是中枢神经系统内分布最广的水通道蛋白-4(aquaporin-4,AQP4),据此可与 MS鉴别。有 60%~90%的NMO病人血液中可以检测到AQP4抗体,其特异度为91%~100%[1]。NMO易复发、预后差,常导致失明或肢体瘫痪。目前认为AQP4抗体(+)的长节段横贯性脊髓炎(longitudinally extensive transverse myelitis,LETM)和 AQP4抗体(+)的复发性视神经炎(optic neuritis,ON)也属于 NMO 谱系疾病(NMO spectrum disorder,NMOSD)[2]。ON 是中枢神经系统脱髓鞘疾病最常见的症状之一,NMO病人的ON通常比MS病人更严重且预后更差[3]。MS病人的视神经炎症和轴突变性可以导致视觉通路多个部位受累[4-6],NMO病人也存在相似表现。为深入理解NMO病人视觉通路的损伤机制,本文对NMO视觉通路的影像研究进展予以综述。

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1 NMO病人视觉功能损害

与MS病人相比,NMO病人的视觉功能损害通常更严重,尤其是 AQP4抗体(+)的 NMO病人[7]。NMO病人ON发作时视神经受累更多见于双侧,即使及时进行抗炎和免疫抑制治疗,视觉功能恢复仍不完全。NMO病人视神经萎缩发生率极高[8]。NMOSD病人的视觉相关生活质量要明显低于MS病人[9]

2 NMO病人的脊髓MR成像

2.1 常规MRI NMO病人的脊髓MRI表现为中央受累为主的长节段病灶,累及3个或3个以上的椎体节段,静脉注入对比剂后急性期病灶可以强化。早期研究显示,长节段脊髓病灶结合疾病初发时脑MRI正常,诊断NMO的特异度高达90%[10]。近年来,人们逐渐认识到NMO病人脑部病灶并不少见,例如,Pittock等[11]报道NMO病人脑病灶出现率为60%,Li等[12]报道为85%。有脑病灶的NMO病人,其中约10%符合MS的诊断标准[11],虽然他们中大部分脑病灶缺乏诊断特异性,但仍有约10%的NMO病人在AQP4高表达区可出现具有诊断特异性的脑病灶(如室管膜周围病灶)[13]。此外,NMO病人还可以出现较大的白质病灶,如胼胝体瘤样病灶[14]。Kawachi等[15]总结了NMO的免疫学及病理学特征,NMO中星形胶质细胞上的AQP4存在自身免疫活性,抗体攻击AQP4导致星形胶质细胞的损伤,表现为中枢神经系统炎症反应及脱髓鞘改变,进而导致神经退变。

2.2 MRI新技术 目前,多种MRI新技术已用于NMO病人的研究,如磁化传递成像(magnetization transfer imaging,MTI)、扩散张量成像(DTI)、MR 波谱成像(MRS)、 磁敏感加权成像 (susceptibility weighted imaging,SWI)及功能 MRI(fMRI)等。 MTI通过测量结合水与自由水之间氢质子的交换来评估解剖结构的完整性。DTI被用于评估水分子扩散受限程度,可以从微观水平描述脑组织纤维结构的方向和形态等信息。MRS能通过测量代表能量代谢、细胞膜完整性、轴突及神经元完整性的化学成分的含量来提供代谢信息。SWI根据组织间磁敏感性差异而成像。而fMRI通过测量血氧含量水平变化来反映神经活动。

早期的研究发现NMO病人表观正常的灰质(normal-appearing gray matter,NAGM)存在损伤,而表观正常的白质 (normal-appearing white matter,NAWM)没有或仅有轻微的异常[16]。此外,Lin等[17]发现用DTI直方图分析可区分NMO和MS。由于当时诊断标准的局限性,这些研究所纳入的NMO病人多数没有脑部病灶,其结果不一定适用于存在脑病灶的NMO病人。近年来,大量DTI研究表明,NMO病人大脑和脊髓中存在广泛的NAWM异常[18-20]。此外,Rueda Lopes等[18]使用fMRI独立成分分析的方法,发现NMOSD病人视觉网络BOLD信号同步性增高,提示病人脑部存在功能重组。关于MRS对NMO研究相对较少,而且大多MRS研究并没有发现NMO病人脑中代谢产物的显著差异。最新的一项MRS研究[21]表明,与正常人相比,NMO病人的NAWM区域有轻度的胆碱(Cho)峰升高,而N-乙酰天门冬氨酸(NAA)峰无明显变化,这表明NMO病人的NAWM区域可能不存在轴突或神经元的损害,但依然有轻微的代谢变化。同样,为数不多的SWI研究也没有发现NMO病人的脑部异常;Sinnecker等[22]采用高场强SWI序列来研究NMO和MS病人的脑部病灶,发现环状或结节状病灶存在于MS病人脑中,而在NMOSD病人中很少见。同样,NMO病人MTI的研究大都没有发现阳性结果,只有Rocca等[23]用直方图分析的方法发现NMO病人的NAGM存在磁化传递异常,且与扩散异常相关。

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3 NMO视觉通路的影像研究

3.1.1 MRI 前视觉通路包括视神经、视交叉和视束。常规MRI技术可清楚显示视神经和视交叉。NMO视神经炎主要累及视神经后段和视交叉,急性期主要表现视神经的增粗,于T2WI和液体衰减反转恢复(FLAIR)影像上可见信号增高,增强扫描可能出现视神经鞘的强化;而在慢性期视神经可能出现萎缩[13]。Li等[12]发现,16/33例NMO病人表现为视神经鞘增厚,这些病人在临床上都表现为复发性ON,但存在视神经炎的MS病人也有相似表现。因此,有研究[5]比较了急性ON发作时NMO和MS病人的视神经MRI的表现,发现NMO病人通常比MS或其他自身免疫性疾病病人视神经受累范围更大。Akaishi等[7]进一步量化比较了NMO、MS及其他自身免疫性ON病人的视神经损害程度及MRI表现,也发现了NMO病人的ON病灶较显著大于其他2组,且更倾向于双侧受累;AQP4抗体(+)的NMO病人的急性期视觉敏感性更差,且慢性期病人的视觉预后也更差。Chen等[24]将视神经眶内段分为3段,用DTI基于兴趣区的分析方法来研究视神经的损伤,发现眶内视神经,尤其是视神经后段存在广泛的扩散异常。

3.1 NMO前视觉通路损害

3.2 NMO后视觉通路损害 后视觉通路包括外侧膝状体(lateral geniculatenucleus,LGN)、视辐射和枕叶视觉皮质。视辐射可以采用DTI技术评估其完整性,有研究者[32-34]发现NMO病人视辐射存在扩散指标的异常。同样,NMO病人枕叶视觉皮质萎缩也被很多研究所证实。目前,NMO病人后视觉通路损害的原因尚不清楚,可能的原因包括继发于前视觉通路损害的跨轴突变性、继发于脑内病灶的轴突变性或隐匿性脑损害。视觉系统跨突触轴突变性机制已经被动物实验和临床观察所证实[5-6,35]。近年来,越来越多的证据表明继发于前视觉通路损害的跨突触轴突变性是NMO病人后视觉通路损害的重要机制。这些证据包括:①ON发作次数与视辐射体积及初级视觉皮质的血流灌注呈负相关[36];②病人于ON发作1年后视辐射白质完整性减低,其损害程度与LGN损伤有关[37-38];在 NMOSD病人中,RNFL与视觉皮质的萎缩程度呈正相关[39]。此外,一些研究也支持继发于前视觉通路损害的跨突触轴突变性是MS病人后视觉通路损害的重要机制[40]。联合应用DTI和OCT方法发现,与正常人相比,MS病人视束扩散异常与RNFL变薄之间存在显著相关性[5,41]。这种跨突触变性不仅存在于神经系统性疾病,甚至也存在于青光眼等眼科疾病中[35]

3.1.2 光学相干断层成像(optical coherence tomography,OCT) OCT是一种研究无髓鞘视网膜神经纤维的方法,具有无创性、可重复性,分辨力很高,可以测量视网膜神经纤维层(retinal nerve fiber layer,RNFL)的厚度。ON可以导致视神经炎症、脱髓鞘及轴突损伤。这个过程可能导致视网膜神经节细胞凋亡,黄斑体积减小,视觉功能损害或永久失明。有ON病史的NMOSD病人其RNFL较正常人变薄;NMOSD病人的ON通常比MS更严重,因此其RNFL变薄程度也较MS病人更严重且微囊型黄斑水肿更显著,黄斑体积减小也更显著[25],这表明NMO病人视神经轴突损伤更严重[26]。MS病人RNFL变薄通常好发于颞侧视网膜,而NMO病人则倾向于累及视乳头周围所有的区域。另外,MS病人即使在之前没有发作过ON的情况下也会发生RNFL变薄,这可能与MS病人亚临床视神经炎的发生率更高有关,或者是由于MS病人视交叉或视束的病灶导致双侧RNFL受累所致,但NMO病人未受累侧视网膜RNFL与正常人无异,证明NMO视觉通路传入神经的损伤主要是由于疾病复发而不是亚临床神经轴索损伤所致[27]。NMO病人的OCT结果与视觉敏感性和视觉诱发电位反应时间存在相关性[28-29]。需要注意的是,传统OCT检查的可靠性和重复性较差,导致测量指标的可信度较低(如RNFL的测量值会随时间而变化)。新型的光谱域OCT设备提供了更高的空间分辨力和更高的可重复性,因此有助于更准确地描述视觉通路及探究与之有关疾病的发病机制[29-30]。此外,OCT并不能特异地反映轴突损伤,视网膜内炎症或神经元退行性变等引起的结构改变也会干扰OCT的结果[31]

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Toosy等[42]用fMRI研究发现ON发作后,视觉皮质也存在适应性功能重组。Rueda Lopes等[18]发现,有ON发作史的NMO病人视觉网络的静息态功能一致性增高;而且,视觉网络静息态功能指标与视辐射DTI扩散指标之间存在相关性,这表明视觉皮质的功能重塑是对视觉通路损害的适应性反应。Pache等[33]对脑MRI正常的NMO病人的DTI研究表明,与正常人相比,NMOSD病人仅表现为视辐射及与视辐射有关的区域(后丘脑放射)扩散指标的减低,这些结果说明继发于视神经炎的轴突变性是NMO病人脑部扩散异常的重要机制。另外,Cai等[43]采用fMRI研究发现,NMO病人视觉皮质亚区存在选择性的功能连接及结构受损,且在经典视觉通路中等级越低的视觉亚区结构损害越严重,这进一步表明继发于视神经损害的华勒氏变性是导致NMO病人视觉皮质损害的重要机制。

4 小结

视神经炎是NMO病人的重要特征,研究NMO病人后视觉通路的损害特点及其损害机制对于认识NMO脑损害机制及其开发客观有效的生物学标志具有重要意义。目前初步证据表明继发于视神经损害的跨突触轴突变性是NMO病人后视觉通路脑损害的重要机制,但视觉皮质是否存在原发性损害等问题仍不明确。MRI新技术可以从不同角度揭示视觉通路损害特点,具体如何联合多模态MRI技术解决临床关切的问题,并将这些研究结果用于临床实践尚面临诸多挑战。此外,小样本研究结果的一致性不高,仍需组织大样本多中心研究,以获得一致性高的研究结果。

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蔡欢欢,于春水
《国际医学放射学杂志》2018年第03期文献

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