基于多模态脑影像融合的溃疡性结肠炎患者脑结构与神经递质关联研究

为解决溃疡性结肠炎(UC)神经病理机制不明的问题，西安电子科技大学联合西安交通大学第二附属医院团队通过多模态CCA+联合ICA技术融合sMRI-DTI数据，首次揭示UC患者默认模式网络(DMN)与白质微结构的共变异常，并发现其与多巴胺(D1/D2)、GABAa 等神经递质系统的空间关联，为UC的神经调控治疗提供新靶点。

　　

背景与科学问题
溃疡性结肠炎(UC)作为一种慢性肠道炎症疾病，长期困扰着全球约数百万人。这种疾病不仅带来血性腹泻等肠道症状，更伴随着焦虑、抑郁等精神共病，显著降低患者生活质量。传统研究多聚焦于肠道局部病变，但近年来越来越多证据表明，UC患者存在广泛的脑结构与功能异常，包括前额叶皮层、海马等区域的灰质体积(GMV)减少，以及胼胝体等白质纤维束的微观结构改变。然而，这些发现往往来自单模态影像研究，难以揭示跨脑区的协同变化规律。更关键的是，这些异常背后的神经化学基础始终成谜——究竟是哪些神经递质系统的紊乱导致了UC患者的脑网络重构？

研究设计与创新
西安电子科技大学联合西安交通大学第二附属医院的研究团队在《BMC Medicine》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用多模态典型相关分析(mCCA)联合独立成分分析(jICA)技术，首次实现了UC患者结构磁共振(sMRI)与扩散张量成像(DTI)数据的融合解析。研究纳入34例UC患者和21名健康对照(HCs)，通过计算GMV与分数各向异性(FA)的共变成分，并结合JuSpace工具将影像异常与12种神经递质受体PET/SPECT图谱进行空间关联分析。

关键技术方法
研究采用3.0T GE磁共振采集高分辨率T1像和DTI数据(51层，b=1000 s/mm²
)。使用CAT12工具箱处理sMRI数据，FSL进行DTI预处理。通过mCCA+jICA算法提取10个独立成分(IC)，采用100次ICASSO验证稳定性。神经递质空间关联分析涵盖多巴胺(D1/D2/DAT)、5-HT_1a
、GABA_a
等12种系统，经10,000次置换检验校正。

主要研究发现

1. 跨模态脑结构共变异常
研究识别出关键共变成分GMV_IC4-FA_IC4，显示UC患者存在DMN（含前额叶、后扣带回、角回）与白质纤维束（胼胝体、穹窿、皮质脊髓束）的协同损伤。其中丘脑体积减少与后丘脑辐射FA值降低呈显著共变（r=0.809, p<0.001），提示感觉信息整合通路受损。

2. 血小板水平与脑结构关联
非差异成分GMV_IC5（含岛叶、运动前区）载荷与血小板水平呈负相关(r=-0.471, p=0.005)，首次揭示外周炎症指标与皮层下结构的量化关系。

3. 神经递质空间映射
异常GMV_IC4空间分布与D1受体(r=-0.28)和GABA_a
(r=0.19)显著相关；FA_IC4异常区与乙酰胆碱转运体(VAChT, r=0.21)和代谢型谷氨酸受体(mGluR₅
, r=0.26)重叠；FA_IC5则与5-HT转运体(SERT)高度匹配(r=0.21)。

结论与意义
该研究开创性地构建了UC"脑结构-白质通路-神经递质"多维病理框架：

1. 机制层面：证实DMN-丘脑-边缘系统环路异常是UC神经病理的核心特征，其与多巴胺能、GABA能系统的耦合紊乱可能解释患者情绪调节障碍；
2. 诊疗价值：血小板水平与GMV的负相关为炎症活动度监测提供影像学生物标志物；
3. 治疗革新：发现VAChT和mGluR₅
   在白质损伤区的富集，提示胆碱能和谷氨酸能药物或可改善UC相关脑网络异常。

这项研究不仅为理解脑肠轴交互提供新视角，更通过多模态融合策略为其他慢性炎症疾病的神经机制研究树立了范式。未来研究可进一步探索靶向神经递质调控对UC患者肠道症状和精神共病的改善效果。