基于旋转框架弛豫MRI技术揭示多系统萎缩症脑微结构异常的研究

《Scientific Reports》：Microstructural abnormalities in multiple system atrophy as revealed by conventional and rotating frame relaxation MRI parameters

本研究针对多系统萎缩症(MSA)脑组织微结构改变难以精准检测的问题，开展了结合常规弛豫参数(R1、R2*、MT)与旋转框架弛豫(RFR)参数(绝热T1ρ、T2ρ)的定量MRI研究。通过16例MSA患者与14名健康对照的跨 sectional 分析发现，即便校正脑萎缩影响后，小脑、脑桥等关键区域的T1ρ、T2ρ仍能敏感反映髓鞘破坏、铁代谢异常等微观病理改变，为MSA的早期诊断提供了超越宏观结构评估的新型生物标志物。

　　

在神经退行性疾病的研究领域，多系统萎缩症（Multiple System Atrophy, MSA）一直是个棘手的难题。这种罕见的疾病会同时攻击患者的运动协调、自主神经功能等多个系统，其病理特征包括神经元丢失和神经胶质增生。然而，传统的MRI检查往往只能在疾病晚期观察到明显的脑萎缩，对于早期微小的病理变化却无能为力。这就好比我们只能看到冰山露出水面的部分，而无法探测水下更大的隐患。

正是这样的困境，促使科学家们不断探索更敏感的检测方法。定量MRI（qMRI）技术的出现带来了新的希望，它能够提供客观、可重复的测量指标，比传统MRI更能反映组织微观结构的变化。其中，旋转框架弛豫（Rotating Frame Relaxation, RFR）技术尤其引人注目，它能够探测到分子水平的缓慢运动过程，对组织完整性变化具有更高的敏感性。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，研究人员首次将绝热T1ρ和T2ρ这两种RFR指标应用于MSA患者的研究。他们设计了一项精心控制的对照研究，招募了16名MSA患者和14名年龄、性别匹配的健康志愿者。研究团队采用多参数映射（Multi-parametric Mapping, MPM）协议获取常规弛豫参数（R1、R2*、MT），同时采集绝热T1ρ和T2ρ数据。

研究的关键创新在于他们不仅比较了患者与健康人的脑组织差异，还特别分析了脑萎缩对这些测量结果的影响。通过建立两种统计模型——一种考虑脑萎缩的 confounding 效应，另一种不考虑——研究人员能够区分出哪些异常是真正源于组织微观结构的改变，哪些仅仅是脑体积减少的副产品。

主要技术方法

研究采用3T MRI扫描仪，通过MPM协议获取MT、R1、R2*图，同时采集绝热T1ρ和T2ρ数据。使用SPM12和FreeSurfer进行脑体积分析，采用线性混合效应模型进行统计学处理，分别进行基于体素的全脑分析和基于感兴趣区域（小脑、脑桥、壳核等）的靶向分析，特别考察了脑萎缩对弛豫参数的影响。

组织体积分析

尽管在严格的统计校正下未发现显著的组间体积差异，但在较宽松的阈值下，研究人员观察到MSA患者在小脑白质、小脑灰质和额叶白质存在明显的脑萎缩。这一发现与MSA的典型病理特征相符，也为后续的微结构分析提供了重要背景。

灰质体素水平分析

当统计模型中纳入灰质体积作为协变量时，MSA患者在小脑后部显示MT值降低，小脑前部和后部、颞叶中回、额上回和边缘系统区域R1值减小，而小脑前部、左侧梭状回和右侧壳核的T1ρ值延长，小脑后部、双侧小脑前部以及颞叶、额叶区域的T2ρ值也显著延长。这些变化在排除体积影响后仍然存在，说明它们反映了真实的微结构异常。

白质体素水平分析

在白质分析中，考虑脑萎缩影响后，仅在脑桥和额叶皮层发现MT、T1ρ和T2ρ的显著组间差异。而不考虑萎缩效应时，异常区域更加广泛，涉及脑桥、海马旁回、双侧脑叶下区域、胼胝体和右侧额叶等多个区域。

感兴趣区域分析

区域分析结果与体素水平分析基本一致，但显示出一些有趣的差异。小脑灰质和白质中绝大多数参数都显示显著组间差异，而脑桥区域的所有参数在未校正体积时都显示异常。特别值得注意的是，在考虑脑萎缩影响后，右侧壳核的T1ρ延长效应在体素分析中仍然显著，但在区域分析中却未发现，提示这种异常可能仅局限于壳核的特定部位。

相关性分析

更有意义的是，研究人员发现小脑区域的弛豫参数与疾病持续时间存在显著相关性。特别是在校正年龄、性别和体积后，右侧小脑灰质的T1ρ和双侧小脑灰质的T2ρ与病程正相关，而右侧小脑灰质的MT与病程负相关。这些发现提示这些定量参数可能作为疾病进展的生物标志物。

研究结论与意义

这项研究的最大价值在于首次将绝热旋转框架弛豫MRI技术应用于MSA研究，并系统评估了脑萎缩对定量MRI参数的影响。研究结果表明，T1ρ和T2ρ能够检测到超越常规MRI参数的微结构改变，即使在校正脑萎缩影响后，这些异常仍然显著存在。

从病理生理机制角度看，小脑区域MT和R1的降低可能反映了髓鞘结构的改变，而T2ρ的延长则与MSA作为一种原发性少突胶质细胞病的特征相符。特别值得注意的是，壳核区域T1ρ的延长可能与α-突触核蛋白聚集有关，这为理解MSA的分子病理提供了新的影像学生物标志物。

这项研究的临床意义重大。首先，旋转框架弛豫参数对微观结构变化的高度敏感性，使其有望用于MSA的早期诊断，甚至可能在明显的脑萎缩出现之前就检测到病理改变。其次，这些参数与疾病持续时间的相关性表明它们可能作为监测疾病进展的客观指标。最后，由于绝热T1ρ和T2ρ对B1+不均匀性具有天然的抵抗力，这些技术特别适合在多中心研究中推广应用。

当然，这项研究也存在一些局限性，如样本量相对较小、MSA亚型分布不均、缺乏纵向随访数据等。未来的研究需要更大样本的纵向设计，以验证这些参数的预测价值，并进一步阐明微观结构变化如何最终导致宏观的脑萎缩。

总之，这项研究为MSA的神经影像学研究开辟了新的方向，证明旋转框架弛豫MRI能够提供独特的、与组织完整性相关的生物物理信息，这些信息不仅补充了常规MRI的不足，更重要的是能够揭示隐藏在脑萎缩背后的微观病理过程。随着技术的进一步完善和验证，这些新型生物标志物有望在神经退行性疾病的早期诊断、疗效评估和疾病监测中发挥重要作用。