游离水成像预测孤立性REM睡眠行为障碍向路易体痴呆转化的特异性生物标志物研究

本文通过多中心扩散磁共振成像研究，首次证实基底前脑Meynert核（NBM）游离水（FW）含量可作为孤立性REM睡眠行为障碍（iRBD）向痴呆伴路易体（DLB）转化的特异性预测指标。研究发现NBM区域FW增加与认知功能下降（MoCA评分降低）显著相关，且比结构萎缩指标更能准确预测DLB表型转化，为早期神经保护干预提供了重要影像学生物标志物。

　　

1 BACKGROUND

孤立性快速眼动睡眠行为障碍（iRBD）是一种以REM睡眠期间肌肉失弛缓为特征的异态睡眠障碍，90%以上患者会在15年内发展为突触核蛋白病，包括痴呆伴路易体（DLB）、帕金森病（PD）和多系统萎缩（MSA）。患者脑部出现与显性突触核蛋白病相似的改变，包括脑萎缩、灌注异常和纹状体多巴胺转运体结合减少。尽管现有影像标志物已被研究作为疾病进展的预测指标，但缺乏大型多中心研究验证，且难以区分向DLB或PD的转化轨迹。

游离水（FW）定量技术通过双室模型分离细胞外各向同性扩散与组织内受限扩散，可反映神经炎症、水肿和 neurodegeneration。在黑质后部（pSN）和基底前脑（特别是Meynert核，NBM）的FW增加与PD和DLB的病理机制相关：pSN的FW增加与运动症状（特别是运动迟缓）和纹状体多巴胺结合减少相关；NBM的FW增加则与认知功能障碍（注意力和记忆缺陷）相关。尽管FW成像已在PD和DLB中得到研究，但其在前驱期（如iRBD）的应用数据有限。

2 METHODS

2.1 Sample

这项纵向、多中心、前瞻性研究纳入经视频多导睡眠图（vPSG）确诊的iRBD患者和健康对照组，所有参与者均接受T1加权和扩散加权脑MRI扫描。招募工作在全球五个研究中心进行：加拿大蒙特利尔H?pital du Sacré-Coeur睡眠医学高级研究中心、捷克布拉格查理大学第一医学院、英国牛津发现队列、法国巴黎Pitié-Salpêtrière医院运动障碍诊所以及帕金森病进展标志物计划（PPMI）研究。

iRBD诊断依据《睡眠障碍国际分类（第三版）》标准，所有患者均经过一夜vPSG记录。排除标准包括已发展为显性神经退行性疾病、脑干卒中史、癫痫诊断、抗抑郁药诱发的RBD以及RBD模仿症（如梦游、夜惊或未治疗的阻塞性睡眠呼吸暂停）。所有患者接受蒙特利尔认知评估（MoCA）和运动障碍学会统一帕金森病评定量表运动部分（MDS-UPDRS-III）评估。患者接受年度神经学和认知检查以评估向PD、DLB或MSA的转化情况。

2.2 MRI processing

T1和扩散加权MRI扫描使用3T MRI扫描仪获取。T1加权图像使用FreeSurfer（7.1.1版）处理，分割后的图谱与扩散加权图像共同输入TractoFlow-Atlas-Based Segmentation（TractoFlow-ABS）流程进行处理。FW分数（0-1/体素）使用FreeWater Flow工具计算，关键参数包括胼胝体轴向扩散系数0.001，脑室平均扩散系数0.0025，径向扩散系数范围0.0001-0.0065。

为提取FW含量，感兴趣区域（ROI）与蒙特利尔神经学研究所（MNI152）模板空间对齐。基底前脑ROI使用JuBrain Anatomy工具箱（2.2版）中的概率图谱定义，主要选择左右NBM。黑质ROI使用MarsBar定义，左后SN坐标（x=?11, y=?21, z=?13），右后SN坐标（x=11, y=?21, z=?13），左右前SN作为对照区域。

对于掩膜配准，T1加权图像使用SPM12的CAT12工具箱进一步处理，包括组织分类、强度非均匀性偏置校正和非线性变换到MNI模板空间。使用Advanced Normalization Tools将每个掩膜配准到TractoFlow生成的T1变形图像，最后提取每个ROI的平均FW值。

为评估NBM FW预测表型转化是否独立于区域萎缩，还从相同NBM区域提取了灰质体积。所有体积测量均通过除以总颅内体积进行标准化。

2.3 Statistical analyses

采用ComBat协调算法校正FW值的扫描仪相关效应。主要结局变量是iRBD患者的表型转化状态，分为三组：转化为DLB、转化为PD和未转化（末次随访时无疾病）。使用独立样本t检验、卡方检验和Mann-Whitney U检验进行组间比较。使用Pearson's r和偏相关分析FW值与临床特征的相关性。

使用多项逻辑回归评估FW测量对表型转化几率的预测价值。模型1测试NBM FW，模型2测试后SN FW，模型3同时包含两个区域，所有模型均调整年龄和性别。为检验区域性特异性，使用前SN FW作为对照区域重复这些模型。

使用Kaplan-Meier生存分析调查至表型转化的时间，Cox比例风险回归模型评估FW是否独立于年龄、性别和临床测量预测表型转化时间。所有FW值进行z评分以标准化比值比（OR）和风险比（HR）的解释。

3 RESULTS

3.1 Participants

多中心iRBD队列最初包括592名参与者（289名iRBD患者和303名对照），经过质量控制和人口学匹配后，最终438名参与者（261名iRBD，177名对照）保留用于后SN分析，272名（143名iRBD，129名对照）保留用于NBM分析。iRBD患者平均年龄66.3岁（SD：6.5），12%为女性，平均MoCA评分25.4（SD：3.0），平均MDS-UPDRS-III评分6.4（SD：5.5）。

3.2 Free water does not distinguish between iRBD patients and controls

iRBD患者与对照组在NBM（患者0.295±0.07 vs 对照0.291±0.07, p=0.61）和后SN（患者0.216±0.10 vs 对照0.221±0.10, p=0.54）的FW含量无显著差异。左右半球分开分析及前SN对照区域分析也未发现显著组间差异。

3.3 Free water in NBM is associated with cognitive decline

iRBD患者中，NBM FW与MoCA评分呈显著负相关（r=?0.25, p=0.004），左半球（r=?0.27, p=0.002）和右半球（r=?0.18, p=0.036）均显著。调整年龄和性别后，仅左NBM的相关性保持显著。NBM或后SN FW与MDS-UPDRS-III评分无显著相关，后SN FW与MoCA评分也无显著相关。

3.4 Increased FW is associated with higher risk of phenoconversion in iRBD

230名iRBD患者中，64名（28%）转化为神经退行性疾病（转化者），166名（72%）保持无疾病（未转化者）。转化者在双侧NBM的FW值显著高于未转化者（平均差异?0.044±0.013, p<0.001），左后SN的FW也显著增高（平均差异?0.034±0.017, p=0.038）。前SN对照区域无显著变化。

Kaplan-Meier生存分析显示，NBM（p=0.016）和后SN（p=0.00084）的高FW含量与表型转化风险增加显著相关。Cox回归调整年龄和性别后，NBM FW（HR=2.35）和后SN FW（HR=1.33）仍是显著预测因子。但当同时包含NBM和后SN FW时，仅NBM FW是显著预测因子（HR=2.30, p=0.003）。

3.5 Free water in NBM predicts DLB over PD in iRBD

220名iRBD患者中，16名转化为DLB，38名转化为PD，166名未转化。逻辑回归显示，较高的NBM FW含量显著预测向DLB转化（vs未转化：β=1.94, p<0.001, OR=6.92；vs PD：β=1.42, p=0.019, OR=4.14），但不预测向PD转化。后SN FW不显著预测任何转化轨迹。当同时包含NBM和后SN FW时，仅NBM FW保持对DLB转化的显著预测（OR=6.69）。

时间事件分析显示，NBM高FW患者转化为DLB的风险显著更高（p=0.023），Cox回归调整后仅对DLB转化保持显著预测（HR=8.22, p=0.003）。

3.6 NBM FW predicts conversion independently of atrophy

iRBD患者的NBM体积显著小于对照组（平均差异6.62×10^?6, p<0.001），转化者体积也小于未转化者（平均差异1.11×10^?5, p<0.001）。较低NBM体积与向DLB转化相关（vs未转化：β=?0.77, p=0.044, OR=0.46），但不区分DLB与PD。当NBM FW和体积同时进入模型时，仅FW显著预测DLB转化（β=2.01, p=0.035, OR=7.45），体积不再显著。

4 DISCUSSION

本研究利用最大的vPSG确诊iRBD患者扩散MRI扫描集合，证明NBM和后SN的FW变化与向突触核蛋白病的疾病进展相关。虽然iRBD患者与对照组在NBM或后SN的FW无总体差异，但按表型转化状态分层后，转化者在两个区域的FW均显著较高。重要的是，NBM的FW增加特异性与向DLB转化相关，而非PD或保持无疾病。即使考虑后SN FW作为协变量，NBM FW每增加一个SD，iRBD中发展为DLB的风险增加7倍，与发展为PD相比风险增加4倍。

NBM FW与认知衰退（MoCA评分较低）的相关性支持其在认知功能中的作用。尽管NBM体积在iRBD患者和转化者中也显著减少，但当FW和体积同时建模时，仅FW保持显著预测DLB转化，表明FW捕获了超越萎缩的疾病相关结构变化。

这些发现与多模态脑-临床模型一致，如SPECT灌注特征显示基底前脑参与预测iRBD中DLB与PD轨迹。先前研究报道iRBD中存在基底前脑萎缩，并与认知障碍相关，纵向数据表明iRBD中胆碱能功能障碍随时间恶化，支持胆碱能系统在前驱DLB中的脆弱性。

局限性包括转化者数量有限、仅单个MRI时间点、临床表型跨中心仅限于常见变量、缺乏APOE ε4携带状态以及NBM区域质量控制导致的样本量减少。未来研究应纳入更大转化者样本、独立队列验证、纵向FW评估和更全面临床评估。

总之，NBM的FW成像可作为iRBD患者DLB转化风险增加的非侵入性生物标志物，支持将FW测量整合到前驱突触核蛋白病的未来预后框架中。