临床前阿尔茨海默病中与淀粉样蛋白相关的结构-功能耦合减弱

《Communications Medicine》：Decreased amyloid-related structure–function coupling in preclinical Alzheimer’s disease

　　

摘要

背景

大脑的结构通路促进了功能间的交流，而在临床前阿尔茨海默病中这些通路的破坏可能反映了神经网络的脆弱性以及大脑的代偿机制。然而，目前尚不清楚β-淀粉样蛋白在早期阶段如何影响结构与功能之间的耦合，这些影响是否可以通过功能网络的组织结构来解释，它们与认知能力之间有何关联，以及哪些生物过程促成了这种变化。

方法

我们纳入了460名没有痴呆症的老年人，他们参与了AMYPAD-PNHS研究，接受了功能性磁共振成像（fMRI）、扩散磁共振成像（diffusion MRI）和β-淀粉样蛋白正电子发射断层扫描（amyloid-β PET）检查。我们使用结构解耦指数（SDI）在全局、子网络和区域层面量化了结构与功能之间的耦合程度。线性模型分析了β-淀粉样蛋白负担对SDI的影响。中介分析评估了功能图谱拓扑结构是否能够解释与β-淀粉样蛋白相关的SDI变化，以及SDI是否在β-淀粉样蛋白负担与认知能力之间的关系中起到中介作用。此外，我们还整合了区域基因表达数据，以评估影响β-淀粉样蛋白相关结构-功能耦合的转录组因素。

结果

β-淀粉样蛋白阳性的个体的全局SDI值较高，这一现象主要由视觉皮层驱动。中介分析表明，与β-淀粉样蛋白相关的SDI变化是由于局部神经元聚集程度的降低所致，即神经元之间的信息处理过程变得不那么独立。尽管β-淀粉样蛋白阳性个体的SDI值较高，但视觉区域的SDI升高缓解了β-淀粉样蛋白负担对认知能力的负面影响。与β-淀粉样蛋白代谢、小胶质细胞激活和突触重塑相关的基因表达变化与SDI的变化存在相关性。

结论

早期β-淀粉样蛋白病理变化会导致大脑结构与功能之间的解耦，这种解耦主要发生在视觉皮层，并受到神经网络重组的影响，同时受到区域分子结构的塑造。这些发现表明，较低的结构-功能耦合可能是临床前阿尔茨海默病的一种代偿机制，并强调了SDI作为分层和监测预防试验生物标志物的潜力。