劉偉，宋晨，張喜友，劉亞潔，沙琳，秦冬雪，楊超，伍建林

化療相關(guān)認(rèn)知功能損傷(chemotherapy-related cognitive impairment，CRCI)或稱認(rèn)知功能減退(cognitive decline)，是指腫瘤患者在接受輔助化療后出現(xiàn)的認(rèn)知功能異常，表現(xiàn)為注意、記憶、執(zhí)行功能減低，學(xué)習(xí)和推理能力、信息處理速度減低，即熟稱的“化療腦”(chemobrain)。乳腺癌是目前研究“化療腦”效應(yīng)的主要模型。CRCI的病理生理學(xué)機(jī)制較為復(fù)雜，尚有許多未知領(lǐng)域有待于深入探索與研究，不斷發(fā)展進(jìn)步和成熟的神經(jīng)影像學(xué)不但可以從腦形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝方面，還可以從腦功能活動與腦網(wǎng)絡(luò)等方面對“化療腦”的深層次病理生理改變提供更好的技術(shù)支持并有助于更早期揭示其大腦微結(jié)構(gòu)與微信息改變。

靜息態(tài)功能MRI (resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)是可靠的、非侵襲性fMRI方法之一，可反映人腦靜息狀態(tài)時(shí)發(fā)生的神經(jīng)元活動及其規(guī)律。國內(nèi)外學(xué)者基于rs-fMRI平臺進(jìn)行乳腺癌患者化療后局部腦區(qū)神經(jīng)活動變化的研究較少。因此筆者采用rs-fMRI技術(shù)的低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)算法對乳腺癌患者化療前、后局部腦區(qū)自發(fā)活動的變化進(jìn)行前瞻性縱向研究，同時(shí)采用臨床上系列神經(jīng)心理測試對乳腺癌患者化療前、后的認(rèn)知功能進(jìn)行評估與檢測，旨在探討乳腺癌化療患者哪些腦區(qū)是否存在自發(fā)神經(jīng)活動的異常改變以及這些改變與臨床認(rèn)知功能是否具有相關(guān)性，為該類患者的及早臨床干預(yù)提供重要的生物學(xué)信息和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 受試對象

所有受試對象均來自大連醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院，并得到大連醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院倫理委員會批準(zhǔn)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)臨床手術(shù)病理證實(shí)的早期乳腺癌患者，術(shù)后3～4周；(2)未進(jìn)行放療及輔助化療，擬入院進(jìn)行輔助化療者；(3)右利手；(4)受教育年限≥6年。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)糖尿病及其它代謝性疾?。?2)腫瘤、手術(shù)、外傷、卒中等顱腦疾病者；(3)服用對神經(jīng)及精神有影響的藥物者；(4)精神疾病患者(如抑郁或焦慮癥患者、酒精成癮者)；(5)具有核磁共振檢查禁忌證者。本研究所有受試對象對整個(gè)試驗(yàn)的流程與內(nèi)容均知曉并接受，同時(shí)簽署書面知情同意書。

1.2 化療方案

本研究中，21例乳腺癌患者的化療過程持續(xù)約3～6個(gè)月，共有3種化療方案：其中(1) AC方案(6例)，即表柔比星、環(huán)磷酰胺治療4～6周期；(2) TC方案(4例)，即多西他賽、環(huán)磷酰胺治療4～6周期；(3) AC-T方案(11例)，即表柔比星、環(huán)磷酰胺治療4周期，加多西他賽治療4周期。上述各化療方案中的藥物依據(jù)美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)(National Comprehensive Cancer Network，NCCN)指南常規(guī)劑量給藥。

1.3 神經(jīng)心理認(rèn)知測試

本研究對受試對象進(jìn)行測試分為兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)：即術(shù)后3～4周入院進(jìn)行輔助化療前為基點(diǎn)(t1)，化療結(jié)束后1個(gè)月為研究點(diǎn)(t2)。由同一名具有心理測試經(jīng)驗(yàn)的高年資臨床女醫(yī)生在安靜房間內(nèi)完成全部測試。共進(jìn)行6個(gè)領(lǐng)域神經(jīng)心理認(rèn)知測試：(1)連線測試A部分；(2)數(shù)字廣度測試順背和倒背兩部分；(3) Stroop顏色測試、Stroop字測試和Stroop干擾測試，以上項(xiàng)目主要針對執(zhí)行注意功能進(jìn)行測試；(4)數(shù)字符號測試，對處理速度進(jìn)行測試；(5)聽覺詞語學(xué)習(xí)即刻及延遲5 min測試，主要對記憶能力進(jìn)行測試；(6)蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)北京版，主要檢查受試對象的總體認(rèn)知功能。上述各項(xiàng)認(rèn)知心理測試總時(shí)長約35 min。

1.4 MRI設(shè)備與成像參數(shù)

所有受試對象的t1、t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的MRI檢查和數(shù)據(jù)采集均在大連醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院放射科磁共振室完成。使用的設(shè)備為臨床型德國西門子(Siemens，German) 3.0 T Verio超導(dǎo)型 MRI掃描儀，采用8通道高分辨標(biāo)準(zhǔn)頭線圈。(1)常規(guī)橫軸位T2加權(quán)液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery，T2-FLAIR)序列，主要用以篩查病灶，掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 77 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)間1537 ms，翻轉(zhuǎn)角150°，F(xiàn)OV 227 mm×250 mm，層數(shù)20，層厚5.0 mm，矩陣256×256，體素1.0 mm ×1.0 mm×5.0 mm，掃描時(shí)間56 s。(2)靜息態(tài)功能磁共振成像(rs-fMRI)采用平面回波成像血氧水平依賴(echo planar imaging-blood oxygen level dependent，EPI-Bold)技術(shù)，囑受試者閉眼、放松、靜止不動，并避免任何有結(jié)構(gòu)的思維活動。掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 244 mm×244 mm，層厚3.5 mm，層數(shù)31，矩陣64×64，體素4.0 mm×4.0 mm×3.5 mm，掃描范圍包括全腦，共采集240個(gè)時(shí)間點(diǎn)，掃描時(shí)間8 min 6 s。

1.5 靜息態(tài)BOLD-fMRI數(shù)據(jù)處理

采用北京師范大學(xué)神經(jīng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于MATLAB R2012b平臺，采用DPARSF軟件包DPARSF(Data Processing Assistant for Resting-state fMRI)V2.1Advance Edition 軟件(http://www.restmri.net/forum/DPARSF)對本研究中EPI采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。處理步驟：(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將所有受試對象的DICOM格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NIFTI格式。(2)去除每個(gè)受試對象的前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的fMRI數(shù)據(jù)，處理剩下的230個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。(3)時(shí)間序列校正(slice timing)：以每次掃描的中心層(第31層)為參考層對每個(gè)受試對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列校正。(4)頭動校正(realignment)：在x、y、z三個(gè)方向上平動超過2 mm，在x、y、z軸方向上旋轉(zhuǎn)超過2度的數(shù)據(jù)被剔除。(5)空間標(biāo)準(zhǔn)化(normalization)：采用加拿大蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Nneurological Institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)頭部解剖模版為模版，以體素大小3 mm×3 mm×3 mm對數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣。(6)去線性漂移(linear detrends)。(7)去除協(xié)變量(covariates)：去除頭動參數(shù)、全腦平均信號、白質(zhì)及腦脊液信號的混雜影響。(8) ALLF分析：采用平滑后未濾波數(shù)據(jù)，對0.01～0.08 Hz下信號的功率譜進(jìn)行開方計(jì)算，得到低頻振蕩幅度值，將其除以全腦均值，得到標(biāo)準(zhǔn)化的ALLF值。對化療前后數(shù)據(jù)進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)(P＜0.05，連續(xù)體素＞10個(gè))，得到有改變的腦區(qū)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包，對采集的神經(jīng)心理測試評分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行配對t檢驗(yàn)(paired-ttest)，神經(jīng)心理測試評分與ALLF值相關(guān)性采用pearson相關(guān)分析，上述統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果以P＜0.05視為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

研究開始時(shí)間為2016年11月，按照受試對象納入和排除標(biāo)準(zhǔn)，截至2017年11月，共有21例乳腺癌患者(Ⅰ期9例，Ⅱ期6例，Ⅲ期6例)完成t1、t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)各項(xiàng)神經(jīng)心理測試和MRI影像數(shù)據(jù)采集，均為女性，年齡范圍為29～70歲，平均年齡(50.14±13.12)歲，受教育年限6～16年，平均年限(10.43±3.04)年。月經(jīng)狀態(tài)：絕經(jīng)前10例，絕經(jīng)后11例。

2.1 乳腺癌患者化療前、后認(rèn)知功能測試比較

本研究結(jié)果顯示，21例乳腺癌患者Stroop字測試、Stroop干擾測試、數(shù)字廣度倒背測試、聽覺詞語學(xué)習(xí)延遲5 min記憶評分在t1、t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MoCA評分、連線測試A部分、數(shù)字廣度順背測試、Stroop顏色測試、聽覺詞語學(xué)習(xí)即刻記憶評分在t1、t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。具體測試結(jié)果詳見表1所示。

2.2 乳腺癌患者化療前、后ALFF值差異腦區(qū)

本研究顯示，乳腺癌患者化療前、后的ALLF增加的腦區(qū)包括：左側(cè)顳下回(Temporal-inf-L)、右側(cè)顳中回(Temporal-Mid-R)、左側(cè)顳中、上回(Temporal-Midsup-L)、雙側(cè)楔前葉(Precuneus-R/L)；本組病例未見ALLF減低的腦區(qū)。詳見表2、圖1所示。

2.3 神經(jīng)心理認(rèn)知測試評分與ALFF值相關(guān)性分析

本組分別將乳腺癌患者化療后1個(gè)月時(shí)自發(fā)性腦神經(jīng)活動有顯著變化的腦區(qū)ALFF值與臨床神經(jīng)心理認(rèn)知測試評分有顯著變化者進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示ALFF值與各項(xiàng)認(rèn)知評分無相關(guān)性。

3 討論

人類大腦具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)，以較低的能量成本實(shí)現(xiàn)高效的局部信息處理能力和全腦信息整合能力[1]。Raichle[2]研究發(fā)現(xiàn)，大腦不同腦區(qū)靜息態(tài)下自發(fā)神經(jīng)元活動的高低與其在任務(wù)態(tài)下活動的強(qiáng)弱密切相關(guān)，內(nèi)在神經(jīng)元的活動可反映大腦對外部信息的反應(yīng)能力，是維持人腦功能活動的基礎(chǔ)。在大腦沒有外來任務(wù)命令的情況下，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network，DMN)激活。在人類、高級靈長類、貓和嚙齒類動物，腦DMN由分離的雙側(cè)對稱性皮質(zhì)區(qū)域組成，包括頂葉內(nèi)、外側(cè)、額葉內(nèi)側(cè)、顳葉內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)[3]，與內(nèi)在引導(dǎo)或自我概括的想法，如意識漫游、未來構(gòu)想、視角選取、精神刺激等認(rèn)知過程有關(guān)。

表2 乳腺癌患者化療前、后ALFF有差異的腦區(qū)Tab.2 ALFF Paired-t test statistically signifiant for patients at t2 versus t1

圖1 乳腺癌化療前、后ALFF有顯著差異腦區(qū)的功能彩圖。圖右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)色條顯示各顏色所代表的t值；圖中紅色為ALFF升高腦區(qū)，主要包括：左側(cè)顳下回、右側(cè)顳中回、左側(cè)顳中、上回及雙側(cè)楔前葉Fig.1 Brain areas with significant changes of ALFF values after chemotherapy with paired-t test.Warm colors indicate increased ALFF values at P＜0.05,including left inf-temporal gyri, right mid-temporal gyri, left mid-sup-temporal gyri and bilateral precuneus lobe.

3.1 乳腺癌患者化療前、后局部腦活動的變化及分析

ALFF是通過使用0.01～0.08 Hz這一低頻段內(nèi)所有頻率點(diǎn)上幅值的平均值來反映一個(gè)體素的自發(fā)性活動強(qiáng)弱，從而實(shí)現(xiàn)了從能量角度反映各個(gè)體素靜息狀態(tài)下自發(fā)活動水平[4]。本研究通過ALFF方法顯示化療對乳腺癌患者靜息態(tài)下局部腦神經(jīng)活動確實(shí)產(chǎn)生了影響，使幾個(gè)腦區(qū)的活動增高。ALFF增高的腦區(qū)見于雙側(cè)楔前葉、右側(cè)顳中回、左側(cè)顳中上回、顳下回，這些腦區(qū)也是DMN的構(gòu)成腦區(qū)，意味著化療后1個(gè)月靜息態(tài)下這些腦區(qū)神經(jīng)元活動增加。一方面可以用化療后可能出現(xiàn)的腦血流灌注增加來解釋。Zou等[5]將健康人群靜息態(tài)fMRI腦活動增強(qiáng)的腦區(qū)與動脈自旋標(biāo)記(aterial spin labeling，ASL)技術(shù)獲得的靜息態(tài)下腦灌注圖像進(jìn)行對比，結(jié)果顯示靜息態(tài)腦血流量高的腦區(qū)傾向于ALFF和ReHo也相應(yīng)增高，這些增高的腦區(qū)符合DMN的構(gòu)成腦區(qū)。這項(xiàng)研究提示ALFF增高，腦血流灌注增加是一個(gè)貢獻(xiàn)因素。有關(guān)化療后腦血流灌注的變化已有研究：Chen等[6]研究顯示乳腺癌患者化療結(jié)束1個(gè)月左側(cè)后扣帶回、左側(cè)枕中回、雙側(cè)中央前回、頂下回、緣上回、角回、楔前葉、楔葉、枕上回、距回和顳回的腦血流灌注較化療前及健康對照組增加，伴隨警覺和執(zhí)行控制注意認(rèn)知功能減低；Nudelman等[7]利用脈沖動脈自旋標(biāo)記MRI灌注研究乳腺癌化療患者治療結(jié)束1個(gè)月后靜息態(tài)腦灰質(zhì)灌注與認(rèn)知功能改變的關(guān)系，結(jié)果顯示乳腺癌化療患者較化療前腦灰質(zhì)灌注增加，較非化療組和健康對照組右中央前回灌注明顯增加，灌注增加與認(rèn)知心理行為變化呈負(fù)相關(guān)。這兩項(xiàng)研究證實(shí)化療引起了局部腦區(qū)血流灌注增加，可以解釋本研究中出現(xiàn)腦區(qū)的ALFF增高，并且本研究中出現(xiàn)的ALFF增高的腦區(qū)有很大一部分與Chen等報(bào)道的灌注增高腦區(qū)相互重疊。另一方面可能是腦網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不良(maladaptive)，即對化療引起的病理損傷過程，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)試圖代償原有的功能失敗，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的興奮-抑制平衡失衡[8]。DMN對老齡化和藥物毒性及疾病狀態(tài)尤其易感，化療與幾個(gè)生理效應(yīng)包括炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的增加，被認(rèn)為增加了對DMN的毒性作用[9]。Miao等[10]研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌化療患者在化療后1月內(nèi)較健康對照組的前額葉背內(nèi)側(cè)皮質(zhì)和顳葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的DMN連接強(qiáng)度減低，反映了腦區(qū)間活動同步性的下降，且與注意功能下降有關(guān)。本研究則進(jìn)一步證實(shí)了化療結(jié)束1個(gè)月乳腺癌患者DMN的部分構(gòu)成腦區(qū)神經(jīng)元的自發(fā)活動增高，由此推測化療可能導(dǎo)致了DMN的網(wǎng)絡(luò)失衡，出現(xiàn)了部分腦區(qū)的活動增高。有關(guān)乳腺癌化療后DMN部分腦區(qū)ALFF增高的機(jī)理尚待進(jìn)一步研究。

3.2 ALFF值變化的腦區(qū)與認(rèn)知功能

ALFF值具有顯著變化的腦區(qū)有：雙側(cè)楔前葉、右側(cè)顳中回、左側(cè)顳中上回、顳下回。其中楔前葉位于頂葉上部大腦半球的內(nèi)側(cè)面，是高級認(rèn)知功能一個(gè)關(guān)鍵腦區(qū)，在視空間整合、記憶、視覺想象、自我意識等方面起作用[11-12]。楔前葉同時(shí)參與DMN和額頂執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)(frontoparietal executive networks)，也是DMN中的主要節(jié)點(diǎn)，根據(jù)個(gè)體所處的環(huán)境和認(rèn)知任務(wù)狀態(tài)水平不同而發(fā)揮不同的作用[13]。有研究顯示，楔前葉在人類靜息狀態(tài)下的DMN中保持著較高的代謝率，較其它腦區(qū)需要更多的葡萄糖(大約多出35%)來維持這種高代謝狀態(tài)[14]。當(dāng)楔前葉腦區(qū)的腦活動異常時(shí)則表明或?qū)е氯四X的記憶、執(zhí)行功能的減退。在本研究中，神經(jīng)心理認(rèn)知測試結(jié)果顯示了化療結(jié)束1個(gè)月時(shí)乳腺癌患者出現(xiàn)記憶和執(zhí)行功能的減退，即聽覺詞語學(xué)習(xí)延遲5 min記憶功能減低和Stroop字測試和干擾測試用時(shí)延長，但ALFF變化圖顯示楔前葉是腦活動增強(qiáng)的腦區(qū)。Kesler等[15]也報(bào)道了乳腺癌患者化療后平均3.3年較健康對照組在執(zhí)行語言陳述記憶任務(wù)時(shí)，前額葉皮質(zhì)活動減低，而包括雙側(cè)楔前葉、右側(cè)顳上回在內(nèi)的多個(gè)腦區(qū)的活動增高，伴隨執(zhí)行功能的減低。綜上所述，化療后患者部分腦區(qū)活動增高可能是對認(rèn)知功能減低的一種代償性反應(yīng)。

3.3 結(jié)論

乳腺癌患者常規(guī)化療后短期內(nèi)(化療結(jié)束1個(gè)月)，總體認(rèn)知功能未見顯著變化，而記憶、注意、執(zhí)行功能和處理速度等認(rèn)知領(lǐng)域的功能減低。靜息態(tài)fMRI功能影像學(xué)顯示化療后出現(xiàn)了部分腦區(qū)的活動異常，神經(jīng)活動增加的腦區(qū)(ALFF增高)主要包括雙側(cè)楔前葉、顳中回，是DMN的構(gòu)成腦區(qū)。

利益沖突：無。