文章来源：中华神经科杂志, 2022,55(1) : 27-34
作者：周霞 尹文文 余先锋 张伟 朱小群 孙中武
摘要
目的
探讨脑小血管病（CSVD）伴皮质下缺血性抑郁（SID）患者脑灰质体积及分数低频振幅（fALFF）的变化及其与脑源性神经营养因子（BDNF）基因多态性的关系。
方法
选择2017年7月至2020年11月就诊于安徽医科大学第一附属医院神经内科门诊或住院的CSVD患者87例，分别对其进行认知功能和情绪评估、磁共振扫描及BDNF基因检测；根据老年抑郁量表（GDS）评分将CSVD患者分为CSVD伴SID组（CSVD-SD，GDS评分>10分）和CSVD非抑郁组（CSVD-ND，GDS评分≤10分）；利用脑结构和功能磁共振扫描数据进行脑灰质体积及fALFF计算，分析SID脑结构和功能的变化及其与BDNF基因多态性的关联，以及诊断-基因交互作用对脑结构和功能的影响。
结果
CSVD-SID组患者灰质体积在后默认网络（pDMN）脑区（如后扣带回、楔前叶）及左侧颞中回脑区显著增加。脑灰质体积的遗传主效应及诊断主效应均不显著，但CSVD-SID诊断与BDNF基因型在楔叶（F=25.50，P<0.001）、楔前叶（F=13.61，P<0.001）及小脑（F=17.23，P<0.001）存在交互作用。在脑功能方面，与CSVD-ND组相比，CSVD-SID患者在额上回脑区fALFF值显著增加（0.363±0.648与-0.427±0.514，簇大小=48体素，t=5.63，P<0.001）。fALFF的遗传及诊断主效应均不显著，且CSVD-SID诊断与BDNF基因无明显交互作用。
结论
CSVD-SID患者存在多个脑区灰质体积及fALFF增加，以pDMN和额叶脑区为著，且仅在脑灰质体积方面，CSVD-SID诊断与BDNF基因型之间存在交互作用。
皮质下缺血性抑郁（subcortical ischemic depression，SID）是脑小血管病（cerebral small vessel disease，CSVD）最常见的情绪障碍特点［1］。目前关于CSVD-SID的病理生理机制尚不明确，除了血管源性因素导致CSVD传统影像学表现，如脑白质高信号（white matter hyperintensities，WMHs）、腔隙性脑梗死（lacunar infarction，LI）影响情绪环路外，遗传性因素同样可能参与SID的发生。脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）基因多态性一直被认为与抑郁密切相关，BDNF基因的第196号核苷酸位点发生碱基突变（鸟嘌呤G➝腺嘌呤A）可导致其编码的第66号氨基酸由缬氨酸（valine）变为蛋氨酸（methionine），该位点的异常表达可破坏神经元之间的联系，导致突触可塑性损伤［2］。既往研究发现BDNF基因对脑结构、功能均有一定影响［3, 4］，但其与SID脑结构和功能的之间关系尚不明确。因此，我们拟在前期研究的基础上，采用基于体素的形态学分析（voxel‐based morphometry，VBM）及分数低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation，fALFF）方法进行灰质体积（grey matter volume）和局部脑功能活动计算，探讨CSVD-SID患者脑结构和功能的变化特点及其与BDNF基因多态性（Val66Met，即第 66 位密码子由缬氨酸变成蛋氨酸）之间的相关性。
资料和方法
一、研究对象
选择2017年7月至2020年11月就诊于安徽医科大学第一附属医院神经内科门诊或住院的CSVD患者87例，其中男性47例，女性40例，年龄（68.24±9.07）岁。CSVD纳入标准：所有患者均为小动脉粥样硬化型CSVD［5］，符合血管源性WMHs、LI或扩大血管周围间隙（enlarged perivascular space，EPVS）中的至少一项［6］。排除标准：（1）已知既往有脑卒中、酒精中毒、脑外伤、帕金森病、癫痫、精神分裂症等其他神经精神系统疾病病史者；（2）严重视听、语言障碍或认知障碍不能配合完成检查者；（3）存在MRI扫描禁忌或者有在体金属者，如有心脏起搏器、金属假牙等；（4）合并有其他严重心、肺、肝、肾疾病者。本研究为横断面研究，通过安徽医科大学第一附属医院伦理委员会批准（编号：P2021-05-18），所有受试者均知情同意并签署知情同意书。
1. 病史收集：收集所有受试者详细的一般临床资料，包括性别、年龄、受教育年限、用药史（入组受试者均未服用抗抑郁药）、高血压史、糖尿病史、心脏病史（确定的冠心病或心房颤动病史）等相关疾病史及吸烟、饮酒史等。2. 认知及情绪评估：采用简易精神状态检查量表（Mini-Mental State Examination）、剑桥老年认知检查量表-中国修订版（Cambridge Cognitive Examination-Chinese version）、日常生活能力量表（Activities of Daily Living Scale）、Stroop测试（Stroop测试-1：点；Stroop测试-2：字；Stroop测试-3：字义干扰）等评价患者的总体认知及执行、注意、记忆、视空间等子项认知功能；同时采用老年抑郁量表（Geriatric Depression Scale，GDS）、汉密尔顿抑郁量表（Hamilton Depression Scale，HAMD）、汉密尔顿焦虑量表（Hamilton Anxiety Scale，HAMA）、抑郁自评量表（Self-rating Depressive Scale，SDS）和焦虑自评量表（Self-rating Anxiety Scale，SAS）对患者进行情绪评估。将CSVD患者依据其临床症状和GDS评分分为CSVD非抑郁组（CSVD-ND组，GDS≤10分）和 CSVD-SID组（GDS>10分）。3. MRI扫描及数据处理：所有MRI数据序列采集均在signa HDxt 3.0 T MRI（美国GE公司）仪器上完成，首先采集高分辨率三维T1结构像，扫描参数如下：脉冲重复时间9.5 ms，回波时间3.9 ms，视野256 mm×256 mm，转角20°，矩阵512×512；静息态MRI数据采用回波平面成像（echo planar imaging），以2 s为间隔获取，时长共8 min，包括240个时相，参数如下：重复时间2 s，回波时间30 ms，视野240 mm×240 mm，转角80°，矩阵64×64，层厚4 mm，间隙0.6 mm。同时采集常规FLAIR像，采用Fazekas评分量表进行WMHs评分，以脑室旁白质病变和深部脑白质病变评分之和作为Fazekas总分［7］。LI的评定标准为在FLAIR 像直径为3~15 mm中心低信号，周围环以高信号的病灶。EPVS是MRI上显示的圆形或线形结构，其信号强度接近脑脊液，横截面直径小于2 mm［6］。磁共振数据预处理和处理均在Matlab R2011a上进行，灰质体积计算使用SPM 8软件和VBM8工具箱进行数据处理。处理步骤包括：格式转换，空间标准化，将图像分割为灰质、白质及脑脊液，利用6 mm半高全宽（full width half maximum）高斯核函数进行图像平滑，对平滑后的灰质、白质图像进行统计建模，最终得到所有受试者的灰质体积。fALFF的分析采用静息态数据处理助手DPARSF进行数据预处理和处理分析。预处理步骤主要包括：格式转换、去除前 10 个时间点、时间校正、头动校正（X、Y、Z轴任何方向转动角度>2.5°或平移>2.5 mm则予以排除）、空间标准化、空间平滑、去线性漂移。在预处理完成后进行fALFF计算：利用DPABI软件，采用快速傅里叶变换算法将每个体素的时间序列转换为频域数据。通过获得功率谱的平方根（0.01~0.08 Hz）计算低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuation），然后将每个体素的低频振幅除以整个频率范围内的平均值，得到fALFF的比值，最后进行Z转换和统计学分析。4. BDNF基因分型：每个受试者抽取静脉血（5 ml），置于EDTA 管以防止凝血，并储存于-80 ℃冰箱中保存。采用血液基因组DNA微型制备试剂盒Magen HiPure Blood DNA Mini Kit（D3111-03）提取所有受试者的外周血DNA，基因分型由安吉康尔科技有限公司完成。应用聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术扩增目的DNA片段并进行基因分型。PCR 扩增循环条件：94 ℃预变性3 min，94 ℃变性20 s，65~57 ℃退火60 s，94 ℃延伸20 s，循环反应30次，57 ℃延伸1 min，置于4 ℃保温。PCR完成后，使用TECAN infinite M1000酶标仪读取荧光信号，然后利用在线软件snpdecoder（http：//www.snpway.com/snpdecoder/）解析转换荧光信号，得到清晰直观的分型图，并根据颜色不同，输出基因型结果。根据BDNF 基因分型将CSVD-SID组与CSVD-ND组分别分为缬氨酸纯合子组和蛋氨酸等位基因组。
采用SPSS 19.0统计学软件进行统计学分析，符合正态分布且方差齐性的计量资料以均数±标准差表示，两组间比较采用双样本t检验。不符合正态分布的计量资料以中位数（四分位数）［M（Q1，Q3）］表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。计数资料用例数和百分数表示，组间比较采用χ²检验。以P≤0.05为差异有统计学意义。脑灰质体积及fALFF组间比较采用基于SPM12的一般线性模型方法，以年龄、性别和受教育年限作为协变量。采用SPM12构建疾病诊断（CSVD-SID与CSVD-ND）与基因型（BDNF基因）的全因子分析模型并进行两两比较，分析不同组间灰质体积及fALFF的差异。多重比较使用簇（cluster）水平的假阳性发现率（false discovery rate）方法进行校正，簇阈值为P=0.001，以校正后P≤0.05为差异有统计学意义。
结果
一、CSVD-SID组与CSVD-ND组的一般临床资料比较两组患者在年龄、性别、受教育年限、总体认ZXSx知功能评分及各认知子项目评分方面差异无统计学意义。CSVD-SID组的HAMA、HAMD、SDS及SAS各量表评分均显著高于CSVD-ND组（均P<0.05，表1）。在传统影像学特征中，CSVD-SID组和CSVD- ND组在WMHs评分和EPVS的比例方面差异无统计学意义，但CSVD-ND组LI比例高于CSVD-SID组（表1）。BDNF基因型（Val66Met）分布在CSVD-SID组（χ²=0.78，P=0.379）和CSVD-ND组（χ²=0.01，P=0.910）均符合哈迪-温伯格平衡定律（P>0.05），样本具有代表性。CSVD-SID组蛋氨酸等位基因携带者19例，缬氨酸纯合子携带者10例；CSVD-ND组蛋氨酸等位基因携带者40例，缬氨酸纯合子携带者18例，两组之间等位基因频率分布差异无统计学意义（P>0.05，表1）。
二、CSVD-SID组和CSVD-ND组患者脑灰质体积比较与CSVD-ND组相比，CSVD-SID组患者灰质体积在后默认网络（posterior default mode network，pDMN）脑区，如双侧楔前叶（precuneus）、双侧后扣带回（posterior cingulate cortex）等脑区显著增加，详见表2、图1。图1 脑小血管病伴皮质下缺血性抑郁（CSVD-SID）患者与脑小血管病非抑郁（CSVD-ND）患者相比灰质体积变化脑区图；CSVD-SID组在后默认网络脑区灰质体积较CSVD-ND组显著增加Figure 1 Comparison of grey matter volume between cerebral small vessel disease with subcortical ischemic depression (CSVD-SID) group and cerebral small vessel disease-non- depression group (brain image showing that CSVD-SID group presents increased grey matter volume in the red regions; the color bar indicates the t value of two sample t-test)
三、CSVD-SID组和CSVD-ND组患者的fALFF比较在fALFF方面，CSVD-SID患者在左侧额上回及前扣带回脑功能活动显著增加［0.363±0.648与-0.427±0.514，簇大小=48体素，峰值蒙特利尔神经病学研究所（Montreal Neurological Institute）坐标为-9、48、15，t=5.63，P<0.001］，详见图2。图2 脑小血管病伴皮质下缺血性抑郁（CSVD-SID）患者与脑小血管病非抑郁（CSVD-ND）患者相比分数低频振幅（fALFF）变化脑区图；CSVD-SID组fALFF在左侧额上回及前扣带回脑区较CSVD-ND组显著增加Figure 2 Comparison of fractional amplitude of low-frequency fluctuations (fALFF) between cerebral small vessel disease with subcortical ischemic depression (CSVD-SID) group and cerebral small vessel disease-non-depression group (brain image showing that CSVD-SID group presents increased fALFF in the red regions; the color bar indicates the t value of two sample t-test)
四、CSVD-SID的灰质体积及fALFF与BDNF 基因（Val66Met）多态性的关联分析在脑结构方面，CSVD-SID诊断及基因型均无明显主效应，CSVD-SID诊断与基因型存在交互作用的脑区主要位于楔叶（F=25.50，P<0.001）、楔前叶（F=13.61，P<0.001）及小脑半球（F=17.23，P<0.001），详见表3及图3A。选择以上具有交互作用的脑区为感兴趣区，进一步提取灰质体积，结果显示CSVD-SID组的蛋氨酸等位基因携带者灰质体积显著大于缬氨酸纯合子携带者（t=3.34，P=0.002）；而CSVD-ND组的蛋氨酸等位基因携带者灰质体积较缬氨酸纯合子携带者显著减少（t=-2.37，P=0.021），见图3B。图3 CSVD-SID与脑源性神经营养因子（BDNF）基因对脑灰质体积变化交互作用。A：交互作用脑区分布图，色谱图数值为全因子分析得出的F值；B：两组之间不同BDNF基因具有交互作用的脑区灰质体积比较图Figure 3 The interaction of cerebral small vessel disease with subcortical ischemic depression (CSVD-SID) and brain derived neurotrophic factor (BDNF) gene on grey matter volume. A: The interaction regions of CSVD-SID and BDNF gene are presented in the orange area, the color bar indicates the F value of full factorial test; B: The grey matter volume of interaction regions in the CSVD-SID group and cerebral small vessel disease-non-depression group with different BDNF gene在脑功能方面，SID诊断与基因型均无明显主效应，且无明显交互作用。
讨论
抑郁是CSVD目前仅次于认知障碍及步态障碍的又一重要临床表现，近年来受到广泛关注。2004年，Krishnan等［8］提出了一个新的概念——SID，主要指存在显著CSVD影像学特征（如WMHs/LI）并符合Coffey分类系统标准的一种晚发性抑郁（late onset depression，LOD），常伴有血管危险因素和认知功能障碍。LOD是一个较广泛的概念，包含各种原因所导致的老年性抑郁，如脑卒中、遗传、外伤及CSVD等。与早发性抑郁相比，LOD有其特有的临床特征，如认知损害领域不同、遗传易患性低、物理治疗反应好等［9, 10］，但其发病原因尚不清楚。由于LOD患者异质性大，研究结果报道不一，而CSVD导致的SID为探讨LOD的发生机制提供了同源性较好的研究对象。目前关于CSVD-SID的发病机制尚不清楚，本研究从脑结构和功能方面探讨CSVD-SID的可能神经机制，结果发现与CSVD-ND患者相比，CSVD-SID患者在多个默认网络（default mode network）脑区，如后扣带回、楔前叶的灰质体积显著增加。默认网络是在注意导向任务中呈负激活的网络，参与了多个认知过程，包括自传体记忆、自我参照、场景构建和心理活动等［11］。既往有关抑郁与灰质体积的研究仍较少，有学者对阈下抑郁患者（即自我报告抑郁量表中得分高于临界值但不符合重症抑郁标准的受试者，或者是抑郁的前期状态者）进行研究，结果发现阈下抑郁患者的默认网络脑区，如后扣带回/楔前叶脑区灰质体积明显增加，这种体积的增加被认为可能与患者异常的情绪评价及情景记忆提取有关［12］。此外，有关抑郁的脑功能活动研究同样发现抑郁患者默认网络脑功能活动增加，可能与患者过度的沉思有关［13］。沉思是抑郁患者发生和维持的重要环节，反复沉思或者冥想是患者表达痛苦思维的具体形式，主要表现为自我聚焦、思考过去、消极思维、自我延续、循环思考及思维内容局限等特点［14, 15］。因此，CSVD-SID患者默认网络脑区灰质体积的增加可能是其功能活动活跃的结构基础。功能影像的出现为探讨神经精神疾病提供了重要工具，在本研究中我们采用不依赖于先验种子点的fALFF方法探讨CSVD-SID患者脑功能的变化特点，结果发现与CSVD-ND组患者相比，CSVD-SID组患者在额上回脑区fALFF值显著增高，无功能活动降低脑区。既往研究发现，额上回脑区的局部功能活动主要与感知压力有关，且这种感知压力可介导额上回脑区的fALFF与抑郁症状的相关性［16］。此外，有学者发现额上回脑区增加的脑功能活动与降低的心理社会功能，如情绪调节及生活满意度等密切相关［17］。一项有关青少年抑郁的研究发现，经历过至少1次抑郁且处在缓解期的青少年在涉及奖赏评估的额上回脑区表现出更大的激活，反映了额上回脑区在奖赏加工中的适应性代偿变化［18］。荟萃分析结果同样显示，在奖赏处理时，抑郁患者额上回和楔叶脑功能活动显著增加［19］，尽管额上回脑区不是传统意义上奖赏环路的组成成分，但在对抑郁症患者的奖赏处理过程起着重要作用，尤其是对视觉刺激的奖赏期望。因此，CSVD-SID患者增高的额上回脑功能活动可能是患者过度的压力感知或降低的心理社会功能的体现，或者是对降低奖赏功能的代偿。神经可塑性受损和神经发生是抑郁病理生理学的关键机制［20］，BDNF在皮质神经元、树突的存活和维持以及突触可塑性中起重要作用，因此，既往研究认为BDNF的外周水平和BDNF基因多态性与重症抑郁的发生和临床进程有关，但目前关于BDNF基因多态性与CSVD-SID脑结构和功能之间的关联尚未见报道。在本研究中我们发现在灰质体积方面，CSVD-SID诊断与BDNF基因型存在交互作用，相应脑区主要位于后枕叶相关脑区，如楔叶、距状回、枕上回及楔前叶等脑区，而在脑功能方面无明显交互作用，提示遗传性因素可能更多的影响脑结构变化。楔叶是大脑中与视觉感知有关的枕叶区域（如面部情感），在对社会交往及焦虑情绪调节中起很重要的作用［21］。Peng等［22］发现，与健康对照组相比，焦虑抑郁患者楔叶灰质体积显著增加，但未考虑BDNF基因型对结果的影响。既往有关BDNF基因多态性与脑灰质体积之间关系的研究结果报道不一。在儿童及青少年时期（5.6~18.4岁），有研究发现蛋氨酸纯合子携带者楔叶灰质体积明显大于缬氨酸纯合子携带者，且在智力测试中具有更好的执行处理速度［4］；McKay等［23］发现在健康青年人群中（18~33岁），BDNF的基因多态性与灰质结构无明显相关；而Sublette等［24］对55例健康人群（15~60岁）的BDNF基因型与灰质体积的关系进行研究，发现蛋氨酸等位基因携带者灰质体积在多个脑区，如海马、颞叶和枕叶较缬氨酸纯合子携带者明显下降，且仅在蛋氨酸等位基因携带者中年龄与杏仁核体积呈负相关，表明随着年龄的增加，灰质逐渐萎缩。我们发现在CSVD-ND组患者中，与缬氨酸纯合子携带者相比，蛋氨酸等位基因携带者灰质体积同样在枕叶等脑区明显萎缩；而在CSVD-SID组中，蛋氨酸等位基因携带者相应脑区的灰质体积较缬氨酸纯合子携带者增加，这可能意味着CSVD 蛋氨酸等位基因携带者在正常生理老化过程中灰质体积逐渐萎缩，而灰质体积改变不明显甚至增加者，更倾向于有抑郁趋势。既往研究存在不同的研究结果可能与纳入研究对象不同的年龄段有关，目前尚未见有关BDNF基因与脑结构、功能变化的年龄分层研究，仍有待进一步的探讨证实。本研究结果对于进一步了解CSVD的抑郁症状的发病机制具有一定的临床价值，但本研究仅为观察性研究且样本量较小，将来需要进一步扩大样本量并开展基础研究对本研究结果进行补充和验证。综上所述，我们发现CSVD-SID主要在pDMN脑区灰质体积显著增加，且前额叶脑区功能活动显著增加；SID诊断与基因型之间在灰质体积方面存在交互作用，在CSVD 蛋氨酸等位基因携带者中，后枕叶灰质体积增加者患抑郁的风险更高。
参考文献略