OCT評(píng)估阿爾茨海默病和輕度認(rèn)知障礙患者的視網(wǎng)膜微血管和神經(jīng)變化

阿爾茨海默�。ˋD）是一種起病隱匿的進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，病因迄今未明且缺乏有效的治療方案，因此早期診斷尤為關(guān)鍵。本文研究人員應(yīng)用光學(xué)相干斷層掃描（OCT）和OCT血管造影術(shù)評(píng)估并比較了阿爾茨海默病（AD）、輕度認(rèn)知障礙（MCI）和認(rèn)知功能正常對(duì)照組的淺層毛細(xì)血管叢（SCP）中的視網(wǎng)膜微血管。發(fā)現(xiàn)與MCI組相比，與MCI患者和對(duì)照組相比，AD患者的黃斑血管密度、灌注密度、GC-ILP厚度都顯著降低，而AD患者視網(wǎng)膜微血管的變化可能反映了腦血管變化，這為AD臨床早期診斷提供了一定思路。該研究以“Retinal Microvascular and Neurodegenerative Changes in Alzheimer’s Diseaseand Mild Cognitive Impairment Compared with Control Participants”為題發(fā)表于Ophthalmology Retina。

  背景

 阿爾茨海默�。ˋD）是造成癡呆癥最常見的病因（60%-80%），僅在美國就有約550萬人受其影響，預(yù)計(jì)到2050年將有1380萬人受到影響。AD的特征是記憶缺陷、失語癥、失用癥，和失認(rèn)癥，此外輕度認(rèn)知障礙（MCI）被認(rèn)為是正常衰老與伴有認(rèn)知衰退的癡呆之間的過渡階段。據(jù)估計(jì)，32%的MCI患者將在5年的隨訪期內(nèi)發(fā)展為AD。由于AD的患病率不斷增加，而又缺乏有效的治療方案，找到能夠用于早期診斷的生物標(biāo)志物并將其納入干預(yù)性臨床試驗(yàn)已成為當(dāng)務(wù)之急。目前對(duì)阿爾茨海默病和輕度認(rèn)知障礙的診斷方法，存在成本過高、具有侵入性、特異性及敏感度不佳、評(píng)估時(shí)間過久等問題。因此我們迫切需要使用更快、更容易進(jìn)行、侵入性更低的診斷技術(shù)對(duì)高危人群進(jìn)行有效篩查。

 阿爾茨海默病的神經(jīng)病理學(xué)特征包括β-淀粉樣蛋白斑塊沉積和神經(jīng)原纖維纏結(jié)，這兩者都導(dǎo)致炎癥和神經(jīng)變性。目前現(xiàn)有的體內(nèi)成像技術(shù)無法獲得腦微血管的變化。視網(wǎng)膜微血管和腦微血管具有相似的胚胎起源以及解剖和生理特性，且可直接成像，為腦微血管病理特征研究提供了途徑。在遺傳上易患或表現(xiàn)出阿爾茨海默病臨床癥狀的個(gè)體中，也可在視網(wǎng)膜中檢測到腦中的變化。光學(xué)相干斷層掃描（OCT）成像已用于檢測AD和MCI患者神經(jīng)節(jié)細(xì)胞-內(nèi)叢狀層（GC-IPL）厚度和視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層（RNFL）中發(fā)生的神經(jīng)退行性變化。La Morgia等人使用OCT進(jìn)行活體觀察，發(fā)現(xiàn)AD參與者的RNFL厚度減少，在死后的AD視網(wǎng)膜標(biāo)本中，視黑質(zhì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞缺失顯著。

 除神經(jīng)退行性改變之外，血管重塑在MCI和AD中也起著非常關(guān)鍵的作用。對(duì)AD患者大腦微血管的尸檢研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，患病樣本的血腦屏障受損，毛細(xì)血管密度、長度和平均直徑減少。眼底成像顯示，AD參與者的視網(wǎng)膜血管參數(shù)異常，包括血管衰減、血管寬度標(biāo)準(zhǔn)偏差增加、分支模式的復(fù)雜性降低，以及小靜脈彎曲減少等。光學(xué)相干斷層掃描血管造影術(shù)（OCTA）能做到在眼底成像發(fā)現(xiàn)之前，就檢測到毛細(xì)血管和灌注密度的減少。已經(jīng)有兩項(xiàng)OCTA研究報(bào)告了AD會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管密度降低。本文試圖使用OCTA通過對(duì)比AD和MCI患者與認(rèn)知完整的對(duì)照參與者淺層毛細(xì)血管叢（SCP）中的視網(wǎng)膜微血管，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜微血管的生物標(biāo)志物，促進(jìn)AD的早期診斷的進(jìn)步。

 所有受試者均排除非AD相關(guān)的癡呆、糖尿病、失控的高血壓、脫髓鞘疾病、青光眼等可能影響OCT和OCTA分析的病史，以及ETDRS視力測試不到20/40的。受試者經(jīng)簡易智力狀況檢查法（MMSE）評(píng)估認(rèn)知。研究使用Zeiss Cirrus HD-5000和AngioPlex（Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA）成像，獲取以中央凹為中心的3×3-mm和6×6-mm圖像，軟件使用根據(jù)ETDRS制定的網(wǎng)格（3-mm circle、3-mm ring、6-mm circle）計(jì)算平均血管密度（VD）和灌注密度（PD）（圖1）。

 

 

圖1 ETDRS網(wǎng)格。（A）3-mm circle；（B）3-mm ring；（C）6-mm ring。根據(jù)藍(lán)色區(qū)域計(jì)算VD和PD。

 

 結(jié)果

 共有來自52名AD參與者的90只眼、來自41名MCI參與者的79只眼和來自142名健康對(duì)照參與者的269只眼被登記并成像。共有13名AD參與者的20只、4名MCI參與者的7只和11名對(duì)照組參與者的15只眼被排除，其中22只因掃描質(zhì)量差而被排除，20只因運(yùn)動(dòng)偽影而被排除。由于部分AD患者易疲勞，更易出現(xiàn)固定偏差，導(dǎo)致22.2%的已成像的AD眼由于掃描質(zhì)量差（小于7/10）或運(yùn)動(dòng)偽影而被排除。因此，共分析了39名AD參與者的70只眼、37名MCI參與者的72只眼和133名健康對(duì)照參與者的254只眼。

 AD組參與者的平均視力（0.20 ± 0.10 logMAR）與MCI組參與者（0.16 ± 0.10 logMAR）相比無顯著差異（P = 0.11），但低于對(duì)照組參與者（0.11 ± 0.1 logMAR；P＜0.001），MCI組與對(duì)照組間差異顯著（P = 0.001）。

 不同年齡間的結(jié)果差異顯著，但在性別上無顯著差異（表1）。AD組的平均年齡（72.8 ± 7.7歲）高于MCI組（71.1 ± 7.6歲）和對(duì)照組（69.2 ± 7.8歲）。與對(duì)照組相比，AD組（P < 0.001）和MCI組（P < 0.001）的MMSE評(píng)分均較低（表1）。經(jīng)多年教育調(diào)整后，AD組的MMSE評(píng)分低于MCI組（P = 0.033），MCI組的MMSE評(píng)分低于對(duì)照組（P < 0.001）。
    對(duì)比AD組與MCI組，AD組的3-mm circle血管密度（VD）（P = 0.003）和3-mm ringVD（P = 0.001）顯著降低，3-mm circle灌注密度（PD）（P = 0.004）和3-mm ringPD（P = 0.002）也顯著降低（圖2）。6-mm circle VD顯著低于MCI組（P = 0.047）（表2）。但6-mm circle PD上無顯著差異（P = 0.053）。與MCI組相比，AD組的次級(jí)GC-IPL厚度（P = 0.032）和鼻下GC-IPL厚度（P = 0.025）顯著降低，而兩組的RNFL厚度無顯著差異（P > 0.05）。

   

 

圖2 參與者左眼淺表毛細(xì)血管叢（SCP）的3×3-mm OCT血管造影圖。（A）對(duì)照參與者；（B）MCI參與者；（C）AD參與者；（D-F）SCP血管密（VD）度顏色譜圖；（G-I）SCP灌注密度（PD）顏色譜圖；可見AD參與者（F，I）的VD和PD較對(duì)照組（D，G）和MCI組（E，H）減少。

 對(duì)比AD組與對(duì)照組，AD組的3-mm circle VD（P = 0.015）、3-mm circle PD（P = 0.009）、3-mm ring VD（P = 0.008）和3-mmring PD（P = 0.004）均顯著低于對(duì)照組，6-mmcircle PD也顯著降低（P = 0.033）（表2）。而6-mm circle VD（P = 0.053）上無顯著差異（圖3）。與對(duì)照組相比，AD組的GC-IPL厚度在整體（P = 0.012）、鼻上（P = 0.041）、次級(jí)（P = 0.004）和鼻下（P = 0.006）段都顯著降低（圖4）。兩組在RNFL厚度方面無顯著差異（P > 0.05）。

 

 

圖3 參與者左眼淺表毛細(xì)血管叢（SCP）的6×6-mm OCT血管造影圖。（A）對(duì)照參與者；（B）MCI參與者；（C）AD參與者；（D-F）SCP血管密（VD）度顏色譜圖；（G-I）SCP灌注密度（PD）顏色譜圖；可見AD參與者（F，I）的VD和PD較對(duì)照組（D，G）和MCI組（E，H）減少。
   

 

圖4 左眼黃斑OCT圖像的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞分析。（A）對(duì)照參與者；（B）MCI參與者；（C）AD參與者。橢圓環(huán)形區(qū)域?qū)��?yīng)的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞-內(nèi)叢狀層（GC-IPL）厚度表明，AD參與者（F）的較對(duì)照組（D）和MCI組（E）的薄。

 對(duì)比MCI組與對(duì)照組，兩組在3-mm circle、3-mm ring和6-mm circle的VD和PD上無顯著差異（均P > 0.05）。MCI組RNFL厚度較對(duì)照組顯著減少（P = 0.04）。兩組的GC-IPL厚度無顯著差異（P > 0.05），中央凹無血管區(qū)面積和CST厚度無顯著差異（均P＞ 0.05表2）。

 通過斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)分析OCTA和OCT參數(shù)與MMSE評(píng)分的相關(guān)性。對(duì)于3×3-mm OCTA參數(shù)，3-mm circle VD（ρ = 0.153；P = 0.003），3-mm ring VD（ρ = 0.168；P = 0.001），3-mm circle PD（ρ = 0.146；P = 0.004），3-mm ring PD（ρ = 0.160；P = 0.002），均與MMSE評(píng)分顯著相關(guān)（均P＜ 0.005；見www.ophthalmologyretina.org）。3×3-mm FAZ面積或6×6-mm VD或PD與MMSE分?jǐn)?shù)間無顯著相關(guān)性（均P > 0.05）。對(duì)于OCT參數(shù)，平均RNFL厚度（ρ = 0.132；P = 0.009）和平均GC-IPL厚度（ρ = 0.234；P < 0.001）均與MMSE評(píng)分顯著相關(guān)。中心子視野厚度與MMSE評(píng)分無顯著相關(guān)性（P> 0.05）。


  討論

 本研究中，AD組中無論在ETDRS 3×3-mm還是6×6-mm掃描中的VD和PD都顯著低于MCI組和對(duì)照組，表明VD和PD似乎可以作為有效的成像生物標(biāo)志，從有癥狀的個(gè)體中篩選出AD患者，并且可能能夠區(qū)分MCI和AD。

 本研究除AD組3-mm ring、3-mm circle和6-mm circle中PD降低之外，還觀察到3-mm ring、3-mm circle環(huán)和6-mm circle VD較對(duì)照組也顯著降低。通過血管的總長度來量化計(jì)算血管密度而不考慮血管直徑，大血管和小毛細(xì)血管對(duì)所計(jì)算密度值的貢獻(xiàn)相等。因此，在評(píng)估視網(wǎng)膜微血管時(shí)，VD可能更為敏感。Jiang等研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，AD組的淺層和深層毛細(xì)血管叢以及MCI組的深層毛細(xì)血管叢中的分形維數(shù)降低。但該研究沒有排除青光眼或控制型2型糖尿病，這可能會(huì)影響OCTA參數(shù)。此外，分形維數(shù)是對(duì)OCTA圖像整體分支復(fù)雜性的衡量，可能不會(huì)反映早期微血管變化。本研究中的分析僅限于淺層毛細(xì)管叢，因?yàn)樗�更容易分割，并且偽影更少，而中深毛�?xì)血管叢的評(píng)估研究也正在進(jìn)行。

 本研究得到的OCTA結(jié)果與之前眼底照片評(píng)估視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的結(jié)果一致，其中AD患者的小靜脈管徑較窄，小動(dòng)脈和小靜脈分形維數(shù)降低，小動(dòng)脈和小靜脈彎曲度增加。然而照片評(píng)估研究間的關(guān)鍵血管參數(shù)不同，包括視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈和靜脈的口徑、血管寬度的標(biāo)準(zhǔn)差、小動(dòng)脈與小靜脈的比率、靜脈網(wǎng)絡(luò)的分形維數(shù)等，且照片可見的視網(wǎng)膜病變通常代表靶器官已經(jīng)損傷，可能反映的是結(jié)構(gòu)性微血管損傷的晚期階段。本文使用OCTA對(duì)SCP的VD和PD進(jìn)行定量測量，可以檢測眼底照片上尚不可見的血管損失區(qū)域，實(shí)現(xiàn)早期診斷。

 本研究中FAZ面積在各組之間無顯著差異，而這與先前的研究結(jié)果不一致。但也有研究報(bào)道正常眼睛中FAZ區(qū)域的顯著變化，因此這可能與性別、中央視網(wǎng)膜厚度和視網(wǎng)膜血管性癡呆有關(guān)，需要額外的大樣本研究來進(jìn)一步確認(rèn)。

 本研究中與MCI和對(duì)照組相比，AD患者的GC-IPL厚度顯著降低，與之前的綜述報(bào)告結(jié)果一致。有研究對(duì)AD患者去世后眼睛的形態(tài)計(jì)量學(xué)分析顯示，與對(duì)照組參與者相比，中央視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層神經(jīng)元的總數(shù)減少了25%。Willams等人報(bào)道在AD小鼠模型中，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞樹突萎縮先于細(xì)胞損失，表明GC-IPL厚度可能是早期檢測AD的有效生物標(biāo)志物。此外GC-IPL變薄與視覺皮層和小腦的灰質(zhì)體積較低以及磁共振成像上的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)完整性較低有關(guān)。因此當(dāng)與OCTA視網(wǎng)膜微血管評(píng)估結(jié)合時(shí)，GC-ILP具有改善AD的篩查的潛力。

 本研究中，MCI參與者和對(duì)照組參與者之間的VD、PD、FAZ面積、CST和GC-ILP厚度均無顯著差異，但MCI患者是一個(gè)復(fù)雜的異質(zhì)性群體，包括可能不會(huì)發(fā)展為阿爾茨海默病、可能恢復(fù)認(rèn)知正�；蚩赡鼙憩F(xiàn)為非阿爾茨海默病性癡呆的患者。本研究中MCI組的MMSE評(píng)分明顯低于對(duì)照組，支持了對(duì)MCI和相關(guān)認(rèn)知功能下降的臨床診斷，但β-淀粉樣斑塊在MCI中的作用仍未得到解答。即使本研究樣本量較大，但可能仍需要更多的樣本量進(jìn)一步補(bǔ)充驗(yàn)證。

 總之，本文使用OCT和OCTA評(píng)估了阿爾茲海默癥和輕度認(rèn)知障礙患者的視網(wǎng)膜微血管變化和神經(jīng)退行性變化，發(fā)現(xiàn)AD患者的黃斑部血管密度和灌注密度明顯減少，但在FAZ和CST方面無顯著差異。視網(wǎng)膜微血管的變化可能反映了阿爾茲海默癥的小血管腦血管變化。這些參數(shù)可作為診斷阿爾茲海默癥的替代性無創(chuàng)生物標(biāo)志物，未來的研究需要確定其是否能夠檢測輕度認(rèn)知障礙到阿爾茨海默病的進(jìn)展。
 

 

參考文獻(xiàn)：

Stephen, et al. "Retinal Microvascular and Neurodegenerative Changes in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment Compared with Control Participants." Ophthalmology Retina 3.6(2019):489-499.