帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是中老年人常见的神经系统变性疾病。近年来,随着全球性的人口老龄化进程加速、寿命延长以及环境因素潜在影响,PD发病率呈快速增长趋势。但目前PD的诊断明显滞后,主要依据典型的临床症状,如静止性震颤、肌强直、动作迟缓、姿势平衡障碍等,而此时已经达到Braak分期中的Ⅲ期,治疗效果欠佳。但如果在PD早期进行干预、治疗,或可取得良好的治疗效果。因此如何早期诊断PD并提高诊断准确率是目前亟待解决的难点和热点。PD主要病理基础为黑质致密部(Substantia nigra pars compacta,SNpc)多巴胺能神经元凋亡坏死,致使纹状体多巴胺机能减低,而引起相应临床症状。多巴胺的氧化路径中存在两种重要物质,分别是多巴胺代谢下游产物神经黑色素,以及环境中的铁离子。神经黑色素作为多巴胺代谢产物,其含量可以间接反映黑质致密部多巴胺神经元含量。而铁离子作为细胞环境中的损伤因子,不仅参与多巴胺的氧化过程,更可以被神经黑色素捕获鳌和形成自噬体,然而一旦自噬体中铁离子过载,神经黑色素-铁复合物将会裂解并重新被释放到环境中,引起神经细胞损伤。随着磁共振技术的发展,神经黑色素敏感磁共振成像(Neuromelanin-sensetive magnetic resonance imaging,NM-MRI)可以通过检测SNpc神经黑色素含量来间接反映多巴胺能神经元水平。定量磁敏感图(Quantitative susceptibility mapping,QSM)可以定量组织内铁含量,并被广泛应用于神经退行性疾病的黑质(Substantia nigra,SN)铁定量研究中。目前神经黑色素和铁沉积改变的磁共振研究可以一定程度地辅助PD的临床诊断,然而早期PD明确诊断的神经生物标记仍然欠缺,因此寻找更多可靠的神经影像学标记物,实现对PD的早期诊断具有重要的临床意义。从既往文献中得知,黑质结构中的细胞并不是均匀分布的,解剖和功能学上将黑质分为两部分:富含多巴胺能神经元及神经黑色素的SNpc区域和含γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)能神经元且铁含量较高的黑质网状部(Substantia nigra pars reticulata,SNpr更多)。二者之间交叉分布,SNpc 中的神经元以簇状细胞集群岛(黑质小体)的形态深入分布于SNpr中。因此本研究认为二者的交集区域既富含神经黑色素又含有较多的铁。该区域被定义为重叠区,在磁共振图像中表现为NM-MRI显示的神经黑色素积聚区和QSM显示的铁沉积积聚区的交集。鉴于重叠区同时富含神经黑色素和铁,且神经黑色素对于细胞的双向作用(神经保护或者神经损伤)在一定程度上依赖于铁改变,因此本研究推测重叠区或许能为黑质神经元退变的发生和发展提供更敏感的信息。除PD外,常见的帕金森综合征(Parkinsonisms)如进行性核上性麻痹(Progressive superanuclear palsy,PSP),多系统萎缩(Multiple system atrophy,MSA)等神经退行性疾病致残致死率极高。其与PD的共同特点是起病隐匿,呈进行性发展,早期临床诊断较困难,预后较差,同时黑质也是PSP和MSA的主要病理损害结构。目前虽有部分报道称利用帕金森综合征黑质内神经黑色素和铁沉积改变的区域选择性不同可以辅助鉴别诊断,但在疾病早期实现明此网站确鉴别仍然十分困难。此外,黑质中神经黑色素在健康人群中随年龄而变化,个体衰老通常与神经退行性改变伴行,全面了解健康人群老化相关的黑质亚区神经黑色素及铁沉积改变对于神经退行性疾病的研究也十分重要。因此本研究将立足于黑质的神经黑色素及铁沉积,根据神经黑色素及铁沉积的分布划定黑质亚区,重点关注重叠区域,对正常人群老化、早期PD及早期帕金森综合征展开研究。近年的新兴技术——三维多回波磁化转移神经黑色素敏感序列(3 dimensional multi-echo magnetization transfer contrast neuromelanin-sensitive sequence,3D ME-MTC-NM)将多回波技术与磁化传递技术相结合,可以在一次较短时间的扫描内,联合第一个超短回波时间(Echo time,TE),同时获得神经黑色素图像及定量磁敏感图,既能解决运动障碍病人磁共振检查时间长不耐受的问题,又能避免多序列研究中的空间配准导致的误差。其中神经黑色素信号间接反映黑质致密部多巴胺能神经元含量,从而了解其生理变化及病理凋亡程度;定量磁敏感图定量检测黑质内铁含量。因此,本研究拟分为三个部分展开,应用3D ME-MTC-NM序列分别探究(1)健康人群黑质亚区神经黑色素和铁沉积的年龄相关变化;(2)早期PD黑质亚区的神经黑色素及铁沉积改变;(3)早期帕金森综合征的黑质亚区神经黑色素及铁沉积改变的差异。第一部分:应用多回波磁化转移对比神经黑色素敏感序列研究健康人群黑质亚区神经黑色素和铁沉积的年龄相关变化研究目的:应用3D ME-MTC-NM序列研究正常健康人群黑质(SN)亚区神经黑色素及铁的年龄相关性改变。材料和方法:本研究为前瞻性研究,招募了 115名年龄在20至86岁之间的健康志愿者,使用3.0 T MRI进行扫描。成像序列包括三维T1加权成像(T1-weighted imaging,T1WI)和 3D ME-MTC-NM 序列。从 3D ME-MTC-NM 序列中得到神经黑色素图像以及重建后得到定量磁敏感图(QSM)。分别在神经黑色素图像和QSM中手动勾画神经黑色素高信号积聚区和铁沉积区。使用FSLmaths运算来计算上述两个区域的交集,即重叠区。采用偏相关分析方法评价黑质三个亚区(即神经黑色素积聚区、铁沉积区、重叠区)的体积、信号比(Contrast ratio,CR)和(或)磁化率与年龄的相关性。采用曲线估计模型来寻找最佳回归模型。进行因果逐步回归分析以得出可能存在的中介作用。研究结果:神经黑色素积聚区及重叠区的信号比均随年龄增长而增加(r=0.379,P<0.001;r=0.371,P<0.001),而体积随年龄增长而下降(r=-0.559,P<0.001;r=-0.410,P<0.001)。多项式回归分析发现,在34岁之前,正常成年人群的神经黑色素积聚区体积随着年龄的增长而小幅增加,然后随年龄逐渐下降(R2=0.358,P<0.001)。各亚区的磁化率与年龄之间均无显著相关性。重叠区信号比与磁化率无相关性。结论:重叠区的信号比随着年龄的增长而增加,而体积随年龄下降。本研究进一步发现,成年人神经黑色素积聚区体积逐渐增加至30-40岁年龄段,随后下降。本研究可为今后黑质相关的神经退行性病变的研究提供参考。第二部分:多回波磁化转移对比神经黑色素敏感序列评价早期帕金森病黑质亚区的神经黑色素及铁改变研究目的:应用3D ME-MTC-NM序列探究早期帕金森病(PD)黑质亚区的神经黑色素及铁改变。材料和方法:该研究为前瞻性研究,应用飞利浦3.0TMRI扫描仪,对30例早期PD患者(病例组)及年龄性别匹配的70名健康志愿者(对照组)进行3D ME-MTC-NM序列数据采集。采用手动勾画及运算方法得到神经黑色素积聚区、铁沉积区及重叠区。采用协方差分析,将年龄作为协变量,比较三个亚区(神经黑色素积聚区、铁沉积区及重叠区)的体积、信号比(CR)和(或)磁化率在早期PD和健康对照中的差异,采用受试者工作特征曲线(Receiver operating characteristic curve,ROC曲线)评价各测量指标的诊断效能,并比较ROC曲线下面积(Area under curve,AUC),确定具有最优诊断效能的测量指标。研究结果:早期PD组与健康对照组年龄(62.133±10.338岁,59.914±9.226岁,P=0.290)及性别分布(P=0.664)未见明显统计学差异。早期PD患者神经黑色素积聚区体积(271.613±61.854mm3,303.980±47.229mm3,P=0.023)及信号比(0neurodegeneration biomarkers.060±0.034,0.123±0.038,P<0.001)明显低于健康对照组;铁沉积区磁化率高于健康对照组(0.090±0.019ppm,0.081±0.016ppm,P=0.023)。早期 PD患者重叠区体积及信号比明显低于正常对照组(155.881±47.039mm3,176.671±37.367mm3,P=0.047;0.063±0.034,0.133±0.040,P<0.001),而磁化率高于正常对照组(0.100±0.020,0.091±0.017,P=0.029)。神经黑色素积聚区的体积(P=0.042)、信号比(P<0.001)和重叠区的信号比(P<0.001)对早期PD有诊断价值,曲线下面积AUC分别达0.650,0.898,0.920。其中,重叠区信号比的曲线下面积显著高于神经黑色素积聚区信号比的曲线下面积(0.920,0.898,P=0.018)。结论:早期PD黑质神经黑色素积聚区体积及信号比减低,铁沉积区磁化率升高;重叠区的体积、信号比减低而磁化率升高。此外,重叠区信号比在早期PD诊断中表现较高的诊断效能,提示重叠区信号比减低可能是PD早期黑质退变的标志。第三部分:多回波磁化转移对比神经黑色素敏感序列评价早期帕金森综合征黑质亚区改变差异的初步研究目的:应用3D ME-MTC-NM序列探究早期帕金森综合征黑质亚区的神经黑色素及铁改变的差异。材料和方法:该研究为前瞻性研究,于2020年6月至2022年12月纳入30名早期帕金森病(PD),18名早期进行性核上性麻痹(PSP)及17名早期多系统萎缩(MSA)患者,行T1WI及3DME-MTC-NM序列扫描。采用手动勾画及运算方法得到神经黑色素积聚区、铁沉积区及重叠区。采用协方差分析比较三个黑质亚区(即神经黑色素积聚区、铁沉积区及重叠区)的体积、信号比(CR)和(或)磁化率在早期PD、PSP和MSA中的差异。根据运动障碍侧区分亚区患对侧及患同侧,采用协方差分析分别比较患对侧和患同侧的三个亚区神经黑色素及铁改变在三组早期帕金森综合征中的差异,并进行组间两两比较。研究结果:经错误发现率(False discovery rate,FDR)校正后,早期PD、PSP及MSA三组间重叠区磁化率存在组间差异(P=0.035),而三组间神经黑色素积聚区体积、信号比,铁沉积区体积、磁化率及重叠区体积、信号比改变未见明显统计学差异。两两比较中,早期PSP组重叠区磁化率明显高于早期PD组(0.104±0.0220ppm,0.100±0.020ppm,P=0.016)和 早 期 MSA 组(0.104±0.0220ppm,0.098±0.019ppm,P=0.022)。患对侧亚区比较发现三组间重叠区磁化率存在差异(P=0.038)。患同侧亚区比较发现三组间神经黑色素积聚区体积和重叠区磁化率存在差异趋势,而经过FDR校正后,差异无统计意义。结论:早期PSP患者重叠区的磁化率较早期PD及MSA患者升高,而PD与MSA未见明显差异。重叠区的改变有助于识别帕金森综合征的特征性改变,需要在未来大样本及细致分型的研究中进一步验证。