《Neuromuscular Disorders》：Motor unit magnetic resonance imaging (MUMRI) as a novel biomarker of muscle activity in spinal muscular atrophy
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本研究针对脊髓性肌萎缩症（SMA）缺乏敏感生物标志物的难题，开展了运动单元磁共振成像（MUMRI）技术的创新性应用研究。通过对比10例SMA III型患者与健康对照组的肌束震颤频率和脂肪分数，发现患者腰背部、大腿和小腿肌肉的MUMRI检测肌束震颤率（单位：cm?3min?1）显著高于对照组（p≤0.002），且脂肪分数显著升高（p≤0.002）。MUMRI作为一种无创、可量化深部肌肉活动的影像技术，为SMA疾病进展监测和临床试验评估提供了新型生物标志物。
随着基因治疗药物的问世，脊髓性肌萎缩症（Spinal Muscular Atrophy, SMA）——这种因生存运动神经元1（SMN1）基因突变导致的神经肌肉疾病——的治疗迎来了革命性突破。然而，当治疗窗口不断前移，临床面临的新挑战是如何精准评估疾病进展和治疗反应。目前SMA缺乏敏感、无创且能反映早期功能变化的生物标志物。现有手段如血清标志物特异性不足，电生理检查虽有价值但具有侵入性且难以探测深部肌肉，而常规磁共振成像（MRI）主要揭示的是肌肉脂肪替代等不可逆的结构改变，无法捕捉运动单元的功能性活动。在此背景下，一种能够无创、直观显示运动单元功能活动的新型影像技术——运动单元磁共振成像（Motor Unit MRI, MUMRI）应运而生，其为SMA的精准评估带来了新的希望。
为验证MUMRI技术在SMA中的应用价值，来自纽卡斯尔大学的研究团队在《Neuromuscular Disorders》上发表了最新研究成果。该研究招募了10名SMA III型患者和10名年龄、性别匹配的健康对照者，利用3T磁共振扫描仪，对舌、上臂、腰背部、大腿及小腿肌肉进行了MUMRI序列（一种对水分子运动敏感的脉冲梯度自旋回波序列）和3点Dixon序列（用于定量脂肪分数）扫描。MUMRI的原理是当运动单元放电引起肌纤维收缩时，会引发水分子移动，从而在图像上产生信号空洞，通过分析连续图像即可无创地检测并量化肌束震颤。同时，研究还辅以表面肌电图（sEMG）在肱二头肌和胫骨前肌进行同步记录，以对比两种技术的检测效能。
3. 结果
3.1.2. MUMRI肌束震颤率
研究发现，SMA患者在三处肌肉的肌束震颤率显著高于健康对照组：腰背部肌肉（0.15 ± 0.20 vs. 0.003 ± 0.006 cm?3min?1, p=0.001）、大腿肌肉（1.28 ± 1.76 vs. 0.008 ± 0.005 cm?3min?1, p=0.002）和小腿肌肉（0.53 ± 0.85 vs. 0.02 ± 0.02 cm?3min?1, p=0.001）。而在舌部（p=0.082）和上臂肌肉（p=0.014）中，两组差异未达到校正后的显著性水平。代表性活动图谱清晰显示了SMA患者下肢肌肉中存在更多的肌束震颤。
3.1.3. 质子密度脂肪分数
通过3点Dixon序列评估的肌肉脂肪浸润程度显示，SMA患者在上臂、腰背部、大腿和小腿肌肉的脂肪分数均极显著高于对照组（所有p<<0.001或p=0.002），例如大腿肌肉的脂肪分数高达54.8% ± 23.8%，而对照组仅为5.7% ± 1.0%。唯独舌肌的脂肪分数在两组间无显著差异（p=0.393）。此外，研究还发现伴有脊柱侧凸的SMA患者，其腰背部肌肉的脂肪分数显著高于无脊柱侧凸者（p=0.033）。
3.1.4. 肌束震颤率与质子密度脂肪分数的关系
一个有趣的发现是，当按脂肪分数对患者进行排序时，那些脂肪分数处于中间水平的患者，其肌束震颤率往往最高。这表明肌肉病变可能呈现一个动态过程：在病变早期（脂肪浸润较轻）和晚期（脂肪浸润严重），肌束震颤活动相对较低；而在病变中期（中度脂肪浸润），代偿性神经再支配过程可能最为活跃，导致肌束震颤频率升高。这提示MUMRI（功能活动）与脂肪分数（结构改变）联合使用，或许能更精细地描绘疾病的不同阶段。
3.1.5. MUMRI与表面肌电图的比较
sEMG在胫骨前肌检测到的肌束震颤率在SMA患者中显著高于对照组（p=0.017），但在肱二头肌中无显著差异。当直接比较两种技术检测到的绝对事件数量时，sEMG在两组肌肉中检测到的事件数量均显著多于MUMRI。进一步分析显示，在SMA患者中，MUMRI与sEMG的计数结果之间没有显著相关性。这可能是由于MUMRI的时间采样频率（约1秒/次）低于sEMG的连续记录，导致其可能遗漏一些短暂的肌束震颤事件。
3.1.6. MUMRI检测区域的性质
分析MUMRI所检测到的活动区域的横截面积和最大/最小费雷特直径（衡量区域大小的指标），发现在患者和对照组之间均无显著差异。这表明在当前SMA III型患者队列中，MUMRI尚未能捕捉到可能由神经再支配导致的运动单元增大的信号。
4. 讨论与结论
本研究首次成功将MUMRI技术应用于SMA患者，证实了其无创检测肌束震颤的可行性，并揭示了SMA患者在多个肌肉群中存在异常增高的肌肉活动。MUMRI技术耐受性良好，为SNA的临床研究提供了一个全新的功能性影像学生物标志物。
尽管MUMRI在时间分辨率上不及sEMG，但其具备空间分辨率高、能探测深部肌肉活动、提供活动区域空间信息等独特优势。本研究发现的肌束震颤率与脂肪分数之间的潜在关系尤为值得关注，它暗示了将功能影像（MUMRI）与结构影像（脂肪定量）结合，可能更全面地评估疾病进程和治疗反应。
研究的局限性在于样本量较小且患者功能状态（8名能行走者，2名非坐立者）存在异质性。未来需要在更大样本、包含不同SMA分型以及纵向研究中进一步验证MUMRI的敏感性和可靠性，并探索其检测结果与临床功能评分之间的关联。
总之，运动单元磁共振成像（MUMRI）作为一种新颖的无创成像技术，能够敏感地检测SMA中的病理性肌肉活动（肌束震颤）。它不仅弥补了现有生物标志物的不足，更重要的是提供了关于运动单元功能的直接信息，有望成为未来SMA临床试验中监测疾病进展和治疗反应的有力工具。
