《Human Brain Mapping》：Longitudinal Neuroimaging Reveals Divergent Clinical Associations of Glymphatic Dysfunction and Dopaminergic Degeneration in Parkinson's Disease
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本刊推荐：基于PPMI队列纵向研究，本文创新性地探讨帕金森病中类淋巴系统（glymphatic）功能（通过DTI-ALPS指数评估）与黑质纹状体多巴胺能变性（通过DAT-SBR指数评估）的关系。研究发现，ALPS与SBR不相关，提示二者代表独立病理轨迹。ALPS指数与运动严重程度（UPDRS-III）及白质微结构退化相关，可作为反映网络完整性的潜在影像标志物，而DAT-SBR指数则关联睡眠障碍及血清尿酸。结果为深入理解帕金森病多面性病理机制提供了互补的生物标志物视角，具有重要临床转化意义。
引言
帕金森病（Parkinson's disease, PD）是一种以运动和非运动症状为临床特征的进行性神经退行性疾病。其根本病理基础是中脑黑质致密部多巴胺能神经元的丢失。广泛的证据表明，这些神经元的死亡主要由α-突触核蛋白（α-synuclein）的病理性聚集和积累引起，形成细胞内包涵体，即路易小体（Lewy bodies）。尽管PD的临床表现和神经元丢失已得到充分研究，但导致α-突触核蛋白积累的上游机制仍不清楚。近年来，类淋巴系统（glymphatic system）功能障碍——一种由星形胶质细胞终足上的水通道蛋白-4（aquaporin-4， AQP4）介导的脑脊液（cerebrospinal fluid， CSF）清除通路——被认为可能参与PD中α-突触核蛋白的积累和神经变性。类淋巴系统作为一个全脑范围的废物清除网络，促进脑脊液和间质液的血管旁交换，以消除神经毒性聚集体。
为了非侵入性地评估这一功能，沿血管周围空间的弥散张量成像分析（diffusion tensor imaging analysis along the perivascular space， DTI-ALPS）已成为一种有前景的方法学。同时，使用单光子发射计算机断层扫描（single-photon emission computed tomography, SPECT）的多巴胺转运体（dopamine transporter， DAT）成像是评估PD中黑质纹状体变性的成熟生物标志物，即纹状体结合比（striatal binding ratio， DAT-SBR）。然而，类淋巴功能障碍与多巴胺能去神经支配之间的相互作用，是PD研究中一个关键但存在争议的前沿领域。近期研究整合DTI-ALPS指数与DAT-SBR指数得出了相互矛盾的结果，突显了澄清两者关系的迫切需要。因此，本研究旨在调查PD患者中DTI-ALPS指数与DAT-SBR指数之间的关联，并探讨它们与疾病进展过程中运动和非运动症状谱的各自联系。
材料与方法
本研究利用了来自帕金森病进展标志物倡议（Parkinson's Progression Markers Initiative， PPMI）数据库的人口统计学、临床和磁共振成像数据。筛选后，最终队列包括70名具有完整纵向数据集的PD患者，以及70名年龄和性别匹配的健康对照（healthy controls， HCs）用于横断面基线比较。PD患者的纳入标准包括：病程小于2年；早期PD，Hoehn和Yahr（Hoehn and Yahr）分期为1或2期；未用药；通过DAT-SPECT成像评估存在多巴胺能缺陷。
临床评估 记录了PD患者的人口统计学信息，并使用一系列量表评估临床症状，包括运动和非运动功能。运动功能评估主要使用Hoehn和Yahr分期和运动障碍协会-统一帕金森病评定量表（Movement Disorder Society–Unified Parkinson's Disease Rating Scale， MDS-UPDRS）。非运动症状评估包括快速眼动睡眠行为障碍筛查问卷（Rapid Eye Movement Sleep Behavior Disorder Screening Questionnaire， RBDSQ）、评估日间嗜睡的Epworth嗜睡量表（Epworth Sleepiness Scale score， ESS）、蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment， MoCA）、符号数字模式测验（Symbol Digit Modalities Test， SDMT）等。此外，还评估了血清尿酸水平。
多巴胺能成像 DAT-SBR的计算通过对SPECT图像进行感兴趣区（Region of Interest， ROI）分析获得。考虑了不对称性，记录的低值侧（更严重侧）的尾状核和壳核SBR值。
DTI图像采集与处理 基线和随访的DTI图像使用西门子3T MRI系统获取。使用FMRIB软件库（FMRIB Software Library， FSL）对数据进行预处理。由两名经验丰富的神经放射科医生在彩色编码的分数各向异性（fractional anisotropy, colFA）图上手动放置球形ROI，计算DTI-ALPS指数。为评估白质微结构完整性，还生成了每个参与者的FA和平均弥散率（mean diffusivity， MD）图，并使用基于纤维束的空间统计（Tract-Based Spatial Statistics, TBSS）进行体素级的组间比较。
统计分析 连续变量使用夏皮罗-威尔克检验评估正态性，根据分布选用参数或非参数检验。使用组内相关系数（interclass correlation coefficient， ICC）评估DTI-ALPS指数的观察者间变异性。使用Spearman相关分析调查人口统计学信息、临床症状评分与影像指数值之间的关系。为探究DTI-ALPS指数和DAT-SBR指数与PD患者运动和非运动症状的潜在关系，构建了多元线性回归模型。
结果
人口统计学信息与临床评估评分
在横断面研究中，PD患者与HCs在年龄、性别、教育年限或体重指数（body mass index， BMI）方面无统计学显著差异。然而，两组在MDS-UPDRS、UPSIT、MoCA、RBDSQ、SDMT和SCOPA评分上存在显著差异。随访分析显示，与基线相比，随访时PD患者的RBDSQ、ESS、SCOPA评分显著增加，而SDMT评分显著下降。
DTI-ALPS与DAT-SBR和临床评估评分的关系
在基线时，PD患者的DTI-ALPS指数和DAT-SBR指数值均显著低于HCs。值得注意的是，在PD患者中，ALPS指数与SBR指数之间未观察到显著相关性。在控制了年龄、性别和BMI后，两者之间的相关性仍无统计学意义。
在PD患者中，Spearman相关分析显示，DTI-ALPS指数与教育年限、BMI、病程、Hoehn和Yahr分期以及UPDRS III评分呈负相关。而DAT-SBR指数与ESS、RBDSQ、血清尿酸浓度呈负相关，与SDMT评分呈正相关。
多元线性回归分析显示，在PD患者中，年龄、病程、血清尿酸浓度、DAT-SBR指数和DTI-ALPS指数均与LNS、SDMT、VLTANIM、SCOPA、UPDRS III等因变量显著相关。
DTI-ALPS和DAT-SBR指数的随访
在随访中，PD患者随访时的DTI-ALPS指数和DAT-SBR指数值均低于基线值。
Spearman相关分析显示，△DAT-SBR指数/T与临床特征无显著相关性。然而，△DTI-ALPS指数/T与VLTANIM评分呈正相关。
白质微结构测量的组间差异
横断面分析显示，与匹配的对照组相比，PD参与者在整个白质骨架中表现出MD降低，特别是皮质脊髓束、前丘脑辐射、钩束和胼胝体膝部，但FA值未观察到显著差异。纵向分析显示，与基线相比，PD组在皮质脊髓束、前丘脑辐射和胼胝体表现出FA降低，同时在下纵束、上纵束、皮质脊髓束和胼胝体膝部表现出MD升高。
在控制了年龄和性别后，偏相关分析显示，△DTI-ALPS指数/T与包括双侧前丘脑辐射、右侧胼胝体、左侧扣带回（海马）、双侧皮质脊髓束、左侧下额枕束和左侧下纵束等多个区域的△MD呈正相关。相反，它与双侧前丘脑辐射、双侧扣带回（扣带回和海马）、双侧皮质脊髓束、双侧下额枕束、双侧下纵束、双侧上纵束、左侧上纵束（颞部）和左侧钩束的△FA呈负相关。线性回归分析进一步证实了这些关联。
讨论
本研究发现，与健康对照组相比，PD患者的DTI-ALPS指数和DAT-SBR指数均显著降低，并且在四年随访期间均呈现进行性下降。重要的是，DTI-ALPS指数与BMI、病程、Hoehn和Yahr分期以及运动严重程度评分（UPDRS III）呈负相关，而DAT-SBR指数与睡眠相关障碍和血清尿酸水平相关。值得注意的是，虽然两个系统都表现出损伤，但在基线时未观察到ALPS与SBR之间的显著相关性。这种缺乏关联，加上它们不同的纵向相关性——例如SBR与血清尿酸的相关性，以及ALPS与运动严重程度的相关性——表明黑质纹状体多巴胺能去神经支配和神经液运输改变可能代表早期PD中独立但平行的病理过程。
我们的发现——ALPS指数与DAT-SBR之间无耦合关系——与近期来自PD和快速眼动睡眠行为障碍大型队列的证据一致。这些数据共同表明，在神经退行性变的早期阶段，类淋巴功能障碍和黑质纹状体去神经支配可能遵循独立或非线性的病理轨迹。
DAT-SBR指数在基线和随访时均显著降低，证实了其作为多巴胺能变性标志物的效用。值得注意的是，DAT-SBR与睡眠障碍评分（ESS和RBDSQ）呈负相关，表明多巴胺能功能障碍导致了PD中常见的睡眠相关症状。我们的基线分析揭示了在早期、未用药的PD患者中，血清尿酸与DAT-SBR之间存在显著的负相关。这种负相关关系很可能代表了针对强烈黑质纹状体氧化应激的系统性抗氧化防御的代偿性上调。因此，较高的基线尿酸水平可能标志着此阶段更大的氧化负荷和更严重的多巴胺能去神经支配，可能掩盖了其假定的神经保护作用。纵向分析显示，基线尿酸并不能显著预测多巴胺能衰退的速度。该负系数表明较高的尿酸与更快的神经变性趋势相关，强化了基线观察结果。缺乏统计学意义表明尿酸不是疾病轨迹的主要驱动因素，这与SURE-PD3临床试验的阴性结果一致。
我们发现PD患者ALPS指数显著降低，这与越来越多的临床证据相符，这些证据记录了在整个PD谱系中类淋巴功能受损。这一观察得到了近期大规模系统综述和荟萃分析的强有力支持，该综述证实类淋巴流功能障碍是该疾病的标志性特征。这些结果也与开创性的DTI-ALPS研究和近期调查相一致，这些研究共同确立了血管旁引流受损与突触核蛋白病进展之间的明确联系。除了PD的内在病理外，我们还发现身体成分可能是类淋巴功能不全的潜在贡献者。我们观察到的DTI-ALPS与BMI之间的负相关与近期报道一致，该报道将较高的BMI与PD中受损的类淋巴功能联系起来。这种关联可能部分由阻塞性睡眠呼吸暂停等共病所介导，阻塞性睡眠呼吸暂停在BMI较高的个体中更为普遍，并且本身与早期PD的类淋巴功能障碍有关。
遵循Taoka等人提出的精炼方法学框架，我们将DTI-ALPS指数解释为沿血管周围空间的方向性水弥散性指标，而不是类淋巴流的直接量化。这种独特的物理基础可能解释了为什么在我们早期队列中，ALPS指数在反映临床运动严重程度方面表现出优于多巴胺能成像的敏感性。虽然基线DAT-SBR与运动症状无显著相关，但ALPS指数显示出显著的负相关。这种分离表明ALPS指数捕捉的不仅仅是流体动力学。由于它源自投射纤维和联合纤维内的弥散性，它本质上反映了运动网络的白质微结构完整性。由于有效的运动执行依赖于通过皮质脊髓束等白质通路的信号传输，降低的ALPS指数可能意味着阻碍神经连接的微结构损伤，从而直接加剧运动迟缓。
为了进一步分离这些机制，我们纳入了补充的弥散指标，特别是FA和平均弥散率MD。纵向数据显示，ALPS指数的变化与FA和MD的变化相关。这表明，在PD中，ALPS指数反映了血管旁流体动力学与进行性白质变性之间多方面的相互作用，这将其与代谢综合征等疾病区分开来，在后一种疾病中ALPS降低似乎主要由静脉周围水弥散性驱动。这些不同的发现强调了神经液改变具有疾病特异性，以及在不同病理中标准化白质评估的必要性。
本研究有几个局限性。DTI-ALPS指数反映了侧脑室附近的弥散性，可能无法捕捉直接参与多巴胺能信号传导的基底节区域的变化。此外，PPMI数据集由早期PD患者组成，限制了对更晚期疾病阶段发现的普适性。作为一项探索性分析，本研究使用了未经校正的统计阈值以降低II类错误的风险。因此，结果可能更容易出现假阳性，应被视为初步的，需要在未来的验证性研究中重复。最后，虽然这两个指数都提供了有用的生物标志物，但需要进一步的干预性或纵向研究来描绘因果关系，并探索在PD中治疗性调节类淋巴通路。
结论
这项纵向研究表明，DTI-ALPS指数的降低和黑质纹状体多巴胺能变性代表了早期PD中解耦的、平行的病理轨迹。遵循精炼的物理解释，ALPS指数与运动严重程度和BMI相关，可作为反映运动执行所需的白质微结构完整性的标志物。相比之下，DAT-SBR与睡眠障碍和血清尿酸相关，反映了疾病的系统性代谢和氧化负荷。这些发现支持使用ALPS和SBR作为互补的生物标志物——分别针对结构连接性与神经化学变性——以全面捕捉PD的多面性病理。
