OCT評估阿爾茨海默病和輕度認知障礙患者的視網膜微血管和神經變化
阿爾茨海默�。ˋD）是一種起病隱匿的進行性發(fā)展的神經系統(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鍵。本文研究人員應用光學相干斷層掃描（OCT）和OCT血管造影術評估并比較了阿爾茨海默病（AD）、輕度認知障礙（MCI）和認知功能正常對照組的淺層毛細血管叢（SCP）中的視網膜微血管。發(fā)現與MCI組相比，與MCI患者和對照組相比，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
阿爾茨海默病（AD）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，預計到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，和失認癥，此外輕度認知障礙（MCI）被認為是正常衰老與伴有認知衰退的癡呆之間的過渡階段。據估計，32%的MCI患者將在5年的隨訪期內發(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志物并將其納入干預性臨床試驗已成為當務之急。目前對阿爾茨海默病和輕度認知障礙的診斷方法，存在成本過高、具有侵入性、特異性及敏感度不佳、評估時間過久等問題。因此我們迫切需要使用更快、更容易進行、侵入性更低的診斷技術對高危人群進行有效篩查。
阿爾茨海默病的神經病理學特征包括β-淀粉樣蛋白斑塊沉積和神經原纖維纏結，這兩者都導致炎癥和神經變性。目前現有的體內成像技術無法獲得腦微血管的變化。視網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出阿爾茨海默病臨床癥狀的個體中，也可在視網膜中檢測到腦中的變化。光學相干斷層掃描（OCT）成像已用于檢測AD和MCI患者神經節(jié)細胞-內叢狀層（GC-IPL）厚度和視網膜神經纖維層（RNFL）中發(fā)生的神經退行性變化。La Morgia等人使用OCT進行活體觀察，發(fā)現AD參與者的RNFL厚度減少，在死后的AD視網膜標本中，視黑質視網膜神經節(jié)細胞缺失顯著。
除神經退行性改變之外，血管重塑在MCI和AD中也起著非常關鍵的作用。對AD患者大腦微血管的尸檢研究發(fā)現，與對照組相比，患病樣本的血腦屏障受損，毛細血管密度、長度和平均直徑減少。眼底成像顯示，AD參與者的視網膜血管參數異常，包括血管衰減、血管寬度標準偏差增加、分支模式的復雜性降低，以及小靜脈彎曲減少等。光學相干斷層掃描血管造影術（OCTA）能做到在眼底成像發(fā)現之前，就檢測到毛細血管和灌注密度的減少。已經有兩項OCTA研究報告了AD會導致視網膜血管密度降低。本文試圖使用OCTA通過對比AD和MCI患者與認知完整的對照參與者淺層毛細血管叢（SCP）中的視網膜微血管，發(fā)現視網膜微血管的生物標志物，促進AD的早期診斷的進步。
所有受試者均排除非AD相關的癡呆、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。受試者經簡易智力狀況檢查法（MMSE）評估認知。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ETDRS制定的網格（3-mm circle、3-mm ring、6-mm circle）計算平均血管密度（VD）和灌注密度（PD）（圖1）。
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名對照組參與者的15只眼被排除，其中22只因掃描質量差而被排除，20只因運動偽影而被排除。由于部分AD患者易疲勞，更易出現固定偏差，導致22.2%的已成像的AD眼由于掃描質量差（小于7/10）或運動偽影而被排除。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），但低于對照組參與者（0.11 ± 0.1 logMAR；P＜0.001），MCI組與對照組間差異顯著（P = 0.001）。
不同年齡間的結果差異顯著，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）和對照組（69.2 ± 7.8歲）。與對照組相比，AD組（P < 0.001）和MCI組（P < 0.001）的MMSE評分均較低（表1）。經多年教育調整后，AD組的MMSE評分低于MCI組（P = 0.033），MCI組的MMSE評分低于對照組（P < 0.001）。
對比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）。
對比AD組與對照組，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）。與對照組相比，AD組的GC-IPL厚度在整體（P = 0.012）、鼻上（P = 0.041）、次級（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）。
對比MCI組與對照組，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）。
通過斯皮爾曼相關系數分析OCTA和OCT參數與MMSE評分的相關性。對于3×3-mm OCTA參數，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評分顯著相關（均P＜ 0.005；見www.ophthalmologyretina.org）。3×3-mm FAZ面積或6×6-mm VD或PD與MMSE分數間無顯著相關性（均P > 0.05）。對于OCT參數，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評分顯著相關。中心子視野厚度與MMSE評分無顯著相關性（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組和對照組，表明VD和PD似乎可以作為有效的成像生物標志，從有癥狀的個體中篩選出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較對照組也顯著降低。通過血管的總長度來量化計算血管密度而不考慮血管直徑，大血管和小毛細血管對所計算密度值的貢獻相等。因此，在評估視網膜微血管時，VD可能更為敏感。Jiang等研究發(fā)現，與對照組相比，AD組的淺層和深層毛細血管叢以及MCI組的深層毛細血管叢中的分形維數降低。但該研究沒有排除青光眼或控制型2型糖尿病，這可能會影響OCTA參數。此外，分形維數是對OCTA圖像整體分支復雜性的衡量，可能不會反映早期微血管變化。本研究中的分析僅限于淺層毛細管叢，因為它更容易分割，并且偽影更少，而中深毛細血管叢的評估研究也正在進行。
本研究得到的OCTA結果與之前眼底照片評估視網膜血管系統(tǒng)的結果一致，其中AD患者的小靜脈管徑較窄，小動脈和小靜脈分形維數降低，小動脈和小靜脈彎曲度增加。然而照片評估研究間的關鍵血管參數不同，包括視網膜中央動脈和靜脈的口徑、血管寬度的標準差、小動脈與小靜脈的比率、靜脈網絡的分形維數等，且照片可見的視網膜病變通常代表靶器官已經損傷，可能反映的是結構性微血管損傷的晚期階段。本文使用OCTA對SCP的VD和PD進行定量測量，可以檢測眼底照片上尚不可見的血管損失區(qū)域，實現早期診斷。
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果不一致。但也有研究報道正常眼睛中FAZ區(qū)域的顯著變化，因此這可能與性別、中央視網膜厚度和視網膜血管性癡呆有關，需要額外的大樣本研究來進一步確認。
本研究中與MCI和對照組相比，AD患者的GC-IPL厚度顯著降低，與之前的綜述報告結果一致。有研究對AD患者去世后眼睛的形態(tài)計量學分析顯示，與對照組參與者相比，中央視網膜的神經節(jié)細胞層神經元的總數減少了25%。Willams等人報道在AD小鼠模型中，視網膜神經節(jié)細胞樹突萎縮先于細胞損失，表明GC-IPL厚度可能是早期檢測AD的有效生物標志物。此外GC-IPL變薄與視覺皮層和小腦的灰質體積較低以及磁共振成像上的白質微結構完整性較低有關。因此當與OCTA視網膜微血管評估結合時，GC-ILP具有改善AD的篩查的潛力。
本研究中，MCI參與者和對照組參與者之間的VD、PD、FAZ面積、CST和GC-ILP厚度均無顯著差異，但MCI患者是一個復雜的異質性群體，包括可能不會發(fā)展為阿爾茨海默病、可能恢復認知正常或可能表現為非阿爾茨海默病性癡呆的患者。本研究中MCI組的MMSE評分明顯低于對照組，支持了對MCI和相關認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一步補充驗證。
總之，本文使用OCT和OCTA評估了阿爾茲海默癥和輕度認知障礙患者的視網膜微血管變化和神經退行性變化，發(fā)現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。這些參數可作為診斷阿爾茲海默癥的替代性無創(chuàng)生物標志物，未來的研究需要確定其是否能夠檢測輕度認知障礙到阿爾茨海默病的進展。
背景
阿爾茨海默病（AD）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，預計到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，和失認癥，此外輕度認知障礙（MCI）被認為是正常衰老與伴有認知衰退的癡呆之間的過渡階段。據估計，32%的MCI患者將在5年的隨訪期內發(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志物并將其納入干預性臨床試驗已成為當務之急。目前對阿爾茨海默病和輕度認知障礙的診斷方法，存在成本過高、具有侵入性、特異性及敏感度不佳、評估時間過久等問題。因此我們迫切需要使用更快、更容易進行、侵入性更低的診斷技術對高危人群進行有效篩查。
阿爾茨海默病的神經病理學特征包括β-淀粉樣蛋白斑塊沉積和神經原纖維纏結，這兩者都導致炎癥和神經變性。目前現有的體內成像技術無法獲得腦微血管的變化。視網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出阿爾茨海默病臨床癥狀的個體中，也可在視網膜中檢測到腦中的變化。光學相干斷層掃描（OCT）成像已用于檢測AD和MCI患者神經節(jié)細胞-內叢狀層（GC-IPL）厚度和視網膜神經纖維層（RNFL）中發(fā)生的神經退行性變化。La Morgia等人使用OCT進行活體觀察，發(fā)現AD參與者的RNFL厚度減少，在死后的AD視網膜標本中，視黑質視網膜神經節(jié)細胞缺失顯著。
除神經退行性改變之外，血管重塑在MCI和AD中也起著非常關鍵的作用。對AD患者大腦微血管的尸檢研究發(fā)現，與對照組相比，患病樣本的血腦屏障受損，毛細血管密度、長度和平均直徑減少。眼底成像顯示，AD參與者的視網膜血管參數異常，包括血管衰減、血管寬度標準偏差增加、分支模式的復雜性降低，以及小靜脈彎曲減少等。光學相干斷層掃描血管造影術（OCTA）能做到在眼底成像發(fā)現之前，就檢測到毛細血管和灌注密度的減少。已經有兩項OCTA研究報告了AD會導致視網膜血管密度降低。本文試圖使用OCTA通過對比AD和MCI患者與認知完整的對照參與者淺層毛細血管叢（SCP）中的視網膜微血管，發(fā)現視網膜微血管的生物標志物，促進AD的早期診斷的進步。
所有受試者均排除非AD相關的癡呆、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。受試者經簡易智力狀況檢查法（MMSE）評估認知。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ETDRS制定的網格（3-mm circle、3-mm ring、6-mm circle）計算平均血管密度（VD）和灌注密度（PD）（圖1）。
圖1 ETDRS網格。（A）3-mm circle；（B）3-mm ring；（C）6-mm ring。根據藍色區(qū)域計算VD和PD。
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名對照組參與者的15只眼被排除，其中22只因掃描質量差而被排除，20只因運動偽影而被排除。由于部分AD患者易疲勞，更易出現固定偏差，導致22.2%的已成像的AD眼由于掃描質量差（小于7/10）或運動偽影而被排除。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），但低于對照組參與者（0.11 ± 0.1 logMAR；P＜0.001），MCI組與對照組間差異顯著（P = 0.001）。
不同年齡間的結果差異顯著，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）和對照組（69.2 ± 7.8歲）。與對照組相比，AD組（P < 0.001）和MCI組（P < 0.001）的MMSE評分均較低（表1）。經多年教育調整后，AD組的MMSE評分低于MCI組（P = 0.033），MCI組的MMSE評分低于對照組（P < 0.001）。
圖2 參與者左眼淺表毛細血管叢（SCP）的3×3-mm OCT血管造影圖。（A）對照參與者；（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較對照組（D，G）和MCI組（E，H）減少。
對比AD組與對照組，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）。與對照組相比，AD組的GC-IPL厚度在整體（P = 0.012）、鼻上（P = 0.041）、次級（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4 左眼黃斑OCT圖像的神經節(jié)細胞分析。（A）對照參與者；（B）MCI參與者；（C）AD參與者。橢圓環(huán)形區(qū)域對應的神經節(jié)細胞-內叢狀層（GC-IPL）厚度表明，AD參與者（F）的較對照組（D）和MCI組（E）的薄。
對比MCI組與對照組，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）。
通過斯皮爾曼相關系數分析OCTA和OCT參數與MMSE評分的相關性。對于3×3-mm OCTA參數，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評分顯著相關（均P＜ 0.005；見www.ophthalmologyretina.org）。3×3-mm FAZ面積或6×6-mm VD或PD與MMSE分數間無顯著相關性（均P > 0.05）。對于OCT參數，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評分顯著相關。中心子視野厚度與MMSE評分無顯著相關性（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組和對照組，表明VD和PD似乎可以作為有效的成像生物標志，從有癥狀的個體中篩選出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較對照組也顯著降低。通過血管的總長度來量化計算血管密度而不考慮血管直徑，大血管和小毛細血管對所計算密度值的貢獻相等。因此，在評估視網膜微血管時，VD可能更為敏感。Jiang等研究發(fā)現，與對照組相比，AD組的淺層和深層毛細血管叢以及MCI組的深層毛細血管叢中的分形維數降低。但該研究沒有排除青光眼或控制型2型糖尿病，這可能會影響OCTA參數。此外，分形維數是對OCTA圖像整體分支復雜性的衡量，可能不會反映早期微血管變化。本研究中的分析僅限于淺層毛細管叢，因為它更容易分割，并且偽影更少，而中深毛細血管叢的評估研究也正在進行。
本研究得到的OCTA結果與之前眼底照片評估視網膜血管系統(tǒng)的結果一致，其中AD患者的小靜脈管徑較窄，小動脈和小靜脈分形維數降低，小動脈和小靜脈彎曲度增加。然而照片評估研究間的關鍵血管參數不同，包括視網膜中央動脈和靜脈的口徑、血管寬度的標準差、小動脈與小靜脈的比率、靜脈網絡的分形維數等，且照片可見的視網膜病變通常代表靶器官已經損傷，可能反映的是結構性微血管損傷的晚期階段。本文使用OCTA對SCP的VD和PD進行定量測量，可以檢測眼底照片上尚不可見的血管損失區(qū)域，實現早期診斷。
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果不一致。但也有研究報道正常眼睛中FAZ區(qū)域的顯著變化，因此這可能與性別、中央視網膜厚度和視網膜血管性癡呆有關，需要額外的大樣本研究來進一步確認。
本研究中與MCI和對照組相比，AD患者的GC-IPL厚度顯著降低，與之前的綜述報告結果一致。有研究對AD患者去世后眼睛的形態(tài)計量學分析顯示，與對照組參與者相比，中央視網膜的神經節(jié)細胞層神經元的總數減少了25%。Willams等人報道在AD小鼠模型中，視網膜神經節(jié)細胞樹突萎縮先于細胞損失，表明GC-IPL厚度可能是早期檢測AD的有效生物標志物。此外GC-IPL變薄與視覺皮層和小腦的灰質體積較低以及磁共振成像上的白質微結構完整性較低有關。因此當與OCTA視網膜微血管評估結合時，GC-ILP具有改善AD的篩查的潛力。
本研究中，MCI參與者和對照組參與者之間的VD、PD、FAZ面積、CST和GC-ILP厚度均無顯著差異，但MCI患者是一個復雜的異質性群體，包括可能不會發(fā)展為阿爾茨海默病、可能恢復認知正常或可能表現為非阿爾茨海默病性癡呆的患者。本研究中MCI組的MMSE評分明顯低于對照組，支持了對MCI和相關認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一步補充驗證。
總之，本文使用OCT和OCTA評估了阿爾茲海默癥和輕度認知障礙患者的視網膜微血管變化和神經退行性變化，發(fā)現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。這些參數可作為診斷阿爾茲海默癥的替代性無創(chuàng)生物標志物，未來的研究需要確定其是否能夠檢測輕度認知障礙到阿爾茨海默病的進展。
參考文獻：
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.
標簽：
OCT
