四种神经炎症性疾病中灰质萎缩的独特虚拟组织学表现

2024-05-22 Wed
研究背景本研究的核心关注点是灰质萎缩在神经炎症疾病中的表现。灰质萎缩通常出现在多发性硬化症（Multiple Sclerosis, MS）、抗水通道蛋白-4抗体阳性（Aquaporin-4 antibody-positive, AQP4+）和阴性（AQP4-）的视神经营养障碍光谱疾病（Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders, NMOSD）以及髓鞘少突胶质细胞糖蛋白抗体相关疾病（Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein Antibody-Associated Disease, MOGAD）四类神经炎症性脱髓鞘病变中。理解这些疾病中灰质萎缩的病理生物学基础有助于其区别诊断并指导治疗策略。然而，目前仍缺乏对灰质萎缩机制的系统研究。
论文来源本论文由Jun Sun、Min Guo、Li Chai、Siyao Xu、Yuerong Lizhu等学者共同撰写，隶属于北京天坛医院、首都医科大学、华山医院、复旦大学等多家机构，于2024年发表在《Brain》期刊上。
研究流程数据来源与样本本研究分析了来自多中心队列的2812名参与者的数据，包括324名多发性硬化症患者、197名AQP4+ NMOSD患者、75名AQP4- NMOSD患者、47名MOGAD患者和2169名健康对照者（Healthy Controls, HCs）。
数据处理与分析灰质萎缩评估：
利用三维T1加权图像，使用FreeSurfer软件（命令：recon-all）获得灰质体积，对每种病症的灰质萎缩特征进行了Cohen’s d值计算，分析不同病症组患者的灰质体积变化。
虚拟组织学分析：
将Allen 人类大脑图谱（Allen Human Brain Atlas, AHBA）中的基因表达数据映射到41个脑区，通过单细胞RNA测序数据进一步选择适用于分析的基因。对选择的每一种细胞类型的基因表达水平与灰质萎缩特征间的空间相关性进行了计算。
临床特征相关分析根据患者的临床特征（如体能障碍、疾病持续时间、复发次数、病灶体积、认知功能等）进行了亚组分析，探索这些特征与灰质萎缩之间的关联。
数据分析方法利用ANOVA和后续t检验分析灰质萎缩与各临床特征间的关系。应用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和分层聚类分析（Hierarchical Clustering Analysis）探讨四类神经炎症疾病中灰质萎缩特征的异同。
研究结果灰质萎缩普遍特征多发性硬化症：
灰质萎缩主要集中在皮层下核团和脑干。
AQP4+ NMOSD：
灰质萎缩显着广泛，主要位于枕叶皮层和小脑。
AQP4- NMOSD：
灰质萎缩较轻微，主要集中在额叶和顶叶皮层。
MOGAD：
灰质萎缩集中在额叶和颞叶皮层。
虚拟组织学分析多发性硬化症：
微胶质、星形胶质细胞、少突胶质细胞及内皮细胞相关基因表达与灰质萎缩特征显著相关。
AQP4+ NMOSD：
S1锥体细胞相关基因表达与灰质萎缩特征显著相关。
MOGAD：
CA1和S1锥体细胞相关基因表达与灰质萎缩特征显著相关。
AQP4- NMOSD：
未发现特定中枢神经系统细胞类型与灰质萎缩特征相关。
PCA与分层聚类分析PCA结果显示，第一个和第二个主成分分别解释了灰质萎缩特征的47.4%和26.2%的方差，各疾病组之间存在明显的异质性。分层聚类分析将四类神经炎症疾病细分为不同亚型，但各亚型的虚拟组织学结果与总体结果一致。
临床特征相关分析多发性硬化症：
EDSS评分高的患者皮层下核团灰质萎缩更明显，显示出渐进性时期中神经细胞的损伤特征。
AQP4- NMOSD：
复发次数更多的患者在顶叶皮层表现出明显的灰质萎缩，表明该疾病的病情进展可能与神经保护不足有关。
MOGAD：
MoCA评分低的患者在额叶和颞叶皮层表现出更多的灰质萎缩，暗示认知功能下降过程中神经和内皮细胞损伤的重要性。
研究结论本研究通过虚拟组织学方法全面揭示了多发性硬化症、AQP4+ NMOSD、AQP4- NMOSD和MOGAD患者灰质萎缩特征及其病理基础。多发性硬化症的主要靶细胞为微胶质、星形胶质细胞和少突胶质细胞；AQP4+ NMOSD主要涉及星形胶质细胞；MOGAD主要由于少突胶质细胞的功能障碍导致灰质萎缩。此外，神经和内皮细胞是这些神经炎症疾病的潜在共同靶点。本研究结果为神经炎症疾病的鉴别诊断与优化治疗提供了重要依据。