OCTA在检测阿尔茨海默症临床前期视网膜微血管改变中的应用

唐玉玲，廖 萱，兰长骏

0引言

阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease，AD)是老年痴呆症最常见的病因之一，该病严重影响患者的生活质量并给社会和家庭带来巨大的负担。AD的早期诊断困难，症状往往在大脑退化性改变数年后才出现，诊断方法一般采用侵入性的检查，故迫切需要寻找新的早期诊断技术。大部分AD患者伴有视觉障碍，甚至早于AD症状之前。越来越多的学者认为视网膜是大脑的延伸，因此将视网膜作为观察大脑的窗口的概念受到关注[1]。解剖形态学研究显示近半数AD患者脑内存在血管结构的改变，且与认知功能障碍有一定关系[2]。光学相干断层扫描血管成像技术(optical coherence tomography angiography，OCTA)是一种无创、快速的技术，能够生成高分辨率的视网膜血管信息，去除静止的组织信号后，剩余的信号反映了动脉和静脉血管内血液的运动，可以用于评估视网膜和脉络膜不同血管丛内的血管结构[3]。在AD患者眼后段血管系统的不同区域，OCTA显示的血流和血管密度测量值发生改变，这些改变可能与临床相关[4]。本文将OCTA在神经系统疾病领域研究的特点，以及在AD患者大脑和视网膜结构功能研究的相关文献进行综述。

1 OCTA的特点

OCTA通过对组织的光反射差异进行深度分析评估，产生相应的三维信息。通过血流运动对比成像，静止的组织产生几乎恒定的反射或散射，而移动的组织产生的OCT信号随时间变化，从而可以有选择性地观察视网膜和脉络膜的血管。OCTA的优点是不需要注射荧光造影剂，避免造影剂的副作用，患者每次复诊均可无创地进行检查，评估病情动态变化。并且，OCTA得到的图像不会因渗漏而模糊，因此可以清晰地显示病变血管。视网膜血管内丛产生的图像与荧光血管造影早期的图像非常相似，但OCTA的分辨率更高，而且可以分辨特定层次和深度的血管层，上覆血管并不掩盖下层的血管，故荧光血管造影无法显示的视网膜较深的血管层在OCTA上很容易看到。尽管OCTA已经开发出了广角软件，但更大范围地检查视网膜周边血管的变化仍然存在一定的困难，用血管对位技术拼接多个图像，是目前生成大范围视网膜血管造影的一种替代方法[5]。

OCTA的缺点是不能像注射荧光或吲哚菁绿造影那样评估血管通透性，血管造影检测到的渗漏是一个扩散过程，而渗漏的存在会提供有助于疾病分析的生理信息。另外，OCTA是在一个过于简化的基本假设下进行的，即血液是视网膜中唯一流动的液体，会重复比较OCT图像中各个区域的像素会随着时间的推移而变化，显示变化或波动的像素会显示为明亮，而显示变化不大或没有变化的区域的像素则显示为黑色。这也意味着OCTA可能无法检测到缓慢的血液流动，而流动敏感性同时也会受到患者眼动、扫描间隔、处理技术和为流动设置的阈值的限制。故由于其固有的复杂性，OCTA可能存在伪影，需要仔细观察[6]。

2 AD的临床特点

AD是一种退行性脑疾病，是痴呆最常见的病因。痴呆的特征是记忆力、语言能力、解决问题能力和其他认知能力的下降，这些都会影响日常活动能力。这种能力的下降是由于大脑中与认知功能有关的部分神经细胞(神经元)受到了损伤或破坏。

AD的病理生理变化涉及神经元缺失、脑萎缩、β-淀粉样蛋白细胞外沉积等。临床前期AD是公认的一个疾病时期，是一个神经病理变化逐渐积累，但认知功能正常的休眠阶段。在此时期，大脑内正在发生重要的病理生理变化，但患者并未表现出任何临床症状。许多学者认为轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)是一种从正常状态过渡到AD的前驱症状。通过预防措施可将AD的发病时间推迟2～5a，每年可显著降低20%～50%的新发病例[7]。

3 AD全身血管改变及早期检查方法

目前，AD的临床诊断依赖于β-淀粉样蛋白(amyloid-β，Aβ)正电子发射断层成像(positron emission tomography，PET)影像学检查和脑脊液内Aβ检查，确诊需要尸体解剖或活体组织切片中发现明确的Aβ沉积斑块或神经纤维的缠结。AD被认为是脑内一系列病理变化的结果，如淀粉样变、神经变性、突触功能障碍、神经信号和神经膜的破坏、氧化应激和线粒体功能障碍，这些变化导致AD由临床前期向AD发展。研究发现，由反映神经退行性变、轴索损伤和突触功能障碍的生物标志物T-tau、神经纤维轻链蛋白(neurofilament light chain protein，NFL)、神经颗粒蛋白组成的生物标志物模型在AD和对照组的分类比较中具有更高的诊断准确率[8]。

脑脊液生物标志物在老年认知功能障碍的鉴别诊断中具有重要价值。新的指南将分子、遗传和神经影像学生物标志物纳入临床标准，以提高诊断的准确性，增加了AD病理存在的确定性，并且是痴呆的最可能原因。而在疾病的早期阶段，可能是从轻度损伤向痴呆发展，分析ab142、T-tau和P-tau的脑脊液浓度将提高诊断准确性，特别是在两者同时分析时[9]。

4 AD的眼底改变

在胚胎学上，视网膜是间脑的延伸，两个器官在发育过程中有相似的血管形成机制，视网膜微血管的变化可反映大脑微血管的变化[10]。大部分AD患者都有视觉异常，包括视力的改变、色觉灵敏度下降、对比敏感度下降、视野损害，动物实验和临床研究发现PERG振幅降低。视觉异常与AD患者视网膜变化有关，Polo等[11]认为AD患者会出现视网膜变薄、视网膜神经节细胞(retinal ganglion cell，RGC)减少和视神经损伤，而RGC是一种将视觉信息从视网膜传递到大脑的神经元。大多数评估视网膜结构变化的研究都是基于简易智力状态检查量表(Mini-Mental State Exam，MMSE)分数，根据病情严重程度将认知障碍分为MCI、轻度、中度和重度AD。已有报道指出，MCI患者、轻度及中度AD患者均有视网膜神经纤维层(retinal nerve fibre layer，RNFL)变薄。尽管基于MMSE评分的疾病分类存在差异，但大多数研究表明，MCI或AD患者RNFL的厚度均可能会随着疾病进展而减少[12-13]。有Meta分析显示AD患者的RNFL变薄和RGC减少是AD病理改变的关键[14-15]。Parisi等[16]通过异常的图形视网膜电图反映发现RNFL变薄与视网膜功能障碍有关。Iseri等[17]则发现AD患者黄斑区视网膜变薄与认知障碍的严重程度有关。

Tau蛋白是一种富含轴突的蛋白，能与微管结合并稳定微管，在神经功能中起着至关重要的作用。AD患者病理性Tau蛋白积累与认知功能下降相关，Tau蛋白的异常积累、磷酸化及异常表达都会导致RGCs功能障碍甚至死亡，检测视网膜Tau蛋白也可能是早期检测出AD病变的方法之一[18]。然而，在其他痴呆类型如额颞叶痴呆、路易体痴呆和帕金森病相关的痴呆患者中也出现RNFL变薄[19-20]，这表明视网膜上述变化并不是AD独有的。大多数研究只涉及视网膜的结构变化，不能把视网膜和大脑结构变化之间建立相关性。Golzan等[21]、Jentsch等[22]同时评估了视网膜和大脑，发现随着患者的大脑皮层Aβ和脑脊液中P-tau含量的增加，RNFL厚度均会减少。AD患者RNFL变薄，甚至发生在AD疾病早期或MCI患者中。

在AD小鼠的视网膜研究中，可见视网膜微血管的Aβ沉积增加、神经胶质细胞增生，导致视网膜损害及视功能下降[23-24]。AD患者与正常同龄人相比，视网膜血管变得狭窄、稀疏、弯曲[25]。在AD的早期也发现RNFL变薄、视网膜静脉狭窄和血流减少[26]。Frost等[27]研究也表明，眼底照相结合视网膜血管分析有助于临床前AD的检测、疾病进展的监测和治疗。

5 OCTA预测AD

目前，临床前期AD只能采用昂贵又耗时的PET或侵入性的脑脊液检测来诊断。而OCTA是一种新型的快速无创的能够生成高分辨率的视网膜血管信息图像的技术，van de Kreek等[28]利用OCTA发现临床前期AD患者视网膜血管密度较高，但黄斑中心凹无血管区(foveal avascular zone，FAZ)大小却没有显著差异。也有其他研究利用OCT证明了RNFL变薄，这些变化被证明是按一定的分级发生的，与MCI患者相比，AD患者双眼的RNFL厚度均明显变薄[29]。Zabel等[30]的研究则发现AD患者视网膜深血管丛血管密度最低，pRNFL也明显变薄，而AD患者和健康人之间毛细血管的密度则无显著差异，视网膜浅血管丛、视网膜深血管丛血管密度及FAZ区血管密度也无明显相关性。O’Bryhim等[4]的研究报告了FAZ面积的增加，认为OCTA可根据FAZ扩大对临床前期AD患者进行快速、廉价、无创的筛查。但其他研究未能在他们的临床前期AD患者中观察到类似的变化[28,31]。阳性结果的一个可能解释是FAZ扩大是由其他混淆因素造成的，另一种解释则是FAZ的扩大可能预示着AD的后期阶段，还需要进一步研究以确定这一改变在识别临床前期的AD方面是否有价值。Jiang等[32]研究发现AD患者的视网膜微血管减少与黄斑区神经节细胞内丛状层(macular ganglion cell-inner plexiform layer，GC-IPL)变薄有相关性。

Zhang等[31]采用OCTA观察早期AD患者发现视网膜旁中心凹血管的血流密度明显下降，证明了这些参数可以作为发现AD早期生物标志物的效用。相反，视乳头周围可能会因大血管的存在掩盖该区域毛细血管的细微变化。Lahme等[33]也通过OCTA证实了AD患者视乳头周围毛细血管层和视网膜表层血管中血流密度的降低，然而脑脊液中已建立的AD生物标志物(Aβ)或认知筛选试验(MMSE)，与血流密度之间没有显著相关性。患者术后视网膜血管血流密度降低与AD病理改变无关，但与AD的血管性脑损伤有关。

以上研究通过OCTA观察到了AD患者视网膜的很多改变，同时存在着相互矛盾的结论，使利用OCTA检测到视网膜血管密度的下降、RNFL变薄及FAZ的扩大等以预测临床前期AD存在争议。出现矛盾结论的原因：(1)考虑为样本量的不足，进一步的研究需加大样本量，且由于AD为慢性疾病，需增加随访时间以长时间分析AD患者视网膜变化，比较疾病进展情况；(2)考虑为视网膜的其他病变和衰老，同样会使视网膜血管发生改变，进一步的研究应该着重考虑测量正常老年人视网膜微血管系统、血流密度、RNFL及FAZ，与AD患者的视网膜情况相对比，评估以上相应指标检测临床前期AD的价值。

综上，越来越多的证据支持了与AD相关的眼部变化，但要找到一个足够敏感和特异的眼部生物标记物仍是一个重大挑战。AD临床前期认知功能正常的患者除了大脑病理改变外，还有视网膜微血管的异常，并且这些变化发生在AD的早期阶段，比之前的研究证明要更早。而OCTA通过无创和快速的技术，可提供视乳头周围高分辨率图像，包括不同的视网膜分层、玻璃体视盘连接处，及视网膜神经纤维层和脉络膜厚度的定量信息，获取视网膜及脉络膜的分层信息，并对组织血管准确定位。OCTA为诊断临床前期的AD提供了一个经济有效的新方法，可有助于描述这些神经疾病的特征，为神经系统疾病的诊断提供一个新的思路，有望为患者提供更积极具有前瞻性的治疗方法。