OCT评估阿尔茨海默病和轻度认知障碍患者的视网膜微血管和神经变化

阿尔茨海默病（AD）是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病，病因迄今未明且缺乏有效的治疗方案，因此早期诊断尤为关键。本文研究人员应用光学相干断层扫描（OCT）和OCT血管造影术评估并比较了阿尔茨海默病（AD）、轻度认知障碍（MCI）和认知功能正常对照组的浅层毛细血管丛（SCP）中的视网膜微血管。发现与MCI组相比，与MCI患者和对照组相比，AD患者的黄斑血管密度、灌注密度、GC-ILP厚度都显著降低，而AD患者视网膜微血管的变化可能反映了脑血管变化，这为AD临床早期诊断提供了一定思路。该研究以“Retinal Microvascular and Neurodegenerative Changes in Alzheimer’s Diseaseand Mild Cognitive Impairment Compared with Control Participants”为题发表于Ophthalmology Retina。

背景

阿尔茨海默病（AD）是造成痴呆症最常见的病因（60%-80%），仅在美国就有约550万人受其影响，预计到2050年将有1380万人受到影响。AD的特征是记忆缺陷、失语症、失用症，和失认症，此外轻度认知障碍（MCI）被认为是正常衰老与伴有认知衰退的痴呆之间的过渡阶段。据估计，32%的MCI患者将在5年的随访期内发展为AD。由于AD的患病率不断增加，而又缺乏有效的治疗方案，找到能够用于早期诊断的生物标志物并将其纳入干预性临床试验已成为当务之急。目前对阿尔茨海默病和轻度认知障碍的诊断方法，存在成本过高、具有侵入性、特异性及敏感度不佳、评估时间过久等问题。因此我们迫切需要使用更快、更容易进行、侵入性更低的诊断技术对高危人群进行有效筛查。

阿尔茨海默病的神经病理学特征包括β-淀粉样蛋白斑块沉积和神经原纤维缠结，这两者都导致炎症和神经变性。目前现有的体内成像技术无法获得脑微血管的变化。视网膜微血管和脑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，为脑微血管病理特征研究提供了途径。在遗传上易患或表现出阿尔茨海默病临床症状的个体中，也可在视网膜中检测到脑中的变化。光学相干断层扫描（OCT）成像已用于检测AD和MCI患者神经节细胞-内丛状层（GC-IPL）厚度和视网膜神经纤维层（RNFL）中发生的神经退行性变化。La Morgia等人使用OCT进行活体观察，发现AD参与者的RNFL厚度减少，在死后的AD视网膜标本中，视黑质视网膜神经节细胞缺失显著。

除神经退行性改变之外，血管重塑在MCI和AD中也起着非常关键的作用。对AD患者大脑微血管的尸检研究发现，与对照组相比，患病样本的血脑屏障受损，毛细血管密度、长度和平均直径减少。眼底成像显示，AD参与者的视网膜血管参数异常，包括血管衰减、血管宽度标准偏差增加、分支模式的复杂性降低，以及小静脉弯曲减少等。光学相干断层扫描血管造影术（OCTA）能做到在眼底成像发现之前，就检测到毛细血管和灌注密度的减少。已经有两项OCTA研究报告了AD会导致视网膜血管密度降低。本文试图使用OCTA通过对比AD和MCI患者与认知完整的对照参与者浅层毛细血管丛（SCP）中的视网膜微血管，发现视网膜微血管的生物标志物，促进AD的早期诊断的进步。

所有受试者均排除非AD相关的痴呆、糖尿病、失控的高血压、脱髓鞘疾病、青光眼等可能影响OCT和OCTA分析的病史，以及ETDRS视力测试不到20/40的。受试者经简易智力状况检查法（MMSE）评估认知。研究使用Zeiss Cirrus HD-5000和AngioPlex（Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA）成像，获取以中央凹为中心的3×3-mm和6×6-mm图像，软件使用根据ETDRS制定的网格（3-mm circle、3-mm ring、6-mm circle）计算平均血管密度（VD）和灌注密度（PD）（图1）。

图1 ETDRS网格。（A）3-mm circle；（B）3-mm ring；（C）6-mm ring。根据蓝色区域计算VD和PD。

 

结果

共有来自52名AD参与者的90只眼、来自41名MCI参与者的79只眼和来自142名健康对照参与者的269只眼被登记并成像。共有13名AD参与者的20只、4名MCI参与者的7只和11名对照组参与者的15只眼被排除，其中22只因扫描质量差而被排除，20只因运动伪影而被排除。由于部分AD患者易疲劳，更易出现固定偏差，导致22.2%的已成像的AD眼由于扫描质量差（小于7/10）或运动伪影而被排除。因此，共分析了39名AD参与者的70只眼、37名MCI参与者的72只眼和133名健康对照参与者的254只眼。

AD组参与者的平均视力（0.20 ± 0.10 logMAR）与MCI组参与者（0.16 ± 0.10 logMAR）相比无显著差异（P = 0.11），但低于对照组参与者（0.11 ± 0.1 logMAR；P＜0.001），MCI组与对照组间差异显著（P = 0.001）。

不同年龄间的结果差异显著，但在性别上无显著差异（表1）。AD组的平均年龄（72.8 ± 7.7岁）高于MCI组（71.1 ± 7.6岁）和对照组（69.2 ± 7.8岁）。与对照组相比，AD组（P < 0.001）和MCI组（P < 0.001）的MMSE评分均较低（表1）。经多年教育调整后，AD组的MMSE评分低于MCI组（P = 0.033），MCI组的MMSE评分低于对照组（P < 0.001）。

对比AD组与MCI组，AD组的3-mm circle血管密度（VD）（P = 0.003）和3-mm ringVD（P = 0.001）显著降低，3-mm circle灌注密度（PD）（P = 0.004）和3-mm ringPD（P = 0.002）也显著降低（图2）。6-mm circle VD显著低于MCI组（P = 0.047）（表2）。但6-mm circle PD上无显著差异（P = 0.053）。与MCI组相比，AD组的次级GC-IPL厚度（P = 0.032）和鼻下GC-IPL厚度（P = 0.025）显著降低，而两组的RNFL厚度无显著差异（P > 0.05）。

 

图2 参与者左眼浅表毛细血管丛（SCP）的3×3-mm OCT血管造影图。（A）对照参与者；（B）MCI参与者；（C）AD参与者；（D-F）SCP血管密（VD）度颜色谱图；（G-I）SCP灌注密度（PD）颜色谱图；可见AD参与者（F，I）的VD和PD较对照组（D，G）和MCI组（E，H）减少。

对比AD组与对照组，AD组的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）均显著低于对照组，6-mmcircle PD也显著降低（P = 0.033）（表2）。而6-mm circle VD（P = 0.053）上无显著差异（图3）。与对照组相比，AD组的GC-IPL厚度在整体（P = 0.012）、鼻上（P = 0.041）、次级（P = 0.004）和鼻下（P = 0.006）段都显著降低（图4）。两组在RNFL厚度方面无显著差异（P > 0.05）。
 

图3 参与者左眼浅表毛细血管丛（SCP）的6×6-mm OCT血管造影图。（A）对照参与者；（B）MCI参与者；（C）AD参与者；（D-F）SCP血管密（VD）度颜色谱图；（G-I）SCP灌注密度（PD）颜色谱图；可见AD参与者（F，I）的VD和PD较对照组（D，G）和MCI组（E，H）减少。



 

图4 左眼黄斑OCT图像的神经节细胞分析。（A）对照参与者；（B）MCI参与者；（C）AD参与者。椭圆环形区域对应的神经节细胞-内丛状层（GC-IPL）厚度表明，AD参与者（F）的较对照组（D）和MCI组（E）的薄。

对比MCI组与对照组，两组在3-mm circle、3-mm ring和6-mm circle的VD和PD上无显著差异（均P > 0.05）。MCI组RNFL厚度较对照组显著减少（P = 0.04）。两组的GC-IPL厚度无显著差异（P > 0.05），中央凹无血管区面积和CST厚度无显著差异（均P＞ 0.05表2）。

通过斯皮尔曼相关系数分析OCTA和OCT参数与MMSE评分的相关性。对于3×3-mm OCTA参数，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），均与MMSE评分显著相关（均P＜ 0.005；见www.ophthalmologyretina.org）。3×3-mm FAZ面积或6×6-mm VD或PD与MMSE分数间无显著相关性（均P > 0.05）。对于OCT参数，平均RNFL厚度（ρ = 0.132；P = 0.009）和平均GC-IPL厚度（ρ = 0.234；P < 0.001）均与MMSE评分显著相关。中心子视野厚度与MMSE评分无显著相关性（P> 0.05）。


讨论

本研究中，AD组中无论在ETDRS 3×3-mm还是6×6-mm扫描中的VD和PD都显著低于MCI组和对照组，表明VD和PD似乎可以作为有效的成像生物标志，从有症状的个体中筛选出AD患者，并且可能能够区分MCI和AD。

本研究除AD组3-mm ring、3-mm circle和6-mm circle中PD降低之外，还观察到3-mm ring、3-mm circle环和6-mm circle VD较对照组也显著降低。通过血管的总长度来量化计算血管密度而不考虑血管直径，大血管和小毛细血管对所计算密度值的贡献相等。因此，在评估视网膜微血管时，VD可能更为敏感。Jiang等研究发现，与对照组相比，AD组的浅层和深层毛细血管丛以及MCI组的深层毛细血管丛中的分形维数降低。但该研究没有排除青光眼或控制型2型糖尿病，这可能会影响OCTA参数。此外，分形维数是对OCTA图像整体分支复杂性的衡量，可能不会反映早期微血管变化。本研究中的分析仅限于浅层毛细管丛，因为它更容易分割，并且伪影更少，而中深毛细血管丛的评估研究也正在进行。

本研究得到的OCTA结果与之前眼底照片评估视网膜血管系统的结果一致，其中AD患者的小静脉管径较窄，小动脉和小静脉分形维数降低，小动脉和小静脉弯曲度增加。然而照片评估研究间的关键血管参数不同，包括视网膜中央动脉和静脉的口径、血管宽度的标准差、小动脉与小静脉的比率、静脉网络的分形维数等，且照片可见的视网膜病变通常代表靶器官已经损伤，可能反映的是结构性微血管损伤的晚期阶段。本文使用OCTA对SCP的VD和PD进行定量测量，可以检测眼底照片上尚不可见的血管损失区域，实现早期诊断。

本研究中FAZ面积在各组之间无显著差异，而这与先前的研究结果不一致。但也有研究报道正常眼睛中FAZ区域的显著变化，因此这可能与性别、中央视网膜厚度和视网膜血管性痴呆有关，需要额外的大样本研究来进一步确认。

本研究中与MCI和对照组相比，AD患者的GC-IPL厚度显著降低，与之前的综述报告结果一致。有研究对AD患者去世后眼睛的形态计量学分析显示，与对照组参与者相比，中央视网膜的神经节细胞层神经元的总数减少了25%。Willams等人报道在AD小鼠模型中，视网膜神经节细胞树突萎缩先于细胞损失，表明GC-IPL厚度可能是早期检测AD的有效生物标志物。此外GC-IPL变薄与视觉皮层和小脑的灰质体积较低以及磁共振成像上的白质微结构完整性较低有关。因此当与OCTA视网膜微血管评估结合时，GC-ILP具有改善AD的筛查的潜力。

本研究中，MCI参与者和对照组参与者之间的VD、PD、FAZ面积、CST和GC-ILP厚度均无显著差异，但MCI患者是一个复杂的异质性群体，包括可能不会发展为阿尔茨海默病、可能恢复认知正常或可能表现为非阿尔茨海默病性痴呆的患者。本研究中MCI组的MMSE评分明显低于对照组，支持了对MCI和相关认知功能下降的临床诊断，但β-淀粉样斑块在MCI中的作用仍未得到解答。即使本研究样本量较大，但可能仍需要更多的样本量进一步补充验证。

总之，本文使用OCT和OCTA评估了阿尔兹海默症和轻度认知障碍患者的视网膜微血管变化和神经退行性变化，发现AD患者的黄斑部血管密度和灌注密度明显减少，但在FAZ和CST方面无显著差异。视网膜微血管的变化可能反映了阿尔兹海默症的小血管脑血管变化。这些参数可作为诊断阿尔兹海默症的替代性无创生物标志物，未来的研究需要确定其是否能够检测轻度认知障碍到阿尔茨海默病的进展。
 

参考文献：

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.