文摘
神经影像生物标记,即海马体积损失,颞顶代谢减退,和皮层β-amyloid (Aβ)沉积,包括最近的研究标准的临床前阿尔茨海默病(AD)。然而,如何使用这些生物标志物仍存有争议,尤其是关于他们的序列。我们的目的是描述认知和大脑的长老分为积极或消极的为每一个生物标志物进一步了解他们的使用在广告的临床诊断。54个认知正常个体(= 65.8±8.3岁)接受神经心理学测试(结构磁共振成像、正、和Florbetapir-PET)和被一分为二成独立积极或消极的每个神经影像生物标志物。人口统计学,神经心理学和神经影像数据之间的比较积极的和消极的子组。MRI-positive小组执行性能较低和混合模式较低的体积和新陈代谢AD-characteristic地区和前额叶皮层。FDG-positive子群显示只有代谢减退,主要在AD-sensitive领域扩展到整个大脑皮层,与FDG-negative子群。amyloid-positive子群年长的和包含更多的APOEε4运营商与amyloid-negative子群。当考虑MRI和/或(即FDG生物标志物在一起。,the neurodegeneration-positive), there was a trend for an inverse relationship with Aβ deposition such that those with neurodegeneration tended to show less Aβ deposition and the reverse was true as well. Our findings suggest that: (1) MRI and FDG biomarkers provide complementary rather than redundant information and (2) relatively young cognitively normal elders tend to have either neurodegeneration or Aβ deposition, but not both, suggesting additive rather than sequential/causative links between AD neuroimaging biomarkers at this age.
意义的声明神经影像生物标记都包含在最近的研究临床前阿尔茨海默病(AD)的标准。然而,如何使用这些生物标志物仍存有争议,尤其是关于他们的序列。我们的研究结果表明,核磁共振和正生物标志物应结合使用,提供了一个附加的贡献而不是反映相同的神经退化的过程。此外,本研究还挑战神经影像的层次使用生物标志物在临床前的广告,因为它表明,神经退化观察到在这个人口不是由于β-amyloid沉积。相反,我们的结果表明,β-amyloid——tau-related病理过程可能但不一定出现在系统交互序列。
介绍
2011年,国家Aging-Alzheimer研究所协会(NIA-AA)工作组定义的新准则标准的临床诊断阿尔茨海默病(AD) (McKhann称et al ., 2011)。这些指导方针集成神经影像生物标记,包括mri海马体积,正颞顶代谢在典型的广告的大脑区域,和皮质β-amyloid (Aβ)沉积发现宠物。
与淀粉样蛋白级联假说相一致,临床前阶段三个阶段已定义的广告(斯珀林et al ., 2011):第1阶段对应于Aβ沉积的存在,第二阶段与神经退化Aβ沉积(低海马体积和/或颞顶代谢减退),第三阶段Aβ沉积,神经衰弱,微妙的认知能力下降。然而,证据的存在神经退化,之前,或独立于Aβ淀积(Jagust et al ., 2012;Reiman et al ., 2012;杰克et al ., 2013)导致复议的顺序。与常染色体显性广告(贝特曼et al ., 2012;弗莱et al ., 2015),Aβ的主要因果作用是毋庸置疑的改变(突变Aβ处理导致痴呆和完整的外显率),零星的广告可能是多因素疾病。更具体地说,Aβ和神经退行性变的可能但不一定出现在系统交互序列(小,达夫,2008年;大山和Walhovd, 2012;Chetelat, 2013,2013 b)。因此,替代方案提出了体积损失和/或代谢减退可能出现独立于,有时,Aβ沉积即使两个过程可能促进广告交互神经病理过程(Chetelat, 2013,2013 b)。在这种情况下,使用AD-neuroimaging生物标志物尚不清楚(斯珀林et al ., 2011;杜布瓦et al ., 2014)。
本研究的目的是描述神经影像学和认知的认知正常的老年人选择基于每个神经影像生物标志物进一步了解他们的使用在广告的临床诊断。
材料和方法
参与者
54个健康老年人(他)受试者在50到84岁(平均±标准差= 65.8±8.3)的IMAP(早期阿尔茨海默病的多通道成像)项目(洛杉矶生活乐趣et al ., 2012;Arenaza-Urquijo et al ., 2013;Mevel et al ., 2013)从社区招募包括在这项研究中。所有人接受神经心理学家(S.E.)管理标准化的神经心理学测试电池评估多个认知域(口头和视觉情景记忆、语义记忆、语言技能、执行功能、视觉空间的功能,和实践;见下文)。表演了很仔细,相比之下,年龄调整(当可用时,性,education-adjusted)引用;只有这些人(>第五百分位或非病理性表演z分数>−1.65)都包含在我们的研究中。所有参与者是右手,至少有7年的教育,没有酗酒史,药物滥用,头部外伤,或精神疾病。从所有参与者获得书面知情同意。样本的人口和临床特点进行了总结表1。
神经心理学数据
参与者参加了一个全面的神经心理学评估详细描述之前(Mevel et al ., 2013)。对于所有的测试,个人得分显示没有天花板或地板效应z得分平均计算六个人综合得分:全球认知、言语情景记忆,视觉情景记忆、执行功能、处理速度和语义记忆。全球认知包括迷你精神状态检查(MMSE) (Folstein et al ., 1975)和马蒂斯痴呆量表(Matthis 1976)。语言情景记忆评分包括直接和延迟自由回忆的自由选择性提醒和暗示测试(FCSRT) (grob 1987)和“编码、存储、检索”模式(Eustache et al ., 1998;Chetelat et al ., 2003;Fouquet et al ., 2012)。视觉情景记忆分数包括两个列表的自由回忆八图形标志,12是源自bem - 144内存电池(Signoret 1991)。执行功能评分是由字母语言流畅(莱扎克,1995)、数字广度测试(韦氏,1997),追踪测试(TMT;时差部分B和A;阿奈特詹姆斯,1995),Stroop测试(莱扎克et al ., 2004)。处理速度评分包括《纽约时报》执行TMT部分和颜色命名Stroop测试的一部分。语义记忆评分包括表演动物的流畅性和语义(名字)自传体记忆任务(Dritschel et al ., 1992;Piolino 2003)。最后,总个人总结为每个主题由平均分数计算z分数的六个综合得分。
神经影像数据采集和预处理
所有参与者进行了高分辨率解剖t1加权磁共振成像,以及FDG Florbetapir PET扫描,在数天或数周在同一神经成像中心(Cyceron,卡昂,法国)。
核磁共振扫描被收购飞利浦阿奇沃3 t扫描仪使用3 d fast-field回波序列(矢状;重复时间= 20 ms;回波时间= 4.6 ms;翻转= 10°角;180片;切片厚度= 1毫米;视野= 256×256毫米2;矩阵= 256×256)。图像分割、归一化到MNI空间和调制使用VBM5.1工具箱(http://dbm.neuro.uni-jena.de)中实现统计参数映射SPM5软件(维康基金会神经造影中心、伦敦)获得标准化地图大脑灰质体积修正的大小。合成图像平滑使用10毫米宽屏在半峰(应用高斯内核。
FDG和Florbetapir PET扫描都收购了通用电气医疗集团发现RX VCT 64磁共振设备(分辨率= 3.76×3.76×4.9毫米;视野= 157毫米;体素的大小= 1.95×1.95×3.27毫米)。传输扫描进行衰减校正每个宠物之前收购。FDG PET,参与者被禁食至少6 h和保持在一个安静的,黑暗环境的放射性示踪剂注入前30分钟。静脉注射后50分钟180兆贝可配合,一个10分钟的宠物开始收购。florbetapir宠物,20分钟PET扫描了50分钟静脉注射后4 florbetapir兆贝可/公斤。FDG PET图像和Florbetapir纠正了部分体积效应(PMOD技术),coregistered到相应的核磁共振成像,空间归一化到MNI空间使用从上面所述的MRI VBM过程变形参数。每个宠物图像然后扩展使用小脑灰质意味着活动获取标准摄入值比率(SUVr)和高斯核平滑用12毫米的半最大值宽度。
二分的参与者基于每个神经影像生物标志物的地位
对于每一个他,MRI和FDG体积和代谢的生物标记的值从感兴趣的特定区域(roi)提取相应领域的最大变化广告(包括MRI海马和皮层和颞顶地区FDG)后从一个独立的样本(即定义。阿尔茨海默病的神经影像学(ADNI)数据库;],蒙面只包括灰质体素的IMAP人口目前的研究(见图1详情)。Aβ生物标志物,我们使用二元掩模对应整个除了小脑灰质,枕和感觉运动皮质,海马,杏仁核,和基底核,如前所述(洛杉矶生活乐趣et al ., 2012;图1)。
他被归类为生物标志物积极或消极的独立核磁共振,FDG和Aβ生物标记。MRI和FDG生物标志物、价值观AD-signature roi内提取每个他研究的是根据年龄进行调整。然后,积极性的第90个百分位阈值被定义为生物标志物残差估计的一个独立组24例IMAP项目满足临床标准可能的广告(McKhann称et al ., 1984;广告IMAP;12雌性;年龄= 70±8.4;教育水平= 10.21±3.6;MMSE = 20.8±4.3;78% APOEε4运营商)。他年龄调整值低于积极性阈值被归类为负和上面那些被归类为正(图2)。因为Aβ认为积累在第五个十年(莫里斯et al ., 2010;Villemagne et al ., 2013),Aβ生物标志物的积极性阈值被定义为Florbetapir宠物的第90个百分位值估计在一个独立的组26健康对照组< 50岁的IMAP项目(8雌性;年龄= 31±8.4;教育水平= 13.6±2.5;MMSE = 29.4±0.64;APOEε4运营商29%),对应于一个Florbetapir SUVr 1.005。他值高于该阈值被认为是积极的为以下Aβ生物标志物和那些消极的(图2)。
群体间的比较分析
首先,分别对每个生物标志物,积极与消极同行他比较临床、认知和神经影像数据(MRI,摄影,和Florbetapir-PET)。
第二,因为MRI和FDG生物标志物有时被认为是神经退化的标志(斯珀林et al ., 2011),他是积极的,至少这两个生物标记(即。,“the neurodegeneration-positive”) were compared with those negative for both biomarkers (the “neurodegeneration-negative”).
对于神经影像数据,目的是评估他是否分类根据特定的成像生物标志物(如海马体积)会改变其他地区相同的大脑成像形态(即。,降低音量在海马体以外的大脑区域)和与其他成像技术(即会改变。、代谢减退和/或Aβ沉积),特别是AD-specific区域内(AD-signature roi)。
统计数据
临床和神经心理学分析。
群体间的比较都是使用非参数执行Mann-Whitney测试连续变量(年龄、教育水平、MMSE和认知表现)和χ成比例2测试分类数据(性与APOEε4状况)。所有结果被认为是重要的p< 0.05。
Voxelwise分析。
为每个组比较,voxelwise分析在整个大脑皮层使用两个样本t在SPM5测试。Voxelwise结果显示在未修正的p< 0.005(程度阈值k= 1600毫米3)除非另有说明。
结果
每个生物标记被认为是独立
54他,26(48%)被列为阳性至少一个生物标志物和28(52%)被认为是负面的三个生物标志物。在积极的他,1是三个生物标记物阳性,4 2生物标志物(3 MRI和FDG生物标志物和1 MRI和Aβ生物标记),仅仅为一个生物标志物和21 (FDG MRI 7, 8, Aβ生物标记和6)。
临床和神经心理学数据
见表2,没有发现不同年龄、性别、教育水平、或APOEε4状态之间的积极和消极的他当分类基于MRI或FDG生物标志物。当他被分类使用Aβ生物标志物,积极组比消极的和包含更多APOEε4运营商之一。关于认知表现,MRI-positive他显示,执行功能综合评分(较低的性能p= 0.024)相比MRI-negative他。
Voxelwise分析
与消极的同行相比,MRI-positive他显示显著降低音量在海马(预期),而且在frontoinsular,腹内侧前额叶和侧颞叶皮层双边(图3)。他们还显示重要代谢减退在左parietotemporal面积和背侧前额叶皮质(图3)。没有明显Aβ加载和群体间的差异没有区别(即在相反的比较。,低音量或新陈代谢消极与积极的他;数据未显示)。进一步确认差异的存在或缺乏AD-signature roi,互补分析重复使用一个非常宽松的(未调整的)p< 0.05阈值而限制分析AD-signature roi限制I型(假阳性)错误的风险。的存在降低海马体积和代谢减退AD-signature roi MRI-positive他而MRI-negative他确认(图3);此外,负他倾向于显示Aβ沉积岛高,额叶和颞区域(图4)。
在分类前的生物标志物,没有区别在皮质体积之间的积极和消极的他被发现,即使在AD-signature roip< 0.05 (图5)。重要代谢减退被发现,正如所料,在FDG-positive他与消极相比,主要在AD-signature roi (PCC和双边颞顶皮层),而且在额叶区域和扩展几乎整个皮层(图5)。没有发现差异Aβ负载除了当使用一个探索性p< 0.05阈值的-他倾向于显示更高Aβ负载与积极的他额相比,顶叶和颞区(图4)。
最后,除了预期更高的Aβ负担Aβ-positive他与消极的同行相比,没有发现其他的脑容量差异或代谢减退,即使在宽容AD-signature roi的阈值(无花果。4,6)。
神经退行性变的生物标志物
54他,20(37%)被列为阳性神经退行性变的生物标志物。
临床和神经心理学数据
没有发现显著差异的人口、临床、或神经心理变量之间的neurodegeneration-negative与neurodegeneration-positive他(表2)。
Voxelwise分析
neurodegeneration-positive组显示显著降低双边海马的体积和降低新陈代谢AD-signature roi(双边颞顶,楔前叶和后扣带皮层)扩展双边的额叶皮质与neurodegeneration-negative集团(图7)。没有观察到其他群体间的差异在这个阈值。降低阈值时AD-signature roi, neurodegeneration-positive组显示,正如所料,降低音量在这些roi和新陈代谢,但是没有高等Aβ沉积区,与负他(图7)。相反,neurodegeneration-negative组倾向于显示更高的Aβ沉积时间,颞顶,孤立和额叶区域与neurodegeneration-positive相比他(图4)。
讨论
我们的目的是描述一群长老定义基于每个生物标志物都独立,当结合MRI(海马体积)和/或FDG(后扣带和颞顶代谢减退)在早期AD诊断生物标记来突出他们的作用。
他被归类为MRI阳性的比例(22%),FDG(22%),或至少有一个生物标志物(48%)与其他军团在这个研究是一致的(杰克et al ., 2012;Wirth et al ., 2013 c)。同样,他分为阶段0 (neurodegeneration-negative Aβ-negative 52%)或“临时”(疑似non-Alzheimer病理学;即。,neurodegeneration-positive, Aβ-negative, 33%;斯珀林et al ., 2011;杰克et al ., 2012)也接近此前报道(杰克et al ., 2012;Wirth et al ., 2013 c;Mormino et al ., 2014)。此外,我们发现15% Aβ-positive病例样本,这是一致的频率通常在他报告(10 - 30%Chetelat et al ., 2013)。我们的研究也强调个体发现积极的使用一个生物标志物发现大多是不同于积极使用另一个生物标志物(54的只有五个老人两个生物标记物阳性或更多,而21只一个生物标志物阳性)。这表明生物标记比冗余和互补,他们可能不反映相同的病理过程。
voxelwise评估时,模式改变的一组选定的根据一个生物标记不匹配与另一个生物标志物。对比,例如,FDG-positive与FDG-negative他没有透露一个典型的广告的减少量或增加Aβ沉积模式。此外,他选择在一个特定的生物标志物在一个特定的大脑区域(对应于最改变地区广告)没有改变只有在这个特定的区域。因此,低成交量不仅限于MRI-positive他的海马,但扩展到内侧前额叶和颞皮层。同样他也发现显示代谢减退的混合模式包括AD-characteristic(后扣带和颞顶)和前额叶区域。前额叶皮层的参与,预计在以后的阶段,广告(内斯特et al ., 2003),可能与non-AD过程如正常老化(Kalpouzos et al ., 2009)或额颞叶痴呆的行为变异(FTD;Whitwell和约瑟夫,2011;Bohnen et al ., 2012)。注意,同一组也显示较低的执行功能性能(与MRI-negative相比他),既适合与前额叶皮层的参与(斯特斯和亚历山大,2000;Koechlin•萨默菲尔德,2007年)和正常老化的可能参与或FTD,已知与执行功能有关赤字(公园et al ., 2002;拳击手和Boeve, 2007;Jagust 2013)。总体而言,核磁共振成像允许生物识别的混合人口的广告和non-AD病因,符合事实,降低海马体积不特定的广告也观察到在其他条件(Geuze et al ., 2005;Fotuhi et al ., 2012),神经退化是一个多因子的过程(Barkhof et al ., 2007;de Souza et al ., 2013)。最后,MRI-positive他没有发现Aβ沉积高于负同行,这表明其较低的成交量没有特别由于Aβ沉积。
关于他那些机密FDG积极,voxelwise比较显示高度重要的代谢减退,不仅,正如所料,后扣带和颞顶地区成为主流,但也几乎在整个皮质,特别是额叶皮质。这表明,在他,代谢减退AD-typical地区与全球有关,特别是额,代谢减退,可能反映non-AD-related过程。此外,FDG-positive他没有显示更高Aβ沉积或降低海马体积与FDG-negative相比他(即使在p< 0.05)。这与先前的报道显示,减少葡萄糖代谢AD-sensitive地区与Aβ沉积(Jagust et al ., 2012),也可以观察到在Aβ-negative认知正常的老年人(杰克et al ., 2013;Wirth et al ., 2013 c)。缺乏海马体积损失可能出现令人惊讶,因为它已被证明,在广告,后扣带皮层和颞顶代谢减退是由于断开从海马萎缩(Chetelat et al ., 2008;恶棍et al ., 2008;恶棍et al ., 2010)。然而,此链接已被证明是间接的(即。,through the cingulum bundle atrophy) and it is thought to be one of the processes underlying hypometabolism, but other mechanisms are likely involved (Chetelat et al ., 2009)。
正如上面提到的,事实上,他被列为FDG-positive和MRI-positive是不一样的,加上他们显示不同的大脑改变配置文件,进一步认为,这些生物标志物反映至少部分不同的病理过程和互补多于冗余。这一发现是一致的最近的一项研究显示有限的生物标记的神经退化之间的协议(Alexopoulos et al ., 2014)。在一起,这表明神经退化生物标志物应该结合使用,因为它们提供了一种添加剂的贡献而不是反映相同的神经退化的过程(Chetelat, 2013)。
最后,他被列为Aβ-positive年长和更频繁的APOEε4运营商,这是符合事实,年龄和APOEε4 Aβ沉积最有力的预测因子(Chetelat et al ., 2013;Fouquet et al ., 2014)。此外,他们没有任何的证据,低音量或代谢与Aβ-negative他相比,即使降低了门槛p< 0.05在特定AD-signature roi。这种缺乏之间的直接联系Aβ沉积和神经退行性变的和不符以前的横断面研究的报道是一致的主张不,微妙的或复杂的关系(Jagust et al ., 2012;Chetelat et al ., 2013)。它可能也反映了一个事实,Aβ可能诱发神经退化时间延迟。
MRI-positive和FDG-positive他被组合在一起来评估中所描述的所谓neurodegeneration-positive他几个以前的研究(杰克et al ., 2012;杰克et al ., 2013;Wirth et al ., 2013 a;Wirth et al ., 2013 b),建议临床前的广告(表明斯珀林et al ., 2011)。
首先,比较neurodegeneration-positive和neurodegeneration-negative他显然表明代谢减退前组的主导。这可能与代谢减退在FDG-positive很重要他,MRI-positive他也会显示在同一个AD-sensitive大脑区域代谢减退,所以有一个累积效应从MRI-positive和FDG-positive他代谢减退。
第二,neurodegeneration-positive他没有更高的Aβ沉积,,正如上面提到的,表明神经退化并不是因为Aβ在这群相对年轻的认知正常的老年人。相反,这些人往往显示低比neurodegeneration-negative他Aβ沉积,表明神经退化和Aβ沉积可能是添加剂,而不是连续的。换句话说,在我们的群体中,他往往是阳性Aβ或神经退化,但不能两者兼得。两个独立的研究报道,神经退化和Aβ加速他的认知能力下降(协同工作Wirth et al ., 2013 b;Mormino et al ., 2014)。这也许可以解释为什么与这两种类型的个体积极的生物标记很少发现一群严格选择的认知正常的老年人。或者,这可能与样本的年龄有关。杰克et al。(2014)报道称,个人为这两种类型的生物标志物阳性的患病率在认知正常的老年人相对年轻长老很低(1%在60 - 64岁;4%在65 - 69岁),严重增加了老年人(80 - 84年的30%岁;85 - 89岁)的34%。我们的数据与这些结果是一致的,因为在我们的样例(平均年龄= 65.8),他两个(4%)呈阳性Aβ和至少一个神经退行性的生物标记。
现状研究的主要局限是有限大小的子组中使用的比较分析。然而,这在一定程度上抵消了数据的一致性和质量,因为所有的参与者在同一扫描仪扫描,扫描都是一对一的预处理前后检查。另一个限制相关领域通常是缺乏标准化的方法来确定生物标志物的积极性对大脑区域和阈值。我们使用一个似乎是最严格的方法:选择区域的最大容积损失和代谢减退在广告中使用一个独立的人口。之前的研究使用类似的(Wirth et al ., 2013 a;Wirth et al ., 2013 b)或略有不同的方法如meta-ROIs或“先验”roi基于文献(Jagust et al ., 2009;朗道et al ., 2011;杰克et al ., 2012),但该地区一直是高度与本研究中使用的那些。
认知正常个体在我们群相对年轻长老往往神经退化或Aβ沉积,但不是两个,表明添加剂影响而不是顺序/诱发不同的生物标记物之间的联系。还需要进一步的研究来优化当前的使用神经影像学临床鉴定生物标记物的广告。
脚注
这项工作是支持的基金会计划阿兹海默症(老年痴呆症计划2008 - 2012),项目医院矫揉造作的倩碧(PHRC国家、2011),国家de la矫揉造作的(ANR LONGVIE 2007),诺曼底地区Basse,国家卫生研究所et de la医学研究院(Inserm)。我们感谢c . Tomadesso r . de Flores m . Leblond j . Mutlu a . Perrotin a . Manrique和a . Quillard协助招聘、认知测试,和影像学检查。
作者声明没有竞争的经济利益。
- 信件应该写给盖尔人Chetelat,团结U1077, GIP CYCERON Bd亨利Becquerel-BP 5229, 14074卡昂Cedex,法国。chetelat在{}cyceron.fr