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脑胶质瘤DMN研究进展

中枢神经系统肿瘤由其起源细胞和组织病理学特征定义,这些特征可预测其行为。神经胶质瘤是起源于中枢神经系统(CNS)的神经胶质细胞的神经上皮肿瘤。胶质细胞瘤由星形细胞瘤,少突胶
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  中枢神经系统肿瘤由其起源细胞和组织病理学特征定义,这些特征可预测其行为。神经胶质瘤是起源于中枢神经系统(CNS)的神经胶质细胞的神经上皮肿瘤。胶质细胞瘤由星形细胞瘤,少突胶质细胞瘤,混合性少突胶质细胞和混合胶质神经胶质瘤组成,它们分别来自于星形胶质细胞,少突胶质细胞,混合少突胶质细胞或神经胶质细胞。世界卫生组织(WHO)分类系统根据组织病理学特征(例如细胞学非典型性,发育不良,有丝分裂活动,微血管增生和坏死)将神经胶质瘤从1级(最低级)到4级(最高级)分类。低度神经胶质瘤(LGG)由I级肿瘤(不包含上述组织学特征)和II级肿瘤(仅以细胞学型非典型性特征为特征)组成。脑胶质瘤病人常伴随认知功能障碍,可能与胶质瘤引起的脑区间网络异常相关,包括肿瘤同侧和对侧半球间脑区的网络连接。默认模式网络(default-modenetwork,DMN)与自发认知功能、外部环境监控功能、内部心理活动相关。研究胶质瘤病人DMN对于更好地理解疾病发生发展规律、指导重要脑网络保护及临床治疗评估具有重要意义。本文就脑胶质瘤DMN的研究历史、概念理论及目前相关研究进展进行综述。
 
  1.DMN概述
 
  1.1DMN概念提出
 
  Raichle等2001年基于PET和静息态功能MRI研究首先提出DMN,发现人脑在清醒、闭眼、无任务时,后扣带回/楔前叶、额叶中部等脑区在静息状态下比在绝大多数任务状态下有更强的激活,而在执行认知任务时,这种默认状态会被暂时悬挂,对应脑区呈现负激活状态。Greicius等首次基于种子点静息态功能连接分析发现后扣带回/楔前叶与内侧前额叶、双侧角回、左背外侧前额叶等多个脑区存在功能连接,进一步证实存在DMN。
 
  1.2DMN的研究方法
 
  近年来,对DMN的研究方法主要集中为:①基于种子点功能连接分析;②任务诱发激活或负激活;③低频振幅和局部一致性;④弥散张量成像技术;⑤独立成分分析;⑥分析复杂脑网络的图论技术等。胶质瘤病人因肿瘤及瘤周水肿引起占位效应导致解剖移位,因此成为种子点分析方法中种子点选取及功能连接分析结果的一个重要混杂因素。目前,多项对脑肿瘤的研究采用成组的独立成分分析结合双回归分析,通过数据驱动减弱肿瘤带来的占位效应。
 
  1.3DMN的结构基础
 
  Greicius等使用DTI分析发现后扣带回和内侧前额叶存在神经纤维连接。Hag⁃mann等通过弥散波谱成像研究发现后扣带回以及顶叶脑皮层部分脑区是人脑DMN中的结构核心节点。这些脑区组成能够连接所有主要结构模型的连接中心。DMN结构连接与功能连接具有一致性,表明结构连接是DMN功能完整性的重要基础。
 
  1.4DMN功能分区
 
  目前,MRI对DMN脑区定位结果基本一致,是一个复杂的系统,包含一系列功能上紧密联系的脑区。DMN包括:后扣带回/楔前叶皮质,Brodmann区(Brodmannarea,BA)23/30/31/和BA7/19,腹内侧前额叶皮质BA8/9/10/11/24/32,双侧顶下小叶BA39/40,双侧颞下回皮质BA20/21,双侧海马/海马旁皮质BA30/36/35。
 
  1.5DMN功能假设
 
  目前主要分为两方面,即支持内部心理活动和外部环境监测作用,前者主要包括心理理论、道德决策、心智游移和白日梦等;后者假设默认网络使受试者保持一种探索状态,保持对外部环境广泛的、低水平的集中注意,以监测应对外部环境突发事件。上述功能在某种程度上相互协调,即默认网络可整合外部环境和内部资源,使个体更好的适应环境的动态变化。
 
  2.胶质瘤病人静息态DMN的研究进展
 
  2.1胶质瘤对DMN的影响
 
  研究显示,胶质瘤可引起DMN功能连接改变。Esposito等发现脑胶质瘤病人DMN的功能连接在前额叶区明显下降,而在海马区域功能连接明显增强,这种改变与肿瘤等级相关。Harris等研究发现胶质瘤病人的DMN完整性不同程度降低,并且这种改变与胶质瘤的等级密切相关,WHO分级是DMN完整性的一个重要预测因素;他们同时发现,与额叶胶质瘤相比,左顶叶胶质瘤DMN更易受损,肿瘤位置对DMN连接强度有显著影响。Zhang等基于种子点分析发现额叶胶质瘤病人双侧颞顶叶脑区与后扣带回间的功能连接均减弱,且肿瘤病人半球内和半球间的功能连接对之间的相关系数增加。Ghumman等运用数据驱动及种子点分析发现左侧半球肿瘤对DMN的连接影响巨大,还发现小脑肿瘤对DMN连接亦有影响。
 
  此外,Touvinen等发现肿瘤位于重要功能节点区病人,如后扣带回,放疗后出现DMN连接整体而短暂的增强,他们推测这可能因为受肿瘤占位影响的中心节点部分重建了其在各网络间的协调作用。
 
  2.2脑胶质瘤病人脑网络与认知功能改变的关系
 
  胶质瘤病人随疾病进展可出现认知功能改变,与肿瘤本身、手术、放化疗等密切相关。研究发现脑胶质瘤病人认知功能异常与脑网络的改变关系密切。vanDellen等应用脑磁图对10例低级别胶质瘤病人术前术后网络改变进行研究,发现低等级胶质瘤术后默认网络连接增强与病人术后的言语记忆功能改善有关,而右侧额顶叶网络的连接增强与病人术后注意、工作记忆、执行功能改善相关。Maesawa等发现脑胶质瘤病人的DMN及执行控制网络的功能连接明显下降,并且与认知功能有改变相关,右侧执行控制网络的连接改变与空间记忆有关,左侧执行控制网络的连接改变与注意力相关;而腹侧DMN与注意、工作记忆、总智商水平、言语智商相关。
 
  3.DMN研究在胶质瘤诊疗中的价值及展望
 
  关于胶质瘤DMN研究表明其在临床应用上面可能存在巨大的潜力。VanDellen等研究表明手术可以部分改善低级别胶质瘤病人的认知功能,这种改善可以在脑磁图记录上得到体现。Burks等对40例胼胝体胶质瘤进行研究,通过皮层下扣带回保留技术,尝试达到保护DMN并安全切除肿瘤的目的,为胶质瘤病人的认知保护提供新的思路。然而该方法需要病人保持术中清醒状态,并同时执行注意任务,对手术麻醉及病人配合度要求较高。人脑连接组学观点认为,脑胶质瘤手术不能仅聚焦于肿瘤切除,更应聚焦大脑网络。DMN是大脑静息态下最基础、最重要的网络之一,为大脑自主与自发意识行为的神经基础。
 
  目前,对胶质瘤DMN的研究仍停留在小样本阶段,且多局限于对特定脑区功能连接改变的研究,结合结构网络分析的研究较少。病人的异质性、影像数据采集参数的不一致、认知域量表及评分标准的差异使我们难以在不同研究间进行比较,相关研究结果需进一步验证。未来仍需高时间-空间分辨率、多模态下网络分析技术以及广认知域多维度的量表测评,以对胶质瘤病人的DMN功能、结构改变及其与认知功能关系进行研究,为更好理解脑肿瘤病人脑功能变化及代偿机制、疾病发展阶段及病人个性化的诊疗评价提供参考。
 
TAGS: 脑胶质瘤

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